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ENSEN˜ ANZA REVISTA MEXICANA DE FI´SICA E 52 (1) 51–57 JUNIO 2006 
Prueba de impacto: ensayo Charpy 
Y.Ortega 
Departamento de F´ısica de Materiales, Facultad de Ciencias F´ısicas 
Universidad Complutense de Madrid, 28040, Madrid, Espa˜na. 
Recibido el 11 de mayo de 2005; aceptado el 27 de junio de 2005 
En este trabajo se presentan algunos resultados interesantes de pruebas de impacto Charpy. A trav´es del comportamiento a la fractura de 
diversos metales y pol´ımeros, han sido analizados, de una forma did´actica, diversos factores, tales como: el incremento de la velocidad de 
impacto, la presencia de entallas y la transici´on d´uctil-fr´agil con el decrecimiento de la temperatura. 
Descriptores: Prueba de impacto Charpy; pruebas mec´anicas; efecto de los tratamientos en los materiales. 
In this paper some interesting results of Charpy impact tests are presented. The increase in the impact velocity , the present of a sharp notch 
and the ductile-to-brittle transition with decreasing temperature have been treated in a didactic way, by analyzing the fracture behaviour of 
several metals and polymers. 
Keywords: Impact test; mechanical testing; materials treatment effects. 
PACS: 81.05.-t; 81.70.B; 81.40 
1. Introducci´on 
La primera opini´on que tenemos al observar el p´endulo de 
Charpy, es que se trata de una m´aquina de ensayo muy simple 
desde el punto de vista mec´anico (Fig. 1). Sin embargo, a pe-sar 
de esa sencillez mec´anica, con este instrumento se pueden 
dise˜nar varias pruebas de impacto donde se demuestra de for-ma 
r´apida y did´actica, la influencia que tienen determinados 
factores en el comportamiento mec´anico de los materiales. 
El nombre de este ensayo se debe a su creador, el franc´es 
Augustin Georges Albert Charpy (1865-1945). A trav´es del 
mismo se puede conocer el comportamiento que tienen los 
materiales al impacto, y consiste en golpear mediante una 
masa una probeta que se sit´ua en el soporte S (ver Fig. 1). La 
masa M, la cual se encuentra acoplada al extremo del p´endu-lo 
de longitud L, se deja caer desde una altura H, mediante la 
cual se controla la velocidad de aplicaci´on de la carga en el 
momento del impacto. 
La energ´ıa absorbida Ea por la probeta, para producir su 
fractura, se determina a trav´es de la diferencia de energ´ıa po-tencial 
del p´endulo antes y despu´es del impacto. Una vez co- 
FIGURA 1. P´endulo de Charpy a) antes del impacto y b) despu´es 
del impacto . 
nocido el ´angulo inicial de aplicaci´on de la carga (®) y el 
´angulo final (¯) al que se eleva el p´endulo despu´es de la ro-tura 
completa de la probeta, se puede calcular la energ´ıa Ea 
mediante la expresi´on (1): 
Ea = MgL[cos(¯) ¡ cos(®)]; (1) 
donde g representa la aceleraci´on de la gravedad. 
Los modos de fractura que pueden experimentar los ma-teriales 
se clasifican en d´uctil o fr´agil, dependiendo de la ca-pacidad 
que tienen los mismos de absorber energ´ıa durante 
este proceso. Actualmente no existe un criterio ´unico para 
determinar cuantitativamente cuando una fractura es d´uctil o 
fr´agil, pero todos coinciden en que el comportamiento d´uctil 
est´a caracterizado por una absorci´on de energ´ıa mayor que la 
requerida para que un material fracture fr´agilmente. Por otra 
parte el comportamiento d´uctil tiene asociado altos niveles de 
deformaci´on pl´astica en los materiales [1]. 
De acuerdo con la expresi´on (1), dos de los factores que 
determinan la energ´ıa m´axima que se puede suministrar en el 
momento del impacto son: el valor de la masa M y la lon-gitud 
de brazo L. Es por ello que existen diversos dise˜nos de 
m´aquinas para pruebas de impacto Charpy, en los que combi-nando 
los dos factores anteriormente mencionados se logran 
construir p´endulos que son capaces de brindar una energ´ıa 
de impacto m´axima de » 358 Julios, como es el caso del 
modelo Tinius Olsen (M = 27.2 kg L = 0.9 m) [2], con el 
que se realizan ensayos en aceros muy tenaces. Sin embargo, 
para materiales m´as fr´agiles, los cuales tienen una energ´ıa 
de fractura baja, se puede utilizar el dise˜no Instron Wolpert 
(M = 2.02 kg L = 0.390 m) [2,3], con el que se puede llegar 
a suministrar una energ´ıa m´axima de 15 Julios. 
Las pruebas de impacto Charpy se realizan seg´un normas 
internacionales en las cuales se detallan las dimensiones de 
las probetas empleadas en este tipo de ensayo, as´ı como la 
forma de reportar los resultados de los mismos. De acuerdo 
con las normas ISO (International Organization for Standa-
52 Y.ORTEGA 
rization), los resultados de los ensayos de impacto, en pro-betas 
entalladas, se suelen expresar en (kJ/m2), para lo cual 
se divide la energ´ıa absorbida para provocar la fractura de la 
probeta entre la secci´on transversal de la misma en la zona 
de la entalla (h x bN) (ver Fig. 2) [4], mientras que seg´un 
las normas ASTM (American Society for Testing Materials) 
se reportan los resultados en (J/m) [5], donde se divide esa 
energ´ıa absorbida entre la anchura remanente en la base de la 
entalla (bN). 
Desde el punto de vista de la ingenier´ıa es muy impor-tante, 
y en ocasiones imprescindible, conocer cu´al ser´ıa el 
comportamiento mec´anico de los materiales, cuando se en-cuentran 
expuestos a condiciones extremas de servicio. Es 
por ello que muchos de los ensayos de impacto se realizan en 
condiciones en las cuales se favorece la fractura fr´agil. Entre 
los factores que contribuyen a modificar el modo de fractu-ra 
y que se pueden estudiar mediante el ensayo de impacto 
Charpy se encuentran: 
La velocidad de aplicaci´on de la carga, la cual se con-trola 
variando el ´angulo ®. 
La presencia de concentradores de tensiones, lo cual se 
logra mecanizando una entalla en la probeta del mate-rial 
a estudiar (ver Fig. 2). 
As´ı como el impacto en materiales expuestos a diferen-tes 
temperaturas. 
Este ´ultimo factor es el responsable que determinados 
materiales experimenten una transici´on d´uctil-fr´agil con la 
disminuci´on de la temperatura. Para determinar el interva-lo 
de temperaturas en el que se encuentra esa transici´on se 
suelen realizar los ensayos Charpy a distintas temperaturas 
con la ayuda de un sistema de calentamiento y enfriamien-to 
acoplado al p´endulo, lo cual permite controlar in-situ la 
temperatura de la probeta [6]. En su defecto, cuando no se 
dispone de tal mecanismo y se desea evaluar comportamien-tos 
mec´anicos extremos, las muestras se pueden sumergir en 
ba˜nos a diferentes temperaturas con el atenuante de que no 
existe un control exacto de la temperatura a la cual se realiza 
el ensayo y con el cuidado de realizar la prueba de impacto lo 
m´as r´apido posible (despu´es de que la probeta haya recibido 
el tratamiento deseado), para evitar que las muestras experi-menten 
grandes gradientes de temperatura. 
