conocimiento experimental de los materiales
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-Garantizar la calidad -Ensayar las propiedades-Prevenir fallas en el uso-Estar informado para el uso correcto del materialTRANSCRIPT
ENSAYO DE MATERIALES
Ing. Nilo García Corzo
Porque deben ensayarse los materiales?
• Garantizar la calidad • Ensayar las propiedades• Prevenir fallas en el uso• Estar informado para el uso
correcto del material
Factor de seguridad
Puente Rio Antirio
𝑛=𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑅𝑒𝑎𝑙
𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑅𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎
ENSAYOS MECÁNICOS
ESTÁTICOS
Tracción
Compresión
Flexión
Torsión
Cizalla
Dureza
DINÁMICOS
Fatiga Impacto
Charpy
Izod
Impacto-Tracción
TECNOLÓGICOS
Plegado
Embutición
Punzonado
Dos formas de ensayo• Ensayo destructivo – El
material puede ensayarse físicamente a destrucción. Normalmente se especifica valores para propiedades como la resistencia, dureza, tenacidad, etc.
• Ensayo no destructivo – muestras o productos terminados son probados antes de ser utilizado.
ASTM C42 / C42M - 13Método de prueba estándar para la Obtención y Ensayo de Núcleos Perforados y Vigas Aserradas de Concreto
Ensayo no destructivo
Ensayo no destructivo
Mide la profundidad de fisura del concreto por aplicación del principio de la difracción acústica.
Ensayo Dureza Brinell
• J. A. Brinell 1900• Involucra la presión de una
bola de acero o carburo contra una superficie con diferentes cargas. – 500, 1500, o 3000 kg
• Mide el diámetro de la indentación.
• Superficies más duras tienen pequeña hendidura, mientras que las superficies más suaves tienen un mayor hendidura.
NTP 341.003:1970 ENSAYO DE DUREZA BRINELL PARA ACERO
Ensayo dureza Vickers• Desarrollado en1922.
• Comparable al Brinell excepto que usa un diamante piramidal para la hendidura.
• Resultados precisos
• Utilizado en materiales muy duros.
• Cargas más ligeras que las de prueba Brinell– de 1 a 120 kg
NTP 341.004:1970 ENSAYO DE DUREZA VICKERS PARA ACERO
Ensayo dureza Rockwell• Da lectura directa.
• Rockwell B (bola) usado para materiales blandos.
• Rockwell C (cono) usa cono de diamante para materiales duros.
• Flexible, rápida y fácil de usar.
• El ensayo mide la profundidad en lugar de un diámetro de hendidura
• Se presiona contra la superficie con carga menor y luego con una carga mayor
• La diferencia en profundidades de penetración es una medida de la dureza del material.
NTP 341.005:1970 ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL
Ensayo de compresión• Desarrollado para materiales frágiles
como la cerámica y el vidrio.• La Tensión se dirigen
perpendicularmente a la línea central a lo largo del disco, la fractura comienza, y el disco se dividirá verticalmente.
Donde:P = carga a la rotura,
d = diámetro de disco, t = espesor.
dtP
2
Ensayo a la compresión ASTM C39
ENSAYO DE TRACCIÓN INDIRECTA
𝝈=𝟐𝑭𝝅𝑳𝒅
= Resistencia a tracción indirectaF = Carga máxima L = longitud de la línea de contacto de la probetad = dimensión de la sección transversal
Ensayo de cizallamiento
• n= número de pernos
Ensayo a la TorsiónEsfuerzo de torsión = Momento de torsión = Torque
𝑀=𝐹 •𝐿
𝑀=𝐾 𝑇 •𝞱
KT = módulo de torsión
En una barra cilíndrica y homogénea de radio R y longitud L :
𝐾 𝑇=𝜋2𝑅4
𝐿 𝐺
G = módulo de rigidez
Prueba de flexión
• Vigas, pórticos emparrillados, losas
Módulo de ruptura a flexión
¿Condiciones ?
