Aceros ensayo traccion

1. Ensayo de Tracción de Aceros
Objetos del Ensayo
Determinar las características mecánicas en barras de acero sometidas a un esfuerzo de
tracción para establecer las tensiones admisibles de trabajo, así como su resistencia y ductilidad.
El procedimiento de ensayo se realiza de acuerdo a lo indicado en Norma I.R.A.M 500-102
Descripción del Ensayo
Para la ejecución del ensayo, debemos confeccionar una probeta, extrayendo un trozo de
aproximadamente 70 cm de largo de la barra cuyo acero quiere ensayarse. Se determinara el ensayo
de la probeta y se marca la misma, con la marcadora existente para tal objeto, con puntos a cada 2,5
cm, con el fin de establecer la longitud inicial y también poder medir el alargamiento que sufre
hasta la rotura.
Se fija la probeta en la maquina de ensayo, mediante un dispositivo constituido por dos
mordazas simétricas que se ajustan a la probeta mediante el mecanismo de la maquina.
Se aplica a la probeta una carga inicial de 500 Kg, para dar al conjunto probeta - mordaza
una tensión inicial a fin de asegurar el perfecto ajuste de ambos elementos y evitar así lecturas
falsas.
Se coloca en la probeta los instrumentos denominados extensómetros que sirven para
obtener lecturas de las deformaciones o alargamiento que sufre la probeta al incrementares la carga
de tracción.
Se somete a la probeta a una carga estática (aplicando las fuerzas en forma lenta y
progresiva) anotando las lecturas del extensómetro cada determinados valores de cargas, los que
servirán para el trazado del diagrama cuya curva representara el comportamiento mecánico del
acero.
Los extensómetros se retiran antes de la rotura, cuando se manifiesta en fluencia. El ensayo
concluye con la determinación de la carga de rotura, registrada en el dial indicador de la maquina.
Una vez rota la probeta se toma la medida final de la longitud entre los puntos marcados y el
diámetro en la sección de rotura
Comportamiento Mecánico del Acero
Por sus características el acero puede clasificarse en acero liso AHÍ -220,que es acero
dúctil, con un limite de fluencia de alrededor de 2400 Kg/cm2,
y una resistencia a la rotura por
tracción del orden de 4000Kg/cm2,
con un porcentaje de 0,25% de carbono.
Aceros especiales de alta resistencia, obtenida por tratamientos mecánicos o con elementos
de aleación, generalmente aleteados o nervurados, en su conformación superficial.
Estructuras e Informática 1

2. Diagrama de Acero liso Dúctil
Vemos en un diagrama como se comporta un acero dúctil al ser sometido a tracción
,representando en ordenadas las cargas y en abscisas el alargamiento ∆l.
Se observa en el gráfico que desde el origen O hasta el punto A, hay una recta que
manifiesta la proporcionalidad entre cargas y alargamiento y donde los aceros presentan la
particularidad que la barra retoma su longitud inicial al cesar de actuar la carga. Esta recta
corresponde al periodo elástico y el punto A se denomina limite de proporcionalidad, hasta donde se
cumple la ley de Hooke, que relaciona linealmente tensiones con las deformaciones a través del
modulo de elasticidad E, constante para cada material que en el caso de los aceros y fundiciones
vale aproximadamente 2.100.000 Kg./cm2
.
A partir del punto A hasta el punto B los alargamientos crecen más rápido que las cargas,
empero si se descarga no quedan deformaciones plásticas, por lo que el punto, por lo que el punto B
se denomina limite de elasticidad y a partir de allí el material pasa a comportarse como plástico, es
decir que al descargar la probeta volviendo la carga a cero, queda un alargamiento permanente,
como se observa en el dibujo.
Siguiendo con el aumento de carga llegamos al punto C, donde se produce una detención de
carga que oscila entre dos valores que se llaman limites de fluencia, superior e inferior, mientras
que las deformaciones crecen en forma rápida hasta el punto D.
Este periodo denominado de fluencia, es característico exclusivamente en los aceros
dúctiles, no apareciendo en los aceros endurecidos. La carga de fluencia así obtenida en la aguja
indicadora del dial de la maquina de ensayo, dividida por el área inicial de la barra nos permite
obtener la tensión de fluencia, valor fundamental en él calculo de las estructuras con acero, ya que
dividido por el coeficiente de seguridad del acero comprendido entre 1,7 y 2, obteniendo la tensión
admisible de trabajo.
