Tipos de Fractura

Fractura Dúctil

Existe deformación plástica antes de que ocurra la fractura. El material supera el límite elástico y se deforma plásticamente. Se produce una estricción de forma que la sección resistente disminuye y se rompe. La estricción hace que se formen pequeños vacíos en el interior del material, coalesciendo unos con otros hasta provocar la rotura. En caso de tener que producirse una rotura, esta es deseable, ya que debido a la deformación avisa y se pueden tomar medidas preventivas.

Fractura Frágil

El material supera el límite elástico y rompe casi instantáneamente sin deformación previa debido al rápido crecimiento de una grieta. También se denomina fractura por clivaje. La grieta empieza formándose en una zona frágil y continúa a través del material rompiendo las fronteras de grano de este. Cuanto mayor sean los granos, más fácil es que se produzca esta fractura. Esta rotura se produce siempre en el caso de las aleaciones frágiles y en las dúctiles cuando estas trabajan por debajo de su temperatura de transición o se encuentran bajo tensiones triaxiales. También influye el espesor de las piezas y la velocidad de la carga.

Fractura por Desgarre

Se produce debido a una debilidad del material en el sentido del espesor cuando este trabaja en el sentido perpendicular al de laminación por la presencia de impurezas en el interior de este o bien si este material no está preparado para soportar esta presión en esta dirección.

Mejorando el diseño de la unión podemos reducir el riesgo de esta rotura. Existen chapas especialmente diseñadas para trabajar en el sentido del espesor.

Fractura por Fatiga

Se produce cuando un material trabaja bajo cargas cíclicas, incluso cuando estas sean inferiores al límite elástico del material. Debido a estas cargas cíclicas, se formaría una grieta que iría creciendo hasta producir la fractura catastrófica. Para que se produzca esta grieta es necesario que exista en el material algún concentrador de tensión, bien geométrico o bien estructural, que daría lugar a una deformación plástica, que debido al número de ciclos daría lugar a la grieta causante de la rotura final.

Tipos de Uniones Viga-Pilar

Unión sin Cartelas de una Viga Secundaria a una Viga Principal

Unión habitual en el entramado de pisos. Se pretende que haya continuidad de esfuerzos entre las vigas a través de la unión.

Consiste en soldar la viga secundaria por todo su contorno de contacto a la viga principal.

Unión con Cartelas de una Viga a un Pilar

Es una unión viga-pilar en donde las diferentes dimensiones de las piezas hacen complicado una soldadura de la viga secundaria por todo su contorno. Por eso se recurre a cartelas.

Unión de una Viga en T a un Plano Frontal con una Cartela Lateral

Consiste en una viga en T simple a un plano frontal al que le transmite diferentes tipos de esfuerzos.

Uniones Flexibles Viga-Pilar

Unión Mediante Soldadura Directa del Alma de la Viga

Unión sencilla que no requiere de elementos auxiliares, pero puede presentar problemas a la hora de la ejecución, debido a la tolerancia que se requiere en las separaciones viga-pilar para realizar los cordones. Estas separaciones nunca deben superar los 5 mm. En estas uniones se debe limitar la longitud de los cordones para que la unión trabaje de modo flexible, entre ½ y 1/3 el alma útil de la viga.

Unión Mediante Casquillos de Angular Soldados al Alma

Unión muy utilizada cuando se desea una conexión flexible viga-pilar, debido a la facilidad de ejecución. Consiste en soldar un ala de cada angular al alma de la viga y el otro ala del angular al ala del pilar. Se considera flexible debido a la deformación plástica de los angulares. Estos no deben superar en ningún caso los 12 mm de espesor para garantizar un comportamiento flexible.

Apoyo sobre Casquillo no Rigidizado

En estos casos las vigas se apoyan en angulares que normalmente vienen soldados del taller. Solo es necesario disponer de sujeciones laterales para que la viga pierda el apoyo accidentalmente. Debido a la flexibilidad del angular, esta no es una unión adecuada cuando existe un elevado esfuerzo cortante.

Apoyo sobre Casquillo Rigidizado

Es una unión adecuada cuando las reacciones a transmitir son elevadas o cuando la viga y el soporte no se encuentren en el mismo plano. Al igual que en el caso anterior, son necesarias sujeciones laterales para evitar que la viga pierda el apoyo.

Unión Rígida Viga-Pilar

Es posiblemente la más común en la edificación de estructuras de acero. Se puede soldar el alma de la viga directamente al pilar o bien utilizar chapas frontales soldadas en taller a las vigas y que luego se irán atornilladas al pilar en obra.

