Hay dos formas de responder a «¿cuál es la resistencia a la tracción?», según lo que ya tenga. Si ya conoce la fuerza máxima que soportó una pieza antes de fallar y su área de sección transversal original, es un cálculo de una línea: σ = F_máx / A₀. Si todavía no tiene esos números, necesita hacer un ensayo de tracción real: estirar una probeta normalizada en una máquina de ensayos hasta que se rompa y registrar los números que necesita el cálculo. Este artículo cubre ambas cosas: la fórmula para cuando se tienen los datos y el procedimiento de ensayo completo para cuando no.
Si ya tiene la fuerza y el área: la fórmula
Resistencia a la tracción (σ) = F_máx ÷ A₀
Donde:
- F_máx = la fuerza máxima que soportó la probeta antes de la fractura (N o lbf)
- A₀ = el área de sección transversal original de la probeta, medida antes de cargarla (mm² o in²), no el área más estrecha en el punto de fractura
Para una probeta redonda: A₀ = π × d² / 4 (donde d es el diámetro original). Para una probeta rectangular: A₀ = anchura × espesor
Ejemplo resuelto
Una varilla de acero de 10 mm de diámetro se estira hasta la rotura con una carga máxima de 31,4 kN (31.400 N):
- Calcule el área original: A₀ = π × (10)² / 4 = 78,54 mm²
- Divida: σ = 31.400 N ÷ 78,54 mm² ≈ 400 MPa
Como 1 N/mm² = 1 MPa, no hace falta conversión de unidades al trabajar en milímetros y newtons. Esta misma fórmula se aplica tanto si el número que busca se llama «resistencia a la tracción» como «resistencia máxima a la tracción (UTS)»: los dos términos describen el mismo cálculo sobre el mismo punto de datos de fuerza máxima. Consulte ¿Qué es la resistencia a la tracción? si necesita la distinción conceptual entre límite elástico, UTS y resistencia a la fractura: es una cuestión de definición, no una diferencia de cálculo.
Si todavía no tiene los datos: cómo hacer el ensayo
El ensayo de resistencia a la tracción es un ensayo mecánico destructivo: se estira una probeta normalizada hasta que se rompe, y la máquina registra la fuerza y el alargamiento durante todo el proceso para construir los números que necesita la fórmula anterior, además de otras propiedades del material por el camino.
- Prepare la probeta. Mecanice o corte el material hasta una forma normalizada, normalmente de «hueso de perro» para metales y plásticos, con una sección calibrada más estrecha para que la rotura se produzca lejos de las mordazas y no en los extremos sujetos. Para metales, ASTM E8/E8M es la referencia estándar para las dimensiones de la probeta y el procedimiento de ensayo; la geometría exacta depende del material y del espesor.
- Mida la sección transversal original. Anote la anchura/espesor o el diámetro de la sección calibrada antes de aplicar ninguna carga: será A₀ en la fórmula.
- Monte la probeta. Sujete ambos extremos en las mordazas de una máquina universal de ensayos (UTM), alineados axialmente para que la carga tire en línea recta a lo largo de la probeta: una desalineación introduce una tensión de flexión que falsea el resultado. A menudo se acopla un extensómetro a la sección calibrada para seguir el alargamiento con precisión.
- Aplique tracción a una velocidad controlada. La máquina estira la probeta a velocidad constante (o a una velocidad de deformación controlada), registrando de forma continua la fuerza aplicada y el alargamiento.
- Continúe hasta la fractura. La probeta pasa por la deformación elástica, luego cede y se deforma plásticamente, normalmente se estrecha en sección (estricción) y finalmente se fractura. La fuerza más alta registrada durante todo el ensayo es F_máx.
- Calcule la resistencia a la tracción. Divida F_máx entre el área original A₀ (paso 2): es la fórmula de la sección anterior.
El ensayo produce una curva completa de tensión-deformación, no solo el número de resistencia a la tracción. Del mismo ensayo se obtiene además:
| Propiedad | Qué le dice |
|---|---|
| Límite elástico (resistencia a la fluencia) | Tensión a la que el material deja de comportarse elásticamente y empieza la deformación permanente |
| Resistencia máxima a la tracción (UTS) | Tensión máxima antes de la fractura: es la «resistencia a la tracción» en el sentido cotidiano |
| Alargamiento / ductilidad | Cuánto se estiró la probeta antes de romperse: comportamiento frágil frente a dúctil |
| Módulo de Young | Rigidez: la pendiente de la parte elástica (inicial, en línea recta) de la curva |
| Reducción de área | Cuánto se estrechó la sección en el punto de fractura |
¿Qué enfoque necesita realmente?
- Tiene fuerza y dimensiones de un informe de ensayo o de una especificación conocida → use la fórmula directamente. Es el camino rápido si alguien le entrega F_máx y A₀.
- Está evaluando una pieza física o una muestra de material real y no tiene datos de ensayo previos → necesita el procedimiento de ensayo completo: no hay atajo para obtener F_máx sin estirar el material hasta la rotura en una UTM.
- Intenta encontrar un número publicado para un material/grado conocido (p. ej., «cuál es la resistencia a la tracción del acero A36») → ninguna de las dos anteriores: consulte ¿Cuál es la resistencia a la tracción del acero? para una tabla de referencia por grado en lugar de volver a deducirlo desde cero.
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