La fatiga de los metales y eres más fuerte de lo que pensabas

¿Quién no ha doblado varias veces para un lado y otro la anilla de una lata de refresco para partirla?

anilla lata fatiga

Parece que no es un logro partir una anilla de lata de refresco de esta forma, ¿no? Prueba a partirla simplemente estirando…¿A que ya no estás tan fuerte? Analizaremos el porqué.

¿Os acordáis de la anterior entrada en la que os hablaba del concepto de tensión? hablábamos que si es estiraba en exceso un trozo de metal este terminaría por romperse. Por ejemplo, para romper un cable de freno de bicicleta habría que colgar un peso de más de cien kilos. Sin embargo, utilizando las propias manos y aplicando, obviamente mucha menos fuerza, también podréis romperlo, eso sí, con muuuucha paciencia. ¿Cómo? Estirando, dejando de hacer fuerza, volviendo a estirar, dejando de hacer fuerza, volviendo a hacer fuerza… Posiblemente tras haber hecho esto 10.000 o 1.000.000 se romperá…

¿Y a qué se debe esto?
Pues por muy “perfecto y sano” que parezca un metal siempre existirán en su superficie e interior minúsculos defectos como fisuras o poros. Cuando decimos minúsculos quiere decir del tamaño de milésimas de milímetros o ¡incluso menores! Estos defectos tan ridículos pueden deberse a algo tan tonto como por ejemplo a una marca en la superficie debido a un golpe, al propio proceso de fabricación o simplemente a un cambio brusco de temperatura.

¿Y como de malos son esos defectos? Depende. No afectan prácticamente en nada a un metal que se somete a gran tensión. De forma burda: si lo estiras tanto como para romperlo poco importa que el material tenga pequeños defectos.

Sin embargo, si aplicamos una tensión pequeña, aunque esta como tal no sea suficiente para romper el material sí que puede ser suficiente para hacer crecer esas minúsculas imperfecciones, y si se hace sólo una vez no pasa nada, pero si aplicamos infinidad de veces esa tensión o fuerza, aunque no sea grande, tarde o temprano hará crecer esas ridículas grietas que al final dejarán de ser “tan pequeñas” y cuando nos demos cuenta alguna de ellas habrá crecido de forma alarmante haciendo que el material ya no resista más.

Este proceso de formación y crecimiento de grietas es lo que se conoce como fatiga.

¿Consecuencias? Aquí algunos ejemplos muy famosos:

fatiga avion aloha

El Boing 737 de la compañía Aloha Airlines en 1988 perdió parte del fuselaje debido a un proceso de fatiga por la continua presurización y despresurización del avión combinado con un ambiente costero y por tanto corrosivo.

 

fatiga barco liberty

 

Los barcos militares Liberty, en los que se unió la utilización de un acero muy duro, ambiente frió (lo que vuelve los metales más frágiles), uniones soldadas (que permitieron a las grietas pasar de una chapa a otra) y el constante movimiento al que lo someten las olas hicieron que buena parte de ellos se partieran por la mitad en poco tiempo.

¡Eso parece el fin del mundo! ¡Todo se va a romper! Para nada. A raíz de catástrofes como esas, a partir de los años 60-70 y 80 las ramas de la fatiga y fractura experimentaron un crecimiento y desarrollo muy grande. A día de hoy este efecto de aparición y crecimiento de grietas es conocido y estudiado por lo que se pueden tomar medidas del estilo:

-Saber cómo de grande puede llegar a ser una grieta antes de que provoque la rotura del material para tomar medidas antes de que ocurra, estudiando el numero de ciclos o veces que se puede aplicar una determinada fuerza. Esto es muy típico de piezas fabricadas en aluminio o metales muy duros como el titanio, usados ampliamente en la industria aeronáutica.
-O en el caso concreto de piezas fabricadas en acero, este tiene una bondad bastante especial y es que si no se le somete por encima de cierta tensión las grietas difícilmente crecerán en él por muchas veces que le apliquemos tensión.
Así que, con estas dos medidas y muchos cálculos, ¡todo está bajo control!

Aquí tenéis algunas imágenes de componentes mecánicos que han sufrido la aparición de grandes grietas y su posterior rotura:

ejemplo seccion fractura fatigaejemplo seccion fractura fatiga

Como podéis ver hay dos zonas diferenciadas, la más oscura que es la grieta en sí, que ha ido creciendo poco a poco, hasta que el resto del material, la parte más clara, no ha podido resistir más. Una de las técnicas que os he nombrado para estudiar la fatiga consiste en estudiar el tamaño que podrá alcanzar esa zona oscura (grieta) y cuanto tiempo llevará que alcance ese tamaño.

Como ejemplo curioso de fatiga tenemos el Porsche 917 de carreras (precioso, por cierto), que contaban con un chasis tubular de aluminio y magnesio, el cual debido al uso de tubos lo más ligeros posibles no estaba libre 917k-gulfde los efectos de la fatiga, por lo que la marca construía un chasis nuevo para cada evento importante de carreras.

fatiga porsche chasis

Antes de despedirme me gustaría que vieseis unos vídeos de ensayos de fatiga, donde se somete a una probeta (por el aspecto parece aluminio) y se puede observar como tras más de 80.000 ciclos avanza la grieta. Aunque hay veces que no se aprecia por la velocidad tan alta a la que ocurre, las pinzas o mordazas que agarran el material no paran de moverse arriba y abajo estirando una y otra vez la probeta

Con esto me despido y ya sabes: eres más fuerte de lo que parece… si tienes la paciencia y aguante necesarios.

Un saludo y hasta la próxima.

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