Resistencia a la tracción máxima

Resistencia a la tracción máxima (también llamada UTS , resistencia a la tracción , TS , resistencia máxima o${\displaystyle F_{\text{tu}}}$(en notación) ^{[ 1 ]} es la tensión máxima que un material puede soportar al ser estirado o tirado antes de romperse. En materiales frágiles , la resistencia a la tracción máxima está cerca del punto de fluencia , mientras que en materiales dúctiles , la resistencia a la tracción máxima puede ser mayor.

La resistencia máxima a la tracción se suele determinar mediante un ensayo de tracción , registrando la relación tensión - deformación . El punto más alto de la curva tensión-deformación corresponde a la resistencia máxima a la tracción y se expresa en unidades de tensión. El punto equivalente en el caso de compresión, en lugar de tracción, se denomina resistencia a la compresión .

La resistencia a la tracción rara vez tiene relevancia en el diseño de elementos dúctiles , pero sí es importante en el caso de elementos frágiles. Se presentan en tablas para materiales comunes como aleaciones , materiales compuestos , cerámica , plásticos y madera.

La resistencia a la tracción máxima de un material es una propiedad intensiva ; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la probeta. Sin embargo, para algunos materiales, puede depender de otros factores, como la preparación de la probeta, la presencia o ausencia de defectos superficiales y la temperatura del entorno de ensayo y del material.

Algunos materiales se rompen de forma muy abrupta, sin deformación plástica , en lo que se denomina fractura frágil. Otros, que son más dúctiles, incluyendo la mayoría de los metales, experimentan cierta deformación plástica y posiblemente un estrechamiento antes de la fractura.

La resistencia a la tracción se define como una tensión, que se mide como fuerza por unidad de área. En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad es el pascal (Pa), que equivale a 1 N/m² ^, o, para la resistencia a la tracción, más comúnmente un múltiplo de este, como megapascales (MPa) o gigapascales (GPa). Para algunos materiales no homogéneos (o para componentes ensamblados), puede expresarse simplemente como una fuerza o como una fuerza por unidad de ancho. Una unidad del sistema anglosajón es la libra por pulgada cuadrada (lb/in² ^o psi). El kilolibra por pulgada cuadrada (ksi, o a veces kpsi) equivale a 1000  psi y se usa comúnmente en Estados Unidos para medir la resistencia a la tracción.

Materiales dúctiles

Muchos materiales pueden presentar un comportamiento elástico lineal , definido por una relación tensión-deformación lineal , como se muestra en la figura  1 hasta el punto  3. El comportamiento elástico de los materiales a menudo se extiende a una región no lineal, representada en la figura  1 por el punto  2 (el " límite elástico "), hasta la cual las deformaciones son completamente recuperables al retirar la carga; es decir, una muestra cargada elásticamente a tensión se alargará, pero recuperará su forma y tamaño originales al descargarse. Más allá de esta región elástica, para materiales dúctiles , como el acero, las deformaciones son plásticas . Una muestra deformada plásticamente no recupera completamente su tamaño y forma originales al descargarse. Para muchas aplicaciones, la deformación plástica es inaceptable y se utiliza como limitación de diseño.

Tras alcanzar el límite elástico, los metales dúctiles experimentan un periodo de endurecimiento por deformación, durante el cual la tensión aumenta de nuevo con la deformación, y comienzan a estrecharse , ya que el área de la sección transversal de la muestra disminuye debido al flujo plástico. En un material suficientemente dúctil, cuando el estrechamiento se vuelve significativo, provoca una inversión de la curva de tensión-deformación de ingeniería (curva  A, figura  2); esto se debe a que la tensión de ingeniería se calcula asumiendo el área de la sección transversal original antes del estrechamiento. El punto de inversión es la tensión máxima en la curva de tensión-deformación de ingeniería, y la coordenada de tensión de ingeniería de este punto es la resistencia a la tracción máxima, dada por el punto 1.

