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ENSAYO DE TRACCIÓN DE PROBETAS

Preprint · February 2019

DOI: 10.13140/RG.2.2.13645.69606

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10 authors, including:

Catherine Logreira Jorge Camilo

Universidad Tecnológica de Bolívar Universidad Técnica Federico Santa María
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Jorge Miranda Palencia Jefferson Ignacio Gómez Chimento

Universidad Tecnológica de Bolívar Universidad Tecnológica de Bolívar
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 ENSAYO DE TRACCIÓN DE PROBETAS

Catherine Logreira Moreno; Jorge Camilo Miranda Palencia; Jefferson Gómez Chimento;
Aduel Bedoya Narváez; Dainer David Donado Rodríguez; Caydi Caez Calvo

Universidad Tecnológica de Bolívar

Programa de ingeniería civil

RESUMEN

En el presente estudio se realiza un análisis a partir del ensayo de tracción a probetas

metálicas que consiste en someter una probeta a una fuerza de tracción axial; el cual nos
permite estudiar cómo se comportan los materiales dúctiles basándonos en sus propiedades
que son descritas mayormente por su capacidad de soportar carga y su deformación típica, a
partir de la carga y el alargamiento de la probeta se realiza el diagrama de esfuerzo vs
deformación el cual nos permite analizar y comparar el comportamiento practico con el
teórico de las probetas, también se determinan propiedades del material como límite de
proporcionalidad, limite elástico, punto de fluencia, esfuerzo último y carga de rotura

ABSTRACT

In the present study, an analysis is made from the tensile test to metal test pieces that
consists of subjecting a test tube to a uniaxial tensile force; which allows us to study how
ductile materials behave based on their properties that are mostly described by their ability
to withstand load and its typical deformation, from the load and elongation of the
specimen, the stress vs. deformation diagram is made. which allows us to analyze and
compare the practical behavior with the theory of the specimens, material properties are
also determined as a limit of proportionality, elastic limit, yield point, ultimate stress and
breaking load.

Keywords: traction, effort, deformation

INTRODUCCIÓN ensayo de tracción simple de probetas
metálicas. La prueba radica en exponer la
Para estudiar el comportamiento de los probeta a una carga de tensión, por ende,
materiales es necesario el estudio de estos esta presenta una deformación
con el fin de determinar sus propiedades (alargamiento) que aumenta
ya que todos se comportan de formas paulatinamente.
diferentes, reaccionan bien a unos
procesos y mal ante otros que hacen que Esfuerzo
tiendan a transformarse.
Es una expresión matemática que
Para esto tenemos en cuenta valores relaciona el conjunto de fuerzas
iniciales que obtenemos de experimentos equivalentes a la repartición de tensiones
donde evidenciamos los cambios que internas a través del área de la sección
sufren y a partir de datos finales se toman transversal del elemento a estudiar.
decisiones se y realizan conclusiones.
𝐹
En esta experiencia realizada en el 𝜎=
𝐴
laboratorio de resistencia de materiales se Ecuación 1. Esfuerzo axial.
evidencia el comportamiento que tienen
las probetas de dos materiales diferentes:
Donde F es la fuerza aplicada y A él área
acero SAE 1045 y aluminio 6061. Se transversal de la sección.
muestra una breve investigación de estos
acerca de sus propiedades y la norma que
rige este ensayo utilizando el equipo Curvas de esfuerzo-deformación
adecuado y a partir de los datos, se hace
un análisis de los resultados.