`
Mas allá del punto de fluencia D, las cargas vuelven a incrementarse aunque con un
pronunciado aumento de alargamientos, entrando en las zonas de grandes deformaciones plásticas,
hasta el punto F, donde la carga alcanza su valor máximo, lo que dividida por el área inicial nos da
la tensión máxima o resistencia a la tracción.
Estructuras e Informática 2
A
B
C
D
E
F
F
∆l

3. A partir del punto E el alargamiento se concentra en una zona determinada de la probeta,
denominada de estricción, donde se produce una contracción localizada y disminuye la sección,
lugar donde se produce la rotura y separación en dos partes de la probeta. Como disminuye la
sección real el valor de la carga a partir de E se va reduciendo hasta alcanzar el punto F denominado
de arrancamiento o rotura.
El mismo diagrama puede quedar también representado por tensiones definidas como la
carga sobre la sección inicial y las deformaciones especificas, que es la relación entre el
alargamiento ∆1 y la base de medida del extensómetro b0 distancia entre las cuchillas de apoyo
sobre la probeta, entre las cuales se mide la deformación.
Características de los Aceros semidúctiles o endurecidos
En el diagrama visto de los aceros dúctiles, la rotura se produce tras un gran alargamiento
(alrededor del 30 %), por lo que no puede utilizarse en valores cercanos a su σmax, tomándose la
tensión admisible en alrededor del 30 % de la máxima.
El material esta así desaprovechado por lo que puede obtenerse una mayor resistencia a
través de un endurecimiento mecánico o bien químico a través de las alecciones con manganeso,
níquel cromo etc. .
El endurecimiento mecánico puede ser efectuado sobre el acero dúctil de dos formas una de
ellas es procediendo a carga hasta un valor superior al periodo de fluencia hasta un punto genérico
cualquiera, A, donde se procede a descargar.
Teniendo entonces un acero semidúctil, cuyo diagrama al ser sometido a un nuevo ensayo de
tracción corresponde a partir del punto O’ obteniéndose una mayor resistencia y una menor
deformación final de rotura.
La explicación de lo sucedido se debe a que se ha desarrollado una modificación de la estructura
interna del material, como consecuencia de la deformación plástica producida hasta la carga A, mas
allá del limite de fluencia, que ha provocado deslizamiento de los planos cristalográficos internos
Estructuras e Informática 3
Dúctil
σ
ε
Semidúctil
A
01
0

4. del material, compactándolos y consolidándolos en su estructura; por lo que un nuevo ciclo de carga
el material tendrá una resistencia mayor.
La otra forma mecánica de endurecer un acero dúctil es a través de un trabajo en frío de
torsión de la barra, obteniéndose igualmente - mayor resistencia y menor alargamiento final
(Alrededor del 8 %).
En estos aceros como consecuencia del trabajo mecánico en frío a que fueron sometidos,
tienen menor ductilidad que un acero dúctil y por consecuencia una reducción de posibilidad de que
los planos cristalinos se deslicen por lo que no se produce fluencia, y el diagrama conservara ahora
una cueva continua.
Como no se registra el periodo de fluencia se toma un procedimiento convencional
denominado limite convencional o limite 0,2 que se define como la tensión que produce en el
material una deformación - plástica o permanente de 0,2 %
.La determinación gráfica trazando en el diagrama y determinando en el eje de las
deformaciones un valor = 0,2 % = 0,002 o bien 20 *10 -4
según la escala ya que no tiene unidad.
Desde ese punto - se traza una paralela a la recta inicial hasta interceptar la curva y desde allí una
horizontal hasta cortar el eje de las tensiones, determinando así - el valor σ0,2 o tensión convencional
de fluencia. ( Norma I.R.A.M. 755) .
Extensómetro :
Los extensómetros son instrumentos que permiten medir las deformaciones longitudinales que se
producen sobre la probeta traccionada.
Los hay de varios tipos: Los mecánicos por su tipo constructivo como el de cuadrante o dial
y luego otros llamados electrónicos y también los acústicos.
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C
0,002
σ0,2
ACEROS DUROS
σ
ε

5. Determinaciones en el ensayo de tracción
1) En el ensayo de tracción de una barra de acero dúctil (tipo I ) se deberán encontrar los siguientes
valores :
a) Alargamiento porcentual de rotura: ψ
La determinación de este valor tiene enorme importancia para el conocimiento de la
ductilidad del material. Las probetas son marcadas con la “ marcadoras de probetas “ previo al
ensayo de tracción. Se identificarán 10 veces el diámetro (Ii) y luego de la rotura de la probeta, - se
unen las partes efectuándose una nueva medición (If).
b)Estricción
Una vez alcanzada la carga máxima se produce un estrangulamiento en una zona
determinada de la probeta, que se denomina estricción y es en esa zona donde se producirá la rotura.
