ENSAYO DE TRACCIÓN

Ensayo de TracciónIntroducción:

En la mayoría de las ocasiones, los materiales metálicos se emplean con fines estructurales. Es decir, los componentes fabricados con metales deben responder de forma adecuada a determinadas situaciones mecánicas. La expresión de responder de forma adecuada puede entenderse en muy diferentes sentidos. Así, en muchos casos, significa no fallar en servicio, pero en otros como, por ejemplo, un fusible mecánico, puede significar lo contrario.

En múltiples aplicaciones el factor que limita la vida útil de un componente no es su fractura, si no que puede ser cierto grado de desgaste o el desarrollo de una grieta de cierto tamaño. El abanico de posibilidades se abre aun mas cuando se considera la naturaleza de las solicitaciones mecánicas que deben de ser soportadas. Éstas pueden ser constantes en el tiempo o variables, en este último caso, la velocidad de variación puede ser reducida o elevada, pueden actuar de forma localizada o distribuida en el material. Y, en este último caso, la distribución de esfuerzos puede ser uniforme o no.

Todo lo expuesto anteriormente, hay que añadir la que surge de la consideración de otras etapas de la vida de una pieza como, por ejemplo, su conformación. En ciertos procesos de fabricación, se confiere su forma a los productos metálicos por deformación plástica. Para determinar cuáles son las condiciones óptimas de trabajo en estos casos, es necesario conocer cuál es la relación entre los esfuerzos que se aplican y las deformaciones que se producen y cual es la máxima deformación que admite el material sin llegar a romper.

Definición:

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ENSAYO DE TRACCIÓN

Un cuerpo se encuentra sometido a tracción simple cuando sobre sus secciones transversales se le aplican cargas normales uniformemente repartidas y de modo de tender a producir su alargamiento. Las velocidades de deformación en un ensayo de tensión suelen ser muy pequeñas (ε = 10–4 a 10–2 s–1).

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. Permite obtener, bajo un estado simple de tensión, el límite de elasticidad o el que lo reemplace prácticamente, la carga máxima y la consiguiente resistencia estática, en base a cuyos valores se fijan los de las tensiones admisibles o de proyecto y mediante el empleo de medios empíricos se puede conocer, el comportamiento del material sometidos a otro tipo de solicitaciones (fatiga, dureza, etc.). Las velocidades de deformación en un ensayo de tensión suelen ser muy pequeñas (ε = 10–4 a 10–2 s–1).

Cuando la probeta se encuentra bajo un esfuerzo estático de tracción simple a medida que aumenta la carga, se estudia esta en relación con las deformaciones que produce. Estos gráficos, permiten deducir sus puntos y zonas características revisten gran importancia, dicho gráfico se obtiene directamente de la máquina.

El ensayo de tracción en ingeniería es ampliamente utilizado, pues suministra información sobre la resistencia de los materiales utilizados en el diseño y también para verificación de especificaciones de aceptación.

Todos los materiales metálicos tienen una combinación de comportamiento elástico y plástico en mayor o menor proporción.

ELASTICIDAD: es la propiedad de un material en virtud de la cual las deformaciones causadas por la aplicación de una fuerza desaparecen cuando cesa la acción de la fuerza.

PLASTICIDAD: es aquella propiedad que permite al material soportar una deformación permanente sin fracturarse.

"un cuerpo completamente elástico se concibe como uno de los que recobra completamente su forma y dimensiones originales al retirarse la carga". ej: caso de un resorte o hule al cual le aplicamos una fuerza.

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.

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El ensayo de tracción es el que mejor define las “propiedades mecánicas” de los metales sometidos a la acción de cargas estáticas. En un ensayo de tracción pueden determinarse diversas características de los materiales elásticos:

Módulo de elasticidad o Módulo de Young, que cuantifica la proporcionalidad anterior.

Coeficiente de Poisson, que cuantifica la razón entre el alargamiento longitudinal y el acortamiento de las longitudes transversales a la dirección de la fuerza.

Límite de proporcionalidad: valor de la tensión por debajo de la cual el alargamiento es proporcional a la carga aplicada.

Límite de fluencia o límite elástico aparente: valor de la tensión que soporta la probeta en el momento de producirse el fenómeno de la cedencia o fluencia. Este fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones elásticas y plásticas y se caracteriza por un rápido incremento de la deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada.