Durante la realizaci´on de esta pr´actica, evaluaremos la in-fluencia 
que tienen los tres factores anteriormente menciona-dos 
en el comportamiento mec´anico de los materiales. 
2. Realizaci´on de la pr´actica 
La m´aquina de ensayo de impacto Charpy est´a acoplada a 
un ordenador mediante una tarjeta de adquisici´on de datos, a 
trav´es de la cual es posible registrar las curvas fuerza-tiempo 
generadas durante los ensayos, y a su vez nos permite obtener 
el valor de la energ´ıa absorbida por los materiales en el proce-so 
de fractura. Las probetas usadas en nuestros experimentos 
tienen forma de paralelep´ıpedos con una secci´on transversal 
de 1x1 cm2 y 8 cm de longitud. Las entallas realizadas a las 
probetas tienen una profundidad de 3 mm y el radio de las 
mismas es variable (Fig. 2). Las probetas con entalla deben 
colocarse en el soporte S, de forma tal que el lado de la entalla 
quede opuesto a la cara de la probeta que estar´a directamente 
expuesta al impacto del p´endulo. 
2.1. Influencia de la velocidad del impacto 
Para este estudio se usan 3 probetas de Nylon y 3 probetas de 
PVC a las cuales se les realizan los ensayos bajo diferentes 
´angulos de carga. El objetivo de este apartado es evaluar la 
resistencia que ofrecen los materiales cuando se aumenta la 
velocidad a la cual ocurre el impacto (Tabla I). 
TABLA I. Relaci´on entre el ´angulo de carga y la velocidad del im-pacto. 
A´ ngulo de carga (®) Velocidad del impacto (m/s) 
80 ± 2.55 
100 ± 3.03 
110 ± 3.24 
120 ± 3.42 
139 ± 3.71 
FIGURA 2. Probetas usadas en el ensayo Charpy a) detalle de la en-talla 
b) dimensiones de las probetas empleadas en este trabajo. El 
radio de la entalla se define como la anchura del radio de curvatura 
de la entalla. 
FIGURA 3. Resultado de los ensayos Charpy variando el ´angulo de 
carga a) Nylon b) PVC . 
Rev. Mex. F´ıs. E 52 (1) (2006) 51–57
PRUEBA DE IMPACTO: ENSAYO CHARPY 53 
FIGURA 4. Distribuci´on de esfuerzos en el entorno de una entalla 
dependiendo del radio de la entalla. 
FIGURA 5. Entallas realizadas a las probetas de PVC. 
Es conocido que cualquier proceso de fractura consta de 
dos estados: la formaci´on y la propagaci´on de una grieta, para 
lo cual se requiere una determinada absorci´on de energ´ıa [7]. 
A su vez, el modo de fractura depende en gran medida del 
mecanismo de propagaci´on de esa grieta. En el caso de las 
probetas de nylon se les han realizado entallas de igual radio, 
con el objetivo de simular la evoluci´on de la rotura parcial del 
material. En la Fig. 3a se observa que el tama˜no de la grieta 
producida tras el impacto es cada vez mayor a medida que la 
velocidad de aplicaci´on de la carga aumenta. Esto se puede 
explicar si tenemos en cuenta que a medida que aumentamos 
el ´angulo desde el cual se realiza el ensayo, la energ´ıa trans-mitida 
durante el impacto es mayor, por lo cual la probeta 
puede absorber mayor energ´ıa, la cual se emplea en la propa-gaci 
´on de la grieta. 
De la Fig. 3b se puede observar que aunque la energ´ıa 
suministrada en los tres casos no es suficiente para producir 
la fractura de ninguna de las probetas de PVC sin entallas, 
todas presentan un comportamiento d´uctil y se deforman. La 
mayor deformaci´on se corresponde con el ensayo que ha sido 
realizado desde el ´angulo mayor (® = 139±). Como comenta-mos 
en el p´arrafo anterior, al aumentar la energ´ıa transmitida 
en el impacto, la probeta puede absorber mayor energ´ıa, lo 
cual provoca, en este caso, que el grado de deformaci´on del 
material sea mayor. Este resultado demuestra que indepen-dientemente 
de c´ual sea el mecanismo que propicia la defor-maci 
´on de la probeta, el comportamiento d´uctil se caracteriza 
por una absorci´on de energ´ıa que posibilita que el material 
experimente una deformaci´on pl´astica. 
En la Fig. 3b tambi´en se puede apreciar que la zona blan-quecina 
que aparece en las probetas de PVC aumenta de ta-ma 
˜no, con el aumento del ´angulo de carga como consecuen-cia 
de la mayor tensi´on recibida en el impacto. 
2.2. Influencia del radio de la entalla 
Las entallas provocadas por un mecanizado, fabricaci´on o di-se 
˜no deficientes, ocasionan una concentraci´on de esfuerzos 
en zonas localizadas de los materiales. Por otra parte, la frac-tura 
comienza en los sitios donde la concentraci´on de ten-siones 
es mayor [8]. Es por ello que las entallas o grietas 
presentes en un material conllevan un aumento en fragilidad. 
La intensidad del esfuerzo en el extremo de una grieta de-pende 
tanto de las tensiones aplicadas como de la geometr´ıa 
y dimensiones de dicha grieta. En la Fig. 4 apreciamos que la 
distribuci´on de esfuerzos en el entorno de una entalla aumen-ta 
a medida que nos acercamos al extremo de la misma, y por 
otra parte, la mayor concentraci´on de esfuerzos est´a localiza-da 
en el extremo de las entallas m´as aguzadas (las que tienen 
un radio menor, (Fig. 4a) [8]. En este apartado queremos de-mostrar 
esa relaci´on, a trav´es de la energ´ıa absorbida por las 
probetas en el proceso de fractura. 
El material usado para ello es el PVC y las entallas se 
realizaron manualmente en el laboratorio, con una segueta, 
una sierra y una amoladora, lo cual nos garantiza que los ra-dios 
de las entallas sean de 0.5, 1 y 3 mm, respectivamente 
(Fig. 5). En cada uno de los casos se tuvo especial cuidado en 
que la profundidad de las entallas fuesen id´enticas e igual a 3 
mm. 
La fig. 6 muestra las curvas fuerza-tiempo de estos tres 
ensayos. El ´area encerrada bajo estas curvas es proporcional 
a la energ´ıa absorbida por las probetas en la fractura. Los re-sultados 
de los ensayos revelan que la energ´ıa absorbida es 
de 0.28, 1.06 y 4.91 J, para las probetas cuyas entallas tie-nen 
radios de 0.5, 1 y 3 mm, respectivamente. Este resulta-do 
evidencia que la fractura total de la probeta que tiene un 
radio de entalla menor es m´as favorable desde el punto de 
vista energ´etico. De la Fig. 6 se puede apreciar que la fuerza 
m´axima requerida para que se produzca la fractura de la pro- 
Rev. Mex. F´ıs. E 52 (1) (2006) 51–57
54 Y.ORTEGA 
beta con r = 0.5 mm es aproximadamente 1.6 veces menor 
(» 450 N) que la que se requiere para producir la fractura de 
las probetas con radio de entalla mayor (» 750 N). De acuer-do 
con el esquema de la Fig. 4, vimos que la amplificaci´on 
del esfuerzo aplicado es mayor para los materiales que po-seen 
entallas con un radio m´as peque˜no, es por ello que en 
esos casos se requiere una menor fuerza para que ocurra la 
rotura total, lo cual se traduce en un menor esfuerzo. 
