RESISTENCIA DE MATERIALES RESISTENCIA DE MATERIALES

Procesos de Fabricación I. Guía 1 1
RESISTENCIA DE
MATERIALES
Resistencia de Materiales. Guía 3 Y 4
1
Tema: CIZALLAMIENTO.
Contenidos
Esfuerzos cortantes.
Resistencia al esfuerzo cortante.
Esfuerzos de aplastamiento.
Objetivos
Específico
Al finalizar la práctica el alumno será capaz de:
Identificar cuándo un material está sometido a esfuerzos cortantes.
Determinar la resistencia al cortante de los materiales ensayados.
Identificar cuándo un material está sometido a esfuerzos de aplastamiento.
Determinar los efectos de los esfuerzos de aplastamiento.
Marco Teórico
Es
frecuente
que
las
piezas
en
servicio
se
encuentren
sometidas
a
esfuerzos
cortantes, como es usual en las partes unidas por pernos (empernadas) y en láminas
unidas por remaches (remachadas). Si se dan fuerzas que tiendan a que se deslicen
las láminas remachadas una con respecto a otra, tendremos esfuerzos cortantes en el
remache o en el perno; también se generarán esfuerzos de aplastamiento (esfuerzos
de apoyo). El agujero en la lámina es un concentrador de esfuerzos y si la lámina
está sujeta a fatiga (esfuerzos que se están modificando en el tiempo) como en el
caso de carrocerías de vehículos o fuselajes de avión, el daño se va acumulando y
con el tiempo aparecen pequeñas grietas imperceptibles que se agrandan hasta poner
en peligro la estructura.
Para calcular el esfuerzo cortante dividimos la fuerza cortante V entre el área en
cortante A (A =
d2/4, donde d es el diámetro del perno o remache, fig. 1) es decir:
= V/A. En el caso de la figura 2, el área en cortante es dos veces el área
transversal del perno o remache.
Resistencia de Materiales. Guía 3 Y 4
Fig 1 a
Fig 1 b
Fig 2 a
Fig 2 b
2
En las figuras la fuerza cortante es V (para la fig. 4, P = V) y el área en
cortante A =
r2, ya que el área transversal de los elementos es circular
En la siguiente figura observamos un perno que ha fallado por esfuerzos cortantes.
Fig. 3
Otro tipo de esfuerzos importantes que se dan en las piezas antes mencionadas son
los esfuerzos de aplastamiento (conocidos como esfuerzos de apoyo), este es un
esfuerzo
de
compresión
entre
dos
áreas,
tal
como
siguientes.
Fig. 4a
Fig. 4 b
se
muestra
en
las
figuras
Resistencia de Materiales. Guía 3 Y 4
3
Para calcular el esfuerzo de aplastamiento, es necesario identificar el área que
está sometida al aplastamiento, en la figura observamos que el área sometida a
aplastamiento es td, por lo tanto el esfuerzo de aplastamiento es:
b
= P/td. El
aplastamiento tenderá a aumentar el área de contacto, pero también tenderá a
adelgazar la lámina por la región lateral.
Normas generales y de seguridad
En todo laboratorio será necesario acatar las siguientes normas de seguridad:
1.-
Seguir el procedimiento explicado en esta guía; no hacer con los materiales y
equipos facilitados procedimientos diferentes a los establecidos. La contravención
a esta norma puede causar la expulsión del alumno, ya que podría poner en peligro
la integridad de los asistentes, incluido él mismo.
2.- No se permite el uso de Ipods, celulares u otros medios de distracción en el
laboratorio. Si alguien desea responder una llamada urgente, pedir permiso para
responderla fuera del local.
3.- Cada estudiante debe llevar su guía de laboratorio individual, sin la cual no
se admitirá al laboratorio, lo que conlleva perder la nota de esa sesión.
4.- No se permiten bromas o pláticas que distraigan la atención de los asistentes.
5.- No se permite comer o beber refrescos de ningún tipo dentro del laboratorio.
6.- Llegar al laboratorio puntualmente, diez minutos después de iniciado no se
permitirá el ingreso y se perderá la nota de la sesión.
7.- Es obligatorio el uso de gabachas y de zapatos adecuados (que no tengan suela
lisa o muy delgada) por la posible presencia en el suelo de aceite u objetos
puntiagudos.
9.- Asistir al grupo de laboratorio en que está inscrito el alumno.
