ASTM D3039: Propiedades de tracción de materiales compuestos de matriz polimérica
Guía para el ensayo de compuestos reforzados con matriz polimérica según la norma ASTM D3039
Escrito por: Ian McEnteggart
Actualizado: 18 de noviembre de 2025
La norma ASTM D3039 es una norma ampliamente utilizada para determinar las propiedades de tracción de los materiales compuestos. Más concretamente, esta norma se aplica a los compuestos que consisten en una matriz polimérica reforzada por fibras de alto módulo continuas o discontinuas.
Debido a su alta relación resistencia-peso, estos tipos de compuestos se utilizan comúnmente para aplicaciones aeroespaciales, automotrices y de energías renovables.
Esta guía presenta los elementos clave de los ensayos ASTM D3039, incluidos los equipos, el software y las muestras necesarias.
¿Qué mide la norma ASTM D3039?
El ensayo ASTM D3039 implica la aplicación de una fuerza de tracción a una probeta (cupón) y la medición de varias propiedades. El ensayo se lleva a cabo en una máquina de ensayos universal (también llamada máquina de ensayos de tracción) y la norma incorpora unidades tanto del sistema inglés como del SI.
Las mediciones clave incluyen:
- Resistencia máxima a la tracción: tensión máxima aplicada (normalmente en la rotura)
- Deformación máxima a la tracción: deformación en la rotura
- Módulo de tracción: rigidez del material
- Coeficiente de Poisson: relación entre el cambio en la deformación transversal y longitudinal
- Deformación de transición: en los casos en que el material muestra un comportamiento de fluencia, como se indica por un cambio de pendiente en la respuesta tensión-deformación, la deformación de transición es el valor de deformación donde se produce el cambio de pendiente
- Modo de fallo: las probetas rotas deben examinarse y registrarse su tipo, área y ubicación de fallo
Consiga una buena alineación: la clave para un ensayo fiable
La desalineación es una de las mayores fuentes de variabilidad en el ensayo de materiales compuestos. Este informe técnico desglosa los componentes críticos (sistema, accesorios y herramientas de alineación) que necesita para hacerlo bien siempre.
¿Es la norma ASTM D3039 la norma adecuada?
La norma ASTM D3039 es una de las pruebas más básicas para caracterizar las propiedades de tracción de los materiales compuestos. Sin embargo, existen otras normas para evaluar las diferentes propiedades mecánicas de los materiales compuestos anisotrópicos y heterogéneos, entre ellas:
- ASTM D3410 y ASTM D6641 para ensayos de compresión
- ASTM D3518 para ensayos de cizalladura en el plano
El módulo de aplicación de materiales compuestos del software Bluehill Universal de Instron incluye un método de ensayo preconfigurado para la norma ASTM D3039 y muchas otras normas. Consulte la lista completa de plantillas de métodos disponibles en Bluehill Universal.
Tipos de probeta
Las probetas ASTM D3039 tienen forma rectangular con una sección transversal constante.
La norma incluye geometrías de probeta recomendadas para tipos de material unidireccional de 0⁰, unidireccional de 90⁰, equilibrado y simétrico, y discontinuo aleatorio.
La norma ASTM D3039 se puede utilizar tanto para refuerzos de fibra continuos como discontinuos, pero la disposición de capas de la probeta laminada debe ser equilibrada y simétrica con respecto a la dirección del ensayo para garantizar que la probeta no se tuerza ni se distorsione bajo carga.
Pestañas de la probeta
Es una práctica común en los ensayos de materiales compuestos utilizar pestañas para proteger el material de la probeta de los daños causados por las mordazas. La norma ASTM D3039 no exige el uso de pestañas, pero sí recomienda su uso cuando se ensayan materiales unidireccionales.
Las pestañas se pueden unir a la probeta o sujetar en su lugar por fricción (por ejemplo, tela de esmeril).
Medición de probetas
Antes del ensayo, se debe medir el área de la sección transversal de la probeta. Esto se hace midiendo el ancho y el grosor en tres lugares dentro de la sección calibrada y promediando las mediciones.
