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Tensión de rotura

Octubre 08, 2022

Se denomina tensión de rotura a la máxima tensión que un material puede soportar bajo tensión antes de que su sección transversal se contraiga de manera significativa.[1]​[2]​

La tensión de rotura se obtiene por lo general realizando un ensayo de tracción y registrando la tensión en función de la deformación (o alargamiento); el punto más elevado de la curva tensión-deformación es la tensión de rotura. Es una propiedad intensiva; por lo tanto su valor no depende del tamaño de la muestra, sino de factores, tales como la preparación, la presencia o no de defectos superficiales, y la temperatura del medioambiente y del material.

Las tensiones de rotura rara vez son consideradas en el diseño de elementos dúctiles, pero sin embargo son muy importantes en el diseño de elementos frágiles. Las mismas se encuentran tabuladas para los materiales más comunes tales como aleaciones, materiales compuestos, cerámicos, plásticos, y madera.

La tensión de rotura es definida como una tensión que se mide en unidades de fuerza por unidad de área. Para algunos materiales no homogéneos se la indica como una fuerza o una fuerza por unidad de espesor. En el sistema internacional, la unidad es el pascal (Pa) (o un múltiplo del mismo, a menudo el megapascal (MPa), utilizando el prefijo Mega); o, equivalente al Pascal, Newton por metro cuadrado (N/m²).

Conceptos

Materiales dúctiles

 
Curva de Tensión vs. Deformación típica del aluminio.
1. Tensión de rotura
2. Límite elástico
3. Límite de proporcionalidad
4. Fractura
5. Deformación en el punto de límite elástico (típica 0.2%)
 
Curva de Tensión vs. Deformación típica de un acero estructural
1. Tensión de rotura
2. Límite elástico
3. Fractura
4. Región de endurecimiento inducido por deformación
5. Región de necking
A: Tensión de ingeniería
B: Tensión verdadera

Muchos materiales presentan un comportamiento elástico, que se define por la existencia de una relación lineal entre la tensión y la deformación, tal como muestra la figura hasta el punto 2, en el cual las deformaciones se revierten completamente al eliminar la carga o fuerza actuante; esto es que el espécimen cargado por una tensión en la región elástica se estirará, pero tomará su forma y tamaño original cuando se retira la carga. Luego de la región lineal, en los materiales dúctiles, tales como el acero, las deformaciones son plásticas. Un espécimen que se ha deformado en forma plástica no tomará su forma y tamaño original cuando se retira la carga. Es de notar que en este caso se recobrará una parte de la deformación. En muchos usos, es inaceptable la deformación plástica, y por lo tanto se la identifica como un factor que limita al diseño.

Luego del punto de límite elástico, los metales dúctiles presentan una zona de endurecimiento inducido por deformación, en cual la tensión se incrementa ante deformaciones crecientes, y el espécimen comienza a desarrollar un estrechamiento o cuello (necking en inglés), en la cual la sección transversal del espécimen disminuye a causa de un flujo plástico. En un material suficientemente dúctil, cuando el estrechamiento es apreciable, se observa una inversión en la curva de tensión-deformación de ingeniería (curva A); esto se debe a que la tensión de ingeniería se calcula utilizando el área de la sección transversal del espécimen original antes de que se produjera el estrechamiento. El punto de inversión corresponde a la tensión máxima en la curva de tensión-deformación de ingeniería, y la coordenada de tensión de ingeniería en este punto es denominada la tensión última de rotura, mencionada en el punto 1.

La tensión de rotura por lo general no se utiliza en el diseño de componentes estructurales estáticos dúctiles ya que las prácticas de diseño determinan utilizar el límite elástico. Sin embargo si se lo utiliza para control de calidad, ya que es fácil de medir. A veces se lo utiliza para tener una estimación preliminar del tipo de material a partir de una muestra desconocida.[3]​

Materiales frágiles

Los materiales frágiles, tales como el hormigón y la fibra de carbono, se caracterizan por fallar ante deformaciones pequeñas. A menudo fallan cuando aún se encuentran deformándose de manera elástica lineal, y por lo tanto no poseen un límite elástico definido. A causa de que las deformaciones son reducidas, existe una diferencia irrelevante entre la tensión de ingeniería y la tensión real. El ensayo de varios especímenes idénticos produce distintos valores de la tensión de rotura, esto se debe al módulo de Weibull del material frágil.

