UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE JALISCO

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

ENSAYOS DESTRUCTIVOS

Práctica N° 5

CÁLCULO EN UN ENSAYO DE COMPRESIÓN DE ALGUNAS PROPIEDADES MECÁNICAS UTILIZANDO LA MÁQUINA

UNIVERSAL

Arreola Magaña Juan Nepomuceno 2115100172Landa López Daniel 2115100184Ramírez Salazar Manuel Alejandro 2115100193Sánchez Rodríguez Gerardo 2115100198Torres González Severo 2115100199

8°B T/VespertinoGuadalajara Jalisco a 19 de Abril de 2016

CÁLCULO DE ALGUNAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE UN ENSAYO DE TENSIÓN UTILIZANDO LA MÁQUINA UNIVERSAL.

Objetivos Específicos: 1.- Realizar una prueba de compresión en una probeta de material de concreto para corroborar la resistencia del material, utilizando la máquina universal para la obtención de los datos correspondientes.2.-. Realizar y redactar un reporte en electronico con la obtención de dichos datos, para conocer la resistencia de dicho material, integrando sus respectivas gráficas, utilizando las formulas correspondientes para la obtención de las mismas.

Competencia:Habilidad para calibrar la Máquina Universal y realizar cálculos de compresión, con el fin de obtener propiedades mecánicas de la probeta utilizada en el ensayo.

Teoría de reforzamientoEnsayo de compresión y máquina universalLas pruebas de compresión en materiales se realizan en especímenes o figuras pequeñas cilíndricas o cubicas normalmente. El acortamiento se debe medir sobre una longitud calibrada que sea menor que la longitud total del espécimen para eliminar los efectos en los extremos.Las pruebas realizadas en concreto se realizan para los proyectos importantes de construcción. El tiempo de fraguado (secado) es importante en la prueba y tiene que tener mínimo 28 días, ya que aumenta su resistencia conforme se fragua. Como los resultados dependen de las dimensiones del material utilizado, se expresan los resultados de las pruebas convirtiendo los resultados de dicha prueba en esfuerzos y deformaciones unitarias. El esfuerzo axial σ se calcula dividiendo la carga axial P entre el área transversal A.

σ= PA

Se le llama esfuerzo nominal cuando se usa el área inicial del bloque o cilindro al que se le realice la prueba. El valor más exacto del esfuerzo axial se le llama esfuerzo real o verdadero y se calcula a partir del área de la pieza en la sección transversal donde sucede la fractura.

Las curvas de esfuerzo- deformación unitaria para pruebas de compresión son diferentes de las de tensión.Algunos materiales como el acero, aluminio y cobre tienen límites muy cercanos de proporcionalidad parecidos a los de tensión y compresión. Sin embargo al comienzo de la fluencia son distintos. Ya que al comprimirse ofrece una resistencia alta a mayores acortamientos, lo que en la curva de esfuerzo-deformación aumenta su pendiente.

Figura 1. Máquina universal en ensayos de compresión y deformación de material.

Los materiales frágiles cargados en compresión representados en la gráfica se presentan en una región lineal.Los cilindros sometidos a ensayo de aceptación y control de calidad se elaboran y curan siguiendo los procedimientos descritos en probetas curadas de manera estándar según la norma ASTM C31, (“Práctica estándar para elaborar y curar cilindros de ensaye de concreto en campo”). Para estimar la resistencia del concreto in situ, la norma ASTM C31 formula procedimientos para las pruebas de curado en campo. Las probetas cilíndricas se someten a ensayo de acuerdo a ASTM C39, “Método estándar de prueba de resistencia a la compresión de probetas cilíndricas de concreto”.

Referencias

IMCYC. (30 de marzo de 2016). El concreto en la obra(problemas, causas y soluciones). Obtenido de http://www.imcyc.com/ct2006/junio06/PROBLEMAS.pdf

M.Gere, J. (2016). Mecanica de materiales 6° edicion. En J. M.Gere, Mecanica de materiales 6° edicion (págs. 10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22). Guadalajara Jal.: THOMSON.

