Práctica de laboratorio ensayo a tensión de varilla corrugada - Adrián Lizama

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FACULTAD DE INGENIERÍA 
 
 
Fecha de entrega: 8/12/2021 
 
Laboratorio de materiales de construcción. Grupo A. 
Práctica 11. Ensayo a tensión de varilla corrugada. 
 
 
Contenido 
Objetivo. .................................................................................................................. 2 
Introducción. ............................................................................................................ 2 
Acero ................................................................................................................... 2 
Clasificación aceros ............................................................................................. 2 
Propiedades mecánicas de acero ........................................................................ 3 
Concreto reforzado .............................................................................................. 3 
Curva esfuerzo-deformación ................................................................................ 3 
Fallas o fracturas en el acero ............................................................................... 4 
Falla dúctil ........................................................................................................ 5 
Falla frágil ......................................................................................................... 5 
Varilla corrugada .................................................................................................. 5 
Equipo utilizado. ...................................................................................................... 6 
Material utilizado. .................................................................................................... 7 
Desarrollo ................................................................................................................ 8 
Datos y cálculos ...................................................................................................... 9 
Conclusiones y observaciones .............................................................................. 10 
Referencias ........................................................................................................... 12 
 
 
Objetivo. 
Determinar la resistencia a la tensión y fluencia de una varilla corrugada de acuerdo 
con la normativa: 
NMX-C-407-ONNCCE-2001 
Introducción. 
Acero 
Los aceros son principalmente, aleaciones de hierro y carbono. Aquellos llamados 
al simple carbono son los que generalmente tienen aparte del carbono cantidades 
o porcentajes pequeños de otros elementos como Mn (manganeso), Si (silicio), S 
(azufre), P (fósforo). Un ejemplo es el acero 1045 que tiene un 0.45% de carbono, 
0.75% de manganeso, 0.40% de fósforo, 0.50% de azufre, y 0.22% de silicio. 
El carbono es una parte importante que define el comportamiento del acero, la 
cantidad de carbono presente de simple carbono tiene un efecto pronunciado sobre 
las propiedades de un acero y en la selección del tratamiento térmico aplicable para 
ciertas propiedades deseadas debido a la importancia del contenido de carbono, un 
método común para clasificar el acero al simple carbono se encuentra en base al 
contenido de este. 
Clasificación aceros 
Por su contenido de carbono (%), los aceros se clasifican como de bajo, medio y 
alto carbono. Las fronteras que separan a estos tipos de acero no están claramente 
definidas. Sin embargo, para los aceros de bajo carbono, se considera que tienen 
menos del 0.25% de carbono en su aleación. Ellos son fácilmente “trabajables”. 
Los aceros de medio carbono, entre 0.25% y 0.6%, se emplean cuando se quiere 
mayor resistencia, pues siguen manteniendo un buen comportamiento dúctil aunque 
su soldadura ya requiere cuidados especiales. Los aceros de alto carbono, entre 
0.6% y 1.2%, son de muy alta resistencia, pero su fragilidad ya es notoria y son 
difíciles de soldar. 
La siguiente gráfica muestra el comportamiento de ductilidad versus el porcentaje 
de carbono en un acero. 
 
Ilustración 1. % de ductilidad vs % de carbono en aceros. 
Propiedades mecánicas de acero 
Comúnmente las propiedades más importantes del acero son la resistencia a la 
tensión y a la fluencia, el alargamiento y el doblado. La resistencia a la tensión es 
una de las principales razones por las que el acero es muy importante en el diseño 
estructural. Para la determinación de estas propiedades se somete el acero a 
fuerzas en sentido axial para conocer los límites en los cuáles el material colapsa. 
Concreto reforzado 
El concreto simple está formado por una mezcla de fraguada de cemento, agua, 
agregados, aire (depende del uso) y frecuentemente aditivos, el producto terminado 
tiene una alta resistencia a la compresión y una baja resistencia a la tensión, 
aproximadamente un décimo de la resistencia a la compresión. Por esta razón se 
proporciona de un refuerzo (acero) de tensión y cortante en las regiones donde 
existen tensiones de las secciones para compensar la debilidad de estas zonas. 
Curva esfuerzo-deformación 
Es la representación gráfica del comportamiento del acero durante el ensayo a 
tensión. 
 
