Las fracturas por fatiga son un problema común para los ingenieros civiles. Ocurren cuando un elemento estructural se somete a esfuerzos repetidos a lo largo del tiempo, lo que resulta en la degradación del material y la pérdida de resistencia. Con el conocimiento y las precauciones adecuadas, se pueden prevenir las fracturas por tensión y garantizar la seguridad y longevidad de las estructuras.
¿Qué es la falla por fatiga?
La formación y propagación de grietas como resultado de cargas cíclicas o repetidas se conoce como fractura por fatiga. La mayoría de las fracturas por fatiga son causadas por cargas cíclicas muy inferiores a las que darían como resultado el comportamiento de flujo del material. La fractura se produce debido a la naturaleza cíclica de la carga, que provoca que pequeños defectos en el material se agranden y formen una grieta macroscópica (fase de iniciación). Luego, el componente puede fallar estructuralmente o por compresión si la grieta continúa creciendo hasta alcanzar un tamaño crítico.
Normalmente, las fracturas por fatiga ocurren en concentraciones de tensión y discontinuidades estructurales. Además, las grietas por fatiga pueden propagarse a partir de grietas macroscópicas preexistentes, como defectos de soldadura. La corrosión por tensión es el resultado de la combinación de dos efectos (corrosión y fisuración por fatiga) que pueden superponerse a un proceso de corrosión.
Problemas de fracturas por estrés
Las fracturas por fatiga en puentes metálicos son un problema grave que afecta la funcionalidad de los puentes metálicos existentes. La fatiga es el debilitamiento de los miembros de acero o la acumulación de daño en un área específica causado por cargas cíclicas o repetidas. Si la tensión nominal máxima todavía está muy por debajo de la resistencia del material determinada por la prueba del material, el material puede dañarse en esta situación. Cuando el material se somete a tensiones repetidas más allá de cierto límite, se forman grietas microscópicas en áreas de tensión concentrada. Los componentes de acero se rompen inesperadamente a medida que se propaga la grieta.
Consideraciones de diseño
Al diseñar componentes soldados sujetos a cargas cíclicas, el análisis de fractura por fatiga es fundamental. Los componentes soldados que normalmente se encuentran en estructuras de acero requieren una atención especial durante el análisis de fatiga. Es esencial comprender los componentes necesarios y el proceso para estimar la vida útil y realizar análisis de falla por fatiga en estructuras soldadas.
Existen varios métodos que se pueden utilizar para prevenir las fracturas por estrés.
01. Diseñar estructuras utilizando materiales resistentes a la fatiga.
02. Utilice análisis avanzados para identificar posibles vulnerabilidades y tomar medidas para mejorar estas áreas.
03. Además, podemos inspeccionar periódicamente las estructuras en busca de signos de fatiga y resolver cualquier problema tan pronto como se descubra .
Aunque no siempre es posible prevenir completamente las fracturas por tensión, estas medidas pueden ayudar a reducir el riesgo y garantizar que las estructuras permanezcan seguras y funcionales durante muchos años.
Como la fatiga es un fenómeno que ocurre cuando un material se somete a cargas cíclicas, puede ocurrir en cualquier estructura, incluidos puentes, edificios y estructuras marinas.
Alrededor del 30% de todos los colapsos de puentes se deben a fracturas por fatiga; Esto hace que la fatiga sea la causa más común de falla estructural en puentes.
Cómo ocurre la falla por fatiga
Una fractura por fatiga es una falla estructural repentina, inesperada y a menudo catastrófica de un componente metálico. La principal causa del agrietamiento por fatiga es la aplicación y eliminación repetida de cargas a una estructura metálica, pero la corrosión y las tensiones residuales en el propio metal también pueden ser causas.
Cómo prevenir las fracturas por estrés
El método más común para prevenir fracturas por fatiga es garantizar que no haya defectos operativos ni daños a la estructura. Las grietas en las estructuras metálicas proporcionan un camino fácil para la formación de grietas por fatiga. Por lo tanto, deben revisarse periódicamente y repararse inmediatamente si se descubren defectos.
Reducir los ciclos de estrés también puede ayudar a prevenir las fracturas por estrés. Esto se puede lograr mediante inspecciones y mantenimiento periódicos, así como introduciendo límites de carga para determinadas operaciones. La presión sobre las estructuras también puede limitarse cambiando las prácticas laborales, por ejemplo, restringiendo el acceso en momentos en que se utiliza maquinaria pesada en las cercanías.
Además de las medidas que se pueden tomar para prevenir fallas por fatiga, también es importante que los ingenieros civiles estén atentos a las señales que indican que una estructura puede estar en riesgo. Esto puede incluir grietas, corrosión y deformaciones. Si se observa alguno de estos signos, es importante investigar la causa y tomar medidas para corregir el problema. La detección e intervención tempranas pueden minimizar el daño causado por las fracturas por estrés.
Los ingenieros civiles deben ser diligentes en prevenir y detectar fracturas por fatiga. Al tomar medidas de mitigación de riesgos y prestar atención a las señales de daño, los ingenieros civiles pueden mantener sus estructuras seguras y confiables durante muchos años.
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