Fundamentos de Esfuerzos Mecánicos y Ensayos de Tracción en Materiales Industriales

Fundamentos de Esfuerzos Mecánicos en Sólidos

La constitución de la materia de los sólidos presupone un estado de equilibrio entre las fuerzas de atracción y repulsión de sus elementos constituyentes (cohesión). Al actuar fuerzas exteriores, se rompe el equilibrio interno y se modifican la atracción y la repulsión, generándose por lo tanto una fuerza interna que tenderá a restaurar la cohesión. Cuando este proceso no ocurre, el material se rompe.

Clasificación de Esfuerzos

1. Esfuerzos Normales

Las fuerzas exteriores son de igual magnitud, dirección y sentido contrario, actuando según el eje del material.

• Tracción: Las fuerzas tienden a estirar el material.
• Compresión: Las fuerzas tienden a aplastar el material.
• Flexión: Tiene lugar cuando se producen pares de fuerzas perpendiculares al eje, que provocan el giro de las secciones transversales con respecto a las inmediatas.

2. Esfuerzos Tangenciales

• Torsión: Se origina por efecto de pares que actúan sobre los ejes de las secciones transversales, produciendo el giro de las mismas en sus planos.
• Corte (Cizalladura): Las fuerzas actúan normales al eje del cuerpo, desplazando entre sí las secciones inmediatas.

El Ensayo de Resistencia a la Tracción

El ensayo de tracción es el más frecuentemente realizado en los materiales que se emplean para la constitución de máquinas, porque suministra las propiedades más importantes necesarias para formar juicio sobre el material.

Procedimiento del Ensayo

Durante el ensayo, la probeta, provista de extremos con espaldillas de apoyo, es colgada en la máquina de tracción y se va alargando paulatinamente, determinándose al mismo tiempo los esfuerzos que señala la máquina. Es crucial observar la forma de la probeta al inicio, al momento de llegar a la carga máxima y luego de la ruptura.

Estudio de la Tracción y Seguridad

Ninguna construcción debe estar sometida a cargas que sobrepasen el límite elástico para contar con un margen de seguridad que permita afrontar cualquier contingencia imprevista.

Características de la Probeta

• Son generalmente barras de sección rectangular, o pueden tomarse de un producto a ensayar, por ejemplo, un trozo de varilla.
• Sus extremidades son de mayor sección para facilitar la fijación de la probeta a la máquina de tracción.
• En las probetas se hacen dos marcas entre las cuales se mide la longitud $L$.

Realización de los Ensayos

Los ensayos de tracción, compresión y flexión pueden realizarse con una Máquina Universal Amster o similar, cuyo émbolo produce tracciones, compresiones y flexiones a voluntad, aplicando las cargas deseadas a la probeta colocada y sujeta en la máquina por medio de mordazas adecuadas.

Leyes de Hooke y Módulo de Elasticidad

Las Leyes de Hooke describen el comportamiento elástico de los materiales:

1. Todo esfuerzo ejercido sobre un cuerpo lo deforma.
2. La deformación es proporcional al esfuerzo mientras persiste la deformación.
3. Recíprocamente, todo cuerpo deformado ejerce un esfuerzo mientras persiste la deformación, siendo el esfuerzo proporcional a esta.

Fórmula del Módulo Elástico (E)

El módulo de elasticidad (o Módulo de Young) se define por la relación entre el esfuerzo y la deformación dentro del límite elástico. Aunque la notación original es confusa, se presenta la relación fundamental: