UNIVERSIDAD AUTONOMA DE CHIAPAS

FACULTAD DE INGENIIERIA

MATERIA:

MATERIALES DE CONSTRUCCION

GRUPO:

5° “C”

TRABAJO:

PRUEBAS QUE SE LE APLICAN AL ACERO EN INGENIERIA CIVIL

ALUMNO:

FLORES ALCAZAR EDUARDO SALOMON

PROFESOR:

ING. MANUEL DE JESÚS MEGCHÚN LIÉVANO

TUXTLA GUTIERREZ, CHIAPAS

FECHA: 13/11/2014

INTRODUCCION

Durante la historia el hombre a tratado de mejorar sus materias primas para sus construcciones, añadiendo materiales orgánicos como inorgánicos, para obtener así los resultados ideales para sus diversas obras.Dado el caso de que los materiales más usados en la construcción no se encuentran en la naturaleza en estado puro, por lo que para su empleo hay que someterlos a una serie de operaciones metalúrgicas cuyo fin es separar el metal de las impurezas u otros minerales que lo acompañen. Pero esto no basta para alcanzar las condiciones optimas, entonces para que los metales tengan buenos resultados, se someten a ciertos tratamientos con el fin de hacer una aleación que reúna una serie de propiedades que los hagan aptos para adoptar sus formas futuras y ser capaces de soportar los esfuerzos a los que van a estar sometidos.

El ACERO, como material indispensable de refuerzo en las construcciones, es una aleación de hierro y carbono, en proporciones variables, y pueden llegar hasta el 2% de carbono, con el fin de mejorar algunas de sus propiedades, puede contener también otros elementos. Una de sus características es admitir el temple, con lo que aumenta su dureza y su flexibilidad.En las décadas recientes, los ingenieros y arquitectos han estado pidiendo continuamente aceros cada vez más sofisticados, con propiedades de resistencia a la corrosión, aceros más soldables y otros requisitos. La investigación llevada a cabo por la industria del acero durante este periodo ha conducido a la obtención de varios grupos de nuevos aceros que satisfacen muchos de los requisitos y existe ahora una amplia variedad cubierta gracias a las normas y especificaciones actuales.

Veremos cómo se realizan las pruebas en las varillas de acero para saber su confiabilidad en la construcción, como se avisto en el transcurso de este curso es muy necesario conocer los materiales con los que se va a construir pues de ello depende la cálida de la obra.

PRUEBAS QUE SE LE HACE AL ACERO PARA LA INGENIERÍA CIVIL

Los metales se dividen en ferrosos y no ferrosos, a continuación trataremos exclusivamente con los materiales ferrosos, son los que se utilizan en mayor

escala en las obras de ingeniería.

Control de calidad:

Para garantizar la calidad del acero de refuerzo en las pilas de cimentación profunda, éste debe de contar con las siguientes características:

a). El acero de refuerzo debe satisfacer las especificaciones de los proyectos, así como los señalamientos que a este respecto se hacen en las especificaciones generales de construcción en vigor fijadas por la Dirección General de Normas.

b). La procedencia del acero de refuerzo debe ser de un fabricante aprobado previamente por el Instituto verificador. Generalmente los proveedores Surten el acero en tramos de 9 a 12 m.

c). Cada remesa de acero de refuerzo recibida en la obra debe considerarse como lote y estibarse separadamente de aquél cuya calidad haya sido ya verificada y aprobada. Del material así estibado, se toman las muestras necesarias para efectuar las pruebas correspondientes (una varilla por cada diez toneladas contenidas en un lote), siendo obligación del contratista cooperar para la realización de dichas pruebas, permitiendo al Instituto verificador el libre acceso a sus bodegas o almacén para la obtención de muestras. En caso de que los resultados de las pruebas no satisfagan las normas de calidad establecidas, el material será rechazado.

d). El acero deberá llegar a la obra libre de oxidación, exceso de grasa, quiebres, escamas y deformación en su sección.

