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LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES DEL INSTITUTO SUPERIOR "PEDRO P. DÍAZ" DE AREQUIPA
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PAGINA MODERADA POR EL MAG. ING. JUAN JOSÉ FERNÁNDEZ FARJE
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EVALUACIÓN
 
PRACTICAS

PRACTICA Nº 01

ENSAYO DE COMPRESIÓN EN CONCRETO

1. Competencia:

 Determinar y establecer mediante esta prueba su resistencia del concreto a la compresión.
 Determinar la compresión unitaria, grado o calidad del concreto. Compresión porcentual del espécimen.

2. Definiciones:

2.1. Resistencia compresión: Es la resistencia que tienen los materiales metálicos y no metálicos a ser sometidos a esfuerzos axiales externos hasta llegar a su achatamiento o fisura. Y estos esfuerzos se dan en Kg. /cm2.

2.2. Agua.- El agua utilizada en la fabricación del concreto debe de estar limpia exenta de cantidades nocivas de aceite, ácidos, álcalis, materias orgánicas u otras sustancias perjudiciales. Debe de evitarse la utilización de agua con un contenido de sal común de 5% o mayor y nunca debe de utilizarse agua del mar.

2.3. Cemento.- Entre todos los distintos tipos, el cemento Pórtland normal es que se utiliza mas ampliamente en la fabricación de edificios en pocas palabras, se fabrica mezclando y sometiendo dos materiales a fusión incipiente, uno de ellos compuesto principalmente de cal y el otro, un material arcilloso con contenido de silicio, aluminio, y hierro.

2.4. Arena.- los materiales unidos entre, si por la pasta de cemento y agua son los agregado; son materiales inertes como arena natural, piedra triturada, guijarros, cenizas sintetizadas, escoria, etc. Los materiales con diámetros menores de 3/8de pulgada (1cm aproximadamente) se llaman agregados finos; deben de consistir de arena natural, o de materiales inertes con características similares, con granos limpios, duros y durables, libres de materia orgánica o lodos. El tamaño y la graduación de los agregados finos se determinan mediante cribas de alambre estándar y es conveniente contar con una mezcla de granos finos y gruesos ya que un agregado bien graduado producirá un concreto más compacto y, por lo tanto, mas fuerte. Una especificación común para la graduación del agregado fino requiere que por lo menos del 95 al 100% pase por la malla núm.4 y que no más del 30% ni menos del 10% pase por la malla núm.50.

2.5. Piedra triturada.- Todo el material mayor de 3/8 de pulgada de diámetro se llama agregado grueso; éste incluye piedra triturada, grava, escorias, u otros materiales inertes. Como el agregado fino, el grueso debe variar también en tamaño; en general, los tamaños varían de 1/4 a 3 pulgadas (6mm a 7,6 cm), siendo el máximo para concreto reforzado de 1 ó 11/2 pulgadas (2,5 ó 3,8 cm), no existen reglas fijas para el proporcionamiento de los agregados finos y gruesos, pero la practica usual es utilizar para el agregado grueso el doble del volumen del agregado fino.

2.6. Concreto.- El concreto es un conglomerado pétreo artificial, que se prepara mezclando una pasta de cemento y agua, con arena y piedra triturada, grava u otro material inerte. La sustancia químicamente activa de la mezcla es el cemento, el cual se une física y químicamente con el agua y, al endurecerse, liga los agregados, para formar una masa sólida semejante a una piedra.

2.7. Curado ó Fraguado.- Independientemente del cuidado que se tiene en el proporcionamiento, el mezclado del agua con el cemento las remociones químicas que se producen originan cambios en la estructura de la pasta conservando la mezcla su plasticidad durante un cierto tiempo desde pocos minutos hasta varias horas para luego ocurrir varios fenómenos sucesivos.
a) Un aumento relativamente brusco de la viscosidad acompañado de una elevación de temperatura de la pasta. A este proceso es lo que se conoce como el principio del fraguado o fraguado inicial.
b) Des pues de un periodo de algunas horas, la pasta se vuelve indeformable y se transforma en un bloque duro. A este momento se le conoce como el fin del fraguado o fraguado final. No corresponde a un fenómeno particular como el principio del fraguado, su determinación es tan solo teórica o convencional.
c) La resistencia aumenta con regularidad a medida que transcurre el tiempo. Es el proceso de endurecimiento.
Por tanto él termino “fraguado”, ó “tiempo de fraguado”, es un concepto convencional que se emplea para designar el periodo que necesita una mezcla de cemento y agua para adquirir una dureza previamente fijada.

