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