LABORATORIO n°3-ENSAYO COMPRESION CONCRETO Y TRACCION DEL ACERO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE CONSTRUCCIÓN

LABORATORIO N°3 DE TECNOLOGÍA DE MATERIALES ENSAYO DE COMPRESIÓN DEL CONCRETO Y ENSAYO DE TRACCIÓN PARA EL ACERO I. ENSAYO DE COMPRESIÓN PARA EL CONCRETO 1.1 OBJETIVOS: OBJETIVOS: - Analizar los resistencia a la compresión del concreto (sea de testigos de concreto o de testigos diamantinos) - Predecir la resistencia del concreto a los 28 días, en el caso que el ensayo haya sido evaluado antes. Esto nos servirá para evaluar la capacidad del concreto y así poder continuar con la obra o hacer mejoras estructurales. 1.2 FUNDAMENTO FUNDAMENTO TEÓRICO: DEFINICIÓN DEL ENSAYO DE COMPRESIÓN Este método de ensayo consiste en aplicar una carga axial en compresión a los moldes cilíndricos o corazones en una velocidad tal que esté dentro del rango especificado antes que la falla ocurra. El esfuerzo a la compresión de la muestra está calculado por el cociente de la máxima carga obtenida durante el ensayo entre el área de la sección transversal de la muestra. (NTP 339.034-Apartado 3). OBTENCIÓN DE MUESTRAS PROBETAS DE CONCRETO (NTP 339.034): Las probetas de ensayo deben cumplir en cuanto a dimensiones, preparación y curado con las Normas NTP 339.033 y NTP 339.034. Para el caso de las dimensiones, estas deben tener 15cm de diámetro y 30cm de altura, altura, pudiendo esta relación variar. Esto será corregido con el  factor de corrección que establece la NTP 339.034 (ASTM C-39). 15cm

30cm

Fig01. Probeta de concreto con dimensiones adecuadas a la norma

Durante la preparación éstas deben seguir un buen procedimiento constructivo y durante el curado se deben tener precauciones en el lugar dónde se realizará el curado (cámara de curado). Las probetas se ensayan inmediatamente después de ser retiradas del agua o de la cámara de curado. En caso que debe transcurrir cierto tiempo entre el curado y el ensayo, se mantienen húmedas, cubriéndolas con paños o lienzos humedecidos, hasta el momento del ensayo. El ensayo se realiza con la probeta en estado húmedo.

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Las tolerancias de tiempo permitidas a una edad determinada son: EDAD DE ENSAYO TOLERANCIA PERMISIBLE 24horas  0.5h ó 2.1% 3días  2h ó 2.8% 7días  6h ó 3.6% 28días  20h ó 3.0% 90días  2d ó 2.2% Esquema 01. Tolerancias permisibles para cada edad de probeta.

Estas tolerancias son el tiempo máximo que puede esperar una probeta luego de ser curada para comenzar el ensayo.

Fig02. Procedimiento de curado adecuado

CORAZONES DIAMANTINOS (NTP 339.059): La norma nos dice que para ensayos de resistencia a la compresión el diámetro de los corazones diamantinos será por lo menos 95mm (3.75pulgada); y aquellos que tengan diámetros menores a 95mm serán solo permitidos cuando es imposible obtener corazones diamantinos con relación (L/D) 1. Para concretos con un tamaño máximo nominal de agregado mayora 37.5mm (1 ½ pulgadas), el diámetro nominal deberá ser de preferencia por los menos 3 veces el tamaño máximo nominal del agregado grueso. La relación (L/D) debe oscilar entre 1.9 a 2.1, si esta se excediera de 2.1 será necesario reducir la longitud de la probeta de diamantina. Y si esta fuera menor que 1.8 usaremos un factor de corrección mencionado antes. Aquí no hay un proceso de curado, más bien se trata de emular las condiciones de humedad de la obra.