El tiempo durante el cual se mantiene en contacto la ma-sa 
del p´endulo con la probeta, se puede determinar a partir de 
las curvas fuerza-tiempo. Este tiempo coincide con la regi´on 
FIGURA 6. Curvas Fuerza-tiempo para probetas de PVC con dife-rentes 
radios de entalla (0.5, 1 y 3 mm). 
de estas curvas en la cual la fuerza registrada es distinta de 
cero (sin tener en cuenta las peque˜nas oscilaciones que se 
producen en la fuerza en torno a cero despu´es de la rotura de 
la probeta). Analizando las curvas de la Fig. 6, se puede deter-minar 
que el tiempo requerido para producir la fractura es de 
0.5, 0.7 y 25 ms aproximadamente, para las probetas cuyas 
entallas tienen un radio de 0.5, 1 y 3 mm, respectivamente. 
A partir de estos resultados podemos intuir que la velocidad 
de propagaci´on de una grieta es mayor en el extremo de las 
entallas m´as aguzadas. 
2.3. Influencia de la temperatura. Transici´on d´ uctil-fr 
´agil 
A pesar de que todos los factores que condicionan el mo-do 
de fractura de los materiales tienen una gran importancia, 
el efecto de la temperatura es tal vez, entre todos ellos, el 
m´as conocido. Esto se debe a que algunas de las cat´astrofes 
estructurales m´as divulgadas, ocurridas en el siglo pasado, 
est´an relacionadas con la transici´on d´uctil-fr´agil que experi-mentan 
algunos materiales al disminuir la temperatura. 
En los materiales puros, la transici´on d´uctil-fr´agil debe 
ocurrir a una temperatura determinada, sin embargo para mu-chos 
materiales esa transici´on ocurre en un rango amplio de 
temperaturas el cual est´a dado por la composici´on espec´ıfica 
de cada material. 
Como ya hemos visto a lo largo de este estudio, el com-portamiento 
d´uctil de un material viene acompa˜nado de una 
deformaci´on pl´astica y de una absorci´on de energ´ıa consi-derable. 
El mecanismo mediante el cual los materiales son 
capaces de absorber energ´ıa mientras se deforman, depende 
concretamente de su estructura interna. Es por ello que anali-zaremos 
inicialmente los materiales con estructura cristalina 
(metales) y seguidamente los pol´ımeros. 
2.3.1. Metales 
En el caso de los metales o aleaciones, el flujo pl´astico que 
posibilita que estos materiales se deformen es consecuencia 
del movimiento de las dislocaciones. Este movimiento a su 
vez est´a relacionado con el n´umero de sistemas de desliza-miento 
que se encuentren activos a una temperatura dada. Es 
por ello que la combinaci´on temperatura-tipo de estructura 
cristalina, determina la magnitud en la que se puede mani-festar 
la transici´on d´uctil-fr´agil. Si el esfuerzo requerido para 
mover una dislocaci´on es muy alto, el metal fallar´a debido a 
la propagaci´on de una grieta y la fractura ser´a fr´agil. 
Generalmente los sistemas de deslizamiento coinciden 
con los planos m´as compactos de los distintos sistemas crista-linos, 
lo cual no ocurre en los metales que tienen una estruc-tura 
c´ubica centrada en el cuerpo (c.c.c), como el Fe. Estos 
metales suelen fallar de forma fr´agil a temperaturas relativa-mente 
bajas y tienen un comportamiento d´uctil a temperatu-ras 
altas. 
A partir de las curvas esfuerzo-deformaci´on mostradas en 
la Fig. 7 [8], obtenidas de ensayos de tracci´on realizados al 
Rev. Mex. F´ıs. E 52 (1) (2006) 51–57
PRUEBA DE IMPACTO: ENSAYO CHARPY 55 
Fe a diferentes temperaturas, se observa que existe un aumen-to 
considerable del l´ımite el´astico a medida que disminuye la 
temperatura del ensayo. Este aumento del l´ımite el´astico, jun-to 
con la disminuci´on de la velocidad de las dislocaciones a 
medida que disminuye la temperatura, conducen a fragilizar 
el material. Para demostrar la existencia de estos dos compor-tamientos 
mec´anicos diferentes que puede tener el Fe, hemos 
ensayado dos probetas de Fe con entallas id´enticas. Un ensa-yo 
se realiz´o a temperatura ambiente y el otro despu´es de ha-ber 
sumergido una de las probetas en nitr´ogeno l´ıquido. Estas 
dos temperaturas garantizan que estemos a ambos lados de la 
temperatura de transici´on d´uctil-fr´agil del Fe. Es importan-te 
que todos los ensayos que se realizar´an en este apartado a 
temperaturas distintas de la temperatura ambiente, se ejecu-ten 
de forma r´apida para garantizar que la temperatura de las 
probetas no vari´e mucho despu´es de los tratamientos. 
Los resultados de ambos ensayos se muestran en la Fig. 8, 
donde se observa que el ensayo realizado a temperatura am-biente 
(a), solamente ha provocado una deformaci´on de la 
FIGURA 7. Curvas esfuerzo-deformaci´on para el Fe a diferentes 
temperaturas. 
FIGURA 8. Resultado de los ensayos Charpy a diferentes tempera-turas 
para el Fe y el Al a) y c) temperatura ambiente, b) y d) baja 
temperatura . 
probeta (comportamiento d´uctil), mientras que la probeta pre-viamente 
sumergida en nitr´ogeno l´ıquido (b) ha fracturado 
completamente (comportamiento fr´agil). 
Son muchos los factores de los cuales depende el esfuer-zo 
que se requiere para mover una dislocaci´on, entre los que 
se encuentran el tipo de enlace at´omico y el tipo de estructu-ra 
cristalina, entre otros. En los metales con estructura cris-talina 
fcc (c´ubica centrada en caras), el esfuerzo requerido 
para mover las dislocaciones, no depende fuertemente de la 
temperatura. Por lo tanto, el movimiento de las dislocaciones 
permanece alto aun a bajas temperaturas y el material sigue 
siendo relativamente d´uctil. En los ensayos realizados a pro-betas 
de aluminio a temperatura ambiente (c) y despu´es de 
haber sido sumergidas en nitr´ogeno l´ıquido (d), se observa 
que en ninguno de los casos se produce la fractura del ma-terial, 
pero s´ı se observa que ha ocurrido una deformaci´on 
pl´astica, la cual es t´ıpica de un comportamiento d´uctil. 
2.3.2. Pol´ımeros 
Los pol´ımeros son mol´eculas que est´an formadas por grupos 
funcionales (mon´omeros) que se repiten a lo largo de su es-tructura, 
la cual puede ser ramificada o lineal. Esos mon´ome-ros 
se componen b´asicamente de hidrocarburos (CxHy) y la 
forma que tienen estas estructuras de disipar la energ´ıa absor-bida 
en un impacto es fundamentalmente mediante rotaciones 
que se producen en torno a determinados enlaces. 