Esa disminución de sección hace que se llegue a la rotura cuando la carga es inferior a la carga
máxima aplicada diferencia que se acrecienta con la tenacidad del material.
La estricción porcentual será ψ = Αο − Αf x 100 =
A
Αo Sección inicial
ΑF = Sección final de la probeta en la zona de rotura.
c)Carga de fluencia
Registramos en el dial de cargas de la maquina universal. los valores correspondientes a las
fluencia, cuando la aguja se detiene y oscila levemente. Dicha carga dividida por la sección inicial
A o nos da la tensión de fluencia, que dividido a su vez por el coeficiente de seguridad nos dará la
tensión admisible de calculo.
d)Carga Máxima
Registramos la carga máxima que señala el mismo dial de la maquina, la que dividida por la sección
inicial, nos da la tensión de inicial, nos da la tensión máxima.
e)Modulo de Elasticidad.
Registradas las deformaciones en el extensómetro correspondiente ε , con las tensiones
σ de acuerdo a la ley de Hooke se obtiene el modulo de elasticidad E.
ε
σ
=E
Tomando solamente aquellos valores comprendidos hasta él limite de proporcionalidad, y
promediados, pues la ley de Hooke corresponde a una ecuación lineal valida solamente hasta ese
punto del diagrama.
Él modula de elasticidad E es una constante para cada material y que para aceros esta en el
orden de 2.100.000 Kg./cm2.
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6. En el ensayo de tracción de una barra de acero semidúctil (tipo III según PRAEH) es decir,
endurecido y conformada en frío necesitamos determinar:
f) Diámetro Equivalente
Como la barra presenta una conformación superficial (nervaduras) que tienen por objeto
mejorar la adherencia del acero al hormigón, se establece el diámetro equivalente (∅e).
Este seria el ∅ de una barra lisa, que tiene la misma masa por unidad de longitud que la
barra conformada.
∅e = 12,74 m = [m] = Kg. ; [ l ] = m ; [∅e] = mm
l
donde m = es la masa de la barra en Kg. y “l” su longitud en metros .
g)Limite 0,2 :
Una vez trazado el diagrama σ−ε , se toma sobre el eje de las deformaciones ε el valor de
0,2 % = 0,002 {o bien 20 x 10 -4
)y se traza una paralela al periodo inicial del diagrama hasta cortar
la curva ,leyendo sobre el eje de las tensiones el valor que será denominada ,tensión convencional
de fluencia, el cual dividido por el coeficiente de seguridad nos dará la tensión admisible.
P S
P
=σ lectura ∆ι ε = ∆ι
b0
Kg. Kg. /cm2
10 - 3
mm. Común 10– 4
Común
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7. Tabla Tipos de Aceros para Estructuras de Hormigón y sus Propiedades
Forma uso 1 2 3 4 5
en obra Barras de Acero Mallas de Acero
Tipo Acero AL - 220 ADN -420 ADM 420 AM-500
Elaboración del
Acero
Laminado en
caliente s/trat
Dureza
Natural
Dureza
Mecánica
Dureza Mecánica
Conformación
superficial
Lisa ( L ) nervurada
( N)
nervurada
( N)
barras lisas barras
perfiladas(P)
Nervurada(N)
Designación
Abreviada
I II D.N III D.M IV ( L ) IV ( C )
Diámetro
nominal”ds”mm
6-8-10-12-16
20-25-32-40
y 50
6-8-10-12-
16
20-25-32
y 40
6-8-10-12-
16
20-25-32 y
40
3 a 12 3 a 12
Limite de fluencia
característico
βs (MN/m2
)
≥ 220
9
≥ 420 ≥ 420 ≥ 500 ≥ 500
Resistencia a
tracción
característica
βz (MN/m2
)
≥ 340 ≥ 500 ≥ 500 ≥ 550 ≥ 550
Alargamiento de
Rotura
característico
( % )
≥ 18 ≥ 12 ≥ 10 ≥ 6 ≥ 6
Esfuerzo de Corte
de los nudos S en
las mallas
( KN )
__________ _________
_
_________
_
0,175 Amax
*
0,15Amax
Diámetro del
mandril de
doblado 180°
( mm )
2 d s d s ≥
25;3,5 ds
25d s ≥
25;3,5 ds
32 d s ≥
25;3,5 ds
3d s 4 d s 4 d s
∗Α =Área de la sección transversales la barra de mayor diámetro de la unión soldada en mm2
Tipo de Acero para las armaduras de las estructuras de Hormigón según las especificaciones o
características
En la tabla N°1 de la pagina figuran los tipos de aceros para estructuras de hormigón según
las especificaciones del PRAEH (Proyecto de reglamentación de estructura de Hormigón) ,en el
cual se establecen 5 tipos de acero y los valores mínimos que deben cumplir en un ensayo de
tracción las tensiones de fluencia ;la resistencia a la rotura y el alargamiento porcentual.
