Caracterización de Materiales: Esfuerzo, Deformación y Ensayo de Tracción

Introducción al Ensayo de Tracción

El ensayo de tracción se realiza en una Máquina Universal. Se somete una probeta a una carga monoaxial gradualmente creciente hasta que ocurra la falla. Las probetas para ensayos de tensión se fabrican en varias formas. La sección transversal puede ser redonda, cuadrada o rectangular. En los metales se utilizan probetas de sección redonda. Para láminas y placas se emplea una probeta plana. Un ensayo de hormigón está normalizado con normas IRAM.

Probeta para Ensayo de Tracción

La transición del extremo a la sección reducida debe hacerse por medio de un bisel adecuado para reducir la concentración de esfuerzos causados por el cambio brusco de sección.

El esfuerzo axial o tensión normal (σ) en la probeta se calcula dividiendo la carga (N) entre el área de la sección transversal (A):

σ = N / A

Máquina para Ensayo de Tracción y Diagrama Esfuerzo-Deformación

La deformación específica se determina a partir del alargamiento medido (Δl) entre las marcas de calibración, al dividir Δl entre la longitud calibrada (L₀):

ε = Δl / L₀

Donde:

• Δl = l_f - l₀ (Deformación absoluta obtenida, siendo l_f la longitud final y l₀ la longitud inicial).
• ε (Deformación específica, adimensional).

Después de realizar la prueba de tensión y establecer el esfuerzo y la deformación para varias magnitudes de la carga, se puede trazar un diagrama de tensión contra deformación.

La relación lineal entre el esfuerzo y la deformación puede expresarse como:

σ = E ⋅ ε

Donde E es la pendiente del diagrama esfuerzo-deformación en la zona elástica, y su valor depende del material. A mayor tensión, mayor deformación.

Las fórmulas para la deformación son:

• Deformación específica: ε = Δl / L₀
• Deformación porcentual: ε% = (Δl / L₀) × 100

Ley de Hooke

La Ley de Hooke establece la relación lineal entre el esfuerzo y la deformación en la zona elástica de un material:

σ = E ⋅ ε

Donde E es el Módulo de Elasticidad (o Módulo de Young). Un valor de E más alto indica un material más rígido y, por lo tanto, con mayor resistencia a la deformación elástica.

Al incrementar la carga más allá del límite de proporcionalidad, la deformación empieza a aumentar más rápidamente, indicando el inicio del comportamiento plástico.

Tensión Admisible

La tensión admisible (σ_adm) es la tensión máxima permitida (establecida por las normas) en la vida útil de un elemento estructural. Si se supera, se pueden presentar deformaciones permanentes.

Para que la estructura esté siempre en condiciones elásticas y no existan deformaciones permanentes, la tensión admisible debe adoptarse por debajo del límite elástico del material.

La tensión admisible depende de varios factores:

• El tipo de estructura.
• El material utilizado.
• El uso previsto.
• El grado de deterioro.

Se calcula utilizando el límite de fluencia y un coeficiente de seguridad (ν):

σ_adm = σ_fluencia / ν

Verdadero o Falso: Conceptos Clave

• Para el ensayo de tracción o compresión se usa la misma máquina. (V)
• Las probetas de acero tienen el mismo tamaño que las de hormigón. (F)
• El tamaño de las probetas está definido por las normas IRAM. (V)
• Si se suspende el ensayo durante el periodo de fluencia, la probeta vuelve a su tamaño normal. (F)
• Un ensayo de tracción dura varios días. (F)
• Durante el periodo elástico, las tensiones y las deformaciones guardan una relación lineal. (V)
• Las deformaciones durante el periodo elástico no son permanentes. (V)
• La tensión de rotura siempre es menor que la de fluencia. (F)
• La tensión admisible de un material coincide con la tensión de rotura. (F)
• La tensión admisible es la misma para todos los materiales. (F)
• A menor área, mayor tensión. (V)
• La tensión puede medirse en kN. (F)
• La deformación específica es una magnitud adimensional. (V)
• A mayor tensión, mayor deformación. (V)
• Cuanto mayor es el número E, mejor es el comportamiento del material. (V)
• Un material es frágil cuando su periodo de fluencia es muy corto o no existe. (V)
• Un material es dúctil cuando rompe con preaviso. (V)
• El coeficiente de seguridad es el mismo para todos los materiales. (F)
• El coeficiente de seguridad es fijado por el profesional que realiza cada cálculo. (F)