El m´odulo el´astico de los pol´ımeros puede sufrir variacio-nes 
considerables con la temperatura, por lo cual los pol´ıme-ros 
tambi´en pueden experimentar una transici´on d´uctil-fr´agil 
al igual que determinados metales y aleaciones. La tempera-tura 
v´ıtrea de cada pol´ımero delimita la frontera entre ambos 
comportamientos y la misma depende de la composici´on es-pec 
´ıfica de las cadenas polim´ericas. 
En la Fig. 9, vemos los resultados de los ensayos realiza-dos 
a tres pol´ımeros: nylon, PVC y metacrilato. Para el caso 
del nylon y del PVC se observa que ambos tienen un com-portamiento 
d´uctil a temperatura ambiente (b y d) y al ser 
sumergidos en nitr´ogeno l´ıquido fracturan completamente (a 
y c). Sin embargo la rotura total del metacrilato ocurre a tem-peratura 
ambiente (e) mostrando un comportamiento fr´agil. 
Te´oricamente para lograr observar un comportamiento d´uctil 
y evitar la fractura de este material es necesario que la tem-peratura 
de la probeta est´e por encima de los 50 ±C (f) [7], 
para lo cual se introdujo previamente en un horno en torno a 
los 150±C. 
3. Fallos mec´anicos reales relacionados con es-tos 
factores 
Ejemplos de cat´astrofes producidas por la combinaci´on de 
varios factores, entre ellos el efecto de la transici´on d´uctil-fr 
´agil, los encontramos tanto en aleaciones como en pol´ıme-ros: 
Los barcos “Liberty” usados al final de la Segunda Guerra 
Mundial sufrieron catastr´oficas fallas durante el invierno de 
Rev. Mex. F´ıs. E 52 (1) (2006) 51–57
56 Y.ORTEGA 
FIGURA 9. Resultado de los ensayos Charpy a diferentes tempera-turas 
para el Nylon, PVC y metacrilato a, c) baja temperatura, b, d, 
y e) temperatura ambiente y f) alta temperatura. 
FIGURA 10. Rampa de lanzamiento del trasbordador Challenger, 
donde se puede observar la presencia de hielo. 
1942, conllevando a que algunos de estos buques se partie-ran 
literalmente en dos. Entre las causas de estos fallos se 
encontraba la presencia de un dise˜no inadecuado de las unio-nes 
soldadas, lo que contribu´ıa a la presencia de altos nive-les 
de concentraciones de esfuerzos en zonas localizadas [9]. 
Esto unido al comportamiento fr´agil del acero a bajas tem-peraturas 
induc´ıa la propagaci´on de grietas que provocaba la 
fractura de su estructura. 
Otro caso ocurrido previamente fue el hundimiento del 
Titanic en el a˜no 1912. El acero utilizado en su construc-ci 
´on era el mejor de su ´epoca, sin embargo hoy en d´ıa no 
pasar´ıa las pruebas m´as elementales de calidad, producto del 
alto contenido de impurezas que conten´ıa [9]. Ese alto con-tenido 
de impurezas provoca que la resistencia del acero a 
la fractura sea baja, y especialmente en condiciones de baja 
temperatura su ductilidad se ve reducida. Por lo cual todos 
estos factores influyeron negativamente al ocurrir el impacto 
del Titanic con el iceberg en aguas heladas, lo que conllev´o a 
su posterior hundimiento. 
Un hecho m´as reciente ocurrido en el a˜no 1986, fue la ex-plosi 
´on del trasbordador Challenger. En este caso la baja resi-liencia 
(capacidad de absorci´on de energ´ıa en la zona el´astica 
de la curva esfuerzo-deformaci´on) de los anillos (pol´ımeros 
elast´omeros) que cumpl´ıan la funci´on de sellar las zonas sec-cionadas 
de los cohetes propulsores, produjeron que los gases 
generados por la combusti´on salieran al exterior e incidieran 
en el tanque de combustible principal, lo cual provoc´o la ex-plosi 
´on del Challenger. 
Los anillos conocidos como “O ring”, por su forma, son 
construidos de materiales elast´omeros. Este material se em-plea 
en su fabricaci´on con el objetivo de que sean capaces de 
deformarse el´asticamente, “siguiendo” las dilataciones que se 
producen dentro de la zona seccionada de los cohetes propul-sores. 
Sin embargo al disminuir la temperatura la poca capa-cidad 
de movimiento de sus cadenas polim´ericas conllev´o a 
aumentar la rigidez de estos anillos, disminuyendo la rapidez 
de su “respuesta”. Aunque esta causa de forma aislada no fue 
la ´unica que condujo al desastre, si jug´o un papel fundamental 
en su desencadenamiento, conclusi´on a la cual lleg´o Feynman 
al observar posteriormente a trav´es de fotos (Fig. 10) [10], las 
condiciones en las que se encontraba la rampa de lanzamien-to 
momentos antes de ocurrir la tragedia. 
4. Conclusi´on 
Los experimentos que se pueden realizar con el p´endulo de 
Charpy pueden ser muchos, tantos como nos permita nuestra 
imaginaci´on. Es por ello que los que han sido expuestos en 
este estudio, solamente representan un n´umero muy peque˜no, 
de todos los que se podr´ıan dise˜nar para establecer una rela-ci 
´on entre la estructura interna de los materiales y su compor-tamiento 
a la fractura, como podr´ıa ser: el tama˜no del grano, 
la composici´on de la aleaci´on y la presencia de precipitados, 
entre otros. 
A modo de conclusi´on, m´as que enumerar algunos de 
los conocimientos aqu´ı expuestos, deseo expresar que mu-chas 
veces los hechos naturales, lamentables en algunos ca-sos, 
nos ayudan a reflexionar sobre temas en los que de forma 
espont´anea somos incapaces de analizar, a pesar de estar en 
contacto con ellos cotidianamente: es por eso que la curiosi-dad 
en la ciencia es una actitud necesaria. Y finalizo recor-dando 
que en la ciencia como en la vida, en la sencillez de 
las explicaciones radica la belleza: tal vez por el dinamismo 
que ambas encierran. 
Agradecimientos 
Agradezco a la Prof. N. de Diego por animarme a escribir este 
art´ıculo. A Carlos Romero y a Esther Garrido por su asisten-cia 
t´ecnica y especialmente a Ernesto Montero por su ayuda 
al realizar las fotos. 
Rev. Mex. F´ıs. E 52 (1) (2006) 51–57
PRUEBA DE IMPACTO: ENSAYO CHARPY 57 
1. R.E. Smallman and R.J. Bishop. Modern Physical Metallurgy 
& Materials Engineering (Butterworth Heinemann, 2002). 
2. http://www.mtm.kuleuven.ac.be/Research/Equipment/ 
Mechanical/PendulumImpact.html 
3. M.P. Manahan, R.B. Stonesifer, Y. Soong, and J.M. Burger, 
“Miniaturized Notch Test Specimen and Test Machine Design,” 
Pendulum Impact Machines: Procedures and Specimens for Ve-rification, 
ASTM STP 1248, Thomas A. Siewert and Karl Sch-mieder, 
Eds., American Society for Testing and Materials, Phi-ladelphia 
(1995). 
