Ensayos de tracción

1. PRÁCTICA 4: ENSAYO DE
TRACCIÓN I Y II
ASIGNATURA: CIENCIA DE MATERIALES
25/10/2018
Jorge Fernández Zorzano

2. 2
ÍNDICE
1. MATERIALES UTILIZADOS .....................................................................................................3
2. PROBETAS Y NORMATIVA ....................................................................................................3
3. OBJETIVOS DEL ENSAYO .......................................................................................................3
4. PROCESOS INVOLUCRADOS..................................................................................................4
5. RESULTADOS OBTENIDOS.....................................................................................................5
6. PROFUNDIZACIÓN................................................................................................................6
7. REFERENCIAS........................................................................................................................7

3. 3
1. MATERIALES UTILIZADOS
- Probeta de acero F115 (C55) normalizada de sección cilíndrica con diámetro inicial 10
mm y longitud inicial 100mm.
- Probeta de acero F114 (C45) normalizada de sección cilíndrica con diámetro inicial 10
mm y longitud inicial 100 mm.
- Chapa de acero F111 (C15) normalizada de 100 mm de longitud inicial, 20 mm de
anchura y 2mm de espesor.
- Máquina tradicional: máquina universal para ensayos de tracción, compresión y flexión
estática.
- Máquina moderna para ensayos de tracción y compresión.
- Calibre.
2. PROBETAS Y NORMATIVA
Las probetas metálicas se han preparado según la normativa correspondiente por la que se
rige este tipo de ensayo para materiales metálicos que es la siguiente:
UNE 7-474-92.Materiales metálicos: ensayo de tracción. Parte 1, método de ensayo (a la
temperatura ambiente).i
Las probetas de acero se han preparado con un diámetro de 10 mm y una longitud total de
100 mm. La chapa metálica con una longitud de 100 mm, una anchura de 20 mm y un
espesor de 2 mm.
La primera probeta cilíndrica a utilizar es de acero especial no aleado con un 0,55% de
carbono, acero C55 (nomenclatura simbólica) o F115 (nomenclatura numérica). La
segunda probeta cilíndrica a utilizar es de acero especial no aleado con un 0,45% de
carbono, acero C45 (nomenclatura simbólica) o F114 (nomenclatura numérica). La chapa a
utilizar es de acero especial no aleado con un 0,15% de carbono, acero C15 (nomenclatura
simbólica) o F111 (nomenclatura numérica).
3. OBJETIVOS DEL ENSAYO
- Determinar el alargamiento, y en el caso que corresponda la estricción, de los tres
materiales.
- Determinar el módulo de elasticidad (o módulo de Young), la resiliencia y la tensión de
fluencia (o límite elástico) de los tres materiales.
- Conocer el procedimiento y la normativa aplicable en los ensayos de tracción para
materiales metálicos, de sección cilíndrica y rectangular.

4. 4
4. PROCESOS INVOLUCRADOS
4.1. MÁQUINA TRADICIONAL
Se comprueban las dimensiones de las tres probetas: anchura y espesor, o diámetro, y
longitud total. Se mide la longitud entre las cabezas y se divide en 10 partes, realizando
unas marcas para identificar las divisiones.
Se colocan las probetas en la máquina universal, utilizando en cada caso los sistemas de
fijación oportunos para el tamaño y forma de la probeta; se ajusta la velocidad de la
máquina y se coloca el papel milimetrado en el tambor para el registro de los datos; se
acciona la máquina y se registra la fuerza máxima que queda registrada en el reloj de
medida cuando la probeta se rompe.
Se determinan los puntos X (distancia de la rotura a la cabeza más cercana), Y (distancia de
la rotura hasta la cabeza más cercana en el trozo más largo).Se determina el valor de n (nº
de divisiones entre X e Y) para cada caso, y la diferencia entre el número de divisiones
totales (10) y n es lo que determina si la rotura es par o impar. Se marcan los siguientes
puntos en los casos en los que corresponda (Z para rotura par, Z’ yZ’’ para rotura impar): Z
(𝑍 =
𝑁−𝑛
2
𝑑𝑖𝑣𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠), Z’ (𝑍′
=
𝑁−𝑛−1
2
𝑑𝑖𝑣𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠) y Z’’(𝑍′′
=
𝑁−𝑛+1
2
𝑑𝑖𝑣𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠).Se
determina la longitud L0, para el caso de la chapa (
𝐿−𝐿0
2
= 10 𝑚𝑚), para el caso de las
probetas cilíndricas (𝐿0 = 8,16√𝜋 · 𝑟2).
Se toman las dimensiones oportunas para cada caso:
- En el primero (acero F115), se trata de una rotura impar. Se mide el diámetro final de
la probeta y las distancias XY, YZ’ y YZ’’.
- En el segundo (acero F114) se trata de una rotura par. Se mide el diámetro final de la
probeta y las distancias XY y YZ.
- En el tercero (acero F111), se trata de una rotura impar. Se miden las distancias XY, YZ’
y YZ’’.
A partir del papel milimetrado en el que registra los datos la máquina universal
determinamos los valores de la escala gráfica en los ejes X e Y. Para el eje Y dividimos la
fuerza máxima entre el número de divisiones de la cuadrícula que hay entre el punto inicial
y la fuerza máxima; para el eje X dividimos la diferencia entre L0 y L’0 entre el número de
divisiones de la cuadrícula entre el punto inicial y el punto de máximo alargamiento. Se
determinan en el papel milimetrado los puntos A, B (límite elástico) y F (límite de fluencia),
midiendo para cada uno de ellos la fuerza y la longitud (en el caso que corresponda).

