Análisis Experimental de Esfuerzos en Tubos con Abolladuras

Vista previa del material en texto

Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas 
 
 
Sección de Estudios de Posgrado e Investigación 
Departamento de Ingeniería Metalúrgica 
 
 
 
 “Análisis Experimental de Esfuerzos en Tubos 
con Abolladuras Sujetos a Presión Interna” 
 
 
 
TESIS 
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE: 
MAESTRO EN CIENCIAS EN INGENIERÍA 
METALURGICA PRESENTA: 
ING. ANGEL GIOVANNI ISLAS GARRIDO 
 
 
 
Director de Tesis 
 
Dr. Jorge Luis González Velázquez 
 
 
 
 
 México, D.F. Enero-2009 
 
 
 
27 enero 
2009 Angel Giovanni Islas Garrido 
Angel Giovanni Islas Garrido 
 
 
________________________ 
 
Maestría en Ciencias en Ingeniería Metalúrgica 
A060056 
Dr. Jorge Luis González Velázquez 
 Experimental de Esfuerzos en Tubos con Abolladuras Sujetos a Presión Interna 
giolee2@hotmail.com 
Análisis 
27 enero 
2009 Angel Giovanni Islas Garrido 
Angel Giovanni Islas Garrido 
 
 
________________________ 
 
 
Maestría en Ciencias en Ingeniería Metalúrgica 
A060056 
Dr. Jorge Luis González Velázquez 
Experimental de Esfuerzos en Tubos con Abolladuras Sujetos a Presión Interna 
giolee2@hotmail.com 
Análisis 
 Resumen 
i 
 
 
 
Resumen 
 
Se estudió el efecto de la presencia de abolladuras de longitud y profundidad 
variable en la distribución de esfuerzos en tubos de acero ASTM A513 grado 
1015 sujetos a presión interna. Los esfuerzos se determinaron a partir las 
deformaciones medidas con galgas extensométricas resistivas en los tubos 
presurizados internamente mediante carga hidrostática por pasos. Las galgas 
extensométricas se situaron a modo de cuantificar la alteración de los 
esfuerzos teóricos de cilindro de pared delgada con presión interna, alrededor 
de las abolladuras, así como para determinar la extensión de la zona de 
influencia de las abolladuras. 
 
Se encontró que a 3 diámetros en la dirección axial, desde el borde de las 
abolladuras no hay efecto de las abolladuras en los esfuerzos teóricos, 
mientras que en los bordes axiales de las abolladuras hay un incremento del 
esfuerzo circunferencial con respecto al teórico, en los bordes laterales los 
esfuerzos circunferenciales se hacen compresivos y en la posición 
diametralmente opuesta a las abolladuras los esfuerzos son más altos que los 
teóricos. Este comportamiento se atribuye a i) los desplazamientos de la pared 
del tubo inducidos por la presión en la zona abollada, ii) el cambio de la 
geometría de la sección transversal del tubo en la zona abollada y iii) una 
discontinuidad virtual inducida por la abolladura. 
Abstract 
 
 
ii 
 
Abstract 
 
The effect of the presence of dents of variable length and depth in the stress 
distribution of steel pipes of ASTM A513 grade 1015 under internal pressure 
was studied. The stresses were determined from the strains measured with 
resistive strain gages in the pipes pressurized internally by means of hydrostatic 
load by steps. The strain gages were located in such way to quantify the 
alteration of the theoretical stresses for a thin wall cylinder under internal 
pressure, around the dents, as well as to determine the extension of the dent 
influence zone. 
 
It was found that at 3 diameters in the axial direction from the edge of the dents, 
there is not effect of the dents in the theoretical stresses, while In the axial 
edges of the dents, there is an increment of the hoop stress with respect to the 
theoretical one, in the side edges the hoop stresses turn into compression and 
in the diametrically opposed to the dents position, the stresses were higher than 
the theoretical ones. This behavior is attributed to: i) the displacements of the 
pipe wall in the dented zone, ii) the change of the pipe‘s cross section in the 
dented zone and iii) a virtual discontinuity induced by the dent. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Índice 
 
 
iii 
 
 Resumen …………………………………………………………………………….. i 
 Abstract……………………………………………………………………………….. ii 
 Índice…………………………………………………………………………………… iii 
 Lista de figuras …………………………………………………………………….... v 
 Lista de tablas …………………………………………………………………….. vii 
1. Introducción………………………………………………………………………… 1 
2. Consideraciones teóricas………………………………………………………… 3 
2.1. Estado del arte …………………………….…………………………………… 3 
2.2. Recipientes a presión de pared delgada…………………………………….. 5 
2.3. Abolladuras……………………………………………………………………… 6 
2.4. Métodos experimentales para la determinación de esfuerzos……………. 8 
2.4.1. Redes o mallas de Moire´…......………………………………………. 9 
2.4.2. Lacas frágiles……………………………………………………………. 9 
2.4.3. Fotoelasticidad…...…………………………………………………....... 9 
2.4.4. Galgas de deformación o extensometría…………………………….. 10 
2.4.4.1. Fundamento de las galgas extensométricas………………… 11 
2.4.4.2. Aleaciones empleadas en las galgas extensométricas……... 13 
3. Experimentación……………………………………………………………………. 15 
3.1. Material………………………………………………………………………….. 15 
3.2. Caracterización microestructural……………………………………………… 16 
3.3. Caracterización mecánica…………………………………………................. 16 
3.4. Prueba hidrostática…...………………………………………………………… 17 
3.4.1. Configuración de los tubos…………………………………………..…. 17 
3.4.2. Diseño del programa de presurización ………………………………. 18 
3.4.3. Instalación de las galgas………………………………………………… 19 
4. Resultados y análisis……………………………………………………………… 25 
4.1. Caracterización del material…………………………………………………… 25 
4.1.1. Caracterización microestructural………………………………………. 25 
4.1.2. Caracterización mecánica…………………………………………........ 26 
4.2. Programa de presurización………………………………………………........ 27 
4.2.1. Cálculo de la presión máxima de prueba……………………………... 27 
4.3. Pruebas hidrostáticas tubo ―A‖..………………………………………………. 29 
Índice 
 
 
iv 
 
4.3.1. Prueba A-1: Abolladura de 4 cm longitud y 5.24% profundidad….... 29 
4.3.2. Prueba A-2: Abolladura de 7 cm longitud y 6.60% profundidad........ 33 
4.3.3. Prueba A-3: Abolladura de 9 cm longitud y 6.60% profundidad........ 35 
4.3.4. Prueba A-4: Abolladura de 4 cm longitud y 11.81% profundidad….. 38 
4.3.5. Prueba A-5: Abolladura de 8 cm longitud y 10.50% profundidad….. 41 
4.3.6. Prueba A-6: Abolladura de 10cm longitud y 14.50% profundidad… 44 
4.4. Pruebas hidrostáticas tubo ―B‖..………………………………………………. 50 
4.4.1. Prueba B-1: Abolladura de 4 cm longitud y 5.62% profundidad….. 50 
4.4.2. Prueba B-2: Abolladura de 6 cm longitud y 6.52% profundidad....... 54 
4.4.3. Prueba B-3: Abolladura de 9 cm longitud y 6.75% profundidad……. 56 
5. Conclusiones………………………………………………………………………. 64 
Bibliografía…………………………………………………………………………... 65 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Lista de figuras 
 
v 
 
 
Lista de figuras 
 
 
Figura 1. Efecto del daño por terceros en tuberías…………………………………….......... 3 
Figura 2. Campo de esfuerzos de una abolladura observado por elemento finito….......... 4 
Figura.3..Esfuerzos generados en cilindros bajo diferentes formas de aplicación de la 
carga…………………………………………………………………………………… 
 
5 
Figura 4. Esfuerzos generados en un cilindro sometido a presión interna………………… 6 
Figura.5..Abolladuras en ductos de conducción de hidrocarburos causadas durante la 
instalación……………………………………………………………………………... 
 
7 
Figura 6. Dimensiones de la abolladura …………………………………………………......... 7 
Figura 7. Abolladuras no restringida y restringida …………………………………............... 8 
Figura 8. Galga metálica………….……………………………………………………………... 10 
Figura 9. Galgas impresas…………………………………………………………………........ 11 
Figura 10. Puente de Wheatstone……………………………………………………………... 13 
Figura 11. Ejemplos de galgas tipo roseta…………..……………………………………….. 14 
Figura 12. Diagrama de flujo de la experimentación ……………………………...…………. 15 
Figura13. Orientación, geometría y dimensiones de las probetas de tensión...……........ 17 
Figura 14. Tubo rematado con tapas…………………………………………………………... 17 
Figura 15. Modelo general del programa de presurización……….………………............... 19 
Figura.16. Verificador de instalación de galgas….…………………………………............... 21 
Figura 17. Esquema del arreglo entre el medidor de deformación y el de balance………. 21 
Figura 18. a) Equipo de conexión y balance b) Medidor de deformación.………………… 22 
Figura 19. Orientación de esfuerzos en el tubo de prueba….……………….................. 23 
Figura 20. Plano del tubo con abolladura mostrando la posición de las galgas en 
.las pruebas…………………………………………………………………….......... 
 
23 
Figura 21. Sistema de presurización…………………………………………...……………… 24 
Figura 22. Contenido de inclusiones en las tres direcciones del tubo objeto de estudio. 
Sin ataque…………………………………………………………………………..… 
 
25 
Figura 23. Microestructura del tubo objeto de estudio. Microscopio metalográfico campo 
claro. Ataque Nital…………………………………………………………………… 
 
26 
Figura 24. Programa de presurización para las pruebas de tubos ―A‖……………………... 28 
Figura.25..Programa de presurización para las pruebas de tubos ―B‖……………………... 29 
Figura 26. Vistas lateral y superior de la abolladura elaborada en el tubo ―A-1‖………….. 29 
Figura 27. Plano general de los tubos con abolladuras mostrando la posición y la 
numeración de las galgas para las pruebas ―A‖………………………………….. 
 
