By Ingeniería y Ciencia ISSN: 1794-9165 ingciencia@eafit. edu. co Universidad EAFIT Colombia González, Victoria; Botero, Juan Carlos; Rochel, Roberto; Vidal, Julián; Álvarez, Martha Propiedades mecánicas del acero de refuerzo utilizado en Ingenier[a y Ciencia, vol. 1, núm. 1, marzo, 2005, pp. 67-76 Medell(n, Colombia Disponible en: http:// Cómo citar el articulo Número completo Más información del PACE 1 oris to View nut*ge Página de la revista en redalyc. rg Sistema de Información Científica Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal Proyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la niciativa de acceso abierto Ingenier la y Ciencia, ISSN 1794-9165 Volumen 1, n’ umero 1, p aginas 67-76, marzo de 2005 Propiedades mec haciendo enfasis en las variables que determinan el cambio de comportamiento del material. alabras claves: acero, esfuerzo, deformaci on, tracci ‘ Abstract A statistical analysis applied to a experimental study that determines the mechanical properties of steels produced in Colombia subjected to monotonic loads of tension is presented. Typical stress-strain diagram that allow to characterize these steels making emphasis in the variables that determine the change of behaviour of the materia re presented. Key words: Steel, stress, strain, traction. Introducci ‘ En la literatura t’ ecnica se encuentran variaciones entre los resultados anal ‘ticos y experimentales de respuestas de edificios sometidos a eventos s» Ismicos.
Estas diferencias son ocasionadas por las incertidumbres involucradas en el proceso de dise – no, las cuales hacen 2 4 6 Trabalo realizado con el ap ncias, Aceros Diaco y la anicas del acero de refuerzo utilizado en Colombia referencia a la vanaci on entre la resistencia real y nominal de los materiales, las diferencias entre las solicitaciones reales y las empleadas en el dise- o, y el grado de aproximaci’ obtenido entre el modelo propuesto y el construido [1].
Con el objetivo de reducir las incertidumbres en la variaci’ on de la resistencia de los materiales, particularmente la del acero de refuerzo, se desarroll ‘ o un proyecto de investigacl ‘ on que permite correlacionar los criterios te » oricos que determinan las propiedades mec anicas del acero y los obtenidos mediante ensayos experimentales. En este estudio se fallaron a tracci ‘ on 477 probetas de acero de diferentes marcas y di’ ametros, con el fin de obtener las curvas completas esfuerzo-deformaci ‘
Una vez ejecutados los ensayos, se realiz o un an alisis estad ‘ Istico de las variables principales que definen las propiedades mec anicas del acero clasific’ andolas seg• un el di’ ametro de la varilla ensayada y la empresa productora. Con estos resultados se elaboraron curvas t ‘ Ipicas de esfuerzo-deformaci ‘ on, asociadas al percentil 5 y 95.
Descripci on del programa experime ensayos fueron realizados utilizando una m ‘ aquina universal con capacidad de carga de 1000 KN y fueron controlados por diferentes velocidades de deformaci• on que var’ lan seg’ un la zona de la curva esfuerzo-deformaci Para la adquisici ‘ n de datos se emple ‘ o el desplazamiento de la m ‘ aquina universal y un extens ‘ ometro con longitud calibrada de 50 mm. Cuando se alcanzaron alargamientos que oscilan entre 1 mmy 6 mm, se retir• o el extens’ ornetro y se continu ‘ o midiendo el alargamiento con el de la m’ aquina.
Descripci ‘ on te anca de la curva esfuerzo-deformaci El ensayo de tracci on sobre una varilla de acero consiste en aplicar una carga axial est atica monot onica con crecimiento gradual hasta que se logre la rotura de la varilla, la cual no se produce en el punto de carga m ‘ axima, sino cuando la secci on de ‘ esta se reduce hasta n punto d ebil de rotura. En la figura (1) se muestra la curva t’ Ipica esfuerzo-deformaci’ on que se obtiene al someter una probeta de a avo de tracci ‘ on, donde deformaci ‘ on.
En la curva esfuerzo-deformaci ‘ on se distinguen cuatro zonas [2]: 168 Ingenier’ la y Ciencia, volumen 1, n’ umero 1 Victoria Gonz alez, Juan Carlos gotero, Roberto Rochel, Juli an Vidal y Martha Alvarez fsu suu Es Zona de endurecim lento pordeform acion Zona descendente Zona de fluencia Zona elastica s OF refuerzo utilizado en Colombia 3. 3 Zona de endurecimiento por deformaci ‘ Se refiere al tramo comprendido entre la deformaci on final de la lataforma de fluencia, Esh y la deformaci ‘ on correspondiente al esfuerzo m ‘ aximo, Esu .