4. Steel - Charpy V-notch pendulum impact test - Instrumented 
test method, ISO 14556:2000. 
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6. M.P. Manahan, Sr., “In-situ Heating and Cooling of Charpy Test 
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STP 1380, T.A. Siewert and M.P. Manahan, Sr., Eds., Ameri-can 
Society for Testing and Materials,West Conshohocken, PA, 
2000. 
7. A. Cottrell, An Introduction to Metallurgy (Anthony Rowe Ltd, 
Eastbourne 1995). 
8. W.D. Callister, Jr. Fundamentals of materials Science and En-gineering 
(John Wiley & Sons, Inc, 2001). 
9. http://www.disastercity.com/titanic/index.shtml 
10. http://www.virtualschool.edu/mon/SocialConstruction/ 
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Rev. Mex. F´ıs. E 52 (1) (2006) 51–57

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Ensayo charpy de impacto

  • 1. ENSEN˜ ANZA REVISTA MEXICANA DE FI´SICA E 52 (1) 51–57 JUNIO 2006 Prueba de impacto: ensayo Charpy Y.Ortega Departamento de F´ısica de Materiales, Facultad de Ciencias F´ısicas Universidad Complutense de Madrid, 28040, Madrid, Espa˜na. Recibido el 11 de mayo de 2005; aceptado el 27 de junio de 2005 En este trabajo se presentan algunos resultados interesantes de pruebas de impacto Charpy. A trav´es del comportamiento a la fractura de diversos metales y pol´ımeros, han sido analizados, de una forma did´actica, diversos factores, tales como: el incremento de la velocidad de impacto, la presencia de entallas y la transici´on d´uctil-fr´agil con el decrecimiento de la temperatura. Descriptores: Prueba de impacto Charpy; pruebas mec´anicas; efecto de los tratamientos en los materiales. In this paper some interesting results of Charpy impact tests are presented. The increase in the impact velocity , the present of a sharp notch and the ductile-to-brittle transition with decreasing temperature have been treated in a didactic way, by analyzing the fracture behaviour of several metals and polymers. Keywords: Impact test; mechanical testing; materials treatment effects. PACS: 81.05.-t; 81.70.B; 81.40 1. Introducci´on La primera opini´on que tenemos al observar el p´endulo de Charpy, es que se trata de una m´aquina de ensayo muy simple desde el punto de vista mec´anico (Fig. 1). Sin embargo, a pe-sar de esa sencillez mec´anica, con este instrumento se pueden dise˜nar varias pruebas de impacto donde se demuestra de for-ma r´apida y did´actica, la influencia que tienen determinados factores en el comportamiento mec´anico de los materiales. El nombre de este ensayo se debe a su creador, el franc´es Augustin Georges Albert Charpy (1865-1945). A trav´es del mismo se puede conocer el comportamiento que tienen los materiales al impacto, y consiste en golpear mediante una masa una probeta que se sit´ua en el soporte S (ver Fig. 1). La masa M, la cual se encuentra acoplada al extremo del p´endu-lo de longitud L, se deja caer desde una altura H, mediante la cual se controla la velocidad de aplicaci´on de la carga en el momento del impacto. La energ´ıa absorbida Ea por la probeta, para producir su fractura, se determina a trav´es de la diferencia de energ´ıa po-tencial del p´endulo antes y despu´es del impacto. Una vez co- FIGURA 1. P´endulo de Charpy a) antes del impacto y b) despu´es del impacto . nocido el ´angulo inicial de aplicaci´on de la carga (®) y el ´angulo final (¯) al que se eleva el p´endulo despu´es de la ro-tura completa de la probeta, se puede calcular la energ´ıa Ea mediante la expresi´on (1): Ea = MgL[cos(¯) ¡ cos(®)]; (1) donde g representa la aceleraci´on de la gravedad. Los modos de fractura que pueden experimentar los ma-teriales se clasifican en d´uctil o fr´agil, dependiendo de la ca-pacidad que tienen los mismos de absorber energ´ıa durante este proceso. Actualmente no existe un criterio ´unico para determinar cuantitativamente cuando una fractura es d´uctil o fr´agil, pero todos coinciden en que el comportamiento d´uctil est´a caracterizado por una absorci´on de energ´ıa mayor que la requerida para que un material fracture fr´agilmente. Por otra parte el comportamiento d´uctil tiene asociado altos niveles de deformaci´on pl´astica en los materiales [1]. De acuerdo con la expresi´on (1), dos de los factores que determinan la energ´ıa m´axima que se puede suministrar en el momento del impacto son: el valor de la masa M y la lon-gitud de brazo L. Es por ello que existen diversos dise˜nos de m´aquinas para pruebas de impacto Charpy, en los que combi-nando los dos factores anteriormente mencionados se logran construir p´endulos que son capaces de brindar una energ´ıa de impacto m´axima de » 358 Julios, como es el caso del modelo Tinius Olsen (M = 27.2 kg L = 0.9 m) [2], con el que se realizan ensayos en aceros muy tenaces. Sin embargo, para materiales m´as fr´agiles, los cuales tienen una energ´ıa de fractura baja, se puede utilizar el dise˜no Instron Wolpert (M = 2.02 kg L = 0.390 m) [2,3], con el que se puede llegar a suministrar una energ´ıa m´axima de 15 Julios. Las pruebas de impacto Charpy se realizan seg´un normas internacionales en las cuales se detallan las dimensiones de las probetas empleadas en este tipo de ensayo, as´ı como la forma de reportar los resultados de los mismos. De acuerdo con las normas ISO (International Organization for Standa-
  • 2. 52 Y.ORTEGA rization), los resultados de los ensayos de impacto, en pro-betas entalladas, se suelen expresar en (kJ/m2), para lo cual se divide la energ´ıa absorbida para provocar la fractura de la probeta entre la secci´on transversal de la misma en la zona de la entalla (h x bN) (ver Fig. 2) [4], mientras que seg´un las normas ASTM (American Society for Testing Materials) se reportan los resultados en (J/m) [5], donde se divide esa energ´ıa absorbida entre la anchura remanente en la base de la entalla (bN). Desde el punto de vista de la ingenier´ıa es muy impor-tante, y en ocasiones imprescindible, conocer cu´al ser´ıa el comportamiento mec´anico de los materiales, cuando se en-cuentran expuestos a condiciones extremas de servicio. Es por ello que muchos de los ensayos de impacto se realizan en condiciones en las cuales se favorece la fractura fr´agil. Entre los factores que contribuyen a modificar el modo de fractu-ra y que se pueden estudiar mediante el ensayo de impacto Charpy se encuentran: La velocidad de aplicaci´on de la carga, la cual se con-trola variando el ´angulo ®. La presencia de concentradores de tensiones, lo cual se logra mecanizando una entalla en la probeta del mate-rial a estudiar (ver Fig. 2). As´ı como el impacto en materiales expuestos a diferen-tes temperaturas. Este ´ultimo factor es el responsable que determinados materiales experimenten una transici´on d´uctil-fr´agil con la disminuci´on de la temperatura. Para determinar el interva-lo de temperaturas en el que se encuentra esa transici´on se suelen realizar los ensayos Charpy a distintas temperaturas con la ayuda de un sistema de calentamiento y enfriamien-to acoplado al p´endulo, lo cual permite controlar in-situ la temperatura de la probeta [6]. En su defecto, cuando no se dispone de tal mecanismo y se desea evaluar comportamien-tos mec´anicos extremos, las muestras se pueden sumergir en ba˜nos a diferentes temperaturas con el atenuante de que no existe un control exacto de la temperatura a la cual se realiza el ensayo y con el cuidado de realizar la prueba de impacto lo m´as r´apido posible (despu´es de que la probeta haya recibido el tratamiento deseado), para evitar que las muestras experi-menten grandes gradientes de temperatura. Durante la realizaci´on de esta pr´actica, evaluaremos la in-fluencia que tienen los tres factores anteriormente menciona-dos en el comportamiento mec´anico de los materiales. 