Procedimiento
1.- Calibración y sujeción de probeta, pasos:
a.- Medir las dimensiones iniciales de las probetas: Longitud, área transversal,
etc.
Y trasladar los datos a las tablas respectivas. Si es necesario haga esquemas
para ilustrar las dimensiones relevantes.
Resistencia de Materiales. Guía 3 Y 4
4
b.- Coloque en posición 1 el botón de encendido general (manecilla amarilla) panel
eléctrico.
c.- Con la máquina encendida, pero en reposo, colocar la probeta en la máquina
verificando
su
alineación
con
las
mordazas
y
posición
adecuada
de
mordazas
y
probeta. Se aconseja tomar fotos y un video de la experiencia.
d.- Asegúrese que la válvula de alivio se encuentra cerrada (scarico), al igual que
la válvula de avance (carico). Cierre en sentido de las agujas del reloj.
e.- Presionar botón de marcha (Marcia), con lo que el led rojo encenderá.
f.- Calibrar a cero los captadores.
g.- Abrir la válvula de avance de velocidad (entre 4 y 10 mm/min).
h.-
Anote
en
las
tablas
recomendadas
las
lecturas
de
fuerza
y
desplazamiento
directamente de los indicadores de la máquina
h.- Al finalizar la prueba, presionar el pulsador de paro rápido (botón rojo), con
lo cual se detendrá la máquina.
i.- Anote toda otra información y observación relevante para la interpretación de
los resultados
j.- Retire la probeta de la máquina y proceda a medir las deformaciones de la misma
y
los
cambios
relevantes,
tome
fotografías
para
respaldar
los
análisis
efectuará posteriormente.
Materiales y equipos:
Máquina de ensayo METROCOM
Muestras de materiales
Calibrador vernier
Tabla 1: Prueba de cortante o cizallamiento
Tipo de material
Dimensiones
iniciales
Tabla 2: Prueba de aplastamiento
Fuerza aplicada
Resistencia de
corte
que
5
Resistencia de Materiales. Guía 3 Y 4
Tipo de
Dimensiones
Dimensiones
Fuerza máxima
Esfuerzo de
material
iniciales
finales
aplicada
apoyo
Elaboración de informe de laboratorio
1) Reporte las dimensiones finales de las probetas elaborando las tablas y gráficas
que considere relevantes.
2) Investigar la resistencia al corte y de apoyo de los materiales ensayados en el
laboratorio.
Tabla 3
Tipo de material
Resistencia de corte
Resistencia
experimental
corte
de
% de diferencia
investigado
Tabla 4
Tipo
material
de
Dimensiones
Dimensiones
Fuerza
iniciales
finales
aplicada
máxima
Esfuerzo
apoyo
de
Resistencia de Materiales. Guía 3 Y 4
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3) Elabore las conclusiones del ensayo, enfatizando en los aspectos relevantes de la
experiencia, tome en cuenta los objetivos del laboratorio.
Cuestionario para el laboratorio 3.
1.- Mencione tres partes de un equipo que el docente le indicará (preguntar al
inicio del laboratorio) donde se den fuerzas cortantes y otras tres donde se den
fuerzas de apoyo.
2.- Indique la importancia de conocer los esfuerzos generados por el funcionamiento
de la máquina sobre las piezas mencionadas anteriormente.
3.- ¿Qué fenómenos potencialmente peligrosos se producen en piezas solicitadas de
esta forma?
4.- Mencione algunas formas de saber si una pieza podría fallar (o detectar la
falla antes de que hayan consecuencias serias).
5.- Investigue la relación que existe entre resistencia al corte de un material con
la resistencia a la tensión, con la resistencia a la fluencia, con la dureza y con
la ductilidad del material.
Cuestionario para el laboratorio 4.
1.- Mencione tres partes de un equipo que el docente le indicará (preguntar al
inicio del laboratorio) donde se den fuerzas cortantes y otras tres donde se den
fuerzas de apoyo.
2.- Indique la importancia de conocer los esfuerzos generados por el funcionamiento
de la máquina sobre las piezas mencionadas anteriormente.
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Resistencia de Materiales. Guía 3 Y 4
3.- ¿Qué fenómenos potencialmente peligrosos se producen en piezas solicitadas de
esta forma?
4.- Mencione algunas formas de saber si una pieza podría fallar (o detectar la
falla antes de que hayan consecuencias serias).
5.- Investigue la relación que existe entre resistencia al aplastamiento de un
material con la resistencia a la tensión, resistencia a la fluencia, con la dureza
y con la ductilidad del material.