Tabla N° 1.-Tabla de Materiales, Herramientas y Reactivos

Materiales Herramientas Reactivos

1 Probeta de concreto para ensayo de compresión.

1 Máquina universal.

1 Computadora personal.

1 Zapatos de seguridad.

1 Bata.

1 Celular con cronometro.

1 Calibrador Vernier.

1Camara fotográfica.

1 Medidores de caratula analógico o digital.

1 Pinzas de sujeción.

1 Soporte magnético.

Procedimiento1. Acceder al taller de mecánica aplicada con la bata y calzado de

seguridad.2. Medir la probeta y calcular el área inicial.3. Colocar plato y contra plato de la Máquina universal para la realización

de la prueba de compresión.4. Encender la máquina universal y bomba.

Figura N°2 Máquina universal.

5. Colocar periódicos en la máquina universal para los fragmentos que se desprendan de la probeta.

6. Posicionar probeta en la máquina universal y dar altura según se requiera.

7. Calzar probeta para la obtención de la altura requerida. 8. Posicionar adecuadamente la mordaza en la probeta para comenzar la

prueba.9. Colocar el indicador de caratula, (inicialmente en la parte superior y

después moverlo de acuerdo a las mediciones obtenidas).

Figura Nª3 Indicador de caratula.10.Calibrar la máquina universal según indicaciones del profesor.11.Comenzar el ensayo de compresión a velocidad media.

Figura Nª4 Inicio de carga sobre la probeta.12.Tomar datos cada 10 segundos de la carga aplicada, del decremento y

del incremento de la probeta obtenido del medidor de caratula, en un cuaderno o en la computadora personal.

Figura Nª 5 Datos obtenidos de práctica.

13.Pausar máquina universal y reajustar medidor de caratula cuando los datos comiencen a ir a la baja, hasta que llegue el momento de la fractura de la probeta.

14.Descomprimir probeta de la máquina universal.15.Hacer limpieza y recoger los fragmentos desprendidos de la probeta.16.Colocar los elementos de sujeción como estaban originalmente.

Observaciones y recomendaciones No hubo observaciones ni recomendaciones.Arreola Magaña JuanNo hubo observaciones ni recomendaciones.Landa López DanielSe observó que para la realización de esta prueba a la probetas de concreto es un poco difícil tomar los datos del incremento ya que se trata como de estar adivinando el punto exacto para tomar las respectivas mediciones de dicha probeta. Se recomienda que para este tipo de prácticas se otorgue un poco más de tiempo para poder llevar a cabo su exitosa realización de la prueba.Ramírez Salazar Manuel AlejandroNo hubo observaciones ni recomendaciones.Sánchez Rodríguez GerardoNo hubo observaciones ni recomendaciones.Torres González Severo

Resultados de la práctica1) Registro de datos y llenado de columnas faltantes.

Tiempo (seg)

Carga (TonF)

Incremento en mm

Decremento en mm

Carga (N)Esfuerzo (Mpascal)

Deformacion x incremento

Deformacion x decremento

Area final por

incremento

Area final por decremento

% ΔA por Incremento

% ΔA por Decremento

10 0.02 0.0020 0.0300 196.07843 0.000720 0.0138889 0.2083333 27252.8280 27246.9000 0.00304 0.0187120 0.08 0.0090 0.1000 784.31373 0.002878 0.0625000 0.6944444 27255.7260 27235.0000 0.01367 0.0623830 0.2 0.0120 0.3000 1960.78431 0.007195 0.0833333 2.0833333 27256.9680 27201.0000 0.01823 0.1871440 0.23 0.0170 0.4000 2254.90196 0.008274 0.1180556 2.7777778 27259.0380 27184.0000 0.02583 0.2495250 0.19 0.0250 0.6000 1862.74510 0.006835 0.1736111 4.1666667 27262.3500 27150.0000 0.03798 0.3742860 0.15 0.0450 0.8000 1470.58824 0.005396 0.3125000 5.5555556 27270.6300 27116.0000 0.06836 0.4990570 0.18 0.0680 0.9000 1764.70588 0.006476 0.4722222 6.2500000 27280.1520 27099.0000 0.10330 0.5614380 0.2 0.0960 1.1000 1960.78431 0.007195 0.6666667 7.6388889 27291.7440 27065.0000 0.14584 0.6861990 0.18 0.1100 1.2000 1764.70588 0.006476 0.7638889 8.3333333 27297.5400 27048.0000 0.16711 0.74857