e). Debe almacenarse clasificado por diámetros y grados bajo cobertizo colocándolo sobre plataformas, polines y otros soportes que lo protegerán contra la oxidación.

f). Se colocan separadores entre cada una de las capas sobrepuestas de acero a una distancia tal que el acero no sufra deformaciones excesivas.

g). Cuando por haber permanecido un tiempo considerable almacenado, el acero de refuerzo se encuentra oxidado o deteriorado, se deberán hacer nuevamente las pruebas de laboratorio.

h). Cuando se determine por laboratorio que el grado de oxidación es aceptable, la limpieza del polvo de óxido deberá hacerse por medio de procedimientos mecánicos abrasivos (chorro de arena o cepillo de alambre).

i). El mismo procedimiento deberá seguirse para limpiar el acero de lechadas o residuos de cemento o pintura antes de reanudar los colados. Siempre debe de

evitarse la contaminación del acero de refuerzo con sustancias grasas y en dado caso que esto ocurra se removerá con solventes que no dejen residuos.

j). Siempre debe garantizarse la adherencia entre el acero y el concreto. Para el control de calidad, el acero de refuerzo debe cumplir con características físicas y químicas de la Norma Oficial Mexicana.

Las características físicas se refieren a la tensión, diámetro, peso unitario, dimensiones y espaciamiento de las corrugaciones y doblado. Los ensayes de dichas características deben probarse con una muestra de cada diámetro por cada diez toneladas o fracción o por cada embarque o entrega, lo que sea menor.

• El diámetro nominal de una varilla corrugada es equivalente al de una varilla lisa que tenga la misma masa nominal que la varilla corrugada.

• El número de designación de las varillas corrugadas corresponde al número de octavos de pulgada de su diámetro nominal.

• El término masa en esta norma ha sustituido al término peso, usado erróneamente para representar la cantidad de materia que contienen los cuerpos (expresados en kilogramos, gramos o toneladas)

TENSIÓN O TRACCIÓN

OBJETIVO

• Analizar el comportamiento uniaxial. • Reconocer y determinar de manera práctica las distintas propiedades

mecánicas de los materiales sometidos a esfuerzos de tensión o tracción. • Reconocer y diferenciar los estados zona elástica y zona plástica de los

metales.• Construir e interpretar la gráfica Esfuerzo Vs Deformación • Calcular el modulo de Porcentaje de alargamiento y de reducción de área

de los metales entre otras.• Medir la resistencia a fluencia o esfuerzo de fluencia de los materiales. • Observar y reconocer ductilidad y fragilidad (en cuanto a su tolerancia a la

deformación).

Los ensayos estáticos de tensión y de comprensión son los más realizados, además de ser los más simples de todos los ensayos mecánicos. Estos ensayos implican la normalización de las probetas con respecto a tamaño, forma y método de preparación y la de los procedimientos de ensayo. El ensayo de tensión es el apropiado para uso general en el caso de la mayoría de los metales y aleaciones no ferrosos, fundidos, laminados o forjados; para los materiales quebradizos (mortero, concreto, ladrillo, cerámica, etc) cuya resistencia a la tensión es baja, en comparación con la resistencia a la comprensión.

La prueba de tensión consiste en someter a una probeta de material, a un esfuerzo de tensión axial hasta su rotura; midiéndose como variable dependiente la carga necesaria para producirle una deformación.

Muestra: En la figura se ilustra una muestra cilíndrica estándar que se usa para una prueba de tensión. Los extremos de esta muestra, que se sujeta con soportes aserrados, tienen un acabado liso; para otros tipos de soportes se usan muestras con borde o rosca en los extremos. La muestra debe labrarse simétricamente a máquina a lo largo de su eje longitudinal,

para que la carga esté distribuida uniformemente en el corte transversal. 

