Ensayos Mecánico PRÁCTICA N°1

1. Universidad Central de Venezuela
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de los Materiales
Departamento de Física-Laboratorio de Ensayos Mecánicos
Informe N° 1
Ensayo de Tracción
Caracas 2014

2. Marco Teórico
1.1 Propiedades Mecánicas
Las propiedades mecánicas son la réplica de un material a las fuerzas aplicadas. El
comportamiento de los metales depende mucho de las condiciones en que trabajan, y así
se manifiesta claramente en los ensayos. Las propiedades de ingeniería incluyen
resistencia a la tensión, resistencia a la compresión, a la torsión, módulo de elasticidad y
dureza. Se podría decir que las más importantes son la resistencia a la tensión y la dureza.
1.2 Comportamiento Elástico de los metales
Los metales sometidos a un esfuerzo sufren deformación debido a las propiedades
como elasticidad, plasticidad y termofluencia. La elasticidad metálica es definida como la
resistencia a un cambio temporal de forma. La magnitud de la deformación suele ser
proporcional a la fuerza aplicada (Ley de Hooke).
La proporcionalidad esfuerzo-deformación depende de factores metalúrgicos y de
factores externos a la naturaleza del metal. Entre los primeros cabe citar la estructura
cristalina, la macroestructura y la facilidad de iniciación de la deformación plástica; luego
podemos referirnos a la temperatura y la velocidad de aplicación de esfuerzo. Las
estructuras cristalinas que tienen planos máximos de empaquetamiento ofrecen, para el
mismo tamaño atómico, mayor distancia interplanar que las que no poseen planos de
máximo empaquetamiento. Un esfuerzo aplicado a una estructura cristalina se distribuye
tanto más homogéneamente cuanto mayor es la distancia interplanar o, lo que es lo
mismo, es más probable que se coloque en juego elevadas fuerzas de repulsión al aplicar
un esfuerzo a una estructura cristalina con planos de máximos empaquetamiento. Por
otro lado el tamaño de grano inferior a cierto límite apenas repercute en la elasticidad, al

3. encontrarse los cristales de un material policristalino orientados al azar, hace que estos se
comporten isotrópicamente. Podemos notar que cuando se tiene tamaños de grano muy
pequeños, existe mayor presencia de límites de grano, que ocasionan un impedimento a
la facilidad de deformación del material. La temperatura al ser cada vez más elevada
origina la separación de los átomos y tiende a disminuir ligeramente el valor del módulo
elástico al igual que el límite elástico.
1.3 Comportamiento Plástico
La distinción entre la deformación plástica y de la deformación elástica es la no
homogeneidad de la primera. Esto es motivo a la fluencia plástica causada por la aparición
de discontinuidades en el campo de la red, tales como corrimientos de dislocaciones o
bandas de traslación donde el corrimiento local, en relación con la escala atómica, es
mayor en varios órdenes de magnitud. A pesar de que dichas discontinuidades pueden ser
apreciadas con el uso del microscopio, ellas poseen unas variaciones tan pequeñas y
lentas, en el conjunto de los planos de traslación como para poder ser registrados
individualmente, lo cual no ocasiona cambios en la curva de esfuerzo-deformación,
haciendo de ésta casi invariablemente continúa.
1.4 Ensayos Mecánicos
Un ensayo es, simplemente, el proceso de cambio del ambiente del material u
objeto y la descripción de su reacción ante dicho cambio. El ensayo más apropiado será
aquel donde podamos recrear las condiciones del medio y los cambios ambientales en los
cuales se someterá el material durante su vida en servicio; sin embargo esto ofrece ciertas
dificultades, lo que nos lleva a ejecutar ensayos simulados de servicio. Estos ensayos se
dividen en dos:

4. 1.4.1 Ensayos Destructivos.
Son ensayos que se realizan mediante el uso de herramientas o máquinas que
producen una alteración irreversible de su composición química, mecánica o de su
geometría dimensional.
1.4.2 Ensayos No Destructivos.
Consisten en pruebas que no alteran la forma de los materiales permanente,
tampoco altera sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales. Por
lo tanto los ensayos no destructivos implican un daño imperceptible o nulo.
1.5 Ensayo de Tracción
La amplitud de este ensayo descansa en el hecho de permitir la medida de las
propiedades en relación con la resistencia a la tracción y la ductilidad, las primeras
directamente útiles para proyectos, mientras que las propiedades de ductilidad dan
indicaciones del grado con que se puede cambiar la forma por deformación plástica. La
probeta de ensayo se coloca en una máquina que puede estirarla o comprimirla
gradualmente según su dirección longitudinal hasta la rotura, actuando según sea el
material. En este ensayo se deben realizar medidas de: el esfuerzo y el alargamiento.
1.5.1 Límite elástico
Representa el límite de la acción elástica de un material, y para fines de
medida se define como el esfuerzo máximo que el material es capaz de desarrollar
sin producirse deformación permanente al desaparecer completamente la carga.
(Véase figura 1)
1.5.2 Limite de Proporcionalidad
Representa un aspecto del comportamiento elástico semejante al límite
elástico, estribando la principal diferencia en el método de determinación. Para

