Tema 1: Ensayo y Medida de las Propiedades de los Materiales
Guía técnica para Bachillerato y aplicaciones en ingeniería estructural.
1. Introducción y Comportamiento Mecánico
El estudio de los materiales comienza con la comprensión de su respuesta ante esfuerzos externos. En ingeniería, utilizamos el diagrama tensión-deformación (σ-ε), obtenido a partir de ensayos normalizados. Es fundamental distinguir entre:
- Zona elástica: Donde el material recupera su forma al cesar el esfuerzo (Ley de Hooke: σ = E·ε).
- Zona plástica: Deformación permanente que precede a la rotura.
2. Ensayos Destructivos: Caracterización y Resistencia
Estos ensayos determinan el límite de rotura de los componentes:
Ensayo de Tracción
Se estira una probeta normalizada hasta la rotura. Los datos obtenidos permiten calcular el Módulo de Young (E), parámetro indispensable para calcular flechas en vigas de acero y estabilidad de estructuras.
Ensayos de Dureza
Miden la resistencia a la penetración.
- Brinell: Bola de acero (útil para materiales heterogéneos).
- Rockwell: Diferentes conos/bolas según el material.
- Vickers: Pirámide de diamante (precisión máxima para piezas pequeñas).
3. Fatiga e Impacto: El factor tiempo y la tenacidad
Muchas fallas en ingeniería (como en el transporte o en cápsulas de supervivencia) no ocurren por carga estática, sino por degradación:
- Ensayo Charpy: Evalúa la tenacidad al impacto mediante un péndulo. Un material tenaz absorbe energía antes de fracturarse; un material frágil falla sin apenas deformarse.
- Límite de Fatiga: Se mide mediante el ensayo de Wöhler, exponiendo la pieza a ciclos repetidos de carga. La rotura ocurre muy por debajo del límite elástico convencional.
4. Ensayos No Destructivos (END)
Indispensables para el control de calidad en soldaduras y piezas críticas:
- Ultrasonidos: Emisión de ondas de alta frecuencia que rebotan en defectos internos.
- Líquidos Penetrantes: Aplicación de tintes capilares para detectar fisuras superficiales invisibles al ojo humano.
- Partículas Magnéticas: Inducción de campos magnéticos para localizar discontinuidades en materiales ferromagnéticos.
5. Normalización y Factor de Seguridad
La ingeniería no permite la improvisación. La selección de un material debe cumplir normativas (ISO, UNE, ASTM). El cálculo de cualquier estructura aplica un Factor de Seguridad (Fs):
Fs = σrotura / σtrabajo
Este factor compensa la incertidumbre en las cargas y las pequeñas variaciones en las propiedades del material medidas en laboratorio.
