Probeta de ensayo: qué es, tipos por ensayo y material, normas y dimensiones

La probeta de ensayo (en Brasil, corpo de prova o CP) es la muestra de material con forma, dimensiones y acabado definidos por la norma del ensayo, preparada para medir una propiedad sin ensayar la pieza completa: un cilindro de concreto de 10 × 20 cm, una probeta redonda de acero de 12.5 mm y una barra Charpy de 55 × 10 × 10 mm son probetas de ensayo. La estandarización garantiza que el estado de esfuerzos en el tramo medido sea conocido y que el resultado pueda compararse entre lotes y laboratorios. Cada ensayo tiene la suya: en el ensayo de tracción (prueba de tensión) de metales, por ejemplo, la ISO 6892-1 (ABNT NBR ISO 6892-1:2024 en Brasil) relaciona la longitud en la que se mide el alargamiento con el área de la sección, y una probeta redonda de 10 mm de diámetro tiene esa longitud en cerca de 50 mm.

En resumen:

• No existe una norma de probeta de ensayo: la forma y las dimensiones vienen de la norma de cada ensayo y de cada material.
• Metales (tracción): ISO 6892-1 (ABNT NBR ISO 6892-1:2024 en Brasil) y ASTM E8/E8M-25; la probeta redonda estándar de la ASTM tiene 12.5 mm de diámetro.
• Plásticos: ASTM D638-22 (halterio tipo I, 165 mm) e ISO 527-2:2025 (A1, 170 mm) en tracción; ASTM D790-25 (barra de 127 × 12.7 × 3.2 mm) en flexión.
• Impacto Charpy: barra de 55 × 10 × 10 mm con muesca en V de 2 mm (ISO 148-1:2016 y ASTM E23-25).
• Madera, concreto y soldadura: prisma de 5 × 5 × 15 cm (NBR 7190-3:2022, norma brasileña de estructuras de madera), cilindros de 10 × 20 y 15 × 30 cm (NBR 5738:2015, norma brasileña de moldeo y curado de probetas de concreto) y probetas transversales a la junta (ISO 4136:2022 e ISO 5173:2023).

Qué es una probeta de ensayo y por qué su forma está estandarizada

La forma de la probeta está estandarizada porque es ella la que permite conocer el esfuerzo en el tramo medido y comparar el resultado entre laboratorios. Una pieza real tiene barrenos, esquinas, variaciones de espesor y zonas que trabajan de maneras distintas. Si se llevara completa a la máquina, la fuerza medida diría cuánto aguanta esa pieza, pero no cuánto aguanta el material, porque el esfuerzo en cada punto sería desconocido. La probeta resuelve esto: es un trozo del material con una geometría tan simple que el esfuerzo en el tramo de interés puede calcularse como la fuerza dividida entre el área. En las normas ISO el término en inglés es test piece; en las ASTM, specimen. En los laboratorios brasileños es común la sigla CP (de corpo de prova), y las normas brasileñas antiguas escriben corpo-de-prova, con guion. El término también se usa fuera de los ensayos mecánicos: en corrosión, la probeta es un cupón de metal expuesto al medio para medir la pérdida de masa a lo largo del tiempo.

En la foto, probetas de cuatro ensayos: la redonda, con cabezas roscadas y un tramo reducido en el centro, y la plana, cortada de lámina, son de tracción; la barra con muesca en V es de impacto; el cilindro es de concreto, para compresión. En todas, la forma concentra el esfuerzo en la zona que la norma quiere medir.

Tres razones físicas explican por qué la norma fija la forma en lugar de dejar que cada laboratorio la elija:

• El estado de esfuerzos debe ser conocido. En la probeta de tracción, el tramo central es más angosto que los extremos. La deformación se concentra en él, lejos de las mordazas, donde el esfuerzo es uniaxial (solo en la dirección del eje) y uniforme en la sección. Cerca de la mordaza, el apriete y la fricción generan esfuerzos en otras direcciones. Es el principio de Saint-Venant: la perturbación causada por la forma de aplicar la fuerza se disipa a una distancia del orden del ancho de la pieza. Por eso la medición se hace en el centro y no junto a los extremos. En el cilindro de concreto aplica el mismo razonamiento: la fricción con las placas confina los extremos, y una altura de dos veces el diámetro deja el centro libre de ese efecto.
• El tamaño cambia el resultado en materiales frágiles. El concreto, la cerámica y la madera se rompen a partir del peor defecto que contiene el volumen cargado. Cuanto mayor es la probeta, mayor es la probabilidad de que contenga un defecto crítico, y menor tiende a ser la resistencia medida. El modelo estadístico clásico de este efecto de escala es el de Weibull (1951). Es una de las razones por las que la norma fija la dimensión y por las que no se mezclan resultados de probetas de tamaños diferentes sin justificación.
• Sin estándar no hay comparación. El alargamiento depende de la longitud en la que se mide; la energía de impacto depende de la forma de la muesca; la resistencia de un plástico depende del espesor y de la orientación del molde. Dos laboratorios solo pueden comparar números si usaron la misma probeta, y un certificado solo demuestra que el material cumple una especificación si el ensayo siguió la norma que ella cita.

