Marco terico

El trmino acero sirve comnmente para denominar, en ingeniera metalrgica, a una

mezcla de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03 % y el 2,14 % en

masa de su composicin, dependiendo del grado. Si la aleacin posee una concentracin

de carbono mayor al 2,14 % se producen fundiciones que, en oposicin al acero, son

mucho ms frgiles y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas.

VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL

Alta resistencia

La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que ser relativamente bajo el

peso de las estructuras; esto es de gran importancia en puentes de grandes claros, en

edificios altos y en estructuras con condiciones deficientes en la cimentacin.

Elasticidad

El acero se acerca ms en su comportamiento a las hiptesis de diseo que la mayora de

los materiales, debido a que sigue la ley de Hooke hasta esfuerzos bastante altos. Los

momentos de inercia de una estructura de acero se pueden calcular exactamente, en tanto

que los valores obtenidos para una estructura de concreto reforzado son relativamente

imprecisos.

Durabilidad

Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado durarn indefinidamente.

Investigaciones realizadas en los aceros modernos, indican que bajo ciertas condiciones

no se requiere ningn mantenimiento a base de pintura.

Ductilidad

La ductilidad es la propiedad que tiene un material para soportar grandes deformaciones

sin fallar bajo esfuerzos de tensin altos. Cuando se prueba a tensin un acero dulce o con

bajo contenido de carbono, ocurre una reduccin considerable de la seccin transversal y

un gran alargamiento en el punto de falla, antes de que se presente la fractura. Un material

que no tenga esta propiedad por lo general es inaceptable y probablemente ser duro y

frgil y se romper al someterlo a un golpe repentino.

Tenacidad

Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad. Un

miembro de acero cargado hasta que se presentan grandes deformaciones ser aun capaz

de resistir grandes fuerzas. sta es una caracterstica muy importante porque implica que

los miembros de acero pueden someterse a grandes deformaciones durante su fabricacin

y montaje, sin fracturarse, siendo posible doblarlos, martillarlos, cortarlos y taladrarlos

sin dao aparente.

La propiedad de un material para absorber energa en grandes cantidades se denomina

tenacidad.

DESVENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL

Corrosin

La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosin al estar expuestos al aire y al

agua y, por consiguiente, deben pintarse peridicamente. Sin embargo, el uso de aceros

intemperizados para ciertas aplicaciones, tiende a eliminar este costo.

Aunque los aceros intemperizados pueden ser bastante efectivos en ciertas situaciones

para limitar la corrosin, hay muchos casos donde su uso no es factible. En algunas de

estas situaciones, la corrosin puede ser un problema real. Por ejemplo, las fallas por

corrosin fatiga pueden ocurrir si los miembros de acero se someten a esfuerzos cclicos

y a ambientes corrosivos. La resistencia a la fatiga de los miembros de acero puede

reducirse apreciablemente cuando los miembros se usan en ambientes qumicos agresivos

y sometidos a cargas cclicas.

Susceptibilidad al pandeo

Cuanto ms largos y esbeltos sean los miembros a compresin, tanto mayor es el peligro

de pandeo. En la mayora de las estructuras, el uso de columnas de acero es muy

econmico debido a sus relaciones elevadas de resistencia a peso. Sin embargo, en forma

ocasional, se necesita algn acero adicional para rigidizarlas y que no se pandeen. Esto

tiende a reducir su economa.

Fatiga

Otra caracterstica inconveniente del acero es que su resistencia se puede reducir si se

somete a un gran nmero de inversiones del sentido del esfuerzo, o bien, a un gran nmero

de cambios en la magnitud del esfuerzo de tensin. (Se tienen problemas de fatiga slo

cuando se presentan tensiones.) En la prctica actual se reducen las resistencias estimadas

de tales miembros, si se sabe de antemano que estarn sometidos a un nmero mayor de

ciclos de esfuerzo variable, que cierto nmero lmite.

