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Édgar Espejo Mora. Análisis de fallas de estructuras y elementos mecánicos
Agradecimientos
PRÓLOGO
1. INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DE FALLAS
1.1 FALLAS Y SU CLASIFICACIÓN
1.2 MODO DE FALLA Y MECANISMO DE FALLA
1.3 FUENTES GENERALES DE LAS FALLAS
1.4 CAUSA RAÍZ DE FALLA
1.5 SOLICITACIÓN, RESISTENCIA Y FACTOR DE SEGURIDAD
1.6 PROBABILIDAD DE FALLA Y CONFIABILIDAD
1.7 ANÁLISIS COMPLEMENTARIOS A LOS DE FALLA
1.8 COSTOS, TIEMPO Y PERFIL DE LOS ANALISTAS DE FALLA
1.9 EL PAPEL DEL ANÁLISIS DE FALLA EN LA METÓDICA DEL DISEÑO
1.10 ÉTICA EN LOS ANÁLISIS DE FALLAS
1.11 ESTADÍSTICAS DE FALLAS
1.12 COMENTARIOS FINALES
1.13 LECTURAS RECOMENDADAS Y REFERENCIAS
2. FALLAS POR DEFORMACIÓN, FALLAS POR VIBRACIÓN Y ANÁLISIS DE DEFORMACIONES
2.1 CLASIFICACIÓN GENERAL DE LAS FALLAS POR DEFORMACIÓN
2.2 MODOS DE FALLA POR DEFORMACIÓN
2.2.1 Deflexión fuera de rango
2.2.2 Estado vibratorio fuera de rangos
2.2.3 Deformación plástica
2.2.4 Fluencia lenta o termofluencia
2.3 LECTURAS RECOMENDADAS Y REFERENCIAS
3. FALLAS POR FRACTURA Y FRACTOGRAFÍA
3.1 CLASIFICACIÓN GENERAL DE LAS FRACTURAS
3.2 MARCAS CARACTERÍSTICAS EN LAS SUPERFICIES DE FRACTURA
3.3 TEXTURA DE LAS SUPERFICIES DE FRACTURA
3.4 PARTICIPACIÓN DE LA DEFORMACIÓN PLÁSTICA
3.5 FRACTURAS SÚBITAS
3.5.1 Mecanismo de la fractura súbita frágil por clivaje
3.5.2 Mecanismo de la fractura súbita frágil intergranular
3.5.3 Fractografía de las fracturas súbitas frágiles
3.5.4 Mecanismo de fractura súbita dúctil por formación y coalescencia de microvacíos intragranulares
3.5.5 Fractografía de las fracturas súbitas dúctiles
3.5.6 Fractografía de las fracturas súbitas mixtas
3.6 FRACTURAS PROGRESIVAS POR FATIGA
3.6.1 Mecanismos de la fatiga en metales
3.6.2 Fractografía de las fracturas por fatiga en metales
3.7 FRACTURAS PROGRESIVAS POR FATIGA TÉRMICA
3.8 GENERALIDADES SOBRE LAS FRACTURAS ASISTIDAS POR EL AMBIENTE
3.9 FRACTURAS PROGRESIVAS POR CORROSIÓN ESFUERZO
3.9.1 Mecanismos del agrietamiento por corrosión esfuerzo en metales
3.9.2 Fractografía de las fracturas por corrosión esfuerzo en metales
3.10 FRACTURAS PROGRESIVAS POR CORROSIÓN FATIGA
3.10.1 Mecanismos del agrietamiento por corrosión fatiga en metales
3.10.2 Fractografía de las fracturas por corrosión fatiga en metales
3.11 FRACTURAS PROGRESIVAS POR CORROSIÓN FATIGA TÉRMICA
3.12 DAÑO POR HIDRÓGENO Y FRACTURAS POR HIDRÓGENO
3.12.1 Mecanismos de los agrietamientos debido al daño por hidrógeno
3.12.2 Fractografía de los agrietamientos debido al daño por hidrógeno
3.13 FRACTURAS O AGRIETAMIENTOS DEBIDO A FRAGILIZACIÓN POR CONTACTO CON METALES EN ESTADO SÓLIDO O LÍQUIDO
