laboratorios de resistensia de materiales

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GUÍA DEPRÁCTICASDELABORATORIORESISTENCIA DE MATERIALESGrado en Ingeniería de Organización Industrial

Grado en Ingeniería EléctricaGrado en Ingeniería en Electrónica Industrial y Automática

Grado en Ingeniería en Tecnologías IndustrialesGrado en Ingeniería MecánicaGrado en Ingeniería Química

VERSIÓN: 21/11/2012

ESCUELA DE INGENIERÍAS INDUSTRIALES Dpto. Construcciones Arquitectónicas, Ingeniería del Terreno y

Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras.

ESCUELA DE INGENIERÍAS INDUSTRIALESDEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIONES

ARQUITECTÓNICAS, INGENIERÍA DEL TERRENOY MECÁNICA DE MEDIOS CONTINUOS Y TEORÍA

DE ESTRUCTURAS

UNIVERSIDAD DE VALLADOLID

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ÍNDICE

1 OBJETIVOS GENERALES.......................................................................................................32 PRÁCTICA Nº 1: ENSAYO DE TRACCIÓN HASTA ROTURA DE PROBETA.................3

2.1 Objetivos específicos...........................................................................................................32.2 Introducción.........................................................................................................................32.3 Características del ensayo a realizar....................................................................................52.4 Descripción del método a seguir .........................................................................................5

3 PRÁCTICA Nº 2: ENSAYO DE TRACCIÓN SIN ROTURA DE PROBETA........................63.1 Objetivos específicos...........................................................................................................63.2 Introducción.........................................................................................................................63.3 Características del ensayo a realizar....................................................................................73.4 Descripción del método a seguir .........................................................................................7

4 PRÁCTICA Nº 3: ENSAYO DE FLEXIÓN SIN ROTURA DE PROBETA ...........................84.1 Objetivos específicos...........................................................................................................84.2 Introducción.........................................................................................................................94.3 Características del ensayo a realizar..................................................................................104.4 Descripción del método a seguir .......................................................................................11

5 PRÁCTICA Nº 4: ENSAYO NO DESTRUCTIVO DE UNA CELOSÍA...............................125.1 Objetivos específicos.........................................................................................................125.2 Introducción.......................................................................................................................125.3 Características del ensayo a realizar..................................................................................135.4 Descripción del método a seguir .......................................................................................14

6 MEMORIAS DE LAS PRÁCTICAS.......................................................................................16



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1 OBJETIVOS GENERALES

El alumno que realice las prácticas de la asignatura adquirirá las siguientes capacidades y conocimientos:

1. Aplicación en ensayos de los conocimientos de las magnitudes básicas que intervienen en el comportamientodel material resistente: tensión, deformación y características del material.

2. Aplicación en ensayos de los conocimientos de los modelos básicos que describen el comportamiento delelemento estructural con forma de barra, en cuanto a resistencia y rigidez

2 PRÁCTICA Nº 1: ENSAYO DE TRACCIÓN HASTA ROTURA DE PROBETA

2.1 Objetivos específicos

1. Capacitar al alumno para identificar en el laboratorio las diferentes máquinas de ensayo de tracción–compresión.

2. Capacitar al alumno para obtener la carga de rotura o resistencia a la tracción de la probeta ensayada.

3. Capacitar al alumno para obtener el porcentaje de alargamiento en rotura de la probeta ensayada.

2.2 Introducción

Para conocer el comportamiento de los componentes o piezas de una estructura en distintas situaciones, sesomete a los materiales con las se fabricaron a una diversidad de ensayos y pruebas. El ensayo destructivo másimportante es el ensayo de tracción, debido a la diversidad e importancia de parámetros que es posible obtener a partirdel mismo.

Cuando se habla de un ensayo de tracción, usualmente se trata a un ensayo que se realiza en una máquina quepermite medir la deformación y la fuerza aplicada a una probeta fabricada con el material que se desea ensayar. Si laprueba se realiza correctamente, permite conocer las propiedades mecánicas fundamentales del material que son devital importancia en el diseño. El ensayo normalizado de tracción es uno de los más básicos en lo que se refiere a ladeterminación de propiedades de los materiales y evaluación de sus constantes elásticas, tales como Módulo de Youngy Coeficiente de Poisson. Dicho ensayo se puede aplicar a los aceros, aleaciones metálicas, maderas, hormigones,plásticos y materiales compuestos. También se puede aplicar este ensayo para medir otras propiedades, tales comoresistencia de soldaduras, uniones, adhesivos, etc.

Utilizando sistemas estandarizados de ensayo, la prueba se puede convertir en un criterio de aceptación orechazo de un producto después de establecer si el material posee determinadas propiedades mecánicas y tendrá unbuen comportamiento durante el tiempo de servicio. Existen muchos ensayos en los que la prueba se realizadirectamente en la pieza terminada para poder reproducir exactamente las condiciones reales de trabajo del elemento.