30 
Figura.28..Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-1………………………….. 31 
Figura 29 Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-1………………………….. 32 
Figura 30. Vistas lateral y superior de la abolladura elaborada en el tubo ―A-2‖………….. 33 
Figura 31. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-2………………………….. 33 
Lista de figuras 
 
vi 
 
Figura 32. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-2………………………….. 34 
Figura 33. Vistas lateral y superior de la abolladura elaborada en el tubo ―A-3‖….………. 35 
Figura 34. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-3………………………….. 36 
Figura 35. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-3………………………….. 37 
Figura 36. Vistas lateral y superior de la abolladura elaborada en el tubo ―A-4‖.…………. 38 
Figura.37..Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-4………………………….. 39 
Figura 38. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-4………………………….. 40 
Figura 39. Vistas superior y lateral de la abolladura elaborada en el tubo ―A-5‖.…………. 41 
Figura 40. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-5………………………….. 42 
Figura 41. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-5………………………….. 43 
Figura.42..Vistas superior y lateral de la abolladura elaborada en el tubo ―A-6‖…………. 44 
Figura 43. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-6………………………….. 44 
Figura 44. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-6………………………….. 45 
Figura 45. %Profundidad de la abolladura vs. Esfuerzo en las pruebas ―A‖…………….... 47 
Figura 46. %Profundidad de la abolladura vs. Esfuerzo en las pruebas ―A‖……………… 48 
Figura 47. Longitud de la abolladura vs. Esfuerzo en las pruebas ―A‖…………………….. 49 
Figura 48. Longitud de la abolladura vs. Esfuerzo en las pruebas ―A‖…………………….. 50 
Figura 49. Vista superior de la abolladura elaborada en el tubo ―B-1‖.…………………….. 51 
Figura.50..Plano general de los tubos con abolladuras mostrando la posición y la 
numeración de las galgas para las pruebas ―B‖………………………………….. 
 
51 
Figura.51..Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba B-1………………………….. 52 
Figura 52. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba B-1………………………….. 53 
Figura 53. Vista superior de la abolladura elaborada en el tubo ―B-2‖.…………………….. 54 
Figura 54. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba B-2………………………….. 54 
Figura 55. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba B-2………………………….. 55 
Figura 56. Vistas superior y lateral de la abolladura elaborada en el tubo ―B-3‖.…..…….. 56 
Figura 57. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba B-3………………………….. 57 
Figura 58. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba B-3………………………….. 58 
Figura 59. %Profundidad de la abolladura vs. Esfuerzo en las pruebas ―B‖……………… 60 
Figura 60. %Profundidad de la abolladura vs. Esfuerzo en las pruebas ―B‖……………… 61 
Figura 61. Longitud de la abolladura vs. Esfuerzo en las pruebas ―B‖…………………….. 62 
Figura 62. Longitud de la abolladura vs. Esfuerzo en las pruebas ―B‖…………………….. 63 
 
Lista de tablas 
 
v 
 
 
 
Lista de tablas 
 
 
Tabla 1. Propiedades Mecánicas del acero ASTM 513, grado 1008...…………………… 16 
Tabla 2. Dimensiones de los tubos ……………………………………............................... 17 
Tabla 3. Dimensiones de las abolladuras en los tubos ―A‖……………………………….. 18 
Tabla 4. Dimensiones de las abolladuras en los tubos ―B‖………………………............. 18 
Tabla 5. Características de las galgas extensométricas………………………………….. 19 
Tabla 6. Propiedades Mecánicas del material evaluadas en la prueba de tensión…….. 27 
Tabla 7. Resumen de resultados en pruebas ―A‖………………………………………...... 46 
Tabla 8. Resumen de resultados en pruebas ―B‖………………………………………...... 59 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Introducción 
 
 1 
1. Introducción 
 
Una de las principales formas de daño en tuberías de conducción de fluidos 
costa-afuera es la interferencia externa o daño por parte de terceros, (1) también 
es conocida como daño mecánico, el cual es una de las principales causas de 
las fallas de ductos en América del Norte y Europa Occidental. (2) 
 
La interferencia externa puede causar una distorsión geométrica de la 
curvatura del tubo conocida como abolladura, en combinación con un defecto 
de pérdida de metal, como un rasguño o entalla. 
 
En presencia de cargas cíclicas, una abolladura por sí sola, puede reducir la 
vida residual del tubo ocasionando fallas a presiones mucho menores que las 
de diseño, debido a que éstas generan concentraciones de esfuerzos y altas 
deformaciones en la pared del tubo, necesitando su la reparación o reemplazo. 
 
La industria del transporte de gases y líquidos por ducto, ha desarrollado 
criterios de evaluación de abolladuras en ductos; algunos de estos se han 
publicado como prácticas recomendadas por asociaciones como API y DNV(1), 
pero se limitan a establecer un criterio de aceptación o rechazo del daño sin 
profundizar en su efecto en el comportamiento mecánico del tubo. Una de las 
principales preguntas en cuanto al comportamiento mecánico de tubos 
sometidos a presión con abolladuras es: ¿Cómo se distribuyen los esfuerzos y 
deformaciones alrededor de la abolladura y hasta donde se extiende la zona de 
influencia del mismo? 
 
Por lo tanto, para contribuir al entendimiento del comportamiento mecánico de 
tubos con presión interna que contienen abolladuras, en el presente trabajo se 
estudia el comportamiento mecánico de elementos cilíndricos sometidos a 
presión interna que cumplen el criterio de pared delgada y que contienen 
abolladuras con distintas geometrías, con base en mediciones de deformación 
con galgas extensométricas, con la finalidad de determinar la magnitud de la 
concentración de esfuerzos inducida por la abolladura en el cuerpo del tubo y la 
Introducción 
 
 2 
extensión de la zona de influencia de la abolladura en la distribución de 
esfuerzos del tubo con presión interna. 
 
Las mediciones servirán para establecer los niveles de esfuerzos que se 
generan al presurizar un tubo de pared delgada con abolladura, situación que 
es común en ductos de transporte de hidrocarburos en servicio y de esta 
manera establecer las posibles consecuencias de la presencia de la abolladura 
en el comportamiento mecánico de tubos con presión interna. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Consideraciones teóricas 
 3 
2. Consideracionesteóricas 
2.1 Estado del arte 
En el año 1997 se realizó un muestreo sobre las principales fallas que 
presentaban las tuberías de petróleo y gas, reflejando que la interferencia por 
terceros es el principal factor que ocasionaba las mismas (figura 1).(3) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En el año 2000 el organismo internacional para la estandarización (ISO) 
proporciono un suplemento a los códigos existentes de la evaluación de 
defectos de abolladuras y corrosión con la finalidad de especificar los principios 
fundamentales de los métodos basados en confiabilidad aplicada a ductos.(4) 
 
En el año 2002 Rosenfeld M. J.(5) evaluó la vida en fatiga de abolladuras 
simples y en soldaduras encontrando que las abolladuras reducen la vida de 
fatiga en comparación con tuberías completamente circulares. 
 
En el año 2003, Leis B. N. y colaboradores,(6) trataron la evaluación de 
abolladura en torno a la profundidad de las mismas, los análisis son 
presentados tomando en cuenta las propiedades mecánicas de los tubos y 
estos son efectuados mediante la técnica de elementos finitos. El trabajo 
mostró que en general, los criterios de aceptación adoptados para abolladuras 
son conservadores, en particular para abolladuras simples. 
0
100
200
300
400
500
600
700
800
RUPTURAS
Int Corrosion
Ext Corrosión
Daños por terceros
Daño construcción
Soladuras
Otros
No. de Fallas 
Figura 1. Efecto del daño por terceros en tuberías. 
(3)
 
Consideraciones teóricas 
 4 
Por otro lado, Le Bastard A.(7) en el 2006 desarrolló una nueva relación entre la 
profundidad de la abolladura sin presión interna y la profundidad de la 
abolladura con presión interna. Asumiendo que la profundidad de la abolladura 
disminuía cuando la presión interna aumentaba, por lo tanto esta relación se 
considero como muy conservadora y no realista, en especial cuando la presión 
era baja. En ese mismo año Hertz Clémens S.(8) realizó una comparación sobre 
pruebas de elaboración de abolladuras experimentales y reales, encontrando 
una correlación que ajusta entre los datos experimentales y los obtenidos por 
elemento finito, en términos de la profundidad residual de la abolladura, cargas 
y niveles de deformación medidos durante la elaboración de la abolladura. 
 
Adicionalmente en el 2006 Carvalho Pinheiro B., Pasqualino I.P. y Cunha S.(9) 
desarrollaron un modelo de elemento finito no-lineal para la evaluación de la 
concentración de esfuerzos en abolladuras planas en tuberías sujetas a presión 
interna cíclica, encontrando una reducción de la vida en fatiga de tubos 
dañados bajo presión interna cíclica. 
 
En ese mismo año Paeper S., Brown B. y Beuker T.(10) utilizaron un sensor 
inteligente para obtener mediciones de las dimensiones de abolladura en el 
interior del tubo y con ayudad de elementos finitos se evaluó la abolladura. 
Igualmente en el 2006 Lukasiewicz S. A., Czyz J. A., Sun C., y Adeeb S.(11) 
usaron un calibrador de alta resolución con un algoritmo y software de nuevo 
desarrollo encontrando que proporcionaba datos muy aproximados de la forma 
de la abolladura los cuales pueden ser usados para la determinación de 
deformaciones utilizando el método de elementos finitos (figura 2). 
Figura 2. Campo de esfuerzos de una abolladura observado por elemento finito.
(12) 
Consideraciones teóricas 
 5 
2.2 Recipientes a presión de pared delgada 
Los recipientes a presión son generalmente de forma cilíndrica y para su 
diseño se emplea la teoría conocida como ―de pared delgada‖, que aplica para 
cilindros cuya pared tiene un espesor menor a 1/10 de su radio; sin embargo, 
aunque existen varios aspectos prácticos que rebasan la teoría básica como 
las tapas fijas al cilindro, sólo se presentan los fundamentos de la misma.(13, 14) 
 
Los esfuerzos en un elemento cilíndrico dependen de las condiciones de 
trabajo y la forma en que es aplicada la carga. Los tipos más comunes de 
esfuerzo son los circunferenciales y longitudinales generados por la presión 
interna, los axiales de tensión o de compresión provocados por la expansión 
térmica; y los de flexión y torsión, que dependen básicamente de las fuerzas 
externas.
(15) En las siguientes figuras se muestran las formas en que la carga 
es aplicada y los esfuerzos que se generan en cada uno de estos casos: 
cuando un cilindro se somete a una presión interna, provocada por un fluido, se 
generan al mismo tiempo dos esfuerzos: uno circunferencial (σc) y otro 
longitudinal (σl). 
 