3.13.1 Mecanismos del agrietamiento debido a fragilización por contacto con metales en estado sólido o líquido
3.13.2 Fractografía de los agrietamientos debido a fragilización por contacto con metales en estado sólido o líquido
3.14 FRACTURAS O AGRIETAMIENTOS DEBIDO A FRAGILIZACIÓN DINÁMICA
3.14.1 Mecanismos del agrietamiento debido a la fragilización dinámica
3.14.2 Fractografía de los agrietamientos debido a la fragilización dinámica
3.15 AGRIETAMIENTOS Y FRACTURAS POR FLUENCIA LENTA O TERMOFLUENCIA
3.15.1 Mecanismos del agrietamiento debido a la termofluencia
3.15.2 Fractografía de los agrietamientos y fracturas por termofluencia
3.16 AGRIETAMIENTOS Y FRACTURAS POR FATIGA TERMOMECÁNICA
3.17 LECTURAS RECOMENDADAS Y REFERENCIAS
4. FALLAS POR DESGASTE Y DESGASTOGRAFÍA
4.1 CLASIFICACIÓN GENERAL DE LAS FALLAS POR DESGASTE EN METALES
4.2 MODOS DE FALLA POR DESGASTE EN METALES
4.2.1 Desgaste adhesivo
4.2.2 Desgaste abrasivo
4.2.3 Fatiga superficial
4.2.4 Cavitación
4.2.5 Ludimiento o vibrodesgaste
4.2.6 Desgaste por erosión
4.2.7 Erosión por descarga eléctrica
4.2.8 Sinergia erosión-corrosión
4.2.9 Vibrocorrosión
4.2.10 Fatiga por ludimiento o por vibrocorrosión
4.3 LECTURAS RECOMENDADAS Y REFERENCIAS
5. FALLAS POR CORROSIÓN Y ANÁLISIS DE PIEZAS CORROÍDAS
5.1 CLASIFICACIÓN GENERAL DE LAS FALLAS POR CORROSIÓN MEDIANTE INTERACCIÓN QUÍMICA EN METALES
5.2 FORMAS DE LA CORROSIÓN A NIVEL MICROSCÓPICO MEDIANTE LA INTERACCIÓN QUÍMICA EN METALES
5.2.1 Corrosión homogénea
5.2.2 Corrosión intergranular
5.2.3 Corrosión por agrietamiento
5.2.4 Corrosión por dealeado
5.2.5 Corrosión selectiva de fase
5.3 FORMAS DE LA CORROSIÓN A NIVEL MACROSCÓPICO MEDIANTE INTERACCIÓN QUÍMICA EN METALES
5.3.1 Corrosión uniforme o general
5.3.2 Corrosión por picadura
5.3.3 Corrosión por celdas de concentración
5.3.4 Corrosión por rendija
5.3.5 Corrosión bajo depósitos
5.3.6 Corrosión por tuberculación
5.3.7 Corrosión por par galvánico
5.3.8 Corrosión preferente en zonas soldadas
5.3.9 Sinergia corrosión desgaste
5.3.10 Sinergia corrosión fractura
5.4 LECTURAS RECOMENDADAS Y REFERENCIAS
6. DEFICIENCIAS DE MATERIAL Y PROCESO DE FABRICACIÓN
6.1 DISCONTINUIDAD, INHOMOGENEIDAD, ANISOTROPÍA Y DEFECTO
6.2 DEFICIENCIAS ASOCIADAS A PIEZAS FUNDIDAS
6.3 DEFICIENCIAS ASOCIADAS A PIEZAS DEFORMADAS PLÁSTICAMENTE
6.4 DEFICIENCIAS ASOCIADAS A PIEZAS MECANIZADAS O ELECTROEROSIONADAS
6.5 DEFICIENCIAS ASOCIADAS A PIEZAS TRATADAS TÉRMICAMENTE O CON TRATAMIENTO SUPERFICIAL TERMOQUÍMICO
6.6 DEFICIENCIAS ASOCIADAS CON PIEZAS SOLDADAS
6.7 EJEMPLOS DE FALLAS CON CAUSAS FÍSICAS EN DEFICIENCIAS DE MATERIAL O PROCESO DE FABRICACIÓN
