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UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR
FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA
ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA
CIENCIA DE LOS MATERIALES I / TECNOLOGÍA DE MATERIALES 2021
TAREA N°
“PROPIEDADES MECANICAS: ENSAYO DE TENSIÓN”
Nombre del alumno Especialidad Grupo teórico Carnet
Alejandra Eunice Beltrán Corcio Ing. Química 02 BC
Edwin Armando Guillén Castaneda Ing. Química 02 GC
Willian Jefferson Vega Platero Ing. Química 02 VP
Wilfredo José Henríquez Raudales Ing. Química 02 HR
1.0 OBJETIVO
Elaborar la curva esfuerzo – deformación unitaria para estudiar el comportamiento de un material
cuando es sometido a esfuerzos axiales de tensión progresivamente crecientes hasta provocar su
ruptura.
2.0 ACTIVIDADES
i) En grupos de 4 o 5 alumnos, desarrollar los siguientes ítems sobre el ensayo de tensión
ii) Convertir a formato pdf para entrega en fecha y enlace correspondiente
iii) Fecha límite de entrega: domingo 24 de octubre de 2021
A) DATOS
Un acero A- 36 cuyas dimensiones se muestran en la tabla 1, fue sometido a un ensayo de tensión y se
obtuvieron los datos de fuerza y elongación mostrados en la tabla 2
Tabla 1. (dimensiones de probeta)
Tipo de material Acero A- 36
Diámetro nominal 5/8 plg
Diámetro inicial, D o
1.48 cm
Longitud total de muestra 60 cm
Longitud inicial L o
(calibrada) 20 cm
Diámetro final, D f
0.94 cm
Longitud final L f
(tramo de calibración) 26.5 cm
Tabla 2. (resultados del ensayo)
FUERZA (kgf) L (in)
comentarios
Fuerza máxima
fractura
En un primer lugar es necesario convertir los datos hacia el sistema internacional, para evitar
incongruencias en los cálculos, con el fin de reportar los resultados en las unidades que se piden.
Para realizar la conversión de in a m para el diámetro nominal y las elongaciones, se realiza un ejemplo
de cálculo y se procede de la misma manera para los demás datos que requieren la misma conversión:
𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙
Para convertir de cm a m, para el diámetro inicial:
𝑜
Para convertir de kgf a N, para las cargas:
Los datos utilizados encuentran en las tablas 1 y 2.
El valor del L para la ruptura se calculó de la siguiente manera:
𝒓𝒖𝒑𝒕𝒖𝒓𝒂
𝑓,𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎
𝑜,𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎
Los valores de esfuerzos () y elongaciones () se calculan con las siguientes expresiones, se realiza un
ejemplo de cálculo para el segundo valor de la tabla:
ii) Sobre el mismo gráfico, trace la curva esfuerzo real – deformación real.
iii) Explique la diferencia entre ambos diagramas.
La principal diferencia entre la línea trazada mediante el método ingenieril es que a la hora de realizar
el cálculo del esfuerzo no se consideran las pequeñas variaciones de área transversal a medida que el
diámetro de la barra se reduce en proporción con la elongación. Considerando lo anteriormente
mencionado se procederá a explicar el proceso de cálculo para la obtención de datos reales de
esfuerzo y de deformación.
- Cálculo de esfuerzo real 𝜎
𝑅
Para la obtención de la fórmula a seguir, se parte del principio de “Volumen conservativo” que
establece lo siguiente:
0
𝑖
0
0
𝑖
𝑖
A partir de esta primicia se recordará la definición de esfuerzo real:
𝑅
𝑖
Dónde 𝐴 𝑖
es el área instantánea.
Si se ocupa la ec.2 para despejar 𝐴 𝑖
en términos de las variables conocidas como 𝐴
0
0
𝑖
𝑅
0
0
𝑖
𝑁
𝑖
0
Finalmente se sustituye 𝑙
𝑖
por 𝑙
𝑖
0
, lo que finalmente expresa a el 𝜎
𝑅
como:
𝑅
𝑁
- Cálculo de deformación real
De las clases de la cátedra obtenemos la siguiente ecuación:
𝑅
= ln
𝑖
0
𝑙
𝑖
𝑙
0
ln(𝜀 + 1 )
A continuación, se dejará constancia de la tabla que originó la curva de 𝜎 𝑅
𝑅
F (N) ∆𝒍 (m) 𝝈
𝑵
𝜺 (m/m) 𝝈
𝑹
(m) 𝜺
𝑹
(m/m)
0 0 0 0 0 0
9806.65 0.0000254 57004266.7 0.000127 57011506.3 0.
0
100000000
200000000
300000000
400000000
500000000
600000000
700000000
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,
Esfuerzo
Deformación
𝜎 vs 𝜉
Nominal
Real
19613.3 0.0000508 114008533 0.000254 114037492 0.
