Caracterización de Materiales: Fundamentos del Ensayo de Tracción y el Diagrama Tensión-Deformación

Ensayos de Tracción: Fundamentos y Metodología

El ensayo de tracción consiste en someter una probeta normalizada a un esfuerzo de tracción creciente hasta que se produce su rotura. Durante el proceso, se cuantifica la tensión aplicada y la deformación producida.

Conceptos Básicos de Esfuerzo y Deformación

• Tensión (σ): Es la fuerza capaz de soportar un cuerpo por unidad de superficie.
• Deformación Unitaria (ε): Es el alargamiento de una varilla respecto a la longitud inicial, debido a la aplicación de una fuerza. Se mide en tanto por uno o tanto por ciento.

El Diagrama de Tracción (Curva Tensión-Deformación)

Con una máquina de tracción (mecánica o hidráulica) se somete a una muestra o probeta a una tensión de tracción creciente hasta romperla. La máquina cuantifica la tensión aplicada y la deformación producida.

Zonas Clave del Diagrama de Tracción

Al analizar los datos obtenidos, se diferencian las siguientes zonas:

• Zona Elástica (OE): Cuando los esfuerzos cesan, el material recupera su estado inicial.
• Zona Proporcional (OP): Las deformaciones son proporcionales a los esfuerzos que las producen. En esta zona se cumple la Ley de Hooke y se puede calcular el Módulo de Elasticidad o Módulo de Young.
• Zona No Proporcional (PE): Las deformaciones no son permanentes, pero no existe una relación proporcional entre los esfuerzos y las deformaciones.
• Zona Plástica (ES): Cuando cesa la fuerza, la deformación permanece (deformación permanente).
• Zona Límite de Rotura (ER): El material sufre grandes deformaciones hasta llegar a la rotura interna (R). En ese punto, el material se considera roto, aunque no se haya producido la fractura visual.
• Zona de Rotura (RS): El material sigue alargándose hasta llegar a la rotura física y visual.

Particularidades del Diagrama del Acero (Zona de Fluencia)

En el acero (y en otros materiales) existe una zona llamada Zona de Fluencia (F), donde se produce un alargamiento muy rápido sin que varíe significativamente la tensión aplicada. Este fenómeno se da justo después del límite elástico.

Tensión Máxima de Trabajo y Criterios de Seguridad

La tensión máxima de trabajo es el límite de carga que la normativa establece para someter una pieza, asegurando que el material trabaje en condiciones de seguridad. Para ello, deben cumplirse los siguientes criterios:

• El material no debe sufrir deformaciones plásticas.
• El material debe trabajar en la zona elástica de proporcionalidad, cumpliendo la Ley de Hooke.
• Se debe contar con un margen de seguridad, previendo la posible aparición de fuerzas imprevistas.

La tensión máxima de trabajo se calcula normalmente en función de la tensión de rotura.