5. deformaciones muy pequeñas se emplea la ley de Hooke (véase la breve reseña en
1.6).
1.5.3 Limite de elástico aparente o límite de fluencia
A medida que se aumenta la carga de tracción sobre una probeta a través
de la zona elástica, se alcanza un esfuerzo en el que la probeta comienza a
deformarse de manera plástica. Es costumbre referirse al límite elástico aparente o
de fluencia, sin embargo en la práctica se determina el límite elástico convencional.
Existen dos medios de hallar dicho valor; el primero, para los ACEROS Y
ALEACIONES de metales ligeros, corrientemente se mide para un alargamiento
bajo carga del 0,02%; el segundo para algunos METALES NO FÉRREAS
particularmente para aleaciones de cobre, se mide el alargamiento bajo carga del
0,05%; esto significa que el límite elástico convencional es la carga necesaria para
producir un alargamiento total de 0,002 a 0,005 mm antes de quitar la carga,
siguiendo una línea paralela a la porción recta de la gráfica entre el cero y el límite
de proporcionalidad a partir del punto inicial, y si no es recta, a la tangente o
secante a partir del punto inicial. (Véase figura 2)
1.5.4 Resistencia a la tracción
Es la carga máxima soportada por la probeta ante un ensayo de tracción por
milímetro cuadrado del área de su primitiva sección transversal. Es necesario
reconocer que la resistencia a la tracción no representa, en absoluto, la carga
máxima real. Durante el tiempo estirado se hace tan pequeña con respecto a la
primitiva, que la carga real o resistencia real a la tracción sólo se puede encontrar
dividiendo la carga por el área de la nueva sección transversal. (Véase figura 1)

6. Leyes
2.1 Ley de Hooke
Es la relación entre el esfuerzo y deformación unitaria puede considerarse lineal
para todos los materiales. Simbólicamente, esta ley se puede expresar como:
𝝈 = 𝑬𝜺
Que simplemente significa que el esfuerzo es directamente proporcional a la
deformación unitaria, donde la constante de proporcionalidad es E. Esta constante es
conocida como el módulo de elasticidad, módulo elástico o módulo de Young, la cual tiene
unidades de esfuerzos, debido a que ε no tiene dimensiones. El valor del módulo elástico
es una propiedad específica de un material, físicamente representa la rigidez del material
bajo la carga impuesta.
2.2 Ley Hollomon
Para algunos materiales metálicos, la zona de deformación plástica uniforme de la
curva real de esfuerzo σ vs (cantidad de deformación) ε se suele representar con la
ecuación propuesta por Hollomon, donde define que σ es el esfuerzo real según
Hollomon, K es el coeficiente del endurecimiento y n es el exponente del endurecimiento.
Que se cumpla o no dicha ley, depende de las propiedades mecánicas de cada material,
teniendo en cuenta que la tasa de deformación, la temperatura, composición, grado de
deformación, lubricación son algunas de la variables prácticas que afectan al esfuerzo que
debe ser aplicado para lograr una cantidad de deformación requerida. Está viene
representada por la ecuación:
𝝈 = 𝑲𝜺 𝒏

7. 3. PET
El PET fue patentado a finales de los cuarenta por J.R. Whinfield y J.T.Dickson como
la materia prima útil para la elaboración de fibras. Es una resina termoplástica que se
obtiene a partir de etilén glicol y ácido terftálico (veáse en la figura 3 su estructura).
Historicamente el polimero se obtenia en un proceso de síntesis co tereftalato de dimetilo
(DMT); hoy en día coexisten los dos procesos para producir el PET. El polimero es un
material que tiene una apariencia semejante al vidrio, es transparente, semicristalino y
con brillo. En las fibras de PET el polimero es altamente cristalino y por lo tanto traslúcido;
en las botellas del mismo material es amorfo y por lo tanto transparente.
Una de las propiedades más sobresalientes del PET es su resistencia al impacto
pues una botella llena de líquido resiste caídas de hasta 2 m de altura sin presentar
fractura. Las botellas de PET están marcadas con el número uno del código de reciclado y
las siglas PET, lo que permite que el material pueda ser separado y reciclado siempre y
cuando se encuentre limpio. Este material, presenta varias ventajas importantes sobre el
vidrio y el aluminio, fundamentalmente la baja densidad, resistencia al impacto y
permeabilidad adecuada que determinaron la sustitución del aluminio y el vidrio por un
material polimérico.