La máquina de ensayo consiste básicamente de un marco muy resistente y dos mordazas, una fija y otra móvil(Figura 1). Además, cuenta con sensores de carga (fuerza aplicada a la probeta) y de desplazamiento (alargamiento dela probeta). En las máquinas de control por fuerza, el ensayo consiste en aplicar una carga de tracción en un extremode la probeta y medir el alargamiento de la misma a través del desplazamiento de la mordaza móvil. La carga es devalor conocido y gradualmente creciente hasta la rotura de la probeta. Al contrario, en las máquinas de control pordesplazamiento, lo que se hace es aplicar un desplazamiento prescrito en un extremo de la probeta y medir la fuerzanecesaria para ello en una célula de carga colocada en el otro extremo. Es este caso, el desplazamiento también esgradualmente creciente hasta la rotura de la probeta. Las máquinas actuales, sean de un tipo u otro, incorporandispositivos de captación automáticos que elaboran la gráfica fuerza–alargamiento del ensayo (Figura 2). Esta gráficaes más sencilla de obtener con las máquinas de control por desplazamiento, ya que en las de control por fuerza no sepuede obtener la parte correspondiente al comportamiento plástico, pues a una misma fuerza le corresponden variosvalores del alargamiento de la probeta.



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Dimensiones (mm)Tipo deprobeta L0 D0 A L

1 75 12,5±1 50 87,5

2 120 20±1 80 140

3 ---- 25±1 50 Nodefinida

Las dimensiones y forma de las probetas están normalizadas de acuerdo al producto que se va a ensayar(Figura 3) y siempre se deben consultar las normas específicas antes de la prueba. En general la probeta es de secciónredonda, cuadrada o rectangular y los extremos tienen unas dimensiones mayores que el resto del material parafacilitar la fijación de la probeta a la máquina y para que las condiciones de sujeción no afecten a los resultados. Laregión central se hace más delgada para hacer que la rotura ocurra en una porción que no está afectada por losesfuerzos producidos por el dispositivo de sujeción, garantizando que el esfuerzo en esta región sea de tracciónúnicamente; esta zona se llama longitud de prueba y en ella se hacen las mediciones de elongación durante el ensayo.El cambio de sección de los extremos al centro debe ser muy suave y el acabado de la probeta muy fino, para evitar laconcentración de esfuerzos. La exactitud de las dimensiones y el paralelismo entre las caras es muy importante paraque la falla no ocurra en las zonas de cambio de dimensiones.

Figura 1: Máquina de tracción de control pordesplazamiento

Figura 2: Curva Fuerza aplicada vs Alargamiento

Figura 3: Dimensiones de probetas normalizadas según norma UNE-EN ISO 6892-1 para productos delgados (chapas,flejes y productos planos de espesor entre 0,1 mm y 3 mm

Las cargas se aplican ya sea mecánica o hidráulicamente. Generalmente las máquinas para pruebas de traccióntienen diferentes rangos de medición. Antes de realizar el ensayo se debe determinar aproximadamente la fuerzamáxima que se va a alcanzar de acuerdo al tipo de material a ensayar y a las dimensiones de la probeta, paraseleccionar una escala adecuada en la que dicha fuerza no corresponda a las primeras subdivisiones ni a las últimasdel dispositivo utilizado para medirla.

Los alargamientos de la probeta se pueden medir de forma mecánica, eléctrica, electromecánica u óptica.

Para poder calcular la ductilidad del material existen dos formas. En la primera de ellas, primero se hacen dosmarcas en la superficie de la zona central de la probeta, a una distancia entre sí conocida y dependiente del productoque se va a ensayar. Una vez rota la probeta, se juntan los dos trozos resultantes y se mide el cambio ocurrido en ladistancia existente entre dichas marcas. De esta forma, la deformación plástica del material se calcula dividiendo elvalor del incremento de la mencionada distancia entre su valor inicial. La otra forma de evaluar la ductilidad es apartir de la reducción del área de la sección de rotura de la probeta. Para calcularla, se mide el diámetro del material



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antes del ensayo y después de la rotura, siendo su valor el cociente entre ambos. Habitualmente e independientementedel método de cálculo, la ductilidad se expresa en tanto por ciento.

2.3 Características del ensayo a realizar

El ensayo correspondiente a esta práctica se va a realizar con una máquina universal de tracción–compresiónmarca HOYTOM. Es una máquina de control por fuerza, por lo que no se podrá obtener el tramo de la curva fuerza–deformación correspondiente al régimen de comportamiento plástico de la probeta. Además, dada su antigüedad, es deaccionamiento manual a través de una palanca que controla el gato hidráulico de doble efecto instalado en la mordazamóvil y el desplazamiento de ésta se mide sobre una escala graduada en una columna de la máquina (Figura 4). Portanto, la curva de comportamiento de la probeta debe hacerse a mano sobre papel milimetrado. La máxima carga quese puede aplicar es de 10 T.

Figura 4: Máquina de tracción a utilizar en el ensayo

La probeta que se va a ensayar no es normalizada. Se trata de una pletina, de 230 mm de longitud y consección rectangular de 20x4 mm2, que está hecha de acero S275JR (utilizado habitualmente en construcción), cuyatensión de límite elástico es 275 N/mm2 y cuya resistencia a tracción está comprendida entre 430 y 580 N/mm2 (datostomados de la EAE). Los extremos de la probeta están doblados para facilitar su amarre por parte de las mordazas dela máquina. El ensayo consiste en cargar la probeta hasta la rotura de la misma, midiendo distintos parámetros duranteel proceso.

