ENSAYO DE TRACCIÓN
Una introducción


El ensayo de tracción es un tipo fundamental de ensayo mecánico realizado por ingenieros y científicos de materiales en instalaciones de fabricación e investigación de todo el mundo. Un ensayo de tracción (o ensayo de tensión) aplica fuerza a una muestra de material para medir la respuesta del material al esfuerzo de tracción (o tensión). Este tipo de ensayo permite conocer las propiedades mecánicas de un material y permite a los diseñadores de productos tomar decisiones informadas sobre cuándo, dónde y cómo utilizar un material determinado.

¿Por qué realizar una prueba de tracción?

Las pruebas de tracción y la caracterización de materiales son cruciales para los fabricantes e investigadores de todos los sectores. Para que un material sea seleccionado para un nuevo producto o uso, los investigadores deben asegurarse de que puede soportar las fuerzas mecánicas que encontrará en su aplicación final. Por ejemplo, el caucho de los neumáticos debe ser lo bastante elástico para absorber las irregularidades del firme, mientras que las suturas quirúrgicas deben ser lo bastante fuertes para mantener unidos los tejidos vivos. Además, los materiales y productos pueden estar expuestos a fuerzas mecánicas durante periodos de tiempo cortos o largos, mediante un uso cíclico o repetido, y en una amplia variedad de condiciones ambientales y de temperatura diferentes. Se espera que los neumáticos para automoción duren un cierto número de kilómetros bajo condiciones climáticas diversas, mientras que las suturas quirúrgicas, aunque solo se usan una vez, deben mantener una resistencia constante a la tracción durante el tiempo suficiente para que el organismo se cure. 

Además de su importancia para los procesos de I+D, los ensayos de tracción también son utilizados por los departamentos de control de calidad para garantizar que los lotes de producto acabado cumplen las especificaciones requeridas en cuanto a propiedades de tracción. Esto es importante tanto desde el punto de vista de la seguridad como desde el punto de vista empresarial, ya que los productos defectuosos pueden ser peligrosos para el usuario final y también pueden causar daños significativos a los fabricantes en forma de retrasos en los productos, pérdida de facturación y daños a su reputación.




 

CÓMO REALIZAR UN ENSAYO DE TRACCIÓN Introducción a los principios básicos de los ensayos de tracción

 



Los ensayos de tracción se realizan en máquinas diseñadas para ese propósito, también conocidas como máquinas de tracción o máquinas de ensayo de tracción. Estas máquinas de ensayo de tracción consisten en un bastidor de doble columna equipado con un célula de carga, software de ensayo, mordazas específicas para la aplicación y otros accesorios como los extensómetros. Las máquinas universales de ensayo están disponibles en una amplia variedad de capacidades de fuerza y se pueden configurar con diferentes accesorios para hacer ensayos de cualquier producto, componente o material.

configuración del sistema de pruebas de tracción 


Máquina de ensayo de tracción
Bastidor de carga
Las máquinas de ensayos de tracción pueden venir en configuraciones de una o dos columnas en función de su capacidad de fuerza.
Software
El software de prueba es donde los operadores configuran los métodos de prueba y los resultados de salida.
Célula de carga
La célula de carga es un transductor que mide la fuerza aplicada a la muestra de prueba. Las células de carga Instron tienen una precisión de hasta 1/1000 de capacidad de la célula de carga.
Mordazas y utillajes
Hay disponible una amplia gama de mordazas y utillajes para acomodar muestras de prueba de diferentes materiales, formas y tamaños.
Medición de la deformación
Algunos métodos de prueba requieren la medición del alargamiento de una muestra bajo carga. El AVE2 de Instron puede medir cambios en la longitud de la muestra hasta ±1 µm o el 0,5 % de la lectura.

 





PREPARACIÓN DE UN ENSAYO DE TRACCIÓN

Para realizar un ensayo de tracción, un operario debe realizar un conjunto de tareas para garantizar que el ensayo se realice de acuerdo con las normas internas y/o externas para ese cometido. Dependiendo del laboratorio, estas tareas pueden estar parcial o totalmente automatizadas, aunque la responsabilidad de la corrección de la preparación siempre recae en el operario.

Selección del método de ensayo
selección del método de ensayo de tracción

Después de cargar la muestra en el sistema y conectar el extensómetro, es el momento de iniciar el ensayo. Al preparar el ensayo, habrá seleccionado el método adecuado en el software de ensayos e introducido los parámetros necesarios en relación con la velocidad del ensayo, las mediciones de las muestras o los criterios de finalización. Tras indicar al sistema que arranque, la máquina aplicará fuerza de tracción a la muestra según lo prescrito por el método de ensayo y registrará los datos a medida que la muestra responda a la tensión. Una vez finalizada la prueba, la muestra se puede eliminar y los datos se pueden exportar para continuar el estudio. 

Preparación de muestras

Las geometrías de las muestras varían ampliamente en función del material que se está probando y del método de ensayo o norma que se esté aplicando. Los organismos rectores como ASTM e ISO ofrecen requisitos de muestras estandarizados para diferentes materiales, lo que permite que sus propiedades se comparen de forma fiable entre diferentes lotes y fabricantes.

Las muestras de tracción se suelen mecanizar o moldear en forma de huesos de perro, que proporcionan "hombros" diseñados para ser sujetados por las mordazas de la máquina de ensayo y una "longitud libre entre mordazas" en la que se medirán las propiedades de tracción. Las dimensiones de estos hombros, la longitud libre entre ellos y la longitud y anchura de toda la muestra se prescriben según la norma del ensayo.

diagrama de la muestra de tracción
Inserción de la muestra en las mordazas

Según las dimensiones y la textura del material, pueden ser necesarios diferentes tipos de mordaza y superficies de la cara de la mordaza para sujetar correctamente las muestras. Las mordazas están disponibles en una amplia variedad de capacidades de fuerza y con superficies recubiertas de goma, lisas, dentadas y de otros tipos. Para garantizar que la fuerza se aplica en la dirección correcta, hay disponibles diferentes dispositivos de alineación para ayudar a los operarios a insertar una muestra en las mordazas.

inserción de la muestra de tracción
Dispositivos de medición de la deformación
colocación del extensómetro en la muestra de tracción

La deformación es una medición de este parámetro en una muestra bajo tensión y es una parte básica de la caracterización de materiales requerida por la mayoría de las normas de ensayo. Los dispositivos de medición de la deformación, como los extensómetros, suelen utilizarse para realizar esta medición. Los dispositivos de contacto, como los extensómetros de pinza, se acoplan a la muestra después de haberla colocado en las mordazas.

Inicio del ensayo

Después de cargar la muestra en el sistema y conectar el extensómetro, es el momento de iniciar el ensayo. Al preparar el ensayo, habrá seleccionado el método adecuado en el software de ensayos e introducido los parámetros necesarios en relación con la velocidad del ensayo, las mediciones de las muestras o los criterios de finalización. Tras indicar al sistema que arranque, la máquina aplicará fuerza de tracción a la muestra según lo prescrito por el método de ensayo y registrará los datos a medida que la muestra responda a la tensión. Una vez finalizada la prueba, la muestra se puede eliminar y los datos se pueden exportar para continuar el estudio. 

Inicio de la prueba de tracción




 

ANÁLISIS DE DATOS DE PRUEBA DE TRACCIÓN Comprender las propiedades mecánicas de los materiales

 



La medición de un material o producto en tensión permite a los fabricantes obtener un perfil completo de sus propiedades de tracción. Cuando se trazan en un gráfico, estos datos dan como resultado un curva de tensión o deformación que muestra cómo reaccionó el material a las fuerzas que se aplicaban. Aunque diferentes normas exigen la medición de diferentes propiedades mecánicas, los puntos de mayor interés suelen ser el punto de rotura o fallo, el módulo de elasticidad, el límite elástico y la deformación.

datos de los ensayos de tracción


Máxima resistencia a la tracción

Una de las propiedades más importantes que podemos determinar sobre un material es su máxima resistencia a la tracción (UTS). Es el esfuerzo máximo que soporta una muestra durante el ensayo. El UTS puede equivaler o no a la resistencia a la rotura de la muestra, dependiendo de si el material es frágil, dúctil o presenta propiedades de ambos. A veces, un material puede ser dúctil cuando se ensaya en un laboratorio, pero, cuando se pone en servicio y se expone a temperaturas extremadamente frías, puede pasar a tener un comportamiento frágil.


