ACEROS ALEADOS

Clasificación de los aceros aleadosNomenclatura AISI-SAEInfluencia de los elementos de aleaciónAceros aleados para cementación

Se da el nombre de aceros aleados a los aceros que además de los cinco elementos: carbono, silicio, manganeso, fósforo y azufre, contienen también cantidades relativamente importantes de otros elementos como el cromo, níquel, molibdeno, etc., que sirven para mejorar alguna de sus características fundamentales. También puede considerarse aceros aleados los que contienen alguno de los cuatro elementos diferentes del carbono que antes hemos citado, en mayor cantidad que los porcentajes que normalmente suelen contener los aceros al carbono, y cuyos límites superiores suelen ser generalmente los siguientes: Si=0.50%; Mn=0.90%; P=0.100% y S=0.100%.Los elementos de aleación que más frecuentemente suelen utilizarse para la fabricación de aceros aleados son: níquel, manganeso, cromo, vanadio, wolframio, molibdeno, cobalto, silicio, cobre, titanio, circonio, plomo, Selenio, aluminio, boro y Niobio.La influencia que ejercen esos elementos es muy variada, y, empleados en proporciones convenientes, se obtienen aceros con ciertas características que, en cambio, no se pueden alcanzar con los aceros ordinarios al carbono.Utilizando aceros aleados es posible fabricar piezas de gran espesor, con resistencias muy elevadas en el interior de las mismas. En elementos de máquinas y motores se llegan a alcanzar grandes durezas con gran tenacidad. Es posible fabricar mecanismos que mantengan elevadas resistencias, aún a altas temperaturas. Hay aceros inoxidables que sirven para fabricar elementos decorativos, piezas de maquinas y herramientas, que resisten perfectamente a la acción de los agentes corrosivos. Es posible preparar troqueles de formas muy complicadas que no se deformen ni agrieten en el temple, etc.

La tendencia que tienen ciertos elementos a disolverse en la ferrita o formar soluciones sólidas con el hierro alfa, y la

tendencia que en cambio tienen otros a formar carburos.

la influencia de los elementos de aleación en los diagramas de equilibrio de los aceros (Elevación o descenso de las temperaturas críticas de los diagramas de equilibrio y las temperaturas Ac y Ar correspondientes a calentamientos y enfriamientos relativamente lentos, modificaciones en el contenido de carbono del acero eutectoide, Tendencia a ensanchar o disminuir los campos austeníticos o ferríticos correspondientes a los diagramas de equilibrio, y otras influencias también relacionadas con el diagrama hierro-carbono, como la tendencia a grafitizar el carbono, a modificar el tamaño del grano, etcLa influencia de los elementos aleados sobre la templabilidad.La influencia que tienen en retardar el ablandamiento que se produce en el revenido.Existen otras influencias diversas, como mejoras en la resistencia a la corrosión, resistencia al calor, resistencia a la abrasión, etc., las cuales se deben directa o indirectamente a alguna de las variaciones o fenómenos citados anteriormente. Volver

Clasificación de los aceros aleados de acuerdo con su utilización

Aceros en los que tiene una gran importancia la templabilidad:

Aceros de gran resistenciaAceros de cementaciónAceros de muelles Aceros indeformables

Aceros de construcción:

Aceros de gran resistencia Aceros de cementaciónAceros para muellesAceros de nitruracion

Aceros resistentes al desgasteAceros para imanesAceros para chapa magneticaAceros inoxidables y resistentes al calor

Aceros de herramientas:

Aceros rápidosAceros de corte no rápidosAceros indeformablesAceros resistentes al desgasteAceros para trabajos de choqueAceros inoxidables y resistentes al calor.

En esta tabla se señalan los aceros aleados de uso más corriente clasificados en tres grupos. Se señalan los dos grupos clásicos de aceros de construcción y de herramientas, y además otro grupo en el que se destaca la importancia de la templabilidad, y en el que se incluyen los aceros de gran resistencia, muelles cementación, etc., que aun perteneciendo a los otros dos grupos, interesa destacar por separado por la gran importancia que en ellos tiene la templabilidad. volver

NOMENCLATURA DE LOS ACEROS SISTEMA S.A.E - A.I.S.I

Como la microestructura del acero determina la mayoría de sus propiedades y aquella está determinada por el tratamiento y la composición química; uno de los sistemas más generalizados en la nomenclatura de los aceros es el que está basado en su composición química.

En el sistema S.A.E. - A.I.S.I, los aceros se clasifican con cuatro dígitos XXXX. Los primeros dos números se refieren a los dos elementos de aleación mas importantes y los dos o tres últimos dígitos dan la cantidad de carbono presente en la aleación. Un acero 1040 AISI es un acero con 0.4%C; un acero 4340 AISI, es un acero aleado que contiene o.4%C, el

43 indica la presencia de otros elementos aleantes.

Las convenciones para el primer dígito son:

1 - MANGANESO2 - NIQUEL3 - NIQUEL-CROMO, principal aleante el cromo4 - MOLIBDENO5 - CROMO6 - CROMO-VANADIO, principal aleante el cromo8 - NIQUEL-CROMO-MOLIBDENO, principal aleante el molibdeno9 - NIQUEL-CROMO-MOLIBDENO, principal aleante el níquel.

 

No hay aceros numerados 7xxx porque estos aceros resistentes al calorprácticamente no se fabrican.

