Esfuerzos Residuales 1a6p5w

Esfuerzos residuales Los esfuerzos residuales son esfuerzos que quedan en el miembro después que este fue formado. Estos esfuerzos son el resultado de deformaciones plásticas, las cuales en acero estructural pueden ser el resultado de diversas situaciones: 1. 2. 3. 4.

El enfriamiento irregular después que se formaron las secciones El doblado en frio Abertura de huecos y operaciones de corte durante la fabricación Soldaduras

Bajo circunstancias normales los esfuerzos resultantes del enfriamiento irregular y de soldaduras son los más importantes. En realidad los esfuerzos residuales debido a soldadura no son mas que el resultado de un enfriamiento irregular. El mecanismo de esfuerzos residuales debido a enfriamiento irregular se trata en el Welding Handbook (2.22 Cap.7) y los efectos de los esfuerzos residuales en elementos estructurales en compresión se los encontramos en Guide to Stability Design Criteria for metal structures(6.8, Pag. 33-45) Preparado por el consejo de investigación de estabilidad estructural. Nos estaremos refiriendo a la segunda publicación como SSRC Guide. En secciones I o wide-flange, después del rolado, las alas, siendo la parte mas gruesa, se enfrían mas lentamente que el alma. Además de esto las puntas de las alas tienen mayor exposición al medio, se enfrían más rápido que la junta del ala con el alma. Consecuentemente, existen esfuerzos en compresión en las puntas de las alas y en el centro del alma (que son las regiones que se enfrían mas rápido), mientras que en la región donde se une el alma con el ala existen esfuerzos en tensión. En la figura 6.5.1 encontraremos la distribución de esfuerzos en una figa rolada. El patrón de esfuerzos será el mismo para estas secciones, pero el patrón variará considerablemente en magnitud dependiendo del tamaño de la sección. En este punto te preguntaras si las ecuaciones discutidas en la sección de procedimientos para compresión todavía son aplicables. La teoría es aplicable pero todas las fibras en la sección cruzada no pueden se les puede considerar un esfuerzo al mismo nivel bajo la aplicación de cargas de compresión. El modulo tangente Et en una fibra no será el mismo que el de la fibra consecuente. En una sección de acero rolado la influencia de los esfuerzos residuales en la curva esfuerzodeformación se muestra en la figura 6.5.2, utilizando un esfuerzo en el área gruesa como la ordenada. Cabe a destacar que el esfuerzo residual en un material elástico-plástico como el acero produce el mismo efecto que el que se obtiene de un material como el aluminio, el cual no es perfectamente elástico, cuando no contiene esfuerzos residuales. Además, asumiendo que el concepto de modulo de tangente se aplica, la resistencia de la columna pasa a comportarse de manera inelástica porque la curva de esfuerzo-deformación se vuelve no linear a medida que esta llega a su máxima capacidad.

Aunque anteriormente se creía que una porción no linear de la curva esfuerzo-deformación promedio para con cargas de compresión axiales se debía únicamente a la curva original y a una excentricidad accidental, Humber y Beedle comprobaron que los esfuerzos residuales es la causa primaria y que los otros factores tienen un efecto relativamente menor. Los esfuerzos residuales en las puntas de las alas, en secciones roladas, se han registrado hasta de 20 ksi (138MPa), lo que representa un porcentaje alto para el esfuerzo mínimo de cedencia de un acero A36. Los esfuerzos residuales son, por lo general, independientes a los esfuerzos de cedencia, ya que estos dependen del ancho de la sección y la configuración que presente la misma. Soldar una sección produce esfuerzos residuales incluso mayores que el enfriado irregular en una sección rolada. Los platos en general tienen pequeños esfuerzos residuales debido a que estos se enfrían muy uniformemente después del rolado. Sin embargo, después de que se le aplica calor para hacer las soldaduras, se da un enfriamiento irregular y la resistencia a la deformación causa grandes esfuerzos residuales. La figura 6.5.3 muestra un esfuerzo residual típico en vigas H soldadas y secciones en forma de cajón. Cabe destacar que los esfuerzos residuales de compresión ocurren generalmente en las puntas de las vigas I, y son mayores en las secciones soldadas que en las roladas. Por lo tanto la resistencia de una columna soldada será menor que la de una rolada. Por otra parte, una sección de cajón presenta esfuerzos de tensión en las esquinas, lo que contribuye a la rigidez de la sección, por lo que una sección de cajón soldada será más resistente que una sección rolada. Sherman (6.14,6.15) estudio los esfuerzos residuales en secciones roladas tubulares. Teniendo en cuenta que los esfuerzos residuales existen, esta información se debe tener en cuenta para conseguir una curva de resistencia para las columnas (esfuerzos promedios vs grados de deformación) que formen las bases para un diseño. Hasta los principios de los 50, el diseño de las columnas era basado en varias formulas, de las cuales todas se basaban en pruebas empíricas. Indicando claramente que el modulo de tangente era un criterio adecuado para la resistencia e identificando el rol de los esfuerzos residuales, Column Research Council (ahora Structural Stability Research Council 6.8) hiso una contribución significativa.