TEORÍA

Para saber qué tan resistente es un

material, se debe realizar una prueba que
muestre los cambios que se efectúan ante
diversas situaciones. Para este
experimento fue necesario disponer del Fig. 1: Curva de esfuerzo-deformación
ensayo de tracción con el fin de medir las idealizada para materiales dúctiles.
resistencias de las probetas. A partir de la
norma ASTM E8 de la ASTM (American
Con esta gráfica podemos obtener las
Society for Testing and Materials) o su siguientes propiedades mecánicas de los
equivalente nacional NTC 2 en la NTC materiales dúctiles:
(Norma Técnica Colombiana) que es el
 Límite de proporcionalidad Ductilidad.
(OA): En este la deformación es Es una propiedad que se evidencia en
lineal y los esfuerzos son un material para deformarse
directamente proporcionales a plásticamente de manera sostenible,
esta. pero sin romperse. Un material que
muestra una baja o nula deformación
 Esfuerzo de fluencia (AB): A plástica, se dice que es un material
cierto punto de carga, el material frágil.
tiende a fluir o ceder ya que es el
esfuerzo máximo que resiste el Módulo de elasticidad o módulo de
material, alcanza a confundirse Young
con el límite de proporcionalidad Relaciona el esfuerzo al que está
ya que en la gráfica tiende a estar sometido el material con su
muy cerca de este. Los materiales deformación unitaria. También es la
que no son dúctiles normalmente pendiente de la región lineal. Según
no presentan esta propiedad. la ley de Hooke este módulo se
calcula por medio de la siguiente
 Fluencia (BC): En esta fase de la ecuación:
gráfica el material exterioriza una
deformación continua sin 𝜎 = 𝐸. 𝜖
necesidad de aumentar el Ecuación 2. Esfuerzo en función del
esfuerzo. módulo de elasticidad.

 Endurecimiento por
deformación (CD): En esta etapa Donde:
de la gráfica el material vuelve a E = módulo de Young
resistir a esfuerzos, entonces si 𝝐 = deformaciones axiales
esta tensión se mantiene, el
material tenderá a romperse. ENSAYO BAJO LA NORMA ASTM
Hasta llegar a este punto, la E8
deformación es uniforme en la
región reducida de la probeta. ASTM E8 / E8M mide las propiedades de
tracción de los materiales metálicos en
 Estricción (DE ó DE’): En este cualquier forma a una temperatura
momento se puede dar una
ambiente entre 10 y 38 grados. Aunque la
fractura aparente del material
debido a la presión. Si para el norma ASTM E8 / E8M mide muchas
cálculo del esfuerzo se emplea el propiedades de tracción diferentes, las
área de la sección transversal en siguientes son las más comunes:
la parte estrecha del cuello
ocasionada por esta estricción, la Fuerza de rendimiento: la tensión a la que
curva real de esfuerzo- un material se deforma permanentemente.
deformación seguirá el curso de Elongación del punto de rendimiento: la
la línea punteada. fase durante la cual un material está
pasando del comportamiento elástico al
comportamiento plástico.
Resistencia a la tracción: la fuerza o mordaza y una herramienta, en la
tensión máxima que un material es capaz herramienta se aplica la carga inferior de
de soportar la probeta, también tiene una mesa donde
Reducción de área: una medida de la se encuentra el equipo hidráulico de la
ductilidad de un material máquina.

Medidas de la probeta para el ensayo de

tracción uniaxial en mm según la norma
ASTM E8.

También, esta máquina contiene una

MATERIALES Y EQUIPOS
unidad de control, en la cual se programa
 Probeta de acero dúctil 10445 la escala que se va a utilizar, se debe tener
 Probeta de aluminio 6061 en cuenta la carga mayor presente en la
 Micrómetro o calibrador vernier probeta.
(pie de rey) La máquina universal se encarga de
 Maquina universal UH – 600 KN suministrarle una carga a la probeta, para
así poder determinar sus propiedades
mecánicas a tensión.
Maquina universal UH 600 KN

La máquina universal UH 600 KN es el

equipo en el que se realizó la práctica de
los ensayos, se conoce como la máquina
de ensayos a tensión y compresión, radica
en una unidad de carga que se coloca la
probeta a la cual se le va hacer la prueba
de tensión o compresión, está compuesta
por una plataforma superior sin
movimiento, (no se mueve) que contiene
unas mordazas para agarrar el extremo
superior de la probeta y también tiene una
plataforma inferior (móvil), tiene una
 Datos registrados