Se observa entonces que si el primer número es 1 se sabe que es un acero al carbono; si el dígito siguiente es el 0, o sea que la designación es 10xx, se trata de un acero ordinario al carbono.

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Influencia de los elementos de aleación en las propiedades de los aceros

- Níquel

Una de las ventajas más grandes que reporta el empleo del níquel, es evitar el crecimiento del grano en los tratamientos térmicos, lo que sirve para producir en ellos gran tenacidad. El níquel además hace descender los puntos críticos y por ello los tratamientos pueden hacerse a temperaturas ligeramente más bajas que la que corresponde a los aceros ordinarios. Experimentalmente se observa que con los aceros

aleados con níquel se obtiene para una misma dureza, un limite de elasticidad ligeramente más elevado y mayores alargamientos y resistencias que con los aceros al carbono o de baja aleación. En la actualidad se ha restringido mucho su empleo, pero sigue siendo un elemento de aleación indiscutible para los aceros de construcción empleados en la fabricación de piezas para maquinas y motores de gran responsabilidad, se destacan sobre todo en los aceros cromo-níquel y cromo-níquel-molibdeno.

El níquel es un elemento de extraordinaria importancia en la fabricación de aceros inoxidables y resistentes a altas temperaturas, en los que además de cromo se emplean porcentajes de níquel variables de 8 a 20%.

Los aceros al níquel más utilizados son los siguientes:a) Aceros al níquel con 2, 3 y 5%. Con 0.10 a 0.25% de carbono se utilizan para cementación, y con 0.25 a 0.40% de carbono para piezas de gran resistencia.b) Aceros cromo-níquel-molibdeno con porcentajes de níquel variables desde 1 a 5%; con bajos porcentajes de carbono (0.10 a 0.22%) se emplean para cementación y con porcentajes de 0.25 a 0.40% de carbono se emplean para piezas de gran resistencia. En estos aceros los porcentajes de estos elementos aleados suelen estar en relación aproximada de 1% de cromo y 3% de níquel.c) Aceros de media aleación níquel-molibdeno y níquel-manganeso. Se suelen emplear para piezas de gran resistencia y para piezas cementadas con porcentajes de carbono variables de 0.25 a 0.40% en el primer caso y de 0.10 a 0.25% en el segundo, variando el contenido en níquel de 1 a 2%, el de manganeso de 1 a 1.5% y el molibdeno de 0.15 a 0.40%.d) Aceros inoxidables y resistentes al calor cromo-níqueles, con 8 a 25% de níquel que son de estructura austenitica.e) Otros aceros de menor importancia son los aceros cromo-níqueles para estampación en caliente y para herramientas.

Cromo

Es uno de los elementos especiales más empleados para la

fabricación de aceros aleados, usándose indistintamente en los aceros de construcción, en los de herramientas, en los inoxidables y los de resistencia en caliente. Se emplea en cantidades diversas desde 0.30 a 30, según los casos y sirve para aumentar la dureza y la resistencia a la tracción de los aceros, mejora la templabilidad, impide las deformaciones en el temple, aumenta la resistencia al desgaste, la inoxidabilidad, etc.

Los aceros con cromo de mayor utilidad son:a) Aceros de construcción, de gran resistencia mecánica de 0.50 a 1.50% de cromo y 0.30 a 0.45% de carbono, aleados según los casos, con níquel y molibdeno para piezas de gran espesor , con resistencias variables de 70 a 150 Kg/mm2.b) Aceros de cementación con 0.50 a 1.50% de cromo y 0.10 a 0.25% de carbono , aleados con níquel y molibdeno.c) Aceros de nitruracion cromo-aluminio-molibdeno.d) Aceros para muelles cromo-vanadio y cromo-silicio.e) Aceros de herramientas con 0.30 a 1.50% de cromo y 0.070 a 1.50% de carbono. En ellos el cromo mejora la penetración de temple, la resistencia al desgaste, permite el temple en aceite y evita deformaciones y grietas.f) Aceros indeformables con 5 a 12% de cromo.g) Aceros rápidos y de trabajos en caliente.h) Aceros inoxidables martensiticos con 12 y 17% de cromo, aceros austeniticos con 14 a 25% de cromo en cantidades de níquel variables de 8 a 25% y aceros inoxidables con 27% de cromo.

El cromo se disuelve en la ferrita y muestra una fuerte tendencia a formar carburos de cromo y carburos complejos.

Molibdeno

Mejora notablemente la resistencia a la tracción, la templabilidad y la resistencia al creep de los aceros. Añadiendo solo pequeñas cantidades de molibdeno a los aceros cromo-níqueles, se disminuye o elimina casi completamente la fragilidad Krupp, que se presenta cuando estos aceros son revenidos en la zona de 450º a 550º.

El molibdeno a aumenta también la resistencia de los aceros en caliente y reemplaza al wolframio en la fabricación de los aceros rápidos, pudiéndose emplear para las mismas aplicaciones aproximadamente una parte de molibdeno por cada dos de wolframio.

El molibdeno se disuelve en la ferrita, pero tiene una fuerte tendencia a formar carburos. Es un potente estabilizador de los carburos complejos y tiende a retarde el ablandamiento de los aceros, durante el revenido.

