Tensión de Rotura y Alargamiento de Rotura

 

Tensión de rotura y alargamiento de rotura

Vamos ahora a definir “tensión de rotura”, en tracción. Cuando sometemos un determinado material a una fuerza de tracción de valor creciente, el material se alarga progresivamente y aumentara tanto más cuanto menor sea su módulo de elasticidad. En un determinado momento, el material se rompe y la fuerza correspondiente a ese momento se llama la fuerza, o carga de rotura. Si dividimos ese valor por el área de sección inicial sometida a la tracción, obtenemos el valor llamado de “tensión de rotura”.

Por otro lado, en el momento en lo cual el material se rompe, él ya presentaba una determinada deformación o alargamiento máximos, según se prefiera. Esta deformación máxima es llamada “deformación de rotura” o, más común, “alargamiento de rotura”.

Ahora vamos a ver las unidades corrientes en las cuales se expresan estas propiedades.

El módulo de elasticidad se expresa en unidades de tensión, o sea, una fuerza por unidad de área. Por ejemplo:

  • kg fuerza/cm2
  • Newton/mm2
  • MPa = 106 Pascal

Conversión de estas unidades: 1 MPa = 10.197 kgf/cm2 = 1 N/mm2

 

Como lo vimos, para el caucho, por no haber proporcionalidad entre tensiones y deformaciones, el valor del módulo se debe siempre acompañar por el valor correspondiente del alargamiento.

La tensión de rotura se expresa en las mismas unidades antes referidas.

El alargamiento a la rotura se expresa en porcentaje del largo inicial, por ejemplo, 550%, lo que quiere decir que el largo inicial se multiplicó por 5.5.

En caucho, las características “Módulo a x%”, tensión de rotura” y “alargamiento de rotura” son propiedades muy importantes que determinan, de cierta manera, sus áreas de aplicación, además, evidentemente, de muchas otras características.

Definidas estas propiedades y las unidades en las cuales se expresan, vamos a ver la forma como se determinan en la práctica.

Aunque existan diversos estándares, nacionales e internacionales, para la determinación de estas propiedades (Normas ISO, DIN, ASTM, NF, UNE, NP. NP-ISO, NOM, etc.), el principio que siguen es básicamente el mismo: una muestra de prueba, con determinada forma y dimensiones es sometido, en una máquina de pruebas, a una fuerza progresivamente creciente, a una velocidad especificada, hasta su rotura.

Los equipamientos más modernos ya tienen consolas informatizadas que permiten registrar de manera grafica las curvas de tensión-deformación, curvas con aspecto similar a la de la Figura 37, e proporcionar los valores de los módulos a los alargamientos requeridos, la tensión de rotura y el alargamiento de rotura. Para eso solo hay que capturar, como entrada al inicio del ensayo, la sección de la muestra y programar la máquina para proporcionar las propiedades que se requieren.

Las condiciones de la prueba, a saber, la temperatura y la velocidad de aplicación de la fuerza, son factores importantes, ya que afectan los valores medidos. Los distintos estándares definen las condiciones de realización de la prueba y las condiciones ambientales del entorno.

La muestra de prueba es una porción del material a probar que posee, normalmente, la forma de una mancuerna, como se puede ver en la Figura 38.

La muestra de prueba se puede moldear en laboratorio, en su forma final, o obtenerse por troquelado, con troquel específico (Figura 39), cortada de una placa de caucho de determinado espesor, obtenida también en laboratorio, con condiciones bien especificadas.

Figura 38 – Muestra de prueba de tipo mancuerna

Fig. 39 – Troquel para muestras de prueba de tipo mancuerna

 

Máquinas de pruebas

Existen en el mercado diversos tipos y marcas de extensómeros. En la Figura 40 se muestra un extensómero. Las máquinas se diferencian, básicamente, en su capacidad máxima de carga. Una vasta gama de accesorios permite que la realización de diversos tipos de ensayos que utilizan máquinas de este tipo (determinación de la resistencia al desgarre, pruebas de adherencia caucho/sustrato, determinación de deformaciones por compresión, etc.).

En la Figura 41 se enseñan dos pasos de la ejecución del ensayo de tracción: el inicio de la prueba, ya con la muestra instalada en la máquina y un paso avanzado del ensayo, antes de que la muestra sufra la rotura.

Fig. 40 – Extensómero. Cortesía de Gibitre Instruments, Italia

 

Fig. 41 – Pasos de ejecución de una prueba

 

La determinación del alargamiento de rotura se realiza por medio de un sistema mecánico de pinzas, debidamente posicionadas en la muestra de prueba, después de que esta sea colocado y fijado en los dispositivos de fijación.

La máquina permite la obtención de un registro de la curva de tensión-deformación y emite un reporte en lo cual están indicados los valores de módulos, la tensión de rotura y alargamiento de rotura.

Los valores para las tensiones de rotura son muy variables y dependen, fundamentalmente, del tipo de caucho utilizado y del compuesto con el obtenido.

Así, por ejemplo, para el caucho natural, se puede considerar:

  • Como un alto valor para una tensión de rotura 25 MPa,
  • 14 MPa se puede considerar un valor mediano y
  • 10 MPa un valor común.

 

Para el caucho de silicona del tipo FMQ:

  • 9 MPa es un valor alto,
  • 7 MPa un valor mediano y
  • 4 MPa un valor común.

 

Para el EPDM tendremos:

  • 16 MPa es un valor alto,
  • 10 MPa es un valor mediano y
  • 7 MPa es un valor común.

 

También, con relación al alargamiento de rotura en caucho natural, un tenemos que:

  • 800% se puede considerar un valor alto,
  • 400% un valor mediano y
  • 200% un valor común.

 

Para cauchos de silicona tipo FMQ tenemos:

  • 400% es un valor alto,
  • 250% es un valor mediano y
  • 100% es un valor corriente.

 

Con caucho de EPDM:

  • 500% es un valor alto,
  • 300% un valor mediano y
  • 150% es un valor común.

Es fundamental que las especificaciones de los clientes reflejen estas realidades y no presenten requisitos imposibles de cumplir.

 

Normas aplicables: ISO 37 y ASTM D412 (ver Anexo A).