Manual de Ensayos de Materiales EDIBON EEU/20KN

UNIDADES TECNOLOGICAS DE SANTANDER
LABORATORIO DE RESISTENCIA DE
MATERIALES Y METALOGRAFIA
ANEXO A
MANUAL DE PRÁCTICAS
EQUIPO DE ENSAYO DE MATERIALES UNIVERSAL EDIBON EEU/20KN
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Nro.
REVISION
FECHA
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Danilo A. Castro Leguizamo
Ingeniería Electromecánica
APROBADO
REVISADO
CONTROL DE DOCUMENTOS
CUADRO DE CONTROL DE MODIFICACIONES AL DOCUMENTO
Versión
Descripción del cambio
realizado
Aprobó
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Copias
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TABLA DE CONTENIDO
LISTA DE FIGURAS………………………………………………………………………5
1. MANUAL DE PRÁCTICAS.......................................................................................7
1.1.
DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO............................................................................7
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.1.4
1.1.5
1.1.6
Introducción.........................................................................................................7
Descripción..........................................................................................................7
Especificaciones..................................................................................................9
Posibilidades prácticas......................................................................................17
Dimensiones y pesos........................................................................................17
Servicios requeridos .........................................................................................17
1.2 INSTRUCCIONES PRINCIPALES, ADVERTENCIAS Y PRECAUCIONES...........19
1.2.1
1.2.2
1.2.3
Advertencias y precauciones principales..........................................................19
Particularidades del software del equipo EEU/20KN........................................19
Identificación de elementos principales.............................................................22
1.3 FUNDAMENTO TEÓRICO......................................................................................25
1.3.1
1.3.2
1.3.3
1.3.4
1.3.5
1.3.6
1.3.7
Introducción.......................................................................................................25
Ensayo de dureza.............................................................................................25
Ensayo de tracción (o tensión) .........................................................................31
Ensayo de compresión .....................................................................................35
Ensayos de flexión estática...............................................................................37
Ensayo de Cizalladura......................................................................................38
Ensayo de embutición.......................................................................................40
1.4 PRÁCTICAS DE LABORATORIO...........................................................................42
1.4.1
1.4.2
1.4.3
Práctica 1. Ensayo de compresión ...................................................................42
Práctica 2: Ensayo de dureza Brinell ...............................................................54
Práctica 3. Ensayo de tracción (o tensión) .......................................................62
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1.4.5
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Práctica 4. Ensayo de flexión……….................................................................75
Práctica 5: Ensayo de cizallamiento .................................................................48
Práctica 6. Ensayo de embutición.....................................................................51
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LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1.
Figura 2.
Figura 3.
Figura 4.
Figura 5.
Figura 6.
Figura 7
Figura 8.
Figura 9.
Figura 10.
Figura 11.
Figura 12.
Figura 13.
Figura 14.
Figura 15.
Figura 16.
Figura 17.
Figura 18.
Figura 19.
Equipo de ensayos universal Edibon EEU/20KN………………………………7
Descripción constructiva de Equipo de Ensayo de Materiales Universal
EEU/20KN…………………………………………………………………………………9
Juego de placas para ensayo de compresión y probetas del Equipo de
Ensayo de Materiales Universal EEU/20KN…………………………………..10
Juego de mordazas para ensayo de tensión y probetas del Equipo de Ensayo
de Materiales Universal EEU/20KN……………………………………………11
Dispositivo para ensayo de cizallamiento y probetas del Equipo de Ensayo
de Materiales Universal EEU/20KN……………………………………………12
Dispositivo para ensayo de dureza Brinell y probetas del Equipo de Ensayo
de Materiales Universal EEU/20KN……………………………………………13
Dispositivo para ensayo de flexión y probetas del Equipo de Ensayo de
Materiales Universal EEU/20KN………………………………………………..14
Dispositivo para ensayo de embutición y probetas del Equipo de Ensayo de
Materiales Universal EEU/20KN………………………………………………..15
Dispositivo para ensayo de resorte y probetas del Equipo de Ensayo de
Materiales Universal EEU/20KN………………………………………………..16
Pantalla de inicio software Equipo de Ensayos de Materiales EDIBON……19
Pantalla de Interacción de pruebas Equipo de Ensayos de Materiales
EDIBON…………………………………………………………………………..20
Sistema Hidráulico Equipo de Ensayos de Materiales EDIBON……………21
Válvula de alivio Sistema Hidráulico Equipo de Ensayos de Materiales
EDIBON…………………………………………………………………………..22
Manómetro principal Sistema Hidráulico Equipo de Ensayos de Materiales
EDIBON…………………………………………………………………………..23
Potenciómetro portátil Equipo de Ensayos de Materiales EDIBON………...24
Esquema de identador para dureza Brinell……………………………………28
Esquema de identador en posición para huella de ensayo – Distancias
tenidas en cuenta………………………………………………………………..29
Tipos de penetración: craterización y depresión……………………………..30
Curva tensión-deformación……………………………………………………..33
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Figura 20.
Figura 21.
Figura 22.
Figura 23.
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Curva tensión-deformación típico de un acero de bajo límite de fluencia…..35
Esquema de ensayo de flexión estática a 3 y 4 puntos……………………..38
Esquema de esfuerzos cortantes sobre un material…………………………39
Esquema de ensayo de embutición……………………………………………40
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1. MANUAL DE PRÁCTICAS
1.1.
DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO.
1.1.1. Introducción.
La finalidad de la realización de los ensayos de materiales es el poder determinar los valores
de resistencia, verificar las propiedades y establecer el comportamiento de aquellos
materiales bajo la acción de las influencias externas.
En los ensayos físicos se determina generalmente la forma y dimensión de los cuerpos, su
peso específico y densidad, contenido de humedad, etc., y en los mecánicos la resistencia,
elasticidad y plasticidad, ductilidad, tenacidad y fragilidad, etc. (EDIBON, 2014a).
1.1.2. Descripción.
Figura 1.
Equipo de ensayos universal Edibon EEU/20KN.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON (EDIBON, 2014a).
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La unidad EEU/20KN desarrollada por EDIBON consiste en un equipo universal de mesa
para enseñanza. Se distingue por su construcción rígida, control exacto y sistema hidráulico
preciso para aplicación de cargas de hasta 23 kN con un esfuerzo muy pequeño, lo que
permite demostrar fenómenos indetectables con cargas menores (EDIBON, 2014a).
Este equipo permite la realización de ensayos de los principios fundamentales de la
comprobación de materiales como lo son:
- Ensayo de dureza Brinell.
- Ensayo de tensión.
- Ensayo de compresión.
- Ensayo de cizallamiento.
- Ensayo de flexión.
- Ensayo de embutición.
- Comprobación de resorte de disco y helicoidales.
La unidad permite tanto la operación manual, generando la fuerza de comprobación
mediante un sistema hidráulico y realizando la medición mediante un instrumento indicador
con aguja de arrastre, como la posibilidad de registro y evaluación de los datos a través del
ordenador.
Los ensayos de tensión y cizallamiento se realizan entre el travesaño superior y la barra de
soporte inferior (A).
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Figura 2.
Descripción constructiva de Equipo de Ensayo de Materiales Universal EEU/20KN.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON (EDIBON, 2014a).
Los ensayos de compresión, flexión, embutición, dureza Brinell y pruebas con muelles
helicoidales y de disco se realizan entre las barras de soporte superior e inferior (B).
1.1.3. Especificaciones
El equipo EDIBON “EEU/20KN” está formado por:
- Principales elementos metálicos en acero inoxidable.
- Unidad base con patas.
- Travesaño superior.
- Travesaño inferior.
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- Pilares estructurales.
- La carga de prueba se genera mediante un sistema hidráulico manual.
- Sensor de fuerza.
- Sensor para el desplazamiento por deformación.
- Carrera máxima: 45mm.
- Fuerza de prueba máx.: 20kN.
- Dinamómetro: 0-20kN., graduaciones: 0,5kN.
- Indicador de elongación: 0-10mm, graduaciones: 0,01mm.
- Sistema de adquisición de datos para el ordenador (PC).
Accesorios para la realización de pruebas:

Juego de dos placas de compresión con elementos de sujeción; probetas para
ensayos de compresión: acero, latón, aluminio y cobre.
Figura 3.
Juego de placas para ensayo de compresión y probetas del Equipo de Ensayo de Materiales
Universal EEU/20KN.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON (EDIBON, 2014a).
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Mordazas para ensayos de tensión para probetas planas y redondas; probetas
planas para medir la tensión, fabricadas en aluminio, acero, latón y cobre; barras
para pruebas de tensión fabricadas en aluminio, acero, latón y cobre; dispositivos
para ensayos de tensión para probetas normalizadas; probetas normalizadas para
pruebas de tensión fabricadas en aluminio, acero, latón y cobre.
Figura 4.
Juego de mordazas para ensayo de tensión y probetas del Equipo de Ensayo de Materiales
Universal EEU/20KN.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON (EDIBON, 2014a).
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Dispositivo para experimentos de cizallamiento; probetas para ensayos de
cizallamiento: acero, latón, aluminio y cobre.
Figura 5.
Dispositivo para ensayo de cizallamiento y probetas del Equipo de Ensayo de Materiales
Universal EEU/20KN.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON (EDIBON, 2014a).
 Dispositivo para pruebas de dureza Brinell. Bola penetradora: 10mm; probetas
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Brinell fabricadas en aluminio, acero, latón y cobre.
Figura 6.
Dispositivo para ensayo de dureza Brinell y probetas del Equipo de Ensayo de Materiales
Universal EEU/20KN.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON (EDIBON, 2014a).

Dispositivo de flexión; probetas para ensayos de flexión fabricadas en aluminio,
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acero, latón y cobre.
Figura 7.
Dispositivo para ensayo de flexión y probetas del Equipo de Ensayo de Materiales Universal
EEU/20KN.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON (EDIBON, 2014a).
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Dispositivo para experimentos de embutición; probetas para ensayos de embutición:
acero, latón, aluminio y cobre.
Figura 8.
Dispositivo para ensayo de embutición y probetas del Equipo de Ensayo de Materiales
Universal EEU/20KN.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON (EDIBON, 2014a).
 Muelles de disco; muelles helicoidales.
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Figura 9.
Dispositivo para ensayo de resorte y probetas del Equipo de Ensayo de Materiales
Universal EEU/20KN.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON (EDIBON, 2014a).
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1.1.4. Posibilidades prácticas
Para poder realizar las practicas correspondientes se debe aprender a manejar la
instrumentación para realizar los principales ensayos de materiales, además, sirve como
estudio y familiarización con equipos de ensayos universales de materiales que ayudan a
la comprensión y funcionamiento de los mismos.
Dentro de la practicas tenemos:
- Pruebas de resistencia a la tracción.
- Pruebas de resistencia a la compresión.
- Pruebas de dureza mediante el método Brinell.
- Pruebas de flexión.
- Pruebas de cizallamiento.
- Pruebas de embutición.
- Pruebas con muelles de disco.
- Pruebas con muelles helicoidales en serie o en paralelo.
- Registro de curvas características: fuerza vs deformación.
- Uso del sistema de adquisición de datos
1.1.5. Dimensiones y pesos.
Los pesos y las dimensiones principales que deben tenerse en cuenta son:




Anchura: 500 mm.
Longitud: 400 mm.
Altura: 750 mm.
Peso neto aproximado: 55 kg.
1.1.6. Servicios requeridos

Suministro eléctrico: 220-110V/50-60 Hz.
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1.2.
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INSTRUCCIONES PRINCIPALES, ADVERTENCIAS Y PRECAUCIONES.
1.2.1. Advertencias y precauciones principales.
Lea cuidadosamente el manual de instrucciones antes de usar este equipo para adquirir un
total conocimiento de sus procedimientos de ensayo y sus medidas de seguridad con el fin
de evitar cualquier daño al equipo como a sus usuarios.
Está prohibido desmontar o modificar sin permiso previo cualquier componente eléctrico o
interruptor, así como sus posiciones fijas.
Las condiciones de trabajo con este equipo son las siguientes:



Temperatura del laboratorio: entre 10-30ºC.
Humedad relativa en el laboratorio: inferior al 65%.
El laboratorio debe estar libre de vibraciones y de cualquier agente corrosivo.
Apague la corriente eléctrica después de utilizar el equipo.
1.2.2. Particularidades del software del equipo EEU/20KN.
Una vez instalado y ejecutado el software aparecerá una pantalla inicial donde debe
seleccionar el ensayo a realizar.
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Figura 10.
Pantalla de inicio software Equipo de Ensayos de Materiales EDIBON.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON (EDIBON, 2014a).
Dentro de cada ensayo se reflejan el resultado principal de cada ensayo y las fórmulas y
variables para obtenerlo. Para aquellas variables que dependen de las muestras a estudiar
(por ejemplo, diámetro de la probeta), el software muestra por defecto un valor determinado
que puede ser modificado por el usuario en función de las probetas de ensayo.
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Figura 11.
Pantalla de Interacción de pruebas Equipo de Ensayos de Materiales EDIBON.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON (EDIBON, 2014a).
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1.2.3. Identificación de elementos principales.
1.2.3.1.
Sistema hidráulico.
La fuerza necesaria para el ensayo se obtiene mediante un sistema hidráulico. Éste permite
conseguir fuerzas de ensayo de hasta 23kN con muy poco esfuerzo físico. Por esta razón
el estudiante no necesita mucha fuerza para manejar este equipo.
Figura 12.
Sistema Hidráulico Equipo de Ensayos de Materiales EDIBON.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON (EDIBON, 2014a).
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Con la manivela de la bomba manual hidráulica se produce presión, la cual se transmite al
cilindro hidráulico. La válvula de retorno de la bomba debe estar cerrada.
Figura 13.
Válvula de alivio Sistema Hidráulico Equipo de Ensayos de Materiales EDIBON.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON (EDIBON, 2014a).
Para ejercer la fuerza debe tener girada la rueda totalmente en sentido horario, mientras
que para liberarla deberá tener girada la rueda totalmente en sentido antihorario.
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1.2.3.2.
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Medición de la fuerza.
Figura 14.
Manómetro principal Sistema Hidráulico Equipo de Ensayos de Materiales EDIBON.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON (EDIBON, 2014a).
El indicador mecánico para medir la fuerza está calibrado en unidades de fuerza (kN). El
rango de medición es de 0 - 20kN y su precisión de ±0,1kN. La escala del medidor está
graduada en subdivisiones de 0,5kN. El medidor tiene una aguja roja que indica la fuerza
más alta usada durante el ensayo. Ajuste la aguja roja a la posición inicial con el mando
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(tornillo).
1.2.3.3.
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Medición de la deformación.
La deformación se mide mediante un potenciómetro portátil que permite una precisión de
±0,01mm. Coloque el potenciómetro tal y como se indica en la imagen.
El sensor de deformación electrónico está fijado en el equipo mediante un soporte.
Figura 15.
Potenciómetro portátil Equipo de Ensayos de Materiales EDIBON.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON (EDIBON, 2014a).
Se puede colocar donde se desee realizar la medición con ayuda de un imán. Debe estar
en la posición ON para fijarse y OFF para liberarse.
Puede fijar el “0” del reloj comparador donde se requiera según el ensayo que esté
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realizando. Para ello tiene que girar la rueda negra.
1.3.
FUNDAMENTO TEÓRICO.
1.3.1. Introducción.
Los ensayos mecánicos son de gran importancia en la industria, es por ello que el
estudiante de Ingeniería Electromecánica requiere tener un curso que le permita el
reconocimiento de estos ensayos, como base a sus líneas de desarrollo relacionadas con
selección de materiales y diseño de componentes electromecánicos. Con los ensayos de
materiales se puede determinar el comportamiento de los materiales a diferentes tipos de
cargas y así obtener valores de resistencia que permitan verificar las propiedades de los
mismos.
El factor económico para la realización de ensayos mecánicos juega un papel importante
debido al costo de los especímenes utilizados para la realización de pruebas, pero en
general, permite un ahorro en la evaluación del comportamiento de elementos
electromecánicos cuando se tiene el conocimiento necesario para entender los resultados
de un ensayo, y buscando siempre criterios como menor peso, mejor calidad y mayor
rendimiento (EDIBON, 2014a).
En los ensayos físicos se determinan generalmente la forma y dimensiones de los cuerpos,
su peso específico y densidad, contenido de humedad, etc., y en los mecánicos la
resistencia a cargas axiales, cortantes, de flexión y torsión, elasticidad y plasticidad,
ductilidad, tenacidad y fragilidad, etc., (Ruiz, 2006a).
1.3.2. Ensayo de dureza.
La dureza es una condición de la superficie del material, no representa ninguna propiedad
de la materia y está relacionada con las propiedades elásticas y plásticas del material. Si
bien es un término que nos da idea de solidez o firmeza, no existe una definición única
acerca de la dureza y se suele definir arbitrariamente en relación al método particular que
se utiliza para la determinación de su valor. De esta manera algunas definiciones son:
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


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Resistencia a la indentación permanente bajo cargas estáticas o dinámicas (dureza
por penetración)
Absorción de energía bajo cargas de impacto o dinámicas (dureza por rebote).
Resistencia a la abrasión (dureza por desgaste).
Resistencia al rayado (dureza por rayado).
Independientemente de las definiciones enumeradas, en general, se entiende por dureza
la propiedad que tienen los materiales de resistir la penetración de un penetrador bajo
carga. En este sentido definiremos dureza como la resistencia de un material a la
deformación plástica localizada.
Los diferentes métodos desarrollados para medir la dureza en general consisten en producir
una deformación local en el material que se ensaya a través de un penetrador. Los valores
obtenidos son siempre dependientes del método y las condiciones en las que se ensaya,
por lo que para que un valor de dureza sea útil y permita su comparación, debe estar
acompañado de la indicación del método utilizado y las condiciones del ensayo.
Los diferentes métodos utilizados para obtener los valores de dureza se pueden clasificar
en dos grandes grupos, según la forma de aplicación de la carga:

Ensayos estáticos en los que la carga se aplica de forma estática o cuasi-estática.
En este caso se presiona un penetrador contra la superficie de ensayo con una
carga que se aplica de forma relativamente lenta. En general, la medida de dureza
en este tipo de ensayo resulta del cociente de la carga aplicada y el área de la huella
que deja el penetrador en la superficie, como es el caso del método Brinell, Vickers
y Knoop, o bien es una medida de la profundidad de la indentación, como en el
ensayo Rockwell.

Ensayos dinámicos en los que la carga se aplica en forma de impacto. En general,
el penetrador se lanza enérgicamente sobre una superficie a ensayar con una
energía conocida. El valor de dureza se obtiene a partir de la energía de rebote del
penetrador luego de impactar en la muestra, como sucede en el método de Shore y
en el de Leeb, ambos conocidos como métodos de dureza por rebote.
En general, la dureza se mide cuando se ha establecido una correlación entre la dureza y
alguna otra propiedad del material, como por ejemplo la resistencia a la abrasión o al
desgaste, la resistencia a la tracción, etc. Sin embargo, debe advertirse que dichas
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correlaciones son aplicables de forma muy cuidadosa sobre un rango acotado de materiales
sobre los cuales se conoce, empíricamente, las condiciones en las que se cumple la
relación entre la propiedad buscada y el valor de la dureza.
Generalmente, se puede utilizar la medición de dureza para:




Evaluar la efectividad de un tratamiento térmico.
Evaluar la resistencia al desgaste de un material.
Evaluar la maquinabilidad del material.
Obtener una idea de la resistencia a la tracción de un material.
Los ensayos de dureza, junto con el de tracción, son los más utilizados en la selección y
control de calidad de materiales. Se ha favorecido el empleo de ensayos de dureza como
instrumento de clasificación y control de calidad en las líneas de producción gracias a la
automatización de los ciclos de medición de los métodos tradicionales tales como el
Rockwell o Brinell. En este sentido, existen aparatos que permiten ciclos automáticos de
medición muy rápidos, en los que prácticamente no se requiere la intervención del operador.
Además, el avance de la microelectrónica y el software embebido ha permitido el desarrollo
de instrumentos medidores de dureza portátiles muy fáciles y rápidos de utilizar, que
permiten la medición de piezas y lugares en los que los métodos tradicionales no son
aplicables (EDIBON, 2014b).
1.3.2.1.
Ensayo de Dureza Brinell.
Según (Ruiz, 2006b) y (EDIBON, 2014b), los métodos estáticos existentes para la medición
de la dureza se distinguen básicamente por la forma de la herramienta empleada
(penetrador), por las condiciones de aplicación de la carga y por la propia forma de calcular
(definir) la dureza. La elección del método para determinar la dureza depende de factores
tales como tipo, dimensiones y espesor de la muestra.
En el ensayo de dureza Brinell se presiona una bola penetradora de cierto diámetro (D),
contra la superficie de la pieza de prueba, usando una presión preestablecida, F. Cuando
la fuerza es retirada se mide el diámetro (d) de la penetración en el material. El tiempo de
la aplicación inicial de la fuerza varía de 2 a 8 segundos y el ensayo de fuerza se mantiene
durante 10 - 15 segundos. El número de la dureza Brinell se obtiene al dividir la fuerza del
test por el área del casquete esférico grabado por el penetrador y el diámetro de la huella
impresa en la pieza de prueba.
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El ensayo de dureza Brinell consiste en presionar la superficie del material a ensayar con
una bolilla de acero muy duro o carburo de tungsteno, produciéndose la impresión de un
casquete esférico correspondiente a la porción de la esfera que penetra (EDIBON, 2014b)
y (Ruiz, 2006b).
Figura 16.
Esquema de identador para dureza Brinell.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON (EDIBON, 2014b).
El valor de dureza, número de Brinell HB, resulta de dividir la carga aplicada P por la
superficie del casquete, por lo que:
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Figura 17.
Esquema de identador en posición para huella de ensayo – Distancias tenidas en cuenta.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON (EDIBON, 2014b).
La profundidad h del casquete impreso se mide directamente en la máquina mientras la
carga se mantiene aplicada, de modo que se asegura un buen contacto entre la bolilla y el
material. Otra manera de determinar el número HB es partiendo del diámetro d de la
impresión, lo cual tiene la ventaja de que se pueden efectuar tantas mediciones como se
estimen necesarias, y en microscopios o aparatos especialmente diseñados para tal fin. En
este caso, el valor del diámetro de la impresión resultará del promedio de dos lecturas
realizadas a 90º entre sí. Considerando que:
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Reemplazando la segunda ecuación en la primera se obtiene una expresión para el número
de Brinell en función del diámetro de la huella:
En la práctica, el número de Brinell se puede tomar directamente de una tabla consultando
el valor del diámetro de la impresión.
En algunos materiales la penetración de la bolilla origina una craterización y en otros una
depresión:
Figura 18.
Tipos de penetración: craterización y depresión.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON (EDIBON, 2014b).
En estos casos, los valores obtenidos a partir de la medición de h no coinciden con los
obtenidos en función de d, ya que la profundidad h medida no corresponde al casquete
cuyo diámetro es d, sino al de diámetro d1, cuya determinación exacta de forma práctica
es dificultosa.
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Por todo esto se ha generalizado la determinación de HB a partir de d, ya que ofrece mayor
seguridad de una correcta determinación. Ya sea en la determinación de h o en la de d, se
requiere una precisión mínima de 0,01mm.
Puede resultar conveniente obtener el valor de dureza a partir de la penetración h medida
durante el ensayo y luego comparar este valor con el que resulta de las mediciones de d.
En caso de que los resultados sean muy disímiles, el operador deberá decidir acerca de
qué método es el que arroja el resultado más exacto, en base a su experiencia y al
conocimiento del equipamiento utilizado.
Algunos durómetros modernos están dotados de sistemas electrónicos encargados de
producir la indentación y determinar el valor de dureza automáticamente. Estos sistemas
proporcionan el valor de dureza en forma directa, sin necesidad de realizar mediciones ni
utilizar tablas. La determinación automática de la dureza se puede hacer de dos maneras:
a través de sensores electrónicos que miden directamente la profundidad de penetración h,
o bien mediante la determinación de las dimensiones de la huella a través de un microscopio
de 20X o 40X incorporado en el aparato.
Estos sistemas automáticos permiten ciclos de medición muy rápidos, lo que los hace aptos
para formar parte de una línea de producción en la que se requiera medir la dureza de un
número alto de piezas.
1.3.3. Ensayo de tracción (o tensión).
El ensayo de tracción de un material consiste en someter a una probeta normalizada a un
esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Este
ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente. Las
velocidades de deformación en un ensayo de tensión suelen ser muy pequeñas (ε = 10^–
4 a 10^–2 s^–1) (Ruiz, 2006c) y (EDIBON, 2014c).
En un ensayo de tracción pueden determinarse diversas características de los materiales
elásticos:

Módulo de elasticidad o Módulo de Young, que cuantifica la proporcionalidad
anterior.
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
Coeficiente de Poisson, que cuantifica la razón entre el alargamiento longitudinal
y el acortamiento de las longitudes transversales a la dirección de la fuerza.

Límite de proporcionalidad: valor de la tensión por debajo del cual el alargamiento
es proporcional a la carga aplicada.

Límite de fluencia o límite elástico aparente: valor de la tensión que soporta la
probeta en el momento de producirse el fenómeno de cedencia o fluencia. Este
fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones elásticas y
plásticas y se caracteriza por un incremento rápido de la deformación sin aumento
apreciable de la carga aplicada.

Límite elástico (límite elástico convencional o práctico): valor de la tensión al
que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.) en función
del extensómetro empleado.

Carga de rotura o resistencia a tracción: carga máxima resistida por la probeta
dividida por la sección inicial de la probeta.

Alargamiento de rotura: incremento de longitud que ha sufrido la probeta. Se mide
entre dos puntos cuya posición está normalizada y se expresa en tanto por ciento.

Estricción: es la reducción de la sección que se produce en la zona de la rotura.
Normalmente, el límite de proporcionalidad no suele determinarse ya que carece de interés
para los cálculos. Tampoco se calcula el Módulo de Young, ya que éste es característico
del material; así, todos los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad, aunque sus
resistencias sean muy diferentes.
1.3.3.1.
Curva tensión-deformación.
En el ensayo se mide la deformación (alargamiento) de la probeta entre dos puntos fijos de
la misma a medida que se incrementa la carga aplicada. Ésta se representa gráficamente
en función de la tensión (carga aplicada dividida por la sección de la probeta).
En general, la curva tensión-deformación así obtenida presenta cuatro zonas diferenciadas
vistas a continuación:
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Figura 19.
Curva tensión-deformación.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON(EDIBON, 2014c).
Explicación detallada de puntos descrita por (Ruiz, 2006c) .
1. Deformaciones elásticas. Las deformaciones se reparten a lo largo de la probeta, son
de pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la probeta recuperaría su forma
inicial. El coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación se denomina
módulo de elasticidad o de Young y es característico del material. Así, todos los aceros
tienen el mismo módulo de elasticidad, aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes.
La tensión más elevada que se alcanza en esta región se denomina límite de fluencia y es
el que marca la aparición de este fenómeno.
Pueden existir dos zonas de deformación elástica, la primera recta y la segunda curva,
siendo el límite de proporcionalidad el valor de la tensión que marca la transición entre
ambas. Generalmente, este último valor carece de interés práctico y se define entonces un
límite elástico (convencional o práctico) como aquél para el que se produce un alargamiento
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prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.).
Se obtiene trazando una recta paralela al tramo proporcional (recto) con una deformación
inicial igual a la convencional.
2. Fluencia o cedencia. Es la deformación brusca de la probeta sin incremento de la carga
aplicada. El fenómeno de fluencia se da cuando las impurezas o los elementos de aleación
bloquean las dislocaciones de la red cristalina impidiendo su deslizamiento, mecanismo
mediante el cual el material se deforma plásticamente. Alcanzado el límite de fluencia se
logra liberar las dislocaciones, produciéndose la deformación bruscamente. La deformación
en este caso también se distribuye uniformemente a lo largo de la probeta, pero
concentrándose en las zonas en las que se ha logrado liberar las dislocaciones (bandas de
Lüders). No todos los materiales presentan este fenómeno, en cuyo caso la transición entre
la deformación elástica y plástica del material no se aprecia de forma clara.
3. Deformaciones plásticas. Si se retira la carga aplicada en dicha zona, la probeta
recupera sólo parcialmente su forma, quedando deformada permanentemente. Las
deformaciones en esta región son más acusadas que en
la zona elástica.
4. Estricción. Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentran en la parte
central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la sección de la misma,
momento a partir del cual las deformaciones continuarán acumulándose hasta la rotura de
la probeta por esa zona. La estricción es la responsable del descenso de la curva tensióndeformación; realmente las tensiones no disminuyen hasta la rotura, sucede que lo que se
representa es el cociente de la fuerza aplicada (creciente hasta el comienzo de la estricción)
entre la sección inicial: cuando se produce la estricción la sección disminuye (y, por tanto,
también la fuerza necesaria), disminución de sección que no se tiene en cuenta en la
representación gráfica.
Los materiales frágiles no sufren estricción ni deformaciones plásticas significativas,
rompiéndose la probeta de forma brusca. Terminado el ensayo se determina la carga de
rotura, carga última o resistencia a la tracción: la máxima carga resistida por la probeta
dividida por su sección inicial, el alargamiento en (%) y la estricción en la zona de la rotura.
Otras características que se pueden definir mediante el ensayo de tracción son la resiliencia
y la tenacidad, que son, respectivamente, las energías elástica y total absorbidas y que
vienen representadas por el área comprendida bajo la curva tensión-deformación hasta el
límite elástico en el primer caso y hasta la rotura en el segundo.
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Figura 20.
Curva tensión-deformación típico de un acero de bajo límite de fluencia.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON(EDIBON, 2014c).
Explicación detallada de puntos descrita por (Ruiz, 2006c) .
1.3.4. Ensayo de compresión.
En un prisma mecánico el esfuerzo de compresión puede ser simplemente la fuerza
resultante que actúa sobre una determinada sección transversal al eje baricéntrico de dicho
prisma, lo que tiene el efecto de acortar la pieza en la dirección del eje baricéntrico. Las
piezas prismáticas sometidas a un esfuerzo de compresión considerable son susceptibles
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de experimentar pandeo flexional, por lo que su correcto dimensionado requiere examinar
dicho tipo de no linealidad geométrica (Ruiz, 2006d) y (EDIBON, 2014d).
Los ensayos practicados para medir el esfuerzo de compresión son contrarios a los
aplicados para el de tracción, con respecto al sentido de la fuerza aplicada. Tienen varias
limitaciones:


Dificultad de aplicar una carga concéntrica o axial sin que aparezca pandeo.
Preferencia de una probeta de sección circular frente a otras formas.
El ensayo se realiza en materiales:
- Duros.
- Semiduros.
- Blandos.
1.3.4.1.
Esfuerzos de compresión en piezas alargadas.
En una pieza prismática no esbelta y que no sea susceptible de sufrir pandeo sometida a
compresión uniaxial uniforme, la tensión del acortamiento unitario y los desplazamientos
están relacionados con el esfuerzo total de compresión mediante las siguientes
expresiones:
Donde:
σ: Tensión de compresión.
Ɛ: Acortamiento unitario o deformación unitaria.
U(x): Campo de desplazamientos a lo largo del eje baricéntrico del prisma.
E: Módulo de elasticidad longitudinal.
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1.3.4.2.
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Materiales cerámicos.
Los materiales cerámicos tienen la propiedad de tener una temperatura de fusión y
resistencia muy elevada. Así mismo, su módulo de Young (pendiente hasta el límite elástico
que se forma en un ensayo de tracción) también es muy elevado (lo que llamamos
fragilidad).
Todas estas propiedades hacen que los materiales cerámicos sean imposibles de fundir y
de mecanizar por medios tradicionales (fresado, torneado, brochado...). Por esta razón, en
las cerámicas realizamos un tratamiento de sinterización. Este proceso, por la naturaleza
en la cual se crea, produce poros que pueden ser visibles a simple vista. Es imposible
realizar un ensayo de tracción debido a los poros y a un elevado módulo de Young
(fragilidad elevada) y al tener un enlace iónico covalente.
Cuando se realiza un ensayo de compresión, la tensión mecánica que puede aguantar el
material puede llegar a ser superior en un material cerámico que en el acero. La razón viene
dada por la compresión de los poros/agujeros que se han creado en el material. Al
comprimirlos, la fuerza por unidad de sección es mucho mayor que cuando se habían
creado los poros.
1.3.5.
Ensayos de flexión estática.
Este ensayo es complementario al ensayo de tracción. Consiste en someter las probetas,
apoyadas libremente por los extremos, a un esfuerzo aplicado en el centro o dos iguales
aplicados a la misma distancia de los apoyos. Se hacen en piezas y materiales que van a
estar sometidas a flexión, igualmente sobre piezas cilíndricas, cuadradas y rectangulares.
El ensayo se realiza colocando dos rodillos con la separación L=20d, siendo d el diámetro
de la probeta.
Es un ensayo habitualmente empleado en materiales frágiles (cerámicos y vidrios), aunque
aplicable a materiales metálicos. La carga se aplica verticalmente, en un punto o dos, dando
lugar a ensayos de flexión en 3 o en 4 puntos.
Los esfuerzos longitudinales en las probetas de flexión son a tracción en las caras inferiores
de apoyo y a compresión en las caras superiores de aplicación de la carga (Ruiz, 2006e) y
(EDIBON, 2014e).
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Figura 21.
Esquema de ensayo de flexión estática a 3 y 4 puntos.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON (EDIBON, 2014e).
1.3.6.
Cizalladura.
Un material puede estar sometido a esfuerzos tangenciales, también llamados cortantes o
de cizalladura, donde las fuerzas actúan paralelamente a un plano.
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Figura 22.
Esquema de esfuerzos cortantes sobre un material.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON (EDIBON, 2014e).
Donde:
τ: Tensión de cizalla.
S: Fuerza de cizalla.
A: Área sobre la que actúa la fuerza de cizalla.
Donde:
γ: Distorsión angular por cizalla.
Se debe tener en cuenta que para pequeñas deformaciones γ = 0.
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1.3.7. Ensayo de embutición.
El embutido (estampado profundo en chapas) es un proceso tecnológico de fabricación de
piezas en forma de recipiente. Es un proceso de estirado que consiste en conformar una
pieza de metal a una forma hueca aplicando fuerza con un punzón a la porción central del
metal. El punzón estira el metal al interior de una cavidad abierta en el dado o matriz. En
esta operación el metal se estira a lo largo de las paredes laterales y le hace tomar un
espesor exacto. El estirado de la lámina metálica se realiza generalmente en una prensa
vertical (Ruiz, 2006f) y (EDIBON, 2014f).
Figura 23.
Esquema de ensayo de embutición.
Nota. Imagen tomada del manual de ensayos universales EDIBON (EDIBON, 2014f).
El embutido de piezas huecas supone un perfecto conocimiento de las propiedades del
material. El metal es un material enormemente solicitado, por tanto, se le exigen excelentes
propiedades de ductilidad, resistencia mecánica, plasticidad, etc.
Otras propiedades inherentes a la pieza bruta (geometría, rugosidad, dureza, temperatura,
etc.) también están involucradas, teniendo un gran efecto en el resultado final y en el
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rechazo del producto terminado.
Se conoce por ensayo de embutibilidad al ensayo de materiales efectuado con el fin de
determinar la embutibilidad de una lámina de metal. El ensayo consiste en someter una
placa de unos 12cm de largo por 12cm de ancho (del material a evaluar) al avance continuo
de un émbolo o pistón, cuya punta tiene forma redondeada.
Se toma como posición cero el punto en el cual la punta del pistón toca ligeramente la placa,
se aplica la presión de manera constante hasta que se fisura la placa. Entonces se mide la
distancia recorrida por el pistón, esta distancia nos entrega la medida de embutibilidad de
dicho material (al compararla con las distancias al realizar los ensayos con otros
materiales). Este tipo de ensayo puede hacerse de una forma más sofisticada y precisa,
pero aún nadie se ha dedicado a determinar una ecuación que contenga todas las variables
importantes en este ensayo.
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PRÁCTICAS DE LABORATORIO.
1.4.1. Práctica 1. Ensayo de compresión.
IDENTIFICACIÓN
UNIDAD ACADÉMICA
INGENIERIA ELECTROMECANICA
ASIGNATURA: LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES
UNIDAD TEMÁTICA
ENSAYOS DE COMPRESION DE MATERIALES METALICOS.
PRACTICA 1
Prueba de Compresión.
COMPETENCIA

Analizar las propiedades de un
material cuando se le somete a
fuerzas uniaxiales aplicando los
principios de la mecánica de
materiales y siguiendo los
lineamientos de las normas ASTM
E9-19.



RESULTADOS DE APRENDIZAJE
Conoce la operación de la máquina universal realizando
ensayos de tensión y compresión bajo las normas técnicas
vigentes.
Determina la resistencia mecánica y la ductilidad de un
material por medio de ensayos de compresión.
Relaciona la morfología de falla con las características
propias del material.
Analiza las propiedades mecánicas de un material sujeto
a carga axial a través de datos obtenidos
experimentalmente y publicados en diferentes fuentes.
1. REFERENCIAS.
-AMERICAN SOCIETY FOR METALS. Metals Handbook. Vol 8. Novena edición, Metal Park, Ohio
44073, 1985, Tensión testing, pag 17.
-NORMA ASTM E9-19 Standard Test Methods of Compression Testing of Metallic Materials at Room
Temperature.
2. OBJETIVO.
El ensayo de compresión se utiliza para determinar la resistencia de los materiales, particularmente
indicado para cargas de compresión y materiales frágiles que no aguantan deformaciones debidas a la
tracción. La resistencia a la compresión se puede determinar sólo con materiales frágiles que se rompen
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cuando se comprimen. Con los plásticos solamente se puede determinar el límite de plasticidad (el límite
en el que el material se deforma plásticamente).
Los ensayos de compresión según la norma ASTM E9-19 se realizan en la parte inferior de la unidad de
ensayos – el espacio incluido entre el travesaño superior y la barra de apoyo inferior. La probeta a utilizar
debe tener unas dimensiones específicas según lo recomendado por el fabricante basado en la norma
ASTM E9-19 de d = 0.6 mm y h = 12 mm. Antes del ensayo, lubrique las dos superficies lisas de la
probeta con una capa fina de vaselina. Coloque la probeta en el centro de la placa de compresión inferior.
En el ensayo de compresión la probeta se comprime hasta un punto específico o hasta el punto en que
se forman grietas en el material.
Figura 1.1
Ensayo de compresión.
Nota. Fuente – El Autor.
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3.
PRECONCEPTOS


Esfuerzo de compresión, esfuerzo máximo de compresión, límite de aplastamiento, resistencia a
la compresión, dilatación transversal.
Fallas típicas de materiales cerámicos a compresión.
4.
PROCEDIMIENTO
4.1. EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS
Para la realización del experimento necesitaremos:
- Unidad EEU/20KN.
Figura 1.2.
Equipo de Ensayo Universal EDIBON.
Nota. Fuente – El Autor.
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- Accesorios para el ensayo de compresión.
Figura 1.3.
Elementos porta probetas.
Nota. Fuente – El Autor.
Figura 1.4.
Probeta sugerida y dimensiones según norma ASTM E9-19.
Nota. Fuente – El Autor.
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DESARROLLO DEL ENSAYO.
4.2.1 Establecer condiciones de seguridad y calidad. Todo el personal que realice un procedimiento de
ensayo de compresión debe remitirse a las normas establecidas en el presente manual, con el fin de
seguir las medidas necesarias para realizar el ensayo con la calidad adecuada.
4.2.2 Determinar las dimensiones de las probetas como son: longitud de prueba (Lo), diámetro inicial
(do) o área de la sección transversal (Ao) y carga aplicada.
4.2.3 Energizar el módulo de datos y encender el computador.
4.2.4 Acoplar las bases con las que se va a realizar el ensayo de compresión (superior e inferior) de la
siguiente manera:
-Primero coloque la placa de compresión inferior.
Figura 1.5.
Instalación de placa de compresión inferior.
Nota. Fuente – El Autor.
- Seguidamente, coloque la protección de metacrilato aislando la placa de compresión inferior.
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- Después, coloque la placa de compresión superior, sujetándola con el tornillo y la arandela
suministrados.
Figura 1.6.
Instalación final de placas y protección para Ensayo de compresión.
Nota. Fuente – El Autor.
4.2.5 Seleccionar la probeta a ensayar.
Figura 1.7.
Probeta a ensayar.
Nota. Fuente – El Autor.
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4.2.6 Después aplique una capa de vaselina en las dos caras planas de la probeta y monte la pieza en
el centro de la placa de compresión inferior.
Para colocar la probeta o intercambiarlas, suba el elemento protector y, una vez colocada la pieza de
ensayo, vuelva a bajarlo.
Figura 1.8.
Ubicación de probeta para Ensayo de compresión.
Nota. Fuente – El Autor.
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4.2.7 Encienda el software y entre en el ensayo “Compression”.
Figura 1.9.
Ventana principal del software EDIBON - Ensayo de compresión.
Nota. Fuente – El Autor.
ATENCIÓN: Utilice gafas protectoras durante el ensayo para evitar daños si la muestra se rompe o
desintegra.
4.2.8. Introduzca las medidas de la probeta pedidas por el software de ser necesario.
4.2.9. Utilice el sistema hidráulico para elevar la placa de compresión inferior con la probeta hasta que la
placa de compresión superior alcance ligeramente la probeta.
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Figura 1.10.
Probeta lista para ensayo de Compresión.
Nota. Fuente – El Autor.
4.2.10. Pulse start en el software, haga Reset en los sensores y gráfica y aplique la fuerza requerida.
50
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Figura 1.11.
Reset de sensores y grafica.
Nota. Fuente – El Autor.
4.2.11 Deje actuar la carga aplicada el tiempo que considere necesario. Se recomienda dejar actuar la
fuerza entre 1 y 2 minutos.
4.2.12 Observe el comportamiento de la probeta: a mayor carga la muestra se acorta y, finalmente, se
puede llegar a fracturar.
4.2.13 Monitoree el avance del ensayo a través de la visualización de la curva esfuerzo vs deformación.
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Figura 1.12.
Grafica fuerza-deformación del ensayo de compresión suministrada por el software.
Nota. Fuente – El Autor.
4.2.14 Para liberar la probeta, pulse STOP en modulo de herramientas del portal interactivo del ensayo
y retire la fuerza inducida en el sistema hidráulico por medio de la válvula de alivio. Luego retire la probeta
de ensayo.
Figura 1.13.
Módulo de herramientas portal interactivo EDIBON.
Nota. Fuente – El Autor.
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4.2.15 Mida la longitud final y el diámetro final (zona de compresión).
4.2.16 Realice un análisis de datos. Seleccione los resultados necesarios y escríbalos para posteriores
cálculos.
REGISTRO
INFORMACION DE LA PROBETA
MATERIAL
Peso
unitario
(g/mm3)
Longitud
Inicial
(mm)
Sección
transversal
(mm2)
Volumen
(mm3)
A.
B.
C.
D.
NOTA: ANEXE LA GRAFICA (ESFUERZO Vs DEFORMACION)
Propiedades
a
compresión
Material A
Experimental
Tabulado
Material B
%
Error
Experimental
Módulo de
Elasticidad (GPa)
Esfuerzo de
fluencia (Mpa)
Resistencia
ultima (Mpa)
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Tabulado
Material C
%
Error
Experimental
Tabulado
%
Error
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EVIDENCIA DE LA APARIENCIA DE CADA PROBETA ANTES Y DESPUES DE LA PRUEBA
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EVALUACIÓN
Desarrollar las siguientes actividades:
-Analizar comparativamente las propiedades determinadas con las conocidas del material, calculando el
error experimental y registrándolo en el formato de registro.
-Dibujar y definir el tipo de contracción observada.
-Indicar, identificar y explicar a través de un código de colores las diversas zonas de la curva esfuerzo vs
deformación obtenida en la práctica.
Ensayo de resistencia a la compresión.
La resistencia de un material depende de su capacidad para soportar una carga sin deformación excesiva
o falla. Esta propiedad es inherente al material mismo y debe determinarse por experimentación. Entre
las pruebas más importantes está la de compresión. Aunque con esta prueba puede determinarse
muchas propiedades mecánicas importantes de un material, se utilizan principalmente para determinar
la relación entre el esfuerzo normal promedio y la deformación normal unitaria en muchos materiales
utilizados en ingeniería, sean de metal, cerámica, polímeros o compuestos. Para llevar a cabo esta
prueba se prepara un espécimen o probeta de forma o tamaño estándar y se le aplica una fuerza
compresiva que contrae a la probeta a lo largo de la dirección de la fuerza.


