3. falla fragil y fatiga
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TIPOS DE FALLA FRAGIL FATIGA CARGA CICLICA RESISTENCIA LRFD ASDTRANSCRIPT
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