Figura 3. Esfuerzos generados en cilindros bajo 
………………...diferentes formas de aplicación de la carga. 
P 
a). Presión interna 
ϭl 
ϭc 
b). Tensión o compresión 
ϭl 
c). Flexión 
 +ϭ 
 - ϭ 
d). Torsión 
 τ 
τ 
Consideraciones teóricas 
 6 
En la figura 4, se muestran la posición y dirección de dichos esfuerzos en este 
tipo de elemento. Mientras que el esfuerzo circunferencial trata de expandir la 
circunferencia del cilindro, el axial intenta alargarlo. 
 
 
 
 
 
 
 
La fórmula que se utiliza para evaluar el esfuerzo circunferencial es la ecuación 
de Barlow,(15) dada por: 
 
 
 
Donde: 
P = Presión interna generada por el fluido 
D = Diámetro externo del cilindro 
t = Espesor de pared 
 
Y para el esfuerzo longitudinal: 
 
 
Debido a que el esfuerzo longitudinal es menor que el circunferencial, los 
cálculos para el diseño de cilindros se basan en éste último. 
 
2.3 Abolladuras 
Una abolladura simple (figura 5) se define como un daño que causa un cambio 
en la curvatura por deformación plástica permanente de la pared de la tubería 
sin reducir el espesor, es decir que, no contiene otros defectos ni 
imperfecciones y ésta es provocada por interferencia externa por ejemplo 
golpes durante la construcción del ducto.(1) 
l

c
P 
Figura 4. Esfuerzos generados en un cilindro sometido a 
…………….presión interna. 
t
PD
C 2
 (1) 
t
PD
L 4
 (2) 
Consideraciones teóricas 
 7 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La profundidad de la abolladura es el factor más significativo que afecta la 
resistencia a la ruptura bajo carga estática y la resistencia a la fatiga de una 
abolladura simple. La forma (longitud y ancho) de la abolladura afectan el 
esfuerzo y la distribución de deformaciones en la abolladura, pero estos efectos 
no parecen ser tan importantes como la profundidad de la misma. En la figura 6 
se muestra las dimensiones de la abolladura, usadas típicamente para su 
evaluación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Existen dos tipos de abolladuras las no restringidas y las restringidas (figura 7). 
Las primeras son libres de redondearse cuando el elemento que produce la 
abolladura se remueve por lo que el tubo restablece su geometría original al 
aumentar la presión. Una abolladura restringida no tiene libertad para 
redondearse, porque el elemento que produce la abolladura no se remueve.(1) 
Una abolladura producida al golpear un tubo contra una roca en una zanja es 
un ejemplo de abolladura restringida. 
Figura 5. Abolladuras en ductos de conducción de hidrocarburos 
…………..causadas durante la instalación. 
Figura 6. Dimensiones de la abolladura. 
D
t
H
H = Profundidad de la abolladura 
t = Espesor de pared del tubo 
D = Diámetro del tubo 
Consideraciones teóricas 
 8 
 
 
 
 
 
 
 
 
Durante la presurización una abolladura tiende a redondearse, permitiendo que 
el tubo recupere su forma original, siempre que nada restrinja el movimiento o 
actúe como un concentrador de esfuerzos, como por ejemplo, una arrancadura 
o cambios fuertes en el contorno.(1) 
 
Las abolladuras simples que presentan defectos pueden fallar a bajas 
presiones, debido a que genera concentración de esfuerzos y alta deformación 
dentro de la abolladura. Uno de los métodos utilizados para el análisis de 
abolladuras es el de elemento finito o FEM, el cual consiste en evaluar por 
medio de simulación numérica un área específica,en este caso la 
abolladura.(12) Además se ha recurrido a la utilización de modelos empíricos, 
por ejemplo El European Pipeline Research Group (Grupo Europeo de 
Investigación de Tuberías) o EPRG, (1) por sus siglas en inglés, ha desarrollado 
un modelo empírico para predecir la vida de fatiga de abolladuras simples que 
calcula la vida de fatiga de una abolladura simple utilizando la vida de fatiga de 
una tubería sin defecto (por medio de curvas S-N), modificada por la 
concentración de esfuerzo debido a la abolladura.(1) 
 
2.4 Métodos experimentales para la determinación de esfuerzos 
El análisis de los esfuerzos se puede realizar aplicando métodos analíticos, 
numéricos o experimentales. Los métodos analíticos involucran soluciones 
matemáticas basadas en teorías de elasticidad, plasticidad, deslizamientos, 
estos pueden ser rápidos y económicos dependiendo de las variables que se 
No restringida Restringida 
Figura 7. Abolladuras no restringida y restringida. 
Consideraciones teóricas 
 9 
empleen y la disponibilidad de los modelos y en general, se necesita una 
solución que iguale las ecuaciones de equilibrio y la resistencia interna de 
esfuerzos del material, en la que gradualmente se apliquen fuerzas externas 
estáticas. Cuando un problema es demasiado complejo y va más allá de una 
solución analítica, se puede recurrir a medios experimentales.(16) A 
continuación se describen brevemente los métodos experimentales de 
medición de esfuerzos comúnmente empleados. 
 
2.4.1 Redes o mallas de Moire´ 
La técnica de Moire´ es aplicable para medir desplazamientos o deformaciones 
independientemente de su magnitud, la temperatura del espécimen, tiempo, 
frecuencia o velocidad.(16, 17) El patrón de franjas es algo similar al patrón 
fotoelástico y se le puede observar fácilmente o se le puede fotografiar para un 
análisis. El principio es el más fundamental de todas las técnicas que se usan 
en la actualidad. Las franjas de Moire´ se forman cuando una malla 
transparente, conocida como patrón, es superpuesta en el elemento deformado 
de está manera los deslizamientos y deformaciones son determinadas. Sin 
embargo esta técnica esta limitada a materiales con módulos de elasticidad 
bajos, por lo que no es recomendable aplicarlo a estructuras de acero. 
 
2.4.2. Lacas frágiles 
Los principios en los que se basa este método son la adhesión de una película 
de una laca especialmente preparada al espécimen que va ser analizado, los 
esfuerzos producidos se transmiten a la laca debido a la adhesión que hay 
entre ellos; este hecho produce un estado de esfuerzos en la laca. Sin 
embargo, debido a que el modulo de elasticidad y el de Poisson son 
apreciablemente diferentes de los espécimen, se hace un calculo matemático 
para determinar el estado de esfuerzos de laca en función del estado de 
esfuerzos del componente.(16, 18) 
 
2.4.3 Fotoelasticidad 
Este método consiste en la medición óptica de los esfuerzos principales en 
modelos empleando materiales transparentes, en los cuales se genera una 
refracción cuando una luz polarizada atraviesa el modelo, inicialmente el 
Consideraciones teóricas 
 10 
modelo esta libre de esfuerzos y exhibe un índice de refracción que es el 
mismo en todos los puntos, sin embargo, cuando el modelo se somete a un 
sistema de fuerzas cambia sus propiedades ópticas. Cabe señalar que existen 
variantes de este método, el método de transmisión y el de reflexión.(16) Otros 
métodos utilizados para aplicaciones particulares, son la holografía acústica y 
óptica, ultrasonido, difracción de rayos X, modelos de plástico y flujos de 
plástico.(16, 17) 
 
2.4.4 Galgas de deformación o extensometría. 
La extensometría eléctrica es una técnica que permite conocer el estado de 
esfuerzos de un cuerpo a partir de la medida del estado de deformaciones, sin 
necesidad de recurrir a ensayos destructivos, pudiéndose efectuar un número 
ilimitado de mediciones, pues si la galga extensométrica una vez pegada es 
irrecuperable, sus cualidades con el tiempo perduran, dentro de los límites de 
utilización.(16, 19, 20) De acuerdo a su configuración, las galgas extensométricas 
pueden ser: 
1. Metálicas 
2. Impresa 
 
El arreglo general de una galga metálica (figura 8) consiste de un hilo 
(normalmente con un diámetro de 0,025 mm.), doblado en forma de rejilla y 
montado sobre un soporte de papel (0.0762 mm), baquelita, nylon, vinilo, 
polietileno o teflón.(19) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Las galgas impresas, son más avanzadas y se fabrican mediante técnicas 
similares empleadas para la producción de circuitos impresos (figura 9).(19, 21) 
Figura 8. Galga metálica.
(21)
 
Consideraciones teóricas 
 11 
 
 
 
 
 
 
 
 
Las ventajas de las galgas impresas sobre las galgas metálicas son: 
 
1 Las galgas impresas son más delgadas y por lo tanto más flexibles. 
2 El área de la superficie del conductor es mucho mayor; por lo tanto es 
más fácil transferir la energía disipada en la galga. 
3 Se obtiene una mejor adherencia del conductor al soporte. 
4 Es fácil lograr áreas grandes para los extremos de conexión. 
5 Las técnicas de producción fotográfica ofrecen una fabricación 
homogénea. 
 
Las dimensiones de las galgas son pequeñas, permitiendo la medida de 
deformaciones localizadas y en superficies en forma de curva. 
 
El tamaño de una galga extensométrica depende de la aplicación pretendida, 
comercialmente hay galgas de longitudes desde unos 3 hasta 150 mm. 
Asimismo existe una gama de valores nominales de la resistencia de 100 a 
5000 Ω, siendo los tipos más empleados los de 120 y 600 Ω.(19, 21) 
 
2.4.4.1 Fundamento de las galgas extensométricas 
El principio de las galgas extensométricas es la variación de la resistencia 
eléctrica de un conductor, o un semiconductor, cuando es sometido a una 
fuerza mecánica (alargamiento, compresión, presión...)(19) de acuerdo a la 
fórmula: 
 
 
 
Figura 9. Galgas impresas.
(21)
 
Consideraciones teóricas 
 12 
 
 
 
 
Donde: 
 
R = Resistencia eléctrica del conductor 
ρ = Resistividad eléctrica del material 
L = Longitud del conductor 
A = Área de la sección transversal 
 
Al aplicar sobre la galga cualquier fuerza, los parámetros ρ, l y A experimentan 
un cambio. Por ejemplo, si un hilo conductor se somete a una deformación 
longitudinal, se alarga, aumentando su longitud en ∂ L sí no se rebasa el límite 
elástico del material, el cambio de longitud es proporcional a la carga y el hilo 
recupera su longitud original cuando se le retira la carga aplicada. 
Simultáneamente, con este aumento de longitud hay una ligera reducción de la 
sección transversal del hilo. Tanto el aumento de longitud como la reducción 
del área contribuyen a un aumento de la resistencia eléctrica del hilo tensado. 
 
