En este objeto de aprendizaje se explica la prueba de tensión y la interpretación de sus resultados.
Pruebas mecánicas a los materiales
Prueba de tensión
La tensión es una fuerza que jala o tira de un material, provocando un estiramiento. Cuando esto sucede, el material puede recobrar su forma original o romperse si es que se ha superado su límite elástico.
La prueba de tensión ya ha sido presentada en la unidad anterior, mediante la gráfica de esfuerzo-deformación. Ésta consiste en la aplicación de una tensión axial a una muestra calibrada de material, llamada probeta, que al irse incrementando deforma la probeta hasta el punto de romperla. En cada momento se realiza la medición de la deformación y se grafica contra el esfuerzo aplicado.
A través de la gráfica se puede determinar el límite de carga para el cual el material se sigue comportando elástico (esfuerzo de cedencia) y se determina también el esfuerzo de ruptura, que es el máximo esfuerzo que puede aplicarse a la probeta antes de romperla. La prueba de tensión es importante para determinar los límites de esfuerzo de trabajo a los que se podría llevar a una estructura de manera segura.
Es importante señalar que la prueba se realiza a temperatura ambiente, o a una temperatura fija controlada, por lo que los niveles medidos son válidos para dicha temperatura. Otras pruebas como la de termofluencia, son realizadas para conocer el comportamiento del material ante variaciones de temperatura.
Vale la pena recordar las cuatro etapas que podemos verificar de la gráfica esfuerzo-deformación, producto de la prueba de tensión. De menor a mayor deformación tenemos, para elementos dúctiles:
Etapa elástica, donde se considera que el material absorbe la energía de la tensión de manera elástica, obedeciendo la ley de Hooke, con una deformación no permanente, por lo que esta etapa de la gráfica es una línea recta de pendiente E, a su vez llamada módulo de Young.
Etapa de deformación plástica o cedencia, donde se presenta la mayor deformación en relación a la variación de esfuerzo, la probeta sufre un encuellamiento en esta etapa, y la deformación a partir de este punto, es permanente.
Endurecimiento por deformación, al llegar a cierto límite de deformación, el material presenta una resistencia mayor a la deformación, debido a un reacomodo en su estructura.
Etapa de estricción, dado que ciertas zonas de la probeta se deforman más que otras, existen secciones de área transversal más pequeñas, que con un esfuerzo menor se pueden seguir deformando hasta la ruptura.
En el caso de materiales frágiles, la curva consiste sólo en la parte elástica, y al pasar a la etapa plástica, inmediatamente el material falla.
Ley de Hooke
La ley de Hooke que establece que el esfuerzo es proporcional a la deformación:
donde la constante de proporcionalidad E es conocida como el módulo de Young. El máximo valor de esfuerzo que cumple esta relación es también llamado límite de proporcionalidad. A partir de la ley de Hooke podemos despejar la deformación unitaria y sustituir la definición de esfuerzo
luego ponemos la deformación en función de la deformación unitaria, tendremos
y al sustituir el valor de la deformación unitaria obtenido, tenemos
que es una formulación común para encontrar la longitud que se alargará la pieza (o comprimirá, si es el caso) .