100 0.2 0.1170 1.4000 1960.78431 0.007195 0.8125000 9.7222222 27300.4380 27014.0000 0.17774 0.87333110 0.22 0.1340 1.5000 2156.86275 0.007915 0.9305556 10.4166667 27307.4760 26997.0000 0.20357 0.93571120 0.29 0.1340 1.7000 2843.13725 0.010433 0.9305556 11.8055556 27307.4760 26963.0000 0.20357 1.06047130 0.55 0.2060 1.9000 5392.15686 0.019786 1.4305556 13.1944444 27337.2840 26929.0000 0.31295 1.18523140 0.74 0.2070 2.1000 7254.90196 0.026622 1.4375000 14.5833333 27337.6980 26895.0000 0.31446 1.31000150 0.8 0.2160 2.3000 7843.13725 0.028780 1.5000000 15.9722222 27341.4240 26861.0000 0.32814 1.43476160 0.85 0.2970 2.4000 8333.33333 0.030579 2.0625000 16.6666667 27374.9580 26844.0000 0.45119 1.49714170 0.94 0.2960 2.6000 9215.68627 0.033817 2.0555556 18.0555556 27374.5440 26810.0000 0.44967 1.62190

Figura Nº 6.- Datos obtenidos en prueba de compresión.2) Gráficos obtenidos.

Tabla Nº3.-Tabla de gráficos de acuerdo a los datos completados con los arrojados de la máquina universal.-

0.0000 0.5000 1.0000 1.5000 2.0000 2.50000.0000

0.0050

0.0100

0.0150

0.0200

0.0250

0.0300

0.0350

0.0400

esfuerzo vs deformación por incremento

Deformacion por incremento

Esf

ue

rzo

1

0.0000 2.0000 4.0000 6.0000 8.0000 10.0000 12.0000 14.0000 16.0000 18.0000 20.00000.0000