Fig03. Muestras de probetas diamantinas 2

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ENSAYO: PROBETAS DE CONCRETO (NTP 339.034): Una vez obtenidas las muestras (sean probetas de concreto o corazones diamantinos) estas deben ser medidas con aproximación de 0.1mm en el caso del diámetro y 1mm en el caso de la longitud (altura). Luego deben ser colocadas, limpiándose primero las superficies planas de contacto de los bloques, tanto superior como inferior de la máquina, y también las bases de la probeta. Si en caso que las superficies de las probetas sean muy irregulares se procede al refrentado, mediante el pulimiento y tallado (al ocurrir este percance las mediciones de las muestras deben ser tomadas luego del refrentado). Para asegurar la existencia de una superficie lisa entre las probetas y la máquina del ensayo se procede a capear  la muestra mediante dos posibles formas: - Calentándose azufre + bentonita en proporción de 1:1 hasta que la solución se diluya, luego la colocamos sobre un molde, inmediatamente después cabeceamos la probeta por ambas superficies ya que esta solución se solidifica rápidamente.

Fig04. Probeta capeada con solución de bentonita y azufre

-

Utilizando almohadillas de neopreno, estas son colocadas en las bases de las probetas antes de su ensayo de compresión. Su durabilidad establece que pueden ser usados hasta 200 ensayos o hasta que a la vista haya desprendimiento (existencia de una luz entre el plato y la almohadilla).

Fig05. Almohadilla de neopreno Se requiere que la superficie sea uniforme para que durante el ensayo la carga sea aplicada hacia toda la superficie sin crear planos de falla. Estos malos procedimientos podrían provocar valores por  debajo de lo esperado de resistencia de compresión.

Al colocarse finalmente la probeta en la máquina de compresión, ésta debe tener una velocidad de carga uniforme evitando choques, si lo hace libremente la velocidad de debe ser aproximadamente 1.3mm/min, y si lo hace por máquinas operadas hidráulicamente a velocidad de carga en el rango de 0.14 a 0.34MPa/s

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CORAZONES DIAMANTINOS (NTP 339.059): El ensayo es similar al de las probetas de concreto, excepto en las mediciones, donde su longitud debe tener una aproximación de 2.0mm (0.1pulg) y utilizar esta longitud para el cómputo de la relación longitud-diámetro. Determinar el diámetro promedio considerando dos medidas tomadas perpendicularmente entre sí en la parte media del espécimen. Medir los diámetros con una aproximación de 0,2 mm (0,01 pulgada) cuando sea posible, por lo menos con una aproximación de 2,0 mm (0,1 pulgada). EXPRESIÓN DE RESULTADOS (NTP339.034-Apartado 7) : La resistencia a la compresión de la probeta se calcula mediante la siguiente fórmula:   

 

Donde: Rc: Es la resistencia de rotura a la compresión, en kilogramos por centímetro cuadrado. G: Es la carga máxima de rotura, en kilogramos d: Es el diámetro de la probeta cilíndrica, en centímetros.

Si la relación altura/diámetro (L/D) de la probeta es menor de 1.8, corregir el resultado obtenido según lo anterior multiplicando por el correspondiente factor de corrección de la tabla que sigue: L/D Factor

1.75 0.98

1.50 0.96

1.25 0.93

1.00 0.87 

Nota: Estos factores de corrección se aplican a concretos ligeros con pesos entre 1600 a 1920 kg/m3 y a concretos de peso normal, secos o remojados al momento del ensayo. Los valores no determinados por interpolación. Los factores de corrección son aplicables para concretos con resistencia entre 13.8 a 41.4 MPa (138 a 414 kg/cm2). 1.3 MATERIALES: MÁQUINA DE ENSAYO: La máquina de ensayo es de cualquier de los tipos de uso corriente, de suficiente capacidad y capaz de mantener una velocidad de carga continua y uniforme. Debe ser calibrada por lo menos cada 12 meses, o cuando haya sido instalada en laboratorio; o cuando haya sido reparada. El % de error de las cargas no deben exceder de 1.0%. La máquina está provista de dos bloques de acero de superficie sólida, entre los cuales se comprimen las probetas sometidas al ensayo. Las superficies de contacto de dichas piezas con las probetas tendrán una dureza Rockwell no menor de 55HRC. El cabezal inferior será rígido y plano y el superior estará provisto de una rótula que le permita rotar libremente e inclinarse hasta un ángulo máximo de 4° en cualquier dirección. INDICADOR DE CARGA: Si la máquina registra cargas sobre un dial o en forma digital, los incrementos de lectura leídos en la escala del dial o indicada en la pantalla será al menos 0.2% de la escala total.

