1. UNIDAD IV
4.2 TIPOS DE FACTORES MECÁNICAS EN LOS MATERIALES
4.2.1 Fractura Dúctil
Los mecanismos de fractura suelen clasificarse en frágiles o dúctiles según la
deformación plástica que acompaña a la rotura: una gran cantidad de deformación
plástica suele estar asociada con la fractura dúctil, mientras que lo opuesto es
sinónimo de fractura frágil. En el caso de los metales la fractura ocurre
comúnmente por uno de los siguientes mecanismos:
a) Fractura dúctil
b) Descohesión transgranular (clivaje)
c) Fractura intergranular
En la figura 4.2 se muestran de forma esquemática estos mecanismos. En todos
los casos, el proceso de fractura puede ser dividido en varias etapas: nucleación
de microfisuras o de cavidades, crecimiento a nivel microestructural de las
cavidades o de las microfisuras, coalescencia y localización de la deformación, y
crecimiento de las microfisuras hasta la rotura final.

2. Fig. 4.2 Principales mecanismos de fractura de los metales:
a) Fractura dúctil. b) Clivaje. c) Fractura intergranular
Los mecanismos implícitos a la rotura frágil serán descritos y analizados en detalle
a continuación, en el apartado 4.2
4.2.2 Fractura Frágil
Existe un gran número de materiales que a temperaturas altas o velocidades de
deformación pequeñas se deforman plástica o visco-plásticamente, pero que a
bajas temperaturas o velocidades de deformación elevadas muestran fractura
frágil. Este comportamiento es exhibido por metales con estructura cristalina BCC,
polímeros en estado vítreo, vidrios y sales iónicas. En el caso de los metales BCC,
por ejemplo, se encuentra que el límite elástico aumenta rápidamente al disminuir
la temperatura, lo cual coincide con una transición en la fractura de dúctil a frágil.
Este comportamiento suele ser descrito de forma tradicional por medio de la
variación de la energía absorbida en el ensayo de resiliencia (Fig. 4.2). Para
temperaturas superiores a la temperatura de transición, TR, la rotura se produce
fundamentalmente por coalescencia de cavidades y la energía absorbida es
elevada. Por el contrario, a temperaturas inferiores a TR, la fractura viene dada
por un mecanismo frágil (descohesión transgranular, usualmente denominado
clivaje, o bien fractura intergranular) y la energía absorbida es pequeña.

3. Fig. 4.2 Energía de fractura por impacto para un acero al carbono.
4.2.3 Análisis de Fallas Estructurales
A los efectos de la mecánica de materiales, usaremos una definición funcional de
falla (Muchos autores prefieren hablar de estado limite). Falla es una condición no
deseada que hace que el elemento estructural no desempeñe una función para la
cual existe. Una falla no necesariamente produce colapso o catástrofe.
• Mecanismo de falla, es el proceso o secuencia que ocurre en el elemento
estructural cuando falla. Puede haber un mecanismo de falla o varios que se
acoplan. Ejemplos: mecanismo de pandeo, mecanismo de fractura.
• Modo de falla, es la configuración (geométrica) que adopta el elemento
estructural cuando falla. Ejemplos: Modo II de fractura, modo local de pandeo.
• Parámetro crítico, es un indicador asociado a la falla. Se usan indicadores,
como tensión, deformación, desplazamiento, carga, número de ciclos de carga,
energía, etc. Ejemplo: carga critica de pandeo, número de ciclos de fatiga.

