Universidad de Santiago de Chile

Departamento de Ingeniera Mecnica.

Experiencia E981

Ensayo de

Traccin.

Nombre: Paulina Bravo M.

Profesor: Bernardo Garate P.

Fecha experiencia: 3 de abril de 2012.

Fecha entrega: 10 de abril de 2012.

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ndice.

Introduccin.2 Objetivos: -Generales..2 -Especficos ...2

Caractersticas tcnicas e instrumentos ..3-4

Mtodo

utilizado..4-5

Presentacin de resultados

- Resultados obtenidos del ensayo..6

-Carga de proporcionalidad y ruptura. 7

-Tensin de proporcionalidad, mxima y de ruptura..7

-Deformacin, porcentaje de elongacin y reduccin de rea...8

-Mdulo elstico..8

-Trabajo de ruptura.9

Anlisis, observaciones y conclusiones..10-11

Apndice

-Teora del experimento 11-12

-Bibliografa ...13

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Introduccin.

El ensayo de traccin ayuda a comprender el comportamiento de los materiales para el

diseo y fabricacin de elementos mecnicos con los materiales adecuados para los esfuerzos

aplicados.

El ensayo de traccin de un material consiste en someter a una probeta normalizada

confeccionada con dicho material a un esfuerzo axial de traccin creciente hasta que se

produce la rotura de la probeta. Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza

esttica o aplicada lentamente. Las cantidades de deformacin en un ensayo de traccin

suelen ser muy pequeas.

Mediante el desarrollo experimental de ste ensayo que se efectuar en 3 probetas

normalizadas de acero, aluminio y latn, efectundose en igualdad de condiciones mecnicas

y medio ambientales para su posterior comparacin y anlisis.

Objetivos.

Objetivo General.

Familiarizar al alumno con el ensayo de traccin uniaxial para determinar propiedades

fsicas de los materiales y conocer su aplicacin en el campo industrial, ya sea para medir

constantes elsticas y propiedades de los materiales o controlar la calidad de diferentes

aceros y aleaciones desarrollada por la industria manufacturera.

Objetivos Especficos.

- Capacitar al alumno para identificar en el laboratorio las diferentes mquinas de ensayo

universal. Entre ellas, se puede identificar mquinas de ensayo de traccin de baja

compliancia (baja flexibilidad) y, de alta compliancia (alta flexibilidad), con accionamiento

hidrulico y accionamiento a travs de tornillos, respectivamente.

- Capacitar al alumno en el ensayo normalizado de traccin segn norma nacional

proporcionada por el Instituto Nacional de Normalizacin (INN) y aplicacin del Sistema

Internacional de Unidades (SI) para expresar diversas magnitudes fsicas.

- Familiarizar al alumno con las definiciones bsicas de la resistencia de los materiales tales

como esfuerzos, elongacin, deformacin, diagrama de fuerza versus deformacin,

fractura en material frgil y fractura en material dctil.

- Determinar el esfuerzo o tensin de proporcionalidad, el lmite elstico, el esfuerzo de

fluencia, el esfuerzo mximo y el esfuerzo de ruptura.

- Determinar la deformacin en puntos singulares del diagrama fuerza versus deformacin.

- Capacitar al alumno en la determinacin del mdulo de elasticidad o mdulo de Young.

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Caractersticas tcnicas de equipos e instrumentos.

Mquina universal de ensayos.

- Marca: Losenhausenwerk.

- Fabricacin alemana.

- Sensibilidad: 50 [kg]; 20 [kg]; 10 [kg]

- Rango de operacin: 10 [t]; 5 [t]; 2 [t]

Mquina universal: se denomina a una mquina semejante

a una prensa con la que es posible someter materiales a

ensayos de traccin y compresin para medir sus

propiedades. La presin se logra mediante placas o

mandbulas accionadas por tornillos o un sistema

hidrulico. Esta mquina es ampliamente utilizada en la

caracterizacin de nuevos materiales.

Pi de metro.

- Marca: Mitutoyo

- Fabricacin japonesa

- Sensibilidad: 1/128 [in]; 0,05 [mm]

- Rango de Operacin: 300 [mm]; 12 [in]

Probetas Normalizadas

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Latn Aluminio Acero

Mtodo utilizado

1- Realizar el reconocimiento de las probetas de acero, aluminio y latn.

2- A cada una de las probetas medir el dimetro (para posteriormente hacer un anlisis

dimensional de stas de la etapa inicial y final)

3- Efectuar una marca en el largo de la probeta y realizar la medicin de sta acotacin.

4- Verificar que la mquina universal se encuentre calibrada (se utilizar la escala de 5 [t]),

para comenzar a someter las probetas (latn, aluminio y acero) a un esfuerzo de traccin,

que ir en aumento hasta causar la rotura.