¿Magnitudes de medir?
¿Propiedades a medir?
Ensayo a la flexión
90°120°180°
Doblamiento libreDoblamiento semiguiado
Ensayo Izod
• Se golpea 167 J.• La muestra se sostiene
verticalmente.• La muesca se enfrenta al péndulo.
Pruebas de impactoLa tenacidad de los metales es la habilidad de resistir el impacto.
Ensayo de impacto Charpy
• Se golpea desde una posición mas alta con 300 J.
• La muestra se mantiene horizontalmente.
• La muesca de espaldas al péndulo.
Después de haber roto la probeta, la energía sobrante hará ascender el péndulo un ángulo β.
Prueba de resistencia a la tracción
Deformación () = longitud final – longitud original L
Lo longitud original=
NTP 341.002:1970 ENSAYO DE TRACCION PARA EL ACERO
Condiciones de ensayo
Temperatura Cte, Velocidad de deformación constante
Magnitudes medidasFuerza, alargamiento, Estricción
Propiedades determinadasMódulo de elasticidad, límite de fluencia, límite de resistencia, tensión de ruptura, alargamiento total y uniforme, límite elástico
Extensómetro
Las longitudes están estandarizadas. Así como la longitud de referencia, la longitud total, radios, ancho, y para piezas redondas, también se especifican los diámetros
Gráfico de Resultados• La fractura copa y cono
significa un material dúctil
• Una fractura por corte indicaría un material frágil
Tipos de deformaciónLímite de ruptura
Límite elástico aparente = Límite Johnson
?
Deformación para acero de bajo carbono
Carga Máxima es el punto mas alto en el gráfico.Frecuentemente se llama Resistencia final a la Tracción
Tracción
Módulo de elasticidad
¿Anelasticidad?
Esfuerzo de ingeniería y stress verdadero
El esfuerzo de ingeniería es la carga soportada por la muestra dividido por una constante, el área original. El verdadero estrés es la carga soportada por la muestra dividida por una variable, la superficie instantánea. Tenga en cuenta que la tensión verdadera siempre sube en el plástico, mientras que el esfuerzo de ingeniería sube y luego cae después de pasar por un máximo. El máximo representa una diferencia significativa entre la curva de tensión-deformación de ingeniería y la curva de tensión-deformación verdadera. En la curva de tensión-deformación de ingeniería, este punto indica el comienzo de formación de cuello. La mejor resistencia a la tracción es la carga máxima medida en el ensayo de tensión dividida por el área original.
Ensayo no destructivo
¿Porque usamos el ensayo no destructivo?• Los componentes no son destruidos• Puede comprobar los defectos internos• Utilidad de los componentes de valor• Puede poner a prueba los componentes que
están en uso
Estimación de la resistencia del Concreto
• Sonda “Windsor” - ASTM C 803– Utiliza una carga fuerte para impulsar las sondas en el concreto con una fuerza
conocida– En general da resultados exactos
se usa para evaluar la resistencia a la compresión del concreto en el lugar. Esta prueba no-destructiva se puede hacer con la misma efectividad en concreto fresco o en concreto con resistencia desarrollada.
Estimación de la resistencia del Concreto
• Martillo de rebote - ASTM C 805– Utiliza un resorte y la varilla para golpear el
concreto con una fuerza calibrada– Fácil de usar– resultados variables
Martillo de rebote ASTM C805
Prueba UltrasónicaLas ondas ultrasónicas sonoras rebotan en el componente y regresan al receptor. Si hay un cambio en el tiempo que tarda la onda de retorno entonces existe una falla. Esto es similar a la operación de un sonar de un barco.
Operación.1. La sonda de ultrasonido envía ondas sonoras a
través de la pieza.2. La onda de sonido rebota en la pieza y vuelve.3. Los resultados se muestran en la pantalla en
forma de picos.4. Donde los picos fluctúan esto mostrará un fallo
en la pieza.