RELACIONES ESFUERZO-DEFORMACIN DEL ACERO ESTRUCTURAL

Para entender el comportamiento de las estructuras de acero, el ingeniero debe estar

familiarizado con las propiedades de ste. Los diagramas esfuerzo-deformacin presentan

informacin valiosa necesaria para entender cmo se comporta el acero en una situacin

dada. No pueden desarrollarse mtodos satisfactorios de diseo, a menos que se disponga

de informacin completa relativa a las relaciones esfuerzo-deformacin del material que

se usa.

Si una pieza de acero estructural dctil se somete a una fuerza de tensin, sta comenzar

a alargarse. Si se incrementa la fuerza de tensin a razn constante, la magnitud del

alargamiento aumentar en forma lineal dentro de ciertos lmites. En otras palabras, el

alargamiento se duplicar cuando el esfuerzo pase de 6 000 a 12 000 psi (pounds per

square inch; se usar lb/plg2). Cuando el esfuerzo de tensin alcance un valor

aproximadamente igual a tres cuartos de la resistencia ltima del acero, el alargamiento

comenzar a aumentar ms y ms rpidamente sin un incremento correspondiente del

esfuerzo.

El mayor esfuerzo para el que todava es vlida la ley de Hooke o el punto ms alto de la

porcin recta del diagrama esfuerzo-deformacin se denomina lmite proporcional. El

mayor esfuerzo que un material puede resistir sin deformarse permanentemente se llama

lmite elstico. Este valor rara vez se mide realmente y para la mayora de los materiales

de ingeniera, incluido el acero estructural, es sinnimo del lmite proporcional. Por esta

razn, se usa a veces el trmino lmite proporcional elstico.

El esfuerzo en el que se presenta un incremento brusco en el alargamiento o deformacin

sin un incremento en el esfuerzo, se denomina esfuerzo de fluencia. Es el primer punto

del diagrama esfuerzo-deformacin para el cual la tangente a la curva es horizontal. El

esfuerzo de fluencia es para el proyectista la propiedad ms importante del acero, ya que

muchos procedimientos de diseo se basan en este valor. Ms all del esfuerzo de fluencia

hay un intervalo en el que ocurre un incremento considerable de la deformacin sin

incremento del esfuerzo. La deformacin que se presenta antes del esfuerzo de fluencia

se denomina deformacin elstica; la deformacin que ocurre despus del esfuerzo de

fluencia, sin incremento de esfuerzo, se denomina deformacin plstica. Esta ltima

deformacin es generalmente igual en magnitud a 10 o 15 veces la deformacin elstica.

La fluencia del acero sin esfuerzo puede parecer una seria desventaja, pero en

realidad es una caracterstica muy til.

Despus de la deformacin plstica, existe un rango en el cual es necesario un esfuerzo

adicional para producir deformacin adicional, a esto se le denomina endurecimiento por

deformacin. Esta porcin del diagrama esfuerzo-deformacin no resulta muy importante

para los proyectistas actuales porque las deformaciones son muy grandes. En realidad, la

curva alcanza su esfuerzo mximo y luego disminuye poco a poco antes de la falla. Se

presenta una marcada reduccin de la seccin transversal del miembro (que se denomina

estriccin del elemento) justo antes de que el miembro se fracture.

En la figura siguiente se muestra un diagrama comn de esfuerzo-deformacin para un

acero frgil. Desafortunadamente, la baja ductilidad o fragilidad es una propiedad que por

lo general se asocia con la alta resistencia del acero (aunque no necesariamente asociada

con los aceros de alta resistencia). Como es conveniente tener a la vez alta resistencia y

gran ductilidad, el proyectista tendr que decidir entre los dos extremos o buscar un

trmino medio entre ellos. Un acero frgil puede fallar repentinamente, sin previo aviso,

cuando se sobrecargue y durante el montaje puede fallar debido a los impactos propios

de los procedimientos de construccin.

ACEROS ESTRUCTURALES MODERNOS

Aceros al carbono

Estos aceros tienen como principales elementos de resistencias al carbono y al manganeso

en cantidades cuidadosamente dosificadas.

Aceros de alta resistencia y baja aleacin

Existe un gran nmero de aceros de este tipo clasificados por la ASTM. Estos aceros

obtienen sus altas resistencias y otras propiedades por la adicin, aparte del carbono y

manganeso, de uno a ms agentes de aleacin como el columbio, vanadio, cromo, silicio,

cobre y nquel. Se incluyen aceros con esfuerzos de fluencia comprendidos entre 40

klb/plg2 y 70 klb/plg2.