Ilustración 2. Curva esfuerzo-deformación. 
Nos permite visualizar fácilmente el comportamiento del material y identificar zonas 
importantes de análisis como el límite de fluencia (cambio de zona elástica a 
plástica) y el límite de rotura (falla del material). 
El cálculo de estos valores, al estar ante un esfuerzo normal de tensión se realiza 
como: 
𝜎𝑇 =
𝑃
𝐴
 (1) 
Donde: 
𝑃: es la carga aplicada 
𝐴: es la sección transversal del elemento. 
Fallas o fracturas en el acero 
La fractura se puede definir como la separación de un cuerpo en dos o más piezas 
bajo la acción de una carga, los componentes que rigen la fractura son: la iniciación 
de la grieta y su propagación, dependiendo del tipo de material en el que se presente 
la fractura y si exhibe la capacidad de someterse a deformación plástica, ésta se 
considera dúctil o frágil. 
Falla dúctil 
Se caracteriza por una apreciable deformación plástica durante la propagación de 
las grietas. 
Falla frágil 
Se caracterizan por la rápida propagación de la grieta, sin ninguna deformación 
plástica. 
Lo esperado de un material es que presente una falla entre ambos tipos, ni 
totalmente dúctil ni totalmente frágil. 
Varilla corrugada 
Barrote de acero, normalmente circular. Se fabrica a partir del hierro colado fundido 
y se coloca en diferentes moldes circulares con sus respectivas superficies y se 
estira hasta lograr una forma alargada. 
Existen dos tipos de varillas, el alambrón y la corrugada, la primera se emplea en 
estribos para castillos, cadenas de concreto, columnas y trabes, principalmente; y 
la segunda se caracteriza por su gran adherencia al concreto por las corrugaciones, 
se emplea para crear estructuras de concreto reforzado que son de muy alta 
resistencia. 
 
Equipo utilizado. 
Máquina universal 
 
Mordazas sujeción para 
varillas de 3/8" 
 
Báscula 
 
Equipo corte (segueta) 
 
Flexómetro o regla 
 
 
 
Material utilizado. 
Varilla corrugada de acero de 
refuerzo de 3/8" (#3) de grado 42 
 
 
Desarrollo 
Se preparó la varilla corrugada con la longitud calibrada de 20cm determinándola 
en el centro y luego marcando 10cm de cada lado a partir del centro. Se colocaron 
las mordazas de sujeción en la máquina universal al igual que la varilla corrugada y 
se inició la prueba a una carga constante hasta que el material falló. Los valores de 
carga máxima y de fluencia se tomaron de los registros de la máquina universal. 
Tras el fallo de la varilla esta se retiro y se procedió a medir la elongación del 
material. 
 
Ilustración 3. Falla dúctil-frágil presentada en la varilla corrugada tras la prueba. 
 
Ilustración 4. Medición de elongación de la varilla corrugada tras la prueba de tensión. 
Datos y cálculos 
Losdatos registrados por la máquina universal de carga máxima y de fluencia fueron 
los siguientes: 
𝑃𝑚𝑎𝑥 = 5064𝑘𝑔 
𝑃𝑓𝑙𝑢 = 3150𝑘𝑔 
Los datos del espécimen son los siguientes: 
Varilla corrugada 3/8” 
Propiedad Valor 
Longitud total inicial 50cm 
Peso total 265g 
Diámetro 3/8” (0.9525cm) 
Longitud calibrada 20cm 
Longitud final (zona 
calibrada) 
22.5cm 
Tabla 1. Características espécimen de prueba 
Para el cálculo de los esfuerzos de fluencia y rotura se utiliza la ecuación 1: 
Esfuerzo de fluencia: 
𝜎𝑓𝑙𝑢 =
𝑃𝑓𝑙𝑢
𝐴
=
3150𝑘𝑔
𝜋(0.9525𝑐𝑚)2
4
 