La probeta es el punto de partida de cualquiera de los ensayos mecánicos y, en términos más amplios, del ensayo de materiales: la misma máquina da resultados diferentes para el mismo material si cambia la probeta.

Muestra, probeta, ejemplar y testigo: el vocabulario

Muestra, probeta, ejemplar y testigo no son sinónimos: la muestra representa al lote, la probeta es la pieza con la geometría de la norma, el ejemplar reúne probetas de concreto de la misma revoltura y el testigo es el cilindro extraído de una estructura terminada. La distinción importa al leer un plan de muestreo o un informe de resultados.

• Muestra es la porción tomada de un lote o de un producto para representarlo: un trozo de barra, un recorte de lámina, una placa inyectada, un volumen de concreto fresco. De la muestra se obtienen una o más probetas.
• Probeta es la pieza ya con la geometría de la norma, lista para el ensayo. No siempre se maquina: la varilla corrugada, el alambre y el cable se ensayan con la sección completa del producto, como muestra el artículo sobre acero de refuerzo.
• Ejemplar, en el control del concreto, es el conjunto de probetas coladas de la misma revoltura y ensayadas a la misma edad; el resultado del ejemplar es el mayor valor entre ellas, según la NBR 12655 (la norma brasileña de preparación, control y recepción del concreto).
• Testigo (núcleo o corazón), en el concreto, es el cilindro extraído con broca rotatoria de una estructura terminada, según la ABNT NBR 7680-1:2015 (la norma brasileña de extracción de testigos de concreto), cuando se quiere conocer la resistencia del concreto que está en la obra. En los ensayos de madera, la palabra aparece con otro sentido: la primera probeta ensayada para estimar la resistencia de la muestra y definir las cargas de las demás, según la descripción de la NBR 7190-3:2022 hecha por Wang Wei (2025).

Dentro de la propia probeta hay otro vocabulario, que viene de la tracción y se repite en varios ensayos:

• Cabezas: los extremos sujetos por las mordazas. Pueden ser lisas, roscadas o con hombro.
• Radio de transición (de acuerdo): la transición curva entre la cabeza y el tramo reducido. Una esquina viva concentraría esfuerzos y haría que la rotura naciera ahí.
• Parte paralela (L_c): el tramo de sección constante, también llamado zona útil, donde debe ocurrir la deformación y debe producirse la rotura.
• Longitud de referencia (L₀): la distancia entre dos marcas, o entre las cuchillas del extensómetro, dentro de la parte paralela. Es la base sobre la cual se calcula el alargamiento. La ASTM la llama gauge length y usa la letra G.
• Sección inicial (S₀): el área de la sección de la parte paralela antes del ensayo. En una probeta redonda, S₀ = π·d₀²/4; en una plana, S₀ = a₀·b₀ (espesor por ancho). El esfuerzo es la fuerza dividida entre S₀.

El esquema siguiente muestra estas partes en los dos formatos más comunes. Arriba, la probeta redonda maquinada, con cabezas roscadas; abajo, la plana cortada de lámina, cuyas cabezas anchas se sujetan con mordazas de cuña. Las marcas naranjas delimitan L₀, siempre menor que la parte paralela, para que las marcas queden lejos de la transición. A la derecha, las dos secciones.

Una última distinción: la probeta es proporcional cuando L₀ crece con la sección, según la fórmula L₀ = k·√S₀, y no proporcional cuando L₀ es fija, como 50 mm u 80 mm. La ISO 6892-1 prefiere la proporcional, con k = 5.65. En una probeta redonda, 5.65·√(π·d₀²/4) da 5.01·d₀, es decir, cerca de cinco diámetros. La proporcionalidad hace que el alargamiento de una probeta redonda de 10 mm y el de una de 20 mm del mismo acero den el mismo número; la razón física está en la sección sobre la fractura.

Probeta para ensayo de tracción de metales: ISO 6892-1 y ASTM E8

La probeta de tracción de metales es una barra redonda maquinada o una tira cortada de lámina, con cabezas más anchas y una parte paralela reducida donde debe ocurrir la rotura. Las dos familias de normas son la ISO 6892-1:2019, adoptada en Brasil como ABNT NBR ISO 6892-1:2024, y la ASTM E8/E8M-25. Ambas aceptan probetas redondas, maquinadas de barras, y planas, cortadas de láminas, y ambas exigen que la rotura ocurra en la parte paralela. Lo que cambia es la longitud de referencia:

• Redonda: la ISO usa la proporcional, L₀ = 5.65·√S₀. La probeta redonda estándar de la ASTM tiene 12.5 mm de diámetro, con L₀ de 50 mm (4D) en la E8, en unidades pulgada-libra, y de 62.5 mm (5D) en la E8M, en unidades SI.
• Lámina: la E8 tiene la sheet-type, de 12.5 mm de ancho y base de 50 mm, y la plate-type, de 40 mm de ancho y base de 200 mm, para placas gruesas. La ISO trata las láminas delgadas, de 0.1 a 3 mm, en un anexo propio; el tipo 2 de ese anexo tiene 20 mm de ancho y base de 80 mm.

