Comportamiento Mecánico de Materiales: Fundamentos del Ensayo de Tensión
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Introducción al Ensayo de Tensión Uniaxial
El ensayo de tensión se realiza en una máquina universal y la operación consiste en someter una probeta a una carga monoaxial gradualmente creciente hasta que ocurra la falla. Para los metales se utiliza una probeta de sección redonda, y para láminas y placas, una probeta plana.
Conceptos Fundamentales en Mecánica de Materiales
Esfuerzo Axial (Tensión Normal)
El esfuerzo axial o tensión normal (Q) en la probeta se calcula dividiendo la carga (N) entre el área de la sección transversal (A).
Q = N / A
Deformación Específica (Deformación Unitaria)
La deformación específica (ε) se determina a partir del alargamiento medido (ΔL) entre las marcas de calibración, al dividir ΔL entre la longitud calibrada (L₀).
ε = ΔL / L₀
Diagrama Esfuerzo-Deformación: Comportamiento del Material
Después de realizar una prueba de tensión y de establecer el esfuerzo y la deformación, se puede trazar un diagrama esfuerzo-deformación. Tal diagrama es característico del material y proporciona información importante sobre las propiedades mecánicas y el comportamiento típico de un material.
Ley de Hooke y Módulo de Elasticidad
La relación lineal entre el esfuerzo y la deformación puede expresarse mediante la ecuación:
Q = E * ε
Donde E es una constante de proporcionalidad conocida como el módulo de elasticidad del material. El módulo de elasticidad es la pendiente del diagrama esfuerzo-deformación en la región linealmente elástica y su valor depende del material particular que se utilice.
Comportamiento Post-Elástico
Al incrementar la carga más allá del límite de proporcionalidad, la deformación empieza a aumentar más rápidamente para cada incremento en esfuerzo.
Propiedades Mecánicas Clave
Ductilidad
La ductilidad de un material a tensión puede caracterizarse por su alargamiento total y por la disminución de área en la sección transversal donde ocurre la fractura.
Reducción Porcentual de Área (Estricción)
La reducción porcentual de área mide el valor de la estricción que se presenta:
RA = ((A₀ - Af) / A₀) * 100
Donde A₀ es el área original de la sección transversal y Af es el área final en la sección de la fractura.
Tensión Admisible
La tensión admisible es la tensión máxima permitida en la vida útil de un elemento estructural. Para tensiones inferiores al límite de proporcionalidad, el material puede ser considerado perfectamente elástico; por encima de ese límite, parte de la deformación se conserva al descargar la barra, es decir, se presentan deformaciones permanentes.
Qadm = Qfluencia