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LABORATORIO 7ENSAYO DE TORSION

Presentado por:

DANIEL MARTNEZ HERRERA1101891

ALEJANDRA VARGAS RAMIREZ1101780

Dirigido a:Ingeniero: DIEGO PALMA

ENSAYO DE TORSION

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADAFACULTAD DE INGENIERA MECNICA DE SLIDOSLABORATORIOCOLOMBIA2015

CONTENIDO indice DE ILUSTRACIONES3INDICE DE TABLAS3INTRODUCCIN4OBJETIVOS5OBJETIVO GENERAL5OBJETIVOS ESPECIFICOS5tension6Esfuerzo:8Deformacin unitaria:8Mdulo de elasticidad:9Ley de Hooke:9Porcentaje de elongacin:9Porcentaje reduccin de rea:10Encuellamiento10Diagramas Esfuerzo- deformacin:10procedimiento de la prctica11resultados13calculos13ANALISIS DE RESULTADOS17conclusiones18REFERENCIAS BIBLOGRAFICAS20

indice DE ILUSTRACIONESFigura 1. Maquina donde se lleva a cabo la prueba de tensin6Figura 2. Curvas de esfuerzo-deformacin para tensin para distintos materiales7Figura 3. Forma de la probeta10Figura 4. Diagrama Esfuerzo-deformacin10Figura 5. Toma de medidas de las varillas11Figura 6. Montura de la Varilla12Figura 7. Proceso de torsin de la varilla12Figura 8. Carga-deformacin acero17Figura 9. Carga-deformacin aluminio17Figura 10. Carga-deformacin cobre18INDICE DE TABLAS Tabla 1. Dimensiones y propiedades fsicas de la barra de Acero13Tabla 2. Dimensiones y propiedades fsicas de la barra de Aluminio13Tabla 3. Dimensiones y propiedades fsicas de la barra de cobre13Tabla 4. Cargas utilizadas13Tabla 5. Marco de torsin14Tabla 6. Datos de Ensayo Barra de Acero14Tabla 7. Datos de Ensayo Barra de Aluminio14Tabla 8. Datos de Ensayo Barra de cobre15Tabla 9 Clculos Barra de Acero15Tabla 10. Calculos Barra de Aluminio16Tabla 11 Clculos Barra Cobre16

INTRODUCCINMuchos materiales cuando estn en servicio estn sujetos a fuerzas o cargas. En tales condiciones es necesario conocer las caractersticas del material para disear el instrumento donde va a usarse de tal forma que los esfuerzos a los que vaya a estar sometido no sean excesivos y el material no se fracture. El comportamiento mecnico de un material es el reflejo de la relacin entre su respuesta o deformacin ante una fuerza o carga aplicada. El ensayo de torsin se aplica en la industria para determinar constantes elsticas y propiedades de los materiales. Tambin se puede aplicar este ensayo para medir la resistencia de soldaduras, uniones, adhesivos, etc.

OBJETIVOSOBJETIVO GENERALDeterminar aspectos importantes de la resistencia y elongacin de la barra de acero, que pueden servir para el control de calidad y las especificaciones segn la norma NTC-2289.OBJETIVOS ESPECIFICOS Conocer la importancia de la prueba de tensin Conocer las caractersticas y especificaciones que se deben tener en los materiales a utilizar como las probetas de acero. Determinar por medio de ensayo las propiedades de una probeta de acero, tal como lo son la resistencia a la fluencia, fractura por traccin, la elongacin y la reduccin de rea y comprobar si es apto para su uso. Determinar el esfuerzo de traccin de una barra de acero por medio de la grfica de esfuerzo-deformacin a partir de su mdulo de elasticidad.

tension

La torsin en s se refiere a un desplazamiento circular de una determinada seccin transversal de un elemento cuando se aplica sobre ste un momento torsor o una fuerza que produce un momento torsor alrededor del eje. (Popov, 2000)Las propiedades mecnicas de los materiales usados en ingeniera se determinan por medio de experimentos con probetas. Estos se llevan a cabo en el laboratorio con equipos como la maquina universal, entre muchas otras que nos permiten hacer estos procesos.Prueba de tensin, esta consiste en alargar una probeta de ensayo por fuerza de tensin, es tensionada gradualmente, con el fin de conocer propiedades mecnicas de materiales en general: su resistencia, rigidez y ductilidad. (Azkeland, 1998)

Figura 1. Maquina donde se lleva a cabo la prueba de tensinFuente: (Azkeland, 1998)

El comportamiento de los distintos materiales frente al ensayo se encuentra ilustrado en la siguiente grfica. La figura No. 2, muestra en forma cualitativa las curvas de esfuerzo-deformacin unitaria normales para un metal, un material termoplstico, un elastmero y un cermico. En esta figura, las escalas son cualitativas y distintas para cada material. En la prctica, las magnitudes reales de los esfuerzos y las deformaciones pueden ser muy distintas entre s. Se supone que el material plstico est arriba de su temperatura de transformacin vtrea (Tg), mientras que los materiales metlicos y termoplsticos muestran una regin inicial elstica, seguida por una regin plstica no lineal. Tambin se incluye una curva aparte para los elastmeros (es decir, hules o siliconas), ya que el comportamiento de esos materiales es distinto del de otros materiales polimricos. Para los elastmeros, una gran parte de la deformacin es elstica y no lineal. Por otra parte los cermicos y los vidrios solo muestran una regin elstica lineal y casi nunca muestran deformacin plstica a temperatura ambiente. (Azkeland, 1998)