Como el mismo diámetro da bases diferentes, el alargamiento de un certificado E8 no se compara directamente con el de una especificación ISO. El detalle de las dos normas (velocidades, extensómetro, redondeo y conversión del alargamiento) está en la guía ASTM E8 vs. ISO 6892-1, y el ensayo en sí, con la curva y el paso a paso, en el artículo sobre el ensayo de tracción.

Probetas de plásticos y materiales compuestos

En plásticos, la probeta generalmente se moldea por inyección o se maquina de placa, y su historia de fabricación pesa en el resultado: la orientación de las cadenas en el flujo del molde, los esfuerzos residuales y la humedad absorbida cambian la resistencia. Por eso las normas de plásticos fijan la forma y también el acondicionamiento previo al ensayo, típicamente a 23 °C y 50 % de humedad relativa. Las probetas impresas en 3D, comunes en investigación, heredan la orientación de las capas: el resultado vale para esa dirección de impresión y no se compara directamente con el de una probeta inyectada.

Tracción: ASTM D638 e ISO 527-2

La ASTM D638-22 usa probetas en forma de halterio (hueso de perro), del tipo I al V. El tipo I, preferido para plásticos rígidos y semirrígidos, tiene 165 mm de longitud total, tramo angosto de 13 mm de ancho y 3.2 mm de espesor, y longitud de medición de 50 mm. La ISO 527-2:2025 usa la A1, probeta multipropósito inyectada, llamada 1A hasta la edición de 2012: 170 mm de longitud, parte paralela de 80 mm, sección de 10 × 4 mm y L₀ de 75 mm. Las dos no son intercambiables: sección, longitud y base diferentes dan números diferentes. Tipos, velocidades y cálculos están en la guía de la ASTM D638.

Flexión: ASTM D790

En la flexión en tres puntos, la probeta es una barra recta, apoyada en dos rodillos y cargada en el centro. La ASTM D790-25 prefiere la barra de 127 × 12.7 × 3.2 mm, con un claro de 16 veces el espesor: 16 × 3.2 = 51.2 mm. La relación entre claro y espesor no es un detalle: con un claro demasiado corto, la fuerza cortante empieza a pesar y la barra deja de romper por flexión en la fibra externa. El montaje y los cálculos están en la guía de la ASTM D790, y el ensayo en general, en el artículo sobre el ensayo de flexión.

Compuestos de matriz polimérica

En compuestos con fibra larga, la tracción sigue en general la ASTM D3039/D3039M-17(2025), con probeta en tira rectangular de sección constante, sin la forma de halterio de los plásticos. Maquinar una reducción cortaría fibras continuas en la transición, y la rotura empezaría justamente ahí; los extremos suelen llevar lengüetas (tabs) pegadas para proteger la tira del apriete de la mordaza. La flexión de compuestos sigue la ASTM D7264/D7264M-26. Las dimensiones de cada una dependen del tipo de laminado y deben consultarse en la norma.

Probeta para ensayo de impacto Charpy

La probeta Charpy es una barra de 55 × 10 × 10 mm con muesca en V en el centro, apoyada en ambos extremos y rota con un golpe de péndulo para medir la energía absorbida. El estándar de la ISO 148-1:2016 (en Brasil, ABNT NBR ISO 148-1:2021) y de la ASTM E23-25 tiene una muesca de 2 mm de profundidad, ángulo de 45° y radio de fondo de 0.25 mm. Bajo la muesca quedan 8 mm de ligamento, la sección que realmente se rompe.

La muesca es la razón de ser de esta probeta. Concentra el esfuerzo en un punto conocido y crea en el fondo un estado triaxial de esfuerzos, que dificulta la deformación plástica y hace el ensayo lo bastante severo para revelar si el material se comporta como dúctil o frágil a esa temperatura. Como la energía depende mucho de esa geometría, la muesca se maquina con herramienta propia y se verifica en un proyector de perfiles, y las probetas reducidas (7.5, 5 o 2.5 mm de espesor) solo se comparan entre sí. El ensayo completo está en el artículo sobre el ensayo de impacto.

Dureza: espesor mínimo en lugar de forma

El ensayo de dureza no exige una geometría fija: sirve cualquier pieza con una cara plana, lisa y apoyada con firmeza. La exigencia es de espesor. Toda huella deforma plásticamente una zona mayor que la marca; si la pieza es delgada, esa zona llega a la cara opuesta, la mesa de apoyo pasa a sostener la huella y la lectura sale alta. Las normas fijan el espesor mínimo en función del tamaño de la huella:

• Brinell (ISO 6506-1:2014): al menos 8 veces la profundidad de la huella.
• Vickers (ISO 6507-1:2023): al menos 1.5 veces la diagonal media.
• Rockwell (ISO 6508-1:2023): al menos 10 veces la profundidad residual con penetrador de diamante y 15 veces con esfera.