Límite elástico (límite elástico convencional o práctico): valor de la tensión a la que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.) en función del extensómetro empleado.

Carga de rotura o resistencia a tracción: carga máxima resistida por la probeta dividida por la sección inicial de la probeta.

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Alargamiento de rotura: incremento de longitud que ha sufrido la probeta. Se mide entre dos puntos cuya posición está normalizada y se expresa en tanto por ciento.

Estricción: es la reducción de la sección que se produce en la zona de la rotura.

Tipos de Ensayo de Tracción:

Ensayo de Tracción DirectoEl ensayo a tracción es ampliamente utilizado en ingeniería, ya que permite determinar las propiedades mecánicas de los materiales, es decir sus características de resistencia deformabilidad, y a la vez nos sirve de herramienta para verificar las especificaciones de aceptación o rechazo.Otras características, no menos importantes, que pueden determinarse mediante el ensayo de tracción son la tenacidad, la deformación unitaria de rotura, la tensión máxima y el módulo de rigidez.No obstante, en el campo de las mezclas bituminosas no existe un ensayo estandarizado a tracción directa, que permita determinar estas propiedades mecánicas.

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Ensayo de Tracción IndirectoEl firme se deteriora debido al paso de cargas y a los agentes climáticos. Por ello es necesario saber los parámetros que caracterizan a la; mezcla; bituminosas y definir sus límites de fallo, tanto por fatiga, como por figuración térmica o deformación plástica Por este motivo es importante saber qué ensayos son necesarios para caracterizar a la mezcla y qué análisis se deben realizar a partir de los datos obtenidos.

El ensayo para determinar las características de la mezcla será un compromiso entre la precisión obtenida y lo factible que sea su utilización, con la finalidad de obtener un modelo lo más representativo posible pero a su vez de fácil aplicación considerando la disponibilidad de tiempo, de recursos económico; y equipamientos.

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Configuración de la carga(a) y rotura del ensayo de tracción indirecta (b)

Estudio de la tracción

Ninguna construcción debe estar sometida a cargas que sobrepasen el límite de elasticidad del material de cualquiera de sus partes, mas aún se debe permanecer por debajo de ese límite para contar con un margen de seguridad que permita afrontar cualquier contingencia imprevista.

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Probeta:

- Son generalmente barras de sección regular (normalizadas), o tomarse un tramo del producto a ensayar, por ejemplo un trozo de varilla (industrial).

- Sus extremidades son de mayor sección, para facilitar la fijación de la probeta a la máquina de tracción.

- En las probetas se hacen dos marcas entre las cuales se mide la longitud L (puntos calibrados).

Probetas para tracción

Las probetas para los ensayos de tracción pueden ser: industriales o calibradas; estas últimas, se emplean en experiencias más rigurosas y adoptan formas perfectamente cilíndricas o prismáticas, con extremos ensanchados, no solo para facilitar su sujeción en la máquina de ensayo, sino para asegurar la rotura dentro del largo calibrado de menor sección; en la cual se marcan los denominados “Puntos fijos de referencia” a una distancia inicial preestablecida, que permitirá después de la fractura, juntando los trozos, determinar la longitud final entre ellos.

Probeta de 6 mm de diámetro por los requerimientos técnicos de la máquina Instrom 5567

Maquinas a Tracción Según las Normas:

El ensayo normalizado de tracción es uno de los más básicos en lo que se refiere a la determinación de propiedades de los materiales y evaluación de sus constantes elásticas, tales como: Módulo de Young. Dicho ensayo se puede aplicar a los aceros, aleaciones, maderas, hormigones, plásticos y materiales compuestos. También se puede aplicar este ensayo para medir otras propiedades, tales como: resistencia de soldaduras, uniones.

En las normas ISO 527-1/-2 y ASTM D 638 se especifican los métodos para ensayos de tracción. Ambas normas son técnicamente equivalentes pero no ofrecen resultados completamente comparables ya que las formas de las

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probetas, velocidades de ensayo y la manera de hallar los resultados difieren entre si. A continuación mencionaremos alguna de ellas:

MÁQUINA PARA ENSAYOS A TRACCIÓN:

MODELO: MUED-20/40/60/100-SDC

Las máquinas hidráulicas servocontroladas modelo MUED, están especialmente concebidas para la realización de ensayos a tracción de materiales metálicos y a su vez disponen de una zona de ensayos a compresión y flexión para ensayos de compresión simple, flexión en 3 y 4 puntos, etc.