Se suele usar en materiales frágiles.
La resistencia en compresión de todos los materiales siempre es mayor o igual que en tracción.
Generalmente la sección de la probeta es circular, pero también se utilizan probetas de sección
rectangular. Al aplicar la fuerza compresiva a la probeta, esta se contraerá a lo largo de la dirección de
la fuerza. El esfuerzo de compresión se calculará mediante la siguiente fórmula:
 
F
A0
Siendo σ la tensión nominal cuyas unidades son libras fuerza por pulgada cuadrada (lb f / pulg 2) o bien
megapascales, F la carga instantánea aplicada perpendicularmente a la sección de la probeta, en
unidades de newtons (N) o libras fuerza (lbf), y Ao es el área de la sección original antes de aplicar la
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carga.
Figura 1.14.
Esquema de Ensayo de compresión.
Nota. Fuente – El Autor.
El Esfuerzo máximo de compresión o la resistencia a la compresión es el esfuerzo máximo que puede
soportar un material bajo una carga de aplastamiento. La resistencia a la compresión de un material que
falla debido al fractura miento se puede definir en límites bastante ajustados, como una propiedad
independiente. Sin embargo, la resistencia a la compresión de los materiales que no se rompen en la
compresión se define como la cantidad de esfuerzo necesario para deformar el material una cantidad
arbitraria. La resistencia a la compresión se calcula dividiendo la carga máxima por el área transversal
original de una probeta en un ensayo de compresión.
El acortamiento de rotura correspondiente al alargamiento de rotura por tracción y se calcula de manera
similar utilizando la relación:
% acortamiento 
l f  l0
l0
100
El ensanchamiento transversal ccorresponde a la estricción en tracción:
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% ensanchamiento transversal 
A0  A f
A0
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100
La dilatación transversal se establece a través de la relación de Poisson que en todos los materiales
corresponde al acortamiento producido por una fuerza de compresión y el ensanchamiento transversal.

def lateral
def axial
Después de realizar una prueba de compresión y de establecer el esfuerzo y la deformación para varias
magnitudes de la carga, se puede trazar un diagrama de esfuerzo contra deformación que resulta similar
al obtenido en ensayos de tensión. Tal diagrama es característico del material y proporciona información
importante acerca de las propiedades mecánicas y el comportamiento típico del material.
Figura 1.15.
Diagrama esfuerzo vs deformación ensayo de compresión.
Nota. Fuente – El Autor.
El límite de aplastamiento se calcula especialmente en los metales muy maleables, que se deforman sin
rotura, la tensión al límite de aplastamiento resulta el único valor empleado a los fines comparativos.
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El valor de Pf que corresponde al límite de aplastamiento es equivalente al de fluencia por tracción, no
presentándose en forma tan nítida como este ni aun en los aceros muy blandos, por lo que generalmente
se calcula, en su reemplazo, la tensión de proporcionalidad.
Para los materiales quebradizos como los cerámicos debe realizarse cuidadosamente el ensayo, ya que
al ocurrir la fractura pueden “saltar” las partes fracturadas. Para los materiales dúctiles en los cuales no
ocurre ese fenómeno, la carga última o máxima que se aplique a la probeta se hará a criterio de la
persona que realiza el ensayo.
En la siguiente figura se muestran los tipos de fracturas que pueden ocurrir:
Figura 1.16.
Tipos de fractura observados en una muestra sometida a cargas de compresión.
Nota. Fuente – El Autor.
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1.4.2. Práctica 2. Ensayo de dureza Brinell.
IDENTIFICACIÓN
UNIDAD ACADÉMICA
INGENIERIA ELECTROMECANICA
ASIGNATURA: LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES
ENSAYOS DE DUREZA EN MATERIALES METALICOS.
UNIDAD TEMÁTICA
PRACTICA 2
COMPETENCIA
Analizar las propiedades de un
material cuando se le somete a
cargas de indentación aplicando los
principios de la mecánica de
materiales y siguiendo los
lineamientos de las normas ASTM E
10 - 18.
Prueba de Dureza Brinell.
RESULTADOS DE APRENDIZAJE
 Conoce la operación de los durómetros realizando ensayos de
dureza bajo las normas técnicas vigentes.
 Determina medidas de dureza en un material en las escalas
Brinell.
1. REFERENCIAS.
-ASTM E10-18 Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials.
-ASTM E92 Standard Test Method for Vickers Hardness of Metallic Materials.
-ASTM E140-05E1 Standards Hardness Conversion Tables for Metals Relationship Among Brinell
Hardness, Vickers
-Hardness, Rockwell Hardness, Superficial Hardness, Knoop Hardness, and Scleroscope Hardness.
-ASTM A833 Standard Practice for Indentation Hardness of Metallic Materials by Comparison Hardness
Testers.
-ASTM E18-05E1 Standard Test Methods for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of
Metallic Materials.
2. OBJETIVO.
El ensayo de dureza Brinell se realiza conforme a la norma ASTM E 10 - 18. Se ejerce una presión de
fuerza F sobre la superficie de la muestra, con una bola de acero endurecido de 10 mm de diámetro, de
manera que se forma una marca de 2,4 a 6mm de diámetro. El diámetro de la huella “d” se mide después
de que la fuerza haya cesado de actuar en la probeta.
Cuando se utiliza una bola de acero endurecido se emplean muestras de dureza Brinell HBS menores
de 450. El espesor de la muestra depende de la dureza del material y debería ser al menos ocho veces
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la profundidad de la huella “h”.
La fuerza de impresión depende del material de la probeta. En la siguiente tabla aparecen los valores
para una bola de acero endurecido de 10 mm:
Figura 2.1.
Tabla de valores para una bola de acero endurecido de 10 mm.
Nota. Fuente – El Autor.
El tiempo transcurrido desde el inicio de la aplicación de la fuerza hasta que se alcanza la fuerza máxima
no debe ser inferior a 2 segundos ni superior a 8. La fuerza máxima debe actuar durante 10-15 segundos.
La dureza Brinell se calcula mediante la ecuación:
Donde:
HBS: dureza Brinell para uso de una bola de acero.
D: diámetro de la bola en mm.
F: fuerza de impresión en kP (1kP = 9,8 N)
d: diámetro medio de la impresión en mm.
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3. PRECONCEPTOS


4.
Dureza, indentador, durómetro, escalas de dureza.
Campos de aplicación del ensayo de dureza.
PROCEDIMIENTO
4.1. EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS
Para la realización del experimento necesitaremos:
- Unidad EEU/20KN.
Figura 2.2.
Equipo de Ensayo Universal EDIBON.
Nota. Fuente – El Autor.
-Accesorios para el ensayo de dureza Brinell.
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Figura 2.3.
Placa huella de Ensayo de dureza y probetas.
Nota. Fuente – El Autor.
Figura 2.4.
Probeta sugerida y dimensiones según norma ASTM E10-18.
Nota. Fuente – El Autor.
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4.2 DESARROLLO DEL ENSAYO
4.2.1 Establecer condiciones de seguridad y calidad. Todo el personal que realice un procedimiento de
ensayo de Dureza debe remitirse a las normas establecidas en el presente manual, con el fin de seguir
las medidas necesarias para realizar el ensayo con la calidad adecuada.
4.2.2 Verificar que la probeta a utilizar se encuentre apta para el ensayo. Elegir el material a ensayar.
-La pieza de material debe ser examinada cuidadosamente con el fin de cerciorarse de que esté libre de
óxido, polvo, grasa o cualquier impureza que afecte el ensayo.
-La probeta o pieza de material de ensayo debe ser con anterioridad debidamente pulida.
-La base utilizada en el soporte debe estar completamente limpia, seca, libre de impurezas ni oxido y
uniforme.
-El ensayo debe llevarse a cabo a una temperatura entre los 10 y 35°C.
4.2.3 Energizar el módulo de datos y encender el computador.
4.2.4 Acoplar las bases con las que se va a realizar el ensayo de Dureza (superior e inferior) de la
siguiente manera:
Figura 2.5.
Accesorio superior para ensayo de Dureza.
Nota. Fuente – El Autor.
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-Utilice la placa de compresión inferior como plato porta muestras.
Figura 2.6.
Montaje de accesorios para ensayo de Dureza Brinell.
Nota. Fuente – El Autor.
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4.2.5 Encienda el software y entre en el ensayo “Brinell”.
Figura 2.7.
Ventana principal del software EDIBON - Ensayo de dureza Brinell.
Nota. Fuente – El Autor.
ATENCIÓN: Utilice gafas protectoras durante el ensayo para evitar daños si la muestra se rompe o
desintegra.
4.2.6. Introduzca las medidas de la probeta pedidas por el software de ser necesario.
4.2.7. Utilice el sistema hidráulico para elevar la placa de compresión inferior con la probeta hasta que la
bola penetradora del elemento superior alcance ligeramente la probeta.
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Figura 2.8.
Probeta lista para ensayo de dureza Brinell.
Nota. Fuente – El Autor.
4.2.8. Pulse start en el software, haga Reset en los sensores y gráfica y aplique la fuerza requerida.
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Figura 2.9.
Reset de sensores y grafica.
Nota. Fuente – El Autor.
4.2.9 Deje actuar la carga aplicada el tiempo que considere necesario. Se recomienda dejar actuar la
fuerza entre 10 y 15 segundos.
4.2.10 Monitoree el avance del ensayo a través de la visualización de la curva esfuerzo vs deformación.
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Figura 2.10.
Grafica fuerza-deformación del ensayo de dureza Brinell suministrada por el software.
Nota. Fuente – El Autor.
4.2.11 Para liberar la probeta, pulse STOP en módulo de herramientas del portal interactivo del ensayo
y retire la fuerza inducida en el sistema hidráulico por medio de la válvula de alivio. Luego retire la probeta
de ensayo.
Figura 2.11.
Módulo de herramientas portal interactivo EDIBON.
Nota. Fuente – El Autor.
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4.2.12 Repita sobre una misma probeta los pasos del 4.2.6 al 4.2.11 las veces que el docente crea
conveniente, dejando entre huellas un espacio mínimo de 5 mm.
4.2.13 Mida el diámetro de las huellas impresas. El software por defecto calcula el diámetro teórico de la
huella mediante la siguiente ecuación:
Donde X1 es la profundidad de la huella, es decir, el desplazamiento medido mediante SD-1. A partir de
este valor, el software calcula el valor HBS de dureza Brinell.
4.2.14 Realice un análisis de datos. Seleccione los resultados necesarios y escríbalos para posteriores
cálculos.
REGISTRO
INFORMACION DE LA PROBETA
MATERIAL
Condición
superficial
Tipo de
Indentador
Dureza Brinell
establecida en
documentación técnica
A.
B.
C.
D.
NOTA: ANEXE LA GRAFICA (ESFUERZO Vs DEFORMACION)
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DUREZA PROMEDIO
Probeta.
Carga Aplicada
(kN).
HBN
HV
HR
1
2
3
4
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EVALUACIÓN
Desarrollar las siguientes actividades:


Establecer diagramas estadísticos de comparación, por cada escala de dureza, de los resultados
obtenidos con los establecidos en documentación técnica del material.
Realice un gráfico en el que ilustre las mediciones tomadas y la distribución de estas en la
probeta.
Ensayo de Dureza.
La dureza se define como la resistencia a la penetración. Esta resistencia está en función de las
propiedades mecánicas del material, sobre todo de su límite elástico y en menor grado, de su tendencia
al endurecimiento por trabajo y del módulo de elasticidad. Es un valor que debe considerarse en relación
con los métodos experimentales y la escala de dureza utilizada. La escala de uso industrial que se
trabajara se describe a continuación.