Una marca visible en la cara opuesta indica que se rebasó el límite. Las distancias entre huellas y hasta el borde, y la elección del método para lámina delgada, están en el artículo sobre el ensayo de dureza.

Probeta de ensayo de madera

La probeta de madera es un prisma libre de defectos, cortado con las fibras en una dirección definida respecto a la fuerza. La madera es anisotrópica: resiste mucho más en la dirección de las fibras que en la dirección perpendicular a ellas, y sus propiedades cambian con la humedad. Por eso la probeta de madera se define por la orientación de las fibras y el resultado se refiere a una humedad estándar. Para especies de bosques nativos, la ABNT NBR 7190-3:2022 (la norma brasileña de ensayos de madera para estructuras) describe los métodos de ensayo en probetas libres de defectos, es decir, sin nudos, grietas ni desviaciones de fibra, que miden el material y no la pieza.

En la compresión paralela a las fibras, la probeta es un prisma de sección cuadrada de 5 × 5 cm y 15 cm de longitud, con las fibras en la dirección de la fuerza. Los resultados se corrigen a la humedad de referencia de 12 %, y la NBR 7190-1:2022 agrupa las maderas nativas en clases de resistencia que van de D20 a D60, donde el número es la resistencia característica a la compresión paralela, en MPa. La altura de tres veces el lado tiene el mismo motivo que en el cilindro de concreto: mantener el centro del prisma lejos del confinamiento de las platinas. Por la misma razón, la deformación para el módulo de elasticidad se mide en el tramo central: Wang Wei (2025, tesis de maestría de la USP) mostró que los instrumentos fijados cerca de los extremos de este prisma tienden a sobrestimar el módulo.

Probeta de ensayo de concreto y mortero

En el concreto, la probeta más usada es el cilindro moldeado según la ABNT NBR 5738:2015 (la norma brasileña de moldeo y curado de probetas de concreto), de 10 × 20 cm o de 15 × 30 cm (diámetro × altura), y ensayado a compresión según la ABNT NBR 5739:2018 (la norma brasileña de ensayo de compresión de concreto, equivalente a ASTM C39), para comparar la resistencia obtenida con el f_ck del proyecto. El área del 10 × 20 es π·100²/4 = 7,854 mm²; la del 15 × 30, 17,671 mm². La relación altura/diámetro debe quedar entre 1.94 y 2.06 para no requerir corrección, y las bases se rectifican o se cabecean para que queden planas. El cilindro permanece al menos 24 h en el molde y sigue en curado húmedo a (23 ± 2) °C hasta la edad de ensayo, en general 7 y 28 días. La cantidad no se cuenta por metro cúbico: la ABNT NBR 12655:2022 (la norma brasileña de preparación, control y recepción del concreto) trabaja con ejemplares de dos probetas de la misma revoltura (bachada) para cada edad. Cuando el concreto ya endureció en la estructura, la probeta es un núcleo (corazón) extraído con broca rotatoria, según la ABNT NBR 7680-1:2015 (la norma brasileña de extracción de núcleos de concreto). Moldeo, compactación, curado, edades y control tienen un artículo propio: cilindros de concreto (probetas de concreto). El ensayo y los tipos de falla están en la guía de la NBR 5739.

En el mortero, la probeta es un prisma de 4 × 4 × 16 cm: se ensaya primero a tracción por flexión, y las dos mitades resultantes van después a compresión, como explica la guía de la NBR 13279 (la norma brasileña de resistencia a la flexión y a la compresión del mortero).

Probeta de ensayo de soldadura

La probeta de soldadura es una tira cortada de una junta de prueba soldada, en general transversal al cordón, para comprobar mediante un ensayo destructivo que el procedimiento o el soldador cumple con el código. En la calificación de un procedimiento de soldadura o de un soldador, se suelda una junta de prueba, en placa o tubo, y de ella se cortan probetas para ensayos destructivos. La posición y el número de cada probeta vienen de la norma de calificación: ASME BPVC Sección IX, AWS D1.1/D1.1M:2025 o, en la familia ISO, la ISO 15614-1 para procedimientos y la ISO 9606-1 para soldadores. Los extremos de la junta se descartan, porque el inicio y el final del cordón tienen condiciones térmicas distintas del resto. La extracción, las dimensiones y los criterios de aceptación de cada código están en el artículo sobre la probeta de soldadura.

Los dos ensayos mecánicos más solicitados usan probetas cortadas transversales al cordón, de modo que el metal de soldadura, la zona afectada por el calor y el metal base queden todos en el tramo ensayado:

• Tracción transversal (ISO 4136:2022): mide la resistencia de la junta y registra dónde se rompió. El lugar de la fractura (metal de soldadura, zona afectada por el calor o metal base) es parte del resultado. La ASME IX pide dos probetas de tracción en la calificación de procedimiento.
• Doblado (ISO 5173:2023): dobla la probeta a 180° sobre un mandril y examina la cara traccionada en busca de grietas, poros y falta de fusión. En el doblado de cara, queda traccionada la cara de la soldadura; en el de raíz, la raíz, lo que revela falta de penetración; en el lateral, la sección transversal de toda la junta, usado en placas gruesas. Según la ASME IX, por debajo de 10 mm de espesor se usan 2 de cara y 2 de raíz; de 10 a 19 mm, 4 laterales pueden sustituirlos; a partir de 19 mm, son 4 laterales.

