Esfuersos Residuales

Las tensiones residuales son aquellas tensiones que quedan o permanecen en el material en ausencia de cargas externas. Es importante determinar si las tensiones residuales son perjudiciales o beneficiosas. Esto quiere decir que las tensiones residuales por sí mismas no siempre son perjudiciales.
El origen de las tensiones residuales está en los procesos de fabricación de los materiales y en lascondiciones de servicio que dan lugar a deformaciones no uniformes. Pueden ser deformaciones plásticas no uniformes de tal manera que el material está sometido a diferentes valores de deformación plástica en diferentes puntos. También pueden tratarse de deformaciones térmicas cuyo valor también varía para diferentes puntos. Cuando estas deformaciones se relajan se producen entonces las tensionesresiduales.
Podríamos decir que cualquier proceso de conformado de un material en los que haya tratamientos termo mecánicos es susceptible de dejar en el material un estado de tensiones residuales. Algunos ejemplos pueden ser el conformado en frio de metales como en la laminación y trefilado entre otros, tratamientos superficiales como el shot peening, procesos de soldadura, etc.
Las tensionesresiduales son importantes fundamentalmente porque son desconocidas. La tensión aplicada sobre una estructura o sobre un material es fácil de medir y por tanto de introducirla por ejemplo en un cálculo por elementos finitos. Sin embargo la tensión residual es una tensión interna del material difícil de medir y que como consecuencia no suelen incluirse en el cálculo. Como bien sabemos la tensión deservicio de una estructura o material se compone por la suma de la tensión aplicada y de la tensión residual. Esto significa que si la tensión residual es desconocida, la tensión de servicio es como consecuencia también desconocida con el consiguiente riesgo. Este desconocimiento de la tensión de servicio es especialmente importante cuando estamos tratando con componentes y estructuras de altoriesgo, responsabilidad o valor económico.
Las tensiones residuales nos interesa conocerlas fundamentalmente por su influencia en los fenómenos de rotura frágil, corrosión bajo tensión y fatiga.
Las tensiones residuales son siempre un perfil, es decir, no puede ocurrir que en todas las secciones de un material tengamos solamente tensiones residuales de compresión, o únicamente tensiones residuales detracción. Esto no puede ocurrir debido a que las tensiones residuales son auto equilibradas para que haya un equilibrio mecánico. Por lo tanto el hecho de que las tensiones residuales sean un perfil significa que si en un punto del material tengo tensiones residuales de compresión, en otro punto del material tendré inevitablemente tensiones residuales de tracción.
Las tensiones residuales detracción en la superficie de un material o estructura son por lo general indeseables debido a que reducen la resistencia a la fatiga y a la fractura de la misma. Esto se debe a que la superficie con tensiones residuales de tracción no puede soportar tensiones adicionales producidas por fuerzas externas, tan grandes como los soportados por una superficie sin tensiones residuales. Esta reducción de laresistencia es característica particularmente de los materiales frágiles o menos dúctiles, en los que la fractura ocurre con poca o ninguna deformación plástica precediendo a la fractura. Las tensiones residuales de tracción también pueden llevar, después de un periodo, al agrietamiento por tensión o agrietamiento por corrosión bajo tensión. En cambio, las tensiones residuales de compresión sobre unasuperficie generalmente son deseables. De hecho para aumentar la vida a la fatiga de los componentes, se pueden aplicar tensiones residuales de compresión a las superficies mediante técnicas como el granallado, el shoot peening, etc.
Shoot Peening: Proceso de trabajo en frio donde la superficie de un componente es bombardeada por pequeñas esferas ocasionando una indentación.
Debajo de la...