6.8 LECTURAS RECOMENDADAS Y REFERENCIAS
7. METODOLOGÍA DEL ANÁLISIS DE FALLAS
7.1 ANÁLISIS DEL MECANISMO DE FALLA
7.1.1 Recopilación de antecedentes de la falla
7.1.2 Determinación de los modos de falla presentes
7.1.3 Análisis de material y proceso de manufactura
7.1.4 Determinación del mecanismo de falla
7.1.5 Elaboración de informe, conclusiones y recomendaciones
7.2 ANÁLISIS DE CAUSA RAÍZ
7.2.1 Recopilación de antecedentes de la fuente de falla identificada
7.2.2 Determinación de los modos de falla humanos u organizacionales
7.2.3 Verificación de ejecución de procedimientos
7.2.4 Determinación del mecanismo de falla humano u organizacional
7.2.5 Elaboración de informe, conclusiones y recomendaciones
7.3 ASPECTOS COMUNES ENTRE LOS ANÁLISIS DEL MECANISMO DE FALLA Y DE CAUSA RAÍZ
7.4 HERRAMIENTA DEL ÁRBOL DE FALLA
7.5 ANÁLISIS DE APTITUD PARA EL SERVICIO Y DE INGENIERÍA FORENSE
7.6 LECTURAS RECOMENDADAS Y REFERENCIAS
8. CASOS DE ANÁLISIS DE FALLAS
8.1 ANÁLISIS DE LA FALLA DE SISTEMAS DE TRANSMISIÓN TRASERA DE VEHÍCULOS DE PASAJEROS
8.1.1 Fractografías
8.1.2 Recopilación de antecedentes de falla
8.1.3 Discusión de resultados y concepto
8.1.4 Recomendación
8.1.5 Comentario sobre la causa raíz de falla
8.2 ANÁLISIS DE LA FALLA DE UN RIEL DE FERROCARRIL
8.2.1 Descripción de la falla
8.2.2 Fractografía
8.2.3 Composición química, dureza y metalografía
8.2.4 Discusión de resultados y concepto
8.2.5 Recomendaciones
8.3 ANÁLISIS DE LA FALLA POR FRACTURA DE UN ALAMBRE Y CONCEPTO FORENSE
8.3.1 Descripción de la falla
8.3.2 Fractografía
8.3.3 Recopilación de antecedentes de falla
8.3.4 Ensayos de metalografía y microdureza
8.3.5 Discusión de resultados y concepto
8.3.6 Recomendaciones
8.3.7 Concepto forense
8.4 ANÁLISIS DE LA FALLA POR CORROSIÓN DE UN TUBO ESTRUCTURAL
8.4.1 Inspección visual y análisis de la pieza corroída
8.4.2 Recopilación de antecedentes de falla
8.4.3 Discusión de resultados y concepto
8.4.4 Recomendación
8.5 ANÁLISIS DE LA FALLA POR FRACTURA DE UNA TUBERÍA DE DRENAJE
8.5.1 Descripción de la falla
8.5.2 Fractografía
8.5.3 Recopilación de antecedentes de falla
8.5.4 Ensayos de metalografía, dureza y composición química
8.5.5 Discusión de resultados y concepto
8.5.6 Recomendaciones
8.5.7 Comentario sobre la causa raíz de falla
8.6 ANÁLISIS DE LA FALLA POR AGRIETAMIENTO DE UNA TUBERÍA DE CALDERA ACUATUBULAR
8.6.1 Descripción de la falla
8.6.2 Inspección visual y fractografía
8.6.3 Ensayos de metalografía, dureza y composición química
8.6.4 Composición de los depósitos blancos
8.6.5 Discusión de resultados y concepto
8.6.6 Recomendaciones
8.7 ANÁLISIS DE LA FALLA POR FRACTURA DE UN EJE DE BOMBA