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Indicador de Carga

Cabezal superior

Cabezal Inferior Puerta protectora de medidas de seguridad Fig06. Partes de la máquina de compresión

MÁQUINA EXTRACTORA DE DIAMANTINOS: Es una máquina que va conectada a una manguera que por medio de fuerza hidráulica hace perforaciones en las estructuras de concreto con una broca de diferentes tamaños, el tamaño de la broca debe ser tal que su diámetro sea 3 veces como mínimo el tamaño nominal máximo del agregado grueso.

Fig 07. Máquina de obtención de corazones diamantinos y brocas de diferentes tamaños.

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1.4 PROCEDIMIENTO: a) Una vez retiradas las muestras del proceso de curado, las medimos en diámetro y altura.

Fig. 08. Medición de la altura de la probeta

Fig.09 Medición del diámetro de la probeta

b) Colocamos a las probetas en máquina del ensayo. Luego empezamos a ejercerle carga a velocidad constante, evitando choques.

Fig.10 Colocación de la probeta

c) Retiramos las muestras una vez que haya fisura miento de la probeta, tomando la carga de máxima registrada.

Fig.11 Muestras derruidas por acción de la carga de compresión 6

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1.5 ANÁLISIS DE RESULTADOS: (NTP 339.034 Apartado 8) En el informe se deben incluir los siguientes datos: - Identificación de la probeta - Diámetro (y longitud de la probeta si esta fuera del rango de 1,8D a 2,2D, incluyendo la capa de refrendado), en centímetros. - Carga máxima en kilogramos. - Resistencia de rotura, redondeada a números enteros estadísticamente. - Edad de ensayo de la probeta. - Defectos observados en la probeta, si los hubiera. - Tipo de fractura, en el caso que no sea en forma de cono. - Peso de la muestra sin capa de terminado. Para nuestro caso, las probetas utilizadas solo fueron ensayadas con la finalidad de hacer una demostración del ensayo, es por eso que solo nos remitiremos a dar ciertos datos del mismo:

DATOS: DIMENSIONES(cm)

ÁREA NORMAL A LA CARGA (cm2)

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN (kg/cm2)

MARCA DE INDENTIFI CACIÓN

FECHA DE OBTEN CIÓN

FECHA DE ENSAYO

DIÁMETRO

ALTURA

CARGA DE ROTURA (kg)

1

CONSORCI O LIMA CENTRO 075

07/01/11

03/02/11

14.9

30

35000

174

201

2

CASAS INGENIERO S NUEVO CENTRO SALUD

13/01/11

03/02/11

15.1

30

47800

179

267

3

ADITIVO CHEMA

01/11/11

03/02/11

10.2

20.3

46900

82

572

N°

Esquema 02. Resultados del ensayo de Compresión

1.6 CONCLUSIONES: - En el esquema 02 vemos como hay una notable diferencia de resistencia entre una probeta con aditivo y otra sin aditivo, en la probeta con aditivo este ha ayudado a que se genere una alta resistencia. - Para estos ensayos las probetas han alcanzado o estar a punto de alcanzar su máxima resistencia (28días) 7

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II. ENSAYO DE TRACCIÓN PARA EL ACERO 2.1 OBJETIVOS: - Conocer el grado de resistencia a la tracción de una barra de acero que será usada en obra. - Conocer las propiedades de todo acero, su fluencia y la carga para su ruptura. 2.2 FUNDAMENTO TEÓRICO NTP 341.031: DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO: Las especificaciones de los apropiados procedimientos de la Tracción del Acero están en la NTP 341.031. El ensayo consiste en someter un espécimen de las características establecidas, a un esfuerzo de tracción “generalmente hasta la rotura” con el fin de determinar una o más de las

características mecánicas. Salvo especifique lo contrario el ensayo debe ser realizado a temperatura ambiente. OBTENCIÓN DE RESULTADOS:

