modos de falla en componentes estructurales...

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Componente estructural: cualquier elemento cuya funciónprimordial sea la transmisión de esfuerzos mecánicos o laretención de presión.

Discontinuidad: cualquier aspecto o detalle geométrico,metalúrgico o mecánico que no se encuentre previsto en eldiseño original del componente que por su magnitud ocaracterísticas no afecte la performance ni la vida útil delcomponente.

Defecto: cualquier aspecto o detalle geométrico,metalúrgico o mecánico que no se encuentre previsto en eldiseño original del componente que por su magnitud ocaracterísticas pueda afectar la performance o la vida útildel componente

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Concentrador de tensiones: toda discontinuidadgeométrica severa o defecto de tipo geométrico quetenga la propiedad de modificar el campo de tensionesen forma local incrementando el valor de las tensionesen su vértice. Cualquier cambio brusco de sección o lapresencia de una discontinuidad o defecto planar,constituyen en general un concentrador de tensiones.

Discontinuidad (defecto) planar: Toda discontinuidad(defecto) que por su forma pueda considerárselocontenido esencialmente en un plano. Las fisurasconstituyen el ejemplo mas típico de este tipo dediscontinuidad (defecto).

Discontinuidad (defecto) volumétrico (o no planar): Todadiscontinuidad (defecto) que por su forma no puedaconsiderárselo contenido en un plano. Las inclusionesde escoria y la porosidad constituyen el ejemplo mastípico de este tipo de discontinuidad (defecto).

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Una unión soldada en un componente fabricado puedefallar en servicio como consecuencia de la presenciade un defecto. Los modos que puede tomar esta falla

son diversos. Los mas importantes son:

• Inestabilidad elástica (pandeo local o generalizado)• Excesiva deformación elástica (atascamiento)• Excesiva deformación plástica (fluencia

generalizada)• Inestabilidad plástica (estricción, pandeo plástico)• Fatiga de alto ciclo y bajo ciclo• Corrosión, erosión, corrosión-fatiga, corrosión bajo

tensiones, etc.• Creep y creep-fatiga• Fractura rápida (frágil,dúctil,mixta)

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La diapositiva anterior menciona los distintostipos de falla que pueden ocurrir a uncomponente estructural en general. Sin ser unlistado exhaustivo, incluye los mecanismos defalla mas frecuentes e importantes.

Pude verse que estos mecanismos sonmúltiples y que en algunos casos puede existiruna combinación sinérgica entre ellos.

Algunos de los tipos de falla mencionados sonmas o menos relevantes para el caso deuniones soldadas. En lo que sigue los iremosanalizando individualmente, prestándolesmayor o menor atención según esta relevancia.

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Esta diapositiva muestra uncaso común de inestabilidadelástica representado por elpandeo de una columna desección “U” en la que se ve ladeformación experimentadapor las alas de la misma comoconsecuencia del esfuerzo decompresión aplicado que hasuperado la carga crítica.

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Bajo ciertas condiciones un materialque ha alcanzado la condición plásticapuede inestabilizarse y conducirrápidamente a un colapso plástico. Unejemplo conocido de este fenómeno esla estricción que precede a la rotura enel ensayo de tracción de un materialdúctil. La inestabilidad plástica puedeser responsable en otros casos de lapropagación rápida de una fisura,dando así origen a un fenómeno defractura dúctil rápida. Hoy se sabe quemuchas fallas catastróficas que en elpasado fueron atribuidas a fracturasfrágiles, tuvieron su origen comoinestabilidades dúctiles.

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La fotografía anterior corresponde a lasuperficie de fractura por fatiga de un ejesometido a flexión rotativa. Puedeobservarse que la fisura por fatiga seinició en el concentrador de tensionesintroducido por el chavetero. También seven claramente las llamadas “líneas deplaya” que denotan las sucesivasposiciones del frente de fisura hasta quese produce el colapso final de la secciónremanente. Puede observarse la bajadeformación plástica asociada a la rotura.

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La figura anterior muestra una soldaduraa tope solicitada transversalmente porcargas variables en la que se hagenerado una fisura por fatiga a partirdel talón de la sobremonta. Puedeobservarse también una fisurasecundaria.Veremos qué significa que la fisura sehaya iniciado en el talón de lassobremonta.

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La fotografía anterior muestra una fisurapor fatiga a través del cordón desoldadura, iniciada en el concentradorformado por la presencia del respaldopermanente.Por esta misma razón muchas veces loscódigos limitan o impiden el empleo deeste tipo de respaldo

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La fotografía anterior ilustra el caso deuna fractura frágil a lo largo de la HAZdel cordón de soldadura de unrecipiente de presión. Puede verseclaramente la naturaleza catastróficade este tipo de falla.Obsérvese la ausencia casi completade deformación plástica a nivelmacroscópico.

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La fotografía anterior ilustra uno delos casos de fractura frágil masdifundidos en la literatura técnica. Setrata de la rotura catastrófica deltanker T-2 USS Schenectady, acaecidamientras la nave se encontrabaamarrada en puerto y descargada.Este caso ilustra con elocuencia lascaracterísticas con que suelepresentarse una fractura rápida, esdecir:• rotura sorpresiva• ausencia de sobrecargas• diseño “clásico” correcto

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De los aproximadamente 5000 barcos de la serieLiberty, Victory y tankers T-2, que los EE.UU.construyeron en los años 1940-45, unos 800sufrieron fallas estructurales importantes y unos200 fracturas mayores.

Dado que estos buques incorporaban el conceptode viga buque soldada, se puso en evidencia algunarelación entre el uso de la soldadura y losproblemas de falla por fractura rápida.

Esta circunstancia llevó al inicio de un programa deinvestigación en el tema que condujo al desarrolloactual de la Mecánica de Fractura.

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