2.8. Temperatura.- Es un factor muy importante en el curado del concreto, las temperaturas bajas durante el periodo producen concreto de menor resistencia que el obtenido a 22ºC. Nunca debe permitirse que el concreto se congele antes de que este curado, porque resultaría de baja calidad y resistencia indeterminada. Al depositarse los materiales no debe de tener una temperatura mayor de 33ºC

3. Método del Ensayo:

3.1. Principio del Método.- Consiste en someter una o más probetas en forma cilíndrica, de concreto de dimensiones y características correspondientes:
 Altura : 30 cm.
 Diámetro: 15cm.
A la compresión hasta que aparezca fisuras en ese instante se suspende el ensayo tomando los datos correspondientes.
3.2 Del Aparato:
3.2.1. De la Maquina.- La Maquina para realizar el ensayo a la compresión se llama Prensa Webber o de asientos esta accionada por un sistema hidráulico manual que va aplicando fuerzas en forma gradual mediante una palanca hasta llegar a la compresión, tiene un 2% de error de aproximación, su capacidad máxima es de 200 KN(KiloNewton).
3.2.2. Calibradores.- Cada calibrador debe tener una aproximación de 0,02%mm.
 Vernier
 Micrómetro
 Goniómetro
 Wincha metálica o Regla metálica.

4. Preparación de la Muestra:

Los cilindros de concreto deberán ser preparados con cemento Pórtland Tipo I, agregado grueso triturado de peso normal con tamaños máximos nominales de 1" y 3/4" y arena procedente del Río.
Se deben de elaborar tres diseños de mezcla para producir resistencias a la compresión del hormigón de 13,7 MPa (140 kg/cm2), 16,7 MPa (170 kg/cm2) y 19,6 MPa (200 kg/cm2), cada una con dos tamaños máximos de agregado (1" y 3/4"), repitiendo cada mezcla una vez (dos por cada tamaño máximo de agregado, Mezcla A y Mezcla B), para un total de doce (12) mezclas. Las proporciones de las mezclas se resumen en la tabla siguiente.
TABLA DE PROPORCIONES DE LAS MEZCLAS

Mezcla 1 (Kg. /m3) Mezcla 2 (Kg. / m3) Mezcla 3 (Kg. / m3)
Resistencia de diseño (Kg./cm2) 140 170 200
T.M.N. 1"- 3/4" 1" - 3/4" 1 - 3/4"
Cemento 239-243 252-257 266-270
Agua 139-140 140-140 140-140
Agregado fino 839-961 833-955 828-948
Agregado grueso 1017-873 1017-873 1003-861
Relación agregado Cemento 7,78-7,55 7,31-7,10 6,90-6,70
Asentamiento Promedio 6,5 6,5 6,5

Se detiene que preparar tres diferentes tamaños de cilindros, D7,5, D10 y D15, y deben ensayarse a 3 días, 7 días y 28 días, por cada tamaño se toman tres muestras.
Los especímenes, cilíndricos deben ser moldes de acero fundido, aceitados antes de colocar el concreto. Los cilindros de D15 y D10 se compactan a mano, con varilla de 5/8" de diámetro y 60 cm. de longitud, en tres capas iguales, con 25 golpes por capa. Para la compactación de los cilindros de D7,5 se utilizara una varilla de 3/8" de diámetro y 40 cm. de longitud, en dos capas iguales, con 25 golpes por capa.
A las 24 horas, los cilindros deberán ser desencofrados, marcados y sumergidos en agua para su curado, posteriormente se fallan, a las edades indicadas. Todos los cilindros serán refrentados con azufre y ensayados en una máquina marca ELE de 5000 KN de capacidad. La velocidad de aplicación de carga de 4,25 KN/seg, 2,4 KN/seg y 1,2 KN/seg para los cilindros de D15, D10 y D7,5 respectivamente. Pero para efectos de este ensayo sé esta teniendo probetas de 15cm. de altura x 10Cm de diámetro y la maquina es de 200 KN y es de operación manual.

