3.4.5. ENSAYO DE FATIGA

 ENSAYO DE FATIGA  

La fatiga en los materiales es un modo de fallo que se produce bajo estados de carga variables y cíclicos en el tiempo, repetitivos. En estas condiciones, los materiales pueden llegar a la rotura sin necesidad de alcanzar la tensión límite de rotura del material. Es decir, el fallo se produce para tensiones inferiores a aquella tensión límite obtenida en el ensayo de tracción bajo condiciones estáticas.

Etapas del fallo por fatiga

La fatiga tiene un mecanismo de fallo característico basado en la formación y propagación de grietas. Se trata de un proceso de tres etapas:

1.Formación de una grieta: durante la aplicación de los ciclos de carga, en una posición de la pieza se generará una pequeña grieta. Esta aparecerá en una posición u otra en función del estado de tensiones aplicado y de la existencia de efectos de concentración de tensiones.

2.Crecimiento de la grieta: con el paso de los ciclos la longitud de la grieta aumenta. En primer lugar se producirá un crecimiento lento, siendo más acelerado al final.

3.Rotura: finalmente, la grieta alcanzará una longitud crítica, en cuyo instante se produce la fractura del material.

Mediante la observación de la zona de fractura puede evaluarse el origen y crecimiento de la grieta, a partir de unas marcas llamadas playas de fatiga. Las playas de fatiga finalizan en una zona de rotura.

Ensayo de fatiga

Para conocer el comportamiento del material ante esfuerzos de fatiga es necesario realizar un ensayo específico, sometiendo a una probeta del material a un esfuerzo variable durante un número elevado de ciclos. Existen dos variantes principales del ensayo:

• Esfuerzo de tracción variable (o tracción-compresión): puede llevarse a cabo en una máquina universal de ensayos o máquina de ensayos de tracción y consiste en la aplicación de un esfuerzo de tracción variable entre dos valores, máximo y mínimo. Los ciclos de carga se repiten en el tiempo, con una frecuencia de oscilación, hasta que se produce la rotura de la pieza.

La tensión media durante el ensayo se obtiene a partir de las tensiones máxima y mínima como

${\sigma }_m={\displaystyle \frac{{\sigma }_{\max }+{\sigma }_{\min }}{2}}$

• Esfuerzo de flexión rotativa: una probeta cilíndrica es sometida a un esfuerzo de flexión. Así, la mitad de las fibras de la probeta estén traccionadas y la otra mitad comprimidas. Además, se le aplica una velocidad de giro constante, de modo que se produzca la alternancia entre las zonas de compresión y tracción, generando la variación cíclica de la carga y con ello, el esfuerzo de fatiga. El ensayo finaliza cuando la probeta se rompe.