Ley de Hooke

Para la mayoría de los materiales, la parte inicial del ensayo mostrará una relación lineal entre la fuerza o carga aplicada y el alargamiento mostrado por la muestra. En esta región lineal, la línea obedece a la relación definida como "Ley de Hooke", en la que la relación entre la tensión y la deformación es una constante. E es la pendiente de la línea en esta región donde la tensión (σ) es proporcional a la deformación (ε) y se denomina módulo de elasticidad o módulo de Young:

$$E = {σ\ \overε}$$ 


Módulo de elasticidad

El módulo de elasticidad es una medida de la rigidez del material que sólo se aplica en la región lineal inicial de la curva. Dentro de esta región lineal, la carga de tracción puede retirarse de la muestra y el material volverá a estar exactamente en el mismo estado en el que se encontraba antes de la aplicación de la carga. En el momento en que la curva deja de ser lineal y se desvía de la relación rectilínea, deja de aplicarse la Ley de Hooke y se produce una cierta deformación permanente en la muestra. Este punto se denomina límite elástico o proporcional. A partir de ahí en la prueba de tracción, el material reacciona plásticamente a cualquier aumento adicional de la carga o la tensión. No volverá a su estado original, sin tensión, si se retira la carga.


Límite elástico

El límite elástico de un material se define como la tensión aplicada al material a partir de la cual comienza a producirse la deformación plástica.


Método de compensación

Para algunos materiales (p. ej., metales y plásticos), la desviación de la región elástica lineal no puede identificarse fácilmente. Por lo tanto, se permite un método de compensación para determinar el límite elástico del material. Esta metodología se aplica habitualmente cuando se mide la resistencia elástica de los metales. Cuando se prueban metales aplicando las normas ASTM E8/E8M, se especifica una compensación expresada en porcentaje de deformación (generalmente del 0,2 %). La tensión (R) que se determina a partir del punto de intersección "r" cuando la línea de la región elástica lineal (con pendiente igual al módulo de elasticidad) se traza desde la compensación "m" se convierte en el límite elástico de compensación.


Módulos alternativos

Las curvas de tracción de algunos materiales no tienen una región lineal muy bien definida. En estos casos, la norma ASTM E111 proporciona métodos alternativos para determinar el módulo de un material, así como el módulo de Young. Estos módulos alternativos son el módulo secante y el módulo tangente.


Deformación

También podemos encontrar la cantidad de estiramiento o alargamiento que la muestra se somete durante las pruebas de tracción. Esto se puede expresar como una medida absoluta en el cambio de longitud o como una medida relativa llamada "deformación". La deformación en sí puede expresarse de dos maneras diferentes, como "deformación de ingeniería" y "deformación verdadera".

La deformación de ingeniería es probablemente la expresión más fácil y común de la deformación utilizada. Expresa la relación entre el cambio de longitud y la longitud original:

$$e = {L-Lₒ \ \over Lₒ} = { \Delta L\over Lₒ}$$

La deformación verdadera es similar, pero basada en la longitud instantánea de la muestra a medida que avanza el ensayo, donde Li es la longitud instantánea y L0 la longitud inicial:

$$ε = In {Lᵢ \ \over Lₒ}$$ 

 




 

EQUIPOS DE ENSAYO DE TRACCIÓN INSTRON Sistemas, componentes y piezas

 



Las máquinas de ensayo de tracción están disponibles en diferentes tamaños y capacidades de fuerza que van desde 0,02 N hasta 2000 kN. La mayoría de los ensayos de baja fuerza se realizan en una máquina electromecánica de una o dos columnas de sobremesa, mientras que las aplicaciones de mayor fuerza requieren bastidores de modelo de suelo. Los sistemas de la serie 6800 de Instron están disponibles en rangos de capacidad de hasta 300 kN y pueden realizar una amplia gama de diferentes tipos de ensayos, incluyendo tracción, compresión, flexión, pelado, desgarro, cizallamiento, fricción, torsión y perforación, entre otros. Los sistemas servohidráulicos de la serie Industrial de Instron están diseñados para realizar ensayos de mayor capacidad en metales de alta resistencia, aleaciones y composites avanzados.