2. Realizaci´on de la pr´actica La m´aquina de ensayo de impacto Charpy est´a acoplada a un ordenador mediante una tarjeta de adquisici´on de datos, a trav´es de la cual es posible registrar las curvas fuerza-tiempo generadas durante los ensayos, y a su vez nos permite obtener el valor de la energ´ıa absorbida por los materiales en el proce-so de fractura. Las probetas usadas en nuestros experimentos tienen forma de paralelep´ıpedos con una secci´on transversal de 1x1 cm2 y 8 cm de longitud. Las entallas realizadas a las probetas tienen una profundidad de 3 mm y el radio de las mismas es variable (Fig. 2). Las probetas con entalla deben colocarse en el soporte S, de forma tal que el lado de la entalla quede opuesto a la cara de la probeta que estar´a directamente expuesta al impacto del p´endulo. 2.1. Influencia de la velocidad del impacto Para este estudio se usan 3 probetas de Nylon y 3 probetas de PVC a las cuales se les realizan los ensayos bajo diferentes ´angulos de carga. El objetivo de este apartado es evaluar la resistencia que ofrecen los materiales cuando se aumenta la velocidad a la cual ocurre el impacto (Tabla I). TABLA I. Relaci´on entre el ´angulo de carga y la velocidad del im-pacto. A´ ngulo de carga (®) Velocidad del impacto (m/s) 80 ± 2.55 100 ± 3.03 110 ± 3.24 120 ± 3.42 139 ± 3.71 FIGURA 2. Probetas usadas en el ensayo Charpy a) detalle de la en-talla b) dimensiones de las probetas empleadas en este trabajo. El radio de la entalla se define como la anchura del radio de curvatura de la entalla. FIGURA 3. Resultado de los ensayos Charpy variando el ´angulo de carga a) Nylon b) PVC . Rev. Mex. F´ıs. E 52 (1) (2006) 51–57
  • 3. PRUEBA DE IMPACTO: ENSAYO CHARPY 53 FIGURA 4. Distribuci´on de esfuerzos en el entorno de una entalla dependiendo del radio de la entalla. FIGURA 5. Entallas realizadas a las probetas de PVC. Es conocido que cualquier proceso de fractura consta de dos estados: la formaci´on y la propagaci´on de una grieta, para lo cual se requiere una determinada absorci´on de energ´ıa [7]. A su vez, el modo de fractura depende en gran medida del mecanismo de propagaci´on de esa grieta. En el caso de las probetas de nylon se les han realizado entallas de igual radio, con el objetivo de simular la evoluci´on de la rotura parcial del material. En la Fig. 3a se observa que el tama˜no de la grieta producida tras el impacto es cada vez mayor a medida que la velocidad de aplicaci´on de la carga aumenta. Esto se puede explicar si tenemos en cuenta que a medida que aumentamos el ´angulo desde el cual se realiza el ensayo, la energ´ıa trans-mitida durante el impacto es mayor, por lo cual la probeta puede absorber mayor energ´ıa, la cual se emplea en la propa-gaci ´on de la grieta. De la Fig. 3b se puede observar que aunque la energ´ıa suministrada en los tres casos no es suficiente para producir la fractura de ninguna de las probetas de PVC sin entallas, todas presentan un comportamiento d´uctil y se deforman. La mayor deformaci´on se corresponde con el ensayo que ha sido realizado desde el ´angulo mayor (® = 139±). Como comenta-mos en el p´arrafo anterior, al aumentar la energ´ıa transmitida en el impacto, la probeta puede absorber mayor energ´ıa, lo cual provoca, en este caso, que el grado de deformaci´on del material sea mayor. Este resultado demuestra que indepen-dientemente de c´ual sea el mecanismo que propicia la defor-maci ´on de la probeta, el comportamiento d´uctil se caracteriza por una absorci´on de energ´ıa que posibilita que el material experimente una deformaci´on pl´astica. En la Fig. 3b tambi´en se puede apreciar que la zona blan-quecina que aparece en las probetas de PVC aumenta de ta-ma ˜no, con el aumento del ´angulo de carga como consecuen-cia de la mayor tensi´on recibida en el impacto. 2.2. Influencia del radio de la entalla Las entallas provocadas por un mecanizado, fabricaci´on o di-se ˜no deficientes, ocasionan una concentraci´on de esfuerzos en zonas localizadas de los materiales. Por otra parte, la frac-tura comienza en los sitios donde la concentraci´on de ten-siones es mayor [8]. Es por ello que las entallas o grietas presentes en un material conllevan un aumento en fragilidad. La intensidad del esfuerzo en el extremo de una grieta de-pende tanto de las tensiones aplicadas como de la geometr´ıa y dimensiones de dicha grieta. En la Fig. 4 apreciamos que la distribuci´on de esfuerzos en el entorno de una entalla aumen-ta a medida que nos acercamos al extremo de la misma, y por otra parte, la mayor concentraci´on de esfuerzos est´a localiza-da en el extremo de las entallas m´as aguzadas (las que tienen un radio menor, (Fig. 4a) [8]. En este apartado queremos de-mostrar esa relaci´on, a trav´es de la energ´ıa absorbida por las probetas en el proceso de fractura. El material usado para ello es el PVC y las entallas se realizaron manualmente en el laboratorio, con una segueta, una sierra y una amoladora, lo cual nos garantiza que los ra-dios de las entallas sean de 0.5, 1 y 3 mm, respectivamente (Fig. 5). En cada uno de los casos se tuvo especial cuidado en que la profundidad de las entallas fuesen id´enticas e igual a 3 mm. La fig. 6 muestra las curvas fuerza-tiempo de estos tres ensayos. El ´area encerrada bajo estas curvas es proporcional a la energ´ıa absorbida por las probetas en la fractura. Los re-sultados de los ensayos revelan que la energ´ıa absorbida es de 0.28, 1.06 y 4.91 J, para las probetas cuyas entallas tie-nen radios de 0.5, 1 y 3 mm, respectivamente. Este resulta-do evidencia que la fractura total de la probeta que tiene un radio de entalla menor es m´as favorable desde el punto de vista energ´etico. De la Fig. 6 se puede apreciar que la fuerza m´axima requerida para que se produzca la fractura de la pro- Rev. Mex. F´ıs. E 52 (1) (2006) 51–57
