Tenacidad
La tenacidad es la capacidad de un material para absorber energía y deformarse plásticamente antes de fracturarse.
La tenacidad es la capacidad de un material para absorber energía y deformarse plásticamente antes de fracturarse. Un material tenaz combina resistencia y ductilidad: soporta golpes y cargas elevadas sin romperse de golpe. Se mide como la energía por unidad de volumen que acumula hasta la rotura, y también mediante ensayos de impacto como el de Charpy.
¿Qué es la tenacidad?
En física y ciencia de los materiales, la tenacidad describe cuánta energía puede soportar un material antes de romperse. No equivale a dureza ni a simple resistencia. Una cerámica o el vidrio pueden ser muy duros y soportar compresiones enormes, pero son poco tenaces porque una grieta se propaga casi sin absorber energía. Un acero de construcción, en cambio, se deforma mucho antes de fallar y absorbe una gran cantidad de energía.
La palabra viene del latín tenax, “que se agarra con fuerza”, de tenere (sujetar). En el lenguaje cotidiano, “tenaz” se aplica también a la perseverancia de una persona, pero aquí hablamos de la propiedad mecánica.
Cómo se mide
La tenacidad se obtiene del ensayo de tracción. En la gráfica tensión-deformación, el área bajo la curva hasta la rotura es la energía absorbida por unidad de volumen:
Sus unidades son J/m³, equivalentes a Pa. Para metales dúctiles se suele aproximar por:
donde σy es el límite elástico, σu la resistencia máxima y εf la deformación en la rotura. Para comparar, la resiliencia es la energía que el material puede almacenar solo en su zona elástica (σy²/2E), y se recupera al retirar la carga.
Ensayo de impacto Charpy
Un péndulo golpea una probeta entallada y se mide la energía absorbida en la rotura, en julios. Sirve para comprobar si un acero pasa a ser frágil a bajas temperaturas.
Tenacidad a la fractura
Mide la resistencia a que crezca una grieta ya existente. Se expresa con el factor crítico de intensidad de tensiones KIc, en MPa·√m. El vidrio ronda 0,7 MPa·√m, mientras que los aceros estructurales alcanzan decenas de MPa·√m. Es la propiedad que decide si una pieza con un defecto fallará de forma catastrófica.
Tenacidad, dureza, resistencia y ductilidad
| Propiedad | Qué mide |
|---|---|
| Tenacidad | Energía absorbida hasta la rotura |
| Dureza | Resistencia a ser rayado o penetrado |
| Resistencia | Tensión máxima que soporta |
| Ductilidad | Deformación plástica antes de la rotura |
| Elasticidad | Capacidad de recuperar la forma al cesar la carga |
La tenacidad requiere un equilibrio: un material muy duro y resistente pero sin ductilidad es frágil, y uno muy dúctil pero blando no soporta cargas altas. Los aceros templados y revenidos buscan precisamente ese compromiso.
Factores que la modifican
- Temperatura: muchos aceros y plásticos se vuelven frágiles al enfriarse.
- Velocidad de carga: los impactos reducen la capacidad de deformarse.
- Composición y tratamiento térmico: temple, revenido y tamaño de grano.
- Defectos y entallas: grietas, poros o cambios bruscos de sección concentran tensiones.
Tenacidad en mineralogía
En mineralogía el término tiene un sentido propio: describe cómo reacciona un mineral al golpe, corte o doblado. Se habla de minerales frágiles (se rompen en fragmentos, como el cuarzo), maleables (se aplanan, como el oro), séctiles (se cortan en virutas, como el yeso blando), flexibles (se doblan sin recuperarse, como el talco) y elásticos (recuperan la forma, como las micas).
Aplicaciones
- Cascos, parachoques y blindajes que deben absorber impactos.
- Estructuras de puentes, barcos y tuberías, que no pueden fallar de forma repentina.
- Herramientas como martillos y cinceles, que reciben golpes repetidos.
- Recipientes a presión y aeronáutica, donde se controla la propagación de grietas.
Ejercicios resueltos
1. Un acero tiene σy = 250 MPa, σu = 400 MPa y se rompe con una deformación de 0,25. Estima su tenacidad.
Ut ≈ ½ · (250 + 400) MPa · 0,25 = 325 · 0,25 = 81 MJ/m³ (aproximadamente 8,1 × 10⁷ J/m³).
2. En un ensayo Charpy, el péndulo parte con 300 J y tras romper la probeta le quedan 220 J. ¿Qué energía absorbió la probeta?
E = 300 − 220 = 80 J. Si la sección bajo la entalla es de 0,8 cm², equivale a 100 J/cm².
3. Calcula la resiliencia de un acero con σy = 250 MPa y módulo de Young E = 200 GPa.
Ur = σy² / (2E) = (250 × 10⁶)² / (2 · 200 × 10⁹) ≈ 1,6 × 10⁵ J/m³, muy inferior a la tenacidad, porque la mayor parte de la energía se absorbe en la zona plástica.
¿Qué es la tenacidad de un material?
Es la energía que un material puede absorber, deformándose, antes de romperse. Se mide como el área bajo la curva tensión-deformación o con ensayos de impacto.
¿Es lo mismo tenacidad que dureza?
No. La dureza es la resistencia a ser rayado o penetrado. Un diamante es muy duro pero poco tenaz, pues puede romperse con un golpe seco.
¿Qué materiales son tenaces?
Los aceros dúctiles, el cobre, el aluminio y muchos polímeros técnicos. El vidrio y la cerámica son frágiles y poco tenaces.
¿Cómo se mide la tenacidad a la fractura?
Con el factor KIc, en MPa·√m, mediante ensayos sobre probetas con una grieta previa.
Referencias
- Callister, W. D. y Rethwisch, D. G. Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales. Reverté.
- Askeland, D. R. Ciencia e ingeniería de los materiales. Cengage Learning.
- Beer, F. P. y Johnston, E. R. Mecánica de materiales. McGraw-Hill.
Relacionado: resistencia, ley de Hooke y sólido.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2023). «Tenacidad». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/tenacidad/