Dureza Brinell (HB).
Se denomina dureza Brinell a una escala de medición de la dureza de un material mediante el método
de indentación, midiendo la penetración de un objeto en el material a estudiar. Fue propuesto por el
ingeniero sueco Johan August Brinell en 1900, siendo el método de dureza más antiguo. Este ensayo se
utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y muestras delgadas. El indentador o penetrador usado es
una bola de acero templado de diferentes diámetros. Para los materiales más duros se usan bolas de
carburo de tungsteno. En el ensayo típico se suele utilizar una bola de acero de 10 a 12 milímetros de
diámetro, con una fuerza de 3.000 kilogramos. El valor medido es el diámetro del casquete en la
superficie del material. Las medidas de dureza Brinell son muy sensibles al estado de preparación de la
superficie, pero a cambio resulta en un proceso barato, y la desventaja del tamaño de su huella se
convierte en una ventaja para la medición de materiales heterogéneos, como la fundición, siendo el
método recomendado para hacer mediciones de dureza de las fundiciones.
En otras palabras, también podemos decir que el ensayo de dureza Brinell consiste en presionar la
superficie del material a ensayar con una bolilla de acero muy duro o carburo de tungsteno,
produciéndose la impresión de un casquete esférico correspondiente a la porción de la esfera que
penetra tal como se aprecia en la figura 2.12.
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Figura 2.12.
Esquema básico de un ensayo de dureza Brinell.
Nota. Fuente – El Autor.
En el presente ensayo de dureza Brinell, una esfera de acero duro (por lo general de 10 mm de diámetro),
se oprime sobre la superficie del material. Se mide el diámetro de la impresión generada, comúnmente
de 2 a 6 mm, y se calcula el número de dureza o índice de dureza Brinell (abreviado como HB o BHN) a
partir de la ecuación siguiente:
𝐻𝐵 =
𝐹
𝜋
( ) ∗ 𝐷 ∗ (𝐷 − √𝐷 2 − 𝐷𝑖 2
2
Donde:
F es la carga aplicada en kilogramos.
D es el diámetro del penetrador en mm.
𝑫𝒊 es el diámetro de la impresión en mm.
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La expresión anterior permite el cálculo de la dureza Brinell en función de la carga aplicada P, el diámetro
de la bolilla D y el diámetro de la impronta 𝑫𝒊 . El diámetro de la impronta 𝑫𝒊 surge promediando dos
valores obtenidos en direcciones perpendiculares entre sí. Como el diámetro de la impronta debe medirse
con 0,01 mm de aproximación, se usan microscopios con oculares micrométricos o con instrumentos
similares.
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1.4.3. Práctica 3. Ensayo de tracción (o tensión).
IDENTIFICACIÓN
UNIDAD ACADÉMICA
INGENIERIA ELECTROMECANICA
ASIGNATURA: LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES
ENSAYOS DE TRACCIÓN.
UNIDAD TEMÁTICA
Prueba de Tensión.
PRACTICA 3
COMPETENCIA

Analizar las propiedades de un
material cuando se le somete a
fuerzas uniaxiales aplicando los
principios de la mecánica de
materiales y siguiendo los
lineamientos de las normas ASTM
E8/E8M – 22.



RESULTADOS DE APRENDIZAJE
Conoce la operación de la máquina universal realizando
ensayos de tensión y compresión bajo las normas técnicas
vigentes.
Determina la resistencia mecánica y la ductilidad de un
material por medio de ensayos de tracción y compresión.
Relaciona la morfología de falla con las características propias
del material.
Analiza las propiedades mecánicas de un material sujeto a
carga axial a través de datos obtenidos experimentalmente y
publicados en diferentes fuentes.
1. REFERENCIAS.
-AMERICAN SOCIETY FOR METALS. Metals Handbook. Vol 8. Novena edición, Metal Park, Ohio
44073, 1985, Tension testting, pag 17.
-NORMA ASTM E8/E8M - 22 - Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials
2. OBJETIVO.
La resistencia de los metales, su límite de elasticidad, límite de proporcionalidad, punto de deformación
superior, punto de deformación inferior y resistencia a la tracción se determinan mediante el llamado
ensayo de tensión (o tracción). Se actúa sobre la probeta con tensiones de carga mono-axial en aumento
que causan la formación de elongaciones lineales y, finalmente, la rotura.
La resistencia a la tracción del material es la mayor carga soportada por el material que se está
ensayando antes de romperse. Se calcula dividiendo la carga mayor Fm por la sección transversal inicial
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de la probeta Ao. El comportamiento de los metales en un ensayo de tracción se representa en un
diagrama de tensión-deformación.
Figura 3.1.
Diagrama esfuerzo-deformación.
Nota. Fuente – El Autor.
Donde:





Rm: Resistencia a la tracción (N/mm2).
ReH: Punto de deformación superior (N/mm2).
ReL: Punto de deformación inferior (N/mm2).
Rp: Límite de proporcionalidad (N/mm2).
Relast: Límite de elasticidad (N/mm2).
La elongación se mide en la parte central de la probeta, la cual corresponde a la longitud inicial de la
probeta, lo. La elongación de una barra bajo una fuerza determinada es:
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Donde:

lu: longitud en el momento de la rotura (mm).

lo: longitud inicial de la probeta (mm).
Elongación A:
Donde:

lo: longitud inicial de la probeta.
3. PRECONCEPTOS







Carga axial
Ley de Hooke y módulo de elasticidad
Deflexión y deformación unitaria
Esfuerzo máximo de tensión
Esfuerzo de fluencia
Diagrama de esfuerzo vs deformación.
Ductilidad
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4. PROCEDIMIENTO
4.1 EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS
Para la realización del experimento se necesita:
- Unidad EEU/20KN.
Figura 4.1.
Equipo de Ensayo Universal EDIBON.
Nota. Fuente – El Autor.
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-Accesorios para el ensayo de tensión.
Figura 4.2.
Mordazas y probetas Ensayo de Tensión Tipo A.
Nota. Fuente – El Autor.
Figura 4.3.
Mordazas y probetas Ensayo de Tensión Tipo B.
Nota. Fuente – El Autor.
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Figura 4.4.
Dimensiones de probeta para ensayo de tensión sugerida por el fabricante según norma ASTM
E8/E8M-22.
Nota. Fuente – El Autor.
4.2 DESARROLLO DEL ENSAYO
4.2.1 Establecer condiciones de seguridad y calidad. Todo el personal que realice un procedimiento de
ensayo de Tensión debe remitirse a las normas establecidas en el presente manual, con el fin de seguir
las medidas necesarias para realizar el ensayo con la calidad adecuada.
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4.2.2 Verificar que la probeta a utilizar se encuentre apta para el ensayo. Elegir el material a ensayar.
-La pieza de material debe ser examinada cuidadosamente con el fin de cerciorarse de que esté libre de
óxido, polvo, grasa o cualquier impureza que afecte el ensayo.
-La probeta o pieza de material de ensayo debe ser con anterioridad debidamente pulida.
-La base utilizada en el soporte debe estar completamente limpia, seca, libre de impurezas ni oxido y
uniforme.
-El ensayo debe llevarse a cabo a una temperatura entre los 10 y 35°C.
-Las dimensiones de la probeta se deben realizar con base a la norma ASTM E8/E8M – 22.
4.2.3 Energizar el módulo de datos y encender el computador.
4.2.4 Acoplar las bases con las que se va a realizar el ensayo de Tensión (superior e inferior) de la
siguiente manera:
Figura 4.5.
Montaje de accesorios (Mordazas) para ensayo de Tensión Tipo A (para probetas planas).
Nota. Fuente – El Autor.
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Figura 4.6.
Montaje de accesorios (Mordazas) para ensayo de Tensión Tipo B (para probetas cilíndricas tipo tornillo).
Nota. Fuente – El Autor.
4.2.5 Fije la probeta entre las mordazas y ajuste el conjunto en el espacio disponible entre el travesaño
superior y la barra de apoyo superior.
4.2.6 Determine las dimensiones de las probetas como son: longitud de prueba (L0), diámetro inicial (d0)
o área de la sección transversal (A0) y carga aplicada.
4.2.7 Encienda el software y entre en el ensayo “Tensile” y pulse start.
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Figura 4.7.
Ventana principal del software EDIBON.
Nota. Fuente – El Autor.
ATENCIÓN: Utilice gafas protectoras durante el ensayo para evitar daños si la muestra se rompe o
desintegra.
4.2.8. Introduzca las medidas de la probeta pedidas por el software de ser necesario.
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4.2.9. Utilice el sistema hidráulico para elevar la placa de compresión inferior con la probeta hasta que la
probeta quede ligeramente a tensión.
Figura 4.8.
Probeta lista para ensayo de tensión.
Nota. Fuente – El Autor.
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4.2.10. Pulse start en el software, haga Reset en los sensores y gráfica y aplique la fuerza requerida.
Utilice el sistema hidráulico para hacer descender el travesaño de la mordaza inferior y estirar la probeta
hasta provocar su rotura.
Figura 4.9.
Reset de sensores y grafica.
Nota. Fuente – El Autor.
4.2.11. Deje actuar la carga aplicada el tiempo que considere necesario.
4.2.12. Monitoree el avance del ensayo a través de la visualización de la curva esfuerzo vs deformación.
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Figura 4.10.
Grafica fuerza-deformación del ensayo de dureza Brinell suministrada por el software.
Nota. Fuente – El Autor.
4.2.13 Para liberar la probeta, pulse STOP en módulo de herramientas del portal interactivo del ensayo
y retire la fuerza inducida en el sistema hidráulico por medio de la válvula de alivio. Luego retire la probeta
de ensayo.
Figura 4.11.
Módulo de herramientas portal interactivo EDIBON.
Nota. Fuente – El Autor.
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4.2.12 Retire la probeta de ensayo. Mida la longitud final y el diámetro (zona de rotura).
4.2.13 Realice un análisis de datos. Seleccione los resultados necesarios y escríbalos para posteriores
cálculos. Tome los valores de las probetas inicialmente leídos y compárelos con los valores de medida
final.
REGISTRO
INFORMACION DE LA PROBETA
MATERIAL
Probeta
No.
Longitud
Inicial
(mm)
Longitud
Final
(mm)
Sección
Transversal
Inicial
(mm2)
Sección
Transversal
Final
(mm2)
Carga
A.
B.
C.
D.
NOTA: ANEXE LA GRAFICA (ESFUERZO Vs DEFORMACION)
PROPIEDADES CALCULADAS DE ACUERDO AL COMPORTAMIENTO DEL MATERIAL.
Probeta A.
Experimenta
l
Tabulado
Probeta B.
% Error experimental
Porcentaje de
elongación
Porcentaje de
reducción de
área
Esfuerzo de
fluencia [MPa]
Esfuerzo
ultimo [MPa]
Esfuerzo de
rotura [MPa]
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Experimenta
l
Tabulado
% Error experimental
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EVIDENCIA DE LA APARIENCIA DE CADA PROBETA ANTES Y DESPUES DE LA PRUEBA
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EVALUACIÓN
Desarrollar las siguientes actividades:


Analizar comparativamente las propiedades determinadas con las conocidas del material
calculando el error experimental y registrándolo en el formato de registro.
Indicar, identificar y explicar a través de un código de colores las diversas zonas de la curva
esfuerzo vs deformación obtenida en la práctica.
Ensayo de resistencia a la tracción.
Las pruebas que se realizan sobre los materiales son hechas con un aparato llamado máquina universal,
el cual es capaz de ejercer fuerzas de tracción y de compresión. Después de realizarse pruebas se
realizan gráficas de esfuerzo - deformación donde se puede observar las diferentes fases de deformación
del material. Durante la fase de deformación elástica, se obtiene el módulo de Young (E).
Las probetas para ensayos de tensión se fabrican en una variedad de formas. La sección transversal de
la probeta puede ser redonda, cuadrada o rectangular. Para la mayoría de los casos, en metales, se
utiliza comúnmente una probeta de sección redonda. Para láminas y placas usualmente se emplea una
probeta plana.
Figura 4.12.
Probeta para ensayo de tracción.
Nota. Fuente – El Autor.
La transición del extremo a la sección reducida debe hacerse por medio de un bisel adecuado para reducir
la concentración de esfuerzos causados por el cambio brusco de sección. El esfuerzo axial  en el
espécimen de prueba (probeta) se calcula dividiendo la carga axial P entre el área de la sección
transversal (A):
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
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P
A
Se puede decir que P es una carga axial que es aquella que aparece como resultante de un sistema de
cargas, misma que transcurre por el eje centroidal de la sección del elemento cargado, ya sea en tensión
o compresión.
Fases de deformación.
Durante la deformación de un material, desde que se aplica una fuerza por primera vez, hasta que el
material se rompe, atraviesa por varias fases, serán explicadas a continuación:
Zona elástica: Durante esta fase, cualquier fuerza que deforme al material lo hará elásticamente,
cumpliendo con la ley de Hooke, esto significa que, al retirar la fuerza, el material regresara a su
forma original. Dentro de la zona elástica la razón entre el esfuerzo y la deformación es constante
y se mide a través del módulo de elasticidad (E) hasta llegar al límite de proporcionalidad, donde
la razón deja de ser constante, la deformación continuara hasta llegar al esfuerzo de fluencia
(comúnmente conocido como esfuerzo de "yielding").
Plasticidad perfecta o fluencia: Durante esta fase el material se deformará plásticamente, con
lo que al retirar la fuerza ya no regresará a su forma original. Durante esta fase suele referirse al
material como perfectamente plástico.
Endurecimiento por deformación: Al pasar la fase de fluencia, será posible resistir una mayor
fuerza (mayor esfuerzo) hasta llegar al último esfuerzo
.
Estricción: Durante esta fase el material comienza a deformarse sobre una región específica con
lo que se verá más angosto en esa región y por ser más angosto la fuerza soportada disminuirá
y finalmente llegará a la fractura (fallo), el esfuerzo de fractura se denota por el signo
.
De acuerdo a la gráfica de esfuerzo - deformación un material puede ser clasificado como dúctil si muestra
deformaciones relativamente grandes o de lo contrario se considera material frágil.
Cuando se emplea el área inicial de la probeta, el esfuerzo resultante se denomina esfuerzo nominal
(esfuerzo convencional o esfuerzo de ingeniería). Se puede calcular un valor más exacto del esfuerzo
axial, conocido como esfuerzo real. La deformación unitaria axial media se determina a partir del
alargamiento o deflexión medido ““ o entre las marcas de calibración, al dividir  entre la longitud
calibrada L0. Si se emplea la longitud calibrada inicial se obtiene la deformación unitaria nominal ().
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
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
Lo
La deflexión  (delta) es el alargamiento que sufre el material debido a la aplicación de la carga de
tensión mientras que la deformación unitaria () es una tasa de deformación por unidad de longitud por
lo que es adimensional.
Después de realizar una prueba de tensión y de establecer el esfuerzo y la deformación para varias
magnitudes de la carga, se puede trazar un diagrama de esfuerzo contra deformación. Tal diagrama es
característico del material y proporciona información importante acerca de las propiedades mecánicas y
el comportamiento típico del material.
En el diagrama esfuerzo deformación es representativo de los materiales dúctiles. El diagrama empieza
con una línea recta desde O hasta A. En esta región, el esfuerzo y la deformación son directamente
proporcionales, y se dice que el comportamiento del material es lineal. Después del punto A ya no existe
una relación lineal entre el esfuerzo y la deformación, por lo que el esfuerzo en el punto A se denomina
límite de proporcionalidad. La relación lineal entre el esfuerzo y la deformación puede expresarse
mediante la ecuación  = E, donde E es una constante de proporcionalidad conocida como el módulo
de elasticidad del material. El módulo de elasticidad es la pendiente del diagrama esfuerzo-deformación
en la región linealmente elástica y su valor depende del material particular que se utilice.
La ecuación  = E se conoce comúnmente como ley de Hooke.
Figura 4.13.
Diagrama de esfuerzo - deformación indicando cada una de las fases de deformación.
Nota. Fuente – El Autor.
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Al incrementar la carga más allá del límite de proporcionalidad, la deformación empieza a aumentar más
rápidamente para cada incremento en esfuerzo. La curva de esfuerzo deformación asume luego una
pendiente cada vez más pequeña, hasta que el punto B de la curva se vuelve horizontal. A partir de este
punto se presenta un alargamiento considerable, con un incremento prácticamente inapreciable en la
fuerza de tensión (desde B hasta C en el diagrama). Este fenómeno se conoce como cedencia o fluencia
del material, y el esfuerzo en el punto B se denomina esfuerzo de cedencia o punto de cedencia (o bien,
esfuerzo de fluencia o punto de fluencia). En la región de B hasta C, el material se vuelve perfectamente
plástico, lo que significa que puede deformarse sin un incremento en la carga aplicada. Después de sufrir
las grandes deformaciones que se presentan durante la fluencia en la región BC el material empieza a
mostrar un endurecimiento por deformación. Durante este proceso, el material sufre cambios en sus
estructuras cristalina y atómica, lo que origina un incremento en la resistencia del material a futuras
deformaciones. Por tanto, un alargamiento adicional requiere de un incremento en la carga de tensión,
y el diagrama esfuerzo-deformación toma una pendiente positiva desde C hasta D.
Finalmente, la carga alcanza su valor máximo y el esfuerzo correspondiente (en el punto D) se denomina
esfuerzo último. De hecho, el alargamiento posterior de la barra se acompaña de una reducción en la
carga y finalmente se presenta la fractura en un punto E, tal como se indica en el diagrama. Se presenta
una contracción lateral de la muestra cuando se alarga, lo que origina una reducción en el área de la
sección transversal. La reducción en el área es muy pequeña como para tener un efecto apreciable en
el valor de los esfuerzos calculados antes del punto C, pero más allá de este punto la reducción comienza
a modificar el perfil del diagrama. Desde luego, el esfuerzo real es mayor que el esfuerzo nominal debido
a que se calcula con un área menor.
En la cercanía del esfuerzo último, la disminución del área se aprecia claramente y ocurre un
estrechamiento pronunciado de la barra, conocido como estricción. Si para el cálculo del esfuerzo se
emplea el área de la sección transversal en la parte estrecha del cuello ocasionado por la estricción, la
curva real esfuerzo-deformación seguirá la línea punteada CE’. La carga total que puede resistir la
probeta se ve efectivamente disminuida después de que se alcanza el esfuerzo último (curva DE), pero
esta disminución se debe al decremento en área de la probeta y no a una pérdida de la resistencia misma
del material. En realidad, el material soporta un aumento de esfuerzo hasta el punto de falla (punto E’).
Sin embargo, con fines prácticos la curva esfuerzo-deformación convencional OABCDE, basada en el
área transversal original de la muestra y que, por lo tanto, se calcula fácilmente, suministra información
satisfactoria para emplearla en el diseño. La ductilidad de un material a tensión puede caracterizarse por
su alargamiento total y por la disminución de área en la sección transversal donde ocurre la fractura.
La elongación porcentual se define como sigue:
Elongación 
L f  Lo
Lo
(100 )
Donde Lo es la longitud calibrada original y Lf es la distancia entre las marcas de calibración al ocurrir la
fractura.
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1.4.4. Práctica 4. Ensayo de Flexión.
IDENTIFICACIÓN
UNIDAD ACADÉMICA
INGENIERIA ELECTROMECANICA
ASIGNATURA: LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES
ENSAYOS DE FLEXIÓN.
UNIDAD TEMÁTICA
Prueba de flexión en tres puntos.
PRACTICA 4
COMPETENCIA

Analizar las propiedades de un
material cuando se le somete a
cargas transversales aplicando los
principios de la mecánica de
materiales y siguiendo los
lineamientos de las normas ASTM E
190 y E 290.