Cabe destacar que con la probeta de acero, se debio aumentar el rango de operacin de la

mquina a 10 toneladas para alcanzar la rotura.

Visual de la probeta hasta su ruptura.

5- Posteriormente se procede a juntar ambas partes de la probeta (luego de su ruptura), para

la medicin de su dimetro de estriccin y largo final.

5

Para ello es necesario colocar los dos fragmentos sobre una superficie slida y recta para

la reduccin de errores de medicin.

6- Al finalizar la traccin de las probetas, la mquina universal nos estraga un grfico de P

(Carga) v/s d (Alargamiento) de cada una de ellas.

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Presentacin de los resultados.

Resultados obtenidos del ensayo

Material Dimetro inicial

(Di)[mm]

Largo inicial (Li) [mm]

Dimetro final (Do)[mm]

Largo final (Lf)[mm]

Pmx [ ]

Latn 10,00 106,85 8,90 130,40 3300

Acero 9,90 107,45 7,55 115,70 5350

Aluminio 10,00 107,90 9,25 118,00 3020

Se proceder a calcular los siguientes valores:

d= L Elongacin.

E= (Lo Ppp) / (A dpp) Mdulo elstico o mdulo de Young.

spp= Ppp / A Tensin nominal de una probeta en la parte proporcional.

smx= Pmx / A Tensin cuando la carga sea la mxima.

srup= Prup / A (Aparente) Tensin aparente al momento de la ruptura.

srup= Prup / Af (Real) Tensin real al momento de la ruptura

Elongacin porcentual.

Reduccin porcentual del rea mide la estriccin

Trabajo realizado por una carga p, F(t)=P(d) y

dt= dd.

-El trabajo se calcula bsicamente como el rea bajo la curva del grfico. -Ppp se obtiene desde el grfico al igual que Pmx y Prup.

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Carga de proporcionalidad y ruptura.

Se calculan las tensiones de proporcionalidad, mxima y de rotura, adems del alargamiento en

consecuencia al ensayo de traccin.

Para el caso del latn ser:

Material ]

[mm] Ppp [kgf] Pmx[kgf] Prup[kgf]

Latn 78,54 62,21 23,55 2062,50 3300 -

Acero 76,98 44,77 8,25 4938,46 5350 4938,46

Aluminio 78,54 67,20 10,10 2559,32 3020 2764,07

*con 20 la distancia en el grfico a la carga de proporcionalidad y 32 la distancia a la carga mxima.

Tensin de proporcionalidad, mxima y de ruptura.

Con los datos anteriormente expuestos, es posible determinar las tensiones o esfuerzos

correspondientes a cada material, mediante la siguiente expresin:

Material

spp [Kgf/mm2]

smx [Kgf/mm2]

srup A [Kgf/mm2]

srup R [Kgf/mm2]

Latn 26,26 42,02 - -

Acero 64,15 69,50 64,15 110,31

Aluminio 32,59 38,45 35,19 41,13

*El latn no presenta carga de ruptura en su grfico, por ello tampoco existe esfuerzo de ruptura.

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Deformacin, porcentaje de elongacin y reduccin de rea

A partir de las siguientes ecuaciones podemos calcular estas 3 variables:

Material [mm/mm]

Latn 0,22 21 22,04

Acero 0,08 42 7,68

Aluminio 0,09 14 9,36

Mdulo elstico

Luego de la obtencin de las variables dentro de la zona elstica que son la tensin o esfuerzo

proporcional y la deformacin, se puede obtener el mdulo elstico (E), mediante la Ley de

Hooke:

Material [Kgf/mm2] [mm/mm] E[Kgf/mm2]

Latn 26,26 0,22 119,36

Acero 64,15 0,08 801,88

Aluminio 32,59 0,09 362,11

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Trabajo de ruptura

Para obtener el trabajo de ruptura se debe llevar a cabo la siguiente integral:

Por su gran complejidad, se realiza la mejor aproximacin al valor real de la integral,

mediante el mtodo del trapecio.

Material W [joule]

Latn 743.30

Acero 433.78

Aluminio 303.07

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Anlisis, observaciones y conclusiones.

En el ensayo de traccin, para la utilizacin de la mquina universal se debi aplicar a las probetas

la carga mxima que el material soportaba en cada uno de los casos estudiados (latn, aluminio y

acero) para provocar la estriccin y generar la rotura. ste ensayo nos entrega un grfico carga-

alargamiento el cual nos entrega la informacin necesaria para conocer las propiedades mecnicas

de stos 3 materiales.