Los aceros de molibdeno más utilizados son:a) Aceros de manganeso-molibdeno, cromo-molibdeno y cromo-níquel-molibdeno de bajo contenido de carbono para cementación, y de 0.15 a 0.40% de carbono para piezas de gran resistencia.b) Aceros rápidos con 6 a 10% de molibdeno; son de utilización relativamente parecida a los aceros rápidos al wolframio, pero en ellos el wolframio es sustituido por el molibdeno.c) Aceros de 0.50 a 6% de molibdeno que se emplean principalmente para construcciones metálicas, tuberías e instalaciones en refinerías de petróleo, en las que llegan a calentasen de 100º a 300º y deben resistir bien el efecto de esos calentamientos relativamente moderados.

Wolframio (tungsteno)

Es un elemento muy utilizado para la fabricación de aceros de herramientas, empleándose en especial en los aceros rápidos, aceros para herramientas de corte y aceros para trabajos en caliente. Sirve para mantener la dureza de los aceros a elevada temperatura y evitan que se desafilen o ablanden las herramientas, aunque lleguen a calentarse a 500º o 600º. También se usa para la fabricación de aceros para imanes.

El wolframio se disuelve ligeramente en la ferrita y tiene una gran tendencia a formar carburos. Los carburos de

wolframio tienen gran estabilidad.

Los aceros más utilizados de wolframio son:a) Los aceros rápidos con 18% de wolframio y cantidades variables de cromo, vanadio y molibdeno y 0.701% aproximadamente de carbono.b) Aceros para trabajos en caliente con 9 a 15% de wolframio y 0.30 a 0.40% de carbono. Para algunos usos de menos responsabilidad se emplean aceros de más baja aleación con 1 a 5% de wolframio.c) Aceros para la fabricación de herramientas varias con n1 a 14% de wolframio y otros elementos: cromo, manganeso, vanadio, etc., que se emplean para trabajos de corte.d) Aceros inoxidables cromo-níqueles con wolframio, de gran resistencia mecánica a elevada temperatura.

Vanadio

Se emplea principalmente para la fabricación de aceros de herramientas, tiende a afinar el grano y a disminuir la templabilidad. Es un elemento desoxidante muy fuerte y tiene una gran tendencia a formar carburos.

El vanadio tiene una gran tendencia muy fuerte a formar carburos, por esta razón, basta con añadir pequeñas cantidades, y pocos aceros, excepto los de herramientas, contienen más de 0.02% de vanadio. Una característica de los aceros con vanadio, es su gran resistencia al ablandamiento por revenido.

Los aceros con vanadio más utilizados son:a) Aceros rápidos que suelen contener de 0.50 a 1% de vanadio.b) Aceros de herramientas de diversas clases. Para troqueles indeformables, etc., que suelen tener de 0.10 a 0.30% de vanadio.c) Aceros para muelles cromo-vanadio.

Manganeso:

Aparece prácticamente en todos los aceros, debido,

principalmente, a que se añade como elemento de adición para neutralizar la perniciosa influencia del azufre y del oxigeno, que siempre suelen contener los aceros cuando se encuentran en estado liquido en los hornos durante los procesos de fabricación. El manganeso actúa también como desoxidante y evita, en parte, que en la solidificación del acero que se desprendan gases que den lugar a porosidades perjudiciales en el material.

Si los aceros no tuvieran manganeso, no se podrían laminar ni forjar, porque el azufre que suele encontrarse en mayor o menor cantidad en los aceros, formarían sulfuros de hierro, que son cuerpos de muy bajo punto de fusión (981º aprox.) que a las temperaturas de trabajo en caliente (forja o laminación) funden, y al encontrarse contorneando los granos de acero crean zonas de debilidad y las piezas y barras se abren en esas operaciones de transformación.

Los aceros ordinarios y los aceros aleados en los que el manganeso no es elemento fundamental, suelen contener generalmente porcentajes de manganeso variables de 0.30 a 0.80%.

Los aceros al manganeso de uso más frecuente son:

a) Aceros al manganeso de gran resistencia, que generalmente pertenecen al grupo de aceros de media aleación, en los que al emplearse el manganeso en cantidades variables de 0.80 a 1.60%, con contenidos en carbono de 0.30 a 0.050%, se consigue mejorar la templabilidad y obtener excelentes combinaciones de características mecánicas aun en piezas de cierto espesor.b) Aceros indeformables al manganeso con 1 a 3% de Mn y 1% de carbono, aproximadamente, en los que la presencia de un alto porcentaje de manganeso, hace posible el temple con simple enfriamiento en aceite, o el aire, con lo que las deformaciones de las herramientas son muy pequeñas.c) Aceros austeniticos al manganeso con 12% de Mn y 1% de carbono, aproximadamente, que a la temperatura ambiente son austeniticos y tienen gran resistencia al

desgaste, empleándose principalmente, para cruzamientos de vías, mordazas de maquinas trituradoras, excavadoras, etc.

Silicio

Este elemento aparece en todos los aceros, lo mismo que el manganeso, porque se añade intencionadamente durante el proceso de fabricación. Se emplea como elemento desoxidante complementario del manganeso con objeto de evitar que aparezcan en el acero los poros y otros defectos internos. Los aceros pueden tener porcentajes variables de 0.20 a 0.34% de Si.