El esquema siguiente muestra una placa de prueba vista desde arriba, con las probetas cortadas transversales al cordón y los extremos descartados, y, a la derecha, la sección de la junta con el lado que queda traccionado en cada tipo de doblado.

Antes del doblado, el refuerzo de la soldadura se retira a ras de la placa, para no crear concentración de esfuerzos en la transición. Mandriles, criterios de aceptación de cada código y el cálculo de la severidad del doblado están en el artículo sobre el ensayo de doblado.

También hay probetas longitudinales, con el eje a lo largo del cordón. En la ISO 5178:2019, una probeta redonda maquinada solo del metal de soldadura mide las propiedades del metal depositado, sin la influencia del metal base. Otros dos ensayos de la calificación no usan máquina de tracción: la macrografía (ISO 17639:2022), hecha en una sección transversal lijada y atacada químicamente que muestra penetración, fusión y perfil del cordón, y el ensayo de fractura (ISO 9017:2017), en el que la probeta con muesca se rompe para exponer poros, inclusiones y falta de fusión en la superficie de fractura.

Cuadro: probetas por tipo de ensayo y norma

El cuadro siguiente reúne, en una misma página, las probetas vistas en las secciones anteriores, excepto las de tracción de metales, ya mostradas en el esquema de anatomía. Cada panel tiene su propia escala; los números son las cotas principales de la norma indicada.

La tabla resume el mismo contenido, incluidos metales y soldadura, para consulta rápida:

Ensayo y material	Norma	Probeta principal
Tracción, metales	ISO 6892-1:2024 (ABNT NBR ISO 6892-1 en Brasil)	proporcional, L0 = 5.65√S0 (≈ 5d0); lámina delgada tipo 2: 20 × 80 mm
Tracción, metales	ASTM E8/E8M-25	redonda de 12.5 mm, L0 de 50 mm (E8) o 62.5 mm (E8M); lámina 12.5 × 50 mm
Tracción, plásticos	ASTM D638-22	tipo I: 165 mm, 13 × 3.2 mm, G = 50 mm
Tracción, plásticos	ISO 527-2:2025	A1: 170 mm, 10 × 4 mm, L0 = 75 mm
Flexión, plásticos	ASTM D790-25	barra 127 × 12.7 × 3.2 mm, claro de 51.2 mm
Tracción, compuestos	ASTM D3039/D3039M	tira rectangular de sección constante, con lengüetas (tabs)
Impacto Charpy	ISO 148-1:2016, ASTM E23-25	55 × 10 × 10 mm, muesca en V de 2 mm, 45°, r = 0.25 mm
Dureza	ISO 6506-1, 6507-1, 6508-1	pieza plana; espesor mínimo de 8h, 1.5d o de 10h a 15h
Compresión, madera	NBR 7190-3:2022	prisma de 5 × 5 × 15 cm, fibras paralelas a la fuerza
Compresión, concreto	NBR 5738:2015, NBR 5739:2018	cilindro de 10 × 20 o 15 × 30 cm
Mortero	NBR 13279	prisma de 4 × 4 × 16 cm
Soldadura	ISO 4136:2022, ISO 5173:2023	probetas transversales al cordón: tracción y doblado

Cómo preparar la probeta de ensayo

Una probeta mal preparada mide la preparación, no el material. La secuencia siguiente aplica, con adaptaciones, a todos los materiales:

1. Extraer en la posición y la dirección correctas. Una placa laminada tiene propiedades diferentes en el sentido de laminación y en el transversal; la madera, en el sentido de las fibras y fuera de él; el plástico inyectado, en el sentido del flujo. La especificación del producto indica de dónde y en qué dirección cortar, y el informe lo registra.
2. Cortar y maquinar sin calentar. El calor cambia la microestructura de metales y polímeros cerca del corte. El corte en caliente o el oxicorte exige dejar sobrematerial, que se retira después por maquinado con refrigeración, como en una cortadora metalográfica. Las pasadas pesadas también endurecen la superficie por deformación (acritud).
3. Dar acabado a la sección paralela. Las marcas de maquinado transversales al eje funcionan como pequeñas muescas. En el Charpy, la muesca se hace con herramienta propia y se verifica en proyector de perfiles.
4. Medir antes del ensayo. Diámetro, o ancho y espesor, en más de un punto de la sección paralela, con micrómetro o calibrador vernier adecuado, usando la sección menor o el promedio, según la norma. En una probeta redonda, 1 % de error en el diámetro se convierte en cerca de 2 % de error en el esfuerzo, porque el área depende del cuadrado del diámetro.
5. Marcar L₀ con trazos finos o tinta, sin crear muesca, cuando el alargamiento se vaya a medir después de la rotura.
6. Acondicionar. Los plásticos permanecen en la atmósfera de la norma (típicamente 23 °C y 50 % de humedad) durante el tiempo previsto; en la madera se mide la humedad y el resultado se corrige a 12 %; el concreto sigue en curado húmedo hasta la edad de ensayo.