Dispositivos de medición de probetas
- Cuando una o ambas superficies son irregulares, se requiere un micrómetro con una interfaz de bola para medir el grosor.
- Si ambas superficies son planas, se puede utilizar un micrómetro con una interfaz de bola o plana.
- Utilice un calibrador o micrómetro con un yunque plano para medir el ancho de la probeta.
Mejor práctica: Para eliminar la posibilidad de errores de entrada y para mejorar la eficiencia, utilice un dispositivo automático de medición de probetas capaz de transmitir las mediciones directamente al software de ensayo.
La función de dispositivo automático de medición de probetas en Bluehill Universal permite a los operadores conectar hasta dos dispositivos (micrómetros o calibradores) simultáneamente.
Sistema de ensayo de materiales
El ensayo para ASTM D3039 se realiza en una máquina de ensayos universal.
- Un sistema de 30 kN o 50 kN puede ser suficiente para ensayar compuestos de fibra de vidrio.
- Generalmente se necesita un sistema de 100 kN o 300 kN para ensayar compuestos de fibra de carbono.
Mordazas y alineación de la probeta
Las mordazas de tracción utilizadas para sujetar probetas de materiales compuestos deben proporcionar una presión suficientemente fuerte y uniforme para evitar que la probeta se deslice durante el ensayo.
Mordazas recomendadas
Ambos tipos de mordazas proporcionan una fuerza de sujeción fiable y utilizan un diseño de cuerpo móvil que minimiza las fuerzas de compresión al cargar una probeta.
Se pueden instalar dispositivos de alineación de probetas opcionales en estas mordazas para establecer la alineación óptima para obtener resultados más consistentes.
Caras de mordaza recomendadas
- Probetas con pestañas: caras de mordaza serradas
- Probetas sin pestañas: caras de mordaza planas con un revestimiento duro de alta fricción (por ejemplo, surfalloy, carburo)
Nota: En algunos casos, se puede utilizar tela de esmeril con caras serradas para sujetar probetas sin pestañas.
Medición de la deformación
La deformación se mide utilizando un extensómetro o galgas extensométricas.
Extensómetros de pinza (por ejemplo, Serie 2630)
- Se fijan manualmente a la probeta al inicio de cada ensayo
- Es posible que deban retirarse antes de que se rompa la probeta si el fallo es violento
- Es posible que no sean adecuados para medir la deformación en el fallo
- Se pueden utilizar en cámaras ambientales hasta una temperatura máxima de 200 °C
Extensómetros de vídeo sin contacto (por ejemplo, Extensómetro de vídeo avanzado AVE3)
- La cámara mide la deformación utilizando marcas en la probeta
- No se pueden dañar por la energía liberada en el fallo
- Se pueden utilizar con una cámara ambiental para ensayos no ambientales: se montan fuera de la cámara, lo que elimina la necesidad de abrir y cerrar la puerta durante el ensayo
Extensómetros transversales
Si se ensaya el coeficiente de Poisson, se requiere un extensómetro transversal para medir el cambio de ancho en toda la región elástica de la probeta.
Se puede utilizar un extensómetro transversal independiente para complementar un extensómetro de pinza o de vídeo, o se puede utilizar un dispositivo biaxial para medir la deformación axial y transversal simultáneamente con un solo dispositivo.
Galgas extensométricas
- Las galgas extensométricas de resistencia eléctrica se utilizan comúnmente para medir la deformación en el fallo en materiales compuestos.
- Normalmente consisten en una fina rejilla de lámina metálica que se une a la probeta con un adhesivo
- Se pueden utilizar en cámaras ambientales, desde temperaturas criogénicas hasta más de 200 °C
- Requieren electrónica de acondicionamiento para generar una señal útil. Instron ofrece un adaptador fácil de usar para la electrónica estándar de una máquina de ensayo Instron.
Si bien las galgas extensométricas pueden proporcionar mediciones de deformación muy precisas, son un consumible costoso que requiere mano de obra cualificada para su correcta instalación.