Se emplean aceros de 1 a 4.5% de Si y bajo porcentaje de carbono para la fabricación de chapas magnéticas, ya que esos aceros, en presencia de campos magnéticos variables, dan lugar solo a perdidas magnéticas muy pequeñas, debido a que el silicio aumenta mucho su resistividad.

Mejora ligeramente la templabilidad y la resistencia de los aceros a disminuir la tenacidad, y en ciertos casos mejora también su resistencia a la oxidación.

Cobalto

Se emplea casi exclusivamente en los aceros rápidos de más alta calidad. Este elemento al ser incorporado en los aceros, se combina con la ferrita, aumentando su dureza y su resistencia. Es uno de los pocos elementos aleados que mueva el punto eutectoide hacia la derecha y reduce la templabilidad de los aceros.

El cobalto se suele emplear en los aceros rápidos al wolframio de máxima calidad en porcentajes variables de 3 a 10%.

Aluminio

Se emplea como elemento de aleación en los aceros de nitruracion, que suele tener 1% aproximadamente de

aluminio. Como desoxidante se suele emplear frecuentemente en la fabricación de muchos aceros. Todos los aceros aleados en calidad contienen aluminio en porcentajes pequeñísimos, variables generalmente desde 0.001 a 0.008%.

Titanio

Se suele añadir pequeñas cantidades de titanio a algunos aceros muy especiales para desoxidar y afinar el grano. El titanio tiene gran tendencia a formar carburos y a combinarse con el nitrógeno. En los aceros inoxidables cromo-níquel, actúa como estabilizador de los carburos y evita la corrosión intercristalina.

Cobre

El cobre se suele emplear para mejorar la resistencia a la corrosión de ciertos aceros de 0.15 a 0.30% de carbono, que se usan para grandes construcciones metálicas. Se suele emplear contenidos en cobre variables de 0.40 a 0.50%.

Boro

Se ha visto que en cantidades pequeñisimas de boro del orden de 0.0001 a 0.0006%, mejoran notablemente la templabilidad, siendo en este aspecto el más efectivo de los elementos aleados y el de mayor poder templante de todos.

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ACEROS ALEADOS PARA CEMENTACION

15Cr3-Para partes de construcción de tamaño pequeño.-Puede subsistir los aceros al Cr, Ni, Mo, cuando no se requieren grandes características de tenacidad en el núcleo.-Es aconsejable seguir un recocido de estabilización a las piezas, antes de realizar la cementación, con el fin de prevenir deformaciones durante el temple.

-Se recomienda el doble temple.

16MnCr5-Para partes de alta resistencia al desgaste y expuestas a esfuerzos elevado. Por ejemplo: ruedas dentadas, ruedas para cadenas, etc.-El doble temple es aconsejable.

3415-Para partes de maquinas que exijan una superficie muy dura y un núcleo de alta tenacidad, como por ejemplo ruedas dentadas en engranajes de alto rendimiento, eje de levas, etc.-En este tipo de acero se aconseja el recocido de estabilización antes de la cementación.El doble temple es aconsejable para piezas complicadas y para los casos en que la profundidad de cementación sea mayor de 1 mm.-Las piezas sencillas pueden templarse directamente desde el horno de cementación.

4320-Este tipo de acero se emplea para piezas cementadas de medio y gran espesor.-Combina una gran dureza superficial a un corazón muy tenaz y durante el temple se deforma muy poco.-Es aconsejable dar un recocido de estabilización antes de ejecutar la cementación. -También es aconsejable el doble temple.

8620-Ofrece muy buena dureza superficial y buenas propiedades del corazón. -Tiene aceptable profundidad de temple, ausencia de zonas no duras en la parte cementada y baja distorsión

.-Usos: Ejes ranurados, pasadores de pistón, bujes, piñones para cajas y transmisión de automotores, etc.-Es aconsejable un recocido de estabilización antes de efectuar la cementación.-Se aconseja el segundo temple de dureza desde 810/840ºC.

4130

-Es un acero con buena penetración de temple y con buenas características de estabilidad hasta temperaturas de más o menos 400ºC.-Tiene una elevada resistencia al deslizamiento en caliente y no presenta fragilidad de revenido.-Para piezas que necesitan una dureza superior se debe usar 4140 o 4150.

4140-Es un acero de buena penetración de temple y con buenas características de estabilidad en caliente hasta 400ºC.-Sin fragilidad de revenido, muy versátil y apto para esfuerzos de fatiga y torsión.-Piezas templadas a inducción pueden dar una dureza de 57-69 Rockwell C. -Tiene amplia aplicación en construcción de vehículos por ejeplo para cigüeñales, brazos de ejes, bielas, pernos, ejes de contramarcha, ejes de bombas y engranajes.-Muy utilizado en piezas forjadas como herramientas, llaves de mano, destornilladores, etc.-Se usa también para espárragos y tornillos den la construcción de plantas que trabajen a temperatura entre 150ºC y 300ºC, como calderas, turbinas de vapor, plantas químicas, etc.

4150-Sirve para los mismos usos del 4140 cuando se requieren durezas superiores.-Piezas templadas a inducción de 4150 pueden dar una dureza superficial de 60-62 HRC.

4340-Tiene los mismos usos del 9840 y es usado cuando se requiere una dureza superior y mejor resistencia al impacto.

