Ensayo de Tracción

El ensayo de tracción es fundamental para obtener información sobre la resistencia de los materiales. Un objeto está sometido a un esfuerzo cuando las cargas que actúan sobre él tienden a estirarlo.

Desarrollo del Ensayo de Tracción

Durante el ensayo, se observan los siguientes fenómenos:

1. Tensión normal unitaria (σ): La probeta soporta una tensión normal unitaria derivada del esfuerzo en una sección perpendicular al eje, calculada como σ=F/So, donde F es la fuerza aplicada y So es el área inicial de la sección.

2. Deformaciones: La probeta sufre deformaciones debido a la tensión:

   • Variación de la longitud: Al aplicar una carga, la longitud inicial ‘lo’ se incrementa a ‘l’, resultando en un alargamiento ∆l=l-lo. El alargamiento unitario es ε=∆l/lo.

   • Variación del diámetro: La sección inicial ‘So’ se reduce, con una contracción transversal ∆d=d-do. La contracción unitaria es ε=∆d/do.

Diagrama de Tracción (Esfuerzo-Deformación)

El diagrama de tracción representa las tensiones (σ) en el eje de ordenadas y los alargamientos unitarios (ε) en el eje de abscisas. Las máquinas de ensayo registran las fuerzas aplicadas y los incrementos de longitud. El gráfico del acero extrasuave es muy representativo.

Comportamiento del Material

Inicialmente, los materiales se comportan de forma elástica, recuperando su forma al retirar la carga. Luego, pasan a un estado plástico, generando deformaciones permanentes. La elasticidad es una propiedad general de los cuerpos sólidos, mientras que la plasticidad es el cambio permanente de forma.

Zonas del Diagrama

• Zona Elástica: La línea recta ‘O-A’ sigue la Ley de Hooke (tgα=σ/ε=E). El punto ‘A’ es el límite de proporcionalidad (σp). A partir de este punto, la línea se curva (‘A-B’). En materiales con buen acabado, aparecen las Líneas de Luder.

• Zona Plástica: A partir del punto ‘B’, la probeta se alarga sin apenas esfuerzo, debido a la pérdida de cohesión molecular. Se distingue entre el límite elástico aparente y el límite elástico convencional (deformación permanente del 0.2%). La tensión admisible es σadm= σe/n.

Tras la zona plástica, el material se endurece, aumentando su resistencia hasta el punto ‘C’. Luego, aparece la estricción, una contracción en el centro de la probeta, que reduce la sección y lleva a la rotura en el punto ‘E’. La tensión última es σu= Fúltima/So.

La tensión nominal se calcula con la sección inicial, mientras que la tensión real considera la sección real en cada momento. La tensión real es mayor que la nominal.

Tenacidad del Material

La tenacidad es la energía que un material absorbe hasta romperse. Se calcula como el área bajo la curva del diagrama de tracción.

Particularidades del Ensayo de Tracción

Para comparar resultados, las probetas deben tener dimensiones similares. La forma y características dependen del material y se obtienen sin alterar la temperatura.

Forma y Características de las Probetas

Las probetas pueden ser circulares, rectangulares, cuadradas o anulares. Existen dos tipos principales:

• Longitud de calibración inicial proporcional a la sección transversal: Lo=K.√So, con K=5.65 o 11.3.

• Longitud de calibración inicial independiente de la sección transversal.

Tipos de Probetas

1. Productos delgados (0.1-3mm): Curvas de transición con radio mínimo de 20mm. Longitud de ensayo superior a Lo+b/2. Si el ancho es menor a 20mm, Lo=50mm y longitud libre de ensayo es Lo+3b.

2. Hilos, barras y secciones (<4mm): Longitud de calibración inicial (Lo) de 100 o 200mm, entre amarres de Lo+50mm.

3. Láminas y placas (≥3mm) y barras (≥4mm): Radio de transición mínimo de 0.75d para probetas cilíndricas. En probetas rectangulares, no exceder de 8:1. Longitud paralela mínima de Lo+d/2 (circular) o Lo+1.5√So. Longitud de calibración mínima Lc>Lo+b/2.

Marcado de la Longitud de Calibración Inicial

Se realizan marcas finas en la longitud paralela para medir las deformaciones. Los extensómetros miden directamente los alargamientos.

Método de Fijación de la Probeta

La probeta se sujeta con casquillos, roscas o mordazas. Es crucial que la carga se aplique axialmente.

Máquinas Universales de Ensayos

Las máquinas tienen una bancada, un sistema de carga (generalmente hidráulico) y un sistema de medición de deformaciones.

Informe de Ensayo

El informe debe incluir:

• Referencia a la norma de aplicación.
• Identificación de la muestra.
• Tipo de material.
• Tipo de muestra.
• Resultados: resistencia en MPa, elongación porcentual, estricción porcentual.

Ensayo de Tracción en Caliente

A mayor temperatura, disminuye la carga de rotura y el límite de fluencia, mientras que la elongación aumenta.

Ensayo de Compresión

Se usa en materiales bajo cargas de compresión, como piedras, hormigón y fundiciones. Se aplica una carga creciente hasta la rotura o aplastamiento.

Períodos del Ensayo de Compresión

• Período elástico: La relación entre esfuerzos y deformaciones es lineal (O-A).

• Período plástico: A partir del punto ‘B’, el material fluye y se deforma permanentemente.

La tensión normal unitaria es σ=-F/So, la contracción total es ∆l=l-lo, y la contracción unitaria es ε=∆l/lo.