2.4 Descripción del método a seguir

1. Observar que la superficie de la probeta a ensayar está libre de marcas superficiales en la zona central deensayo (en los extremos se han realizado unas muescas para facilitar su sujeción por las mordazas durante elensayo). Si hay marcas lo suficientemente profundas, pueden alterar el resultado del ensayo ya quecondicionarán la zona de rotura.

2. Hacer sendas marcas en la zona central de la probeta separadas entre sí 200 mm. Esto puede hacerse con unlapicero, rotulador indeleble, punzón o buril. En estos dos últimos casos, la marca no debe ser muy profundapara que no afecte al resultado.



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3. La máquina de ensayo es de accionamiento manual. Hay que prepararla para realizar el ensayo.

a. Asegurarse de que el dispositivo de avance esté en la posición tal que la mordaza móvil (la superior)suba al accionar el gato hidráulico.

b. Girando el volante de ajuste en la dirección adecuada, ajustar la distancia inicial entre mordazas a ladistancia apropiada para la longitud de la probeta.

4. Colocar la probeta en las mordazas de la máquina.

5. Comenzar a accionar el gato hidráulico a través de la palanca del mismo. En los primeros instantes puede sernecesario apretar manualmente hacia abajo las mordazas superiores y hacia arriba las inferiores para queefectúen un buen agarre de la probeta. Si ésta desliza sobre las mordazas, no se podrá llevar a buen término elensayo, pues no se la traccionará o se agotará la carrera del pistón antes de su rotura.

6. Por cuestiones de seguridad, cuando se esté en la certeza de que la probeta no desliza sobre las mordazas,situar la pantalla trasparente entre la máquina y los observadores.

7. Seguir accionando el gato hidráulico. En esta fase, después de cada bajada de palanca,

a. Esperar a que la probeta deje de alargarse antes de volver a subir la palanca. El alargamiento de laprobeta coincide con el movimiento de la mordaza móvil, el cual se refleja en una escala graduadasituada en una columna de la máquina, y se mide respecto de la posición inicial (la de carga nula).

b. Observar, de forma aproximada, si el incremento del alargamiento de la probeta es mayor, igual omenor que en la bajada de palanca anterior.

c. Observar, de forma aproximada, si la carga aplicada es mayor, igual o menor que en la bajada depalanca anterior.

d. Observar si se forma en la probeta una zona de estricción o reducción de las dimensiones de susección, hecho que irá acompañado de una ligera reducción de la carga. Si dicha zona se produce,será indicativo de que se la probeta ha entrado en régimen de comportamiento plástico.

8. Cuando se produzca la rotura, tomar nota de la carga para la que se ha producido.

9. Sacar los dos trozos de la probeta de la máquina, quitándolos de las mordazas.

10. Sobre una superficie plana, juntar los dos trozos por la zona de rotura y medir nuevamente la distanciaexistente entre las marcas efectuadas al principio del ensayo. Con ello podrá calcular el porcentaje delalargamiento en rotura con respecto a la distancia inicial.

11. Realizar la memoria del ensayo y entregársela al profesor.

3 PRÁCTICA Nº 2: ENSAYO DE TRACCIÓN SIN ROTURA DE PROBETA


1. Capacitar al alumno para identificar en el laboratorio las diferentes máquinas de ensayo de tracción–compresión.

2. Capacitar al alumno para obtener la curva de comportamiento del material de la probeta ensayada.

3. Capacitar al alumno para obtener la rigidez de la probeta ensayada.

3.2 Introducción

Véase Apartado 2.2.



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El ensayo correspondiente a esta práctica se va a realizar en un banco de ensayos de tracción–flexiónDELTALAB EX 150, enfocado a prácticas docentes como la que se pretende realizar. Como se aprecia en la Figura 5,se compone de un armazón en forma de triángulo horizontal sobre el cual se pueden hacer ensayos con probetassolicitadas a tracción y, con un cambio rápido y simple en la configuración, con probetas solicitadas a flexión simple.

La puesta en carga es realizada mediante un volante de accionamiento manual, por lo que se trata de nuevo deuna máquina por control de fuerza. El valor de la carga aplicada se obtiene indirectamente a través de la deformaciónde una viga dinamométrica situada en uno de los lados del bastidor y sobre la que se fija en mencionado volante. Eneste sentido, la lectura del esfuerzo aplicado se hace sobre un reloj comparador en contacto con dicha viga. Lamáxima carga que se puede aplicar es de 2000 N.

El alargamiento de la probeta se obtiene por diferencia entre los desplazamientos de los amarres de la probeta,que son medidos mediante sendos relojes comparadores en contacto con ellos. De esta forma se elimina el errordebido a la deformación del bastidor triangular, error que se introduciría si el alargamiento se obtuviera sólo con lamedida del desplazamiento del amarre donde se aplica la carga y que, por otra parte y dependiendo de la rigidez de laprobeta a ensayar, puede ser muy importante.