29419.95 0.0001016 171012800 0.000508 171099675 0.
39226.6 0.0001524 228017067 0.000762 228190816 0.
49033.25 0.0001778 285021334 0.000889 285274718 0.
58839.9 0.0002286 342025600 0.001143 342416536 0.
68156.2175 0.0004572 396179654 0.002286 397085320 0.
68646.55 0.0013716 399029867 0.006858 401766414 0.
73549.875 0.006096 427532000 0.03048 440563176 0.
78453.2 0.007366 456034134 0.03683 472829871 0.
iv) Incluya cálculos y complete la tabla 3, con los valores del módulo de elasticidad, resistencia de
fluencia, resistencia última, resistencia de rotura, resiliencia, coeficiente de Poisson,
porcentaje de elongación y porcentaje de reducción de área.
Necesitamos los valores de la longitud inicial y la longitud final, y por la definición del %Elongación o
%Alargamiento:
%𝑬𝒍𝒐𝒏𝒈𝒂𝒄𝒊ó𝒏 =
𝑓
𝑜
𝑜
Para realizar los cálculos se hará uso del diámetro inicial y diámetro final del tubo luego del proceso
de prueba.
%𝑬𝒔𝒕𝒓𝒊𝒄𝒄𝒊ó𝒏 =
𝑜
2
𝑓
2
𝑜
2
2
2
2
2
2
Es posible determinar el módulo de elasticidad, cuyo valor es la pendiente de la región del grafico en
donde se cumple la proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformación. Es decir, la pendiente de la
línea recta inicial de la gráfica.
Los puntos que se utilizaran para calcular la pendiente son:
P
1
(0, 0); P
2
11
− 6
2
𝟐
Se refiere a la energía que absorbe la probeta solamente en la región elástica, se determina por medio
de la expresión:
𝑟
𝑦
2
En donde en un primer lugar debemos conocer el límite elástico, el cual simplemente se lee de la
gráfica en donde la línea que delimita la zona elástica, cambia su tendencia recta, dicho valor es
aproximadamente:
𝒚
2
Entonces, conociendo el módulo de elasticidad que se calculó previamente, sustituimos:
𝒓
2
2
2
2
El coeficiente de Poisson se define como la relación entre la deformación lateral entre la deformación
longitudinal y está representado por: 𝜈
𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙
𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙
𝑜
𝑓
𝑜
𝑓
𝑜
𝑜
48 cm − 0. 94 cm
48 cm
5 cm − 20 cm
20 cm
Tabla 3. Resumen de cálculos realizados para la probeta sometida al experimento
Elongación (%)
Reducción de área (%)
Módulo de Elasticidad (N/mm
2
Esfuerzo de fluencia (N/mm
2
Esfuerzo último (N/mm
2
Esfuerzo de rotura (N/mm
2
2
Resiliencia (Pa)
Coeficiente de Poisson
v) Investigue sobre la norma aplicada en el ensayo de tensión para aceros estructurales.
De acuerdo a la normativa salvadoreña (NSO 77.13.01:07) en el caso de las especificaciones para las
barras de acero lisas y corrugadas para refuerzo del concreto (laminado caliente), el material
representado en muestras para ensayo, deben de cumplir los requisitos para pruebas de tensión
especificados en la siguiente tabla:
Tabla 4. Requerimientos en tensión
Grado 40 [280]
1 )
Grado 60 [ 420 ] Grado 75 [520]
2 )
Esfuerzo a tensión
mínimo, psi [MPa]
60,000 [420] 90,000 [620] 100,000 [690]
Esfuerzo de fluencia
mínimo, psi [MPa]
40,000 [280] 60,000 [420] 75,000 [520]
Elongación mínima en
8 pulgadas [203,
mm] mínimo por
ciento
Número de
Designación de la
Barra
3 [10] 11 9 -
4 - 5 [13-16] 11 9 -
6 [19] 12 9 7
7 - 8 [22-25] - 8 7
9 - 10 - 11 [ 29 - 32 - 36] - 7 6
14 - 18 [43-57] - 7 6
Varillas grado 40 [280] únicamente será suministradas en tamaños del 3 al 6 [10 al 19]
Varillas grado 75 [ 520 ] únicamente serán suministradas en tamaños del 6 al 18 [19 al 57]
Donde el porcentaje de elongación deberá ser especificado por la tabla V.