Discusión (detalle cada uno en el informe):
1.- Indique la norma bajo la cual se efectuó lo ensayo
2.- Mencione, citando la norma, los aspectos que no se cumplieron durante el ensayo
3.- Indique si se siguió estrictamente la norma bajo la cual se efectuó el ensayo
4.- Discuta la validez de los resultados obtenidos
Referencias
1. Beer, F.P. y otros (2010), Mecánica de Materiales,
5a. Ed. McGraw - Hill,
México
2. Madhjukar
Vable (2002). Mecánica de materiales, primera edición, Oxford
university press, México
3. Avner, S. (1988) Metalurgia Física, México D.F. McGraw-Hill. 2ª edición
4. Smith,
William
F.
(2006)
Fundamentos
de
la
Ciencia
e
Ingeniería
de
materiales, McGraw-Hill, 4a. Edición, México, México.
5. Askeland,
D.
R.,
Phulé
P.
P.
(2003)
La
ciencias
e
Ingeniería
de
los
materiales, Thomson, Cuarta edición, México, D.F.
6. Neely, J. E., Kibbe, R.R. y García Diaz, R. (1992) Materiales y Procesos de
Manufactura.
Limusa, México D. F.
7. www.steel.org/
8. www.sae.org/
9. www.astm.org/
10. www.matweb.com/
11. http://asminternational.org
Resistencia de Materiales. Guía 3 Y 4
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Elaboración de informe de laboratorio
Rúbrica de evaluación para el laboratorio 3.
1.- Examen individual sobre el contenido de la guía de laboratorio: 10 % del
periodo
2.- Informe de laboratorio: 20 % del periodo
Puntaje
Aspecto a evaluar:
obtenido/Puntaje
Autoevaluación
máximo
Portada, en Times New Roman 12. Contiene Logotipo
de la investigación, Nombre del tema, Nombres de
los autores, fecha de entrega. Todas las partes
deberán ser legibles
Requisito
Objetivos y Procedimiento
máximo)
Requisito
abreviado (1 página
Mediciones
efectuadas,
reportadas
según
criterio de cifras significativas, Tabla 1
el
15
Tabla 3 según investigación efectuada en libros,
revistas, sitios web y otros
(al menos en 3
sitios confiables), citar fuentes
15
Respuestas a cuestionario
25
Discusión (con base a evidencias: fotos, videos,
investigación)
15
Conclusiones y recomendaciones: Comparación de
los resultados experimentales con lo reportado en
libros o sitios confiables (éstos se tomarán como
los valores teóricos), indicar si se lograron los
objetivos o no y porqué. Si fuera insuficiente la
información para hacer las comparaciones, indicar
las fuentes consultadas, a fin de que la nota no
sea afectada.
25
La ortografía debe ser impecable. La redacción
debe ser clara y concisa.
5
Demuestra actitud de colaboración y respeto con
el grupo (individual)
Requisito
No lleva gabacha (individual)
-
10
Cálculos erróneos (al informe)
-
10
No lleva guía de laboratorio (individual)
-
10
No
colabora
(individual)
-
10
TOTAL
o
se
comporta
indebidamente
-
100
Rúbrica de evaluación laboratorio 4
1.- Examen individual sobre el contenido de la guía de laboratorio: 10 % del
periodo
2.- Informe de laboratorio: 25 % del periodo
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Resistencia de Materiales. Guía 3 Y 4
Aspecto a evaluar:
Puntaje
obtenido/Puntaje
máximo
Portada, en Times New Roman 12. Contiene Logotipo
de la investigación, Nombre del tema, Nombres de
los autores, fecha de entrega. Todas las partes
deberán ser legibles
Requisito
Objetivos y Procedimiento
máximo)
Requisito
abreviado (1 página
Mediciones
efectuadas,
reportadas
según
criterio de cifras significativas, Tabla 2
el
15
Tabla 4 según investigación efectuada en libros,
revistas, sitios web y otros
(al menos en 3
sitios confiables), citar fuentes
15
Respuestas a cuestionario
25
Discusión (con base a evidencias: fotos, videos,
investigación)
10
Conclusiones y recomendaciones: Comparación de
los resultados experimentales con lo reportado en
libros o sitios confiables (éstos se tomarán como
los valores teóricos), indicar si se lograron los
objetivos o no y porqué. Si fuera insuficiente la
información para hacer las comparaciones, indicar
las fuentes consultadas, a fin de que la nota no
sea afectada.
