Ensayo de Tracción

Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza pequeña que trata de deformarlo se produce una deformación elástica, que se recupera al desaparecer esa fuerza. Pero superado un cierto valor, la deformación que sufre el cilindro es permanente, o plástica.

La respuesta de un material ante la deformación está influenciada por la relación entre la fuerza aplicada y el tamaño del objeto. Por lo tanto, no se analiza la fuerza sino ésta dividida entre el área que debe soportarla. A este valor se le denomina esfuerzo, y la unidad del Sistema Internacional es el N/m² o Pa (pascal), un valor muy pequeño, por lo que es más corriente su múltiplo el MPa o el kp/mm²:

Asímismo, la deformación que sufre el material debe ser considerada en relación con la longitud total del objeto, y se analiza la deformación unitaria, ε, obtenida al dividir la deformación total entre la longitud del objeto. A veces se habla de elongación como el tanto por ciento de deformación, y que se obtiene al multiplicar la deformación unitaria por 100:

Con estas premisas, el ensayo de tracción de un material consiste en someter un cilindro o una placa con dimensiones normalizadas de ese material a un estiramiento creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Con ésto se obtienen gráficas como la del dibujo, de un ensayo de tracción, en el que se observan varias zonas características de los materiales elásticos:

1 - Es la zona elástica del material hasta un esfuerzo denominado límite elástico (LE). En buena parte de la curva se mantiene la proporcional y a la pendiente de la curva se le llama módulo elástico o módulo de Young. La recta responde a una ecuación llamada Ley de Hooke: 2 - Esta es también una zona elástica, aunque en ella no se cumple la proporcionalidad. 3 - Esta zona se denomina de fluencia, en la que el material cede sin apenas aumentar el esfuerzo, el cual recibe el nombre de esfuerzo de fluencia (LF). Es el incio de las deformaciones plásticas. 4 - Cuando se sigue aumentando el esfuerzo de tracción el material sigue alargandose de forma plástica. Al desaparecer el esfuerzo, aunque el material deja de estar estirado, no recupera su tamaño original y se queda deformado permanentemente. 5 - A partir de un cierto límite llamado esfuerzo de rotura (LR) el estiramiento es tan grande que se produce la estricción de la sección, es decir, el material adelgaza, y acaba rompiéndose.

Los diseños técnicos se realizan para que las piezas trabajen siempre en la zona elástica. Incluso se trabaja con un coeficiente de seguridad n, que limita un esfuerzo máximo de trabajo σ_T:

Ya sabemos que cuando se somete un material a un esfuerzo superior al límite de fluencia, éste se estira, y al desaparecer la fuerza, aunque el material deja de estar estirado, no recupera su tamaño original y se queda deformado permanentemente. Si ahora se vuelve a cargar ese material, resulta que su límite elástico es el valor del esfuerzo alcanzado anteriormente. A este efecto se le denomina provocar acritud en el material, y es una forma de mejorar sus propiedades.

Cuando se alarga un metal por efecto de la tracción, a la vez sufre un estrechamiento que se puede calcular mediante el volumen de la pieza:

V = S₀ · l₀

volumen que se mantiene cuando la pieza se alarga y se estrecha. Por este motivo, en la expresión del esfuerzo sería aconsejable indicar que se usa la sección inicial S₀, aunque las ínfimas variaciones de la misma hacen despreciable ser tenidas en cuenta para los cálculos.

Sin embargo, como se puede ver en la animación, en la rotura sí se produce un estrechamiento considerable. Al igual que ocurría con la deformación unitaria ε, se puede analizar el valor de estricción como la diferencia de secciones en relación con la sección original:

Estricción = (S₀ - S_ROTURA ) / S₀