5. Temperatura:
La temperatura del ensayo será de 21C, 294K.

6. Procedimiento:

Una v es preparada las probetas con las dimensiones especificadas según norma teniendo mucho cuidado que las superficies extremas sean planas y paralelas entre sí, ya que cualquier irregularidad ocasionaría que al probarlos se obtengan resultados erróneos. Una vez colocado el espécimen en la maquina se aplica una carga de compresión hasta que falla en otras palabras hasta que aparezca las primeras fisuras se registra y se divide entre el área transversal del cilindro con lo cual se obtiene el esfuerzo unitario ultimo de compresión expresado en Kg. /cm2.
Expresamos el grado o la calidad de un concreto de acuerdo a su resistencia última de compresión, en Kg. /cm2 a los 28 días; en las formulas utilizadas para el diseño de miembros estructurales esto se indica ´c.

6.1. Cálculos.-

F
Resistencia a la Compresión  ´c  -------- Kg. /cm2
Ao



Lo - Lu
Compresión Total en %  ´a  ------------- x 100
Lo

L
Compresión Unitaria  ´e  ----------- Kg. /cm2
Lo











Institución:
I.S. “P.P.D” Hoja de Trabajo Nº____
Nombre:
Grupo:

LABORATORIO DE ENSAYOS DE MATERIALES
PRUEBA DE COMPRESION
Fecha: Profesor:

FORMULAS:

F Lo - Lu
Resistencia Compresión  ´c  -------- Kg./cm2 ; Compresión Total en % ´a  ------------- x 100
Ao Lo

L
Compresión Unitaria  ´e  ----------- Kg./cm2
Lo


Probeta
Material ho
(cm)
Ao
(cm2)
F

´e

´ a
´c
Observaciones
1
2
3


OBSERVACIONES:______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


CONCLUSIONES:______________________________________________________________________
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Ing. Juan José, FERNANDEZ FARJE
A. Laboratorio Ensayo de Materiales





PRACTICA Nº 02

RECUBRIMIENTOS ELECTROLITICOS (BAÑOS GALVANICOS) DE COBRE Y DE ZINC

I.- COMPETENCIA:
 Con esta práctica demostramos los conocimientos aprendidos de celdas electrolíticas.
 Lograr la adhesión de un metal en uno de los electrodos por acción de la corriente eléctrica.
 Los conocimientos adquiridos sean aplicados a la pequeña industria.

II.- FUNDAMENTO TEORICO: Todas las reacciones químicas don fundamentalmente de naturaleza eléctrica, puesto que hay electrones involucrados en varias formas, en todo los tipos de enlaces químicos.
Sin embargo la electroquímica es primordialmente en el estudio del fenómeno de oxidación y reducción.
Lograr por el paso de los electrones a través de una solución por efecto de la corriente eléctrica con la finalidad de obtener un recubrimiento metálico.