La tensión de rotura es un parámetro utilizado con frecuencia al diseñar estructuras o piezas frágiles, ya que no existe el límite elástico.[3]​

Valores típicos de la tensión de rotura

Tensiones de rotura de algunos materiales
Material Límite elástico
(MPa)		 Tensión de rotura
(MPa)		 Densidad
(g/cm³)
Acero A36 250 400 7,8
Acero al carbono 1090 250 841 7,58
Piel humana 15 20 2,2
Titanio 11 (Ti-6Al-2Sn-1.5Zr-1Mo-0.35Bi-0.1Si)[4]​ 940 1040 4,5
Acero, API 5L X65[5]​ 448 531 7,8
Polietileno de alta densidad (HDPE) 26-33 37 0,95
Polipropileno 12-43 19.7-80 0,91
Acero inoxidable AISI 302 - Cold-rolled 520 860 8,19
Berilio[6]​ 99.9% Be 345 448 1,84
Aleación de aluminio[7]​ 2014-T6 414 483 2,8
Aleación de aluminio 6063-T6   248 2,63
Cobre 99,9% Cu 70 220 8,92
Cuproníquel 10% Ni, 1,6% Fe, 1% Mn, balance Cu 130 350 8,94
Bronce 200 + 550 5,3
Tungsteno   1510 19,25
Vidrio   33[8]​ 2,53
Fibra de basalto[9]​ N/A 4840 2,7
Mármol N/A 15  
Cemento N/A 3 2,7
Cabello humano   380  
Bambú   350-500 0,4
Seda de araña 1000 1,3
Seda de gusano de seda 500   1,3
Madera de pino (paralelo al grano)   40  
Hueso (costilla) 104-121 130 1,6
Nailon, tipo 6/6 45 75 1,15
Adhesivo epoxi - 12 - 30[10]​ -
Goma - 15  
Boro N/A 3100 2,46
Silicio, monocristalino (m-Si) N/A 7000 2,33
Diamante N/A 2800 3,5
Grafeno N/A 130000[11]​ 1
Nanotubo de carbono N/A 11000-63000 0,037-1,34
Propiedades típicas de elementos templados[12]​
Elemento Módulo de
Young
(GPa)		 Offset o
yield strength
(MPa)		 Tensión de
rotura
(MPa)
silicio 107 5000–9000
tungsteno 411 550 550–620
hierro 211 80–100 350
titanio 120 100–225 240–370
cobre 130 33 210
tantalio 186 180 200
estaño 47 9–14 15–200
zinc (wrought) 105 110–200
níquel 170 14–35 140–195
plata 83 170
oro 79 100
aluminio 70 15–20 40-50
plomo 16 12

Véase también

Referencias

  1. Degarmo, Black y Kohser, 2003, p. 31
  2. Smith y Hashemi, 2006, p. 223
  3. ↑ . Archivado desde el original el 16 de febrero de 2014. Consultado el 8 de junio de 2012. 
  4. http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=b141bfe746f142638fdc30ac59aa306e
  5. . Archivado desde el original el 8 de abril de 2010. Consultado el 7 de junio de 2012. 
  6. Beryllium I-220H Grade 2
  7. Aluminum 2014-T6
  8. Material Properties Data: Soda-Lime Glass
  9. «Basalt Continuous Fibers». Archivado desde el original el 29 de diciembre de 2009. Consultado el 29 de diciembre de 2009. 
  10. . Archivado desde el original el 21 de febrero de 2014. Consultado el 28 de julio de 2019. 
  11. Lee, C. et al. (2008). . Science 321 (5887): 385 |página= y |páginas= redundantes (ayuda). Bibcode:2008Sci...321..385L. PMID 18635798. doi:10.1126/science.1157996. Archivado desde el original el 19 de febrero de 2009. Consultado el 7 de junio de 2012. Resumen divulgativo. 
  12. A.M. Howatson, P.G. Lund, and J.D. Todd, Engineering Tables and Data, p. 41

Bibliografía

  • Giancoli, Douglas, Physics for Scientists & Engineers Third Edition (2000). Upper Saddle River: Prentice Hall.
  • Köhler, T., Vollrath, F. (1995). «Thread biomechanics in the two orb-weaving spiders Araneus diadematus (Araneae, Araneidae) and Uloboris walckenaerius (Araneae, Uloboridae)». Journal of Experimental Zoology 271: 1-17. doi:10.1002/jez.1402710102. 
  • T Follett, Life without metals
  • Min-Feng, Yu, Lourie, O, Dyer, MJ, Moloni, K, Kelly, TF, Ruoff, RS (2000). «Strength and Breaking Mechanism of Multiwalled Carbon Nanotubes Under Tensile Load». Science 287 (5453): 637-640. Bibcode:2000Sci...287..637Y. PMID 10649994. doi:10.1126/science.287.5453.637. 
  • George E. Dieter, Mechanical Metallurgy (1988). McGraw-Hill, UK