Probeta ensayada (rota): lo que dice la fractura

La probeta rota es parte del resultado. Antes de aceptar el número, el laboratorio observa dónde y cómo se rompió, porque la fractura confirma (o no) que el ensayo midió lo que debía.

Metales en tracción. Un metal dúctil forma un cuello antes de romperse, la estricción, y la fractura tiene el aspecto de copa y cono: un centro fibroso y un borde inclinado a cerca de 45°. Un metal frágil, como el hierro fundido gris, se rompe sin cuello, en una superficie plana y perpendicular al eje. La diferencia aparece también en la curva: la fractura dúctil llega después de una larga deformación plástica; la frágil, casi al final del tramo elástico. El concepto está en el artículo sobre ductilidad.

Dónde se rompió. La rotura tiene que ocurrir en la sección paralela. Una fractura dentro de la mordaza o en el radio de transición indica apriete excesivo, desalineación o defecto de maquinado, y el ensayo se repite con una nueva probeta. Incluso dentro de la sección paralela hay una regla para el alargamiento: según la ISO 6892-1, solo es válido si la fractura queda a por lo menos L₀/3 de la marca más cercana, salvo que el valor obtenido ya cumpla el mínimo especificado. La razón es la misma que hace incomparables los alargamientos medidos con longitudes de referencia distintas: el alargamiento después de la rotura suma una parte uniforme, igual a lo largo de todo el tramo útil, y una parte concentrada en el cuello. Si el cuello queda cerca de una marca, parte de esa deformación concentrada cae fuera de L₀ y el valor resulta bajo.

Concreto. La NBR 5739 clasifica el aspecto del cilindro ensayado en siete tipos, de A a G. El tipo A, cónico, es el de un ensayo bien ejecutado; los tipos F y G, con fractura junto a una de las bases, apuntan a un problema de cabeceo o de preparación de las bases y no representan al concreto.

Soldadura. En la tracción transversal, la fractura en el metal base suele indicar que la junta es al menos tan resistente como la placa; en la soldadura o en la zona afectada por el calor, la superficie se examina en busca de poros, inclusiones y falta de fusión. En el doblado, lo que se mide son las discontinuidades abiertas en la cara traccionada.

Charpy. Además de la energía, la fractura da el porcentaje de área de corte (fibrosa, opaca) y la expansión lateral, es decir, cuánto se ensanchó el lado comprimido. Una fractura totalmente brillante y cristalina es frágil; totalmente fibrosa, dúctil.

Dudas de interpretación

Algunas confusiones aparecen con frecuencia en informes, especificaciones y auditorías. Las principales:

¿La probeta más pequeña da el mismo resultado que la estándar?

En resistencia de metales dúctiles, en general da valores cercanos, siempre que la geometría siga la norma. En alargamiento, solo si la probeta es proporcional; una L₀ fija en una sección menor cambia el número. En materiales frágiles, no se presupone igualdad: el efecto de escala hace que la probeta más pequeña tienda a dar resistencias mayores. En el Charpy, las probetas reducidas solo se comparan con probetas del mismo tamaño.

¿Puedo usar la sección nominal en el cálculo?

Solo cuando la norma lo autoriza, como la NBR 5739 para cilindros moldeados con geometría controlada, o en la varilla corrugada, donde la NBR 7480 (la norma brasileña de acero de refuerzo) calcula el área a partir de la masa por metro de la barra, y no con el calibrador vernier. En los demás casos, la sección se mide en cada probeta, porque el esfuerzo hereda todo el error del área.

¿Un alargamiento de 17 % es mejor que uno de 15 %?

Depende de la longitud de referencia. En la guía de ASTM E8 vs. ISO 6892-1, la misma probeta de acero dio 17.2 % en 50 mm y 15.0 % en 62.5 mm. El número solo tiene sentido con la longitud de referencia declarada.

¿La probeta representa a la pieza?

Representa al material en la condición en que fue extraído. La pieza puede tener regiones con propiedades diferentes (superficie templada, núcleo blando; borde de placa; raíz de un cordón), concentradores de esfuerzos y esfuerzos residuales que la probeta no tiene. Por eso la especificación define de dónde se extrae, y el ensayo de componentes es otro tipo de ensayo.

¿Se puede reutilizar una probeta ya ensayada?

En un ensayo destructivo, no: después de pasar el límite elástico, el material de la parte útil quedó deformado plásticamente, endurecido por deformación o agrietado, y ya no representa al lote. La excepción es la medición solo en el régimen elástico, como la del módulo de elasticidad, que no modifica la probeta. En la dureza, la misma pieza recibe varias huellas, siempre que se respeten las distancias entre ellas.

¿Se puede aprovechar una probeta que se rompió en la mordaza?