8. 4. Gráficos
Figura 1. Curva Esfuerzo-Deformación real Vs Ingenieril.
Figura 2. Curva Esfuerzo-Deformación con el escalón de fluencia más pronunciado.

9. Figura 3. Estructura del poli(tereflalato de etileno) PET.
Figura 4. Representación esquemática del ensayo de tracción.

10. Procedimiento Experimental
I. Se procede a cortar las probetas con las medidas adecuadas para el ensayo.
II. Realizar marcas en las probetas en la zona calibrada, con una separación de
2,54cm, con el fin de poder calcular la longitud final de la cada probeta luego del
ensayo y así obtener la cantidad de deformación producida.
III. Ajustar la velocidad del papel de la máquina en el cual se estará registrando los
datos del ensayo, según el material.
IV. Una vez obtenidas las probetas con los requerimientos del ensayo, se somete a
tracción en la máquina correspondiente. El tiempo de duración será pautado justo
en el momento que ocurre la fractura, por tanto dependerá de las propiedades del
material.
V. Luego de ocurrir la fractura se tomara nota de los datos suministrados por la
máquina.
VI. Finalmente al ser recopilados, se miden diferentes puntos de la gráfica obtenida
por la máquina y se buscan las relaciones en los ejes.
VII. Se procede a realizar los cálculos para recrear las curvas de esfuerzo-deformación
real e ingenieril.

11. Resultados
Antes de presentar los resultados de la práctica es pertinente mostrar de donde
fueron obtenidos lo datos que se emplearon para recrear las gráficas de esfuerzos-
deformación reales e ingenieriles, por lo que a continuación se presentarán brevemente
las ecuaciones usadas y lo que se halló con cada una de ellas:
I. 𝐹𝑖 =
𝑦𝑖 𝑄
𝐿0
Hallamos la fuerza ejercida en cada punto, dichos puntos son
obtenidos de la gráfica de la máquina. Q es la carga ejercida en el ensayo.
II. obtenido de la gráfica de la máquina y donde T es un factor que se halla con
una relación de las variables de velocidad de papel y velocidad de la
máquina.
III. 𝐾 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 =
𝐴0∗𝐸
𝐿0
y 𝐾𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 =
∑ 𝐹 𝑖
∑ ∆𝐿 𝑖
constantes que se
emplean en la fórmula de corrección del diferencial de longitud.
IV. ∆𝐿 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 = ∆𝐿𝑖 − 𝐹𝑖 ∗ (
𝐾 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎−𝐾 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝐾 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎∗𝐾 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
) es el diferencial de
longitud corregido.
V. 𝜀 = ln(1 + 𝑒) y 𝜎 = 𝑆 ∗ (1 + 𝑒) para determinar os valores
reales que recrearan la curva representativa de los esfuerzos y
deformaciones reales.
VI. 𝑆 =
𝐹 𝑖
𝐴0
y 𝑒 =
∆𝐿 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎
𝐿0
con estos datos recreamos la curva
ingenieril.

12. Para la probeta de PET se obtuvo lo siguiente:
Tabla N°1. Resultados de la probeta de refresco (PET)
Gráfica N°1. Representación gráfica de los resultados mostrados en la tabla N°1
0
100
200
300
400
500
600
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Esfuerzos
Deformación
Curvas de Esfuerzo - Deformación
Probeta PET (verde)
Curva Ingenieril
Curva Real

13. Gráfica N°2. Representación del límite de fluencia del polímero.
Para el Aluminio 3003:
Tabla N°2. Resultados de la probeta de Aluminio 3003
0
100
200
300
400
500
600
0 0,25 0,5 0,75 1
Esfuerzos
Deformación
Curvas de Esfuerzo - Deformación
Probeta PET (verde)
Curva Ingenieril
Curva Real
Límite de
Fluencia