0.0050

0.0100

0.0150

0.0200

0.0250

0.0300

0.0350

0.0400

Esfuerzo vs deformación por decremento

Deformacion por decremento

Esf

ue

rzo

2

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800.0000

1000.0000

2000.0000

3000.0000

4000.0000

5000.0000

6000.0000

7000.0000

8000.0000

9000.0000

10000.0000

Carga vs tiempo

Tiempo

Ca

rga

3

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800.0000

0.0050

0.0100

0.0150

0.0200

0.0250

0.0300

0.0350

0.0400

Esfuerzo vs tiempo

Tiempo

Esf

ue

rzo

4

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800.0000

0.0500

0.1000

0.1500

0.2000

0.2500

0.3000

0.3500

Incremento vs tiempo

Tiempo

Incr

em

en

to

5

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800.0000

0.5000

1.0000

1.5000

2.0000

2.5000

3.0000

Decremento vs tiempo

Tiempo

De

cre

me

nto

6

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800.0000

0.5000

1.0000

1.5000

2.0000

2.5000

Deformación por incremento vs tiempo

Tiempo

De

form

aci

on

po

r in

cre

me

nto

7

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800.0000

2.0000

4.0000

6.0000

8.0000

10.0000

12.0000

14.0000

16.0000

18.0000

20.0000

Deformación por decremento vs tiempo

Tiempo

De

form

acio

n p

or

de

cre

me

nto

8

0.0000 0.0500 0.1000 0.1500 0.2000 0.2500 0.3000 0.35000.0000

0.0500

0.1000

0.1500

0.2000

0.2500

0.3000

0.3500

0.4000

0.4500

0.5000

Cambio de área por incremento vs decremento

Incremento

Ca

mb

io d

e a

rea

po

r in

cre

me

nto

9

0.0000 0.5000 1.0000 1.5000 2.0000 2.5000 3.00000.0000

0.2000

0.4000

0.6000

0.8000

1.0000

1.2000

1.4000

1.6000

1.8000

Cambio de área por decremento vs decremento

Decremento

Ca

mb

io d

e a

rea

po

r d

ecr

em

en

to

10

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800.0000

0.2000

0.4000

0.6000

0.8000

1.0000

1.2000

1.4000

1.6000

1.8000

cambio de área por decremento vs tiempo

Tiempo

Ca

mb

io d

e a

rea

po

r d

ecr

em

en

to

11

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800.0000

0.0500

0.1000

0.1500

0.2000

0.2500

0.3000

0.3500

0.4000

0.4500

0.5000

cambio de área por incremento vs tiempo

Tiempo

Ca

mb

io d

e a

rea

po

r in

cre

me

nto

12

3) Calculando el Modulo de Young, regresiones logarítmico y cuadrático.

0.0000 0.5000 1.0000 1.5000 2.0000 2.50000.0000

0.0050

0.0100

0.0150

0.0200

0.0250

0.0300

0.0350

0.0400

Esfuerzo vs deformación por incremento

Deformacion por incremento

Esfu

erzo

1

Figura Nº7.- Grafica para cálculo del módulo de Young.

E= PA

E= 1960.78431 N0.027256968m ²

=71936.99277 Pa

71936.99277 Pa 1MPa1000000P

=0.071936992MPa

0.0000 2.0000 4.0000 6.0000 8.0000 10.0000 12.0000 14.0000 16.0000 18.0000 20.00000.0000

0.0050

0.0100

0.0150

0.0200

0.0250

0.0300

0.0350

0.0400

Esfuerzo vs deformación por decremento

Deformacion por decremento

Esfu

erzo

2

Figura Nº8.- Grafica para cálculo del módulo de Young.

E= PA

E=1960.78431 N0.027201m ²

=72085.00827Pa

71936.99277 Pa 1MPa1000000P

=0.072085008MPa

0.0000 0.5000 1.0000 1.5000 2.0000 2.50000.0000

0.0050

0.0100

0.0150

0.0200

0.0250

0.0300

0.0350

0.0400

f(x) = 0.014412181846649 x + 0.0010177288749177R² = 0.847470112905677

f(x) = 0.00537378970420902 ln(x) + 0.0170986957573316R² = 0.514301507201524

Esfuerzo vs deformación por incremento

Deformacion por incremento

Esfu

erzo

1

R=0.7171

Derivada de regresión lineal.-dydx

=0.0144

0.0000 2.0000 4.0000 6.0000 8.0000 10.0000 12.0000 14.0000 16.0000 18.0000 20.00000.0000

