ENSAYO DE TRACCION

El ensayo de tracción consiste en someter a una muestra denominada probeta, normalizada, a un esfuerzo de tracción creciente hasta que se produce la rotura de esta con una fuerza estática aplicada lentamente.

Por las condiciones de ensayo, el de tracción estática es el que mejor determina las propiedades mecánicas de los metales, o sea aquella que definen sus características de resistencia y deformabilidad.

El ensayo se realiza alargando una probeta de geometría normalizada, con una longitud inicial Lo, que se ha amarrado entre las mordazas de una máquina, según el esquema que se muestra a continuación. Una de las mordazas de la máquina esta unida al cabezal móvil y se desplaza respecto a la otra con velocidad constante, durante la realización del ensayo. Las máquinas de ensayo disponen de sistemas de medida, células de carga y extensómetros, que permiten registrar la fuerza aplicada y la deformación producida mientras las mordazas se están separando.

Los datos de estos ensayos de grafican, los cuales nos permiten deducir sus puntos y zonas características, dichos gráfico en la actualidad se obtiene directamente de la máquina.

Requerimientos para probetas de ensayo.

Ciertos requerimientos fundamentales pueden establecerse y ciertas formas de probeta se acostumbran a usar para tipos particulares de ensayos. La sección transversal de la probeta es redonda, cuadrada o rectangular. Para los metales, si una pieza de suficiente grueso puede obtenerse de manera sencilla, se usa habitualmente una probeta redonda; para láminas y placas se emplea una probeta plana.

La porción central del tramo es usualmente, pero no siempre, de sección menor que los extremos para provocar que el fallo ocurra en una sección donde los esfuerzos no resulten afectados por los dispositivos de sujeción. Se define como tramo de calibración aquel sobre el cual se toman las mediciones de alargamiento o extensómetro.

La forma de los extremos debe de ser adecuada al material, y se ha de ajustar al dispositivo de sujeción a emplear. Los extremos de las probetas redondas pueden ser simples, cabeceados o roscados. La relación entre el diámetro o ancho del extremo, y, el diámetro de la sección reducida ha de valorarse en materiales quebradizos para evitar la rotura debida al esfuerzo axial y los esfuerzos debidos a la acción de las mordazas.

Una probeta debe de ser simétrica con respecto a un eje longitudinal durante toda su longitud para evitar la flexión durante la aplicación de carga.

Propiedades más importantes que se pueden medir en la curva tensión deformación:

Modulo elástico.

El tramo inicial de la curva, que generalmente es recto, da información del comportamiento elástico del material, es decir, sobre la relación entre esfuerzos y deformaciones cuando estas son recuperables. La pendiente del tramo inicial de la curva es una medida de rigidez del material. Dos piezas, con la misma geometría, sometidas a la misma solicitación mecánica y fabricadas con diferentes materiales, aquella con mayor modulo será la que presente menores deformaciones.

El límite elástico.

Es la tensión mínima que hay que aplicar para que aparezcan deformaciones permanentes en el material. Se define el límite elástico convencional, como el esfuerzo necesario para provocar una deformación plástica predefinida. Esta propiedad juega un papel de gran importancia en el proyecto mecánico, porque en la gran mayoría de las ocasiones, las piezas se calculan para que no sufran deformaciones permanentes en servicio y, en consecuencia,

se debe garantizar que las tensiones que actúan cuando la pieza trabaja no superan el límite elástico.

La resistencia a la tracción

Coincide con el valor máximo del esfuerzo y es la tensión que hay que aplicar para que se produzca la rotura de la probeta en las condiciones del ensayo. La deformación es uniforme, pero al alcanzar esta tensión comienza a desarrollarse un cuello en la probeta. La reducción localizada de sección hace que la tensión que actúa en esa sección crezca localmente lo que provoca un nuevo aumento del alargamiento en la zona del cuello con la consiguiente caída de la tensión nominal. Este proceso continua hasta que la sección no es capaz de seguir deformándose y se produce la fractura. La carga de rotura es una propiedad que también se puede utilizar para el cálculo de piezas que trabajan sometidas a esfuerzos aunque, en la actualidad, se tiende a emplear preferentemente el límite elástico.

El alargamiento a la rotura

Es la extensión que presenta la probeta tras el fallo. Esta propiedad es una medida indirecta de la ductilidad del material. Un alargamiento a la rotura elevado es una propiedad deseable porque los materiales con esta propiedad admiten deformaciones plásticas importantes, cuya observación, en muchas ocasiones, permite adoptar medidas correctoras con anterioridad a la fractura. Además, el alargamiento a la rotura es también un indicador de la capacidad del material para ser conformado por deformación a la temperatura de ensayo.

La estricción.

Es la relación entre las áreas de las secciones rectas de rotura e inicial. La estricción está relacionada con el alargamiento a la rotura de modo que cuando este crece, aquella aumenta.

En la figura arriba se muestra una curva típica de la deformación unitaria ε con respecto al esfuerzo aplicado σ.