Además de cambiar las dimensiones, también cambia la resistividad del 
material, siendo éste efecto denominado piezorresistividad. Asimismo éste 
contribuye al cambio de resistencia eléctrica. (19) 
 
La relación entre el cambio de resistencia eléctrica debido a la deformación (є) 
está caracterizado por un factor denominado sensibilidad a la deformación, 
cuya expresión es: 
 1
12
R
RR
S



 
Donde: 
S = Sensibilidad a la deformación 
 = ∂ L / L deformación 
R1 = Resistencia eléctrica inicial (Ω) 
R2 = Resistencia eléctrica final (Ω) 
 
A
L 
R

 (3) 
(4) 
Consideraciones teóricas 
 13 
La sensibilidad a la deformación (S) tiene un valor característico que depende 
del tipo de hilo conductor. La mayor parte de las galgas resistivas tienen un 
factor de sensibilidad de alrededor de 2: para los hilos de cobre-níquel los 
valores son entre 1.9 y 2.1; no obstante, se pueden emplear aleaciones de 
hierro-cromo-aluminio y de hierro-níquel-cromo para obtener factores de 
sensibilidad de 2.8 a 3.5.(22) 
 
Las variaciones de resistencia que se producen en las galgas se determinancon un puente de Wheatstone(19) (figura 10), utilizando el método directo; esto 
es, midiendo la diferencia de potencial en los bornes de salida del puente, una 
vez que ésta es amplificada. Como las variaciones de deformación son 
dinámicas, al puente se le hace trabajar en modo no equilibrado; es decir, se 
obtiene una salida proporcional a la variación de resistencia eléctrica de la 
galga. 
 
2.4.4.2 Aleaciones empleadas en las galgas extensométricas 
El componente principal que determina las características de operación de una 
galga extensométrica es la aleación sensible a la deformación usada para la 
laminilla de la rejilla. Algunas aleaciones usadas se mencionan a continuación. 
(21, 22, 23) 
 
1 Aleación A y Aleación P: Constantan (45% Ni, 55% Cu) 
2 Aleación D: Aleación isoelástica (36% Ni, 8% Cr, 0.5% Mo, 55.5% Fe) 
3 Aleación K: Karma (74% Ni, 20% Cr, 3% Al, 3% Fe) 
 
Figura 10. Puente de Wheatstone.
(19) 
 
Fig. 11 Puente de Wheatstone 
 
Consideraciones teóricas 
 14 
En la mayoría de las aplicaciones de las galgas extensométricas, es necesario 
pegar la galga al objeto de estudio mediante un adhesivo y después es 
conectada al equipo de medición, por último se recubre con una película no 
adhesiva protectora para evitar los efectos de la humedad del ambiente.(24, 25) 
A continuación se describen diferentes arreglos de las galgas extensométricas 
(figura 11). 
 
 
 
 
 
1. Galgas extensométricas tipo uniaxial: En el análisis experimental de 
esfuerzos, una galga tipo uniaxial debe ser usada normalmente cuando 
los ejes principales del estado de esfuerzos son conocidos con gran 
certeza tomando un margen de desviación del eje principal de la galga 
de 5° para evitar errores en la medición del esfuerzo que se desea 
evaluar.(20, 26) 
2. Galgas extensométricas tipo roseta: Por definición una roseta es un 
arreglo de dos o más rejillas cercanamente posicionadas y orientadas 
separadamente para medir las deformaciones a lo largo de diferentes 
direcciones sobre la superficie de prueba. (20, 23, 26) 
a) Rosetas tipo T (0°- 90°). Son dos rejillas perpendiculares entre ellas, 
se emplean cuando los ejes principales de deformación son 
conocidos previamente, algunos ejemplos que representan la 
condición anterior son los recipientes a presión y flechas sometidas a 
torsión. 
b) Rosetas rectangulares (0°- 45°- 90°). Son tres rejillas, la segunda y 
tercera rejilla están desplazadas angularmente de la primera por 45° 
y 90° respectivamente. 
 
 
Figura 11. Ejemplos de galgas tipo roseta.
(25) 
 Experimentación 
 15 
3.0 Experimentación 
En la figura 12 se presenta el diagrama de flujo donde se muestra el 
procedimiento que se realizó en la experimentación. 
 
 
 
 
3.1 Material 
Para la realización de la parte experimental se utilizaron tramos de tubo de 
acero, con distintas relaciones diámetro/espesor de un acero ASTM 513, grado 
1008. El primer tubo con un diámetro de 76.2 mm y un espesor de 1.22 mm y 
Figura 12. Diagrama de flujo de la experimentación. 
 Experimentación 
 16 
un segundo tubo con un diámetro de 88.9 mm y un espesor de 1.22 mm, los 
cuales tienen las propiedades mecánicas nominales mostradas en la tabla 1. 
 
 
3.2. Caracterización microestructural 
La caracterización microestructural se realizó conforme a la norma ASTM-E3: 
―Preparación de Probetas Metalográficas‖,(27) ensayándose en las tres 
direcciones: superficial, longitudinal y transversal. 
 
Conforme al estándar de prueba, las muestras fueron cortadas y montadas en 
baquelita. Se desbastaron hasta lograr una superficie plana, utilizando de 
manera secuencial lijas del número 100, 220, 320, 400, 600, 1000, 1500 y 
2000. Para evitar el calentamiento de las muestras se lubricaban 
constantemente con agua; posteriormente se pulieron en discos rotatorios 
empleando alumina de 1.0, 0.3 y 0.05 µm, hasta obtener una superficie con 
acabado espejo. Después fueron observadas al microscopio metalográfico para 
observar la calidad del pulido, y finalmente se atacaron con Nital al 2% para 
revelar la microestructura del acero. 
 
3.3 Caracterización mecánica 
La caracterización mecánica consistió en un ensayo de tensión, el cual se 
realizó con el fin de evaluar la resistencia a la cedencia, resistencia a la 
tensión, % de alargamiento y % de reducción de área del material de los tubos. 
El valor del esfuerzo de cedencia se utilizó para diseñar la prueba hidrostática. 
 
El ensayo de tensión se realizó conforme a la norma ASTM-E8: (28) Para ello se 
maquinaron 3 probetas con dimensiones estandarizadas, tomadas en dirección 
longitudinal del tubo, como se observa en la figura 13. Para la prueba se utilizó 
una máquina electromecánica controlada con un software especializado. 
 
Tabla 1. Propiedades Mecánicas del acero ASTM 513, grado 1008 
Propiedad Valor 
Esfuerzo de cedencia mín., (YS) 207 MPa (30 ksi) 
Resistencia máxima, (UTS) 290 MPa (42 ksi) 
Elongación mín. 15 % 
 Experimentación 
 17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.4 Prueba hidrostática 
La prueba de extensometría se realizó para evaluar el efecto de distintas 
abolladuras en la magnitud de los esfuerzos inducidos en la pared de los tubos 
de pared delgada, al ser sometidos a presión. 
 
3.4.1 Configuración de los tubos 
Para la experimentación se emplearon tubos rematados con tapas (figura 14), 
sus dimensiones se muestran en la tabla 2. A los tubos se les elaboraron 
abolladuras con distintas geometrías utilizando un martillo; para evitar 
flexiones, los defectos se hicieron con los tubos llenos de agua y enterrados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabla 2. Dimensiones de los tubos 
Dimensión Tubo A Tubo B 
Diámetro 7.62 cm (3.0 plg) 8.89 cm (3.5 plg) 
Espesor 0.122 cm (0.048 plg) 0.122 cm (0.048 plg) 
Longitud 100 cm (39.37 plg) 100 cm (39.37 plg) 
 
Figura 13. Orientación, geometría y dimensiones de las probetas de tensión. 
Probeta de tensión 
D=7.62 cm 
t=0.122 cm 
radio= 1.25cm 
2cm 
 5cm 5cm 
Figura 14. Tubo rematado con tapas.
(29)
 
 Experimentación 
 18 
En la tabla 3 se muestran las dimensiones de las abolladuras realizadas a los 
tubos denominados ―A‖, estas se obtuvieron mediante la utilización de un pie 
de rey. Cabe mencionar que las abolladuras se ordenaron de acuerdo a su 
longitud y al % de profundidad con respecto al diámetro del tubo, para un mejor 
entendimiento en la parte de de los análisis de resultados. 
 
Tabla 3. Dimensiones de las abolladuras en los tubos “A” 
Longitud (cm) Profundidad (0%-7% ) Profundidad (8%-15%) 
0-4 Tubo A-1 (4-5.24%) Tubo A-4 (4-11.81%) 
5-8 Tubo A-2 (7-6.60%) Tubo A-5 (8-10.50%) 
9-12 Tubo A-3 (9-6.60%) Tubo A-6 (10-14.50%) 
 
De igual manera se muestra en la tabla 4 las dimensiones de las abolladuras 
elaboradas a los tubos denominados ―B‖. 
 
Tabla 4. Dimensiones de las abolladuras en los tubos “B” 
Longitud (cm) Profundidad (0%-7% ) 
0-4 Tubo B-1 (4-5.62%) 
5-8 Tubo B-2 (6-6.52%) 
9-12 Tubo B-3 (9-6.75%) 
 
 
3.4.2 Diseño del programa de presurización. 
Para diseñar la prueba hidrostática, se utilizó la ecuación de Barlow, dada por 
la siguiente expresión matemática: 
 
t
PD
c
2

 
Donde: 
σc = Esfuerzo circunferencial generado por el material del tubo 
P = Presión interna generada por el fluido 
D = Diámetro externo del cilindro 
t = Espesor de pared 
 
A partir de la ecuación 5 se calculó la presión máxima de prueba, conforme a la 
expresión 6: 
(5) 
 Experimentación 
 19 
 
D
t
P
2*
0
0


 
Donde: 
Po = Presión máxima de prueba, equivalente a la presión a la que ocurre la 
……..cedencia del material. 
σo = Esfuerzo de cedencia evaluado experimentalmente. 
 