8.7.1 Descripción de la falla
8.7.2 Recopilación de antecedentes de falla
8.7.3 Fractografía, inspección visual y ensayos no destructivos
8.7.4 Ensayos de metalografía, dureza y composición química
8.7.5 Discusión de resultados y concepto
8.7.6 Recomendaciones
8.7.7 Comentario sobre la causa raíz de falla
8.8 ANÁLISIS DE LA FALLA DE ENGRANAJES DE TRANSMISIÓN
8.8.1 Descripción de la falla y recopilación de antecedentes
8.8.2 Inspección visual y fractografía
8.8.3 Estimación del efecto de la repotenciación de los vehículos en los esfuerzos de pie de diente de los engranajes
8.8.4 Estimación del efecto del cambio de engranajes sobre los esfuerzos en pie de diente
8.8.5 Análisis químicos, metalografías y perfiles de microdureza
8.8.6 Discusión de resultados y concepto
8.8.7 Recomendaciones
8.8.8 Comentario sobre la causa raíz de falla
8.9 ANÁLISIS DE LA FALLA DE UN EJE DE EMBOBINADO DE PAPEL Y DE SU APTITUD PARA EL SERVICIO
8.9.1 Descripción de la falla y recopilación de antecedentes
8.9.2 Inspección visual y fractografía
8.9.3 Análisis químicos, metalografías y microdurezas
8.9.4 Discusión de resultados y concepto
8.9.5 Determinación de la vida residual de los ejes
8.9.6 Recomendaciones
8.10 COMENTARIOS FINALES ACERCA DE LOS CASOS DE FALLA ANALIZADOS
8.11 LECTURAS RECOMENDADAS Y REFERENCIAS
9. MODOS DE FALLA COMUNES EN EJES
9.1 CLASIFICACIÓN DE LOS MODOS DE FALLA
9.2 FALLAS POR FRACTURA
9.2.1 Fracturas súbitas
9.2.2 Fracturas por fatiga
9.2.3 Fracturas por corrosión esfuerzo
9.2.4 Fracturas por corrosión fatiga
9.3 FALLAS POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA
9.4 FALLAS POR DESGASTE
9.5 FALLAS POR CORROSIÓN
9.6 FALLAS POR RIGIDEZ
9.7 FALLAS POR DESBALANCEO
9.8 FALLAS POR VIBRACIÓN
9.9 CAUSAS FÍSICAS DE LOS DIFERENTES MODOS DE FALLA
9.9.1 Causas de las fracturas súbitas
9.9.2 Causas de las fracturas por fatiga
9.9.3 Causas de las fracturas por corrosión esfuerzo
9.9.4 Causas de las fracturas por corrosión fatiga
9.9.5 Causas de las fallas por deformación plástica
9.9.6 Causas de las fallas por desgaste
9.9.7 Causas de las fallas por corrosión
9.9.8 Causas de las fallas por rigidez, desbalanceo y vibración
9.10 LECTURAS RECOMENDADAS Y REFERENCIAS
10. MODOS DE FALLA COMUNES EN ENGRANAJES
10.1 CLASIFICACIÓN DE LOS MODOS DE FALLA
10.2 FALLAS POR AGRIETAMIENTO Y FRACTURA
10.3 FALLAS POR DESGASTE
10.4 FALLAS POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA
10.5 FALLAS POR CORROSIÓN
10.6 FALLA POR LUDIMIENTO O VIBROCORROSIÓN EN LA SUPERFICIE INTERNA DEL CUBO
10.7 FALLAS POR RIGIDEZ Y VIBRACIÓN
10.8 SITUACIONES QUE ACELERAN LA APARICIÓN DE LOS DIFERENTES MODOS DE FALLA
