La resistencia a la tracción es una medida clave utilizada por investigadores, ingenieros y departamentos de control de calidad para evaluar las propiedades mecánicas de un material, producto o componente. La resistencia a la tracción de un material se define como la máxima tensión mecánica a la tracción que una muestra puede soportar antes del fallo, aunque la definición de fallo varía según el tipo de material y su diseño.

Cuando los materiales se someten a un esfuerzo de tracción cada vez mayor, los enlaces entre sus átomos se estiran y finalmente se rompen al aumentar la tensión. Cuando las uniones atómicas solamente se estiran, se dice que el material está dentro de su región elástica, donde la supresión de la fuerza hará que el material vuelva a su forma original. Una vez que se rompen las uniones atómicas, el material ha entrado en su región plástica.  Esto significa que el material ha sido alterado químicamente y ya no volverá a su forma original al retirar la fuerza. Las muestras a menudo empezarán a cambiar visiblemente durante esta fase de la prueba, estrechándose en el centro, lo que se conoce como "estrangulamiento".

Dependiendo del material que se esté evaluando, la resistencia a la tracción se puede evaluar en el punto en el que entra en la fase de deformación plástica, su límite elástico, o el punto en el que el material finalmente se rompe. La evaluación de la resistencia a la tracción en el punto de deformación plástica se conoce como límite elástico. La evaluación de la resistencia a la tracción en el punto de ruptura de la muestra se conoce como máxima resistencia a la tracción. 

El tipo de material que se prueba determinará si el límite elástico o la máxima resistencia a la tracción proporcionan la información más útil. Por ejemplo, los materiales dúctiles, como los metales, normalmente se evalúan en el límite elástico, mientras que los materiales frágiles, como los compuestos, suelen evaluarse en el punto de ruptura. Ambos puntos, junto con el módulo de elasticidad, son cálculos importantes que se utilizan para caracterizar la resistencia de un material.

Unidades para medir la resistencia a la tracción

En el sistema internacional la resistencia a la tracción se expresa en Pascales o Megapascales, lo que equivale a Newtons por metro cuadrado (N/m²). En el sistema americano se expresa en libras por pulgada cuadrada (lbf/in² o psi). 

¿Cómo se calcula la resistencia a la tracción?

La resistencia a la tracción se calcula dividiendo el área de la sección transversal de la muestra por la máxima fuerza de tracción alcanzada. Resistencia a la tracción (σ) = fuerza de tracción máxima (F) / área de la sección transversal de la muestra (A):

$$\sigma =\frac{F}{A}$$

¿Cómo se mide la resistencia a la tracción?

La resistencia a la tracción se mide realizando una prueba de tracción en una máquina de prueba universal, y se debe tener cuidado para garantizar que los resultados sean precisos y repetibles. La evaluación de un material por su resistencia a la tracción/límite elástico en unidades de tensión (Pa o psi) en lugar de fuerza (N o lbf) ayuda a la repetibilidad de los resultados. Esto se debe a que los materiales/muestras preparados tienen tolerancias de espesor y anchura que pueden variar, y la tensión tiene en cuenta las mediciones de espesor y anchura del cálculo de la resistencia a la tracción de cada una de las muestras. Por ejemplo, si un operador probó 5 muestras del mismo lote y todas tenían diferentes grosores, sus valores de fuerza máxima pueden tener un rango más amplio, mientras que sus valores de tensión seguirán siendo comparables.

Representaciones de la resistencia a la tracción

El siguiente gráfico muestra rendimientos y tipos de curvas de una variedad de diferentes tipos de muestras de plástico:

• La muestra 1 es un ejemplo de una muestra frágil que se rompe en el límite con baja deformación
• La muestra 2 es un ejemplo de un material con un aumento de tensión después del límite
• La muestra 3 es un material que no aumenta de tensión después del límite
• La muestra 4 es un material elastomérico blando que se rompe con una tensión mayor 

 

Este gráfico muestra ejemplos de límites elásticos superior e inferior para diferentes tipos de curvas, en los que R_eh representa el límite elástico superior, R_el representa el límite elástico inferior y a representa el efecto transitorio inicial. Estas curvas son representativas del comportamiento que suele observarse cuando se prueban metales.

Resistencia a la tracción de materiales comunes

Material	Límite elástico (MPa)	Máxima resistencia a la tracción (MPa)
Nylon-6	45	45-90
Acrílico, placa de fundición transparente (PMMA)	72	87
Aluminio	95	110
Cobre	70	220
Acero estructural ASTM A36	250	400-550
Acero inoxidable AISI 302 laminado en frío	502	860
Aleación de titanio	730	900
Diamante	1600	2800
Aramida (Kevlar o Twaron)	3620	3757
Fibra de carbono (Toray T1100G) (las fibras artificiales más fuertes)	-	7000 fibra solo

Fuente: https://www.engineeringtoolbox.com/young-modulus-d_417.html 

La resistencia a la tracción, junto con otras propiedades de tracción, se mide en máquinas de prueba universales. Este equipo está disponible en una variedad de diferentes capacidades de fuerza, que van desde los 0,02 N hasta los 2000 kN. Además de las pruebas de tracción, estas máquinas también pueden realizar pruebas de compresión, flexión, pelado, desgarro, cizallamiento, fricción, torsión, perforación y una variedad de otros tipos de pruebas para caracterizar completamente las propiedades mecánicas de los materiales, componentes y productos terminados. Según los requisitos de rendimiento de su laboratorio, también hay disponibles varios sistemas de automatización.