CURSO: DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO

CONTENIDO: FALLA FRÁGIL Y FATIGA

AÑO: 2015

PROFESOR: JOAQUÍN VALENZUELA BARBOSA

Cuidado! El acero no siempre es dúctil, las soldaduras o cortes térmicos

pueden alterar sus propiedades (metalografía) y también incorporar tensiones

residuales.

FALLA FRÁGIL EN ACERO

Kobe, 1995

Northridge, 1994

EFECTO BAJAS TEMPERATURAS

Salmon, 1997

Límite inferior 27 joule

Zonas mineras Chile -15°C

Alaska -40°C aceros especiales!!

Ver en Youtube Video ensayo Charpy

Tenacidad mínima aceptable

Salmon, 1997

La resistencia a la fluencia Fy del acero disminuye con las altas

temperaturas. En un porcentaje similar disminuyen el módulo de

elasticidad E y la resistencia a la tracción Fu.

EFECTO ALTAS TEMPERATURAS

Punto a recordar

CAMBIO DE LA METALOGRAFÍA POR PROCESOS

-Soladura

-Corte térmico

Inclusión de:

-Hidrogeno

-%Ca equivalente

(cambio metalografía)

Se deben proteger las zonas de

concentraciones de tensiones con

comportamiento frágil.

-Comportamiento

frágil !

-Tensiones residuales

ENDURECIMIENTO EN FRIO

Los ciclos fuera del rango elástico van

endureciendo el acero y reduciendo su

ductilidad

Cuando se descarga por un

tiempo se reconfigura

Que ocurre si hay endurecimiento y la

carga es cíclica? Fatiga!

(Steel Designer’s Handbook)

EJEMPLO DE FALLA FRÁGIL POR CORTE TÉRMICO

Con detallamiento

Sin detallar

Si la zona endurecida es sometida

a concentraciones de tenciones +

carga cíclica falla frágil !

Tensión real = tensión calculada

+ tensión residual (¿?)

TENSIONES RESIDUALESCausas:

Enfriamiento no uniforme después de

procesos de laminado o de soldado.

Doblado en frio o cortes térmicos.

La parte que se enfría

al final queda

traccionada.

La resultante es cero.

Módulo

tangente

(UK Eurocode 3)

Bresler, 1973

EJERCICIO TENSIONES RESIDUALES

Desarrollar la curva de carga de la plancha con tensiones residuales

mostrada en la figura, realice los diagramas de tensiones y

deformaciones unitarias en la sección.

En que afecta este comportamiento ?

FATIGA

Puentes, soporte de maquinaria,

puentes grúas, plataformas

marinas, etc.

Falla prematura y de rápida propagación,

originada por el ciclaje inelástico de fibras

(tensiones residuales).

Superficie porosa

(UK Eurocode 3)

(Puente Pudahuel, 2011)

FATIGA – DISPOSICIONES AISC 360-10 (ANEXO 3)

Se calcula en base a las tensiones de servicio sin considerar factores de

amplificación por concentración.

N = número de ciclos vida útil (por lo menos 20 mil para que exista fatiga).

No aplica en zonas comprimidas.

TH = threshold (umbral de fatiga)

SH = stress range

(AISC 360-c)

TABLA A 3.1 AISC 360 - PARÁMETROS DISEÑO FATIGA

Ejemplo: Caso 3.5

kg/cm

Una bomba de 1500 rpm con masa excéntrica igual a 0.8 ton y peso neto

igual a 6 ton se apoya sobre una plataforma de dos vigas

IN250x100x10x5 reforzada con platabandas de 80x10, verificar si cumple

con el diseño a fatiga.

DISEÑO POR FATIGA - APLICACIÓN

RESUMEN

Factores que fragilizan el acero:

• Temperaturas bajas Disminuye tenacidad (intro)

• Estados triaxiales de tensión Falla frágil no hay fluencia (intro)

• Procesos de soldadura o cortado Tensiones residuales y baja ductilidad

• Endurecimiento en frio (doblado) Tensiones residuales y baja ductilidad