Este documento presenta los resultados de un ensayo de laboratorio para determinar la dureza Brinell de cuatro materiales diferentes (bronce, cobre, aluminio y acero). Se describen los fundamentos teóricos del ensayo de dureza Brinell y el desarrollo experimental realizado. Los resultados muestran que el acero tuvo la mayor dureza Brinell, lo que indica que es el material más resistente a la penetración, mientras que el aluminio tuvo la menor dureza. El objetivo de determinar y analizar la dureza de los diferentes

1. UNIVERSIDAD DE LA COSTA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
1
ENSAYO DE DUREZA BRINELL
Bryan Algarin,1 Jennifer Arellana1, Walter Barrios,1 Armando Cordero1, Jesús Pisciotti1,
1Ingeniería Civil.
Laboratorio de resistencia de materiales. Grupo: DD.
ESTRUCTURA MARCO TEÓRICO CÁLCULOS ANÁLISIS CONCLUSIONES NOTA
Resumen
En el presente informe de laboratorio de resistencia de los materiales se estudió la dureza de
cuatro materiales diferentes: el bronce, el cobre, el aluminio y el acero, es decir, la resistencia
que tiene un material de oponerse a ser penetrado que en este caso por utilizar el método de
dureza Brinell, por un identador de acero mucho más resistente con un diámetro de 10 mm,
con una penetración de 100 kg de fuerza y de 15 segundo de duración. Para obtener el
esfuerzo de contacto Brinell se utilizó la ecuación HBS =
F
π∗D
2
(D−√D2−d2)
la cual viene de la
formula bien conocida 𝜎 =
𝐹
𝐴
, cabe destacar que el área es del casquete esférico de la
deformación.
Abstract
This report laboratory strength of materials hardness of four different materials are studied:
brass, copper, aluminum and steel, namely, the resistance of a material object to be entered in
this case by using the Brinell method, for indentor much more resistant steel with a diameter of
10 mm and a penetration strength of 100 kg and 15 seconds in duration. For contact stress
equation Brinell HBS =
F
π∗D
2
(D−√D2−d2)
which is well known in the equation 𝜎 =
𝐹
𝐴
, note that the
area of the spherical cap is warp.
1. INTRODUCCIÓN
Todos los materiales tienen propiedades
diferentes debido a su estructura molecular,
pero hay una propiedad que todos los
materiales comparten o tienen en común, la
cual es la dureza, que no es más que la
oposición que presenta la capa superficial
de los cuerpos al intentar penetrarlos,
rayarlos o deformarlos con otro sólido.
Cabe destacar que la dureza varía
dependiendo del material y su geometría.
En la actualidad se puede estudiar dicha
característica por intermedio de ensayos
mecánicos, uno de los ensayos más
usados en la actualidad es el de dureza
Brinell, ya que es muy práctico y sencillo de
realizar. Dicha práctica se realizó en el
laboratorio de resistencia de materiales de
la universidad de la costa, con el objetivo
de: determinar la dureza Brinell de los
diferentes materiales y analizar sus
resultados.
2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
2.1 Dureza y algunos de sus de ensayos
Propiedad de la capa superficial de un
material en resistir deformación elástica,
plástica y destrucción en presencias de
esfuerzos de contacto locales inferidos por
otro cuerpo, más duro, el cual no sufre
deformaciones.
2.2 Durómetro
Un durómetro es un aparato especializado
en la medición de la dureza de diferentes
materiales utilizando varios procedimientos
llamados ensayos.
2.2 Ensayo de dureza mohs
Se usa para determinar la dureza de
los minerales. Se basa en que
un cuerpo es rayado por otro más duro.
Esta es la escala de Mohs:

2. UNIVERSIDAD DE LA COSTA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
2
Tabla 1(Escala de dureza Mohs)
Figura 1(Minerales usados en la escala Mohs)
2.3 Ensayo de dureza martens
Se basa en la medida de la anchura de la
raya que produce en el material una punta
de diamante de forma piramidal y de
ángulo en el vértice de 90º, con una carga
constante y determinada. Se aplica sobre
superficies nitruradas. Se mide “a” en
micras.
2.4 Ensayo de dureza Turner
Es una variante de la dureza Martens. La
dureza viene dada en función de los
gramos necesarios (carga necesaria, P)
para conseguir una deformación tal que a =
10 micras. El valor de las carga será el
valor de la dureza Turner.
2.6 Ensayo de dureza rockwell
 (UNE 7-424/89/1 (NORMAL)
 UNE 7-424/89/2 (SUPERFICIAL))
Es un método para determinar la dureza,
es decir, la resistencia de un material a ser
penetrado. El ensayo de dureza Rockwell
constituye el método más usado para medir
la dureza debido a que es muy simple de
llevar a cabo y no requiere conocimientos
especiales. Se pueden utilizar diferentes
escalas que provienen de la utilización de
distintas combinaciones de penetradores y
cargas, lo cual permite ensayar
prácticamente cualquier metal o aleación.
2.7 Ensayo de dureza brinell
 (AST E10-78)
Ensayo por indentacion que consiste en
comprimir una bola de acero templado, de
un diámetro determinado, sobre un material
a ensayar, por medio de una carga y
durante un tiempo conocido.
Este ensayo se utiliza en materiales
blandos (de baja dureza) y muestras
delgadas. El indentador o penetrador usado
es una bola de acero templado de
diferentes diámetros. Para los materiales
más duros se usan bolas de carburo de
tungsteno. En el ensayo típico se suele
utilizar una bola de acero de 10 a 12
milímetros de diámetro, con una fuerza de
3.000 kilopondios. El valor medido es el
diámetro del casquete en la superficie del
material.
Figura 2 (Ensayo de dureza Brinell)

3. UNIVERSIDAD DE LA COSTA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
3
2.8 Ensayo de dureza Vickers
 (UNE 7-423/84/1 (HV 5 a HV 100))
El ensayo de dureza Vickers, llamado el
ensayo universal, es un método para medir
la dureza de los materiales. Sus cargas van
de 5 a 125 kilopondios (de cinco en cinco).
Su penetrador es una pirámide
de diamante con un ángulo base de 136°.
Se emplea para láminas delgadas hasta
0,15 mm (0.006 milésimas de pulgada.) y
no se lee directamente en la máquina.
3. Desarrollo experimental
Para esta experiencia se utilizó una serie
de elementos con el fin de obtener una
óptima realización del tema.
Para comenzar la experiencia se giró la
tuerca de graduación de la máquina y se
ubicó sobre una pequeña base de hierro un
pequeño cubo de bronce, seguidamente
girando la tuerca se graduó la base hasta
que esta quedara en contacto con el
indentador de la máquina, posteriormente a
esto se giró un pedal y observando un
calibrador de fuerzas se esperó hasta que
este llegara a una fuerza de 10 Nw que
estaba siendo aplicada sobre la pieza de
bronce y se mantuvo esta fuerza durante
15 segundos.
A pasar los 15 segundos se retira el
identador sobre el material, desenroscando
la tuerca mencionada anteriormente, se
extrajo la pieza de la máquina y con la
ayuda de una lupa milimétrica se midió el
diámetro “d” que ocasionó el identador
sobre el elemento.
Este procedimiento se repitió para otros 3
materiales el cobre, el aluminio y el acero
con ese respectivo orden, esto se realizó
con el fin de saber cuál material de los 4
utilizados puede llegar a ser más
resistentes.
Figura 3. (Materiales utilizados. bronce, el cobre, el
aluminio y el acero)
Figura 4. (Máquina de tracción y dureza)
Figura 5 (Cronometropara medir eltiempo 15 seg.)
Figura 6 (Lupa milimétrica)

4. UNIVERSIDAD DE LA COSTA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
4
Figura 7(Ingeniero manipulando la maquina)
4. Cálculos y análisis de resultados
A continuación se ilustran los datos
obtenidos en el laboratorio:
Tabla 2 (Datos Obtenidos en el Laboratorio)
Consultando investigaciones y procesos
matemáticos patentados, conocemos la
ecuación para determinar la Dureza Brinell:
HBS =
F
π∗D
2
(D−√D2−d2)
Ecuación (1)
Dónde:
 F= Carga de la máquina de
Tracción y Dureza en Kg.
 D= Diámetro del indentador en mm
 d= Diámetro de la indentacion
sobre el material en mm.
Aplicando la Ecuación (1) calculando la
dureza Brinell de los respectivos
materiales:
 Bronce:
HBS =
1000
π ∗ 10
2
(10 − √102 − 3,32 )
HBS = 113.64 Kg/mm2
 Cobre:
HBS =
1000
π ∗ 10
2
(10 − √102 − 3,62 )
HBS = 94.95 Kg/mm2
 Aluminio:
HBS =
1000
π ∗ 10
2
(10 − √102 − 3,72 )
HBS = 89.70 Kg/mm2
 Acero:
HBS =
1000
π ∗ 10
2
(10 − √102 − 2,42 )
HBS = 217.81 Kg/mm2
Reescribimos las Durezas Brinell
calculadas en la tabla 3:
Tabla 3 (Dureza Brinell de cada material)
4.1 Cálculo del Error Porcentual
Por lo general en esta tipología de ensayo
se cometen errores experimentales ajenos
a la voluntad del estudiante, dichos errores
representan una desviación de los valores
medidos respecto al valor real, a raíz de
ello se es indispensable calcular cual fue el
error cometido. Lo cual se obtiene
aplicando la ecuación 2.
Material Diametro (d)
Diametro
indentador
(D)
Bronce 3,3 10
Cobre 3,6 10
Aluminio 3,7 10
Acero 2,4 10
Material Dureza Brinell
Bronce 113,64
Cobre 94,95
Aluminio 89,7
Acero 217,81