Tipos de Uniones Soldadas para el Cálculo

  • Uniones a tope de penetración total.
  • Uniones a tope, u otras, de penetración parcial.
  • Uniones mediante cordones en ángulo.

Uniones Soldadas a Tope

Son de penetración total siempre que la fusión entre el material de base y el de aportación se produzca en todo el espesor. Si no es así serían de penetración parcial.

Para lograr una soldadura de calidad se recurre normalmente a la preparación de bordes.

Pueden ser unión de piezas a tope en prolongación o uniones en T.

En las soldaduras a tope se consigue la mejor transmisión de esfuerzos, sin distorsiones y concentraciones de tensión importantes. Las dimensiones resistentes de la unión coinciden habitualmente con la de la pieza menos resistente. Es por ello que este tipo de uniones no necesitan ser calculadas cuando están solicitadas por acciones estáticas, siempre y cuando se cumplan las siguientes condiciones:

  • Se cumplen las normas de ejecución (preparación de bordes, orden de ejecución, etc…).
  • El cordón es homogéneo y de penetración completa en toda su longitud, añadiendo chapas de entrada y salida si fuese necesario.
  • La raíz será saneada. En caso de inaccesibilidad se deberá añadir una chapa de respaldo para realizar la soldadura.
  • En caso de unir piezas de diferentes espesores, la transición de una a otra deberá ser suave y nunca superando una pendiente del 25 %.
  • El sobreespesor del cordón no será de más del 10 % de la pieza más delgada.
  • La forma del cordón será adecuada.
  • Se evitarán diseños en los que puedan producirse desgarre laminar.

Uniones a Tope de Penetración Parcial

Estas uniones se calcularán como los cordones en ángulo. El espesor de la garganta será la profundidad de penetración que se consiga de forma estable, calculada mediante ensayos.

Las uniones a tope en T se comprobarán como soldaduras a tope con penetración total si la penetración afecta a todo el espesor, sino se calcularán como soldaduras en ángulo.

Soldaduras en Ángulo

Se utilizan para obtener uniones en ángulo interior, exterior o a solape. En este tipo de uniones hay importantes distorsiones en la transmisión de esfuerzos. Es por ello que deberán ser calculadas aun siendo en condiciones de fuerzas estáticas.

Tipos de Uniones Atendiendo a la Geometría

De acuerdo a su geometría, las uniones se pueden clasificar en:

A Tope

Las piezas se disponen una en prolongación de otra. Se consigue la mejor transición de esfuerzos. Normalmente no se calculan ya que sus dimensiones coinciden con las de las piezas base.

En Ángulo

Como su nombre indica son cordones depositados en ángulos. Estos pueden ser interiores, exteriores o a solape. Son más fáciles de ejecutar que las uniones a tope. Es necesario calcular estas soldaduras (longitud y cuello) debido a la mala transmisión de esfuerzos de estas soldaduras.

Sobre Cantos

Solo se utilizan cuando la disposición de los materiales base así lo necesitan. Suele aplicarse sin metal de aporte y facilita la obtención de uniones a tope y en esquina.

Sobre Bordes Redondeados

Se dan en los perfiles tubulares, debido a que las esquinas suelen ser redondeadas. Son uniones de penetración parcial cuya resistencia depende del grado de penetración conseguido.

Tipos de Uniones Atendiendo a la Posición de las Piezas

A Tope

Las piezas se disponen una en prolongación de otra. Se consigue la mejor transición de esfuerzos. Normalmente no se calculan ya que sus dimensiones coinciden con las de las piezas base.

A Solape

Se coloca una encima de otra. No suelen utilizarse en soldaduras de responsabilidad debido a las grandes distorsiones en la transmisión de esfuerzos de estas soldaduras. Se utilizan en estructuras de celosía planas o en la soldadura de tubos abocardados.

En Botón o en Hojal

Es una variante de la soldadura a solape y se utiliza cuando no se puede soldar por el exterior por falta de espacio. Se hacen unos agujeros en una de las piezas y es aquí donde se van a depositar los cordones de soldadura.

En Ángulo Interior

Pueden ser sin penetración cuando son cordones en ángulo o de penetración completa cuando se preparan los bordes y la fusión afecta a todo el espesor. En este caso también se consideraría una soldadura a tope en T. La primera solo es efectiva en caso de tensiones cortantes en el plano de junta. En caso de esfuerzos de tracción, la parte sin fundir actuaría de entalla importante donde podría iniciarse una grieta.

En Ángulo Exterior o Esquina

Suelen ser soldaduras continuas de penetración total. Las distorsiones en la transmisión de esfuerzos las determina la geometría de la unión más que la forma de la soldadura.