14. Gráfica N°3. Representación gráfica de los resultados mostrados en la tabla N°2
Gráfica N°4. Representación del límite de fluencia del Aluminio 3003.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1
Esfuerzos
Deformación
Curva Esfuerzo-Deformación
Probeta de Aluminio 3003
Curva real
Curva
Ingenieril
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1
Esfuerzos
Deformación
Curva Esfuerzo-Deformación
Probeta de Aluminio 3003
Curva real
Curva
Ingenieril
límite de
fluencia

15. Ley de Hollomon
Gráfica N° 5. Tendencia lineal de la Curva esfuerzo-Deformación real de Al 3003 para verificar el cumplimento de la ley
de Hollomon.
Gráfica N° 6. Tendencia lineal de la Curva esfuerzo-Deformación real del PET para verificar el cumplimento de la ley de
Hollomon.
R² = 0,7685
10
100
0,001 0,01 0,1 1
LOG(Esfuerzos)
LOG(Deformación)
Curva Esfuerzo-Deformación
Probeta de Aluminio 3003
Curva real
Lineal (Curva
real)
R² = 0,91691
10
100
1000
0,01 0,1 1
LOG(Esfuerzos)
LOG(Deformación)
Curvas de Esfuerzo - Deformación
Probeta PET (verde)
Curva Real
Lineal (Curva
Real)

16. Log(σ) Log(ε) n(Al) Log(K)
1,829942113 -1,912641729 0,346457765 30,43696
2,057037296 -1,614242911 0,346457765 30,43696
2,404643787 -1,440756569 0,346457765 30,43696
2,305724148 -0,896444445 0,346457765 30,43696
2,438186202 -0,502863544 0,346457765 30,43696
2,521315764 -0,39772081 0,346457765 30,43696
2,669851678 -0,251891891 0,346457765 30,43696
2,734112796 -0,202164196 0,346457765 30,43696
2,748143428 -0,180372063 0,346457765 30,43696
2,716133863 -0,176222242 0,346457765 30,43696
Tabla N° 3. Datos de linealización de la ley de Hollomon para hallar las constantes K y N para el PET.
Log(σ) Log(ε) n(Al) Log(K)
1,48131442 -2,30899016
0,79361 31,529941
1,9605573 -2,00902216
0,79361 31,529941
2,18451735 -1,83398869
0,79361 31,529941
2,38183401 -1,61424291
0,79361 31,529941
2,47616263 -1,47020096
0,79361 31,529941
2,50864606 -1,31839718
0,79361 31,529941
2,51471455 -1,20751593
0,79361 31,529941
2,51209924 -1,12036609
0,79361 31,529941
2,41716599 -1,09503839
0,79361 31,529941
Tabla N° 4. Datos de linealización de la ley de Hollomon para hallar las constantes K y N para el AL 3003.
Al comparar el valor del coeficiente de endurecimiento por deformacion (n)
hallado con los teóricos y la tendencia lineal de la curva log-log de Esfuerzo-Deformación
real de ambos no es aceptable, ya que R2
es menor a 0,95. Por lo tanto podemos decir que
ninguno de los materiales cumple con la ley de Hollomon.

17. Discusión
En muchas de las tecnologías emergentes en la actualidad, se hace hincapié en las
propiedades mecánicas de los materiales a emplear. Un ejemplo de ello es los aceros
empleados para la construcción de estructuras, puentes y más, que deben de presentar la
resistencia adecuada para garantizar la seguridad de la construcción. El primer paso en el
proceso de selección requiere un análisis de la aplicación del material, para determinar
sus características más importantes, en especial si se estará sujeta a cargas dinámicas. En
su gran parte, los datos se obtienen mediante ensayos idealizados como el que hemos
estudiado en esta oportunidad (ensayo de tracción), podrán no adecuarse en forma
exacta a las aplicaciones técnicas de la vida real de servicio; sin embargo estos nos brindan
información que nos ayuda a predecir el comportamiento de los materias durante la
aplicación de una carga, lo cual es útil desde el punto de vista ingenieril. En esta
oportunidad estudiamos el comportamiento de dos materiales; como lo es el Aluminio
3003 y el politereflalato de etileno. Lo primero que notamos es que en ambos casos se
cumplió lo esperado en cuanto a las representaciones gráficas; es decir, las curvas de
esfuerzos vs deformaciones reales se encuentran por encima de la curva ingenieril.
Al realizar una comparación entre las Gráficas N° 1 y N° 3 observamos que la zona
elástica del Aluminio es mucho más pronunciada que la del polímero, mientras que la
zona plástica de esta última es mayor; esto pudo ser evidenciado físicamente por el tipo
de fractura al final de cada ensayo. Fíjese que el polímero logra soportar mayores
esfuerzos, presentando así una prolongada plasticidad antes de su fractura; sin embargo,
se obtuvo una pequeña zona elástica cuya pendiente puede aproximarse a una vertical,
que si nos guiamos por la teoría, dicha pendiente nos arroja como resultado que las
deformaciones promovidas por este ensayo de tensión son imperceptible o muy pequeñas
en un rango de esfuerzo que para esta probeta es de aproximadamente 100-300MPa y
por ende representa un grado de rigidez importante. El PET también exhibe un puntos de
límite superior e inferior de cedencia, el cual se presenta por la presencia de interferencias
en el deslizamiento de las dislocaciones, provocando de esta manera el aumento de dicho