  •   Datos: Q76005
  •   Multimedia: Tensile strength / Q76005

Octubre 08, 2022
tensión, rotura, denomina, tensión, rotura, máxima, tensión, material, puede, soportar, bajo, tensión, antes, sección, transversal, contraiga, manera, significativa, tensión, rotura, obtiene, general, realizando, ensayo, tracción, registrando, tensión, función. Se denomina tension de rotura a la maxima tension que un material puede soportar bajo tension antes de que su seccion transversal se contraiga de manera significativa 1 2 La tension de rotura se obtiene por lo general realizando un ensayo de traccion y registrando la tension en funcion de la deformacion o alargamiento el punto mas elevado de la curva tension deformacion es la tension de rotura Es una propiedad intensiva por lo tanto su valor no depende del tamano de la muestra sino de factores tales como la preparacion la presencia o no de defectos superficiales y la temperatura del medioambiente y del material Las tensiones de rotura rara vez son consideradas en el diseno de elementos ductiles pero sin embargo son muy importantes en el diseno de elementos fragiles Las mismas se encuentran tabuladas para los materiales mas comunes tales como aleaciones materiales compuestos ceramicos plasticos y madera La tension de rotura es definida como una tension que se mide en unidades de fuerza por unidad de area Para algunos materiales no homogeneos se la indica como una fuerza o una fuerza por unidad de espesor En el sistema internacional la unidad es el pascal Pa o un multiplo del mismo a menudo el megapascal MPa utilizando el prefijo Mega o equivalente al Pascal Newton por metro cuadrado N m Indice 1 Conceptos 1 1 Materiales ductiles 1 2 Materiales fragiles 2 Valores tipicos de la tension de rotura 3 Vease tambien 4 Referencias 5 BibliografiaConceptos EditarMateriales ductiles Editar Curva de Tension vs Deformacion tipica del aluminio 1 Tension de rotura 2 Limite elastico 3 Limite de proporcionalidad 4 Fractura 5 Deformacion en el punto de limite elastico tipica 0 2 Curva de Tension vs Deformacion tipica de un acero estructural 1 Tension de rotura 2 Limite elastico 3 Fractura 4 Region de endurecimiento inducido por deformacion 5 Region de necking A Tension de ingenieria B Tension verdadera Muchos materiales presentan un comportamiento elastico que se define por la existencia de una relacion lineal entre la tension y la deformacion tal como muestra la figura hasta el punto 2 en el cual las deformaciones se revierten completamente al eliminar la carga o fuerza actuante esto es que el especimen cargado por una tension en la region elastica se estirara pero tomara su forma y tamano original cuando se retira la carga Luego de la region lineal en los materiales ductiles tales como el acero las deformaciones son plasticas Un especimen que se ha deformado en forma plastica no tomara su forma y tamano original cuando se retira la carga Es de notar que en este caso se recobrara una parte de la deformacion En muchos usos es inaceptable la deformacion plastica y por lo tanto se la identifica como un factor que limita al diseno Luego del punto de limite elastico los metales ductiles presentan una zona de endurecimiento inducido por deformacion en cual la tension se incrementa ante deformaciones crecientes y el especimen comienza a desarrollar un estrechamiento o cuello necking en ingles en la cual la seccion transversal del especimen disminuye a causa de un flujo plastico En un material suficientemente ductil cuando el estrechamiento es apreciable se observa una inversion en la curva de tension deformacion de ingenieria curva A esto se debe a que la tension de ingenieria se calcula utilizando el area de la seccion transversal del especimen original antes de que se produjera el estrechamiento El punto de inversion corresponde a la tension maxima en la curva de tension deformacion de ingenieria y la coordenada de tension de ingenieria en este punto es denominada la tension ultima de rotura mencionada en el punto 1 La tension de rotura por lo general no se utiliza en el diseno de componentes estructurales estaticos ductiles ya que las practicas de diseno determinan utilizar el limite elastico Sin embargo si se lo utiliza para control de calidad ya que es facil de medir A veces se lo utiliza para tener una estimacion preliminar del