Sistemas de pruebas universales de la serie 6800


Sistemas de pruebas universales de hasta 300 kN

Sistemas de prueba de modelo de mesa y modelo de suelo de una y dos columnas que tienen un rango de capacidad de fuerza de 0,02 N (2 gf) a 300 kN.

Más información

Sistemas de ensayo universales de la serie industrial de hasta 2000 kN


Sistemas de ensayos universales industriales de hasta 2000 kN

La serie industrial de Instron incluye bastidores con espacios de ensayo simples o dobles y su capacidad de fuerza oscila entre 300 kN y 2000 kN.

Más información







Mordazas de tracción
Para ensayos de plásticos, metales, composites, elastómeros, textiles y componentes


mordaza neumática 2712-042

Mordazas neumáticas de acción lateral
N.º de catálogo 2712-XXX

Nuestra mordaza de tracción más popular y más instalada en más de la mitad de todas las máquinas universales de ensayo de Instron. Estas mordazas son fáciles de usar, extremadamente versátiles y eficientes para pruebas de gran volumen. Capacidad de fuerza de hasta 10 kN.

Más información



Mordazas manuales de acción de cuña

Mordaza mecánica de acción de cuña
N.º de catálogo 2716-XXX

Un diseño de mordaza de tracción clásico, sencillo y robusto; las mordazas manuales de acción de cuña son perfectas para metales, composites y plásticos. Diseñada para facilitar la carga, alineación y colocación de las muestras. Capacidad de fuerza de hasta 250 kN.

Más información



Mordaza de acción lateral con tornillo

Mordazas avanzadas de acción lateral con tornillo
N.º de catálogo 2710-XXX

Las mordazas de acción con tornillo proporcionan un método muy sencillo y eficiente para sujetar muestras de ensayo y se utilizan con mayor frecuencia en aplicaciones biomédicas, de película plástica, electrónicas y de adhesivos. Capacidad de fuerza de hasta 10 kN.

Más información



Mordazas avanzadas de acción de cuña hidráulica

Mordazas avanzadas de acción de cuña hidráulica
N.º de catálogo 2742-XXX, 2743-XXX

Las mejores mordazas disponibles para la mayoría de las aplicaciones de ensayo de tracción para metales y composites. Se requiere una bomba hidráulica de agarre si se instalan en un sistema electromecánico. Capacidad de fuerza de hasta 500 kN.

Más información



Mordaza excéntrica de rodillo con autoapriete

Mordazas excéntricas de rodillo con apriete
N.º de catálogo 2713-XXX

Mordazas de tracción simples y eficientes con autoapriete, perfectas para elastómeros y películas finas. Capacidad de fuerza de hasta 5 kN.

Más información



Mordazas neumáticas para cuerdas e hilos

Mordazas neumáticas para cuerdas e hilos
N.º de catálogo 2810-410, 2714-XXX

Mordazas diseñadas específicamente para ensayos de tracción de hilos, cuerdas, cordones, tubos, suturas y alambres.

Más información



Mordazas hidráulicas de acción de cuña de 1500 kN barra de refuerzo de rotura

Mordazas hidráulicas de acción de cuña
N.º de catálogo W-52XX, 53XX

Mordazas hidráulicas de acción de cuña para los sistemas hidráulicos universales de ensayo estáticos de alta capacidad de Instron. Capacidad de fuerza de hasta 2000 kN.

Más información



Mordazas hidráulicas de acción lateral doble, 250kN N.º de catálogo W-5450

Mordazas hidráulicas de acción lateral​
N.º de catálogo W-54XX

Las mordazas hidráulicas de acción lateral DuraSync™ ofrecen un mayor rendimiento de agarre, facilidad de uso y seguridad para el operario en comparación con los diseños de mordazas tradicionales. Capacidad de fuerza de hasta 2000 kN.