Figura 2. Curvas de esfuerzo-deformacin para tensin para distintos materialesFuente: (Azkeland, 1998)

Ahora continuaremos nuestro marco con unas breves referencias de los trminos trabajados en clase y usados en esta prctica del laboratorio:

Esfuerzo: Es la resistencia que ofrece un rea unitaria (A) del material del que est hecho un miembro para una carga aplicada externa (fuerza, F). (Trujillo, 2007)

Deformacin unitaria:Se define como el cambio de forma de un cuerpo, el cual se debe al esfuerzo, al cambio trmico, al cambio de humedad o a otras causas. En conjuncin con el esfuerzo directo, la deformacin se supone como un cambio lineal y se mide en unidades de longitud. (Trujillo, 2007)

Mdulo de elasticidad:Se denomina mdulo de elasticidad a la razn entre el incremento de tensin y el cambio correspondiente a la deformacin unitaria. (Trujillo, 2007)

Ley de Hooke:Originalmente formulada para casos de estiramiento longitudinal, establece que el alargamiento unitario que experimenta un material elstico es directamente proporcional a la fuerza aplicada sobre el mismo. (Popov, 2000)

Porcentaje de elongacin:La cantidad de elongacin que presenta una muestra bajo tensin durante un ensayo proporciona un valor de la ductilidad de un material. (Trujillo, 2007)

Porcentaje reduccin de rea:Es la diferencia entre el rea de seccin transversal original de una probeta y el rea de su seccin transversal ms pequea despus del ensayo. (Trujillo, 2007)

%

EncuellamientoEl encuellamiento es una la parte que al ser tensionada cambia con una reduccin de rea hasta llegar al punto de fractura. (Azkeland, 1998)

Figura 3. Forma de la probetaFuente: (Azkeland, 1998)Diagramas Esfuerzo- deformacin:

Figura 4. Diagrama Esfuerzo-deformacinFuente: (Popov, 2000)

procedimiento de la prcticaSe consult en la Norma NTC -2289. Para usar una barra corrugada de acero, es decir una barra que posee resaltes; es una barra destinada para usos de refuerzo en construcciones de concreto. (NTC-2289, 2012).

1) Para el ensayo de torsin se usaron 3 barras, una de acero, cobre y aluminio

Figura 5. Toma de medidas de las varillas

Fuente: (fotografa tomada en el laboratorio de slidos, universidad militar nueva granada)2) Se toma el peso y las medidas de cada barra la longitud y los dimetros correspondientes

3) Se realiza todo el montaje para realizar el ensayo, se toman los datos de la longitud y el dimetro del disco

Figura 6. Montura de la Varilla

Fuente: (fotografa tomada en el laboratorio de slidos, universidad militar nueva granada)

4) Se ubica cada una de las barras, se pone una carga en el extremo de la cuerda y se van tomando las deformaciones tanto de carga como de descarga

Figura 7. Proceso de torsin de la varilla

Fuente: (fotografa tomada en el laboratorio de slidos, universidad militar nueva granada)

resultadoscalculos Tabla 1. Dimensiones y propiedades fsicas de la barra de Acero Masa Dimetro Longitud Volumen Densidad Densidad Terica %error (g) (mm) (m)(cm3)(g/cm3) (g/cm3)

1479,6 13,111,51203,837,257,85 7,64%

Tabla 2. Dimensiones y propiedades fsicas de la barra de AluminioMasa Dimetro Longitud Volumen Densidad Densidad Terica %error (g) (mm) (m)(cm3)(g/cm3) (g/cm3)

165 13,31,52901,832,6 29,6%

Tabla 3. Dimensiones y propiedades fsicas de la barra de cobreMasa Dimetro Longitud Volumen Densidad Densidad Terica %error (g) (mm) (m)(cm3)(g/cm3) (g/cm3)

1608 131,5199,098,078,90 9,32%

Tabla 4. Cargas utilizadasPesaMasa gFuerza N

1501,94,92

2503,54,93

3502,34,92

4504,44,94

5501,894,92

6147,61,44

7295,52,89

Kilo228,62,24

Tabla 5. Marco de torsinDimetro Disco (mm) Longitud de Ensayo(cm)

160,3127

Tabla 6. Datos de Ensayo Barra de Acerop real (n)p real (g)peso (g)defomimetro (mm)peso (g)deformimetro (mm)d

82,6817518423,161200,232514,91,70,965

81,3965428292,2313501,90,3520131,550,95

79,6829318117,6581005,30,511507,61,350,93

85,6805718728,66451507,60,851005,31,151

89,9645999165,097720131,19501,90,911,05

100,6746710256,1812514,91,700,651,175

Tabla 7. Datos de Ensayo Barra de Aluminiop real (n)p real (g)peso (g)defomimetro (mm)peso (g)deformimetro (mm)d