30
La ortografía debe ser impecable. La redacción
debe ser clara y concisa.
5
Demuestra actitud de colaboración y respeto con
el grupo (individual)
Requisito
No lleva gabacha (individual)
-
10
Cálculos erróneos
-
10
No lleva guía de laboratorio (individual)
-
10
No
colabora
(individual)
-
10
o
se
comporta
indebidamente
t
100
TOTAL
El
informe
se
entregará
Autoevaluación
una
semana
después
del
laboratorio,
ejemplo:
si
el
laboratorio se efectúa el lunes, a más tardar el lunes siguiente se entregará al
responsable del laboratorio. Entrega tardía: 10 % menos cada día. Si no cumple con
los requisitos se devolverá el informe, con la condición de regresarlo el día
siguiente, descontándosele 10 % por no cumplir con los requisitos y por cada día de
retraso se descontará 10 % adicional.
El alumno deberá respetar la normas de seguridad del laboratorio, si hay violación
a estas normas, el instructor podrá expulsar de la sesión al infractor, conllevando
a la pérdida de la nota de esa sesión, sin posibilidad de solicitarla diferida.
Resistencia de Materiales. Guía 3 Y 4
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Rúbrica de evaluación para informe laboratorio 4
Aspecto a evaluar:
Puntaje
obtenido/Puntaje
máximo
Portada, en Times New Roman 12. Contiene Logotipo
de la investigación, Nombre del tema, Nombres de
los autores, fecha de entrega. Todas las partes
deberán ser legibles
Requisito
Objetivos y Procedimiento
máximo)
Requisito
abreviado (1 página
Examen previo (individual)
30
Mediciones
efectuadas,
reportadas
según
criterio de cifras significativas, Tabla 2
el
10
Tabla 4 según investigación efectuada en libros,
revistas, sitios web y otros
(al menos en 3
sitios confiables), citar fuentes
15
Respuestas a cuestionario
15
Discusión (con base a evidencias: fotos, videos,
investigación)
10
Conclusiones y recomendaciones: Comparación de
los resultados experimentales con lo reportado en
libros o sitios confiables (éstos se tomarán como
los valores teóricos), indicar si se lograron los
objetivos o no y porqué. Si fuera insuficiente la
información para hacer las comparaciones, indicar
las fuentes consultadas, a fin de que la nota no
sea afectada.
15
La ortografía debe ser impecable. La redacción
debe ser clara y concisa.
5
Demuestra actitud de colaboración y respeto con
el grupo (individual)
Requisito
No lleva gabacha (individual)
-
10
Cálculos erróneos
-
10
No lleva guía de laboratorio (individual)
-
10
No
colabora
(individual)
-
10
o
se
Autoevaluación
comporta
indebidamente
t
100
TOTAL
Hoja de cotejo:
Guía
3
y
4:
PRUEBAS
DE
CIZALLAMIENTO
Y
APLASTAMIENTO
Alumno:
Máquina No:
Docente:
GL:
Fecha:
3
1
Resistencia de Materiales. Guía 3 Y 4
EVALUACION
%
1-4
5-7
CONOCIMIENTO
20%
Conocimiento
deficiente de
los fundamentos
teóricos
Conocimiento y
explicación
incompleta de
los fundamentos
teóricos
APLICACIÓN
DEL
CONOCIMIENTO
15%
Aplicación
deficiente de la
simbología
Uso deficiente
de los
accesorios
solicitados
Aplicación
deficiente de
las normas de
seguridad
Resultados de la
práctica son
deficientes
No tiene actitud
proactiva.
Aplicación
incompleto de la
simbología
Uso incompleto
de los
accesorios
solicitados
Aplicación
incompleta de
las normas de
seguridad
Resultados de la
práctica son
buenos
Actitud
propositiva y
con propuestas
no aplicables al
contenido de la
guía.
Demuestra
regulares
valores
profesionales
15%
15%
15%
ACTITUD
10%
10%
TOTAL
100%
Demuestra pocos
valores
profesionales
8-10
Conocimiento
completo y
explicación
clara de los
fundamentos
teóricos
Aplicación
excelente de la
simbología
Uso excelente de
los accesorios
solicitados
Aplicación
excelente de las
normas de
seguridad
Resultados de la
práctica son
excelentes
Tiene actitud
proactiva y sus
propuestas son
concretas.
Demuestra buenos
valores
profesionales
Nota
11