Su versatilidad le permite ser utilizada en la mayoría de los ensayos normalizados a tracción, compresión y flexión en que existan fuerzas totales por debajo de la capacidad máxima del equipo elegido. Convenientemente dotada de los accesorios necesarios permite ensayar materiales como: barras corrugadas, probetas mecanizadas, probetas soldadas, tornillos, mallas electrosoldadas, etc.

Características más importantes son:

Multiplicidad de tareas.

Marco de ensayos doble zona.

Versatilidad de empleo.

Precisión del control y medidas.

Clase 1 o mejor según ISO 7500

Sistema de control por ordenador.

Software de control modelo F-102W

Automatización de los ensayos con obtención automática de resultados.

Entre la gran variedad de ensayos que este tipo de máquinas pueden realizar podemos destacar las siguientes:

Tracción de materiales metálicos UNE 7474-92. (EN-10002).

MÁQUINA PARA ENSAYOS A TRACCIÓN

MODELO: MT-60-SDC

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Las máquinas hidráulicas servocontroladas modelo MT-60, están especialmente concebidas para la realización de ensayos a tracción de materiales metálicos.

Su versatilidad le permite ser utilizada en la mayoría de los ensayos normalizados a tracción, en que existan fuerzas totales por debajo de 600 kN. Convenientemente dotada de los accesorios necesarios permite ensayar materiales como: barras corrugadas, probetas mecanizadas, probetas soldadas, tornillos, mallas electrosoldadas, etc.

Sus características más importantes son:

Multiplicidad de tareas.

Versatilidad de empleo.

Precisión del control y medidas.

Clase 1 o mejor según ISO 7500

Sistema de control por ordenador.

Software de control modelo F-102W

Automatización de los ensayos con obtención automática de resultados.

Entre la gran variedad de ensayos que este tipo de máquinas pueden realizar podemos destacar las siguientes:

Tracción de materiales metálicos

UNE 7474-92. (EN-10002).

Arrancamiento de mallas

Electrosoldadas UN 36-462

Los dos parámetros de medida (Fuerza y Recorrido) utilizan, para su captación, transductores de aplicación directa.

La indicación es digital en ambos casos y se realiza mediante una conversión A/D de muy alta precisión (16 bits).

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Procedimiento de Ensayo:

Preparando la probeta a ensayar

Antes de comenzar a realizar los ensayos de tracción se deben tomar las respectivas medidas de las probetas indicadas en la figura

Este procedimiento de medición es efectuado con una gran precisión debido a la correcta utilización del "pie de rey", un instrumento de medición de vital importancia para tomar el valor de nuestros datos.

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Para tomar las medidas de nuestras probetas utilizaremos las unidades del sistema métrico internacional (SI) expresando dichas medidas en milímetros (mm).

Es muy importante ser bastante cuidadosos en la toma de estas medidas ya que después de someter las probetas a los ensayos de tracción por medio de la maquina universal, se van a comparar finales, tanto la longitud de la probeta como el diámetro de la misma.

Después de realizar todas las medidas a nuestras probetas, procedemos a efectuar el ensayo de tracción con la probeta número uno (P1) a través de la maquina universal.

Procedimiento en la maquina

1. Se Prepara la máquina para ensayos a tracción: se  colocan los aditamentos correspondientes para sujetar la probeta.

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2. Enrosca la probeta en los respectivos sujetadores, dejando que sobresalgan aproximadamente dos hilos de rosca en cada extremo.

3. Se aplica una pequeña precarga a la probeta hasta que el movimiento de la aguja en el manómetro sea inminente.

4. Se gradúa el indicador (Deformímetro) en "cero".

5. Aplicar carga de una manera continua y lenta y vaya tomando lecturas en el manómetro.

6. Una vez ocurra la falla, retirar las partes de la probeta ensayada, preséntelas y mida el diámetro de la sección de rotura así como la nueva longitud entre los puntos de calibración.

7. Coloque una nueva probeta en la máquina y repita los pasos anteriores.

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