5. UNIVERSIDAD DE LA COSTA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
5
Cabe destacar que para esta experiencia
aplicaremos los valores teóricos que
aparecen en el anexo (1),
% =
|Valor Teorico −Valor Experimental|
Valor teorico
∗ 100
Ecuación (2)
 %Error Bronce =
|100−113.64|
100
∗ 100
 %Error Bronce = 12.01 %
 %Error Cobre =
|80−94.95|
80
∗ 100
 %Error Cobre = 18.68%
 %Error Aluminio =
|100−89.7|
100
∗ 100
 %Error Aluminio = 10.3 %
 %Error Acero =
|250−217.81|
250
∗ 100
 %Error Acero = 12.87%
Reflejamos los datos en la tabla3.
Tabla 4 (Error Porcentuales en los materiales)
Análisis
Siendo el objetivo principal del presente
ensayo el determinar la dureza Brinell de
los diferentes materiales y analizar sus
resultados. Luego de realizado el proceso
mencionado previamente, podemos afirmar
lo siguiente.
 La dureza Brinell puede ser
cuantificada como tal por los
métodos de indentacion ya que
presuponen la presencia de
esfuerzos de contacto.
 La dureza Brinell calculada solo fue
en la capa superficial del material,
no del material en sí.
 Para hacer esta prueba el
identador o penetrador no debe
sufrir deformaciones residuales por
lo tanto este debe ser mucho más
resistente.
 De los Diferentes materiales
estudiados el Acero es el material
que experimentó mayor Dureza
Brinell, es decir, el acero presenta
una mayor resistencia a la
deformación.
 El aluminio es el material con
menor Dureza Brinell, por lo tanto,
es mucho más fácil conseguir
penetrar al aluminio que al Cobre,
Bronce o el Acero.
 La Dureza Brinell depende
concisamente del diámetro medio
de la indentacion (d), en una
relación inversamente proporcional,
es decir, mientras mayor sea éste,
menor será la dureza Brinell.
5. Conclusiones
A partir del presente ensayo realizado en el
laboratorio de resistencia de materiales de
la universidad de la costa, se determinó la
dureza Brinell de 4 materiales en específico
(Bronce, Cobre, Aluminio y Acero),
recurriendo a el uso de la máquina de
tracción y dureza, donde luego de haber
realizado dicho ensayo, se pudo observar,
analizar y deducir lo siguiente, la dureza
Brinell es una medida que resulta de
mucha utilidad en la ingeniería civil, ya que
se presta para determinar qué tan
impenetrable puede ser un material con
respecto a otro, imponiendo una presencia
de contacto entre materiales. En la
experiencia de laboratorio se logró concluir
que el material que mayor dureza posee
intrínsecamente es el acero, ya que la capa
superficial del mismo material presentó una
mayor oposición o resistencia a la
penetración por parte del indentador de la
máquina.
Material Error %
Bronce 12,01
Cobre 18,68
Aluminio 10,3
Acero 12,87

6. UNIVERSIDAD DE LA COSTA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
6
6. Bibliografía
 TIMOSHENKO, Stephen P. (1980).
Resistencia de materiales. Madrid:
Espasa Calpe S.A.; tomo I.
 SALVADORI, Mario y LEVY, Matthys
(1970). Diseño estructural en
arquitectura. México: Editorial
Continente S.A
 RUIZ, Gerardo y otros (1982).
Introducción al comportamiento
estructural. Madrid: Seminario de
Diseño de Estructuras
 UTP. Dureza. [En línea].Disponible
en<http://www.utp.edu.co/~gcalle/C
ontenidos/DurezaHB.htm>
[Consulta 21 de agosto del 2014].
 SCRIBD. Dureza Brinell. [En
línea].Disponible en.
<http://es.scribd.com/doc/71154714
/dureza-brinell>
[Consulta 21 de agosto del 2014].