 Aparatos: Las cargas  se  aplican  ya  sea  mecánica o bien hidráulicamente en los dos tipos de maquinaria de pruebas existentes. El método mecánico de  aplicar  cargas  tiene  la ventaja de proporcionar un medio conveniente para  controlar  la  velocidad de deformación, aunque por lo general se prefieren usar los sistemas hidráulicos, debido a sus capacidades mayores y a su costo más bajo.  Existen  muchas marcas distintas de maquinaria de pruebas; pero una de las más conocidas es la universal  Baldwin – Tate - Emery, que se describe a continuación y que se ilustra en la figura 2.6. Se usa el término universal porque la máquina se puede adaptar a pruebas de compresión, de curvatura y flexión, así como a las de tensión. La carga se aplica mediante una bomba hidráulica  que hace pasar el aceite a presión en un cilindro, la  cual eleva el pistón; luego éste empuja hacia arriba la cabeza móvil del émbolo de tensión  y  la mesa.  La muestra se sujeta por medio de soportes colocados en la  cabeza  del  émbolo  de tensión y en la del  ajustable. ( Si se va a usar una muestra de  compresión, se  la  puede  colocar entre la mesa y la cabeza del émbolo ajustable.).   La altura de la cabeza del émbolo móvil se ajusta antes de la prueba según las dimensiones  de  la muestra,  y no se modifica durante la prueba.  El  aceite del  cilindro  no  sólo  ejerce  una  presión ascendente sobre el  pistón,  sino también una presión descendente  e  igual  sobre  una cápsula sensora.  El fluido que contiene la cápsula se expele y  desenrolla el tubo  de un  manómetro de Bourdon  (Fig. 2.7) , que  está  calibrado para  indicar la carga. La velocidad de aplicación o eliminación de la carga se controla mediante válvulas de

aproximación y precisión, tanto de carga, como de descarga. Los dispositivos de soporte están ajustados esféricamente, o bien están provistos de plaquitas  que permiten  alinear  la muestra  con  exactitud. La alineación correcta elimina cargas de curvatura y asegura que la muestra esté sometida sólo a cargas axiales. Si hay cargas de curvatura, los esfuerzos no se ejercerán de modo uniforme sobre la

pieza.

 

 

 

 

 

a. Medición de la deformación

Las deformaciones se pueden medir en forma mecánica, eléctrica, elec-tromecánica u óptica. En este experimento se usa un método mecánico basado en el extensómetro H.F. Moore, cuyo diagrama se muestra en la figura 2.8. Cuando se trata de una muestra estándar de dos pulgadas, los pares de puntos con los que se sujeta al extensómetro tienen una separación de 2,000 pulgadas, lo cual da una longitud de escala de dos pulgadas. Los puntos del medidor están a una pulgada del punto de apoyo, y éste, a su vez, se encuentra a cinco pulgadas de la carátula del medidor. Si la longitud de escala del extensómetro aumenta 0.0003 plg, la aguja indicadora de la carátula se mueve 0.0015 plg. La deformación, definida como un cambio en longitud por unidad de longitud, es decir, ΔL/L, es 0.0003/2.000= 0.00015; En otras palabras, la deformación es igual a la lectura indicada en la carátula, dividida entre 10.

La tenacidad de un material es su capacidad para absorber energía hasta el punto de ruptura, y se determina midiendo el área que queda bajo la curva de esfuerzo y deformación. Esto no es, en realidad, una indicación exacta de la tenacidad, porque la muestra no se deforma, uniformemente en toda su longitud y, por tanto, no absorbe energía de manera uniforme en todo su volumen. Las unidades de la tenacidad se encuentran multiplicando el esfuerzo por la deformación, es decir (libras/pulgada cuadrada) X (pulgadas/ pulgada), lo cual da pulgada - libras/pulgada cúbica ó energía absorbida por unidad de volumen.      

a.  El aspecto de la fracturaEl aspecto de la fractura en barras para pruebas de tensión ( ver Fig. 2.12), de-pende de la composición y el historial de la muestra. Los metales y las aleaciones dúctiles sufren fractura de copa o fractura parcial de copa. En los aceros templados de poco contenido de carbono se producen fracturas de estos mismos tipos. Si el acero tiene un alto contenido de carbono o si se ha endurecido mediante un tratamiento térmico, tiende a producir una fractura en estrella. El hierro fundido, que carece de ductilidad, no produce estrechamiento en forma de cuello de botella y tiene una superficie de fractura que tiende a formar un plano en ángulos rectos a la dirección de la carga.

DUCTILIDAD

la ductilidad de un acero sometido a tracción es la capacidad para deformarse bajocarga sin romperse, una vez superado el límite elástico una estructura dúctil cuando está próxima al colapso advierte de su situación experimentando grandes deformaciones e importante fisuración. Si la estructura es frágil el colapso se alcanza sin previo aviso, con pequeños deformaciones y fisuración reducida.

hormigón y armaduras de acero 

   si la viga la hacemos de hormigón y sin armaduras (sin barras), la apoyamos en ambos extremos y en su parte central, y la cargamos sucesivamente mediante

pesos en ambos lados, puede ocurrir que:

al colocar el primer peso, la viga se deforme un poco.

al colocar el segundo peso, la viga se rompe súbitamente.

esto se produce porque el hormigón es un material frágil; no tiene ductilidad

fragil = no dúctil 

en cambio, si a la viga de hormigón le incorporamos barras de acero procediendo de la misma manera que en el caso anterior, el resultado sería éste: 

al colocar el peso 1, la viga se deforma un poco.

al colocar el peso 2, la viga continúa deformándose.

al colocar el peso 3, la viga se deforma un poco más y aparecen pequeñas grietas.

al colocar el peso 4, la viga se deforma más y surgen grietas mayores

En general, la viga será más dúctil cuanto más dúctil sea el acero.

Ventajas

En el supuesto de que nos encontrásemos en cualquiera de las siguientes situaciones, con toda seguridad preferiríamos que el edificio se deformara aunque lo dejara fuera de uso, a que se viniera abajo repentinamente sin posibilidad de desalojo a tiempo.

Acciones sísmicas.

Actuación de cargas superiores a las previstas, como por ejemplo:

Por colocar estanterías con grandes pesos en zonas de forjados diseñadas para cargas de viviendas.

Por la entrada de vehículos pesados (camiones) en aparcamientos subterráneos calculados para coches.

Por la inundación de un forjado o de una azotea. Por el fallo de la cimentación ocasionada por la ejecución de obras

próximas, por problemas de filtración de agua, etc.

"Una estructura dúctil, cuando está próxima al colapso advierte de su situación experimentando grandes deformaciones e importante fisuración". 

"Si la estructura es frágil, el colapso se alcanza sin previo aviso, con pequeñas deformaciones y fisuración reducida"

ELASTICIDADMODULO DE ELASTICIDAD

El módulo de elasticidad, también denominado módulo de Young, es un parámetro que se obtiene empíricamente a partir de un ensayo denominado ensayo a tracción.

En caso de que tengamos un material elástico lineal e isótropo, el módulo de Young calculado en el ensayo a tracción también resulta válido para los casos en que haya compresión.

El ensayo a tracción estudia el comportamiento de un material sometido a un esfuerzo de tracción progresivamente creciente, ejercido por una maquina apropiada, hasta conseguir la rotura. El ensayo se efectúa sobre una probeta

normalizada, marcada con trazos de referencia, para poder determinar las deformaciones en función de los esfuerzos. Los esfuerzos se definen como:

Siendo P la carga aplicada sobre la probeta, con un área transversal inicial A0. Mientras que las deformaciones las definimos como:

Con , siendo l la longitud correspondiente a una carga determinada y l0

la longitud inicial (sin carga).

A partir de los ensayos de tracción se obtienen las curvas tensión deformación de los distintos materiales. En dichas curvas se representan los valores obtenidos de los alargamientos frente a los esfuerzos aplicados.

Deformación Elástica

En esta zona, si se retirase la carga el material volvería a su longitud inicial. Además las tensiones son proporcionales a los alargamientos unitarios y esto se expresa con una ecuación analítica que constituye la ley de Hooke:

donde σ representa la tensión normal, ε las deformaciones unitarias y E el módulo de elasticidad.