Más información







Extensómetros
Soluciones de contacto y sin contacto para medición de la deformación


extensor de contacto automático en una máquina de tracción 

Extensómetro automático de vídeo sin contacto

Un extensómetro es un extensómetro sin contacto que puede medir la deformación mediante el seguimiento del movimiento de dos marcadores fijados a la muestra, utilizando tecnología digital con una cámara de alta resolución.

Más información



extensor de contacto automático en la máquina de prueba de tracción

Extensómetro de contacto automático
N.º de catálogo 2665-750

El AutoX750 maximiza la eficiencia y los ingresos, al tiempo que mantiene unos elevados niveles de calidad y unas condiciones de funcionamiento seguras.

Más información



pinza axial estática sobre extensómetro en máquina servohidráulica de ensayos de tracción

Extensómetro axial estático con pinza
N.º de catálogo 2630-XXX

Los extensómetros estáticos de pinza axial de Instron son una solución rápida y fácil para medir la deformación y son adecuados para una amplia gama de materiales como plásticos, metales y composites.

Más información






 

NORMAS DE ENSAYO DE TRACCIÓN Normas para el ensayo de plásticos, elastómeros y metales

 



La mayoría de los ensayos de tracción se realizan según las normas establecidas publicadas por organizaciones regulatorias como ASTM e ISO. Las normas de ensayo prescriben parámetros y resultados de ensayo aceptables para diferentes tipos de materias primas, tales como: metales, plásticos, elastómeros, textiles, y Composites, así como para productos terminados como dispositivos médicos, piezas automotrices y electrónica de consumo. Estas normas garantizan que los materiales y productos que entran en la cadena de suministro presentan propiedades mecánicas predecibles y no es probable que fallen en su uso final previsto. Dado que no se puede exagerar el coste y las implicaciones para la seguridad de los fallos de los productos, se anima a las empresas a invertir en equipos de ensayo precisos y de alta calidad, diseñados para ayudarles a determinar fácilmente si sus productos cumplen o no las normas aplicables.



ASTM D638 / ISO 527-2

ASTM D638 e ISO 527-2 son dos de las normas más utilizadas para evaluar las propiedades de tracción de los plásticos reforzados y no reforzados. Aunque estas normas miden muchas propiedades de tracción diferentes, las más comunes son resistencia a la tracción, módulo de tracción, alargamientoy relación de Poisson.


ASTM D412 / ISO 37

ASTM D412 y ISO 37 son las normas más habituales para determinar las propiedades de tracción del caucho vulcanizado (termoestable) y los elastómeros termoplásticos. Los compuestos de esta familia se utilizan para crear una amplia gama de productos, desde neumáticos hasta guantes médicos y juntas tóricas. Las mediciones clave para las pruebas de elastómero incluyen el alargamiento definitivo y la tracción establecida.


ASTM E8 / ASTM A370 / ISO 6892

ASTM E8, ASTM A370 y ISO 6892 son normas importantes para la prueba de tracción de metales y materiales metálicos. Los métodos de control de ensayos son una consideración importante en las pruebas de metales y es necesario conocer a fondo el cumplimiento de crucetas y el control de la deformación para obtener resultados precisos.






A continuación se muestra una lista de algunas de las normas de pruebas internacionales más habituales.