Una vez obtenida lapresión máxima de prueba, se procedió a diseñar la curva 
de presurización. En la figura 15 se muestra un modelo general de la gráfica de 
presurización. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.4.3 Instalación de las galgas 
Los extensómetros utilizados fueron galgas extensométricas de resistencia 
eléctrica del tipo sencilla. La tabla siguiente muestra sus características: 
 
Tabla 5. Características de las galgas extensométricas. 
Propiedades Sencilla 
Resistencia eléctrica 350 Ω 
Factor de Galga 2.105 
Temperatura de trabajo -100 ºC a 180 ºC 
 
(6) 
Figura 15. Modelo general del programa de presurización. 
Tiempo de prueba en el tubo presurizado
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 10 20 30 40 50 60 70
Tiempo (min)
P
re
s
ió
n
 (
p
s
i)
Presión de 
cedencia 
 
 Experimentación 
 20 
La instalación de las galgas extensométricas se realizó conforme al 
procedimiento descrito en el manual de operación del equipo de extensometría, 
este procedimiento se describe a continuación: 
 
Preparación de la superficie del tubo 
 Primeramente, la superficie de prueba se limpió con alcohol. 
 Después, la superficie se lijó utilizando una lija no. 200 para remover 
óxidos y residuos adheridos. 
 Posteriormente se limpió con una gasa humedecida con acondicionador, 
y se realizó un lijado con lija No. 400 para obtener una superficie lisa, 
volviéndose a limpiar con otra gasa húmeda con acondicionador. 
 Se marcaron con tinta las alineaciones para las galgas, y se repitió la 
aplicación del acondicionador para remover los residuos de tinta. 
 En ambas direcciones se aplicó un neutralizador, con ayuda de un 
hisopo, para eliminar posibles contaminantes depositados durante la 
preparación de la superficie.(18) 
Pegado de las galgas 
 Con una cinta adhesiva se tomó la galga y se alineó con las marcas que 
previamente se hicieron. 
 Se levantó la cinta adhesiva aproximadamente 30º con el espécimen, e 
inmediatamente se aplicó el pegamento. 
 Se aplicó presión la galga para asegurar la adherencia al material. La 
presión fue firme para obtener una capa homogénea. 
 La cinta adhesiva fue removida después de que el adhesivo curó.(24, 25) 
 
Instalación de los cables 
 Para unir los cables a las galgas se utilizó un cautín de punta plana y 
con temperatura controlada para evitar el exceso de calentamiento. 
 Como paso previo para soldar los cables, éstos se recubrieron de 
soldadura para obtener una mejor transferencia de calor y una soldadura 
más rápida y nítida.(25, 26) 
 
Una vez instaladas la galgas, los cables de las mismas se conectaron a un 
equipo verificador de instalación de galgas marca Vishay Micromeasurements 
 Experimentación 
 21 
Modelo 1300 con la finalidad de verificar el correcto pegado y soldado de las 
galgas sobre el material de estudio, este se observa en la figura 16. Este 
muestra la resistencia eléctrica y la precisión de la galga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Una vez revisado el funcionamiento del cableado, éste se conectó a los 
equipos de conexión y balance marca Vishay Micromeasurements modelo SB-
10 y a un medidor de deformación marca Vishay Micromeasurements modelo 
P-3500 para calibrar de manera individual a cada una de las galgas (figura 17). 
Los equipos se muestran en la figura 18. 
 
 
 
 
 
 
Figura 16. Verificador de instalación de galgas. 
Figura 17. Esquema del arreglo entre el medidor de deformación y el de balance. 
Galgas 
 
Indicador 
 
 
Conmutador 
Conexión y 
balance 
 Experimentación 
 22 
Figura 18. a) Equipo de conexión y balance b) Medidor de deformación. 
 
a b 
 
Con el medidor de deformación se obtuvieron las microdeformaciones 
producidas en cada intervalo de presión, para cada una de las galgas 
colocadas en el tubo, las cuales posteriormente se convirtieron a esfuerzos. 
Las fórmulas que se utilizaron para la transformación de microdeformaciones a 
esfuerzos son las siguientes.(29) 
 
Para galgas orientadas en la dirección x (circunferencial): 
 
 
 
Para galgas orientadas en la dirección y (longitudinal): 
 
 
 
 
 
Donde: 

i
 = Esfuerzo en la dirección x ó y 
 = Relación de Poisson del acero 
E = Modulo de Young del acero 

i = Deformación en la dirección x ó y 
(7) 
(8) 
 
 
21
 
 
2
2










y
y
x
x
E
E
 Experimentación 
 23 
Para la instalación de las galgas se definió la siguiente orientación para los 
tubos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En los tubos muestra se colocaron 10 galgas, 4 en los bordes de la abolladura, 
2 a un diámetro de la abolladura, 3 en la parte posterior del tubo con respecto 
al defecto y una última a 3 diámetros de la abolladura como se muestra en la 
figura 20. 
Figura 19. Orientación de esfuerzos en el tubo de prueba. 
Horario técnico (coordenadas del tubo) 
12 
6 
3 9 
Alimentación del agua 
Tapas 
Flujo 
Circunferencial 
Longitudinal 
x 
y 
Distancia 
Figura 20. Plano del tubo con abolladura mostrando la posición de las 
……………..galgas en las pruebas. 
Entrada 
de agua 
Abolladura 
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Distancia (cm)
Horario técnico (hrs)
Galgas 
 
 
 
 
1ø 1ø 
 
 
 Experimentación 
 24 
Cuando se observó una diferencia sistemática (error suma o error proporcional) 
entre los datos registrados por la galga testigo (3 diámetros de la abolladura) y 
el esfuerzo teórico en el tubo con presión interna, se realizó el ajuste 
correspondiente, pero solo en la porción lineal de la gráfica esfuerzo-presión. 
Estos errores se atribuyen a diferencias en los valores de resistividad y ajuste a 
cero utilizados en el equipo de medición y no afectan la tendencia de los 
resultados. 
 
La presión hidrostática se aplicó con una bomba de pistón manual operada con 
agua construida específicamente para este trabajo. La capacidad de presión es 
de 1800 psi (12400 kPa). Para la medición de la presión generada por el 
sistema, se empleó un manómetro, con un intervalo de 0 a 2000 psi (0 a 13790 
kPa). El arreglo del sistema de presurización del tubo se muestra en la figura 
21. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Manguera de 
despresurización 
Figura 21. Sistema de presurización. 
Fig. XX Galgas de tipo sencilla y roseta rectangular 
Manguera de 
carga 
Bomba manual 
Válvula de control 
de presión 
Manómetro 
Válvulas de 
retención 
Conexión a 
tubo 
 Resultados y Análisis 
 
25 
 
4. Resultados y análisis 
4.1 Caracterización del material 
 
4.1.1 Caracterización microestructural 
En la figura 22 se presentan las metalografías típicas de las muestras pulidas, 
sin ataque químico, obtenidas del material del los tubos: 
 
Como se observa en las metalografías anteriores, en las tres direcciones se 
encontraron inclusiones no metálicas esféricas serie fina. En la figura 23 se 
presenta la microestructura típica en las tres direcciones, después de ser 
atacadas con Nital al 2%. 
Figura 22. Contenido de inclusiones en las tres direcciones del tubo objeto 
……………de estudio. Sin ataque. 
Superficial 
Longitudinal 
Transversal 
 
 Resultados y Análisis 
 
26 
 
 
 
La microestructura del material está constituida predominantemente por ferrita. 
En la dirección longitudinal se presenta el mayor alargamiento de los granos 
debido a la laminación en caliente. 
 
4.1.2 Caracterización mecánica 
En la tabla 6 se presentan los resultados obtenidos de la prueba de tensión 
realizada al material de fabricación del tubo. 
Figura 23. Microestructura del tubo objeto de estudio. Microscopio 
………………..metalográfico campoclaro. Ataque Nital. 
Superficial 
Longitudinal 
Transversal 
 
 Resultados y Análisis 
 
27 
 
 
 
Conforme a los resultados de las pruebas de caracterización metalográfica y 
mecánica, la especificación del material de fabricación del tubo corresponde al 
de un acero ASTM A513 grado 1015. 
 
4.2 Programa de presurización 
4.2.1 Cálculo de la presión máxima de prueba 
La presión máxima de prueba se determinó a partir de la ecuación de Barlow, 
sustituyendo los valores de las tablas 2 y 6 para el tubo ―A‖, se tiene lo 
siguiente: 
 
 
 kPapsi
p
ppsi
P 95651387
lg3
lg048.0*2*43356
0
 
Con la finalidad de no exceder el límite de cedencia y realizar las pruebas 
dentro del régimen elástico, se empleó un factor de 0.72 para el esfuerzo de 
cedencia, que es el máximo permisible para diseño de tuberías para transporte 
de hidrocarburos.(1) De esta manera la presión máxima de prueba para el tubo 
―A‖ fue de 999 psi (6889 kPa). 
 
La figura 24 muestra el programa de presurización utilizado en las pruebas con 
el tubo ―A‖ y que fue establecido de acuerdo al procedimiento descrito en el 
capítulo anterior. En esta figura se indica la presión a la que ocurre la cedencia 
del material que es de 1387 psi (9565 kPa) y la presión de prueba que es de 
700 psi (4827 kPa), así como los intervalos de 5 min. de presurización. Cabe 
señalar que la presión máxima de prueba no fue alcanzada en las pruebas 
debido a que conforme se aumentaba la presión hidrostática con la bomba 
manual se hacia más difícil alcanzar dicha presión. 
Tabla 6. Propiedades Mecánicas del material evaluadas en la prueba de 
…………...tensión. 
Propiedad Valor 
Esfuerzo de cedencia (YS) 299 MPa (43 ksi ) 
Resistencia a la tensión (UTS) 353 MPa (51 ksi ) 
Elongación 30 % 
 Resultados y Análisis 
 
28 
 
 
Por otra parte sustituyendo los valores de las tablas 2 y 6 para el tubo ―B‖, se 
tiene lo siguiente: 
 
 
 kPapsi
p
ppsi
P 82001189
lg5.3
lg048.0*2*43356
0
 
De igual manera se empleó un factor de 0.72 para el esfuerzo de cedencia, 
obteniéndose una presión máxima de prueba para el tubo ―B‖ de 856 psi 
(5903kPa). 
 
La figura 25 muestra el programa de presurización utilizado en las pruebas con 
el tubo ―B‖. En esta figura se indica la presión a la que ocurre la cedencia del 
material que es de 1189 psi (8200 kPa) y la presión de prueba que es de 700 
psi (4827 kPa), así como los intervalos de 5 min. de presurización. 
 
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 10 20 30 40 50 60 70
Tiempo (min)
P
re
s
ió
n
 (
p
s
i)
5 min
50 psi (345 kPa)
Presión de prueba 
Presión de 
cedencia
Presión máxima de 
prueba 
Figura 24. Programa de presurización para las pruebas de tubos “A”. 
 Resultados y Análisis 
 
29 
 
 
4.3 Pruebas hidrostáticas tubo “A” 
4.3.1 Prueba A-1: Abolladura de 4 cm longitud y 5.24% profundidad 
En esta prueba se utilizó el tubo ―A‖ cuyas dimensiones se presentan en la 
tabla 2, al cual se le elaboró una abolladura de 4 cm de longitud y 5.24% de 
profundidad (figura 26). 
 