Usos.• Esto se utiliza generalmente para encontrar
fallas internas en grandes piezas de forja, fundición y en las inspecciones de soldadura así como el concreto
Estimación de la resistencia del Concreto
• Velocidad de Pulso– ASTM C 597– Mide el tiempo de viaje de un pulso ultrasónico– Correlaciona con la resistencia a la compresión
Pruebas de velocidad de pulsoSe usa energía electromagnética para localizar los objetos, las fallas del subsuelo, o las interfaces dentro de un material
Prueba penetrante de fallas
• Se utiliza para defectos en la superficie.• La prueba de aceite y tiza es una versión
tradicional de este tipo de pruebas. Ahora se usan Tintes de color.
Radiografía de rayos X1. Los rayos X son liberadas por el calentamiento del cátodo.2. Ellos son acelerados por la corriente continua y dirigida a la
pieza por el ánodo de tungsteno.3. Los rayos X pasan a través de la pieza de ensayo a una película
de rayos X que muestra los resultados..4. Los rayos X no pueden pasar por las fallas con la misma
facilidad por lo que están visibles en la radiografía.
Usos.• Esta es una prueba que generalmente se utiliza para
encontrar fallas internas en los materiales. Se utiliza para comprobar la calidad de las soldaduras, por ejemplo, para encontrar huecos o grietas.
Ensayos del Concreto Plástico• Muestreo de concreto recién mezclado
– ASTM C 172 – 2 o mas porciones dentro de 15 minutos
• Consistencia– Prueba del Slump – ASTM C 143
• El ensayo debe completarse en 2 ½ minutos después de obtener la muestra
– Consistómetro Vebe
Continúa
• Medida de la temperatura– ASTM – C 1064– Este ensayo debe completarse dentro de los 5 minutos
después de obtener la muestra. • Contenido de aire
– ASTM C 231 – método de la presión– ASTM C 173 – método volumétrico– Este ensayo debe comenzarse dentro de los 5 minutos
después de obtener la muestra.
Densidad y rendimiento
• ASTM C 138– Peso unitario del concreto plástico– El rendimiento provee información concerniente a la
cantidad volumétrica de concreto producido por bach• Y = Peso total de los componentes/peso unitario
1800 kg/m3
2400 kg/m3
3200 kg/m3
Tiempo de fraguado
• ASTM C 403– Resistencia a la Penetración en función del
tiempo– Fraguado inicial 500 psi (2-6 horas)– Fraguado final 4000 psi (4-12 horas)
Durabilidad
• Resistencia a las heladas– ASTM C666
• Congelamiento en aire y descongelamiento en agua• Congelamiento en agua y descongelamiento en agua
• Resistencia a los sulfatos– ASTM C1012
• Resistencia a la Corrosión– ASTM C876 – Mapeo potenciométrico
Determinación de la Corrosión – Mapeo Potentiométrico
Probabilidad de la Corrosión• Menor que -0.20V – 90% Sin
Corrosión
• Mas grande que -0.35V – 90% Corrosión
• Entre -0.20V y -0.35V – se incrementa probabilidad de la Corrosión
Termografía infrarroja
Huecos, delaminaciones, grietas, humedad
Se basa en la transferencia de calor, por conducción y radiación: Material sólido sin vacios, brechas, o grietas son térmicamente conductores que materiales que son delaminadas o contienen humedad.
Ensayo de Eco impacto
• Para localizar la delaminación en la parte superior e inferior causado por la corrosión del refuerzo superior e inferior
• Un escáner de eco impacto se usa para explorar en la parte superior de la cubierta de balcón.
• Un ensayo "punto por punto" por eco impacto se aplica desde la parte inferior para confirmar la delaminación
Un escaneo de Eco Impacto de la parte superior
Ensayo de Eco Impacto (punto por punto) desde la parte inferior