29,802453036,109400,63671,71,621,125

32,3191023292,492228,60,83524,11,611,22

35,8953963656,8251524,11,36228,61,351,355

34,1734763481,4055671,71,6200,961,29

Tabla 8. Datos de Ensayo Barra de cobrep real (g)peso (g)defomimetro (mm)peso (g)deformimetro (mm)d

6,017319800,022514,92,61,31

6,0862204501,90,2520132,41,325

6,20105481005,30,651507,62,051,35

7,78576881507,61,731005,31,661,695

7,05082920131,97501,91,11,535

7,34939832514,92,600,61,6

Tabla 9 Clculos Barra de Acero

DATOS DE ENSAYODEFORMACIN (mm)MOMENTO TORSOR (N.m)MOMENTO POLAR DE INERCIA (m^4) IP= * ^4 /32ESFUERZO CORTANTE MAX( Mpa) Tmax = T.r/IPDEFORMACIN ANGULAR (rad)G modulo elastico en cortante (Gpa)

PESA N CARGAS (N)

82,6817510.236,48E-050

181,396542356,52393296,48E-058066,36760,43668120,0002927

279,682931516,38658696,48E-057896,54930,63630690,0001966

385,680571856,86729776,48E-058490,91331,06051150,0001269

489,9645991197,21066266,48E-058915,45891,48471629,52E-05

5100,674671708,06907486,48E-059976,82312,12102317,45E-05

Tabla 10. Clculos Barra de AluminioALUMINIO

DATOS DE ENSAYODEFORMACIN (mm)MOMENTO TORSOR (N.m)MOMENTO POLAR DE INERCIA (m^4) IP=/32 * ^4ESFUERZO CORTANTE MAX( Mpa) Tmax = T.r/IPDEFORMACIN ANGULAR (rad)G modulo elastico en cortante (Gpa)

PESA N CARGAS (N)

29,80245636,482E-0500,7860262

632,3191021622,5903766,482E-053202,81122,02121022,511E-05

735,8953961362,8770166,482E-053557,22061,69681853,322E-05

1 kilo34,173476832,73900416,482E-053386,5791,03555835,182E-05

Tabla 11 Clculos Barra CobreCOBRE

DATOS DE ENSAYODEFORMACIN (mm)MOMENTO TORSOR (N.m)MOMENTO POLAR DE INERCIA (m^4) IP=/32 * ^4ESFUERZO CORTANTE MAX( Mpa) Tmax = T.r/IPDEFORMACIN ANGULAR (rad)G modulo elastico en cortante (Gpa)

PESA N CARGAS (N)

6,017319800,48228826,482E-05596,31420

16,0862205501,90,48781066,482E-05603,142226,26200871,526E-06

26,20105481005,30,49701456,482E-05614,5222712,5427327,763E-07

37,78576881507,60,62402946,482E-05771,5668418,8097326,5E-07

47,05082920130,56512396,482E-05698,7345825,1154094,408E-07

57,34939832514,90,58905436,482E-05728,3226831,3774173,678E-07

Figura 8. Carga-deformacin acero

K

8728,6645

Figura 9. Carga-deformacin aluminio

K

2698,763948

Figura 10. Carga-deformacin cobre

K

4593,373921

ANALISIS DE RESULTADOS

En la prctica se pude Reconocer y diferenciar los estados de zona elstica plstica de los metales para el esfuerzo, realizado por medio de la mquina. Se pudo interpretar las grficas de Carga Vs Deformacin para el ensayo de torsin.

Se Calcul el mdulo de rigidez, lmite elstico y se compar con distintos los otros tipos de material que se encontraban en la prctica. Tambin pudimos medir la resistencia a fluencia o esfuerzo de fluencia de estos materiales. El acero tiene un mdulo de rigidez mayor que el del aluminio al momento de ejercerle un torque.

conclusiones

Se pudo analizar, reconocer y determinar el comportamiento de los materiales metlicos al ser sometidos a un esfuerzo de Cortante o de torsin de manera prctica y tambin a distinguir las distintas propiedades mecnicas de los materiales sometidos a esfuerzos de torsin.

Se Observ y reconoci las posibles diferencias que presentan los diversos materiales en cuanto a su ductilidad y fragilidad.

Se pudo Analizar cmo es el comportamiento de las secciones transversales en la prueba y se determin el tipo de ruptura que se presenta en este ensayo

REFERENCIAS BIBLOGRAFICAS

Azkeland, D. R. (1998). Ciencia e Ingeniera de los materiales . Mexico: Thomspon.Popov, E. P. (2000). Mecnica de suelos . En E. P. Popov, Mecnica de suelos (pgs. 207-253). Mexico: Pearson Educacin.Trujillo, J. E. (2007). Resistencia de materiales bsica para estudiantes de ingeniera . En J. E. Trujillo, Resistencia de materiales bsica para estudiantes de ingeniera (pgs. 1-65). Manizales: Centro de publicaciones Universidad Nacional (Manizales).