  • 4. 54 Y.ORTEGA beta con r = 0.5 mm es aproximadamente 1.6 veces menor (» 450 N) que la que se requiere para producir la fractura de las probetas con radio de entalla mayor (» 750 N). De acuer-do con el esquema de la Fig. 4, vimos que la amplificaci´on del esfuerzo aplicado es mayor para los materiales que po-seen entallas con un radio m´as peque˜no, es por ello que en esos casos se requiere una menor fuerza para que ocurra la rotura total, lo cual se traduce en un menor esfuerzo. El tiempo durante el cual se mantiene en contacto la ma-sa del p´endulo con la probeta, se puede determinar a partir de las curvas fuerza-tiempo. Este tiempo coincide con la regi´on FIGURA 6. Curvas Fuerza-tiempo para probetas de PVC con dife-rentes radios de entalla (0.5, 1 y 3 mm). de estas curvas en la cual la fuerza registrada es distinta de cero (sin tener en cuenta las peque˜nas oscilaciones que se producen en la fuerza en torno a cero despu´es de la rotura de la probeta). Analizando las curvas de la Fig. 6, se puede deter-minar que el tiempo requerido para producir la fractura es de 0.5, 0.7 y 25 ms aproximadamente, para las probetas cuyas entallas tienen un radio de 0.5, 1 y 3 mm, respectivamente. A partir de estos resultados podemos intuir que la velocidad de propagaci´on de una grieta es mayor en el extremo de las entallas m´as aguzadas. 2.3. Influencia de la temperatura. Transici´on d´ uctil-fr ´agil A pesar de que todos los factores que condicionan el mo-do de fractura de los materiales tienen una gran importancia, el efecto de la temperatura es tal vez, entre todos ellos, el m´as conocido. Esto se debe a que algunas de las cat´astrofes estructurales m´as divulgadas, ocurridas en el siglo pasado, est´an relacionadas con la transici´on d´uctil-fr´agil que experi-mentan algunos materiales al disminuir la temperatura. En los materiales puros, la transici´on d´uctil-fr´agil debe ocurrir a una temperatura determinada, sin embargo para mu-chos materiales esa transici´on ocurre en un rango amplio de temperaturas el cual est´a dado por la composici´on espec´ıfica de cada material. Como ya hemos visto a lo largo de este estudio, el com-portamiento d´uctil de un material viene acompa˜nado de una deformaci´on pl´astica y de una absorci´on de energ´ıa consi-derable. El mecanismo mediante el cual los materiales son capaces de absorber energ´ıa mientras se deforman, depende concretamente de su estructura interna. Es por ello que anali-zaremos inicialmente los materiales con estructura cristalina (metales) y seguidamente los pol´ımeros. 2.3.1. Metales En el caso de los metales o aleaciones, el flujo pl´astico que posibilita que estos materiales se deformen es consecuencia del movimiento de las dislocaciones. Este movimiento a su vez est´a relacionado con el n´umero de sistemas de desliza-miento que se encuentren activos a una temperatura dada. Es por ello que la combinaci´on temperatura-tipo de estructura cristalina, determina la magnitud en la que se puede mani-festar la transici´on d´uctil-fr´agil. Si el esfuerzo requerido para mover una dislocaci´on es muy alto, el metal fallar´a debido a la propagaci´on de una grieta y la fractura ser´a fr´agil. Generalmente los sistemas de deslizamiento coinciden con los planos m´as compactos de los distintos sistemas crista-linos, lo cual no ocurre en los metales que tienen una estruc-tura c´ubica centrada en el cuerpo (c.c.c), como el Fe. Estos metales suelen fallar de forma fr´agil a temperaturas relativa-mente bajas y tienen un comportamiento d´uctil a temperatu-ras altas. A partir de las curvas esfuerzo-deformaci´on mostradas en la Fig. 7 [8], obtenidas de ensayos de tracci´on realizados al Rev. Mex. F´ıs. E 52 (1) (2006) 51–57
  • 5. PRUEBA DE IMPACTO: ENSAYO CHARPY 55 Fe a diferentes temperaturas, se observa que existe un aumen-to considerable del l´ımite el´astico a medida que disminuye la temperatura del ensayo. Este aumento del l´ımite el´astico, jun-to con la disminuci´on de la velocidad de las dislocaciones a medida que disminuye la temperatura, conducen a fragilizar el material. Para demostrar la existencia de estos dos compor-tamientos mec´anicos diferentes que puede tener el Fe, hemos ensayado dos probetas de Fe con entallas id´enticas. Un ensa-yo se realiz´o a temperatura ambiente y el otro despu´es de ha-ber sumergido una de las probetas en nitr´ogeno l´ıquido. Estas dos temperaturas garantizan que estemos a ambos lados de la temperatura de transici´on d´uctil-fr´agil del Fe. Es importan-te que todos los ensayos que se realizar´an en este apartado a temperaturas distintas de la temperatura ambiente, se ejecu-ten de forma r´apida para garantizar que la temperatura de las probetas no vari´e mucho despu´es de los tratamientos. Los resultados de ambos ensayos se muestran en la Fig. 8, donde se observa que el ensayo realizado a temperatura am-biente (a), solamente ha provocado una deformaci´on de la FIGURA 7. Curvas esfuerzo-deformaci´on para el Fe a diferentes temperaturas. FIGURA 8. Resultado de los ensayos Charpy a diferentes tempera-turas para el Fe y el Al a) y c) temperatura ambiente, b) y d) baja temperatura . probeta (comportamiento d´uctil), mientras que la probeta pre-viamente sumergida en nitr´ogeno l´ıquido (b) ha fracturado completamente (comportamiento fr´agil). Son muchos los factores de los cuales depende el esfuer-zo que se requiere para mover una dislocaci´on, entre los que se encuentran el tipo de enlace at´omico y el tipo de estructu-ra cristalina, entre otros. En los metales con estructura cris-talina fcc (c´ubica centrada en caras), el esfuerzo requerido para mover las dislocaciones, no depende fuertemente de la temperatura. Por lo tanto, el movimiento de las dislocaciones permanece alto aun a bajas temperaturas y el material sigue siendo relativamente d´uctil. En los ensayos realizados a pro-betas de aluminio a temperatura ambiente (c) y despu´es de haber sido sumergidas en nitr´ogeno l´ıquido (d), se observa que en ninguno de los casos se produce la fractura del ma-terial, pero s´ı se observa que ha ocurrido una deformaci´on pl´astica, la cual es t´ıpica de un comportamiento d´uctil. 