Universidad Rafael LandvarFacultad de IngenieraLaboratorio de Resistencia de Materiales I, Seccin 02Catedrtico: Ing. Francisco Gerardo Corado

PRCTICA NO. 3ENSAYOS DE TENSIN CON METALES

Andrs Asturias 1286307

Guatemala, lunes 6 de abril de 2015I. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVOS GENERALES Comparar los comportamientos dctiles de los metales ensayados y el comportamiento frgil de otros materiales en general

1.2 OBJETIVOS ESPECFICOS Observar el comportamiento de probetas de un material dctil sometido a esfuerzo, y comparar con las probetas de concreto probadas en los laboratorios anteriores. Describir los cambios observados en la forma de la probeta a lo largo de la prueba y comparar el tipo de falla con la observada en las probetas de concreto. Investigar la curva esfuerzo-deformacin unitaria de los materiales dctiles y compararla con la de los materiales frgiles.

II. MARCO TERICO2.1 MATERIALES DCTILES Y FRGILES

Propiedades mecnicas de los materiales son la fragilidad, la maleabilidad y la ductilidad. Un material se considera como dctil y maleable si puede soportar grandes deformaciones (inelsticas) plsticas sin rotura. La ductilidad se relaciona con la tensin, y la maleabilidad con la compresin (por ejemplo, un material dctil se estira como alambre, uno maleable se comprime como placa). La fragilidad, al contrario, se fractura luego de ocurrir deformaciones unitarias relativamente bajas.

Usualmente un material se denomina frgil o quebradizo, si resiste solamente hasta una deformacin unitaria de 5% sin quebrarse.

Los materiales dctiles como el acero y aleaciones, se caracterizan por su capacidad de fluir a temperaturas normales (Fitzgerald, 1991).

2.1.1 COMPORTAMIENTO BAJO CARGA

Los materiales frgiles como el concreto y el cristal, se caracterizan, como se dijo anteriormente, porque su ruptura se presenta sin antes mostrarse una importante tasa de alargamiento.

Cuando se somete un material dctil a una tensin creciente, la deformacin vara hasta cierto punto, en forma proporcional a dicha carga. Luego, despus de un valor crtico, sufre grandes deformaciones con un pequeo aumento en la carga aplicada. A este comportamiento se le llama fluencia. Es por ello que las fallas preferibles son las dctiles, ya que ocurren luego de la fluencia apreciable del material, advertible por el usuario.

2.1.2 TIPOS DE FALLA

El material dctil en cierto punto se estrecha debido a la inestabilidad local, lo cual se conoce como estriccin. Al romperse un material dctil, se observa que la ruptura ocurre a lo largo de una superficie cnica a 45 grados respecto a la superficie original de la probeta, lo cual indica que los esfuerzos cortantes son los que la ocasionan (figuras b y c).

El material frgil no presenta estriccin antes de la rotura, y se observa que esta es perpendicular a la carga (figura a). Los esfuerzos normales son los principales causantes de falla en los materiales quebradizos.

2.1.3 COMPORTAMIENTO DE UN MATERIAL FRGIL COMO DCTIL

Los comportamientos anteriormente descritos se ejecutan en temperaturas normales. Sin embargo, un material dctil, a temperaturas muy bajas, puede presentar las caractersticas de un material frgil. Mientras que un material frgil, a temperaturas muy altas, puede comportarse como un material dctil. Por ello se habla de materiales en estado dctil o frgil, aunque no propiamente materiales dctiles o frgiles

Hundimiento del Titanic

El hundimiento del Titanic, como se sabe, ocurri en una zona a temperaturas muy bajas. Esto ocasion que el acero material dctil a temperaturas normales- se comportara como un material quebradizo, lo que ocasion la rotura al colisionar con el iceberg, en lugar de presentarse una deformacin fluida.

2.1.4 CARACTERSTICAS DE LOS METALES

Mecnicamente los metales son generalmente dctiles, por lo que resisten tensiones considerables sin romperse. Otras propiedades mecnicas seran: la maleabilidad o capacidad para soportar grandes compresiones sin romperse (hasta convertirse en lminas); tenacidad o resistencia a recibir fuerzas bruscas (golpes); y resistencia mecnica que es la capacidad de resistir esfuerzos grandes sin deformarse permanentemente ni romperse.

Por otra parte, a nivel atmico, los metales en sus enlaces poseen electrones con relativa independencia en la capa orbital, lo cual les da libre movilidad para transportarse y conducir energa, trmica o elctrica a otros electrones. Esta es la razn por la cual los metales son buenos conductores de calor y electricidad.

