Introducción
El ensayo normal
a la tensión se emplea para obtener varias
características y resistencias
que son útiles en el diseño.
El uso de los materiales en
las obras de ingeniería hace necesario el
conocimiento de las propiedades físicas de aquellos, y
para conocer estas propiedades es necesario llevar a cabo
pruebas que
permitan determinarlas. Organismos como la ASTM (American Society
for Testing and Materials) en Estados Unidos, o
el ICONTEC en Colombia, se
encargan de estandarizar las pruebas; es decir, ponerles límites
dentro de los cuales es significativo realizarlas, ya que los
resultados dependen de la forma y el tamaño de las
muestras, la velocidad de
aplicación de las cargas, la temperatura y
de otras variables.
Todos los materiales metálicos
tienen una combinación de comportamiento
elástico y plástico
en mayor o menor proporción.
Todo cuerpo al soportar una fuerza
aplicada trata de deformarse en el sentido de
aplicación de la fuerza. En el caso del ensayo de
tracción, la fuerza se aplica en dirección del eje de ella y por eso se
denomina axial, la probeta se alargara en dirección de su
longitud y se encogerá en el sentido o plano
perpendicular. Aunque el esfuerzo y la deformación ocurren
simultáneamente en el ensayo, los
dos conceptos son completamente distintos.
A escala
atómica, la deformación elástica
macroscópica se manifiesta como pequeños cambios en
el espaciado interatómico y los enlaces
interatómicos son estirados. Por consiguiente, la magnitud
del módulo de elasticidad
representa la resistencia a la
separación de los átomos contiguos, es decir, a las
fuerzas de enlace interatómicas.A escala atómica,
la deformación plástica corresponde a la rotura de
los enlaces entre átomos vecinos más
próximos y a la reformación de éstos con
nuevos vecinos, ya que un gran número de átomos o
moléculas se mueven unos con respecto a otros; al eliminar
la tensión no vuelven a sus posiciones
originales.
Desarrollo
La curva usual Esfuerzo –
Deformación (llamada también convencional,
tecnológica, de ingeniería o nominal), expresa
tanto el esfuerzo como la deformación en términos
de las dimensiones originales de la probeta, un procedimiento muy
útil cuando se está interesado en determinar los
datos de
resistencia y ductilidad para propósito de diseño
en ingeniería.
Para conocer las propiedades de los
materiales, se efectúan ensayos para
medir su comportamiento en distintas situaciones. Estos ensayos
se clasifican en destructivos y no destructivos. Dentro de los
ensayos destructivos, el más importante es el ensayo de
tracción.
La curva Esfuerzo real – Deformación
real (denominada frecuentemente, curva de fluencia, ya que
proporciona el esfuerzo necesario para que el metal fluya
plásticamente hacia cualquier deformación dada),
muestra
realmente lo que sucede en el material. Por ejemplo en el caso de
un material dúctil sometido a tensión este se hace
inestable y sufre estricción localizada durante la
última fase del ensayo y la carga requerida para la
deformación disminuye debido a la disminución del
área transversal, además la tensión media
basada en la sección inicial disminuye también
produciéndose como consecuencia un descenso de la curva
Esfuerzo – Deformación después del punto de carga
máxima. Pero lo que sucede en realidad es que el material
continúa endureciéndose por deformación
hasta producirse la fractura, de modo que la tensión
requerida debería aumentar para producir mayor
deformación. A este efecto se opone la disminución
gradual del área de la sección transversal de la
probeta mientras se produce el alargamiento. La estricción
comienza al alcanzarse la carga máxima.
Diagrama esfuerzo-deformación
obtenido a partir del ensayo normal a la tensión de una
manera dúctil. El punto P indica el límite de
proporcionalidad; E, el límite elástico Y, la
resistencia de fluencia convencional determinada por corrimiento
paralelo (offset) según la deformación seleccionada
OA; U; la resistencia última o máxima, y F, el
esfuerzo de fractura o ruptura.
El punto P recibe el nombre de
límite de proporcionalidad (o límite
elástico proporcional). Éste es el punto en que la
curva comienza primero a desviarse de una línea recta. El
punto E se denomina límite de elasticidad (o límite
elástico verdadero). No se presentará ninguna
deformación permanente en la probeta si la carga se
suprime en este punto. Entre P y E el diagrama no
tiene la forma de una recta perfecta aunque el material sea
elástico. Por lo tanto, la ley de Hooke, que
expresa que el esfuerzo es directamente proporcional a la
deformación, se aplica sólo hasta el límite
elástico de proporcionalidad.
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