Modos De Falla En Componentes Estructurales

Modos de Falla en Componentes Estructurales

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1. MODOS DE FALLA ESTRUCTURALES

EN

COMPONENTES

1.1 ¿Qué entendemos por falla en un componente estructural?
Definimos como elemento estructural a cualquier elemento o componente cuya función esencial sea la transmisión de esfuerzos mecánicos o la retención de fluidos a presión. Esta definición es muy general e incluye por ejemplodesde una biela en un motor de combustión interna hasta una tubería de presión para conducción de fluidos a larga distancia. Es necesario tener en cuenta que si bien la función primaria de un elemento estructural es la transmisión de esfuerzos o la retención de presión, existirán en general requerimientos adicionales que el elemento deberá satisfacer. Por ejemplo, el elemento puede tener que cumplirsu función en un ambiente químicamente agresivo o a alta temperatura, bajo condiciones de desgaste abrasivo o bajo flujo neutrónico, etc. Estos requerimientos limitan en general el rango de materiales que será posible emplear para cumplir la función estructural primaria. Definiremos como falla de un elemento estructural a cualquier situación que impida que el elemento cumpla su función detransmisión de esfuerzos o de retención de presión como se encuentra previsto en el diseño del elemento es decir la falla se produce cuando el elemento se torna incapaz de resistir los esfuerzos previstos en el diseño. Esta definición es muy general e implica por lo tanto situaciones muy diversas. Por ejemplo, la presencia de defectos en una soldadura de un tubería que impide que la misma opere a la presiónde diseño, constituye una condición de falla. Un álabe de una turbina falla si el álabe se rompe o se deforma excesivamente. Es interesante e ilustrativo observar que la estadística mundial de grandes fallas en servicio que se muestra en la Tabla 1.1 nos dice que mas del 60% de las mismas corresponden a sistemas de tuberías, tanques y reactores. Obviamente una de las razones de esta elevadaproporción es que estos componentes son los más comúnmente empleados en las industrias de proceso, pero una segunda razón la constituye el hecho de que estos elementos comparten el atributo de representar contenedores de presión. Ahora bien, una característica de todo recipiente o contenedor de presión es que el mismo se encuentra sometido a un estado esencialmente uniforme de tensiones. En otraspalabras, las tensiones varían poco de un punto a otro del elemento. Esto implica que si en un punto del elemento se inicia una rotura, la misma tenderá a propagarse a lo largo del componente siendo muy baja la probabilidad que se den las condiciones para una interrupción de esta propagación. A esta circunstancia, se suma el hecho que en general los contenedores de presión son de geometría simple quepermite un cálculo preciso de las tensiones actuantes, lo que reduce la incertidumbre en el dimensionamiento de las secciones resistentes. Esto permite emplear mayores tensiones de diseño que en otros elementos estructurales donde el conocimiento de las tensiones actuantes es menos preciso.

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Modos de Falla en Componentes Estructurales

Tabla 1.1 Estadística mundial de fallas en equiposconducentes a grandes pérdidas (D. Mahoney 1992) Por otra parte, mientras muchos componentes estructurales presentan elementos redundantes que hacen que la falla de uno de ellos no implique necesariamente el colapso del componente, los contenedores de presión constituyen elementos críticos sin redundancia lo que hace que una rotura se convierta con alta probabilidad en una falla catastrófica.1.2 Descripción de los modos de falla.
Llamamos modo de falla al fenómeno o mecanismo responsable del evento o condición de falla. En este sentido, los modo de falla que en general pueden afectar a un componente estructural, son: • • • • • • • • Inestabilidad elástica (pandeo local o generalizado) Excesiva deformación elástica Excesiva deformación plástica (fluencia generalizada) Inestabilidad...