2.1.5 IMPORTANCIA PARA EL DISEO ESTRUCTURAL

La ductilidad de materiales es de especial importancia en el diseo de elementos de soporte, ya que la fractura de un material frgil ocurre de manera sbita, prcticamente sin previo aviso, mientras que los materiales dctiles se deforman una cantidad considerable antes de fallar (Fitzgerald, 1990).

2.1.5 EJEMPLOS Y USOS DE MATERIALES FRGILES Y DCTILES

Como se mencionaba anteriormente el hormign y la piedra son ejemplos de materiales frgiles, sin embargo estos son utilizados para soportar esfuerzos de compresin, ya que no se deforman. Por otra parte, los metales son ejemplo de materiales dctiles utilizados en diseos estructurales para presentar fallas luego de una deformacin importante.

III. DATOS OBTENIDOS

Imagen No. 1 Dimensiones iniciales de las probetas

Tabla No. 1 Dimensiones, deformacin y cargas sobre las probetas en puntos especficos

Punto (lb)Longitud (m)Deformacin total (m)

MaterialFluenciaMximoRuptura

1Acero puro3171031710237500.1270.0094

2Acero al carbono2106021060180600.1270.01

3Aluminio112201122087100.1270.0105

4Acero rolado en fro1394013940109900.1270.0079

IV. CLCULOS

Tabla No. 2 Cargas, rea transversal y esfuerzo de roturaMaterialPunto de ruptura (N)Dimetro de probeta (m)rea transversal (m2)Esfuerzoltimo (Pa)

1Acero puro105645.2250.01270.000126677833974072.7

2Acero al carbono80334.85320.01270.000126677634171442.2

3Aluminio38743.99620.01270.000126677305849017.8

4Acero rolado en fro48885.93780.01270.000126677385910528.8

Tabla No. 3 Deformacin total, deformacin unitaria y porcentaje de deformacinDeformacin total (m)Deformacin unitaria Porcentaje de deformacin (%)

Material

1Acero puro0.00940.0740157487.401574803

2Acero al carbono0.010.0787401577.874015748

3Aluminio0.01050.0826771658.267716535

4Acero rolado en fro0.00790.0622047246.220472441

Los alargamientos porcentuales de los aceros y el aluminio estn entre 6 y 18% segn las normas internacionales.

V. RESULTADOS 5.1 DISCUSIN DE RESULTADOSLos porcentajes de alargamiento en las probetas ensayadas se encontraban dentro del rango indicado en las normas internacionales, es decir entre el 6 y el 18 porciento.

Cabe mencionar que las roturas de las probetas mostraron su ductilidad, pues ocurrieron en una superficie cnica a 45 grados aproximadamente, excepto en el caso del acero al carbono, el cual present una falla ms perpendicular a la carga. Esto se debe a que la aleacin de carbono hace que el material se comporte ms frgilmente (Hibbeler, 2006).

El concreto, por su parte, presenta una falla frgil pues su deformacin apreciable es muy pequea antes de la fractura. El concreto ensayado anteriormente, carece de un grado de proporcionalidad entre los esfuerzos y las deformaciones (Parker, 1971), lo cual si se observaba en los materiales dctiles ensayados.

5.2 CONCLUSIONES El concreto, a diferencia de los materiales elsticos careca de un grado de proporcionalidad entre los esfuerzos y las deformaciones, lo cual si se observaba en los materiales dctiles ensayados. El concreto a diferencia de los materiales dctiles se fracturaba perpendicularmente a la carga aplicada, mientras que las probetas de metales se fracturaban cnicamente a 45 grados de la carga, excepto el acero al carbono que present una rotura ms perpendicular a la carga. Los materiales dctiles presentan una curva de deformacin de fluencia luego de una regin de proporcionalidad, mientras que los materiales frgiles fallan luego de una pequea regin de deformacin.

5.3 RECOMENDACIONES Utilizar probetas nuevas, ya que la fatiga del material puede hacer que el mdulo de rigidez se vea reducido. Se debe verificar que las probetas no se encuentren tensas ya que se puede afectar la distribucin de esfuerzos. Se debe aadir al radio de la polea la longitud del gancho al que se sujetaba el cable, ya que es a partir de este de donde se ejerca realmente el torque.

BIBLIOGRAFAASM. (2012). Metals Handbook. Ohio: Materials Park. Beer, F. y Johnston, E. (1993). Mecnica de materiales. (2a. ed.). Mxico: Mc Graw Hill. Fitzgerald, R. (1990). Mecnica de materiales. Mxico: Alfaomega.Hibbeler, R. (2006). Mecnica de materiales. Mxico: Pearson educacin.Parker, H. (1971). Diseo simplificado de concreto reforzado. Mxico: Limusa-Wiley.