Tabla 1. Datos registrados Tabla 2. Esfuerzos vs deformaciones Acero N°1

Esfuerzos
Ace Alumi Acero Alumi (MPA) Deformaciones(%)
ro nio N°2 nio 15,81659275 0
N°1 N°1 N°2 37,01408818 1,002012072
Carga 76,96321419 2,004024145
inicial 1,81 1,81 1,83 1,85 143,8168536 3,010060362
(kN) 233,8246804 4,012072435
Carga 341,4427342 5,018108652
máxima 130, 39,35 107,9 41,30 462,7576311 6,024144869
(kN) 35 4 587,8228542 7,030181087
Diámetro 707,9963475 8,036217304
inicial 12,1 12,6 12,5 13 799,9608662 9,046277666
(mm) 857,5202191 10,05633803
Diámetro 887,3597704 11,06237425
final 10 8,1 10,4 8,5 899,5886599 12,07243461
(mm) 897,6328376 13,07847082
Longitud 883,772502 14,06841046
inicial 49,7 49,6 53 47 872,6845813 14,44265594
(mm) 866,3253326 14,77665996
Longitud 859,476911 15,11468813
final 53,1 58,3 56,4 55,7
853,2807201 15,44869215
(mm)
846,9214714 15,78672032
Área
839,4208192 16,12474849
Inicial 114, 124,68 122,7 132,7
830,941821 16,45875252
(mm2) 9 1 3
824,0933994 16,79678068
Área 78,5
815,4513436 17,13078471
final 3 51,52 84,94 56,74
807,4615184 17,46881288
(mm2)
798,8194626 17,80684105
789,5251761 18,14084507
779,578659 18,47887324
768,164623 18,81690141
756,5875294 19,15090543
749,5760501 19,28772636
 313,8534649 13,1733871
314,7557748 13,50806452
314,9061598 13,84677419
314,9061598 14,18145161
315,0565448 14,51612903
315,0565448 14,85483871
315,0565448 15,18951613
314,3046198 15,52822581
312,650385 15,86290323
310,8457652 16,2016129
309,1915303 16,54032258
306,6349856 16,87903226
Gráfica 1. Esfuerzo vs deformación del Acero 1045
303,0257459 17,21774194
N°1
300,3188162 17,55645161
297,4615014 17,89112903
293,5514918 18,22983871
El acero presenta una zona elástica que asciende 289,9422522 18,56451613
hasta un esfuerzo de fluencia que salta rápidamente 286,7841675 18,90322581
a un esfuerzo de rotura, lo que quiere decir es que el
281,520693 19,24193548
acero no mostró deformaciones plásticas tan
278,0618383 19,5766129
grandes como para que construyera una gráfica en
274,6029836 19,91532258
la cual tuviera una zona de deformaciones plásticas.
269,7906641 20,25
264,8279596 20,58870968
260,767565 20,92741935
Esfuerzos(MPA) Deformación(%) 255,6544755 21,26209677
14,5873436 0 250,5413859 21,60080645
28,42276227 1,008064516 246,1802214 21,93951613
53,68743985 2,016129032 240,014437 22,27419355
88,72714148 3,024193548 234,4501925 22,61290323
136,0984119 4,032258065 228,5851781 22,94758065
190,6881617 5,040322581 223,4720885 23,28629032
250,6917709 6,044354839 216,2536092 23,62096774
293,2507218 7,060483871 -2,857314726 24,05241935
298,0630414 8,068548387 -2,857314726 24,07258065
301,822666 9,076612903 Tabla 3. Esfuerzos vs deformaciones Aluminio N°1
306,0334456 10,08064516
307,5372955 10,49193548
308,1388354 10,8266129
309,4923003 11,16129032
310,3946102 11,49596774
311,8984601 11,83064516
311,1465351 12,16935484
312,80077 12,50403226
313,1015399 12,83870968
 400 Esfuerzos vs deformaciones 815,1845815 15,45660377
807,0858121 15,77358491
Esfuerzos(MPA)
300
200 799,5986472 16,08679245
100 791,0418874 16,40377358
0 782,4851275 16,72075472
0 5 10 15 20 25 30 773,011572 17,03396226
-100
Deformaciones(%)
762,3156222 17,3509434
Series1 750,0916796 17,63396226
Tabla 4. Esfuerzos vs deformaciones Acero N°2
Gráfica 2. Esfuerzo vs deformación de Aluminio
6061 N°1
E S FUE RZO S V S
Series1
DE FO RMACI O NE S
1000
Se observa la diferencia entre la gráfica de ambos