5. 5
4.2. MÁQUINA MODERNA
Se coloca la probeta en la máquina moderna, en este caso solo se usa la chapa de acero F111.
La máquina mide de forma automática el incremento de longitud, la fuerza máxima aplicada y
la fuerza en el límite elástico (A).
5. RESULTADOS OBTENIDOS
5.1. MÁQUINA TRADICIONAL
Øf[mm] Ø[mm] L[mm] L0[mm] B[mm] e[mm] N n
1.1.CHAPA F111 (C15) ROTURA IMPAR
- - 100 80 20 2 10 7
1.2.CILINDRICA F115 (C55) ROTURA PAR
7 10 100 72 - - 10 4
1.3.CILINDRICA F114 (C45) ROTURA IMPAR
7 10 100 72 - - 10 1
XY
[mm]
YZ
[mm]
YZ’
[mm]
YZ’’
[mm]
FMAX
[kp]
FMAX
[N]
egy
[N/div]
egx
[mm/div]
FA
[div]
LA
[div]
FB
[div]
FF
[div]
L0’
[mm]
1.1.CHAPA F111 (C15) ROTURA IMPAR
75 - 8 16 275 2695 384.94 1,26 13 3 22 34 99
1.2.CILINDRICA F115 (C55) ROTURA PAR
36 27 - - 3625 35525 845,74 1 14 2 30 35 90
1.3.CILINDRICA F114 (C45) ROTURA IMPAR
14 - 39 53 3250 31850 839,17 2,26 2 2 4 6 106
Se determinan para cada material el alargamiento, la estricción, la resistencia mecánica, el
módulo de elasticidad, la tenacidad y la tensión de fluencia por medio de las siguientes
fórmulas:
𝐴𝑙𝑎𝑟𝑔𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜: 𝐴[%] =
𝐿′0 − 𝐿0
𝐿 𝑜
∙ 100
𝐸𝑥𝑡𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛: 𝑍[%] =
∅ − ∅ 𝑓
∅
· 100
𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎 ( 𝑅 𝑚)[ 𝑀𝑝𝑎] =
𝐹 𝑀𝐴𝑋
𝑆0

6. 6
𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 ( 𝐸)[ 𝑀𝑃𝑎] =
𝜎𝐴
∆𝐿0
𝐿0
=
𝐹𝐴 ·
𝑒𝑔 𝑦
𝑆0
𝐿 𝐴·𝑒𝑔 𝑥
𝐿0
𝑇𝑒𝑛𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 ( 𝐿𝐸)[ 𝑀𝑃𝑎] =
𝐹𝐵 · 𝑒𝑔 𝑦
𝑆0
𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 ( 𝜎 𝐹)[ 𝑀𝑃𝑎] =
𝐹𝐹 · 𝑒𝑔 𝑦
𝑆0
A[%] Z[%] Rm[MPa] E [MPa] LE [MPa] 𝝈 𝑭[MPa]
1.1.CHAPA F111 (C15) ROTURA IMPAR
23,75 - 67,38 62,35 3,93 5,89
1.2.CILINDRICA F115 (C55) ROTURA PAR
25 30 452,32 553,80 23,27 37,36
1.3.CILINDRICA F114 (C45) ROTURA IMPAR
47,22 40 405,53 150,52 23,99 37,07
5.2. MÁQUINA MODERNA
Para el caso de la máquina moderna se calculan de igual forma el alargamiento, la resistencia
mecánica, el módulo de elasticidad, la tenacidad y la tensión de fluencia.
L0
[mm]
B
[mm]
E
[mm]
L0’
[mm]
FMAX
[t]
FMAX
[N]
FA
[N]
LA
[mm]
FB
[t]
FB
[N]
FF
[N]
80 20 2 95,379 1,699 16650,2 6243,8 80,54 1,341 13141,8 11001,00
A[%] Rm[MPa] E [MPa] LE [MPa] 𝝈 𝑭[MPa]
19,23 416,26 155,04 3,42 275,03
Se observan diferencias apreciables entre los resultados obtenidos para el mismo material con
las dos máquinas, debido a la mayor fuerza aplicada con la máquina moderna.
6. PROFUNDIZACIÓN
En esta práctica se determina el módulo de elasticidad longitudinal o módulo de Young, una
magnitud física que caracteriza el comportamiento elástico de los materiales. Este
comportamiento fue observado y estudiado por el científico inglés del siglo XIX Thomas Young,
aunque el concepto fue desarrollado en 1727 por Leonhard Euler, y los primeros experimentos
que utilizaron el concepto de módulo de Young en su forma actual fueron hechos por el
científico italiano Giordano Riccati en 1782, 25 años antes del trabajo de Young. El término
módulo es el diminutivo del término latino modus que significa “medida".ii

7. 7
Para materiales que se comportan de forma lineal el valor de esta magnitud es el mismo para
los ensayos de tracción y de compresión. Es una constante, siempre que no se supere el límite
elástico del material, y positiva, puesto que la longitud aumenta al aplicar un esfuerzo positivo
(tracción); aunque tiene un valor característico para cada material. Su valor se calcula como la
relación existente entre el esfuerzo aplicado y la deformación producida; su unidad de medida
será por tanto N/m2
, equivalente a Pa. Para materiales lineales se calcula como un cociente;
pero para materiales no lineales se recurre al cálculo diferencial; por último, para materiales
anisótropos (aquellos en los que el módulo de Young no es constante) se calcula para tres
direcciones ortogonales entre sí y se calcula como una combinación lineal de los tres.
7. REFERENCIAS
- i
http://datos.bne.es/edicion/bimo0000528643.html
- ii
https://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%B3dulo_de_Young
- https://es.wikipedia.org/wiki/Resiliencia_(ingenier%C3%ADa)
- Apuntes de la asignatura proporcionados por la profesora.