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8. Aceros para armaduras ,especificaciones Tracción y plegado
Tipo Designación Tensión
característica al
limite de
fluencia real o
convencional
Resistencia
de rotura
tradicional a
tracción
σeh
(Kg./cm2
)
Alargamiento
característico mínimo
determinado sobre los
diámetros
ε ark
( % )
Plegado a 180°
Diámetro del
mandril o perno
I Común ≥ 2300 3500 20 1.d
II Común
torsionado en
frío
≥ 3700
≥ 4100
10 2.d
III Conformado
para hormigón
y torsionado en
frío
≥ 4400 ≥ 4900 9 3.d
IV Estirado en
frío .Para
≥ 5000 ≥ 5500 Liso 8
Conformado 7
3.d liso
4.d Conformado
mallas ≥ 5500 ≥ 6050 Liso 8
Conformado 5.d
V Conformado
para hormigón
y torsionado en
frío
≥ 5500 ≥ 6050 8 5.d
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9. Preguntas
1) ¿Cual es la diferencia entre una deformación plástica y una elástica?
2) ¿Puede que un material sea frágil y rígido a la vez?
3) Durante el ensayo:
a) ¿Cómo te das cuenta que la pieza esta en periodo de fluencia?
b) ¿Cuándo se retira el extensómetro de la probeta?
4) ¿Cuál es la diferencia entre el hierro y el acero? Las barras utilizadas en las estructuras de
hormigón armado ¿son de acero o de hierro?
5) En el siguiente diagrama ¿Cuál es la zona de :
a) Estricciones importantes localizadas
b) Proporcionalidad
c) Fluencia
d) Elasticidad
e) Deformaciones plásticas
6) ¿Puede que un material sea elástico y no responder a la ley de Hooke?
7) En un acero dúctil, que se deforma de la siguiente forma ¿cómo se toma él
limite de fluencia? Indicar además que se mide en cada eje.
8) Se realizó un ensayo de tracción, obteniéndose los siguientes valores, indicados en la siguientes
tabla. Se pide
Peso Estiramiento
Kgf 10 –3
mm
500 2,2
1000 4,5
1500 6.9
2000 8,3
2500 11,4
3000 13,6
a) Graficar la tensión en función del alargamiento específico.
b) Hallar el módulo de elasticidad.
Estructuras e Informática 9
A
B
C
D
E
F
F
∆l
Datos de la probeta:
Long i= 20 mm
Diámetro =16 mm

10. Preguntas
1) ¿Cual es la diferencia entre una deformación plástica y una elástica?
2) ¿Puede que un material sea frágil y rígido a la vez?
3) Durante el ensayo:
a) ¿Cómo te das cuenta que la pieza esta en periodo de fluencia?
b) ¿Cuándo se retira el extensómetro de la probeta?
4) ¿Cuál es la diferencia entre el hierro y el acero? Las barras utilizadas en las estructuras de
hormigón armado ¿son de acero o de hierro?
5) En el siguiente diagrama ¿Cuál es la zona de :
a) Estricciones importantes localizadas
b) Proporcionalidad
c) Fluencia
d) Elasticidad
e) Deformaciones plásticas
6) ¿Puede que un material sea elástico y no responder a la ley de Hooke?
7) En un acero dúctil, que se deforma de la siguiente forma ¿cómo se toma él
limite de fluencia? Indicar además que se mide en cada eje.
8) Se realizó un ensayo de tracción, obteniéndose los siguientes valores, indicados en la siguientes
tabla. Se pide
Peso Estiramiento
Kgf 10 –3
mm
500 2,2
1000 4,5
1500 6.9
2000 8,3
2500 11,4
3000 13,6
a) Graficar la tensión en función del alargamiento específico.
b) Hallar el módulo de elasticidad.
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A
B
C
D
E
F
F
∆l
Datos de la probeta:
Long i= 20 mm
Diámetro =16 mm