-Piezas templadas a inducción de 4340 pueden dar una dureza superficial de 60-62 Rockwell C.-Sirve para tornillos prisioneros de bloques motores, ejes traseros de transmisión, mandriles porta-herramientas, ejes y excéntricas para cizallas, ejes de transmisión de grandes

dimensiones, etc.

5135-Para piezas de buena tenacidad y que no requieran una profundidad de temple muy alta. -Se usa en partes para vehículos, tractores, pasadores, tornillos y tuercas de alta resistencia.

5160-Este acero esta especialmente indicado para la construcción de resortes para automóviles y camiones, sea en ballestas, sea para resortes helicoidales y también para barras de torsión.

6150-Se usa este acero para la construcción de resortes de muy alta resistencia, resortes helicoidales y barras de torsión para automóviles.

9260-Este es el tipo de acero más usado y más económico entre los aceros aleados para la construcción de resortes, particularmente para automóviles y camiones.-Se templa muy fácilmente y tiene buena penetración de temple.-Puede también usarse para la construcción de herramientas para maquinas agrícolas y otros implementos de la misma índole.

9840-Este acero tiene una buena penetración de temple y buena tenacidad.-Se puede usar en construcción de piezas de tamaño medio que estén sometidas a esfuerzos de torsión. -Por su contenido en Mo no esta expuesto a la fragilidad de revenido.

http://www.uprm.edu/civil/html/laborato/lab7.pdf

En ensayos de resistencia a la comprension Julio César Argueta Alvarado Daysi del Carmen Acosta Orellana

Resumen

Las normas ASTM proponen en sentido estricto que para la evaluación de la calidad del concreto en función de su resistencia a la compresión se fabriquen muestras de forma cilíndrica cuyo diámetro sea de 15cm y su altura de 30cm (15x30). En la mayoría de los laboratorios del país dedicados al control de calidad de los materiales de construcción utilizan máquinas cuya capacidad máxima no excede en más de 250000 libras, el problema se da cuando se necesite ensayar concretos de altas resistencias como las de 450 o 500 kgcm², lo que supone que se genere una fuerza mínima de 175000 a 195000 libras con lo cual las máquinas se desarrollan a su mayor capacidad, generándose en consecuencia daños progresivos y a veces irreparables en su mecanismo.

En este caso, hemos analizado los resultados obtenidos en probetas cilíndricas de menor dimensión (10x20) con el fin de generar un menor esfuerzo en la máquina y determinar su relación con probetas de tamaño estándar elaboradas con la misma mezcla. Con esto logramos establecer una primera aproximación en cuanto a determinar un factor de conversión entre estos especímenes.

Palabras clave: resistencia a la compresión, probetas de concreto.

Introducción

Ya existen precedentes en cuanto a la investigación de especímenes más pequeños que el estándar para determinar la resistencia a la compresión y otras propiedades del concreto endurecido. Gonnerman¹ realizó investigaciones al respecto, relacionando las variables de forma y tamaño de los especímenes con respecto a su esfuerzo de compresión llegando a la conclusión de que el esfuerzo de compresión disminuye con incrementos de tamaño de los especímenes. Neville² estudió también el efecto de la forma y tamaño de los especímenes en el esfuerzo de ruptura de las probetas de concreto y sugirió una relación general entre el esfuerzo de compresión y la forma y tamaño del espécimen: (v/hd)+ (h/d) donde V = volumen del cilindro, h = altura del cilindro y d = dimensión lateral.

El Instituto Americano del Concreto (ACI), desarrolló una investigación bastante práctica al respecto utilizando especímenes de 10x20 cm. Se usó gravas de piedra caliza, gravas naturales y manufacturadas como agregado grueso y arena natural como agregado fino. Se trabajó diferentes relaciones agua/cemento (.33 a .87) y se realizó diferentes combinaciones de agregados pétreos para ser ensayados a los 7, 28, 42 y 91 días de madures y se compararon resultados con probetas curadas en el campo y en condiciones de laboratorio. Todos los resultados coincidieron en que las probetas de 6 x 12 pulgadas desarrollan un menor esfuerzo a la compresión que las probetas de 4 x 8 pulgadas. Las diferencias entre ambas probetas aumentan con incrementos en la resistencia del concreto.

Al final de los 28 días el cociente que se obtiene entre los esfuerzos obtenidos en los cilindros de 4 x 8 pulgadas con los de 6 x 12 pulgadas se encuentra entre el 84% y el 132%. En una cantidad apreciable de resultados los cilindros de 4x8 pulgadas tuvieron una densidad más alta que los de 6 x12 pulgadas.

De lo anterior puede observarse que la densidad, la forma y tamaño de los especímenes de concreto producen un efecto en los resultados de los ensayos de resistencia a la compresión del concreto.

Existen algunos inconvenientes con el uso de un molde de 4x8 pulgadas y son los siguientes: Los moldes de 4x8 pulgadas exigirán el uso de un concreto hecho con un agregado cuyo tamaño máximo no exceda de 1 ½ pulgada (37.5 mm) debido a que en la práctica los moldes deberán tener un diámetro de tres a cuatro veces el tamaño máximo nominal del agregado que será usado. Los cilindros de 4x8 pulgadas pesan alrededor de 9 libras (5 kilogramos) mientras que los cilindros de 6x12 pulgadas pesan alrededor de 29 libras (13 kilogramos). Usualmente los cilindros de 6x12 pulgadas son manipulados mal en el sitio de construcción; moverlos de un lugar a otro mientras está en las primeras etapas del fraguado podría ocasionar daños en las probetas y proporcionar un mal resultado a la hora de ser ensayadas. Con la utilización de probetas de 4x8 este problema podría incrementarse debido a su facilidad de movilización.