  • ASTM A370 | Métodos de ensayo normalizados y definiciones para los ensayos mecánicos de productos de acero
  • ASTM A416 | Especificación estándar para cables de acero de siete alambres de baja elasticidad para hormigón pretensado
  • ASTM A48 | Especificación normalizada para piezas de fundición de hierro gris
  • ASTM A746 | Especificación estándar para tuberías de alcantarillado por gravedad de hierro dúctil
  • ASTM A996 | Especificación normalizada para barras deformadas de acero de carril y de acero de eje para refuerzo de hormigón
  • ASTM C297 | Método de ensayo normalizado para la resistencia a la tracción plana de construcciones tipo sándwich
  • ASTM D1037 | Métodos de ensayo normalizados para evaluar las propiedades de los materiales de tableros de fibra y partículas de madera
  • ASTM D1414 | Métodos de ensayo normalizados para juntas tóricas de caucho
  • ASTM D1708 | Método de ensayo normalizado de las propiedades de tracción de los plásticos mediante el uso de muestras de microtracción
  • ASTM D2256 | Método de ensayo normalizado de las propiedades de tracción de los hilos por el método de hebra única
  • ASTM D3039 | Método de ensayo normalizado de las propiedades de tracción de los materiales compuestos de matriz polimérica
  • ASTM D4018 | Métodos de ensayo normalizados de las propiedades de los hilos continuos de fibra de carbono y grafito
  • ASTM D412 | Métodos de ensayo normalizados para caucho vulcanizado y elastómeros termoplásticos — Tensión
  • ASTM D4632 | Método de ensayo normalizado para la carga de rotura y el alargamiento de geotextiles
  • ASTM D5034 | Método de ensayo estándar para la resistencia a la rotura y el alargamiento de tejidos textiles (ensayo de arrancado)
  • ASTM D5035 | Método de ensayo estándar para fuerza de rotura y alargamiento de tejidos textiles (método de la tira)
  • ASTM D5766 | Método de ensayo estándar para la resistencia a la tracción en orificio abierto de laminados compuestos de matriz polimérica
  • ASTM D5961 | Método de ensayo estándar para la respuesta portante de los laminados compuestos de matriz polimérica
  • ASTM D638 | Método de ensayo normalizado de las propiedades de tracción de plásticos
  • ASTM D7269 | Métodos de ensayo normalizados para la prueba de tracción de hilos de aramida
  • ASTM D882 | Método de ensayo estándar para determinar las propiedades de tracción de láminas delgadas de plástico
  • ASTM A416 | Especificación estándar para cables de acero de siete alambres de baja elasticidad para hormigón pretensado
  • ASTM D885 | Métodos de ensayo normalizados para cordones de neumáticos, tejidos para cordones de neumático e hilos de filamentos industriales
  • ASTM F2150 | Ensayos de tracción de hidrogeles poliméricos
  • ASTM F606 | Ensayos de tracción de elementos de fijación, arandelas, indicadores de tensión directa y remaches
  • ASTM F2516 | Método de ensayo normalizado para la prueba de tracción de materiales superelásticos de níquel-titanio
  • ASTM E8 | Métodos de ensayo normalizados para pruebas de tracción de materiales metálicos
  • ISO 10319 | Ensayo de tracción de ancho amplio de geosintéticos
  • ISO 10555 | Ensayo de tracción de catéteres intravasculares estériles y de un solo uso
  • ISO 11193 | Ensayo de tracción de guantes médicos de un solo uso
  • ISO 13934 | Ensayo de tracción de tejidos (método de arrancado)
  • ISO 15630 | Ensayos de acero para el armado y pretensado del hormigón
  • ISO 1798 | Resistencia a la tracción y alargamiento a la rotura de materiales poliméricos celulares flexibles
  • ISO 1926 | Propiedades de tracción de los plásticos celulares rígidos
  • ISO 2062 | Fuerza de rotura y alargamiento a la rotura de hilos
  • ISO 3183 | Ensayo de tracción de tubos y tuberías
  • ISO 37 | Propiedades de tracción del caucho vulcanizado o termoplástico
  • ISO 527-2 | Propiedades de tracción de los plásticos
  • ISO 527-3 | Ensayo de tracción de láminas y películas delgadas de plástico
  • ISO 527-4 | Propiedades de tracción de compuestos plásticos isótropos y ortótropos reforzados con fibras
  • ISO 6892 | Ensayo de tracción de metales y materiales metálicos
  • ANSI/AWS B4.0 | Métodos normalizados de ensayo mecánico de soldaduras
  • BS EN 319 | Resistencia a la tracción de los tableros de partículas y de fibras
  • BS EN 2561 | Ensayos de tracción de plásticos reforzados con fibra de carbono
  • BS EN 2597 | Propiedades de tracción de plásticos unidireccionales reforzados con fibra de carbono
  • IS 1608 | Ensayo de tracción de materiales metálicos a temperatura ambiente
  • TAPPI 220, 456, & 494 | Ensayo de tracción del papel
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