Figura 5: Banco de ensayos DELTALAB EX 150

Al igual que en la práctica anterior, la probeta a ensayar no tiene dimensiones normalizadas. Se trata de unapletina de 360 mm de longitud y con sección rectangular (20x2 mm), hecha de una aleación ligera. El ensayo consisteen cargar y descargar una probeta, elegida entre las disponibles, para analizar su comportamiento. LA CARGAMÁXIMA APLICADA NO DEBE IMPLICAR LA APARICIÓN DE DEFORMACIONES PERMANENTES en laprobeta.


1. Comprobar que la probeta ya está montada adecuadamente en la máquina de ensayos.

2. Con la probeta sujeta a los anclajes del bastidor, girar suavemente el volante de carga en sentido horariohasta que en el reloj comparador donde se mide la carga (éste es fijo y está situado en un lateral del lado del



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bastidor donde se ubica el volante de carga) la aguja se mueva de 1 a 2/100 mm, indicando deformación en laviga dinamométrica y una ligera tracción en la probeta.

3. Montar los relojes comparadores que servirán para medir los desplazamientos de las cabezas de anclaje de laprobeta. Para ello, el bastidor dispone de una varilla de guiado que está situada paralelamente a la probeta. Elcomparador equipado con la varilla más corta se colocará del lado de la cabeza de la probeta situada en elvértice del bastidor.

4. Colocar los comparadores en posición tal que la cabeza orientable quede perpendicular a su eje de traslacióny a la probeta. No olvidar que el palpador debe estar en contacto con la cara de las cabezas de anclaje de laprobeta.

5. Dar unos golpecitos suaves (CON LOS DEDOS DE UNA MANO) en los lados del bastidor a fin de liberarde frotamientos residuales u otros fenómenos de histéresis que podrían introducir errores en las medidas.

6. Poner a cero las esferas de los tres comparadores, los dos que miden desplazamientos y el que mide la cargaaplicada.

7. Hacer una primera puesta en carga de la probeta hasta el valor máximo indicado en la Memoria de lapráctica, sin tomar medida alguna, a fin de asegurar que durante todo el proceso los palpadores de los relojescomparadores se mantienen siempre en contacto con la superficie donde apoyan. Para esto se girará elvolante de carga en sentido horario lenta y progresivamente. NO SOBREPASAR NUNCA EL VALORMÁXIMO DE LA CARGA INDICADO EN LA MEMORIA DE LA PRÁCTICA. Si lo hace, quedarándeformaciones permanentes en la probeta y, por tanto, quedará inservible.

8. Realizar la descarga, girando el volante de carga lenta y progresivamente en sentido antihorario.

9. Volver a poner a cero las esferas de los tres comparadores, los dos que miden desplazamientos y el que midela carga aplicada.

10. Proceder a la puesta en carga de la probeta, girando suave y gradualmente el volante de carga en sentidohorario. Para cada incremento de carga efectuado (ver su valor en la Memoria de la práctica), dejarestabilizar la deformación del conjunto bastidor–probeta y tomar nota de los desplazamientos de los extremosde la probeta en los comparadores dispuestos anteriormente. Durante el proceso de carga es recomendablegirar siempre el volante de carga en sentido horario a fin de evitar los errores introducidos por las posiblesholguras en las uniones de las piezas. No preocuparse si se gira en exceso el volante y el incremento de cargaintroducido es mayor que el previsto. Tomar nota de los nuevos valores pero NO GIRAR NUNCA ELVOLANTE EN SENTIDO ANTIHORARIO para proceder a la descarga hasta el valor previsto. Cuando sellegue al valor máximo de la carga indicado (NO LO SOBREPASE NUNCA), proceder al proceso dedescarga según se indica a continuación.


4 PRÁCTICA Nº 3: ENSAYO DE FLEXIÓN SIN ROTURA DE PROBETA


1. Capacitar al alumno para identificar en el laboratorio las diferentes máquinas de ensayo de flexión.

2. Capacitar al alumno para obtener la curva de comportamiento del material de la probeta ensayada.

3. Capacitar al alumno para obtener la rigidez de la probeta ensayada.



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4.2 Introducción

En los materiales dúctiles, la curva carga–alargamiento ingenieril suele pasar por un máximo. Esta cargamáxima es la resistencia del material a la tracción. La rotura de la probeta se presenta a una carga menor, después deque la formación del cuello ha reducido el área transversal que la transmite. En los materiales más frágiles, la rotura sepresenta casi siempre en la carga máxima, ya que muchos de ellos, incluidos muchos cerámicos, no presentan el tramofinal descendente de la curva carga–alargamiento porque la probeta rompe sin que se forme la zona de estricción de lasección.