Al principio del estiramiento la deformación es proporcional al esfuerzo y se cumple la validez de la Ley de Hooke. Esto ocurre hasta que el esfuerzo aplicado alcanza un valor llamado límite de proporcionalidad (σpr). Si el material es sometido hasta este valor de esfuerzo, al suprimir el mismo, el material retoma su forma original sin sufrir desformación permanente.

Las máquinas

Se utilizan maquinarias para llevar a cabo los ensayos de tracción, estas disponen de un conjunto muy amplio de accesorios que permiten la aplicación de solicitaciones de diferente naturaleza y la realización de ensayos de muchos otros tipos como, por ejemplo, compresión, flexión, plegado, cortadura, etc. Por esta razón estos equipos se conocen con el nombre de máquinas universales de ensayo o dinamómetros universales. Si bien estas pruebas son fundamentales en ocasiones para seleccionar el material adecuado a cierta aplicación o como método de control de calidad, su empleo es mucho menos frecuente que el del ensayo de tracción.

ENSAYO DE COMPRESION

La compresión es una presión que tiende a causar una reducción de volumen. Cuando se somete un material a una fuerza de flexión, cizalladura o torsión, actúan simultáneamente fuerzas de tensión y de compresión. Por ejemplo, cuando se flexiona una varilla, uno de sus lados se estira y el otro se comprime. La fatiga puede definirse como una fractura progresiva. Se produce cuando una pieza mecánica está sometida a un esfuerzo repetido o cíclico, por ejemplo una vibración. Aunque el esfuerzo máximo nunca supere el límite elástico, el material puede romperse incluso después de poco tiempo. En algunos metales, como las aleaciones de titanio, puede evitarse la fatiga manteniendo la fuerza cíclica por debajo de un nivel determinado. En la fatiga no se observa ninguna deformación aparente, pero se desarrollan pequeñas grietas localizadas que se propagan por el material hasta que la superficie eficaz que queda no puede aguantar el esfuerzo máximo de la fuerza cíclica. El conocimiento del esfuerzo de tensión, los límites elásticos y la resistencia de los materiales a la plasto deformación y la fatiga son extremadamente importantes en ingeniería.

Los ensayos de compresión-deformación se realizan si las fuerzas que operan en servicio son de este tipo. Un ensayo de compresión se realiza de forma similar a un ensayo de tracción, es decir, se deforma una probeta con una carga de compresión que aumenta gradualmente y que es aplicada uniaxialmente a lo largo del eje de la probeta.

Generalmente la sección de la probeta es circular, pero también se utilizan probetas de sección rectangular. Al aplicar la fuerza compresiva a la probeta, esta se contraerá a lo largo de la dirección de la fuerza. El esfuerzo de compresión se calculará mediante la siguiente fórmula:

σ = F/A0

Siendo σ la tensión nominal cuyas unidades son libras fuerza por pulgada cuadrada (lbf / pulg2) o bien megapascales (MPa = 106 N /m2), F la carga instantánea aplicada perpendicularmente a la sección de la probeta, en unidades de newtons (N) o libras fuerza (lbf), y Ao es el área de la sección original antes de aplicar la carga (m2 o pulg2).

ENSAYO DE TORSION

Torsión se puede definir como la deformación helicoidal que sufre un cuerpo cuando se le aplica un par de fuerzas (sistema de fuerzas paralelas de igual magnitud y sentido contrario). La torsión se puede medir observando la deformación que produce en un objeto un par determinado. Por ejemplo, se fija un objeto cilíndrico de longitud determinada por un extremo, y se aplica un par de fuerzas al otro extremo; la cantidad de vueltas que dé un extremo con respecto al otro es una medida de torsión. Los materiales empleados en ingeniería para elaborar elementos de máquinas rotatorias, como los cigüeñales y árboles motores, deben resistir las tensiones de torsión que les aplican las cargas que mueven.

ENSAYO DE PANDEO

En las piezas en las que la dimensión longitudinal es mucho mayor que el diámetro ocurre que sometidas a esfuerzos de compresión en la dirección del eje no se rompen por aplastamiento, si no que se doblan lateralmente y se rompen con cargas muy inferiores a las que les correspondería por su sección y resistencia a la compresión.

Los miembros de gran longitud, como las columnas, están sometidas a fuerzas de compresión axial, debido a esto sufren una deflexión lateral denominada pandeo.

En un modelo ideal de columna el pandeo no existiría, sin embargo en la realidad hay algunas causas que determinan el pandeo como son irregularidades en la forma, en la estructura, excentricidad de la carga respecto al centro geométrico y pequeña flexión del eje.

La carga axial que da inicio a la inestabilidad por pandeo se conoce como carga crítica de pandeo. Para el análisis de la carga crítica se considera que la barra está articulada en ambos extremos. Se toma como referencia un elemento estructural con una longitud L, de sección constante A e inercia I, constituido por un material cuyo módulo de elasticidad es E, al elemento mencionado se lo somete a una carga axial de compresión, a diferencia del ensayo de flexión el material en estudio debe ser una placa muy fina para que no intervenga otro tipo de resistencia al material, como la propia flexión o fuerzas de corte. Este tipo de ensayo no tiene una utilidad imprescindible en la construcción de máquinas, no obstante puede resultar determinante para otras piezas. Los ensayos se realizan en la máquina universal AMSLER.