En esta zona las deformaciones aumentan m ‘as r apidamente que los esfuerzos, raz on por la cual la gr’ afica toma una forma curva. Los esfuerzos de esta zona se definen mediante la siguiente expresi’ on fs = fsu + (fy- fsu ) ESU – ES Esu — ESh El t’ ermino P se puede calcular seleccionando un punto intermedio dentro de la zona de endurecimiento por deformaci ‘on (Eshl , fshl ): 6 OF fsu – fshl uno o varias causas de error predominantes o si ‘ estas no son independientes, las medidas presentar n un sesgo, y la distribuci on puede ser diferente a la normal. ara determinar si las variables analizadas se ajustan a una distribuci on normal, se procedi ‘ o a hacer una exploraci on visual de los datos que permitiera sugerir la forma de la distribuci ‘ on; posteriormente se grafic o el histograma de frecuencias y se determinaron los par ametros media, moda, varianza y desviaci ‘ on est ‘ andar, con los cuales fue posible determinar el grado de asimetr ‘ la de la distribuci on.
Estos m’ etodos se complementaron con procedimientos de an ‘ alisis que cuantifican de un modo m as exacto las aproximaciones una distribuci on normal, entre los cuales se encuentran el coeficiente de Skewness, el de Kurtosis y las pruebas de bondad de ajuste a la normal a trav ‘ es de la Chi-cuadrado y la Kolmogorov Smirnov. La tabla (1 ) presenta los valores estad ‘ Isticos para el n’ umero total de barras ensayadas donde p es la estimaci ‘ on de la media aritm » etica, o es la estimaci on de la desviaci ‘ on estad ‘ Isticos para el total de barras ensayadas Variable 4. No. Datos M • Inimo M aximo 467 470,30 25,25 Ey (mm/mm) 0,0024 0,0001 0,0021 fsh (M pa) 477 472,16 25,67 kgf /cm2) y 540 M pa (5510 kgf /cm2). Las va illas de di ‘ ametro igual a 85 presentan un valor medio de 484,90 M pa (4948 kgf /cm2); valor superior al m Inmo especificado por la norma en un 13 por ciento aproximadamente. El coeficiente de variaci ‘ on es 0,0522 y el m • aximo valor de fy es 530,08 M pa (5409 kgf /cm2).
De igual forma, las muestras de 34 presentan un valor medio de 479 M pa (4888 kgf /cm ) con un coeficiente de variaci ‘ on de 0,0562 y un valor m’ aximo de 538,80 M pa (5498 kgf /cm2). 4. 1. 2 Variabilidad de EY La variable Ey se calcula como la relaci ‘ on entre fiy y el m • odulo Es , por lo tanto presenta el mismo comportamiento de fy . La media fue igual a 0,0024 y el coeficiente de variaci’ on fue 0,054. El m ‘ Inimo valor de Ey encontrado fue igual a 0,0021 y correspondi o a las varillas de 12 y 1″ .
El m • aximo valor fue de 0,0028 y se present’ o en varillas de 34. 71 ancas del acero de refuerzo utilizado en Colombla El valor Es se supuso igual a 196000 M pa (2 • 106 kgf /cm2 tal como lo especifica la NSR—98 [6]. Como verifi on de este valor, se efectu a 17 probetas conservan cierta similitud con los obtenidos para fy . Dichos resultados permiten considerar la plataforma de fluencia perfectamente horizontal, suponiendo fsh igual a fiy . 1. 4 Variabilidad de ESh La media y el coeficiente de variaci ‘on fueron iguales a 0,0138 y 0,348, respectivamente.
El di ‘ ametro de 38 presenta el mayor coeficiente de variaci ‘ on igual a 0,543; la dispersi de los resultados se debe a que la mayor’ la de las barras de dicho di ametro ensayadas no presentaron plataforma de fluencia definida y por consiguiente se consider o para este caso un valor de ESh igual a Ey . Resultados similares fueron reportados en aceros producidos en M ‘ exico [1] y en Nueva Zelandia [7]. 4. 1. 5 Variabilidad de fsu La media encontrada para las muestras ensayadas fue igual a 59,74 M pa (5732 kgf /cm2) y el coeficiente de variaci ‘ on 0,046.
La Norma NTC 2289 especifica para fsu un valor m’ Inimo de 550 M pa (5612 kgf /cm2), y el m ‘ Inimo valor obtenido para el total de muestras fue superior e igual a 581 ,24 M pa (5931 kgf /cm2). De igual forma dicha norma especifica que el esfuerzo m’ aximo de una probeta de acero de refuerzo debe ser igual o mayor a 1 ,25 veces el esfuerzo de fluencia, fy . Debe tenerse en cuenta que se debe cumplir con el mayor valor encontrado para los dos requisitos especificados por la norma. Con base en este an alisis, es posible afirmar q uestras ensayadas