En muchos materiales frágiles no se puede hacer con facilidad el ensayo de tracción convencional a causa de lapresencia de imperfecciones en la superficie. Con frecuencia se produce la rotura de la probeta tan sólo con ponerla enlas mordazas de la máquina de ensayo. Los ensayos de flexión son adecuados en estos casos, pues en ellos no esnecesario fijar la probeta a ninguna mordaza. Habitualmente, este tipo de ensayos consiste en apoyar la probeta sobredos cilindros y aplicarle una carga con un tercero en la sección equidistante de los dos apoyos. De esta forma, laprobeta es sometida a flexión por aplicación de la carga en tres secciones (en una se aplica la carga propiamente dichay en las otras dos las reacciones), por lo que se denomina ensayo de flexión por tres puntos (Figura 6).

El ensayo de flexión por tres puntos tiene el inconveniente de que además de someter a la probeta a tensionesnormales debidas al momento flector generado, también se la somete a tensiones tangenciales debidas a los esfuerzoscortantes que en cada sección de la probeta. Si se desea eliminar las tensiones tangenciales, es decir, estudiar elcomportamiento del material sometido sólo a tensiones normales, hay que hacer que la probeta (o algún tramo de ella,trabaje a flexión pura. Esto se consigue en el llamado ensayo de flexión por cuatro puntos (Figura 7), donde la probetase apoya también en dos cilindros, pero donde la carga se aplica en dos secciones equidistantes de los apoyos. Si lacarga aplicada en ambas secciones es la misma, el tramo de la probeta situado entre ellas está sometido a flexiónsimple, pues en él no existen esfuerzos cortantes. El ensayo de flexión por cuatro puntos es también adecuado paramateriales que contienen imperfecciones. Esto se debe a que el momento flector es constante en las secciones situadasentre las de aplicación de la carga y las probetas rompen al azar por una sección de éstas, a menos que haya unaimperfección que cause concentración del tensiones y condicione la rotura.

L/2 L/2 L1 L1

Carga Carga

Probeta

ApoyoFlecha

L

Apoyo

Probeta

ApoyoFlecha

L

Apoyo

Figura 6. Esquema de ensayo de flexión por tres puntos Figura 7. Esquema de ensayo de flexión por cuatro puntos

En ambos tipos de ensayos (por tres o por cuatro puntos) se mide la flecha (desplazamiento perpendicular a ladirectriz de la probeta) en una de las secciones de la probeta, normalmente la sección central, para cada valor de lacarga aplicada. La curva carga–flecha así obtenida es muy similar a la curva carga–alargamiento obtenida en el ensayode tracción. El tramo inicial es lineal. Su pendiente es la rigidez a flexión de la probeta y, a partir de ella, se puedeobtener el módulo de elasticidad del material.

Al igual que en los ensayos de tracción, la carga se puede aplicar mecánica o hidráulicamente, de formaautomatizada o manualmente, y los desplazamientos se pueden medir de forma mecánica, eléctrica, electromecánica uóptica. Además, la carga puede aplicarse hasta la rotura de la probeta o hasta un valor que no implique la aparición dedeformaciones permanentes.



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Figura 8. Detalles de un ensayo de flexión por tres puntos


El ensayo de flexión se realizará en una máquina diseñada y construida en el propio Departamento para elensayo destructivo de cordones de soldadura por plegado de probetas (Figura 9). Dicha máquina ha sido adaptada,utilizando una probeta de dimensiones y material adecuados, para realizar un ensayo particular, no normalizado, deflexión por tres puntos.

Figura 9. Máquina para realizar el ensayo de flexión

La probeta se apoya en dos cilindros de 25 mm de radio situados a una distancia entre ejes de 110 mm. Lacarga se aplica en la sección equidistante de los dos apoyos, accionando manualmente un gato hidráulico cuyo pistóndesplaza el cilindro que la aplica y su valor se mide indirectamente a través de la presión que existe en el circuitohidráulico. La flecha se mide en una sección que dista 200 mm de uno de los apoyos. Se ha elegido una secciónsituada fuera de la zona entre apoyos porque en ellas las flechas son más grandes (tanto más grandes cuanto másalejada esté la sección del apoyo) y porque en ella resulta mucho más sencilla de medir. Dada la configuración de lamáquina, resulta imposible medirla en la misma sección de aplicación de la carga, lo cual sería lo más normal.

La probeta a ensayar es una pletina de sección rectangular (50x8 mm) y lo suficientemente larga como paraque apoye en los dos cilindros de la máquina y llegue a la zona de medida. Se ha hecho con un acero de alto límiteelástico, de los adecuados para hacer ballestas para dispositivos de suspensión de vehículos. Se la someterá a unacarga tal que no implique la plastificación de ningún punto de la misma.



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Car

ga

Car

ga

55mm 55mm

Probeta

Flecha55 mm 55mm

Apoyo Apoyo

P/2 200mm

Probeta

Flecha

Apoyo Apoyo

P/2 200mm

151250 P / (E I)

22,5 P

Figura 10. Diagramas de esfuerzos internos Figura 11. Deformada de la probeta

En la Figura 10 se han dibujado los diagramas de esfuerzos en la probeta durante el ensayo para una carga devalor P. En la Figura 11 se ha dibujado la deformada y se ha acotado el valor de la flecha en la sección donde se mide.