10.9 CAUSAS FÍSICAS DE LOS DIFERENTES MODOS DE FALLA
10.9.1 Causas de las fallas por agrietamientos y fracturas
10.9.2 Causas de las fallas por pérdida del perfil de diente mediante desgaste
10.9.3 Causas de las fallas por pérdida del perfil de diente mediante deformación plástica
10.9.4 Causas de las fallas por pérdida del perfil de diente mediante corrosión
10.9.5 Causas de las fallas por ludimiento o vibrocorrosión en la superficie interna del cubo
10.9.6 Causas de las fallas por rigidez y vibración
10.10 LECTURAS RECOMENDADAS Y REFERENCIAS
11. MODOS DE FALLA COMUNES EN CABLES
11.1 CLASIFICACIÓN DE LOS MODOS DE FALLA
11.2 FALLAS POR AGRIETAMIENTO Y FRACTURA
11.3 FALLAS POR DESGASTE
11.4 FALLAS POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA
11.5 FALLAS POR DESCARGA ELÉCTRICA
11.6 FALLAS POR CORROSIÓN
11.7 FALLAS POR RIGIDEZ
11.8 FALLAS POR VIBRACIÓN
11.9 SITUACIONES QUE ACELERAN LA APARICIÓN DE LOS DIFERENTES MODOS DE FALLA
11.10 CAUSAS FÍSICAS DE LOS DIFERENTES MODOS DE FALLA
11.10.1 Causas de las fallas por agrietamiento y fractura
11.10.2 Causas de las fallas por desgaste
11.10.3 Causas de las fallas por deformación plástica
11.10.4 Causas de las fallas por descarga eléctrica
11.10.5 Causas de las fallas por corrosión
11.10.6 Causas de las fallas por rigidez
11.10.7 Causas de las fallas por vibración
11.11 LECTURAS RECOMENDADAS Y REFERENCIAS
12. MODOS DE FALLA COMUNES EN RODAMIENTOS
12.1 CLASIFICACIÓN DE LOS MODOS DE FALLA
12.2 FALLAS POR DESGASTE
12.3 FALLAS POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA
12.4 FALLAS POR DESCARGA ELÉCTRICA
12.5 FALLAS POR CORROSIÓN
12.6 FALLAS POR FRACTURA
12.7 CAUSAS FÍSICAS DE LOS DIFERENTES MODOS DE FALLA
12.7.1 Causas de las fallas por desgaste
12.7.2 Causas de las fallas por deformación plástica
12.7.3 Causas de las fallas por descarga eléctrica
12.7.4 Causas de las fallas por corrosión
12.7.5 Causas de las fallas por fractura
12.8 LECTURAS RECOMENDADAS Y REFERENCIAS
13. MODOS DE FALLA COMUNES EN COJINETES
13.1 CLASIFICACIÓN DE LOS MODOS DE FALLA
13.2 FALLAS POR DESGASTE
13.3 FALLAS POR CAVITACIÓN
13.4 FALLAS POR DESCARGA ELÉCTRICA
13.5 FALLAS POR CORROSIÓN
13.6 FALLAS POR FORMACIÓN DE DEPÓSITOS
13.7 FALLAS POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA O FRACTURA
13.8 PATRONES DE CONTACTO EN LA SUPERFICIE DE DESLIZAMIENTO
13.9 CAUSAS FÍSICAS DE LOS DIFERENTES MODOS DE FALLA
13.9.1 Causas de las fallas por desgaste
13.9.2 Causas de las fallas por cavitación
13.9.3 Causas de las fallas por descarga eléctrica
13.9.4 Causas de las fallas por corrosión
13.9.5 Causas de las fallas por formación de depósitos
13.9.6 Causas de las fallas por deformación plástica y fractura
