ApuntesFRACTURA

TEMA VI: FRACTURA

6.1 Introducción. Ductilidad y fragilidad.
Bloque I: FRACTURA FRÁGIL
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6

Resistencia a fractura teórica.
Defectos, concentradores de tensiones.
Naturaleza estadística de la fractura frágil.
Teoría de Griffith.
Propagación de fisuras. Mecánica de la Fractura de Irwin.
Bloque II: FRACTURA NO LINEAL

6.7 No linealidad en punta de fisura. Modelo de Barenblatt.
6.8Disipación de energía. Tenacidad y mecanismos de refuerzo.
6.9 Ensayos para la medida de la tenacidad a fractura
6.10 Fatiga.

6.1 INTRODUCCIÓN. DUCTILIDAD Y FRAGILIDAD
Al estudiar la curva tensión-deformación en un ensayo uniaxial describimos como en la respuesta
mecánica de un material pueden distinguirse tres regímenes: régimen elástico, régimen plástico y
finalmente la fractura. La importanciade este último régimen mecánico es evidente: la fractura supone el
final, o al menos el principio del fin, de la vida útil de una pieza. Entender el origen de este fenómeno es
de vital importancia para el diseño de todo tipo de estructuras en ingeniería. Cualquier fallo en el diseño
de una pieza por no tener en cuenta las propiedades de fractura del material puede ser catastrófico (en la
figurase muestra el barco “Liberty” que se hundió en puerto por una mala elección de las propiedades del
acero del casco). Además, las pérdidas anuales por fractura de piezas y estructuras industriales son
millonarios, lo que explica el extraordinario interés de estudiar este fenómeno para intentar minimizar
estos fallos.

6.1.1 Ductilidad y fragilidad.
Conviene recordar el concepto de ductilidad quedefiniéramos al estudiar las curvas tensión
deformación. La ductilidad de un material se define como la cantidad de deformación plástica máxima
que es capaz soportar un material antes de romper. Los parámetros principales utilizados para medir la
ductilidad son la deformación a fractura f o la reducción de área a fractura Af /A0. Esta magnitud, la
ductilidad, determina el tipo de fractura que seproduce en el material: fractura frágil o fractura dúctil. Las
principales características de estos dos tipos de fractura se resumen en la siguiente tabla:

Fractura frágil

Fractura dúctil

Apenas hay estricción

Estricción apreciable

Las superficies de fractura son
macroscópicamente planas. La fractura se
produce a un ángulo de 90º con la carga aplicada y
es originada por tensiones normales

Lafractura adopta la forma típica copa-cono. Por
tanto, la fractura se produce formando un ángulo de
45º con la carga aplicada y se origina por tensiones
de cizalladura.

Las superficies de fractura son microscópicamente
lisas en monocristales (clivaje) o amorfos y
estriadas en policristales

Microscópicamente se observa la formación de
microcavidades en la superficie de fractura
(fractura pordesgarro)

Apenas se produce deformación plástica entorno a
la grieta

Deformación plástica apreciable entorno a la grieta

Todos los materiales pueden presentar uno u otro tipo de comportamiento a fractura (frágil o dúctil)
dependiendo de la temperatura. Existe para todos ellos una temperatura de transición frágil-dúctil, de
forma que si la temperatura es mayor que dicha temperatura crítica, elcomportamiento es dúctil, y si es
menor, frágil. Esto es lo que le ocurrió al acero del “Liberty”, que al botarlo al agua se enfrió por debajo
de su temperatura de transición y se agrietó el casco.
Además de la clasificación anterior, la fractura en policristales puede clasificarse en intergranular o
transgranular, según la ruta de propagación de la fisura sea a través de las fronteras de grano oatravesando (rompiendo) los propios granos.

BLOQUE I: FRACTURA FRÁGIL
De los dos tipos principales de fractura que acabamos de describir, estudiaremos en primer lugar la
fractura frágil por ser más simple de analizar ya que en ese caso el material se comporta elásticamente
hasta la fractura (por ello, a la fractura frágil también se le denomina fractura elástica), por lo que
podemos hacer uso de la...