1. Colocar la probeta en la máquina de ensayos sobre los cilindros que hacen de apoyo. Obsérvese que laprobeta tiene marcada la sección en la que se va a efectuar la medida de la flecha. Hay que orientar la probetade modo que esta sección quede situada hacia la derecha. Si el cilindro de carga no permite realizar estaoperación libremente, accionar la palanca del gato hidráulico para que dicho cilindro ascienda. Para ello, hayque colocar el dispositivo de avance en la posición tal que el cilindro suba al accionar el gato hidráulico. Esnecesario sujetar la probeta con la mano contra los cilindros de apoyo hasta que se sujete ella sola en los trespuntos de carga.

2. Desplazar la probeta hacia la izquierda hasta que la sección extrema entre en contacto con el dispositivo detope.

3. Colocar el dispositivo de avance en la posición tal que el cilindro baje al accionar el gato hidráulico.

4. Accionar el gato hidráulico mediante la palanca de carga hasta que el cilindro de carga entre en contacto conla probeta y la introduzca una pequeña carga (mejor cuanto más pequeña). Lo ideal es que esta carga seanula, por lo que el gato hidráulico debe accionarse con suavidad.

5. Colocar el reloj comparador palpando la sección donde se va a medir la flecha (está marcada en la probeta),con el palpador en la muesca practicada al efecto en dicha sección.

6. Poner a cero la esfera del reloj comparador.

7. Accionar el gato hidráulico con suavidad, de modo que la carga se vaya introduciendo en incrementos talesque impliquen incrementos de presión en el circuito hidráulico de valor 2,5 bares. Para ello SOLO ESNECESARIO BAJAR LA PALANCA UNOS POCOS GRADOS (el ensayo completo se realizará con dos otres bajadas de la palanca que acciona el gato hidráulico).



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8. Para cada uno de los incrementos de carga, dejar estabilizar las deformaciones y medir el valor de la flechaen la sección de medida a través del reloj comparador. Apuntar los valores, tanto de carga como de flecha.

9. El ensayo se dará por concluido cuando en el circuito hidráulico se llegue a 20 bares de presión. LAPROBETA QUEDARÁ INUTILIZADA SI SE SUPERA ESTE VALOR.

10. Retirar el reloj comparador para que no se caiga al efectuar la descarga.

11. Accionar el dispositivo de avance colocando la palanca en sentido contrario al que se encuentre. Con ello, laprobeta se descargará.

12. Retirar la probeta de la máquina y observar que en ella no han quedado deformaciones permanentes. Parahacerlo con facilidad, puede ser necesario accionar el gato hidráulico para que el cilindro de carga suba unapequeña distancia. En este caso, hay que sujetar previamente la probeta con la mano para que no se caiga.


5 PRÁCTICA Nº 4: ENSAYO NO DESTRUCTIVO DE UNA CELOSÍA


1. Capacitar al alumno para identificar en el laboratorio las diferentes máquinas de ensayos sencillos de estructurasde barras.

2. Capacitar al alumno para obtener la curva de comportamiento de la estructura ensayada.

3. Capacitar al alumno para obtener la rigidez de la estructura ensayada.

5.2 Introducción

Los ensayos realizados con estructuras, bien sea a tamaño real si éste lo permite o a escala en otros casos,sirven para obtener de una manera real el comportamiento de las mismas frente a diversos tipos de cargas.Normalmente se utilizan cuando no existe un modelo teórico que describa con suficiente aproximación dichocomportamiento o para ajustar algunos parámetros del mismo cuando se dispone de él.

Dada la gran diversidad de estructuras que se pueden construir y la gran variedad de cargas que deben soportar,no existen ensayos tipo normalizados a los que someterlas (salvo algunos muy concretos). Por tanto, el tipo de ensayoque se realice en cada caso dependerá de la estructura que se estudie y de lo que se pretenda obtener con el ensayo encuestión.

Por ejemplo, en la Figura 12 se muestran los dispositivos para el ensayo de sendas estructuras a escala reducidaen un laboratorio cuando son sometidas a cargas dinámicas debidas a los terremotos y en la Figura 13 se ven algunosensayos hechos para determinar el comportamiento en laboratorio de estructuras de cimentación. Otro ensayo típicoen puentes, pero esta vez realizados in situ sobre la estructura real, son las pruebas de carga a los que se les someteantes de su puesta en servicio. Dicha prueba consiste en ir incorporando sucesivamente a su tablero camionescargados y obtener su comportamiento (básicamente flechas y fisuración en el caso de hormigón) a través de lainstrumentación adecuada que ha sido previamente instalada en él.



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Figura 12: Ensayos de estructuras frente a cargas dinámicas

Figura 13: Ensayos de cimentaciones de estructuras


El ensayo se realizará con un banco de ensayos del tipo Gunt Hamburg SE 110.22 (Figura 14). Este banco sólosirve para realizar ensayos de tipo académico, pues en él sólo se puede estudiar el comportamiento de estructuras detamaño reducido.