La resistencia registrada es, como máximo, un límite inferior, porque la sección que se rompió estaba sometida a esfuerzos que no son los del ensayo. Para el informe, se ensaya otra probeta y se investiga la causa (apriete, alineación, radio de transición), para que no se repita.

Ejercicios resueltos

Los ejercicios usan las fórmulas presentadas en el vocabulario: S₀ = π·d₀²/4 o a₀·b₀, L₀ = 5.65·√S₀ y F = R·S₀, donde R es la resistencia del material en MPa (N/mm²). La fuerza estimada es el dato que determina la máquina y la mordaza.

Ejercicio 1: probeta redonda de 12.5 mm según ASTM e ISO

Un acero con resistencia a la tracción de 450 MPa se ensayará en una probeta redonda de 12.5 mm de diámetro. ¿Cuáles son las longitudes de referencia (longitudes calibradas) según ASTM E8, E8M e ISO 6892-1, y cuál es la fuerza máxima esperada? ¿Y si la probeta redonda es de 10 mm, según la ISO?

• Área: S₀ = π × 12.5² / 4 = 122.72 mm².
• Longitudes calibradas: E8, 4D = 50 mm; E8M, 5D = 62.5 mm; ISO, 5.65 × √122.72 = 5.65 × 11.078 = 62.6 mm, marcada como 62.5 mm. La longitud proporcional de la ISO coincide con la E8M; la E8 usa una longitud 20 % menor.
• Fuerza máxima: F_m = 450 × 122.72 = 55,223 N ≈ 55.2 kN.
• Probeta redonda de 10 mm según la ISO: S₀ = 78.54 mm²; L₀ = 5.65 × 8.862 = 50.1 mm; F_m = 450 × 78.54 = 35,343 N ≈ 35.3 kN.
• Máquina: 55.2 kN supera la capacidad de una máquina de 50 kN, y la probeta redonda de 12.5 mm requiere el rango de 100 a 200 kN, con mordaza de cuña de 200 kN o, si los extremos son roscados, mordaza para probetas roscadas. La de 10 mm, con 35.3 kN, cabe en la máquina de 5 a 50 kN (71 % de la capacidad), con mordaza de cuña neumática de 50 kN o mordaza de cuña de 200 kN.

Ejercicio 2: lámina delgada y plástico

¿Cuál es la fuerza de rotura esperada de una lámina del mismo acero, en la probeta sheet-type de la E8 con 2.0 mm de espesor, y de un plástico en la probeta tipo I de la D638, suponiendo para él una resistencia ilustrativa de 40 MPa?

• Lámina: S₀ = 12.5 × 2.0 = 25.0 mm²; F_m = 450 × 25.0 = 11.25 kN. Cabe en la máquina de 5 a 50 kN, con mordaza de cuña de 20 kN.
• Plástico: S₀ = 13 × 3.2 = 41.6 mm²; F = 40 × 41.6 = 1,664 N ≈ 1.66 kN. El rango indicado es el de la máquina de columna simple de 10 kN, con mordaza de cuña o mordaza de palanca de 5 kN y extensómetro de 50 mm, que coincide con la longitud calibrada del tipo I.

La diferencia de 30 veces entre la probeta redonda de acero y la probeta tipo halterio de plástico muestra por qué la capacidad de la máquina y de la celda de carga se elige por la probeta, y no por el material en abstracto.

Ejercicio 3: compresión de concreto y de madera

¿Qué fuerza rompe un cilindro de concreto de 30 MPa en los dos tamaños de la NBR 5738 (la norma brasileña de moldeo y curado de probetas de concreto), y un prisma de madera de clase D40 en compresión paralela?

• Concreto 10 × 20: F = 30 × 7,854 = 235,620 N ≈ 236 kN.
• Concreto 15 × 30: F = 30 × 17,671 = 530,130 N ≈ 530 kN, 2.25 veces más, porque el área crece con el cuadrado del diámetro (1.5² = 2.25). Ambos tamaños se ensayan en la prensa de compresión, y el de 15 × 30 exige una capacidad bastante mayor.
• Madera D40: la clase indica una resistencia característica de 40 MPa; en el prisma de 5 × 5 cm, F = 40 × 2,500 = 100 kN. Como la resistencia característica es un valor bajo de la distribución, el promedio de las probetas queda por encima de él, y la máquina necesita margen: platos de compresión de 300 kN en la máquina de 100 a 200 kN o en la de 300 kN.

Ejercicio 4: espesor mínimo en el ensayo Vickers

Una lámina de 0.50 mm recibe una huella Vickers con diagonal media de 0.40 mm. ¿La lectura es válida?

• Espesor mínimo = 1.5 × 0.40 = 0.60 mm.
• Como 0.50 mm es menor que 0.60 mm, la deformación llega a la cara posterior y la lectura resulta influida por el apoyo. Se necesita una fuerza menor, que produzca una diagonal de máximo 0.50 / 1.5 = 0.33 mm.