En la mayoría de los laboratorios del país dedicados al control de calidad de los materiales de construcción se

utilizan máquinas de resistencia a la compresión del concreto cuya capacidad máxima no excede en más de 250000 libras, son pocas las instituciones que cuentan con equipos de mayor capacidad como las máquinas universales, se llaman así porque se pueden realizar ensayos de fluencia del acero, elongación, doblado así como pruebas de flexión, tensión y compresión en el concreto. Estas máquinas pueden hacer estallar fácilmente concretos de 975 kg/cm² (en probetas estándar esto equivale a 380000 libras). El problema de utilizar máquinas de menor capacidad se da cuando se necesite ensayar concretos cuyas resistencias oscilen entre los 450 o 500 kg/cm², lo que supone que se genere una fuerza mínima de 175000 a 195000 libras en probetas de tamaño estándar, con lo cual las máquinas se desarrollan a su mayor capacidad, generándose en consecuencia daños progresivos y a veces irreparables en su mecanismo.

La razón de investigar la relación existente entre los resultados de resistencia a la compresión de una probeta estándar (15x30) con probetas de igual forma y relación altura – diámetro pero con una reducción en su volumen de aproximadamente el 70% (10x20) era minimizar el daño que se produce en la máquina al ensayar concretos de resistencias mayores a los 400 kg/cm² y determinar un factor de conversión, el cual debe aplicarse a las probetas de 10x20 para un resultado como si se hubiese utilizado probetas de 15x30.

Llamamos resistencia a la compresión, a la capacidad última de carga que puede soportar una muestra de concreto con dimensiones bien definidas, y se calcula dividiendo la fuerza que hizo fallar la muestra de concreto entre el área transversal de la misma, por lo que los resultados están dados en unidades de presión.

Nuestra hipótesis de trabajo fue: “Mediante el uso de probetas cilíndricas de 10 cm de diámetro y 20 cm de alto en ensayos de resistencia última del concreto, se lograría desarrollar un menor esfuerzo en los equipos de prueba en comparación con las probetas de dimensiones estándar”.

En efecto se obtuvo este resultado determinándose que la relación entre las probetas de 10x20 respecto a las de 15x30 se encuentra en un promedio del 50%.

Materiales y método Tipo de estudio: La investigación se desarrolló aplicando el método científico con un enfoque descriptivo experimental, apoyándose en datos estadísticos generados a partir de ensayos de laboratorio.

Muestra: 180 probetas de concreto de 10x20 y 180 probetas de concreto de 15x30.

Técnicas e Instrumentos La información fue recopilada de la siguiente forma:

Técnica documental: Referida al procedimiento de innovación, organización e interpretación de información sobre el tema basado en la revisión de normas ASTM, reglamento ACI, documentos del ISCYC, y manuales, entre otros.

Técnica experimental:

1. Participantes El trabajo fue responsabilidad de los ingenieros civiles: Julio Cesar Argueta Alvarado,

Administrador del Laboratorio de Suelos y Materiales y de Daysi del Carmen Acosta Orellana, docente

de la Universidad.

2. Auxiliares para la realización de los ensayos: Fredy Francisco Orellana y Edwar Sorto

3. Recursos materiales

o Grava Nº 1

o Arena natural

o Cemento Portland tipo I

4. Aparatos e Instrumentos

o Máquina de compresión AKUTEC

o Placas metálicas para cabeceo

o Almohadillas

o Mezcladora de 1 bolsa

o Carretilla

o Batea

o Cono y base de revenimiento

o Moldes metálicos de 10 cm de diámetro y 20 cm de alto

o Moldes metálicos de 15 cm de diámetro y 30 cm de alto

o Aceite

o Juego de mallas

o Horno

o Balanza de servicio pesado

o Balanzas de precisión

o Capsulas para contenidos de humedad

o Recipientes para pesos volumétricos

La información recopilada fue procesada en los software Microsoft Word (manejo de texto), Excel (manejo de gráficos), SPSS (manejo de tablas y bases de datos) y se utilizó la estadística descriptiva para la interpretación de los datos.

Los agregados pétreos utilizados en esta investigación procedieron de la mina de Aramuaca, ubicada sobre el Km. 149, carretera a La Unión, cantón El Rebalse, San Miguel. La grava utilizada fue la clasificada como grava Nº 1 y arena natural. Antes de realizar un diseño de mezcla para establecer las proporciones de los componentes del concreto fue necesario determinar algunas propiedades físicas de los agregados tales como: Agregado Grueso: 1. Peso volumétrico varillado 2. Tamaño máximo del agregado 3. Peso especifico (o gravedad específica) 4. Absorción 5. Contenido de humedad

Agregado fino: 1. Peso volumétrico varillado 2. Peso específico (o gravedad específica) 3. Absorción 4. Contenido de humedad 5. Módulo de finura

Otros datos a utilizar para la elaboración del diseño de mezcla fueron: 1. Tipo de cemento y su peso específico, en nuestro caso se utilizó cemento CESSA tipo I 2. Resistencia a la compresión que se deseaba obtener (se trabajó con una resistencia a la compresión especificada de 300 kg/cm²). El diseño de mezcla que se utilizó fue de 300 kg/cm² debido a que al ensayar el concreto hasta hacerlo fallar, muchos resultados fácilmente podrían llegar hasta los 400 kg/cm², y en efecto así fue, el 60% de los resultados a los 28 días de edad fueron superiores a los 350 kg/cm². 3. Si el concreto incluiría aire o no. En nuestro diseño no se incluyó aire en la mezcla. 4. Consistencia deseada (medida por el asentamiento en la prueba del cono de Abrams) se trabajó con un revenimiento de 4 pulgadas. 5. La relación agua/cemento fue de 0.5

Para el diseño de mezcla se utilizó el método del ACI 211.1-91 “Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete”.