Como se aprecia en la Figura 14, el banco de ensayos consta esencialmente de un marco lo suficientementerígido en el que se monta una estructura de nudos articulados (celosía) con barras (8 en total) de 300 y de 424 mm,formando un triángulo equilátero adosado a un cuadrado con dos diagonales. Una de las dos diagonales tiene undispositivo deslizante que permite, aflojando el correspondiente tornillo de retención, hacer que dicha barra no puedasoportar esfuerzos axiles, convirtiendo en este caso a la celosía en una estructura isostática. En el caso de que elmencionado tornillo esté apretado, la barra en cuestión sí puede resistir esfuerzos axiles y la celosía es hiperestática.Con ello, se tiene la posibilidad de analizar el comportamiento de ambos tipos de estructuras a fin de poder realizaranálisis comparativos de sus comportamientos.



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Figura 14: Banco académico de ensayos de estructurasde barras Gunt HAMBURG SE 110.22

Figura 15: Aparato de adquisición de datos GuntHAMBURG FL 151

La carga se introduce en el nudo que se desee (en la Figura 14 se hace en el nudo inferior del extremo derecho)a través de una pequeña barra conectada a un dispositivo que se acciona con un tornillo. Girándole en un sentido lacarga se aplica en una dirección, y si se gira en el sentido contrario, se invierte el sentido de la carga. La magnitud deésta se obtiene indirectamente a través de la deformación de una pieza circular en cuyo interior hay colocado un relojcomparador. Éste está calibrado de modo que cada división de su esfera (SKT=0,01 mm) se corresponde con 10 N decarga.

Para medir el desplazamiento en el nudo que se desee y la dirección que se quiera (en la Figura 14 se hace enel nudo inferior del extremo derecho), se dispone de un reloj comparador cuyo palpador se sitúa en contacto con elnudo correspondiente. Dicho reloj va montado en un soporte que se ancla convenientemente al bastidor.

Las ocho barras que componen la estructura están instrumentadas con galgas extensométricas a fin de podermedir su deformación y, a través de ella, el esfuerzo axil al que están sometidas. Además, la pequeña barra queintroduce la carga en la estructura también está instrumentada con galgas, con lo que también se puede medir con ellasel valor de la carga que se introduce (es una alternativa a la expuesta anteriormente). A fin de realizar la adquisiciónde los datos proporcionados por las galgas y realizar una presentación de los mismos amigable para el usuario, dichasgalgas se han conectado a un aparato del tipo Gunt HAMBURG FL 151 y, a su vez, éste a un ordenador personal que,mediante el programa adecuado, realiza la presentación de datos (carga aplicada y esfuerzos axiles y tensionesnormales en las barras, Figura 16).

Según las especificaciones del fabricante, NO SE DEBE SOMETER A NINGUNA BARRA A ESFUERZOSAXILES CUYO MÓDULO SUPERE LOS 500 N. Si se hace en alguna barra, se corre el riesgo inutilizarla.


1. Verificar que la estructura está instrumentada adecuadamente y que los cables están conectados al aparato deadquisición de datos Gunt HAMBURG FL 151. Verificar que éste esté a su vez conectado a un puerto USBdel ordenador.

2. Encender el aparato de adquisición de datos (el interruptor se encuentra en su lado posterior) y el ordenador.

3. Arrancar el programa de ordenador “SE0X10”, encargado de controlar el aparato de adquisición de datos.

4. Si no está seleccionada la estructura 110.22 (Figura 16), hay que seleccionarla a través de menúcorrespondiente (Figura 17).



DE ESTRUCTURAS


21/11/2012 15

Figura 16: Diagrama del sistema Figura 17: Ventana de selección

5. Una vez encendidos los aparatos y arrancado el programa, hay que esperar a que los datos medidos dejen deoscilar. Esta oscilación es debida a los cambios de temperatura. El fabricante del banco de ensayosrecomienda encender los aparatos aproximadamente media hora antes de empezar el ensayo.

6. Descargar la celosía. Esto se confirmará mediante el dispositivo de carga, que debe tener cierta holgura.

7. Poner a cero el dinamómetro anular que sirve para medir la carga aplicada, girando su escala.

8. Pulsar el botón Tara en el programa de ordenador. Con ello, todos los valores medidos se pondrán a cero. Enalgunas ocasiones, estos valores pueden presentar una oscilación de ±10 N.

9. Accionar suavemente el dispositivo de carga en el sentido de cargar la celosía hacia abajo hasta un valor de50 N.

10. Volver a poner a cero el dinamómetro anular que sirve para medir la carga aplicada, girando su escala.

11. Volver a pulsar el botón Tara en el programa de ordenador. Con ello, todos los valores medidos se pondrán acero y mediante esta pequeña precarga se habrán eliminado los posibles juegos debidos a desajustes.

12. Poner a cero el reloj comparador que mide el desplazamiento vertical del nudo donde se aplica la carga.

13. Accionar suave y progresivamente el dispositivo de carga en el sentido de cargar la celosía en incrementoscuyo valor está dado en la Memoria de la práctica.