Es fundamental para el correcto anlisis que las probetas se encuentren normalizadas, ya que esto

ayudar a disminuir la concentracin de esfuerzos en los extremos de la probeta, evitando la

rotura en los extremos fijados a la mquina de ensayo.

Ahora bien, analizando el grfico carga-alargamiento se puede apreciar por simple inspeccin los

puntos donde se encuentra la carga proporcional, la mxima y la de rotura. De los 3 materiales

estudiados el que present una mayor carga de rotura fue el acero con 5350 [Kgf], seguido del

latn 3300[Kgf] y finalizando con el aluminio 3020 [Kgf], de esto podemos desprender que el acero

presenta una mayor dureza (y por ende presenta mayor resistencia a ser deformado) y por el

contrario el aluminio presenta la ms baja. Adems continuando con nuestro anlisis, el acero

contina obteniendo el mayor esfuerzo proporcional, sin embargo en el caso del que presenta la

menor carga proporcional encontramos que fue el latn a diferencia de la carga mxima de

ruptura, ste resultado lo podemos atribuir a que el aluminio presenta una menor pendiente en su

diagrama. Cabe sealar que en la carga de rotura el latn no aparece en el diagrama por lo tanto

no se puede calcular el esfuerzo de rotura (ni el real, ni el aparente).

En cuanto al esfuerzo real y aparente del acero y el aluminio, se puede apreciar que en el caso del

acero existe una fluctuacin de 46,16 [Kgf/mm2] y de 5,94 [Kgf/mm2] respectivamente, esto es

debido a que en el caso de de rotura aparente, se asume que el rea de la probeta es la inicial

(tericamente hablando), pero ocurre que cuando se llega al mximo, comienza la estriccin o

cuello en la probeta y lo que ocurre en la prctica es que al ir adelgazando esa zona, aumenta el

llegando al de ruptura real.

Al comenzar la estriccin, se observa que el aluminio hay una menor reduccin del dimetro en

comparacin con las otras 2 probetas. Adems, en cuanto al alargamiento se pueden ordenar de

forma ascendente para establecer cul de stos materiales posee la mayor dureza y menor

elasticidad, por lo tanto ser: acero, aluminio y latn. Esto significa, primero que la probeta de

aluminio posee un alargamiento regular ms uniforme que las otras probetas a lo largo de su

seccin longitudinal y con una menor pronunciacin en la formacin del cuello y por el contrario,

la probeta de latn es la que tiene un estiramiento mayor un dimetro de estriccin menor

implicando que su deformacin total no fue uniforme y homognea como el aluminio.

El mdulo de elasticidad nos indica la medida de rigidez del material, no as la resistencia del

material. El acero como era de esperarse presenta el mayor mdulo de elasticidad (801,88

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[Kgf/mm2]) por un amplio rango, luego le sigue el aluminio (362,11 [Kgf/mm2]) y finalmente el

latn (119,36 [Kgf/mm2]).

Finalmente, el trabajo realizado es mayor en el latn, puesto que es ms tenaz que el acero y el

aluminio, y se necesita un mayor trabajo para provocar la estriccin y posterior rotura. Adems

que el diagrama nos ratifica el resultado obtenido por presentar una mayor rea bajo la curva.

Apndice

Teora del experimento

-Ley de Hooke

La ley de Hooke relaciona la fuerza axial P aplicada, la longitud L de la probeta, la seccin

transversal A, el mdulo elstico del material y la elongacin L correspondiente a una longitud

inicial Lo.

Lo anterior se puede expresar mediante la siguiente ecuacin:

PLL =

AE

-Definicin de esfuerzo y deformacin

La tensin nominal en una probeta sometida a la fuerza axial P y que tiene una seccin transversal

Ao est definida por:

La deformacin convencional (ingenieril o aritmtica) se define por la razn entre la elongacin y

la longitud inicial de la probeta.

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La deformacin real se define por el logaritmo natural de la razn entre la longitud

total L y la longitud inicial Lo, es decir:

0

L = ln

L

Lo anterior es una consecuencia de la integracin de la ecuacin diferencial:

dLd =

Lo

La tensin real se define por la razn entre la fuerza axial P y la seccin transversal A, esto es:

P =A

-Diagrama de esfuerzos

El diagrama de esfuerzos es fundamental para determinar las propiedades fsicas de los

materiales. En el diagrama, indicado en la figura, se pueden distinguir el lmite de

proporcionalidad, el lmite de fluencia y el lmite de ruptura.

Diagrama de fuerza versus alargamiento de la probeta.

Bibliografa

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Gua de Laboratorio E981 Ensayo de Traccin

Resistencia de Materiales, Schaum, McGraw Hill.

http://www.e-mas.co.cl/categorias/arquitectura/Propiedades%20Mecanicas