Propiedades Mecánicas y Procedimientos de Ensayos Destructivos

Fundamentos de los Ensayos Mecánicos

1. Ensayos Destructivos

Son aquellos que, mediante la rotura de la pieza a ensayar, permiten obtener la información técnica adecuada sobre el comportamiento del material.

2. Objetivo del Ensayo de Tracción

Es uno de los ensayos más importantes en ingeniería. Tiene como objetivo determinar la resistencia de un material a la deformación ante esfuerzos axiales.

3. Aplicación de la Fuerza en el Ensayo de Tracción

Se aplica una fuerza en los extremos de la pieza de forma que el material se estira progresivamente hasta llegar al punto de rotura.

4. La Probeta

Es la pieza de material con dimensiones normalizadas que se utiliza para realizar el ensayo.

5. Elasticidad

Es la propiedad de un cuerpo de recuperar su forma original una vez que cesa la fuerza que lo deformaba.

6. Plasticidad

Es la propiedad de un material de ser trabajado y conservar una nueva forma tras sufrir una deformación permanente.

7. Alargamiento

Es el incremento de longitud sufrido por el material cuando ha sido sometido al esfuerzo de tracción en el momento exacto de la rotura.

8. Alargamiento Unitario

Es la relación existente entre el alargamiento total de una pieza y su longitud inicial.

9. Estricción

Es el valor máximo de la reducción de la sección transversal de la probeta en la zona donde se produce la rotura por tracción.

10. Resiliencia

Es el trabajo absorbido por un material cuando este se rompe debido a un golpe seco o impacto.

11. Tenacidad

Es la energía de deformación total que es capaz de absorber un material antes de alcanzar la rotura definitiva.

12. Ensayo de Resiliencia o Charpy

Consiste en romper, mediante un golpe seco con un péndulo, una probeta del material que se desea analizar para medir su fragilidad.

13. Ensayo de Compresión

Mide la resistencia que opone un cuerpo a ser comprimido, evaluando la disminución de volumen que experimenta un material cuando se somete a fuerzas opuestas convergentes.

Resolución de Ejercicios Prácticos

14. Cálculo del Esfuerzo de Tracción

Enunciado: Calcula el esfuerzo de tracción que realiza un peso de 500 kg colocado al extremo de una barra de sección redonda de 10 mm de diámetro.

• Sección (S) redonda: π × r² = π × 5² = 78.54 mm²
• Esfuerzo (σ): 500 kg / 78.54 mm² = 6.36 kg/mm²

15. Cálculo de Alargamiento en Hilo de Acero

Enunciado: ¿Cuánto se alargará un hilo de acero de 30 cm si lo sometemos a una fuerza de tracción de 25 kg, con una sección de 6 mm² y un coeficiente α = 0.005?

• Fórmula: ΔL = α × (F × L₀ / S)
• Cálculo: ΔL = 0.005 × (25 × 300 mm / 6 mm²) = 6.25 mm

16. Determinación de Resiliencia con Entalladura

Enunciado: Determina la resiliencia de un material del que hemos obtenido una probeta de 10x10 mm de lado, con un corte central de 4 mm como entalladura de ruptura. El trabajo absorbido en el momento de la ruptura es de 10 kg·m.

• Sección total: 10 × 10 = 100 mm²
• Sección neta (S): 10 × (10 - 4) = 60 mm² = 0.6 cm²
• Resiliencia (R): 10 kg·m / 0.6 cm² = 16.67 kg·m/cm²

17. Cálculo de Resiliencia mediante Péndulo Charpy

Enunciado: Calcula la resiliencia de un material sometido a un ensayo Charpy con un péndulo de 10 kp, siendo la altura de caída de 200 mm. La altura del péndulo después de la ruptura es de 54 mm. La probeta tiene unas dimensiones de 7x7 mm.

• Datos:
  • Peso (P): 10 kg
  • Altura inicial (H): 200 mm = 0.2 m
  • Altura final (h): 54 mm = 0.054 m
  • Sección (S): 7 × 7 = 49 mm² = 0.49 cm²
• Trabajo absorbido (W): P × (H - h) = 10 × (0.2 - 0.054) = 1.46 kg·m
• Resiliencia (R): W / S = 1.46 / 0.49 = 2.98 kg·m/cm²