Las curvas tienen una primera parte lineal llamada zona elástica, en donde la probeta se comporta como un resorte: si se quita la carga en esa zona, la probeta regresa a su longitud inicial. Se tiene entonces que en la zona elástica se cumple: F = K (L - L0) F: fuerzaK: cte del resorte L: longitud bajo carga L0: longitud inicial 

Cuando la curva se desvía de la recta inicial, el material alcanza el punto de fluencia, desde aquí el material comienza a adquirir una deformación permanente. A partir de este punto, si se quita la carga la probeta quedaría más larga que al principio. Deja de ser válida nuestra fórmula F = K (L - L0) y se define que ha comenzado la zona plástica del ensayo de tracción. El valor límite entre la zona elástica y la zona plástica es el punto de fluencia (yield point) y la fuerza que lo produjo la designamos como: F = Fyp (yield point)

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Luego de la fluencia sigue una parte inestable, que depende de cada acero, para llegar a un máximo en F = Fmáx. Entre F = Fyp y F = Fmáx la probeta se alarga en forma permanente y repartida, a lo largo de toda su longitud. En F = Fmáx la probeta muestra su punto débil, concentrando la deformación en una zona en la cual se forma un cuello. La deformación se concentra en la zona del cuello, provocando que la carga deje de subir. Al adelgazarse la probeta la carga queda aplicada en menor área, provocando la ruptura.

2.3 MATERILES NTP 341.031: MÁQUINA DE TRACCIÓN: La máquina debe estar provista de dispositivos que aseguren la aplicación axial de los esfuerzos en el espécimen, permitiendo la aplicación de los mismos progresivamente, sin choques ni vibraciones. Las calibraciones de la máquina deben ser periódicas para asegurar en todo momento la exactitud, siendo el máximo error permisible 1% de la carga indicada en la máquina.

Fig.12 Marcador de carga para la máquina de ensayo de tracción.

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La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la carga aplicada, las máquinas poseen un plotter que grafica en un eje el desplazamiento y en el otro eje la carga leída.

EXTENSÓMETRO: Deberá tener una precisión compatible con la precisión de los resultados finales que se deseen obtener. 2.4 PROCEDIMIENTO NTP 341.031: a) Medir la barra antes de colocarlo en la máquina, esto será con aproximación +1% en la longitud y de  0.5% el área media de la zona calibrada.

Fig.13 Obtención de una barra de acero.

b) Colocar el espécimen en la máquina de ensayo.

Fig.14 Colocación de la barra de acero. 10

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c) Se procede a realizar el ensayo considerando: la velocidad de la máquina, esta debe ser constante, especificándose límites de velocidad para cada etapa de ensayo (elástico, plástico)

Fig.15 Tracción de la barra de acero.

d) Retirar el espécimen y medirlo otra vez para calcular la longitud final.

Fig.15 Rotura de la barra de acero.

2.5 ANÁLISIS DE RESULTADOS: SECCIÓN TRANSVERSAL N° MARCA

ACERO AREQUIPA

DIMENSION ES (mm) 5/8’’

RESISTENCIA A LA TRACCIÓN CARGA CARGA CARGA UNITARIA UNITARIA MÁXIMA (kg/ (kg/ (kgs) 2 mm ) mm2)

LÍMITE

ÁREA (mm2)

CARGA (kgs)

198

8840

44.64

14600

73.73

ELONGACIÓN FINAL EN 20 cms Cms 3.7

% 18.5

Esta prueba cumple los estándares establecidos para resistencia a la fluencia y a la tracción 2 2 2 Resistencia a la fluencia=fy=44.64 kg/ mm 4464 kg/ cm   4220 kg/ cm 2 2 2 Resistencia a la tracción=ftrac=73.73 kg/ mm 7373 kg/ cm   6330 kg/ cm

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