4. • Criterios de falla, permiten predecir el modo de falla. Ejemplos: criterio de
plasticidad de von Mises, criterio energético de estabilidad. La falla de un objeto
estructural puede significar la falla del sistema al que pertenece. Ejemplo: La falla
de una tubería que pertenece al circuito primario de refrigeración de una central
nuclear puede detener la central, hacerla fallar. Importancia de contar con
redundancia en el desempeño de funciones.
Metodología de trabajo para tratar fallas:
¿Cuáles son las funciones a preservar?
¿Cuáles son las fallas funcionales?
¿Cuáles son los modos de falla?
¿Cuáles son los efectos de esos modos?
¿Cuáles son las consecuencias de los efectos?
¿Cuáles son las tareas que hay que aplicar para minimizar las consecuencias?
¿Cuáles son las frecuencias de esas tareas?
4.2.4 Modos de Falla Frecuentes en Elementos Estructurales
Los modos de falla más frecuentes son plasticidad, fractura, fatiga, desplazamientos,
creep y corrosión.
� Manifestación: mecanismos, grandes deformaciones son posibles.
� Origen: estructura microscópica (i.e. deslizamiento de cristales).
� Plasticidad local >>> redistribución de tensiones a zonas con menores tensiones. Materiales
dúctiles, capaces de desarrollar deformaciones grandes.
�Propagación de plasticidad: Fluencia de una parte considerable del objeto estructural.
� Caracterización: Límite de fluencia, superficies de fluencia, strain hardening.
� Factores que influyen: Procesos de carga/descarga, ritmo de carga, estados multiaxiales,
temperaturas altas.
� Modelos: constitutivas no lineales, cinemáticas lineales.
Falla de una probeta por plasticidad.

5. Fractura
� Manifestación: Se rompe el material antes de tener deformaciones grandes.
� Origen: Defectos locales en el material a nivel microestructural.
� Fractura repentina en materiales “frágiles”: rocas, fundición, etc.
� Fractura de materiales "dúctiles" con defectos (fisuras, concentración de
tensiones, ranuras, etc.). En materiales dúctiles puede haber rotura frágil.
� Propagación de fisuras: extensión de una fisura de manera continuada.
Inestabilidad de fisuras.
� Modo de falla: Iniciación de superficies interiores. Separación de la estructura en
partes.
� Factores que influyen: bajas temperaturas, cargas dinámicas, habilidad del
material para absorber energía.
� Caracterización: Resistencia a fractura (fracture toughness), longitud critica.
� Modelos: deformaciones plásticas pequeñas.
Falla de un barco por fractura. Grietas en una construcción antigua.

6. Fatiga
� Manifestación: Fractura progresiva.
� Causa: Estados tensionales repetidos o cíclicos.
� Falla sin aviso previo visual.
� Factores que influyen: concentración de tensiones, cambios abruptos de
sección, fisuras, etc.
� Caracterización: Número de ciclos límite, resistencia a la fatiga.
Falla por fatiga de un eje.
Creep
� Manifestación: Desplazamientos diferidos en el tiempo.
� Origen: en metales y cerámicos ocurre una difusión de vacancias, con cambio
de forma en los granos. Deslizamiento de granos, formación de cavidades a lo
largo de los bordes de granos.
� Causa: tensiones actuando durante tiempos largos.
� Factores que influyen: temperaturas, Problemas de material.
Falla por creep de una construcción histórica

7. Desplazamientos instantáneos
� Origen: esbeltez del objeto estructural.
� Modo 1: Desplazamientos grandes con equilibrio estable.
� Modo 2: Pandeo (equilibrio inestable), falla en la forma estructural. No se
consideran aquí fallas por modos de pandeo, que están dominados por la
geometría y no por el material. Esas fallas se tratan en un curso especial.
� Modo 3: Vibraciones. Consecuencias: ruido, golpes entre partes que se
mueven, grandes desplazamientos transitorios.
� Modelos: constitutivas elásticas, cinemáticas no lineales
� Reducción de desplazamientos: modificación de la forma, redimensionar
secciones. No influye tanto cambiar el material.
� Factores que influyen: relaciones geométricas.
� Consecuencias: problemas operativos, colapso, inseguridad del usuario.
Grandes desplazamientos (estables) en una Falla de un tanque por pandeo.
placa de un compuesto cementicio flexible.
Corrosión
� Manifestación: Pérdida de material en el espesor de un elemento. Reducción de
dimensiones de una sección.
� Origen: acción química o ambiental.
� Factores que influyen: agresividad del medio.

8. ALUMNO:JONATHAN JAHIR HERNÁNDEZ HERNÁNDEZ
GRUPO: MI08-A
MATERIA: ENSAYOS DESTRUCTIVOS
ACTIVIDAD # 2
3 er. PARCIAL
CARRERA: ING. EN MANTENIMIENTO INDUSTRIAL
Cd, Santa Catarina N.L. a marzo de 2012