0.0050

0.0100

0.0150

0.0200

0.0250

0.0300

0.0350

0.0400

f(x) = 0.00164873949645243 x − 0.00162645388760358R² = 0.787759354493227

f(x) = 0.00586555943837585 ln(x) + 0.00246633789269294R² = 0.447258645143555

Esfuerzo vs deformación por decremento

Deformacion por decremento

Esfu

erzo

2

R=0.88713

R=0.6688

Derivada de regresión lineal.-dydx

=0.0016

R=0.92065

Tabla Nº4.- Gráfic

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800.0000

1000.0000

2000.0000

3000.0000

4000.0000

5000.0000

6000.0000

7000.0000

8000.0000

9000.0000

10000.0000

f(x) = 50.076893502499 x − 1035.17877739331R² = 0.760332546225102

f(x) = 2636.03176197897 ln(x) − 7793.26567266583R² = 0.523180043253841

Carga vs tiempo

Tiempo

Carg

a

3

R=0.87195

R=0.7233

Derivada de regresión lineal.-dydx

=50.077

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800.0000

0.0500

0.1000

0.1500

0.2000

0.2500

0.3000

0.3500

f(x) = 0.00188382352941176 x − 0.0524264705882353R² = 0.944530762542047

f(x) = 0.104509140676024 ln(x) − 0.329499214964636R² = 0.721880477438452

Incremento vs tiempo

Tiempo

Incr

emen

to

5

R=0.97241

R=0.8842

Derivada de regresión lineal.-dydx

=0.0019

Tabla Nº4.-

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800.0000

0.5000

1.0000

1.5000

2.0000

2.5000

3.0000

f(x) = 0.0163137254901961 x − 0.213529411764706R² = 0.997280696257013

f(x) = 0.957211816288787 ln(x) − 2.83591178914754R² = 0.852605804425585

Decremento vs tiempo

Tiempo

Dec

rem

ento

6

R=0.999884

R=0.9233

Derivada de regresión lineal.-dydx

=0.0163

Para todas las gráficas en esta tabla la regresión recomendable es la lineal.4) Señalización en el gráfico

0 0.5 1 1.5 2 2.50

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

Gráfica de esfuerzo contra deformación por incremento

Deformacion por incremento

Esfu

erzo

Figura Nº9.- Identificación de diferentes zonas.

Esfuerzo último

Esfuerzo de fluencia

Límite de proporcionalidad

Plasticidad perfecta de fluencia

Estricción

Ruptura

Tabla Nº4.-

0.0000 2.0000 4.0000 6.0000 8.0000 10.0000 12.0000 14.0000 16.0000 18.0000 20.00000.0000

0.0050

0.0100

0.0150

0.0200

0.0250

0.0300

0.0350

0.0400

Deformacion por decremento

Esfu

erzo

2

Figura Nº10.- Identificación de diferentes zonas.

5) Cálculos de algunos parámetros.

PROMEDIOS GRAFICA ESFUERZO VS DEFORMACION POR INCREMENTOEsfuerzo promedio de fluencia 0.00773464

Esfuerzo promedio de plasticidad 0.00695518

Esfuerzo promedio de estricción 0.02967942

Esfuerzo promedio de ruptura 0.03219767

PROMEDIOS GRAFICA ESFUERZO VS DEFORMACION POR DECREMENTOEsfuerzo promedio de fluencia 0.00773464

Esfuerzo promedio de plasticidad 0.00683526

Esfuerzo promedio de estricción

0.00653840

Esfuerzo promedio de ruptura 0.03219767Figura Nº11.- Calculo de diferentes parámetros.6) Cálculo de esfuerzo último:

σ Last=PLastA p

Plasticidad perfecta de fluencia

Gráfica de esfuerzo contra deformación por decremento

Esfuerzo de fluencia

Límite de proporcionalidad

Plasticidad perfecta de fluencia

Esfuerzo último

Estricción

σLast=9215.68627 N

0.027374 m ²=336658.3718 pascal

336658.3718 pascal X 1MP1000000P

=0.33665MP

7) Coeficiente de Poisson:Y=Coeficiente de Poisson (adimensional).E=Modulo de Young (en MPa).

Ơlast= Esfuerzo ultimo (en Mpa).

γ= E2σ last ¿

¿−1

γ=0.082721259MP(2 ) (0.33665 )MP

−1=0.0827212590.6733

−1=−0.877140

8) Calculo %∆AFórmula para el área de un paralelepípedo:

Figura Nº12.- Bosquejo de la probeta utilizada en la práctica para la obtención del área.