𝜎𝑓𝑙𝑢 = 4420.69𝑘𝑔/𝑐𝑚
2 
𝜎𝑓𝑙𝑢 = 4420.69𝑘𝑔/𝑐𝑚
2 (
1𝑐𝑚
10𝑚𝑚
)
2
= 44.2𝑘𝑔/𝑚𝑚2 
Esfuerzo máximo: 
𝜎𝑚𝑎𝑥 =
𝑃𝑚𝑎𝑥
𝐴
=
5064𝑘𝑔
𝜋(0.9525𝑐𝑚)2
4
= 7106.79𝑘𝑔/𝑐𝑚2 
𝜎𝑚𝑎𝑥 = 7106.79𝑘𝑔/𝑐𝑚
2 (
1𝑐𝑚
10𝑚𝑚
)
2
= 71.06𝑘𝑔/𝑚𝑚2 
Para el cálculo de porcentaje de elongación se utilizan los datos de la 
tabla 1 y se calcula como: 
% 𝑒𝑙𝑜𝑛𝑔𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =
𝑙𝑓 − 𝑙𝑖
𝑙𝑖
(100) =
22.5 − 20
22.5
(100) 
% 𝑒𝑙𝑜𝑛𝑔𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 12.5% 
Igualmente se calcula el peso por metro lineal de la muestra como: 
𝑝𝑒𝑠𝑜 (𝑘𝑔/𝑚) =
1(. 265)
0.5
= 0.530𝑘𝑔/𝑚 
Conclusiones y observaciones 
La norma mexicana NMX-C-407-ONNCCE-2001 establece las especificaciones que 
una varilla corrugada de grado 42 debería cumplir, los cuales se presentan en la 
siguiente tabla. 
 
Tabla 2. Requisitos a tensión de varillas corrugadas según la norma NMX-C-407-ONNCCE-2001. 
Los resultados obtenidos en este ensaye representan fueron de: 
𝜎𝑚𝑎𝑥 = 71.06𝑘𝑔/𝑚𝑚
2 
𝜎𝑓𝑙𝑢 = 44.2𝑘𝑔/𝑚𝑚
2 
Dichos valores cumplen perfectamente con la normativa establecida, 
pues los esfuerzos máximos y de fluencia permisibles son de 63kg/cm2 
y 42kg/cm2, respectivamente. 
Igualmente es importante mencionar que el espécimen de prueba 
presentó una falla de tipo dúctil-frágil, la cual es la ideal para un buen 
material. 
 
 
 
Referencias 
1. Castro, G. (2009). Aceros. Recuperado de: 
https://campus.fi.uba.ar/file.php/295/Material_Complementario/Aceros.pdf 
2. Maldonado, J. (1996). Aceros y sus aplicaciones. [Tesis, Universidad 
Autónoma de Nuevo León]. Recuperado de: 
http://eprints.uanl.mx/421/1/1020118272.PDF 
3. Nawy, E. (s.f) Concreto reforzado. Un enfoque básico. Recuperado de: 
https://vagosdeunisucrev2.files.wordpress.com/2016/11/158964289-
concreto-reforzado-un-enfoque-basico-edward-g-nawy-pdf.pdf 
4. panelyacanalados.com (s.f) ¿Qué es la varilla corrugada? Identifícala para tu 
construcción. Recuperado de: https://panelyacanalados.com/acero/acero-
corrugado/varilla/ 
5. Rodríguez, C. (2013) patrones y mecanismos de fractura en los materiales 
compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras [Tesis, Universidad 
Autónoma de Nuevo León]. Recuperado de: 
http://eprints.uanl.mx/3689/1/1080256694.pdf 
6. Toro, C. (s.f) Lo que debes saber del acero de refuerzo en edificaciones de 
mediana altura. Recuperado de: http://www.andi.com.co/Uploads/5%20-
%20Revista%20Noticreto_636536133044871808.pdf 
7. Universidad EAFIT (2005) Propiedades mecánicas del acero de refuerzo 
utilizado en Colombia. Recuperado de: 
https://www.redalyc.org/pdf/835/83510105.pdf 
 
https://campus.fi.uba.ar/file.php/295/Material_Complementario/Aceros.pdf
http://eprints.uanl.mx/421/1/1020118272.PDF
https://vagosdeunisucrev2.files.wordpress.com/2016/11/158964289-concreto-reforzado-un-enfoque-basico-edward-g-nawy-pdf.pdf
https://vagosdeunisucrev2.files.wordpress.com/2016/11/158964289-concreto-reforzado-un-enfoque-basico-edward-g-nawy-pdf.pdf
https://panelyacanalados.com/acero/acero-corrugado/varilla/
https://panelyacanalados.com/acero/acero-corrugado/varilla/
http://eprints.uanl.mx/3689/1/1080256694.pdf
http://www.andi.com.co/Uploads/5%20-%20Revista%20Noticreto_636536133044871808.pdf
http://www.andi.com.co/Uploads/5%20-%20Revista%20Noticreto_636536133044871808.pdf
https://www.redalyc.org/pdf/835/83510105.pdf