De igual manera se tomaron las consideraciones propuestas por el ACI 318-02 “Building Code Requirements for Structural Concrete” específicamente el capítulo Nº 5 el cual trata sobre la calidad, mezclado y colocado del concreto. Aquí se describe cuantas pruebas son las necesarias para realizar un estudio representativo de

los resultados en la compresión de los cilindros de concreto, y algunas consideraciones sobre la resistencia de diseño de entrada si ya se poseen estadísticas de resultados previos o no.

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La resistencia a la tracción del concretoDE LOS MÉTODOS DE ENSAYO

La resistencia a la tracción del concreto es una forma de comportamiento de gran interés para el diseño y control de calidad en todo tipo de obras y en especial las estructuras hidráulicas y de pavimentación. Sin embargo en razón de que los métodos de ensayo a la tracción aparecen tardíamente, en la década de los cincuenta, la resistencia a la comprensión mantiene su hegemonía como indicador de la calidad, principalmente por el largo tiempo de aplicación que ha permitido acumular valiosa experiencia.

Inicialmente la determinación de la resistencia a la tracción del concreto se efectúo por ensayos de flexo tracción. Posteriormente, se han desarrollado dos métodos de prueba conocidos como ensayos de tracción directa por hendimiento, también denominado de comprensión diametral.

El método de ensayo de tracción directa consiste en someter a una solicitación de tracción axial un espécimen, cilíndrico o prismático, de relación de h/d, entre 1.6 a 1.8 resultante del aserrado de las extremidades de una probeta moldeada, para eliminar las zonas de mayor heterogeneidad. Los especimenes se pagan por sus extremos, mediante resinas epóxicas, a dos placas de acero que contienen varillas de tracción, centradas y articuladas mediante rótula, las mismas que se sujetan a los cabezales de una máquina de ensayos de tracción convencional (fig. 1a).

El método de tracción directa si bien es representativo del comportamiento del concreto, requiere una operación compleja, por lo que se ha firmado únicamente en el ámbito de los laboratorios.

El ensayo de tracción por hendimiento consiste en romper un cilindro de concreto, del tipo normalizado para el ensayo de comprensión, entre los cabezales de una prensa, según generatrices opuestas.

Este método fue desarrollado con Lobo Carneiro y Barceles en Brasil en 1943, cuando verificaban el comportamiento del concreto, destinado a rellenar cilindros de acero a utilizarse en el desplazamiento de una antigua iglesia. En el mismo año en Japón T. Azakawa, realizó una tesis de doctorado desarrollando el método.

Ensayo de tracción por hendimiento

En el estudio de la distribución de tensiones principales de tracción y composición en una pala circular bajo la acción de fuerza diametralmente opuestas, distribuidas a lo largo de dos generatrices situadas en el mismo plano diametral (estado plano de deformaciones). Ha sido efectuado originalmente por Timoshenko. Asimismo, han sido objeto de análisis por método fotoeslástico.(Fig. 2).

 

Al solicitar diametralmente por compresión un cilindro a lo largo de la generatriz, un elemento, ubicado a una distancia “I” a una de las caras, queda sometido a un esfuerzo de compresión, que tiene como valor:

 

Siendo P la fuerza total de compresión: D el diámetro y L la longitud del cilindro.

Esta tensión se incrementa a partir del centro y tiende al infinito en la aproximación de las generatrices de contacto. Sin embargo, en la práctica, esto produce en una banda de contacto con la platina de los cabezales de la maquina de ensayo, en un ancho “a”, de donde resulta, una perturbación local y el valor máximo de la tensión principal de compresión es de:

Además a todo lo del plano diametral donde están situadas las generatrices sobre las cuales actúa la compresión, las tensiones normales de tracción se distribuyen uniformemente y son iguales a:

Sin embargo, la tensión principal de tracción decrece en la vecindad de la banda de contacto, resulta nula y cambia de signo transformándose en una tensión de compresión (Fig. 3).

Estos valores son validos hasta el momento de la rotura, que no se encuentra en el dominio de la teoría de la elasticidad pase a la existencia de una tensión principal de compresión la rotura se produce por separación, según un plano normal a la tensión principal de tracción, en el momento que éste alcanza el valor del concreto es generalmente cinco veces menor que la de compresión.

Ventajas del método

Las ventajas del método, normalizado en numerosos países, se encuentran en los siguientes factores:

  Se utilizan los mismos moldes, sistemas de curado, y prensa que en el ensayo de compresión.

  Constituye un ensayo simple, economico y de fácil ejecución.