Figura 26. Vistas lateral y superior de la abolladura elaborada en el tubo “A-1”. 
0
200
400
600
800
1000
1200
0 10 20 30 40 50 60 70
Tiempo (min)
P
re
s
ió
n
 (
p
s
i)
5 min
50 psi (345 kPa)
Presión de prueba 
Presión de 
cedencia
Presión máxima de 
prueba 
Figura 25. Programa de presurización para las pruebas de tubos “B”. 
 Resultados y Análisis 
 
30 
 
A continuación se detalla el plano general utilizado en todas las pruebas ―A‖ 
que se realizaron, el cual muestra la posición de las galgas y la numeración de 
cada una de ellas. A los elementos se le colocaron 10 galgas sencillas, cuatro 
en los bordes de la abolladura referidas con los números 5, 6, 7 y 8, dos a un 
diámetro de la abolladura descritas con los números 1 y 3, tres en la parte 
posterior del tubo con respecto al defecto con los números 2, 4 y 9 y por último 
una a 3 diámetros de la abolladura con el número 10 (testigo) como se 
observa en la figura 27. 
 
La figura 28 muestra los resultados obtenidos en la prueba A-1, los cuales 
consisten en los esfuerzos determinados en cada una de las galgas, en función 
de su posición y la presión aplicada y para efectos de análisis se incluyeron los 
esfuerzos teóricos circunferenciales. 
Figura 27. Plano general de los tubos con abolladuras mostrando la posición 
…………....y la numeración de las galgas para las pruebas “A”. 
Entrada 
de agua 
Abolladura 
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Distancia (cm)
Horario técnico (hrs)
Galgas 
5 6 3 10 1 
2 
7 
9 4 
1ø 1ø 
 
8 
2ø 
 Resultados y Análisis 
 
31 
 
 
Como se muestra en la figura 28, las galgas 5 a 8 colocadas en los límites de la 
abolladura, muestran un comportamiento no lineal, con valores de esfuerzos 
que superan el límite elástico. Este comportamiento se atribuye al efecto de la 
presión en la zona abollada y al cambio de la sección transversal en el tubo, la 
cual induce grandes desplazamientos en los límites de la misma. Cabe resaltar 
que estos esfuerzos reportados no son validos ya que las galgas utilizadas 
trabajan en el intervalo elástico y no en el intervalo elastoplástico, por otro lado 
el trabajo esta dirigido a la parte elástica; sin embargo se observa claramente 
que las galgas 5 y 6 están en un estado de esfuerzos de tensión y las 7 y 8 en 
compresión. La figura 29 muestra una ampliación de la zona donde se ubican 
las galgas 1-4 y 9-10. 
 
 
 
 
 
 
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
0 100 200 300 400 500 600 700 800
E
sf
u
er
zo
Presión (psi)
galga 1
galga 2
galga 3
galga 4
galga 5
galga 6
galga 7
galga 8
valores teoricos
galga 9
galga 10
ksi MPa
2068
2758
1379
690
-690
-1379
-2068
-2758
-3447
Figura 28. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-1. 
5 
7
 
 
 
8 
6 
 Resultados y Análisis 
 
32 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En la figura 29 puede observarse que los valores de esfuerzos 
circunferenciales medidos exhiben un comportamiento casi lineal al esperado. 
Los esfuerzos de las galgas 2, 4, y 9 colocadas en la parte posterior del defecto 
están confinados en una franja, cercanos a los teóricos, este comportamiento 
se atribuye a la redistribución de cargas impuesta por la abolladura bajo 
presión interna y a al cambio de sección transversal en la zona abollada del 
tubo. Por otra parte, la galga 10 presenta esfuerzos similares a los teóricos, lo 
cual indica que en esta zona no existe desplazamientos ocasionados por la 
presión en la zona abollada, debido a esto dicha galga fungió como testigo de 
prueba. Por otro lado se observa desviaciones en las curvas las cuales se 
atribuye a inestabilidades del sistema de presurización del tubo. 
 
Respecto a los esfuerzos obtenidos con las galga 1 y 3, puede observarse que 
los esfuerzos son considerablemente más altos que los teóricos. Este 
comportamiento se debió a los desplazamientos que genero la presión en la 
zona abollada creando una región de esfuerzos de tensión a las 12 horas y al 
menos a 1 diámetro de distancia. A la presión máxima de prueba (700 psi), el 
 
0
5
10
15
20
25
30
35
0 100 200 300 400 500 600 700 800
E
sf
u
er
zo
Presión (psi)
galga # 1
galga # 2
galga # 3
galga # 4
galga # 9
galga # 10
valores teoricos
ksi MPa
241
207
172
138
103
69
34
Figura 29. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-1. 
 Resultados y Análisis 
 
33 
 
esfuerzo determinado en estas zonas tuvo un incremento del 64% con respecto 
al teórico, pero no llegó al límite de cedencia del material. 
 
4.3.2 Prueba A-2: Abolladura de 7 cm longitudy 6.60% profundidad 
En esta prueba se utilizó el tubo ―A‖ cuyas dimensiones se presentan en la 
tabla 2, con una abolladura de 7 cm de longitud y 6.60% de profundidad (figura 
30) 
Una vez elaborada la abolladura, se colocaron diez galgas sencillas como ya 
anteriormente se menciono en la prueba A-1. En la figura 27 se detalla el 
arreglo general del tubo. La figura 31 muestra los resultados obtenidos en la 
prueba A-2. 
 
Figura 30. Vistas lateral y superior de la abolladura elaborada en el tubo “A-2”. 
 
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 100 200 300 400 500 600 700 800
E
sf
u
er
zo
Presión (psi)
galga 1
galga 2
galga 3
galga 4
galga 5
galga 6
galga 7
galga 8
valores teoricos
galga 9
galga 10
MPaksi
4137
3447
2758
2069
1379
690
-690
-1379
-2069
Figura 31. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-2. 
5 
7
 
 
 
8 
6 
 Resultados y Análisis 
 
34 
 
Como se observa en la figura 31, las galgas 5 a 8 colocadas en los límites de 
la abolladura, muestran un comportamiento no lineal, con valores de esfuerzos 
que superan el límite elástico, el comportamiento se debió al efecto de la 
presión y al cambio de sección transversal en la zona abollada, generando 
grandes desplazamientos en los límites de la misma. Al igual que en la prueba 
A-1 los esfuerzos reportados no son validos ya que las zonas donde se ubican 
estas galgas se deformaron plásticamente; sin embargo se observa que las 
galgas 5 y 6 van a tensión y las 7 y 8 a compresión, de manera similar a lo 
observado en la prueba A-1. La figura 32 muestra una ampliación de la zona 
donde se ubican las galgas 1-4 y 9-10. 
 
En la figura 32 se observa que los valores de esfuerzos circunferenciales 
medidos en la galga 10, se acercan a los valores teóricos y exhiben el 
comportamiento lineal esperado indicando que la zona de la galga 10 a tres 
diámetros de la abolladura no es afectada por la presencia de la abolladura, 
fungiendo como testigo en la prueba. La curva de la galga 10 presentó una 
 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 100 200 300 400 500 600 700 800
E
sf
u
er
zo
Presión (psi)
galga 1
galga 2
galga 3
galga 4
valores teoricos
galga 9
galga 10
MPaksi
344
310
276
241
207
172
138
103
-2069
69
34
0
Figura 32. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-2. 
 Resultados y Análisis 
 
35 
 
ligera desviación de la curva teórica, que se atribuye a inestabilidades del 
sistema de presurización del tubo, esto debido a una ligera pérdida de presión 
en el sistema. 
 
Las galgas 2, 4, y 9 colocadas en la parte posterior del defecto, muestran 
valores de esfuerzos superiores a los teóricos, el comportamiento de estas 
galgas indicó que en las zonas donde fueron colocadas se incrementó el 
esfuerzo por la presión y el cambio de sección transversal en la zona de la 
abolladura, la cual creó desplazamientos en esta región; a la presión máxima 
de prueba el esfuerzo en estas zonas tuvo un incremento del 44% con respecto 
al teórico. 
 
Por otro lado, los esfuerzos medidos con las galgas 1 y 3 a las 12 horas y al 
menos a 1 diámetro de la abolladura son considerablemente altos, esto es 
atribuido los desplazamientos originados por la presión y al cambio de sección 
transversal en la zona abollada. A la presión máxima de prueba (700 psi), el 
esfuerzo en estas zonas es aproximadamente el doble del teórico (98% de 
incremento) y muy próximo al límite de cedencia. 
 
4.3.3 Prueba A-3: Abolladura de 9 cm longitud y 6.60% profundidad 
En esta prueba se utilizó el tubo ―A‖ cuyas dimensiones se presentan en la 
tabla 2, con una abolladura de 9 cm de longitud y 6.60% de profundidad (figura 
33). 
 
Figura 33. Vistas lateral y superior de la abolladura elaborada en el tubo “A-3”. 
 Resultados y Análisis 
 
36 
 
 
Una vez elaborada la abolladura, se colocaron diez galgas sencillas como en 
las pruebas anteriores (ver arreglo figura 27). La figura 34 muestra los 
resultados obtenidos en la prueba A-3. 
 
 
Como se ve en la figura 34, las galgas 5 a 8 colocadas en los límites de la 
abolladura, muestran un comportamiento no lineal, con valores de esfuerzos 
que superan el límite elástico, indicando que en las zonas donde se ubican 
sufre grandes desplazamientos ocasionados por la presión en la zona abollada 
y el cambio de la sección transversal del tubo en la región de la misma, esto es 
similar al observado en las pruebas anteriores. De la misma manera, los 
esfuerzos reportados no son validos ya que las zonas se deformaron 
plásticamente; sin embargo se observa que las galgas 5 y 6 van a tensión y las 
7 y 8 a compresión, conforme a lo visto en las pruebas anteriores. La figura 35 
muestra una ampliación de la zona donde se ubican las galgas 1-4 y 9-10. 
 
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
0 100 200 300 400 500 600 700 800E
sf
u
er
zo
Presión (psi)
galga 1
galga 2
galga 3
galga 4
galga 5
galga 6
galga 7
galga 8
valores teoricos
galga 9
galga 10
ksi MPa
2758
2069
1379
690
-690
-1379
-2069
-2758
Figura 34. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-3. 
 