USO DE LOS ACEROS DE ALTA RESISTENCIA

Actualmente existen en el mercado ms de 200 aceros con esfuerzos de fluencia mayores

de 36 klb/plg2. La industria del acero est experimentando ahora con aceros cuyos

esfuerzos de fluencia varan entre 200 klb/plg2 y 300 klb/plg2, y esto es slo el principio.

Mucha gente de esta industria cree que en unos cuantos aos se dispondr de aceros con

fluencias de 500 klb/plg2.

Ensayo a la traccin

Debido a la gran cantidad de informacin que puede obtenerse a partir de este ensayo, es

sin duda alguna, uno de los test mecnicos ms empleados para el acero. La versatilidad

del ensayo de traccin radica en el hecho de que permite medir al mismo tiempo, tanto la

ductilidad, como la resistencia. El valor de resistencia es directamente utilizado en todo

lo que se refiere al diseo. Los datos relativos a la ductilidad, proveen una buena medida

de los lmites hasta los cuales se puede llegar a deformar el acero sin llegar a la rotura.

Al iniciarse el ensayo, el material se deforma elsticamente; esto significa que si la carga

se elimina, la muestra recupera su longitud inicial.

Cuando el esfuerzo alcanza su mximo valor de resistencia a la tensin, se forma en la

barra una estriccin o cuello, la cual es una reduccin localizada

en el rea de la seccin transversal, en la que se concentra todo el alargamiento

posterior.

Una vez formado este cuello, el esfuerzo disminuye al aumentar la deformacin

y contina disminuyendo hasta que la barra se rompe.

FRACTURAS EN EL ACERO:

Es la separacin de un slido bajo tensin en dos o ms piezas. En general, la fractura

metlica puede clasificarse en dctil y frgil. La fractura dctil ocurre despus de una

intensa deformacin plstica y se caracteriza por una lenta propagacin de la grieta. La

fractura frgil se produce a lo largo de planos cristalogrficos llamados planos de fractura

y tiene una rpida propagacin de la grieta.

FRACTURA DCTIL

Esta fractura ocurre bajo una intensa deformacin plstica.

La fractura dctil comienza con la formacin de un cuello y la formacin de cavidades

dentro de la zona de estrangulamiento. Luego las cavidades se fusionan en una grieta en

el centro de la muestra y se propaga hacia la superficie en direccin perpendicular a la

tensin aplicada. Cuando se acerca a la superficie, la grieta cambia su direccin a 45 con

respecto al eje de tensin y resulta una fractura de cono y embudo.

FRACTURA PLANA:

La produccin de la rotura a lo largo de la superficie cnica tiene su origen en el hecho

que a medida que el vrtice de la fisura plana en forma de disco se acerca a la superficie

de la barra, se pierde triaxialidad de tensiones porque la tensin normal a la superficie

libre es nula. Por lo tanto, la constriccin plstica disminuye y consecuentemente las

tensiones de corte a 45 del eje se tornan preponderantes, lo que conduce a la rotura

plstica a lo largo de tales planos.

Objetivos del ensayo

- Determinar los esfuerzos de fluencia y rotura de una varilla corrugada de acero

de 3/8 de dimetro.

- Determinar la deformacin unitaria de una varilla corrugada de acero de 3/8 de

dimetro.

- Analizar el tipo de falla que se da en la varilla de acero.

Materiales utilizados

Mquina de prueba universal.-

Varillas de acero y regla

Control del modelo terico matemtico

Las varillas ensayadas son hechas de acero con especificacin ASTM A615 grado 60,

con un esfuerzo de fluencia de:

Fy=4280 kg/cm2 como mnimo

Y una resistencia a la traccin de:

R=6320 kg/cm2

De acuerdo a las dimensiones de nuestra varilla, la fuerza en la que se alcanza la fluencia

son los presentados en el acpite siguiente, donde nos muestra los resultados de los dos

ensayos realizados en el laboratorio.

