Ensayo a tracción: determinación del límite elástico, resistencia a tracción y alargamiento de rotura

El objetivo de este ensayo es determinar el límite elástico, la resistencia a tracción y el alargamiento de rotura de una probeta (circular, cuadrada, rectangular). Se analiza el comportamiento mecánico de la probeta y se verifica la relación Lo=5,65.

El procedimiento consiste en cargar progresivamente la probeta, representando en un diagrama los valores correspondientes a la σ y def. A-Op es el límite de proporcionalidad, donde la gráfica es recta (verifica la ley de Hooke). B-Oe es el límite de elasticidad, donde la gráfica no es recta pero mantiene un comportamiento elástico. C-Of es el límite de fluencia, donde comienza la plastificación del material. D es el punto a partir del cual se debe aumentar la σ (acritud) para que aumente la deformación, y el tramo CD es el escalón de cedencia. E-Or es el límite de rotura, donde aunque la σ disminuya, la deformación aumenta debido a la restricción en la probeta. F-Ou es la σ última, donde se produce la rotura de la probeta. Es importante tener en cuenta que este valor es ficticio y la rotura real sería en E.

Clase de sección

La esbeltez de las chapas que forman los perfiles modifica su comportamiento debido a fenómenos de inestabilidad. Existen 4 clases de secciones que influyen en el análisis plástico. Clase 1 permite la formación de rótulas con capacidad de giro requerida para el cálculo plástico. Clase 2 permite alcanzar el momento plástico con capacidad de giro limitada, y se utiliza el método elástico para el análisis de la σ. Clase 3 permite que la fibra más comprimida alcance el límite elástico del acero, pero el abollamiento local impide la deformación necesaria para desarrollar el momento plástico. El análisis global y la comprobación de secciones deben hacerse mediante el método elástico. Clase 4 también presenta abollamiento local, lo que impide que la fibra más comprimida alcance el límite elástico del acero.

La Lp (longitud efectiva de pandeo) de una barra con longitud real L y cualquier tipo de sustentación es igual a la de una barra ficticia con la misma sección transversal articulada en sus extremos y que tenga igual carga crítica en compresión simple. La Lk (longitud efectiva de pandeo con enlace) es la Lp de la barra si tiene la misma carga crítica. Existen diferentes tipos de enlace (ea, aa, el).

Pandeo

El pandeo es el estudio de la σ en resistencia y rigidez, y produce fenómenos de inestabilidad que pueden originar rotura o deformación excesiva con cambios en la geometría o efectos localizados. Se establece la relación de equilibrio-estabilidad y se producen tres estados: 1) si separamos la esfera de su posición de equilibrio, tiende a alejarse (equilibrio inestable); 2) en la misma circunstancia, tiende a volver al estado inicial (equilibrio estable); 3) la nueva posición también es de equilibrio y la esfera permanece en la nueva posición sin tendencia a movimiento (equilibrio indiferente). Estos conceptos aplicados al movimiento de un sólido rígido en cuerpos deformables serían los fenómenos de inestabilidad. En el caso de un soporte vertical EL con peso G sobre él, se produce Cs. Si le añadimos una Fh accidental, la viga se deforma a flecha y aparecen dos efectos: uno desestabilizante debido a la excentricidad que aleja la pieza de la posición de equilibrio y aumenta la deformación, y otro estabilizante debido a la flexión, donde el momento devuelve la pieza a su sitio. Por su efecto conjunto, el soporte sigue la trayectoria del mayor de ellos. Si Mint>ext, es estabilizante; si es al revés, es desestabilizante. Si Mint=ext, es indiferente.

Tipos de sección

En función de la forma y dimensiones de la sección, existen diferentes tipos: 1) sección transversal con dos ejes de simetría que produce pandeo por flexión; 2) sección abierta con un eje de simetría que produce deformación por torsión; 3) sección abierta con dos ejes de simetría que produce abolladura.

Plat

El efecto PLat se produce al someter una chapa delgada a flexión recta en el plano de mayor rigidez. Antes de colapsar en la dirección de carga, lo hace en la transversal debido a su flexibilidad. Se supone que la viga tiene cabezas comprimidas separadas (con tendencia a desplazamiento lateral) y traccionadas (sin movimiento). Sin embargo, en realidad están unidas y la comprimida arrastra a la traccionada en el movimiento, aunque una retiene a la otra. También aparecen torsiones por la interacción. Este efecto es propio en vigas a flexión y en soportes por la acción N+M. Se calcula Mcri, donde Med<Mb,rd, λL, t, XLt.

Efecto local

El efecto local se debe a las cargas puntuales sobre zonas localizadas. Cuando actúa una carga puntual sobre una viga o soporte, se producen formas de agotamiento: 1) aplastamiento del alma en la zona del ala con deformación plástica; 2) abolladura localizada y aplastamiento del alma en la zona del ala con deformación plástica del ala; 3) abolladura del alma en la altura de la pieza. Para garantizar la resistencia del alma, se disponen rigidizadores que se dimensionan a compresión simple.

Abolladura

La abolladura es el efecto que se produce en una viga sometida a flexión recta, suponiendo un estado σ alrededor de un punto del alma y considerando un recuadro de dimensiones finitas que produce un estado σ similar. Debido a la colocación de una chapa delgada, las σ pueden abollar la viga, por lo que es necesario rigidizarla para dividirla en elementos más pequeños y aumentar su rigidez. Este efecto se debe a las σ tangenciales originadas por el cortante, aunque las σ normales se deben al momento flector o axial y reducen el anclaje.

Naves

En el caso de que la acción actúe en un plano pórtico, es posible dimensionar los elementos que lo componen de manera que tengan suficiente rigidez para soportarla. El mecanismo resistente puede ser: 1) acciones absorbidas por soportes que trabajan a flexión con secciones grandes que limitan la deformación (el viento no genera esfuerzos en la viga de cubierta); 2) los dos soportes se reparten las acciones horizontales transmitiéndolas a través de la viga de cubierta (mejora el comportamiento del soporte, pero se generan compresiones en el cordón de la celosía que se superponen a las tracciones de las acciones verticales, por lo que es necesario arriostrar para bajar la Lp); 3) celosía en el plano de cubierta (contra el viento) para recibir cargas que se le transmiten; 4) pórticos acartelados con suficiente rigidez lateral. Es importante tener en cuenta el plano de la estructura, ya que si carece de rigidez, es necesario arriostrarlo mediante triángulaciones.

Imperfecciones

Las imperfecciones, tanto geométricas como mecánicas, deben tenerse en cuenta para el análisis de cualquier estructura. Solo influyen en piezas comprimidas (solo para el pandeo elástico). Para el análisis de pórticos, las desviaciones se asimilan a un desplome lineal en la dirección analizada (L/200 si en la dirección hay 2P+1H, L/300 en caso intermedio, L/400 si hay 4P+3H). Para los contravientos, al comprobar la estabilidad de barras comprimidas como cordones, se considera una desviación geométrica de valor inicial Wo=L/500 x Kr.