ESFUERZOS(MPA)
800
materiales y esa diferencia se ve reflejada en el 600
comportamiento. El aluminio, muestra una gráfica 400
análoga a la teórica de los materiales férreos 200
0
0 5 10 15 20
DEFORMACIONES(%)
Esfuerzos(MPA) Deformaciones(%)
14,97432972 0
40,95020781 0,939622642 Gráfica 3. Esfuerzo vs deformación del Acero 1045
81,90041561 1,886792453 N°2
147,7569065 2,826415094
233,9357021 3,769811321
336,3112216 4,709433962 Se observa que en este ensayo la pendiente ocupa
449,5354902 5,652830189 un rango similar a la anterior prueba por lo que el
568,4133322 6,596226415 material actúa de la misma forma en diferente
681,9431994 7,539622642 tiempo.
773,9283677 8,486792453
832,1448945 9,433962264
865,1495396 10,38113208 Esfuerzos(MPA) Deformaciones(%)
878,1370711 11,3245283 13,98515784 0
877,9846793 12,25660377 26,98146613 1,063829787
870,0391166 12,62264151 52,40902584 2,127659574
866,5251406 12,93962264 88,99645898 3,187234043
861,6347486 13,25283019 135,0485949 4,25106383
855,3703855 13,56603774 187,598885 5,314893617
849,1052074 13,87924528 245,7997438 6,378723404
843,2988347 14,19622642 290,1567091 7,45106383
835,5064787 14,50943396 294,3946357 8,514893617
829,0889088 14,82641509 297,9262412 9,578723404
822,0601418 15,13962264 301,4578468 10,64255319
305,5545092 11,70638298 comportamiento muy parecido al primer ensayo aun
307,9560009 12,77021277 que se muestra un tipo de pendiente más alta.
310,6400211 13,83404255
310,9225495 14,89787234 Acero Alumini Acero Aluminio
310,2162284 15,96170213 1045 o 6061 1045 N°2
305,4132449 17,03404255 N°1 N°1 N°2
295,8072779 18,05531915 Límite de 800 285 810 290
291,993144 18,44680851 proporcio MPa MPa MPa MPa
289,0265953 18,8 nalidad
284,0823476 19,15744681 Punto de 800 285 810 290
281,3983274 19,5106383 fluencia MPa MPa MPa MPa
276,8778724 19,86808511 Esfuerzo 900 315 890 310
272,78121 20,22553191 último MPa MPa MPa MPa
267,2719054 20,5787234 Carga de 750 220 740 215
264,0228283 20,93617021 rotura MPa Mpa MPa MPa
259,0785806 21,2893617 Porcentaje 6.84% 17.54% 6,41% 18,51%
254,2755971 21,64680851 de
249,6138778 22,00425532 alargamie
243,8220448 22,36170213 nto
239,3015897 22,71489362 Porcentaje 31.65 58.67% 30,77 57.25%
227,8591878 23,42978723 de % %
220,937241 23,78297872 reducción
de área
-2,118963309 24,32340426
Tabla 6. Tabla de resumen de resultados
-3,390341294 24,45957447
Tabla 5. Esfuerzos vs deformaciones Aluminio N°2 Estos valores fueron obtenidos de las diferentes
gráficas para cada probeta mediante observación de
350 Esfuerzos vs deformaciones los puntos donde comenzaban y terminaban las
300 diferentes regiones de la curva esfuerzo-
250 deformación.
Esfuerzos(MPA)