III.- DEFINICIONES:
3.1. Electroquímica.- Es una parte de química que se ocupa del estudio de las leyes referentes a la producción y efectos químicos de la electricidad que se da entre dos cuerpos de diferente potencial a los cuales se le aplica una determinada corriente eléctrica qué va del cuerpo del potencial mas elevado denominado ánodo al potencial mas bajo denominado cátodo. El primero es de carga positiva, y el segundo es de carga negativa, estos cuerpos para reaccionar entre si deberán de hallarse dentro de una solución iónica.
En otras palabras la electroquímica estudia los cambios químicos que se producen al paso de la corriente eléctrica, y los cambios que originan la corriente eléctrica.
3.2. Electrolisis.- Es la descomposición química de un cuerpo producido por el paso de la corriente eléctrica por medio de una solución iónica acompañada por calor energético.
3.2.1. Electrolito.- Son sustancias que al disolverse en el agua forman soluciones que conducen la corriente eléctrica; las sales, los ácidos y las bases son electrolitos.
3.2.2. Electrodos.- Son conductores metálicos que están sumergidos en una solución. Y estos son:
a) Ánodo.- Es el electrodo positivo que esta en contacto directo con el polo positivo de la fuente de corriente, pila o batería.
b) Cátodo.- Es el electrodo negativo que esta conectado al polo negativo de la fuente de engría.
3.3. Reacción química.- Es toda transformación que experimenta un cuerpo en un estado molecular, esto es una sustancia determinada por acción de un agente energético.
3.4. Reacciones galvanicas.- Son reacciones por los cuales se recubren un metal u otro cuerpo con una capa finísima de metal no mayor alas 25 micras este proceso se realiza por medio de la corriente eléctrica siendo este metal separado de una disolución de una o mas sales por medio de la electrosis.
3.5. Reacciones electrolíticas.- Son las transformaciones que han sufrido dos cuerpos al aplicarles un determinado amperaje o corriente eléctrica por medio de una solución iónica en un proceso galvanico. Generalmente esta solución va acompañada de calor.
3.6. Potencial eléctrico.- Todo cuerpo posee un equilibrio eléctrico, un potencial eléctrico El potencial puede medirse en comparación con el del otro cuerpo, no se le puede dar un valor numérico al potencial eléctrico. La unidad práctica es el voltio (v). Las diferencias de potencial existentes entren dos cuerpos se mide con el voltímetro esta diferencia se denomina también fuerza electromotriz. Y se determina por la siguiente relación.
E = I x R (Ley deOhn)
3.7. Intensidad de corriente.- Es la carga eléctrica o cantidad de electricidad que pasa por un segundo. La unidad de intensidad es el amperio (A)
3.8. Potencia.- Es la energía que esta suministrada durante un segundo y se determina mediante la siguiente relación.
P = E x I
IV.- MATERIAL:
 Cuba electrolítica
 Conductores metálicos
 Cocina eléctrica
 Termómetro
 Vaso de precipitación
 Pinza cocodrilo
V.- REACCTIVOS:
 Sulfato Cuprico
 Cianuro doble de Zinc y Potasio
 Cianuro de Potasio
 Hidróxido de Sodio
 Ácido sulfúrico
 Agua destilada
 Gasolina
 Kerosén
VI.- EQUIPO:
 Fuente de alimentación
 Electrodos de Cobre y de Zinc
VII.- PROCEDIMIENTO: Para el recubrimiento de los objetos se debe de seguir las siguientes etapas.
1.- Desengrase químico: Se realiza mediante solventes orgánicos, especialmente con una mezcla de kerosén y gasolina en cantidades equivalentes.
2.- Secado: Se emplea aire caliente.
3.- Pulido: Puede ser mecanizado o Electrolítico, se realiza con la finalidad de reducir la aspereza del material.
4.- Desengrase químico: Se realiza como el paso (1).
5.- Secado: Se realiza como el paso (2).
6.- Desengrase electrolítico: Se hace uso del fluido eléctrico, con esto se asegura una total eliminación de la grasa por saponificación.
7.- Decapado: Se realiza por inmersión sobre una solución de ácido clorhídrico al 50% en volumen. Se hace con la finalidad de eliminar óxidos ocluidos.
8.- Una vez decapado se procede a realizar el recubrimiento metálico el mismo, que puede ser: Cincado, Niquelado o Cobreado.
9.- Preparación de la solución electrolítica de Cobre:
 Baño ácido: Para preparar la solución se pesa 200 gramos de sulfato cuprico, remide 30 ml. De ácido sulfúrico y se lleva a 1 000 ml. De solución con agua destilada; primeramente se disuelve el sulfato cuprico con una pequeña cantidad de agua destilada, luego se agrega el ácido sulfúrico, es recomendable agregar 10 ml. De alcohol a fin de lograr un mejor acabado del baño.
 La temperatura deberá se entre 16oC y 26oC.
 La densidad de corriente será de 3 a 6 amperios por dm2.
 La intensidad del será de 3 a 6 voltios.
 El pH no será controlado debido a la marcada acidez
 El tiempo de operación varia aproximadamente entre 5 y 10 minutos.
10.- Preparación de la solución electrolítica de Zinc:
 Baño básico: Para preparar la solución se pesa 50 gramos de cianuro doble de zinc y potasio, 13 gramos de cianuro de potasio, 45 gramos de hidróxido de sodio y se lleva a 1 000 ml. De solución con agua destilada se recomienda disolver los reactivos por separado, pero hay que tener cuidado de no excederse en el volumen; luego se mezclan todas las soluciones.
 La temperatura deberá ser entre 25oC. y 26ºC.
 La densidad de corriente estará entre 0,5 y 1,5 amperios por dm2.
 La intensidad de potencial será de 5 a 10 voltios.
 El pH deberá ser entre 11 y 12.
 El tiempo de recubrimiento será de 25 a 30 minutos.





