Diseño para Fatiga - webaero

1. SEGURIDAD, DURABILIDAD
Y CONFIANZA
1.1 Introducción a los Conceptos
de Seguridad y Resistencia
Si un elemento de construcción o una
unión se ven sometidos a una carga variable
cíclicamente, es posible que se produzca el agotamiento
tras un cierto número de aplicaciones
de la carga, incluso si la tensión máxima nominal
de un único ciclo es muy inferior a la tensión de
fluencia, bien sea del material o del metal de la
soldadura o del método de unión.
Es posible que, de hecho, una grieta se
inicie en alguna discontinuidad mecánica o
metalúrgica (concentración de tensiones) y que
se propague a través del material con las repeticiones
sucesivas de la carga, hasta que la parte
afectada pierda su capacidad para soportar la
carga. Este mecanismo de agotamiento se conoce
como “fatiga”.
Muchos agotamientos de estructuras de
ingeniería se atribuyen a las consecuencias de
grietas preexistentes o de discontinuidades con
forma de grieta. Desgraciadamente, los modelos
de diseño normalizados para vigas, pilares y
vigas de celosía que utilizan la determinación de
las tensiones y los métodos de la resistencia de
los materiales convencionales no son capaces
de evaluar los efectos de las grietas en los elementos
estructurales. Los principios de la mecánica
de la fractura permiten que se proceda a
una evaluación más racional de las estructuras
que contienen grietas.
En un principio, la mayor parte de las aplicaciones
de la técnica de la construcción de la
mecánica de la fractura se limitaban a la evaluación
en servicio de las estructuras, fundamentalmente
en el sector de la aviación. Recientemente,
se ha correlacionado la magnitud y el perfil de las
discontinuidades con los niveles de calidad del
trabajo de taller [1]. Como resultado de ello, los
comités para la redacción de reglamentos están
comenzando a utilizar los cálculos de la mecánica
de la fractura con el fin de evaluar los reglamentos
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para el control de calidad. Además, cuando no
existen reglamentos aplicables, los ingenieros
pueden utilizar directamente la mecánica de la
fractura para la evaluación de los resultados de
inspecciones no destructivas.
El concepto de diseño tolerante a los
daños es, quizás, la mayor justificación para la
utilización de la mecánica de la fractura. Este
concepto acepta la posibilidad de que un elemento
retenga su utilidad aún cuando se haya
visto sometido a daños durante el trabajo de
taller, el transporte o incluso tras varios años de
servicio. Este tipo de daños se manifiesta con
frecuencia por medio de la grietación.
Actualmente, la tolerancia a los daños se
ha convertido en un concepto típico del diseño
en algunas áreas de ingeniería; la aceptación de
ciertos aspectos es evidente en la técnica de la
construcción, en la que los conceptos nuevos
están haciéndose cada vez más habituales.
Los conceptos de seguridad y de durabilidad
revisten una importancia particular a la hora
de adoptar un enfoque basado en el diseño tolerante
a los daños.
Es posible satisfacer los requisitos tanto
de seguridad como de durabilidad considerando
los daños iniciales en la estructura (o en el elemento
estructural) y asegurar que estos daños
no se propaguen y alcancen unos límites específicos
en periodos de tiempo preestablecidos.
La seguridad está asociada con los daños
extremos (es decir, el caso más desfavorable)
que pudieran no ser detectados durante las inspecciones
de fabricación. Estos daños no deben
propagarse y degradar la resistencia de la
estructura (o del elemento) por debajo de unos
límites especificados durante la vida de servicio.
Los límites de durabilidad van asociados a los
aspectos económicos de las reparaciones durante
el servicio, es decir, no se permite que los
daños iniciales típicos de los procedimientos de
fabricación se propaguen hasta alcanzar una
cierta magnitud que requiera un reproceso o
reparación importante en menos de una vida de
servicio prevista.