Prediccin del comportamiento estructural:

De acuerdo con el tipo de acero que tenemos; el comportamiento estructural debera ser

el siguiente:

-La varilla debe mantenerse estable hasta alcanzar el esfuerzo de fluencia.

-Una vez alcanzado el esfuerzo de fluencia, la varilla comienza a estirarse sin un aumento

del esfuerzo.

-Alcanzado el esfuerzo de rotura, la varilla se rompe bajo una falla dctil.

Ensayos y clculos justificativos

Presentacin de datos de ensayo:

Sabiendo que el acero trabajado es el siguiente:

Los resultados de los ensayos son:

DATOS DE LAS BARRAS ENSAYADAS

Grado del acero (Ksi) 60

Longitud Inicial (cm) 15

Dimetro nominal (pulg) 3/8

rea nominal (cm2) 0.713

Fuerza de fluencia

(Kg)

Fuerza Mxima

(Kg)

Fuerza de

Rotura(Kg)

Longitud Inicial

(cm)

Longitud final

(cm)

ENSAYO 1 3200 5217 4242 15 17.1

ENSAYO 2 3200 5287 4260 15 17.4

Resultados de los ensayos:

Esfuerzo de

fluencia

(Kg/cm2)

Esfuerzo

Mximo

(Kg/cm2)

Esfuerzo de

Rotura(Kg/cm2)

Variacion de

Longitud

(cm)

Deformacin

Unitaria

ENSAYO 1 4490.87 7321.52 5953.20 2.1 0.14

ENSAYO 2 4490.87 7419.75 5978.47 2.4 0.16

Esfuerzo de fluencia (Ksi) Esfuerzo Mximo (Ksi) Esfuerzo de Rotura(Ksi)

ENSAYO 1 63.87 104.13 84.67

ENSAYO 2 63.87 105.53 85.03

Con ayuda del mdulo de Young del acero (29000 Ksi), podemos realizar un bosquejo

del diagrama esfuerzo deformacin que aunque no vaya a ser exacto ser de gran

explicacin tenerlo.

0

63.87

104.13

84.67

0

20

40

60

80

100

120

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16

Esfu

erzo

(K

si)

Deformacin Unitaria

Esfuerzo vs deformacin (ensayo N1)

0

63.87

105.53

85.03

0

20

40

60

80

100

120

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16

Esfu

erzo

(K

si)

Deformacin Unitaria

Esfuerzo vs deformacin(ensayo N2)

Conclusiones y recomendaciones

- Determinar los esfuerzos de fluencia y rotura de una varilla corrugada de acero

de 3/8 de dimetro.

- Determinar la deformacin unitaria de una varilla corrugada de acero de 3/8 de

dimetro.

- Analizar el tipo de falla que se rotura en la varilla de acero.

- A pesar de no contar con las deformaciones exactas, se puede trazar un grfico

Esfuerzo vs Deformacin a grandes rasgos, con ayuda del mdulo de Young,

para as tener idea del comportamiento del acero a la traccin.

- Se ha comprobado que el esfuerzo de fluencia nominal de un acero es menor que

el que se obtiene si se ensaya, demostrando as que dicho acero cumple con su

especificacin y es apto a usar con el valor dado por la empresa dedicada a la

fabricacin de este.

- Se aprendi a usar la maquina encargada del ensayo a traccin la cual nos

servir en el futuro, si es que queremos comprobar de nuevo, las propiedades de

un acero, que siempre se debe hacer, as sea la proveedora confiable.

Deformacin unitaria del acero (izquierda), forma de rotura (derecha)

Grupo de trabajo: Gonzalo, Alejandra, Guido y Carlos.

Universidad Nacional De San Agustn

Facultad

Ingeniera Civil

CURSO:

DISEO EN ACERO Y MADERA

Docente:

ING. FIDEL COPA

TRABAJO:

ENSAYO DE TRACCION EN BARRAS DE ACERO

PRESENTADO POR:

1. ARCE HUAHUCHAMPI, GONZALO MOISES

2. QUISPE LOPE, GUIDO

3. SANCHEZ YANCAPALLO, ALEJANDRA SOLEDAD

4. TICONA MAMANI, CARLOS ALBERTO

AREQUIPA PER-2015