18. punto a un esfuerzo σ mayor, que solo después de alcanzar un esfuerzo igual a esté, se da
inicio al movimiento de las dislocaciones motivado a que las mismas se alejan de los
grupos de átomos que obstaculizan su deslizamiento. De este dato podemos concluir que
el material puede continuar deformándose sin incremento del esfuerzo aplicado. Este
valor constituye un valor muy importante a considerar en el diseño de muchas partes
para maquinaria cuya utilidad se afectaría si ocurriera una gran deformación permanente;
lo anterior es válido en materiales como el PET estudiado en esta ocasión, el cual
muestra un punto de cedencia bien definido.
El punto de cedencia y el módulo de elasticidad son las diferencias más relevantes
desde el punto de vista de diseño que podemos observar entre los dos materiales. En el
Aluminio 3003 no se evidencia un punto de cedencia tan pronunciado como en el
polímero, reflejando así las diferencias microestructurales y de red cristalina entre dichos
especímenes, pero necesitaríamos realizar pruebas metalográficas y/o pruebas de otra
naturaleza para corroborarlo. Por otro lado si buscamos en la literatura como deben ser
reflejadas las curvas de cada probeta, encontraremos que ciertamente son muy similares
a la que se obtuvieron en la práctica, muy a pesar de los errores que pudieron ser
cometidos y que a su vez nos afecta de una u otra forma los resultados. Por último se ha
hallado el límite de fluencia de cada espécimen, calculado al trazar una recta a 0,2% de la
deformación. Dicho valor de esfuerzos es de aproximadamente de 150 MPa para el
aluminio y entre 240-250 MPa para el PET; como ya se mencionó anteriormente son
valores importantes en el diseño y a su vez nos reflejan el punto de inicio para el
conformado del material.

19. Conclusión
El cumplimiento de la disposición de las curvas. Es decir, que la curva real se
encuentra por encima de curva ingenieril.
El comportamiento más dúctil presentado por el aluminio que en el
polímero.
El esfuerzo de fractura es inferior al valor de resistencia de carga máxima.
El comportamiento plástico del polímero es superior que el aluminio, lo
cual se refleja en las zonas plásticas de las curvas.
Corroboramos que los materiales no ferrosos (Aluminio 3003) no tienen un
punto de cedencia definido.
Los valores n (coeficiente de endurecimiento por deformación) obtenidos
experimentalmente no corresponden a los reflejado en la literatura.
Los materiales en estudio no cumplen con la ley de Hollomon.

20. Bibliografía
 George E. Dieter, Jr. Metalurgia mecánica, Editorial Aguilar, 1967.
 F.R. Morral, E. Jimeno y P. Molera, Metalurgia General tomo II, Ed.
Reverté, S.A., 1985
 B.H. Amstead, Ph.F. Ostewald, M.L. Begeman, Procesos de Manufactura,
versión SI, 1ra. Ed., Grupo Editorial Patria, S.A.DE C.V.
 Schackelford, Introducción a la ciencia de materiales para ingenieros,
Pearson Prentice Hall.
 Felipe León-Olivares, Alba Gutiérrez-Rodríguez y Joaquín Palacios-Alquisira;
PET, poli(tereflalato de etileno) material clave para la fabricación de
envases de bebidas carbonatas, programa de estudios de la Escuela
preparatoria de la UNAM.
 Ing. Felipe Fuente Espinoza, Tesis Ensayos Mecánicos en Metales,
Universidad Autónoma Nuevo León, Monterrey, N.L. Marzo de 1982.