Cuando el acero probado no tenga un punto de fluencia bien definido, el esfuerzo de fluencia deberá
ser determinado tomando lectura del esfuerzo a la correspondiente deformación usando un método
de diagrama autográfico o un extensómetro como se ha descrito en “Métodos de prueba y
definiciones A 370”. La deformación deberá ser 0,5% de la longitud patrón para Grado 40 [280] y
Grado 60 [420] y deberá ser 0,35% de la longitud de la escala para Grado 75 [520]. Cuando el material
sea suministrado en rollos, la muestra para prueba deberá ser enderezada antes de ser instalada en
las mordazas de la máquina de ensayos a tensión. El enderezado deberá de ser realizado con sumo
cuidado para evitar la formación de cambios bruscos en la forma y minimizar el trabajo en frío. Un
enderezado insuficiente puede resultar en lecturas de esfuerzo de fluencia menores que las reales.
Requerimientos del doblado
La muestra que sea sometida al ensayo del doblado deberá resistir ser doblada alrededor de un pin,
sin que se agriete el exterior de la porción de la barra en que se encuentra el doblez. Los
requerimientos para el ángulo del doblado y el tamaño de los pines están especificados en la Tabla 5.
Cuando el material sea suministrado en rollos, la muestra para el ensayo deberá ser enderezada antes
de ser colocada en la máquina de ensayo de doblado.
Propiedades Mecánicas Notas
Dureza Brinell 119 HBW - 162 HBW
Basado en la conversión de
resistencia a la tracción
Las ventajas de este método son:
- Apto para ensayos de dureza en materiales poco homogéneos, gracias a las grandes
dimensiones de huella, siempre que la expansión por falta de homogeneidad del material sea
relativamente pequeña respecto a la huella.
- Ideal para ensayos de dureza en piezas de grandes dimensiones sin mecanizar, tales como
piezas forjadas, de fundición, laminadas en caliente, prensadas en caliente y con tratamiento
térmico.
- No se producen fallos de medición en caso de flexibilidad de la probeta en sentido de
aplicación de la carga.
vii) Investigue sobre la composición química y aplicaciones del acero A- 36.
El acero A36 (norma ASTM A36) es uno de los aceros estructurales de carbono más utilizados, aunque
el contenido de carbono del acero estructural A36 es de un máximo de 0.29%, se considera acero
suave (contenido de carbono ≤ 0.25%).
El acero A36 a menudo se compara con AISI 1018 debido a su composición química similar, el acero al
carbono A36 es comúnmente laminado en caliente, mientras que el acero 1018 es comúnmente
laminado en frío.
El acero estructural A36 tiene buena soldabilidad, generalmente se lamina en caliente en acero
rectangular, acero cuadrado, acero redondo, placa de acero, y también se hace comúnmente en todo
tipo de secciones de acero, como vigas H, vigas I, canal U, ángulo de acero, tubo de acero, etc.
Composición química (%, ≤) para formas
Acero C Si Mn P S Cu
ASTM A36 0.26 0.40 Sin requisitos 0.04 0.05 0.
Composición química (%, ≤), para placas de acero, ancho> 380 mm (15 plg.)
Acero C Si Mn P S Cu Espesor (d), mm (plg.)
ASTM
A
Sin
requisitos
0.03 0.03 0.20 d ≤ 20 (0.75)
0.25 0.40 0.80-1.20 0.03 0.03 0.20 20< d≤ 40 (0.75< d≤ 1.5)
0.26 0.15-0.40 0.80-1.20 0.03 0.03 0.20 40< d≤ 65 (1.5< d≤ 2.5)
0.27 0.15-0.40 0.85-1.20 0.03 0.03 0.20 65< d≤ 100 (2.5< d≤ 4)
Composición química (%, ≤), para placas y barras de acero, ancho ≤ 380 mm (15 plg.)
Acero C Si Mn P S Cu Espesor (d), mm (plg.)
ASTM A
Sin
requisitos
0.04 0.05 0.20 d ≤ 20 (0.75)
0.27 0.40 0.60-0.90 0.04 0.05 0.20 20< d≤ 40 (0.75< d≤ 1.5)
0.28 0.40 0.60-0.91 0.04 0.05 0.20 40< d≤ 100 (1.5< d≤ 4)
Bibliografía
- CONACYT. (s.f.) NSO77.13.01:07 Especificaciones para las barras de acero lisas y corrugadas
para refuerzo del concreto (laminado en caliente). Recuperado de:
https://www.defensoria.gob.sv/images/stories/varios/NORMAS/MATERIALES%20DE%20CO
NSTRUCCION/norma%20de%20barra%20de%20acero.pdf
- Mundial, M. (2020, 24 noviembre). Acero ASTM A36, Acero A36 Propiedades, Ficha Tecnica,
Dureza, Densidad Estructural PDF. Recuperado 10 de octubre de 2021, de
https://www.materialmundial.com/acero-astm-a36-propiedades-ficha-tecnica-estructural/
- Becerril, A. D. (2014). Obtención de curvas esfuerzo-deformación verdaderas del PP y
copolímeros en bloque a velocidad de deformación constante aplicando correlación de
imágenes digitales. Escola Tècnica Superior.