RESULTADOS DE APRENDIZAJE
Conoce la operación de la máquina universal realizando
ensayos de flexión bajo las normas técnicas vigentes.
Determina los esfuerzos producidos en un material a
través del ensayo de flexión en tres puntos.
Calcula las deflexiones presentes en elementos
sometidos a cargas de flexión.
Analiza las propiedades mecánicas de un material sujeto
a flexión a través de datos obtenidos experimentalmente
y publicados en diferentes fuentes.
1. REFERENCIAS.
-AMERICAN SOCIETY FOR METALS. Metals Handbook. Vol 8. Novena edición, Metal Park, Ohio
44073, 1985, Bending testing.
-NORMA ASTM E 190. Standard Test Method for Guided Bend Test for Ductility of Welds. 2008.
-NORMA ASTM E 290. Standard Test Methods for Bend Testing of Material for Ductility. 2009.
2. OBJETIVO.
El ensayo de flexión se realiza en la parte inferior del dispositivo, entre la barra de apoyo inferior y el
travesaño superior. Hay una marca en la parte más baja del perfil para fijarlo de forma perpendicular a la
barra de apoyo inferior. La distancia entre los soportes cilíndricos se puede alterar si es necesario.
El ensayo de flexión demuestra la relación entre la deformación elástica de la muestra y una carga. Se
puede demostrar la influencia del momento de inercia axial en el tamaño de la deformación elástica
empleando muestras de distintas formas. El ensayo se lleva a cabo hasta una deformación determinada
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o el material se romperá. Para determinar la resistencia a la flexión del material, se lee la fuerza máxima
en la galga extensiométrica “F”. Con una separación entre soportes de “L”, la resistencia a la flexión
para una muestra redonda de diámetro “d” se calcula así:
Donde:
Figura 5.1.
Ensayo de flexión en tres puntos.
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3. PRECONCEPTOS




Momento flector.
Deflexión.
Diagrama de fuerza aplicada vs deflexión.
Esfuerzo por flexión
4. PROCEDIMIENTO
4.1 EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS
Para la realización del experimento necesitaremos:
- Unidad EEU/20KN.
Figura 5.2.
Equipo de Ensayo Universal EDIBON.
94
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-Accesorios para el ensayo de tensión.
Figura 5.3.
Modulo y probetas Ensayo de Flexión.
Nota. Fuente – El Autor.
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Figura 5.4.
Dimensiones de probeta para ensayo de tensión sugerida por el fabricante según norma ASTM E 190
Y E 290.
Nota. Fuente – El Autor.
4.2 DESARROLLO DEL ENSAYO
4.2.1 Establecer condiciones de seguridad y calidad. Todo el personal que realice un procedimiento de
ensayo de Tensión debe remitirse a las normas establecidas en el presente manual, con el fin de seguir
las medidas necesarias para realizar el ensayo con la calidad adecuada.
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4.2.2 Verificar que la probeta a utilizar se encuentre apta para el ensayo. Elegir el material a ensayar.
-La pieza de material debe ser examinada cuidadosamente con el fin de cerciorarse de que esté libre de
óxido, polvo, grasa o cualquier impureza que afecte el ensayo.
-La probeta o pieza de material de ensayo debe ser con anterioridad debidamente pulida.
-La base utilizada en el soporte debe estar completamente limpia, seca, libre de impurezas ni oxido y
uniforme.
-El ensayo debe llevarse a cabo a una temperatura entre los 10 y 35°C.
-Las dimensiones de la probeta se deben realizar con base a la norma ASTM ASTM E 190 Y E 290.
4.2.3 Energizar el módulo de datos y encender el computador.
4.2.4 Acoplar las bases con las que se va a realizar el ensayo de flexión (superior e inferior) de la siguiente
manera:
Figura 5.5.
Montaje de accesorios para ensayo de Flexión.
Nota. Fuente – El Autor.
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4.2.5 Fije la probeta entre los apoyos del riel y ajuste el conjunto en el espacio disponible entre el
travesaño medio y la barra de apoyo inferior.
4.2.6 Determinar las dimensiones de las probetas como son: longitud de prueba (L0), área de la sección
transversal (A0) y carga aplicada.
4.2.7 Encienda el software y entre en el ensayo “Bending” y pulse start.
Figura 5.6.
Ventana principal del software EDIBON.
Nota. Fuente – El Autor.
ATENCIÓN: Utilice gafas protectoras durante el ensayo para evitar daños si la muestra se rompe o
desintegra.
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4.2.8 Introduzca las medidas de la probeta pedidas por el software de ser necesario.
4.2.9 Utilice el sistema hidráulico para elevar la probeta hasta que el elemento que aplica la fuerza roce
ligeramente la probeta.
Figura 5.7.
Probeta lista para ensayo de flexión.
Nota. Fuente – El Autor.
4.2.10. Pulse start en el software, haga Reset en los sensores y gráfica y aplique la fuerza requerida.
Utilice el sistema hidráulico para hacer descender el travesaño medio y aplicar la fuerza requerida sobre
probeta hasta provocar su doblamiento (esta fuerza se debe aplicar hasta que en el software se evidencie
que ya no hay cambio alguno en el sensor de fuerza).
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Figura 5.8.
Reset de sensores y grafica.
Nota. Fuente – El Autor.
4.2.11. Deje actuar la carga aplicada el tiempo que considere necesario.
4.2.12. Monitoree el avance del ensayo a través de la visualización de la curva esfuerzo vs deformación.
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Figura 5.9.
Grafica fuerza-deformación del ensayo de dureza flexión suministrada por el software.
Nota. Fuente – El Autor.
4.2.13 Para liberar la probeta, pulse STOP en módulo de herramientas del portal interactivo del ensayo
y retire la fuerza inducida en el sistema hidráulico por medio de la válvula de alivio. Luego retire la probeta
de ensayo.
Figura 5.10.
Módulo de herramientas portal interactivo EDIBON.
Nota. Fuente – El Autor.
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4.2.14 Retire la probeta de ensayo. Observe y mida la flexión generada en el material.
4.2.15 Realice un análisis de datos. Seleccione los resultados necesarios y escríbalos para posteriores
cálculos. Tome los valores de las probetas inicialmente leídos y compárelos con los valores de medida
final.
REGISTRO
INFORMACION DE LA PROBETA
MATERIAL
Probeta
No.
Longitud
Inicial
(mm)
Sección
Transversal
Inicial (mm2)
Momento
de inercia
(mm4)
Módulo de
resistencia a
la flexión
(mm3)
A.
B.
C.
D.
NOTA: ANEXE LA GRAFICA (ESFUERZO Vs DEFORMACION)
PROPIEDADES CALCULADAS DE ACUERDO AL COMPORTAMIENTO DEL MATERIAL.
Experimental
Tabulado
Módulo de
Elasticidad.
Esfuerzo de
fluencia.
Esfuerzo
máximo.
Deflexión
máxima en el
rango elástico.
102
% Error experimental
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EVIDENCIA DE LA APARIENCIA DE CADA PROBETA ANTES Y DESPUES DE LA PRUEBA
EVALUACIÓN
Desarrollar las siguientes actividades:


Desarrolle un diagrama en el que establezca la distribución de esfuerzos axiales en la sección
transversal de la viga.
Determina por medio de la ayuda de Excel la curva esfuerzo versus deflexión para cada material
ensayado.
Ensayo de Flexión.
Los ensayos de flexión aplican una carga transversal al material y evalúan el comportamiento esfuerzo
deformación y la resistencia a la flexión.
Ensayo de flexión en tres puntos.
Los ensayos de flexión de 3 puntos descritos en ASTM E 190 Y E 290 representan los métodos clásicos
de caracterización para metales y plásticos. Resultados típicos son el módulo de flexión, la tensión al
3,5% de deformación, así como tensiones y alargamientos en el límite elástico y en rotura de la probeta.
Los resultados del ensayo de flexión muestran de forma especial el comportamiento del material cerca
de la superficie de la probeta. En comparación con el ensayo de tracción, las flexiones medidas en el
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ensayo de flexión son aproximadamente cuatro veces mayores que los cambios de longitud en el ensayo
de tracción.
Figura 5.11.
Esquema general ensayo de flexión en tres puntos.
Nota. Fuente – El Autor.
Momento flector.
Se denomina momento flector, o momento de flexión, un momento de fuerza resultante de una
distribución de tensiones sobre una sección transversal de un prisma mecánico flexionado o una placa
que es perpendicular al eje longitudinal a lo largo del que se produce la flexión.
Es una solicitación típica en vigas y pilares y también en losas ya que todos estos elementos suelen
deformarse predominantemente por flexión. El momento flector puede aparecer cuando se someten
estos elementos a la acción un momento (torque) o también de fuerzas puntuales o distribuidas.
Deflexión.
En general, el término deflexión hace referencia a la "desviación de la dirección de una corriente".1 De
un modo específico, el término deflexión se utiliza en física, análisis estructural, botánica. En análisis
estructural, la deflexión hace referencia al grado en el que un elemento estructural se desplaza bajo la
aplicación de una fuerza.
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Esfuerzo por flexión.
Si las fuerzas que actúan sobre un cuerpo tienden a inducir una solicitación de tracción en una parte de
su sección transversal, y una solicitación de compresión en la sección restante, entonces el cuerpo está
sometido a flexión. En la figura de la parte superior, se indica una probeta de sección rectangular
sometida a una fuerza en el centro. En la parte central de dicha figura, se indica el diagrama de fuerzas
cortantes y, a continuación, en la parte inferior, se indica el diagrama de momento flector correspondiente.
Figura 5.12.
Probeta solicitada con una fuerza central, con los diagramas de fuerza cortante y momento flector
respectivos.
Nota. Fuente – El Autor.
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Figura 5.13.
Distribución del esfuerzo normal por flexión en una sección transversal.
x
max
y
max
x,y
h
b
Nota. Fuente – El Autor.
La distribución de esfuerzos que se indica, se presenta cuando las tensiones son inferiores al límite de
proporcionalidad. La madera, aproximadamente, se comporta en forma similar, es decir, su respuesta es
lineal, ya sea que las fibras de la probeta estén sometidas a tracción o sometidas a compresión. En la
madera, debido al crecimiento natural del árbol y desarrollo estacional y anual, se presenta anisotropía
ortogonal en el plano transversal. Si los esfuerzos normales no sobrepasan el límite de proporcionalidad,
dicho esfuerzo se distribuye linealmente. Es igual a cero en el eje central de la probeta y tiene un valor
máximo en la parte más alejada de dicho eje. La figura 7, indica la distribución de esfuerzos por flexión,
en una sección transversal cualquiera, de una probeta de sección rectangular sometida a momento
flector. En este caso, el valor del esfuerzo por flexión es igual a:
=
M
W
Siendo M el momento flector y W el módulo resistente a la flexión. El valor máximo de M es igual a:
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M=
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FL
4
Siendo P la fuerza aplicada y L la distancia entre apoyos, es decir L = 2a.
El valor del módulo resistente a la flexión es igual a:
W=
1
I
h ecuatorial
2
Donde I ecuatorial corresponde al momento de inercia ecuatorial de la sección transversal de la probeta. El
momento de inercia, en este caso, es igual a:
I Ecuatorial =
1
bh 3
12
Siendo b el ancho de la sección transversal de la probeta y h su altura respectiva. Por lo tanto, el esfuerzo
por flexión en la fibra más alejada de la probeta es:
=
6M
bh 2
La ecuación diferencial de la elástica para una viga sometida a flexión, en general, se expresa de la
siguiente manera:
d2 y
EI 2 = ±M(x)
dx
Donde, EI es la rigidez a la flexión, y es la deflexión, x es la variable independiente y M(x) es el momento
flector, el cual depende de la variable x. El signo se elige de acuerdo a la curvatura que presenta la viga
en su configuración de equilibrio.
Resolviendo la ecuación diferencial de segundo orden, de acuerdo a las condiciones de borde, se obtiene
la deflexión δ max dada por la siguiente expresión:
 max =
PL3
48EI
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El módulo de elasticidad E, se puede obtener de la ecuación anterior, esto es:
E=
PL3
48I max
Diagrama de fuerza aplicada y deflexión.
La obtención del diagrama de fuerza aplicada en función de la deflexión para una probeta sometida a
flexión, es fundamental para determinar el módulo de elasticidad. En dicho diagrama, se puede
determinar la fuerza de proporcionalidad (límite de la respuesta lineal), la parte no lineal y finalmente, la
fuerza de ruptura. La zona lineal del gráfico, permite determinar el módulo de elasticidad y el esfuerzo
normal de proporcionalidad.
Figura 5.13.
Curvas fuerza vs desplazamiento obtenida en un ensayo de flexión en tres puntos.
Nota. Fuente – El Autor.
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