11.- Armar el equipo según el esquema.


12.- Al instalar el equipo deberá tener en cuenta:
 Los electrodos de Cobre y Zinc estarán conectados al ánodo o polo positivo y los objetos a recubrir al cátodo o polo negativo.

CUESTIONARIO

1.- Encuentre la molaridad según de las soluciones cálculos?
2.- En el ánodo utiliza el electrodo de Cobre podría cambiarlo por otro tipo diga cual y porque?
3.- Si cambia la ubicación de los polos o los invierte que ocurre?
4.- Mencione el amperaje, voltaje, y pH con el que trabajo en ambas soluciones?
5.- Si aplica mayor voltaje que pasaría con el recubrimiento?
6.- Si modifica el amperaje, temperatura y pH explique que pasaría?


Ing. Juan José, FERNÁNDEZ FARJE
A. Laboratorio Ensayo de Materiales
















TRATAMIENTOS TÉRMICOS

SESIÓN DE APRENDIZAJE: Operaciones de calentamiento y enfriamiento mediante los tratamientos térmicos.

DEFINICIONES:

a. TRATAMIENTO TÉRMICO:

Se denomina tratamiento térmico al conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento necesarios para modificar la estructura cristalina de un material ferroso y no ferroso con objetó de conferirle determinadas características mecánicas o tecnológicas.

b. PRINCIPALES TRATAMIENTOS TÉRMICOS:

Podemos designar los siguientes: Temple, Revenido; Recocido, Cementación, Nitruración, Carbonitruración.

c. CAMPO DE APLICACIÓN:

En cerrajería, forjado, fabricación de herramientas y productos siderúrgicos.


PRACTICA Nº 02

1. COMPETENCIA: Al finalizar la práctica el alumno será capaz de, discriminar y deducir los diferentes tipos de tratamientos térmicos que se utilizan en los materiales ferrosos (acero) y no ferrosos (aleaciones de cobre, aluminio, estaño, etc.)

2. DEFINICIONES:

2.1. TEMPLE:

Consiste en el calentamiento del acero seguido de un enfriamiento muy rápido para impedir la transformación normal del constituyente obtenido en el calentamiento. El objetó del temple es fundamentalmente aumentar la dureza y la resistencia mecánica (resistencia a la tracción, limite elástico, dureza). Modificando sus propiedades físicas y químicas.

2.2. REVENIDO:

Es un tratamiento complementario al temple, consiste en calentar al acero después de haber sido templado a una temperatura inferior a la austenización y luego someterlo a un enfriamiento más rápido, con este tratamiento se pretende conseguir mejorar los efectos del temple disminuyendo las tensiones internas originadas en el temple, modificar las características mecánicas disminuyendo la dureza y resistencia a la rotura, así como aumentando la tenacidad, plasticidad y estricción (resiliencia)

2.3. RECOCIDO:

En los trabajos de forja, doblado, enderezado, torneado, etc. Loa aceros desarrollan tensiones internas que deben de eliminarse antes de templar la pieza, púes en otro caso darían origen a la formación de grietas. Para eliminar estas tensiones internas se procede al recocido de las piezas que consiste en calentar hasta la temperatura crítica de Ac3 y enfriar lentamente en el horno.

