Fatiga metálica (Metal Fatigue)

¿Qué es la fatiga metálica?

La fatiga metálica es el fenómeno por el cual una estructura metálica desarrolla grietas microscópicas bajo ciclos repetidos de carga y descarga. Con el tiempo, estas grietas crecen hasta que la sección restante ya no puede soportar la carga aplicada, resultando en fractura súbita. Críticamente, la falla por fatiga puede ocurrir a niveles de estrés muy por debajo de la resistencia a la tracción publicada del material. Las regulaciones de aeronavegabilidad están fuertemente influenciadas por las lecciones aprendidas de desastres relacionados con la fatiga.

Cómo funciona

El daño por fatiga se acumula en puntos de concentración de estrés — orificios, muescas, arañazos superficiales o remaches mal formados. Cada ciclo de presurización de un fuselaje expande y luego relaja la piel. La vida de fatiga se expresa en:

• Ciclos hasta la falla (curva S-N): Un gráfico de amplitud de estrés versus número de ciclos antes de la iniciación de grietas.
• Tolerancia al daño: El diseño moderno requiere que una grieta detectable crezca lo suficientemente lento como para ser encontrada en una inspección programada antes de alcanzar el tamaño crítico.
• Vida segura vs. a prueba de fallos: Los componentes de vida segura se retiran después de un número fijo de ciclos; las estructuras a prueba de fallos se diseñan para que un elemento pueda agrietarse sin causar falla total.

Aplicaciones en aviación

Los desastres del de Havilland Comet de 1954 fueron los eventos de fatiga definitorios en la aviación comercial. Las esquinas cuadradas de las ventanas crearon concentraciones de estrés en el fuselaje presurizado que causaron ruptura catastrófica en vuelo. El incidente de Aloha Airlines con un Boeing 737 (1988), donde una sección de fuselaje se desprendió debido a fatiga generalizada en remaches de juntas solapadas, reforzó los programas obligatorios de inspección de aeronaves envejecidas.

Desarrollos futuros

Los sistemas de monitoreo de salud estructural (SHM) usando sensores piezoeléctricos y galgas de deformación de fibra óptica están siendo desarrollados para detectar el crecimiento de grietas en tiempo real. El creciente uso de materiales compuestos reduce las preocupaciones de fatiga para estructura primaria, ya que la fibra de carbono no exhibe el mismo comportamiento de propagación de grietas que el aluminio.