ENSAYOS DE FLEXION

La flexión nos sirve para comprobar las deformaciones de los materiales en deformación simple. La condición es que el material no sobrepase nunca sus tensiones máximas de flexión.

Es un ensayo complementario del de tracción para algunos materiales, ya que sólo se realiza en piezas que van a ser sometidas a esfuerzos de flexión. Las probetas son cilíndricas y rectangulares normalmente, aunque también puede realizarse sobre probetas cuadradas. Los miembros que soportan cargas perpendiculares a sus ejes longitudinales se llaman vigas. Debido a las cargas aplicadas, las vigas desarrollan un momento flexionante que varia punto a punto a lo largo del eje de la viga.

El ensayo consiste en someter las probetas apoyadas libremente por los extremos a un esfuerzo aplicado en el centro o dos iguales aplicados a la misma distancia de los apoyos. Normalmente el ensayo se realiza colocando dos rodillos con la separación L=20d, siendo “d” el diámetro de la probeta.

Como convenio tomamos el signo del momento flexionante positivo si este genera compresión en las fibras superiores de la viga. La formula de la flexión que sirve para calcular el esfuerzo normal es la siguiente: Donde σ es el esfuerzo normal, M es el momento interno resultante, I es el momento de inercia y c distancia perpendicular desde el eje neutro (es el eje de la barra que no experimenta un cambio de longitud) al punto donde estamos calculando el esfuerzo.

σ = Mc/I

Para el ensayo de flexión sometemos una barra a presión sin que falle por pandeo o por corte antes de llegar a su máxima resistencia por flexión, para que esto suceda la viga bajo ensayo no debe ser demasiado corta con respecto al peralte ni tampoco demasiado largo.

INTRODUCCION

La selección de los materiales se hace en función de las exigencias que se planteen para un determinado uso; materiales muy aptos para una aplicación pueden ser completamente inútiles para otra. Por tanto, antes de seleccionar un material es preciso plantear qué se espera de él en su utilización. Para ello es importante conocer su utilización y determinar qué propiedades se requieren para que el material presente una respuesta adecuada.

Dependiendo del tipo de aplicación, presentarán más importancia unas propiedades que otras, y entre las propiedades a considerar figuran las mecánicas, químicas, térmicas, eléctricas y ópticas. Entre las propiedades mecánicas hay algunas cuya característica es de importancia fundamental, mientras que otras responden a acciones (comportamiento frente a acciones) muy específicas que aparecen en casos muy concretos. En cualquier caso es necesario poseer un método por el cual podamos presumir en avance qué materiales podrían servir para el uso que estamos buscando y cuáles no.

De estas propiedades de gran interés dan cuenta unos ensayos que están normalizados y resultan por consiguiente de una utilidad fundamental en ingeniería. Los podemos clasificar de la siguiente manera:

Ensayos de Características:

- Químicas. Para determinar la composición de los materiales- Estructurales. Que a su vez tiene las siguientes variantes:

Cristales. Determinar el tipo de cristalizaciónMicroscópicos. Determinar el granoMacroscópicos. Determinar la fibra

- Térmicas. Puntos de fusión Puntos críticos

- Constituyentes. Por ejemplo carburo de…

Ensayos destructivos (E.D.)- Ensayos de propiedades mecánicas

o Estáticos:Durezas Flexión Fluencia CizalladuraTracción Pandeo Compresión

o DinámicosResistencia al choqueDesgasteFatiga

Ensayos tecnológicos: Determinación del comportamiento de los materiales anteOperaciones industriales; cabe destacar entre otros:

- Doblado - Embutición- Plegado - Soldadura

- Forja - Laminación Ensayos No destructivos

- Líquidos penetrantes - Rayos X- Partículas Magnéticas - Rayos Gamma- Corrientes Inducidas - Ultrasonidos- Magnéticos- Sónicos: Es el más utilizado, en este ensayo un material sin grietas tiene un

sonido agudo, si el material tiene grietas el sonido es más grave.

En este trabajo se pretende analizar de manera clara, completa y concisa (pero sin horadar demasiado en detalles y variantes) los ensayos de tracción, torsión, compresión, flexión y pandeo.

OBJETIVO

Dar a conocer los tipos de ensayos aplicables a los materiales para determinar sus características de Tracción, Compresión, Torsión, Pandeo, Flexión.

CONCLUSION

Siempre es importante evaluar las propiedades de los materiales antes de realizar algún proyecto de construcción, etc.

Gracias a la información que nos arrojan los distintos ensayos estudiados podemos concluir que esta investigación nos permitió indagar mas en el tema de las diferentes pruebas que se realizan a muestras, ya sea madera o metales, para determinar sus propiedades. De este modo, evaluar su uso de acuerdo a las respuestas obtenidas.

De ahora en adelante cuando veamos una construcción vial o urbana sabemos que hay o hubo estudios de comportamiento del material utilizado frente a las distintas cargas de estrés que deben soportar las estructuras, ya sea, torsión, compresión, flexión, pandeo o tracción.