3. PRINCIPIO DEL METODO:

3.1. Para realizar el ensayo de templado, está consiste en someter las probetas en forma y dimensiones establecidas a una transformación de estructura mediante altas temperaturas, por encima de la temperatura crítica superior y luego enfriarlas suficientemente de forma que se forme una estructura martencitica.

3.2. El revenido nos permite eliminar tensiones internas del material por medio de un nuevo calentamiento a la temperatura menor a la del temple.

3.3. El recocido consiste en someter probetas con contenido de carbón superior al 0,6% para ablandarlo.

4. DE LOS INSTRUMENTOS: Para los ensayos utilizaremos:

4.1. HORNO:

Utilizaremos una mufla cilíndrica (horno mufla) con revestimiento de refractario de arcilla y carcaza de aluminio accionada con corriente eléctrica con una temperatura máxima a alcanzar de 1 200ºC en 02 (dos) horas, cuenta con una manivela que permite maniobrar la puerta de ingreso a la cámara, está clase de hornos ofrece una ventaja ya que el material no esta en contacto con la llama ni los gases procedentes de la combustión-

4.2. TEMPERATURA:

Para medir la temperatura se utiliza termómetros, termocuplas y pirometros ópticos.

4.3. DUROMETRO:

De accionamiento mecánico, nos sirve para determinar la dureza antes y después del test.

5. PREPARACION DE LA MUESTRA: La muestras son platinas planas con las dimensiones siguientes y exentas de impurezas brillo metálico.

Espesor: 3 a 5 mm.
Ancho: 50mm.
Largo: 50mm.

5.1. Para el Temple: Los medios refrigerantes a utilizar son:

- Aceite SAE 30
- Agua + Sal, al 10%
- Agua
- Acido Sulfúrico + Agua al 10%
- Cloruro de Calcio + Agua al 10%

5.2. Para el revenido: solo agua solo agua

5.3. Para el Recocido: Horno

6. TEMPERATURA: La temperatura que se utiliza es la del medio ambiente de 23 ± 2ºC, 25 ± 2 ºC, 27 ± 2º.

7. PROCEDIMIENTO:

Se toma la dureza con el durómetro tanto para las probetas de aleaciones ferrosas y no ferrosas en el caso de aleaciones ferrosas de bajo contenido de carbono y no ferrosas se toma una carga de 100Kp y como indentador billa (1/16 o 2.5), en el caso de aleaciones ferrosas de alto contenido de carbón se utiliza una carga de 150Kp y como indentador cono de diamante con 120º. Tomando como mínimo tres lecturas antes de someterlas al horno y después llevarlas a templado, recocido y normalizado se vuelve a tomar las durezas respectivas.

Para el caso de temple se realiza a la temperatura crítica Ac3 (750ºC) y se deja a esta por el lapso de 10` minutos, luego se procede a refrigerara cada probeta en un refrigerante respectivo.

En el caso del revenido una vez realizado el temple se somete al horno a una temperatura crítica inferior de 450ºc a 500ºC y se enfría violentamente.

Par el caso del recocido se somete las muestras por encima de la temperatura crítica Ac3 (750ºC) y se deja enfriar en el horno.

8. EXPRESIÓN DE RESULTADOS:

Se toma las durezas inicial y final colocándolas en el cuadro respectivo junto a sus conclusiones y observaciones


CUESTIONARIO

1. Factores que influyen en la transformación de temple, recocido y revenido.
2. En referencia del punto 8 cuales son sus conclusiones referente a templado, recocido y revenido.
3. Explique brevemente el punto 7.
4. Explique brevemente que se quiere demostrar con este tipo de ensayos.
5. Que entiende por Resiliencia, Tenacidad, Sartencita, Cementita, Ledeburita, Perlita.
6. Que entiende por variación de temperatura
7. Defina que es severidad de temple.
8. Que nos muestra las curvas TTT.
9. Que entiende por temperatura crítica.
10. Enque y como aplicaría Ud. Los tratamientos térmicos en su carrera profesional





Ing. Juan José, FERNÁNDEZ FARJE
A. Lab. Ensayo de Materiales


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