Datos:

A= 144mm = .144mB= 63mm = .063mC= 22mm = .022m

A0=2ab+2ac+2bc

Sustituyendo área inicial:

2 ( .144 ) ( .063 )m+2 ( .144 ) ( .022 )m+2 ( .063 ) ( .022 )m=¿

0.018144m+0.006336m+.002772m=0.027252m ²

A f=2ab+2a¿

Sustituyendo área final.

2 ( .144 ) ( .063 )m+2 ( .144 ) (.022+.000296 )m+2 ( .063 ) ( .022+.000296 )m=¿

0.018144+0.0064212+0.002809290=.02737449m ²

ConclusionesSe realizó la práctica de compresión en la cual se dio cuenta que las probetas de concreto son muy inestables, ya que hay que estar moviendo o cambiando de lugar el medidor de caratula, cada que se van desprendiendo partículas o que se fractura cada vez más la probeta, ya que el medidor comienza a dar mediciones tendiendo a irse a la baja. Ya que este tipo de probetas de concreto son muy frágiles y soportan muy poca carga de compresión. Y después de cada reajuste del medidor de caratula hay que ir sumando la medición nueva, a la obtenida anteriormente, para que pueda dar los datos requeridos para el desarrollo correcto de la práctica y poder concluirla con el éxito necesario según el requerimiento. Juan Nepomuceno Arreola Magaña

Se aplicaron conocimientos adquiridos en la práctica anterior de tensión, por lo que el manejo de la máquina universal fue más sencillo. En general la práctica es bastante similar a la anterior, aunque un cambio bastante significativo en el material, ya que en este ejercicio utilizamos una probeta de cemento en lugar de una de acero, lo que dio como resultado un práctica más rápida, menos datos arrojados y graficas muy distintas. Se observó cómo responde este material a la prueba de compresión, como va cambiando su área. Un punto bastante interesante fue analizar durante la prueba, que punto de la probeta era el que estaba sufriendo la mayor deformación para poder realizar un cálculo correcto del porcentaje de cambio de área.Daniel Landa López

En la realización de la prueba de compresión sobre una probeta de concreto en el taller de mecánica aplica con la utilización de la máquina universal, se requirió la presencia de todos los integrantes del equipo, para que cada uno hiciera una tarea específica de esta práctica, como registrar los datos arrojados de la máquina universal y el estar moviendo de lugar el indicador de caratula, entre otros; también se puede concluir que el concreto presenta una buena resistencia a la compresión, y por otro lado se pudo reforzar lo visto en clase y con base a ecuaciones y otros cálculos, se observó la resistencia del concreto al aplicarle una fuerza de compresión.Manuel Alejandro Ramírez Salazar Se realizó la práctica que consistía en comprimir una probeta de concreto en la máquina universal, donde cada integrante del equipo se encargaba de anotar los datos arrojados de la máquina para realizar la tabla de datos, se observó en la práctica que el indicador de caratula daba el valor de incremento, hubo un punto donde dio lecturas en negativo, en las cuales se pauso la máquina y se buscó otro punto de medición, una vez colocado el indicador se continuó con la práctica, se observó que la carga aplicada variaba, ya que incrementaba y disminuía a la vez. Terminando de realizar la práctica de compresión, se realizaron las gráficas requeridas, las cuales fueron muy diferentes a las gráficas de la práctica de tensión.Gerardo Sánchez Rodríguez. En la realización de la práctica de compresión, se realizaron varios cambios de lugar en el indicador de caratula, ya que las deformaciones que presentaba la probeta en una de sus esquinas provocaron que no quedara completamente plana la parte superior de la misma en la máquina universal, lo que llevo a colocar el indicador en esta esquina, ya que fue el punto inicial de deformación del material al aplicarle carga. Se observó que el material de concreto presenta una fragilidad alta, si no se tienen completamente asentadas sus partes, es decir que el apoyo sea uniforme en todo lo ancho y largo de la probeta, que es donde recibe la carga aplicada, lo que no paso con esta, al tener una deformación la carga fue soportada por una tercera parte de dicha probeta, lo que provoco que se fracturara rápidamente.Severo Torres González