2.3.2. Pol´ımeros Los pol´ımeros son mol´eculas que est´an formadas por grupos funcionales (mon´omeros) que se repiten a lo largo de su es-tructura, la cual puede ser ramificada o lineal. Esos mon´ome-ros se componen b´asicamente de hidrocarburos (CxHy) y la forma que tienen estas estructuras de disipar la energ´ıa absor-bida en un impacto es fundamentalmente mediante rotaciones que se producen en torno a determinados enlaces. El m´odulo el´astico de los pol´ımeros puede sufrir variacio-nes considerables con la temperatura, por lo cual los pol´ıme-ros tambi´en pueden experimentar una transici´on d´uctil-fr´agil al igual que determinados metales y aleaciones. La tempera-tura v´ıtrea de cada pol´ımero delimita la frontera entre ambos comportamientos y la misma depende de la composici´on es-pec ´ıfica de las cadenas polim´ericas. En la Fig. 9, vemos los resultados de los ensayos realiza-dos a tres pol´ımeros: nylon, PVC y metacrilato. Para el caso del nylon y del PVC se observa que ambos tienen un com-portamiento d´uctil a temperatura ambiente (b y d) y al ser sumergidos en nitr´ogeno l´ıquido fracturan completamente (a y c). Sin embargo la rotura total del metacrilato ocurre a tem-peratura ambiente (e) mostrando un comportamiento fr´agil. Te´oricamente para lograr observar un comportamiento d´uctil y evitar la fractura de este material es necesario que la tem-peratura de la probeta est´e por encima de los 50 ±C (f) [7], para lo cual se introdujo previamente en un horno en torno a los 150±C. 3. Fallos mec´anicos reales relacionados con es-tos factores Ejemplos de cat´astrofes producidas por la combinaci´on de varios factores, entre ellos el efecto de la transici´on d´uctil-fr ´agil, los encontramos tanto en aleaciones como en pol´ıme-ros: Los barcos “Liberty” usados al final de la Segunda Guerra Mundial sufrieron catastr´oficas fallas durante el invierno de Rev. Mex. F´ıs. E 52 (1) (2006) 51–57
  • 6. 56 Y.ORTEGA FIGURA 9. Resultado de los ensayos Charpy a diferentes tempera-turas para el Nylon, PVC y metacrilato a, c) baja temperatura, b, d, y e) temperatura ambiente y f) alta temperatura. FIGURA 10. Rampa de lanzamiento del trasbordador Challenger, donde se puede observar la presencia de hielo. 1942, conllevando a que algunos de estos buques se partie-ran literalmente en dos. Entre las causas de estos fallos se encontraba la presencia de un dise˜no inadecuado de las unio-nes soldadas, lo que contribu´ıa a la presencia de altos nive-les de concentraciones de esfuerzos en zonas localizadas [9]. Esto unido al comportamiento fr´agil del acero a bajas tem-peraturas induc´ıa la propagaci´on de grietas que provocaba la fractura de su estructura. Otro caso ocurrido previamente fue el hundimiento del Titanic en el a˜no 1912. El acero utilizado en su construc-ci ´on era el mejor de su ´epoca, sin embargo hoy en d´ıa no pasar´ıa las pruebas m´as elementales de calidad, producto del alto contenido de impurezas que conten´ıa [9]. Ese alto con-tenido de impurezas provoca que la resistencia del acero a la fractura sea baja, y especialmente en condiciones de baja temperatura su ductilidad se ve reducida. Por lo cual todos estos factores influyeron negativamente al ocurrir el impacto del Titanic con el iceberg en aguas heladas, lo que conllev´o a su posterior hundimiento. Un hecho m´as reciente ocurrido en el a˜no 1986, fue la ex-plosi ´on del trasbordador Challenger. En este caso la baja resi-liencia (capacidad de absorci´on de energ´ıa en la zona el´astica de la curva esfuerzo-deformaci´on) de los anillos (pol´ımeros elast´omeros) que cumpl´ıan la funci´on de sellar las zonas sec-cionadas de los cohetes propulsores, produjeron que los gases generados por la combusti´on salieran al exterior e incidieran en el tanque de combustible principal, lo cual provoc´o la ex-plosi ´on del Challenger. Los anillos conocidos como “O ring”, por su forma, son construidos de materiales elast´omeros. Este material se em-plea en su fabricaci´on con el objetivo de que sean capaces de deformarse el´asticamente, “siguiendo” las dilataciones que se producen dentro de la zona seccionada de los cohetes propul-sores. Sin embargo al disminuir la temperatura la poca capa-cidad de movimiento de sus cadenas polim´ericas conllev´o a aumentar la rigidez de estos anillos, disminuyendo la rapidez de su “respuesta”. Aunque esta causa de forma aislada no fue la ´unica que condujo al desastre, si jug´o un papel fundamental en su desencadenamiento, conclusi´on a la cual lleg´o Feynman al observar posteriormente a trav´es de fotos (Fig. 10) [10], las condiciones en las que se encontraba la rampa de lanzamien-to momentos antes de ocurrir la tragedia. 4. Conclusi´on Los experimentos que se pueden realizar con el p´endulo de Charpy pueden ser muchos, tantos como nos permita nuestra imaginaci´on. Es por ello que los que han sido expuestos en este estudio, solamente representan un n´umero muy peque˜no, de todos los que se podr´ıan dise˜nar para establecer una rela-ci ´on entre la estructura interna de los materiales y su compor-tamiento a la fractura, como podr´ıa ser: el tama˜no del grano, la composici´on de la aleaci´on y la presencia de precipitados, entre otros. A modo de conclusi´on, m´as que enumerar algunos de los conocimientos aqu´ı expuestos, deseo expresar que mu-chas veces los hechos naturales, lamentables en algunos ca-sos, nos ayudan a reflexionar sobre temas en los que de forma espont´anea somos incapaces de analizar, a pesar de estar en contacto con ellos cotidianamente: es por eso que la curiosi-dad en la ciencia es una actitud necesaria. Y finalizo recor-dando que en la ciencia como en la vida, en la sencillez de las explicaciones radica la belleza: tal vez por el dinamismo que ambas encierran. Agradecimientos Agradezco a la Prof. N. de Diego por animarme a escribir este art´ıculo. A Carlos Romero y a Esther Garrido por su asisten-cia t´ecnica y especialmente a Ernesto Montero por su ayuda al realizar las fotos. Rev. Mex. F´ıs. E 52 (1) (2006) 51–57
  • 7. PRUEBA DE IMPACTO: ENSAYO CHARPY 57 1. R.E. Smallman and R.J. Bishop. Modern Physical Metallurgy & Materials Engineering (Butterworth Heinemann, 2002). 2. http://www.mtm.kuleuven.ac.be/Research/Equipment/ Mechanical/PendulumImpact.html 3. M.P. Manahan, R.B. Stonesifer, Y. Soong, and J.M. Burger, “Miniaturized Notch Test Specimen and Test Machine Design,” Pendulum Impact Machines: Procedures and Specimens for Ve-rification, ASTM STP 1248, Thomas A. Siewert and Karl Sch-mieder, Eds., American Society for Testing and Materials, Phi-ladelphia (1995). 4. Steel - Charpy V-notch pendulum impact test - Instrumented test method, ISO 14556:2000. 5. Standard Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials, E 23, Annual Book of ASTM Standards, v.03.01, ASTM, Philadelphia, 1984. 6. M.P. Manahan, Sr., “In-situ Heating and Cooling of Charpy Test Specimens,” Pendulum Impact Testing: A Century of Progress, STP 1380, T.A. Siewert and M.P. Manahan, Sr., Eds., Ameri-can Society for Testing and Materials,West Conshohocken, PA, 2000. 7. A. Cottrell, An Introduction to Metallurgy (Anthony Rowe Ltd, Eastbourne 1995). 8. W.D. Callister, Jr. Fundamentals of materials Science and En-gineering (John Wiley & Sons, Inc, 2001). 9. http://www.disastercity.com/titanic/index.shtml 10. http://www.virtualschool.edu/mon/SocialConstruction/ FeynmanChallengerRpt.html Rev. Mex. F´ıs. E 52 (1) (2006) 51–57