MODULO FUNDAMENTOS DE MECÁNICA DE LA FRACTURA

1. U.A.G.R.M.
FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA
UNIDAD DE POSTGRADO
MAESTRIA en INGENIERIA DE ESTRUCTURAS
MENCION ESTRUCTURAS DE ACERO 1° Versión
MODULO:
FUNDAMENTOS DE MECANICA DE LA FRACTURA
Docente: M.Sc. Ing. Jimmy Villca Sainz
Abril – 2017
Santa cruz – Bolivia

2. CONTENIDO
Capitulo 1 - INTRODUCCIÓN A LA MECANICA DE FRACTURA
Capitulo 2 - MECANICA DE FRACTURA LINEAL-ELASTICA
Capitulo 3- EL CRITERIO DE ENERGIA Y LA TENACIDAD A LA
FRACTURA
Capitulo 4 - MECANICA DE FRACTURA ELASTOPLASTICA
Capitulo 5- RESISTENCIAA LA FRACTURA
Capitulo 6- PREDICCION DE VIDA Y ANALISIS DE INTEGRIDAD
Capitulo 7- PRESENTACION DE TRABAJO FINAL DEL MODULO
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3. CAPITULO 1 INTRODUCCIÓN A LA MECANICA DE FRACTURA
1.1.- LA HISTORIA DE LA MECÁNICA DE FRACTURA
 Los primeros experimentos en Fractura se deben a Leonardo da Vinci -
1942midió
 Midió la resistencia de alambres de hierro
 Un alambre más largo correspondía a un mayor volumen de material y una
mayor probabilidad de encontrar una zona defectuosa
 Mecánica de Fractura también se debe a un grupo de investigadores del
Laboratorio de Investigación Naval de Washington D.C. que estudiaron el
problema de la fractura en detalle -1950
 Griffith estableció la conexión entre la fractura y el tamaño de los
defectos en su primer trabajo publicado en el año 1920
 “Aplicando el análisis de tensiones a un agujero elíptico”
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5. 1.2.-CAMPO DE APLICACION
La mecánica de la fractura es el estudio del comportamiento mecánico de los
materiales agrietados Sometido a una carga aplicada
Es la separación de un sólido bajo tensión en dos o más piezas
En particular el uso de componentes metálicos en puentes, edificios, barcos y
Aviones etc.
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6. EL NACIMIENTO DE LA FRACTURA MECÁNICA
Fractura de solidos en Barcos
Buque de la Libertad -1942
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7. Fractura de solidos en Aviones
Siempre ha sido acompañado del riesgo de fractura, perdida de
materiales, económicas y humanas
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8. Fractura de solidos en Edificios

9. Máquinas de ensayos dinámicos que permiten la creación de una fisura o grieta inicial por
fatiga del material (pre-cracking) mediante la aplicación de ciclos de carga sobre probetas
normalizada (ISO 12135, ASTM E399, ISO 12135, ASTM E399)
La Mecánica de Fractura es la disciplina que
provee las bases y la metodología para el diseño
y evaluación de componentes agrietados a fin de
determinar si la grieta es peligrosa y para diseñar
una estructura resistente
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10. 1.3.-MECANICA DE SOLIDOS
(Mecánica del medio Continuo)
La mecánica de solidos se refiere al estudio de las fuerzas que actúan en un
cuerpo y las reacciones que se producen como resultado de esta acción
Componentes del Esfuerzo en un Elemento Unitario de Volumen
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11. Al aplicar un carga a un sólido, al retirar la carga el cuerpo recupera su forma y
dimensiones originales , a este comportamiento se le denomina elasticidad
Cuando el esfuerzo producido por la carga rebasa un valor límite, el cambio
de forma se vuelve permanente y se denomina Plasticidad
Finalmente cuando el material no puede continuar deformándose más sobreviene
la Rotura
Comportamiento Típico de Esfuerzo contra Deformación
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12. MECANICA CONTINUO CLASICA, CRITERIO TENSOINAL
a) Tensión
b) Deformación
c) Ecuaciones Matemáticas del Problema Tensión – Deformación
d) Ley de Materiales, con Criterios de Rotura / Plasticidad f(σ,ε,
variantes)
Ventajas:
 Método usual de análisis en Ingeniería Estructural
 Permite obtener σ, ε en todo punto, máximas resistencias, Factores de Seg,
deformabilidad, etc.
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13. 1.4.-TIPOS DE FRACTURA
Desde el punto de vista del Comportamiento de los Materiales
se reconoce dos tipos de Fractura
a) Fractura Frágil: grieta “inestable”
Cuando la deformación de la mayor parte del cuerpo es Elástica, de
manera que después de la fractura, los fragmentos de pieza pueden
volver a juntarse
Súbita y catastrófica, sin síntoma,
por propagación rápida y espontánea de la grieta.
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14. El problema de la fractura frágil se hizo particularmente notable como
consecuencia de los fallos en la construcción de buques durante la
Segunda Guerra Mundial
Fractura de la chapa del ala
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15. b) Fractura Frágil: grieta “estable”
Es la fracture que ocurre después de un apreciable deformación
plástica del cuerpo
Deformación plástica es síntoma de fractura,
se pueden tomar medidas
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16. 1.5.-DISEÑO DE COMPONENTES MECANICOS
En el diseño tradicional se busca generalmente prevenir la deformación
plástica
Como la Fractura es un etapa posterior a la deformación plástica, se
supone que un diseño a deformación automáticamente es un diseño
contra Fractura
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17. En el Análisis de Esfuerzo de Ingeniería normalmente es realizado
considerando que el material es un continuo; esto es que no existen
huecos, grietas ni defectos en el material
Por lo tanto los esfuerzos generados por las cargas externas existen en
toda el área de la sección
Este Tipo de Análisis es conocido como Mecánica del medio Continuo
1.-Geometria de la Pieza o Estructura
2.-Analisis de Cargas
3.-Cálculo de Esfuerzos
4.-Cálculo de los Desplazamientos y
Deformaciones
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18. 1.6.-EFECTO DE LAS GRIETAS EN EL COMPORTAMIENTO MECANICO
 Reducción de la Capacidad de Soportar Carga
 Desempeño Inadecuado
 Reducción en la Vida Útil
Como la Grieta es un discontinuidad en el cuerpo, la mecánica del medio
continuo no es aplicable, para el análisis de un cuerpo agrietado y por
ello se Desarrollo la Mecánica de Fractura
Objetivos
 Determinar la Resistencia Mecánica de un Cuerpo Agrietado
“Resistencia Residual”
 La predicción de la rapidez de la propagación de la Grietas
 Poder establecer si un componente estructural que contiene grietas
puede seguir trabajando bajo condiciones de carga normales y
durante cuanto Tiempo
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20. 1.7.-GENERALIDADES DE LA MECANICA DE FRACTURAS
Metodología de Análisis de Fractura: De acuerdo con la extensión de
la Deformación Plástica, las categorías de fractura son:
Fractura Lineal- Elástica: Cuando la extensión de la zona plástica esta
confinada a una pequeña región frente a la punta de la grieta y la
deformación
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21. Fractura - Elástoplastica: La zona plástica se extiende en el total
remanente del ancho de la pieza
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22. Colapso Plástico: La fractura es precedida de deformación plastica
generalizada
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23. PROGRAMA PARA LA SIMULACION
DE SOLIDOS
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