200
Resistenc Punto Porcent Porcentaj
150
ia a la de aje de e de
100
tracción fluenci elongaci reducción
50
(MPa) a ón de área
0
(Mpa)
0 10 20 30
-50 Deformaciones(%) Recocido 620 379 26 53
Normaliza 655 413 23 45
Gráfica 4. Esfuerzo vs deformación del Aluminio do
6061 N°2 Laminado 655 413 23 44
(caliente)
Tabla 7. Valores teóricos para el Acero 1045 (Cia.
La última grafica pasa de igual manera que en el General de Aceros S.A.)
caso del acero el material (aluminio) tiene un
ANÁLISIS pueden identificar las zonas
características de los materiales, como lo
Comparando las propiedades mecánicas es la zona elástica, plástica y la de falla.
para las muestras de aluminio vs las El módulo de elasticidad depende del
muestras de acero podemos observar que estado fisicoquímico del material para
el acero presenta 3 veces mayor esfuerzo que éste portante de esta característica
último que el aluminio, pero el aluminio siempre tenga el mejor resultado teórico y
presenta una mayor zona plástica debido a experimental.
su ductilidad. Esto nos indica que el acero
soporta mayores esfuerzos, pero falla de Ahora, si bien se observó, no solo las
manera repentina sin presentar una propiedades internas influyen, sino
fluencia considerable. también, las externas, la longitud y el
diámetro del espécimen juegan uno de los
Nota/ en el ensayo realizado las muestras papeles fundamentales así también como
de aluminio duraron más tiempo en su rigidez. La longitud demuestra que ha
alcanzar su rotura en comparación con el mediado que sea más grande, la fuerza se
acero, esto es debido a la ductilidad del deberá proporcionar mayormente para
aluminio. poder llegar a su esfuerzo máximo.
Las diferencias entre los esfuerzos de Observando que los resultados son
rotura real vs convencional se presentan buenos en dimensión, es mejor guiarse
debido a que para el esfuerzo de rotura siempre a las condiciones de la norma
convencional la reducción de área en la técnica Colombia NTC 2 y a la norma
fractura no se tiene en cuenta, por lo sismo resistente de Colombia NSR-10,
tanto, la carga comienza a reducir una vez con fines de seguridad y calidad al
superado el esfuerzo máximo, en momento de optar por utilizar el acero o
consecuencia, el esfuerzo de fractura aluminio como material de construcción.
también se reduce. Mientras que para el
esfuerzo de fractura real se tiene en BIBLIORAFIA
cuenta la deformación transversal de la
 Tecnología, ensayo de tracción
probeta a lo largo de todo el ensayo, por
http://www.areatecnologia.com/materia
lo tanto al estar reduciéndose el área les/e nsayo-de-traccion.html
continuamente el esfuerzo de fractura real  VILLAR, S. (2018). Laboratorio:
será mayor al convencional. tracción de probetas metálicas.
Universidad Tecnológica de Bolívar.
CONCLUSIÓN Colombia.
 Hibbeler, R.C., MECÁNICA DE
Los diagramas esfuerzo-deformación son
MATERIALES, tercera edición,
una característica del material particular Prentice – Hall.
que se ensaya, donde las dimensiones de  GERE, J.M. (2009). MECÁNICA DE
las muestras no alteran sus características MATERIALES. 6ª ed. México,
particulares. Internacional Thomson Editores,
 BEER, F.P, JOHNSTON, E.R (2007).
De acuerdo lo anterior podemos inferir MECÁNICA DE MATERIALES.
que lo estudiado en clase es válido debido México, McGraw-Hill
a los resultados gráficos en la cual se
 ANEXOS Fig. Máquina universal de ensayos.

Fig. Máquina universal de ensayos.

Fig. Probetas de acero y aluminio
al finalizar el ensayo.

Fig. Probetas de acero y aluminio.

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