Errores comunes con la probeta de ensayo

La mayoría de los resultados rechazados en auditoría tiene su origen en la probeta, no en la máquina:

• Tratar muestra y probeta como sinónimos en el plan de muestreo, sin decir cuántas probetas salen de cada muestra.
• Creer que la probeta es solo de concreto. Todo ensayo de materiales tiene la suya, con su propia norma.
• Comparar alargamientos de longitudes calibradas diferentes (4D y 5D, 50 mm y 80 mm).
• Usar la dimensión nominal en lugar de la medida.
• Calentar o endurecer por deformación (acritud) en el maquinado, o dejar rayas en la sección paralela.
• Sujetar la probeta desalineada o con la mordaza deslizándose, lo que aparece como escalones y dientes de sierra en la curva.
• Aceptar una rotura fuera de la sección paralela, o un alargamiento con fractura a menos de L₀/3 de la marca, sin análisis.
• Cambiar el tamaño de la probeta de un material frágil y compararla con el historial del tamaño anterior.
• Citar una norma cancelada o superada: NBR 5738:1994, ISO 527-2:2012 (con los nombres 1A y 1B) o ediciones antiguas de la D638 y la D790.
• Medir dureza en una pieza demasiado delgada, sin verificar el espesor mínimo.
• En el concreto, preparar mal las caras de apoyo, lo que produce roturas de los tipos F y G.

Equipo para ensayar cada probeta

En la máquina universal de ensayos, la probeta define el resto del montaje: la mordaza o el dispositivo que la sujeta, la capacidad de la máquina y de la celda de carga, y el extensómetro, que se coloca dentro de L₀. El software recibe la sección medida y la longitud de referencia y convierte la fuerza y el desplazamiento en esfuerzo y deformación unitaria. En la línea M2 de Biopdi, la celda de carga es clase 1 según la ABNT NBR ISO 7500-1:2023 (la adopción brasileña de la ISO 7500-1). El panel de abajo muestra la máquina, la función de cada parte y los dispositivos que corresponden a las probetas de este artículo.

La elección del modelo sigue la fuerza estimada de la probeta, como en los ejercicios. Películas, hilos y componentes pequeños van en la MBIOI-1P-M2, de 200 N a 1 kN; probetas tipo halterio de plástico y prismas de madera ligera, en la MBIOI-10-M2; láminas, compuestos y probetas redondas pequeñas de metal, en la MBIOII-50-M2; la probeta redonda de acero de 12.5 mm, varillas corrugadas y cables, en la MBIOII-200-M2. El método de cada norma se configura en el software BioLab. Los cilindros de concreto se ensayan en la prensa eléctrica o hidráulica. Para configurar la máquina para sus probetas, solicite una cotización.

Normas citadas

La tabla enumera las normas de este artículo con la edición vigente, verificada el 01/10/2026 en la tienda de ASTM, en el catálogo de ISO y en catálogos de la ABNT (Asociación Brasileña de Normas Técnicas):

Norma	Tema	Edición
ABNT NBR ISO 6892-1	tracción de metales a temperatura ambiente (adopción brasileña de la ISO 6892-1)	2024
ISO 6892-1	tracción de metales a temperatura ambiente	2019
ASTM E8/E8M	tracción de materiales metálicos	E8/E8M-25
ASTM D638	tracción de plásticos	D638-22
ISO 527-2	tracción de plásticos de moldeo y extrusión	2025
ASTM D790	flexión de plásticos en tres puntos	D790-25
ASTM D3039/D3039M	tracción de compuestos de matriz polimérica	17(2025)
ASTM D7264/D7264M	flexión de compuestos de matriz polimérica	-26
ISO 148-1 y ABNT NBR ISO 148-1	impacto Charpy en metales	2016 y 2021
ASTM E23	impacto en barra con muesca de metales	E23-25
ISO 6506-1, ISO 6507-1 e ISO 6508-1	dureza Brinell, Vickers y Rockwell	2014, 2023 y 2023
ABNT NBR 7190-1 y NBR 7190-3	estructuras de madera (Brasil): criterios y ensayos de probetas libres de defectos	2022
ABNT NBR 5738	moldeo y curado de probetas de concreto (Brasil)	2015
ABNT NBR 5739	compresión de cilindros de concreto (Brasil)	2018
ABNT NBR 12655	concreto: preparación, control y recepción (Brasil)	2022
ABNT NBR 7680-1	núcleos (corazones) extraídos de estructuras de concreto (Brasil)	2015
ABNT NBR 13279	mortero: tracción en flexión y compresión (Brasil)	2005
ISO 4136	tracción transversal de uniones soldadas	2022
ISO 5173	doblado de uniones soldadas	2023
ISO 5178	tracción longitudinal del metal de soldadura	2019
ISO 17639	examen macrográfico y micrográfico de soldaduras	2022
ISO 9017	ensayo de fractura de soldaduras	2017
AWS D1.1/D1.1M	código de soldadura estructural en acero	2025
ABNT NBR ISO 7500-1	verificación de la fuerza de máquinas de ensayo (adopción brasileña de la ISO 7500-1)	2023