Diseño para Fatiga - webaero

estática del material y, especialmente, del diseño
detallado de las uniones de la estructura. Así
pues, a pesar de que la ecuación que se ha de
satisfacer sigue siendo la misma, se plantea el
problema adicional de la elección de un valor
adecuado para la tensión calculada. Esta selección
se convierte en el aspecto más relevante a la
hora de proyectar una estructura contra la fatiga.
La primera dificultad consiste en decidir
qué es lo que se intenta conseguir con respecto
a la vida, es decir, cuánto tiempo debe durar la
estructura. En el pasado, incluso cuando el diseño
detallado para la prevención de la fatiga no
era habitual, con frecuencia se obtenía una vida
infinita (basta pensar en el ejemplo de los puentes
romanos, algunos de los cuales siguen en pie
actualmente debido a que el cálculo estático de
las estructuras incluyó la aplicación de elevados
coeficientes de la seguridad y la utilización de
métodos aproximados, que tuvieron como resultado
la utilización de unos cálculos pesimistas de
la resistencia y un cálculo exagerado de las cargas
de servicio).
No obstante, se ha producido un incremento
progresivo de las tensiones calculadas y
la utilización de métodos proyectuales más sofisticados
se traduce en que, actualmente, las tensiones
calculadas tienden a estar realmente presentes
en las estructuras en servicio. Este nivel
de solicitación es la razón por la que la fatiga se
ha convertido en un problema. La única forma
que tiene el proyectista de asegurar una vida infinita
consiste en la utilización de tensiones de trabajo
inferiores al límite de fatiga de las uniones
de la estructura. Este enfoque conlleva la utilización
de tensiones de trabajo muy reducidas. No
obstante, si algún ciclo de tensión tiene una
amplitud mayor que el límite de fatiga, debe
aceptarse que finalmente se producirá el agotamiento
y que la vida es finita.
Por lo tanto, el proyectista se encuentra
ante un dilema. ¿Debe mantener las tensiones
muy reducidas, inevitablemente a costa de una
estructura pesada, y tratar de obtener una vida
infinita, o debe aceptar una vida finita? Y, si decide
aceptar una vida finita, ¿en base a qué debe
elegir las tensiones calculadas?
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Muchas de las reflexiones sobre este problema
han surgido en la industria de la aviación
(donde el ahorro de peso reviste una importancia
particular). Resulta muy interesante observar las
dos filosofías de diseño desarrolladas por los
ingenieros aeronáuticos, conocidas como los
conceptos “seguro para el uso” y “seguro ante el
agotamiento” del diseño estructural.
En el método del diseño “seguro para el
uso” el proyectista comienza por hacer un cálculo
del espectro de carga al que es probable que
se vean sometidos los componentes estructurales
críticos durante el servicio. A continuación se
analiza y se somete estos componentes a ensayos,
bajo ese espectro de carga, con el fin de
obtener su vida prevista. Finalmente, se aplica
un coeficiente de seguridad con el objeto de
obtener una vida segura en la que la posibilidad
de agotamiento por fatiga se considere lo suficientemente
remota. Finalizado ese período, se
procede al reemplazo automático de los componentes
estructurales en cuestión. Es importante
observar que, incluso a pesar de que es posible
utilizar ensayos prácticos para efectuar el cálculo
de la vida en el laboratorio, el método “seguro
para el uso” es, en último término, de naturaleza
teórica. El paso crítico consiste en determinar la
vida segura a partir de la vida prevista. El coeficiente
de seguridad introducido en esta etapa ha
de tener en cuenta un gran número de factores
desconocidos, tales como la dispersión que se
observa en los resultados de los ensayos de fatiga,
errores en el cálculo del espectro de carga y
el efecto de variables extrínsecas tales como las
condiciones del contorno, corrosión, etc. Resulta
evidente que, haciendo que el coeficiente de
seguridad sea lo suficientemente elevado, el proyectista
puede controlar la probabilidad de agotamiento
asociada a su proyecto. Por otra parte,
si se produce una grieta de fatiga, es muy posible
que sea catastrófica y la seguridad depende
de la consecución de una vida especificada sin
que se produzca el desarrollo de una rotura de
fatiga. Con este método de diseño, el aspecto
que se resalta es la prevención de la iniciación
de la grieta.
En el caso del concepto “seguro ante el
agotamiento”, la base del cálculo consiste en