  Los ensayos pueden realizarse sobre corazones extraídos del concreto endurecido cuando tiene regular.

Como limitación, podemos señalar que sus resultados son superiores a los que se obtiene por el ensayo de tracción directa, en razón que en el ensayo de compresión diametral, existe una zona de

fractura pre-determinada, que no revela las fallas que pueden presentarse en otro lugar del espécimen.

Condiciones de ensayo

La norma establece las condiciones que rigen el procedimiento de ensayo, debemos incidir en algunas disposiciones significativas:

a.        Luego del curado de los especimenes de ensayo y antes de la prueba, debe procederse a determinar su longitud, por el promedio de tres medidas y el diámetro por el promedio de dos medidas. Asimismo, deberá marcarse las caras del espécieme, determinando las generatrices de carga.

b.     Si las dimensiones de las placas de apoyo de la maquina de compresión, son menores que la longitud del cilindro, debe interponerse una platina suplementaria de acero maquinado, de por lo menos 50 mm de ancho y espesor no menos que la distancia entre el borde de las placas.

Gracias a:

http://civilgeeks.com/2011/12/10/la-resistencia-a-la-traccin-del-concreto/

ENSAYO DE COMPRESIÓN DE CILINDROS DE CONCRETO. El ensayo de compresión es meramente lo contrario del de tensión con respecto a la dirección o el sentido del esfuerzo aplicado. Las razones generales para la elección de uno u otro tipo de ensayo se establecieron. Asimismo, un numero de principios generales se desarrollo a través de la sección sobre el ensayo de tensión sobre los cuales son igualmente aplicables al ensayo de compresión. Existen, sin embargo, varias limitaciones especiales del ensayo de compresión a las cuales se debe dirigir la atención: La dificultad de aplicar una carga verdaderamente concéntrica o axial. El carácter relativamente inestable de este tipo de carga en contraste con la carga tensiva, Existe siempre una tendencia al establecimiento de esfuerzos flexionantes y a que el efecto de las irregularidades de alineación accidentales dentro de la probeta se acentúa a medida que la carga prosigue. La fricción entre los puentes de la maquina de ensayo o las placas de apoyo y las superficies de los extremos de la probeta debido a la expansión lateral de esta. Esto puede alterar considerablemente los resultados que se obtendrían si tal condición de ensayo no estuviera presente. Las áreas seccionales, relativamente mayores de la probeta para ensayo de compresión para obtener un grado apropiado de estabilidad de la pieza. Esto se traduce en la necesidad de una maquina de ensaye de capacidad relativamente grande o probetas tan pequeñas y por lo tanto, tan cortas que resulta difícil obtener de ellas mediciones de deformación de precisión adecuada. Se supone que se desean las características simples del material y no la acción de los miembros estructurales como columnas, de modo que la atención se limita aquí al bloque de compresión corto. 

Probetas estándar. Para el cemento las probetas estándar son cilindros con una altura del doble del diámetro. Para el concreto con agregado de tamaño máximo no mayor de 2 pulgadas es tamaño normal del cilindro es de 6 por 12 pulgadas; para el concreto que contenga agregados de tamaño máximo hasta de 21.2 pulgadas se usa un cilindro de 8 por 16 pulgadas. Es practica común en muchos laboratorios usar cilindros de 3 por 6 pulgadas para concreto con agregados hasta de 3" - 4" pulgadas y para ensayos de concreto con agregados hasta de 6 pulgadas, se usan cilindros de 18 por 36 pulgadas.

Detalles sobre Agregados de Concreto. Los agregados para concreto deben cumplir con las normas estandarizadas, y que esten constituidos por granos duros, limpios y libres de: polvo, arcilla, limo, material orgánica, sales solubles y películas de aceite o grasa. En general, los materiales como polvo, arcilla, limo, materia orgánica, etc. debilitan la adherencia entre los agregados y la pasta de cemento, generando bajas resistencias. El concreto elaborado con agregados que presenten estos materiales endurece muy lentamente y a menudo no endurece lo suficiente para utilizarlo con el propósito previsto. Otro concepto que se maneja al hablar de agregados, es el de granulometría y tamaño máximo. Granulometría es la distribución del tamaño de los granos de un agregado. El tamaño máximo de la piedra, esto es, el tamaño máximo de las piedras más grandes, no debe exceder de 2 pulgadas en concretos no armados, recomendándosse un tamaño máximo de 1.6 pulgadas y no debe exceder de 1.6 pulgadas en concretos armados, recomendándose un tamaño máximo de 1.2 pulgadas. Un buen agregado es aquel que tiene una granulometría en donde todos los granos del agregado no son del mismo tamaños, siño que varían de finos a gruesos, es decir bien graduados. De este modo las partículas más finas ayudan a rellenar los huecos entre las más gruesas. No emplee agregados que contengan cantidades considerables de partículas blandas, planas o alargadas. Almacene los agregados por separado sobre pisos duros ( de concreto, adoquines o plachas metálicas) e inclinados para facilitar el drenaje. Evite que los agregados se mezclen entre sí. Al efecto resulta conveniente colocar una división de baja altura entre ellos. El almacenamiento debe hacerse por capas de espesor uniforme, no en cerros. Evite por todos los medios que los materiales se contaminen con tierra o desperdicios.Colaborado por: Deborah Bran Email de contacto: desherba@yahoo.com

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