13.10 LECTURAS RECOMENDADAS Y REFERENCIAS
14. MODOS DE FALLA COMUNES EN TORNILLOS Y TUERCAS
14.1 CLASIFICACIÓN DE LOS MODOS DE FALLA
14.2 FALLAS POR AGRIETAMIENTO Y FRACTURA
14.3 FALLAS POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA
14.4 FALLAS POR LUDIMIENTO O VIBROCORROSIÓN EN VÁSTAGO O FILETES DE ROSCA
14.5 FALLAS POR CORROSIÓN
14.6 FALLAS POR DAÑO EN ROSCAS
14.7 FALLAS POR DAÑO EN CABEZAS DE FIJACIÓN O APRIETE
14.8 FALLAS POR RIGIDEZ
14.9 SITUACIONES QUE ACELERAN LA APARICIÓN DE LOS DIFERENTES MODOS DE FALLA
14.10 CAUSAS FÍSICAS DE LOS DIFERENTES MODOS DE FALLA
14.10.1 Causas de las fallas por agrietamiento y fractura
14.10.2 Causas de las fallas por deformación plástica
14.10.3 Causas de las fallas por ludimiento o vibrocorrosión en vástago o filetes de rosca
14.10.4 Causas de las fallas por corrosión
14.10.5 Causas de las fallas por daño en roscas
14.10.6 Causas de las fallas por daño en cabezas de fijación
14.10.7 Causas de las fallas por rigidez
14.11 LECTURAS RECOMENDADAS Y REFERENCIAS
15. MODOS DE FALLA COMUNES EN UNIONES SOLDADAS
15.1 CLASIFICACIÓN DE LOS MODOS DE FALLA
15.2 FALLAS POR AGRIETAMIENTO Y FRACTURA
15.3 FALLAS POR CORROSIÓN
15.4 FALLAS POR DESGASTE
15.5 FALLAS POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA
15.6 FALLAS POR RIGIDEZ
15.7 FALLAS POR VIBRACIÓN
15.8 SITUACIONES QUE ACELERAN LA APARICIÓN DE LOS DIFERENTES MODOS DE FALLA
15.9 CAUSAS FÍSICAS DE LOS DIFERENTES MODOS DE FALLA
15.9.1 Causas de las fallas por agrietamiento y fractura
15.9.2 Causas de las fallas por corrosión
15.9.3 Causas de las fallas por desgaste
15.9.4 Causas de las fallas por deformación plástica
15.9.5 Causas de las fallas por rigidez y vibración
15.10 LECTURAS RECOMENDADAS Y REFERENCIAS
16. MODOS DE FALLA COMUNES EN TUBERÍAS Y CUERPOS DE CALDERA
16.1 CLASIFICACIÓN DE LOS MODOS DE FALLA
16.2 FALLAS POR FORMACIÓN DE DEPÓSITOS
16.3 FALLAS POR CORROSIÓN EN EL LADO DE AGUAS
16.4 FALLAS POR CORROSIÓN EN EL LADO DE GASES
16.5 FALLAS POR AGRIETAMIENTO Y FRACTURA
16.6 FALLAS POR EROSIÓN
16.7 FALLAS POR VIBRACIÓN
16.8 CONSIDERACIONES GENERALES
16.9 CAUSAS FÍSICAS DE LOS DIFERENTES MODOS DE FALLA
16.9.1 Causas de las fallas por formación de depósitos
16.9.2 Causas de las fallas por corrosión en el lado de aguas
16.9.3 Causas de las fallas por corrosión en el lado de gases (oxidación)
16.9.4 Causas de las fallas por agrietamiento y fractura
16.9.5 Causas de las fallas por erosión
16.9.6 Causas de las fallas por vibración
16.10 LECTURAS RECOMENDADAS Y REFERENCIAS
ÍNDICE DE FIGURAS
ÍNDICE DE TABLAS
ÍNDICE TEMÁTICO
ANÁLISIS DE FALLAS DE ESTRUCTURAS Y ELEMENTOS MECÁNICOS