14. Para cada incremento de carga efectuado, dejar estabilizar la deformación de la estructura y tomar nota deldesplazamiento del nudo instrumentado en el comparador. Durante el proceso de carga es recomendable girarsiempre el tornillo de carga en el mismo sentido a fin de evitar los errores introducidos por las posiblesholguras en las uniones de las piezas. No preocuparse si se gira en exceso el tornillo y el incremento de cargaintroducido es mayor que el previsto. Tomar nota de los nuevos valores pero NO GIRAR NUNCA ELTORNILLO EN SENTIDO CONTRARIO para proceder a la descarga hasta el valor previsto. Cuando sellegue al valor máximo de la carga indicado (NO LO SOBREPASE NUNCA), proceder al proceso dedescarga según se indica a continuación.

15. Proceder al proceso de descarga girando suave y gradualmente el tornillo de carga en sentido contrario al delpaso anterior. Para cada decremento de carga efectuado (ver su valor en la Memoria de la práctica), dejarestabilizar la deformación de la estructura y tomar nota del desplazamiento del nudo en el reloj comparador.Al igual que durante la carga, en el proceso de descarga es recomendable girar siempre el tornillo de carga enel mismo sentido, a fin de evitar los errores introducidos por las posibles holguras en las uniones de laspiezas. No preocuparse si se gira en exceso el tornillo y el decremento de carga introducido es mayor que elprevisto. Tomar nota de los nuevos valores pero NO GIRAR NUNCA EL VOLANTE EN SENTIDOHORARIO para proceder a la carga hasta el valor previsto. El proceso finaliza cuando la celosía se hayadescargado completamente.


Nota: En las prácticas del curso 2012/13 no se realizará la memoria del proceso de descarga



DE ESTRUCTURAS


16 21/11/2012

6 MEMORIAS DE LAS PRÁCTICAS

En las siguientes hojas se muestran las Memorias de Prácticas a realizar por parte del alumno y que deben serdebidamente cumplimentadas durante el transcurso de las mismas y entregadas al profesor al final de cada sesión deprácticas.



DE ESTRUCTURAS


1

MEMORIA DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO

ASIGNATURA: Resistencia de Materiales GRUPO: FECHA:

ALUMNO DNI

ALUMNO DNI

ALUMNO DNI

ALUMNO DNI

ALUMNO DNI

PRÁCTICA N° 1: ENSAYO DE TRACCIÓN HASTA ROTURA DE PROBETA

1. Resultados del ensayo.1.1. Cargas, tensiones y alargamiento.

Distancia entre marcas (milímetros)

Inicial: Final:

Sección de la barra:

Carga de fluencia (líneas de Lüder) (kgf)

Tensión de fluencia (límite elástico) (kgf/cm2)

Carga de rotura (kgf)

Tensión de rotura (kgf/cm2)

Alargamiento (%)

2. Observaciones (continúe al dorso, si es necesario)



DE ESTRUCTURAS


2



ALUMNO DNI

ALUMNO DNI

ALUMNO DNI

ALUMNO DNI

ALUMNO DNI

PRÁCTICA N° 2: ENSAYO DE TRACCIÓN SIN ROTURA DE PROBETA

1. Resultados del ensayo.1.1. Valores de fuerza aplicada (F, kN), desplazamientos inferior y superior (di y ds, mm) y

alargamientos de la probeta (L, mm).

CargaF di ds L

0

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1.2. Ley de comportamiento (F = K·L, K es la rigidez de la probeta).

Rigidez (K)

2. Observaciones (continúe al dorso si es necesario)

F

L



DE ESTRUCTURAS


3



ALUMNO DNI

ALUMNO DNI

ALUMNO DNI

ALUMNO DNI

ALUMNO DNI

PRÁCTICA N° 3: ENSAYO DE FLEXIÓN SIN ROTURA DE PROBETA

1. Resultados del ensayo.1.1. Presión en el cilindro hidráulico (p, bares), fuerza aplicada (F, Newtons), desplazamiento(, mm) y ley de comportamiento (F = K , K es la rigidez de la probeta)

CargaPresión Fuerza

0

2,5

5

7,5

10

12

14

16

18

20

1 bar = 518 N

1.2. Ley de comportamiento (F = K·, K es la rigidez de la probeta).

Rigidez (K)

2. Observaciones (continúe al dorso si es necesario)

F



DE ESTRUCTURAS


4



ALUMNO DNI

ALUMNO DNI

ALUMNO DNI

ALUMNO DNI

ALUMNO DNI

PRÁCTICA N° 4: ENSAYO SOBRE ESTRUCTURAS DE BARRAS

1. Resultados del ensayo.1.1. Valores de la fuerza aplicada (F, Newtons) y desplazamiento vertical del nudo extremo (, milímetros).

Carga

F

0

30

50

80

100

130

150

180

200

1.2. Ley de comportamiento (F = K·, K es la rigidez de la probeta).

Rigidez (K)

(sigue al dorso)

F



DE ESTRUCTURAS


5

1.3. Tensiones () en las barras de la estructura para carga máxima.

2. Observaciones (Adjuntar otra hoja en caso de ser necesario)

200 N

N = =

N = =

N = =

N = =

N = =

Para todas las barrasdiámetro = 10 mmN =

=

N = =



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