Ensayos no ambientales en cámaras ambientales
Los materiales compuestos a menudo requieren ensayos en condiciones no ambientales para caracterizar el rendimiento del material a temperaturas de aplicación.
Las cámaras ambientales utilizan convección de aire forzado junto con elementos calefactores resistivos para alcanzar altas temperaturas, y nitrógeno líquido o refrigeración con dióxido de carbono para alcanzar bajas temperaturas.
Las cámaras ambientales de la serie 3119-600 de Instron proporcionan amplias capacidades de ensayo de temperatura para evaluar las propiedades de los materiales en condiciones no ambientales. Se dispone de una gama completa de mordazas, varillas de tracción y extensómetros complementarios.
Notas finales
La norma ASTM D3039 es esencial para comprender el comportamiento de tracción de los compuestos reforzados con fibra de matriz polimérica. Si bien esta guía proporciona una visión general completa, consulte siempre la norma ASTM D3039 completa para conocer los procedimientos detallados y el cumplimiento.
Preguntas frecuentes
| ASTM D3039 | ASTM D638 | |
|---|---|---|
| Materiales | La norma ASTM D3039 cubre la determinación de las propiedades de tracción en el plano de los compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras de alto módulo continuas o discontinuas.
Las propiedades de los materiales compuestos de fibra continua pueden ser muy anisotrópicas, es decir, dependen en gran medida de la dirección. |
La norma ASTM D638 cubre la determinación de las propiedades de tracción de los plásticos reforzados y no reforzados. Los compuestos reforzados con fibras de alto módulo se ensayarán según la norma ASTM D3039.
Se espera que los tipos de material plástico ensayados utilizando la norma ASTM D638 sean esencialmente isotrópicos, es decir, que las propiedades sean aproximadamente las mismas en todas las direcciones. |
| Probetas | Las probetas ASTM D3039 son todas planas y rectangulares. Esto reduce la posibilidad de fallos por cizalladura en las mordazas.
Se recomiendan pestañas unidas o de fricción para algunos tipos de material, por ejemplo, unidireccionales para evitar que las caras de la mordaza dañen las fibras compuestas y provoquen un fallo prematuro. Las probetas se producen normalmente cortando láminas laminadas planas con una sierra de diamante. |
Las probetas ASTM D638 tienen un ancho reducido en la sección calibrada y anchos más amplios en la sección de agarre.
Las probetas se producen normalmente mediante moldeo por inyección. |
| Medición de la deformación | La norma ASTM D3039 especifica el uso de un extensómetro calibrado según la norma ASTM E83 Clase B-1 o galgas extensométricas que cumplen con la norma ASTM E251.
La deformación de fallo de la mayoría de los materiales compuestos es inferior al 5%, por lo que estos dispositivos de medición de la deformación no requieren un gran recorrido. |
La norma ASTM D638 requiere un extensómetro calibrado según la norma ASTM E83 Clase B-2 para mediciones de módulo y baja extensión (<20%) junto con el uso del desplazamiento del travesaño para determinar la “deformación nominal” para mediciones de alta extensión. |
| Cálculos | La norma ASTM D3039 incluye cálculos para:
|
La norma ASTM D638 incluye cálculos para:
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Catálogo sobre ensayos en materiales compuestos
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Folleto de Bluehill Universal
Bluehill Universal es el software avanzado de Instron para ensayos de materiales, diseñado para una interacción táctil intuitiva y flujos de trabajo optimizados. Ofrece métodos de ensayo precargados, QuickTest para una configuración rápida, exportación de datos mejorada e Instron Connect para una comunicación directa con el servicio técnico. Los usuarios de Bluehill 2 y Bluehill 3 pueden actualizar fácilmente a la última versión para mejorar el rendimiento y la usabilidad.
3119-600 Series Environmental Chambers
The 3119-600 Series Environmental Chamber allows labs to perform safe and efficient testing at a wide range of non-ambient temperatures.