 Resultados y Análisis 
 
37 
 
 
En la figura 35 puede observarse que los valores de esfuerzos medidos de la 
galga 10 se ajustan a los teóricos y exhiben el comportamiento lineal esperado, 
mostrando que la zona de la galga 10 a tres diámetros del defecto no es 
afectada por la presión en la zona de la abolladura. 
 
Por otra parte las galgas 2, 4, y 9 colocadas en la parte posterior de la zona del 
daño tienen un comportamiento similar entre sí, con valores de esfuerzos 
mayores que los teóricos, comportamiento atribuido al efecto de la presión y al 
cambio de sección transversal en el tubo en la zona abollada, lo cual causó 
desplazamientos en la zonas de dichas galgas; a la presión máxima de prueba 
el esfuerzo determinado en estas zonas tuvo un incremento aproximado del 
30% con respecto al teórico. Referente a las galgas 1 y 3 los esfuerzos 
medidos fueron altos, efecto atribuido a la presión de la abolladura, la cual creó 
una región de esfuerzos de tensión a las 12 horas y al menos a 1 diámetro de 
distancia, como lo observado en las anteriores pruebas. A la presión máxima 
 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800
E
sf
u
er
zo
Presión (psi)
galga # 1
galga # 2
galga # 3
galga # 4
galga # 9
galga # 10
valores teoricos
ksi Mpa
276
241
207
172
138
103
69
34
Figura 35. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-3. 
 
 Resultados y Análisis 
 
38 
 
de prueba (700 psi), el esfuerzo determinado en estas zonas tuvo un 
incremento del 55% con respecto al teórico, no llegando al límite de cedencia 
del material. 
 
4.3.4 Prueba A-4: Abolladura de 4 cm longitud y 11.81% profundidad 
En esta prueba se utilizó el tubo ―A‖ cuyas dimensiones se presentan en la 
tabla 2, con una abolladura de 4 cm de longitud y 11.81% de profundidad 
(figura 36). 
 
Una vez elaborada la abolladura, se colocaron diez galgas sencillas como en 
las pruebas anteriores (ver arreglo figura 27). La figura 37 muestra los 
resultados obtenidos en la prueba A-4 
 
 
 
Figura 36. Vistas lateral y superior de la abolladura elaborada en el tubo “A-4”. 
 Resultados y Análisis 
 
39 
 
Como se muestra en la figura 37, las galgas 5 a 8 colocadas en el borde de la 
abolladura, muestran un comportamiento no lineal, con valores de esfuerzos 
que superan el límite elástico, esto es debido a los desplazamientos 
ocasionados por la presión y por el cambio de sección transversal en el tubo en 
la zona de abolladura. De igual manera los esfuerzos no son validos ya que las 
zonas se deformaron plásticamente; sin embargo conforme a lo ya visto enlas 
pruebas se observa que las galgas 5 y 6 van a tensión y las 7 y 8 a 
compresión. La figura 38 muestra una ampliación de la zona donde se ubican 
las galgas 1-4 y 9-10. 
 
 
 
 
 
 
 
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
0 100 200 300 400 500 600 700 800
E
sf
u
er
zo
Presión (psi)
galga 1
galga 2
galga 3
galga 4
galga 5
galga 6
galga 7
galga 8
valores teoricos
galga 9
galga 10
ksi Mpa
4826
4137
3447
2758
2069
1379
690
-690
-1379
-2069
-2758
Figura 37. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-4. 
 
 Resultados y Análisis 
 
40 
 
En la figura 38 puede observarse que los valores de esfuerzos de las curvas de 
las galgas 2, 4, 9 y 10 se encuentran en la misma banda de valores. También 
muestra inestabilidades del sistema de presurización del tubo. 
 
Sé observa que los valores de esfuerzos circunferenciales medidos en la galga 
10 son similares a los teóricos indicando que esta zona no se vio afectada por 
la presión en la zona abollada, lo que fungió como testigo en la prueba. Por 
otra parte las galgas 2, 4, y 9 colocadas en la parte posterior del defecto tienen 
un comportamiento y valores de esfuerzos muy similares a los teóricos, esto es 
atribuido a un efecto menor de los desplazamientos en esta zona, originados 
por la presión en la zona abollada y del cambio en la sección transversal en la 
misma. A la presión máxima de prueba el esfuerzo determinado en estas zonas 
tuvo un incremento aproximado del 9% con respecto al teórico. 
 
Referente a los esfuerzos obtenidos con las galga 1 y 3, los esfuerzos son más 
altos que los teóricos, este comportamiento es atribuido a los desplazamientos 
 
0
5
10
15
20
25
30
35
0 100 200 300 400 500 600 700 800
E
sf
u
er
zo
Presión (psi)
galga # 1
galga # 2
galga # 3
galga # 4
galga # 9
galga # 10
valores teoricos
ksi MPa
241
172
207
138
103
69
34
Figura 38. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-4. 
 Resultados y Análisis 
 
41 
 
originados por la presión en la zona abollada, el cual afecta al menos a 1 
diámetro de distancia con respecto del defecto. A la presión máxima de prueba 
(700 psi), el esfuerzo determinado en estas zonas tuvo un incremento del 32% 
con respecto al teórico, lejos del límite de cedencia del material. 
 
4.3.5 Prueba A-5: Abolladura de 8 cm longitud y 10.50% profundidad 
En esta prueba se utilizó el tubo ―A‖ cuyas dimensiones se presentan en la 
tabla 2, con una abolladura de 8 cm de longitud y 10.50% de profundidad 
(figura 39). 
 
Una vez elaborada la abolladura, se colocaron diez galgas sencillas como en 
las pruebas anteriores (ver arreglo figura 27). La figura 40 muestra los 
resultados obtenidos en la prueba A-5. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 39. Vistas superior y lateral de la abolladura elaborada en el tubo “A-5”. 
 Resultados y Análisis 
 
42 
 
 
En la figura 40 se observa un comportamiento no lineal en las galgas 5 a 8 
colocadas en los límites de la abolladura, con valores de esfuerzos que 
superan el límite elástico, mostrando que hay desplazamientos en las zonas de 
colocación de las galgas, originados por la presión y por el cambio de sección 
transversal en la zona de la abolladura, similar al observado en las pruebas 
realizadas. Los esfuerzos reportados no son validos puesto que hay 
deformación plástica en estas zonas; sin embargo conforme a lo analizado en 
las pruebas anteriores, las galgas 5 y 6 van a tensión y las 7 y 8 a compresión. 
La figura 41 muestra una ampliación de la zona donde se ubican las galgas 1-4 
y 9-10. 
 
 
 
 
 
 
 
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
0 100 200 300 400 500 600 700 800
E
sf
u
er
zo
Presión (psi)
galga 1
galga 2
galga 3
galga 4
galga 5
galga 6
galga 7
galga 8
valores teoricos
galga 9
galga 10
ksi MPa
2413
2069
1724
1379
1034
690
344
-344
-690
-1034
Figura 40. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-5. 
 Resultados y Análisis 
 
43 
 
 
En la figura 41 puede observarse que los valores de esfuerzos 
circunferenciales medidos en la galga 10 se ajustan con los teóricos y exhiben 
el comportamiento lineal esperado, indicando que la zona de la galga 10 a tres 
diámetros de la abolladura no es afectada por la presencia del defecto. La 
curva de la galga 10 presentó una ligera desviación de la curva teórica que se 
atribuye a inestabilidades del sistema de presurización del tubo. 
 
Las galgas 2, 4, y 9 colocadas en la parte posterior del defecto muestran 
valores de esfuerzos superiores a los teóricos, este comportamiento es 
atribuido a la presión y al cambio de sección transversal en la zona abollada, 
originando desplazamientos que afectan estas zonas. A la presión máxima de 
prueba el esfuerzo determinado en estas zonas tuvo un incremento del 47% 
con respecto al teórico. Por otro lado, los esfuerzos obtenidos con las galga 1 y 
3, son significativamente más altos, esto es debido a los desplazamientos 
ocasionados por la presión en la zona abollada. A la presión máxima de prueba 
 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 100 200 300 400 500 600 700 800
E
sf
u
er
zo
Presión (psi)
galga 1
galga 2
galga 3
galga 4
valores teoricos
galga 9
galga 10
ksi MPa
310
276
241
207
172
138
103
69
34
0
Figura 41. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-5. 
 Resultados y Análisis 
 
44 
 
(700 psi), el esfuerzo determinado en estas zonas es aproximadamente el 72% 
de incremento con respecto al teórico y próximo al límite de cedencia. 
 
4.3.6 Prueba A-6: Abolladura de 10 cm longitud y 14.50% profundidad 
En esta prueba se utilizó el tubo ―A‖ cuyas dimensiones se presentan en la 
tabla 2, con una abolladura de 10 cm de longitud y 14.50% de profundidad 
(figura 42). 
Una vez elaborada la abolladura, se colocaron diez galgas sencillas como en 
las pruebas anteriores (ver arreglo figura 27). La siguiente figura muestra los 
resultados obtenidos en la prueba A-6. 
Figura 42. Vistas superior y lateral de la abolladura elaborada en el tubo “A-6”. 
 
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 100 200 300 400 500 600 700 800
E
sf
u
er
zo
Presión (psi)
galga 1
galga 2
galga 3
galga 4
galga 5
galga 6
galga 7
galga 8
valores teoricos
galga 9
galga 10
ksi MPa
4137
3447
2758
2069
1379
690
-690
-1379
-2069
Figura 43. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-6. 
 
 Resultados y Análisis 
 
45 
 
Como se observa en la figura 43, las galgas 5 a 8 colocadas en el borde de la 
abolladura, muestran un comportamiento no lineal con esfuerzos que superan 
el límite elástico, mostrando desplazamientos atribuidos a la presión y al 
cambio de sección transversal en la zona de la abolladura. Igualmente los 
esfuerzos reportados no son validos ya que las zonas se deformaron 
plásticamente; sin embargo se observa visiblemente que las galgas 5 y 6 van a 
tensión y las 7 y 8 a compresión, como en las pruebas ya realizadas. La figura 
44 muestra una ampliación de la zona donde se ubican las galgas 1-4 y 9-10. 
 