La resistencia a la tracción máxima no se utiliza en el diseño de elementos estáticos dúctiles porque las prácticas de diseño dictan el uso del límite elástico . Sin embargo, se utiliza para el control de calidad, debido a la facilidad de ensayo. También se utiliza para determinar de forma aproximada los tipos de material en muestras desconocidas. ^{[ 2 ]}

La resistencia a la tracción máxima es un parámetro de ingeniería común para diseñar elementos hechos de material frágil porque dichos materiales no tienen punto de fluencia . ^{[ 2 ]}

Muestras de ensayo de tracción de aluminio después de la rotura.

El lado de la "copa" del patrón de falla característico de "copa-cono".

Algunas partes muestran la forma de "copa" y otras la forma de "cono".

Por lo general, el ensayo consiste en tomar una pequeña muestra con un área de sección transversal fija y luego estirarla con un tensiómetro a una velocidad de deformación constante (cambio en la longitud de referencia dividido por la longitud de referencia inicial) hasta que la muestra se rompa. En metales y, especialmente, en polímeros, la resistencia máxima puede depender significativamente de la velocidad de deformación seleccionada para el ensayo. ^{[ 3 ]}

Al ensayar algunos metales, la dureza por indentación se correlaciona linealmente con la resistencia a la tracción. Esta importante relación permite realizar ensayos no destructivos de gran importancia económica en grandes cantidades de metal con equipos ligeros, incluso portátiles, como los durómetros Rockwell de mano . ^{[ 4 ]} Esta correlación práctica ayuda a que el control de calidad en las industrias metalúrgicas se extienda mucho más allá del laboratorio y las máquinas de ensayo universales .

^a Muchos de los valores dependen del proceso de fabricación y de la pureza o composición.

^b Los nanotubos de carbono de paredes múltiples tienen la mayor resistencia a la tracción de cualquier material medido hasta ahora, con una medición de 63 GPa, todavía muy por debajo de un valor teórico de 100 GPa. ^{[ 41 ]} Las primeras cuerdas de nanotubos (de 20 mm de longitud) cuya resistencia a la tracción se publicó (en 2000) tenían una resistencia de 3,6 GPa. ^{[ 42 ]} La densidad depende del método de fabricación, y el valor más bajo es 0,037 o 0,55 (sólido). ^{[ 43 ]}

La resistencia de la seda de araña es muy variable. Depende de muchos factores, incluyendo el tipo de seda (cada araña puede producir varias para diversos propósitos), la especie, la edad de la seda, la temperatura, la humedad, la rapidez con la que se aplica la tensión durante la prueba, la longitud de la tensión aplicada y la forma en que se recoge la seda (hilado forzado o hilado natural). [ ^{44 ] El} valor que se muestra en la tabla, 1000 MPa, es aproximadamente representativo de los resultados de algunos estudios que involucran varias especies diferentes de arañas; sin embargo, los resultados específicos variaron considerablemente. ^{[ 45 ]}

La resistencia del cabello humano varía segúnla genética, los factores ambientales y los tratamientos químicos.

• Resistencia a la flexión
• Resistencia de los materiales
• Estructura de tracción
• Tenacidad
• Integridad estructural y fallos
• Tensión (física)
• Módulo de Young

• Carga límite (física) : carga máxima que se espera que una estructura soporte de forma segura durante su funcionamiento.
  • Carga de trabajo segura o límite de carga de trabajo, carga máxima durante operaciones normales especificada para evitar fallos.
• Carga máxima , cifra utilizada en cálculos que, con suerte, nunca deberían ocurrir.
  • Carga mínima de rotura , la carga mínima que un objeto puede soportar antes de romperse.

• Giancoli, Douglas, Física para científicos e ingenieros, tercera edición (2000). Upper Saddle River: Prentice Hall.
• Köhler T, Vollrath F (1995). "Biomecánica de los hilos en las dos arañas tejedoras de telarañas orbiculares Araneus diadematus (Araneae, Araneidae) y Uloboris walckenaerius (Araneae, Uloboridae)". Journal of Experimental Zoology . 271 (1): 1– 17. Bibcode : 1995JEZ...271....1K . doi : 10.1002/jez.1402710102 .
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