tipo de material a partir de una muestra desconocida 3 Materiales fragiles Editar Los materiales fragiles tales como el hormigon y la fibra de carbono se caracterizan por fallar ante deformaciones pequenas A menudo fallan cuando aun se encuentran deformandose de manera elastica lineal y por lo tanto no poseen un limite elastico definido A causa de que las deformaciones son reducidas existe una diferencia irrelevante entre la tension de ingenieria y la tension real El ensayo de varios especimenes identicos produce distintos valores de la tension de rotura esto se debe al modulo de Weibull del material fragil La tension de rotura es un parametro utilizado con frecuencia al disenar estructuras o piezas fragiles ya que no existe el limite elastico 3 Valores tipicos de la tension de rotura EditarTensiones de rotura de algunos materiales Material Limite elastico MPa Tension de rotura MPa Densidad g cm Acero A36 250 400 7 8Acero al carbono 1090 250 841 7 58Piel humana 15 20 2 2Titanio 11 Ti 6Al 2Sn 1 5Zr 1Mo 0 35Bi 0 1Si 4 940 1040 4 5Acero API 5L X65 5 448 531 7 8Polietileno de alta densidad HDPE 26 33 37 0 95Polipropileno 12 43 19 7 80 0 91Acero inoxidable AISI 302 Cold rolled 520 860 8 19Berilio 6 99 9 Be 345 448 1 84Aleacion de aluminio 7 2014 T6 414 483 2 8Aleacion de aluminio 6063 T6 248 2 63Cobre 99 9 Cu 70 220 8 92Cuproniquel 10 Ni 1 6 Fe 1 Mn balance Cu 130 350 8 94Bronce 200 550 5 3Tungsteno 1510 19 25Vidrio 33 8 2 53Fibra de basalto 9 N A 4840 2 7Marmol N A 15 Cemento N A 3 2 7Cabello humano 380 Bambu 350 500 0 4Seda de arana 1000 1 3Seda de gusano de seda 500 1 3Madera de pino paralelo al grano 40 Hueso costilla 104 121 130 1 6Nailon tipo 6 6 45 75 1 15Adhesivo epoxi 12 30 10 Goma 15 Boro N A 3100 2 46Silicio monocristalino m Si N A 7000 2 33Diamante N A 2800 3 5Grafeno N A 130000 11 1Nanotubo de carbono N A 11000 63000 0 037 1 34Propiedades tipicas de elementos templados 12 Elemento Modulo deYoung GPa Offset oyield strength MPa Tension derotura MPa silicio 107 5000 9000tungsteno 411 550 550 620hierro 211 80 100 350titanio 120 100 225 240 370cobre 130 33 210tantalio 186 180 200estano 47 9 14 15 200zinc wrought 105 110 200niquel 170 14 35 140 195plata 83 170oro 79 100aluminio 70 15 20 40 50plomo 16 12Vease tambien EditarResistencia de materiales Modulo de Young Tenacidad Limite elasticoReferencias Editar Degarmo Black y Kohser 2003 p 31 Smith y Hashemi 2006 p 223 a b NDT ed org Archivado desde el original el 16 de febrero de 2014 Consultado el 8 de junio de 2012 http www matweb com search DataSheet aspx MatGUID b141bfe746f142638fdc30ac59aa306e USStubular com Archivado desde el original el 8 de abril de 2010 Consultado el 7 de junio de 2012 Beryllium I 220H Grade 2 Aluminum 2014 T6 Material Properties Data Soda Lime Glass Basalt Continuous Fibers Archivado desde el original el 29 de diciembre de 2009 Consultado el 29 de diciembre de 2009 Uhu endfest 300 epoxy Strength over setting temperature Archivado desde el original el 21 de febrero de 2014 Consultado el 28 de julio de 2019 Lee C et al 2008 Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene Science 321 5887 385 pagina y paginas redundantes ayuda Bibcode 2008Sci 321 385L PMID 18635798 doi 10 1126 science 1157996 Archivado desde el original el 19 de febrero de 2009 Consultado el 7 de junio de 2012 Resumen divulgativo A M Howatson P G Lund and J D Todd Engineering Tables and Data p 41Bibliografia EditarGiancoli Douglas Physics for Scientists amp Engineers Third Edition 2000 Upper Saddle River Prentice Hall Kohler T Vollrath F 1995 Thread biomechanics in the two orb weaving spiders Araneus diadematus Araneae Araneidae and Uloboris walckenaerius Araneae Uloboridae Journal of Experimental Zoology 271 1 17 doi 10 1002 jez 1402710102 T Follett Life without metals Min Feng Yu Lourie O Dyer MJ Moloni K Kelly TF Ruoff RS 2000 Strength and Breaking Mechanism of Multiwalled Carbon Nanotubes Under Tensile Load Science 287 5453 637 640 Bibcode 2000Sci 287 637Y PMID 10649994 doi 10 1126 science 287 5453 637 George E Dieter Mechanical Metallurgy 1988 McGraw Hill UK Datos Q76005 Multimedia Tensile strength Q76005 Obtenido de https es wikipedia org w index php title Tension de rotura amp oldid 129811743, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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