En la figura 44 se muestra que los valores de esfuerzos medidos en la galga 10 
se ajustan con los teóricos y exhiben el comportamiento lineal esperado, 
indicando que la zona de la galga 10 a tres diámetros de la abolladura no es 
afectada por la presión y el cambio de sección transversal en la zona de la 
abolladura, por lo que fungió como testigo en la prueba. Las galgas 2, 4, y 9 
muestran valores de esfuerzos superiores a los teóricos, comportamiento 
atribuido a la presión y al cambio de geometría en la zona de la abolladura 
 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 100 200 300 400 500 600 700 800
E
sf
u
er
zo
Presión (psi)
galga 1
galga 2
galga 3galga 4
valores teoricos
galga 9
galga 10
ksi MPa
344
310
276
241
207
172
138
103
69
34
0
Figura 44. Presión vs. Esfuerzo circunferencial en la prueba A-6. 
 
 Resultados y Análisis 
 
46 
 
causando desplazamientos que afectan estas zonas. A la presión máxima de 
prueba el esfuerzo determinado en estas zonas tuvo un incremento del 29% 
con respecto al teórico. 
 
Por otro lado la curva de la galga 1 tuvo un incremento del 45% con respecto al 
teórico y la galga 3 del 113% a la presión máxima de prueba (700 psi), este 
comportamiento es atribuido al efecto de la presión y el cambio de sección 
transversal en la zona de la abolladura, originando desplazamientos que 
afectan por lo menos a 1 diámetro del defecto como se muestra en la figura 44. 
Con el análisis de resultados de las pruebas ―A‖ la abolladura puede 
interpretarse como una discontinuidad virtual en el elemento, la cual produce 
una concentración de esfuerzos en las regiones cercanas al defecto, lo que 
explica el cambio en el estado de esfuerzos en el tubo con respecto al teórico. 
 
A continuación se muestra la tabla 7 donde se resumen los resultados 
obtenidos de esfuerzos en cada una de las galgas de las pruebas ―A‖ con 
abolladuras de distintas geometrías con respecto al esfuerzo teórico. 
 
Tabla 7. Resumen de resultados en pruebas “A” 
 Pruebas A 
Geometría 
abolladura 
(L - P) 
A-1 
(4 - 5.24%) 
A-2 
(7-6.60%) 
A-3 
(9-6.60%) 
A-4 
(4-11.81%) 
A-5 
(8-10.50%) 
A-6 
(10-14.50%) 
Galgas 5 y 6 σ (+) > σ0 σ (+) > σ0 σ (+) > σ0 σ (+) > σ0 σ (+) > σ0 σ (+) > σ0 
Galgas 7 y 8 σ (-) > σ0 σ (-) > σ0 σ (-) > σ0 σ (-) > σ0 σ (-) > σ0 σ (-) > σ0 
Galgas 2, 4 y 9 σ ≈ T 44% >T 
 
30% >T 
 
9% >T 
 
47% >T 
 
29% >T 
Galgas 1 y 3 64% >T 98% >T 
 
55% >T 
 
32% >T 
 
72% >T 
 
45% >T 
113% >T 
Galga 10 σ ≈ T σ ≈ T σ ≈ T σ ≈ T σ ≈ T σ ≈ T 
L = Longitud (cm) 
P= Profundidad (%) 
σ0 = Esfuerzo de cedencia 
σ = Esfuerzo medido 
T = Valores Teóricos 
 
Como se observa en la tabla 7, las pruebas A-2 y A-5 son las que presentaron 
mayores esfuerzos en las zonas de las galgas 2, 4, 9 ubicadas en la parte 
 Resultados y Análisis 
 
47 
 
 
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
0.00% 2.00% 4.00% 6.00% 8.00% 10.00% 12.00% 14.00% 16.00%
E
sf
u
er
zo
% Profundidad de abolladura máxima
(A-1)5.24%
(A-2)6.60%
(A-3)6.60%
(A-4)11.81%
(A-5)10.50%
(A-6)14.50%g-5
g-6
g-8
g-7
g-5
g-6
g-8
g-7
g-5
g-6
g-8
g-7
g-5
g-6
g-8
g-7
g-5
g-8
g-7
g-5
g-8
g-7
g-6
g-6
ksi MPa
5516
4137
2758
1379
-1379
-2758
-4137
Figura 45. %Profundidad de la abolladura vs. Esfuerzo en las pruebas “A”. 
Bordes axiales (g5 y g6) 
Bordes laterales (g7 y g8) 
12 
horas 
posterior del tubo con respecto al defecto. De igual manera estas pruebas 
exhibieron mayores esfuerzos en las zonas de las galgas 1 y 3 colocadas a 1 
diámetro de la abolladura. En la figura 45 se muestra el %profundidad de las 
abolladuras creadas en las pruebas ―A‖ vs. Esfuerzo medido en las galgas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En la figura 45, se observa que los mayores esfuerzos de tensión en los bordes 
axiales (galgas 5 y 6) de la abolladura se obtuvieron en las pruebas A-4 y A-6, 
esto puede atribuirse a que estás pruebas tienen la mayor profundidad de 
abolladura en comparación con las demás pruebas. Se puede observar que a 
mayor profundidad de abolladura los esfuerzos de tensión en los bordes axiales 
son mayores. Por otro lado en los bordes laterales de la abolladura (galgas 7 y 
8) las pruebas A-1 y A-3 son en las que se obtuvieron los mayores esfuerzos 
de compresión y se observa que el comportamiento de estas zonas es 
independiente de la profundidad de la abolladura. 
 
 Resultados y Análisis 
 
48 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En la figura 46 se observa que las pruebas A-2 y A-6 es en donde se 
obtuvieron los mayores esfuerzos de tensión en las galgas 1 y 3. También se 
percibe que el comportamiento de las zonas de las galgas 1 y 3 en las pruebas 
es independiente de la profundidad debido a que no muestra una tendencia. 
Con respecto a las zonas de las galgas 2, 4 y 9 los esfuerzos son 
independientes con respecto a la profundidad. Por otro lado a 3 diámetros de 
distancia con respecto a la abolladura (galga 10) no hay efecto mecánico. 
 
En la figura 47 se muestra la longitud de las abolladuras creadas en las 
pruebas ―A‖ vs. Esfuerzo medido en las galgas. 
 
 
 
15
20
25
30
35
40
45
50
0.00% 2.00% 4.00% 6.00% 8.00% 10.00% 12.00% 14.00% 16.00%
E
sf
u
er
zo
% Profundidad de abolladura máxima
(A-1)5.24%
(A-2)6.60%
(A-3)6.60%"
(A-4)11.81%
(A-5)10.50%
(A-6)14.50%
g-4
g-9
g-10
g-2
g-1
g-4
g-9
g-10
g-3
g-2
g-1
g-2
g-9
g-10
g-3
g-4
g-1
g-4
g-9
g-10
g-3
g-2
g-1
g-4
g-10
g-3
g-2
g-1
g-9
g-10
g-3
g-2
g-9
g-4
g-3
g-1
0
ksi MPa
344
310
276
172
207
241
-103
Figura 46. %Profundidad de la abolladura vs. Esfuerzo en las pruebas “A”. 
g2, g9 y g4 
12 horas 
1ø 1ø 2ø 
g1 y g3 g10 
6 horas 
 Resultados y Análisis 
 
49 
 
 
En la figura 47 se observa que los mayores esfuerzos de tensión en los bordes 
axiales (galgas 5 y 6) de la abolladura se obtuvieron en las pruebas A-4 y A-6. 
Existe una concentración de esfuerzos en estas zonas (galga 5 y 6), 
manteniendo una tendencia constante con respecto a longitud de abolladura. 
En los bordes laterales de la abolladura (galgas 7 y 8) las pruebas A-1 y A-3 
son en las que se obtuvo los mayores esfuerzos de compresión, también se 
aprecia que a mayor longitud de abolladura los esfuerzos de comprensión 
tienden a disminuir. 
 
 
 
 
 
 
 
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
- 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 
E
sf
u
er
zo
Longitud (cm)
(A-1) 4cm
(A-2) 7cm
(A-3) 9cm
(A-4) 4cm
(A-5) 8cm
(A-6) 10cm
g-5
g-6
g-8
g-7
g-5
g-8
g-7
g-6
g-5
g-6
g-8
g-7
g-5
g-6
g-8
g-7
g-5
g-6
g-8
g-7
g-5
g-8
g-7
g-6
5516
2758
1379
-1379
-2758
-4137
ksi MPa
Figura 47. Longitud de la abolladura vs. Esfuerzo en las pruebas “A”. 
Bordes axiales (g5 y g6) 
Bordes laterales (g7 y g8) 
12 horas 
 Resultados y Análisis 
 
50 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En la figura 48 se observa que las pruebas A-2 y A-6 es en donde se 
obtuvieron los mayores esfuerzos de tensión en las galgas 1 y 3. También se 
aprecia que el comportamiento en las zonas de las galgas 1 y 3 los esfuerzos 
de tensión es proporcional a la longitud de la abolladura. En relación a las 
zonas de las galgas 2, 4 y 9 los esfuerzos de tensión aumenta conforme es 
mayor la longitud de la abolladura. Por otro lado a 3 diámetros de distancia con 
respecto a la abolladura (galga 10) no hay efecto mecánico. 
 
4.4 Pruebas hidrostáticas tubo “B” 
4.4.1 Prueba B-1: Abolladura de 4 cm longitud y 5.62% profundidad 
En esta prueba se utilizó el tubo ―B‖ cuyas dimensiones se presentan en la 
tabla 2, al cual se le elaboró una abolladura de 4 cm de longitud y 5.60% de 
profundidad (figura 49). 
 
 
 
15
20
25
30
35
40
45
50
- 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 
E
sf
u
er
zo
 (
ks
i)
Longitud (cm)
(A-1) 4cm
(A-2) 7cm
(A-3) 9cm
(A-4) 4cm
(A-5) 8cm
(A-6) 10cm
g-1
g-4
g-9
g-10
g-3
g-2
g-1
g-4
g-10
g-3
g-2
g-9
g-1
g-4
g-9
g-10
g-3
g-2
g-1
g-4
g-9
g-10
g-3
g-2
g-1
g-2
g-9
g-10
g-3
g-4
g-1
g-9
g-10
g-3
g-2
g-4
ksi MPa
344
310
276
241
207
172
138
103
0
Figura 48. Longitud de la abolladura vs. Esfuerzo en las pruebas “A”. 
 
g2, g9 y g4 
12 horas 
1ø 1ø 2ø 
g1 y g3 g10 
6 horas 
 Resultados y Análisis 
 
51 
 
A continuación se detalla el plano general utilizado en todas las pruebas ―B― 
que se realizaron,