Fatiga en metales. Introducción
3/4/2026
Cuando una pieza está sometida a fuerzas dinámicas cíclicas tiende a romper aunque su estado de tensiones más desfavorable esté por debajo del límite elástico. Esta pieza está “cansada” y de ahí el término fatiga.
A mediados de 1800 se empezó a estudiar los efectos de la fatiga en ejes de trenes. Uno de los precursores fue August Wöhler.
Algunas catástrofes debido a la fatiga:
• Colapso plataforma petrolífera (Noruega, 1980).
Causa. Uno de sus cinco apoyos falló por causas del viento debido a una mala soldadura (fisura) en uno de los refuerzos desde su inicio de construcción.
• Accidente ferroviario en Eschede, Alemania (1998)
Causa. Fisura interna en la rueda (3) por excesiva carga y desgaste. Diámetro de la rueda 862 mm cuando debería de haber sido mayor de 920 mm (www.ndt.net)
Empresa Lucchini RS Group
• Rotura de motor de Boeing 777, vuelo 328 United Airlines (2021, Denver, sin fallecidos).
Causa. Rotura transversal de una pala debida a fisura interna en la superficie hueca (círculo rojo).
Las revisiones se hacían cada 6500 ciclos (1 ciclo = despegue y aterrizaje).
La rotura tuvo lugar a los 2979 ciclos desde la última revisión.
En las inspecciones se utilizaban imágenes térmicas acústicas.
El total de ciclos que llevaba hasta la rotura eran 15362.
La resistencia a la fatiga disminuyó debido a contaminación de la superficie por partículas de carbón y por discontinuidad geométrica por fabricación.
National Transportation Safety Board
National Transportation Safety Board
National Transportation Safety Board
Una falla por fatiga empieza por una o varias microfisuras que debido a tensiones repetitivas se va extendiendo. Estas microfisuras pasan a macrofisuras y en la superficie aparecen marcas parecidas a la superficie de una playa (ver figura). Por último la pieza no puede soportar las cargas dinámicas y termina rompiendo de manera frágil, dúctil o combinación.
En este video de la empresa Laser Focused Technologies Corporation se puede ver una pieza sometida a flexión soportando cargas dinámicas. Se va formando una microfisura interna que después pasa a macrofisura hasta que ya no puede soportar más las cargas dinámicas (YouTube)
Las fallas por fatiga suelen ocurrir:
Zonas de concentración de tensiones.
Cambios de sección geométrica.
Agujeros.
Chaveteros
Imperfecciones en la fabricación.
Tratamientos térmicos.
Procesos de conformado.
Contaminación de la superficie por otras partículas.
Métodos para predecir la falla por fatiga en el diseño:
Método esfuerzo vida
Método deformación vida
Método de la mecánica de la fractura lineal elástica
1. Método esfuerzo vida
Es el método más empleado para iniciarse en el estudio de fatiga.
Basado en métodos empíricos.
Es el método menos preciso de los tres pero el más tradicional.
En este video de la empresa Admet se emplea una máquina para hacer un ensayo de fatiga donde la probeta gira estando sometida a dos cargas (F/2) provocando flexión. En cada giro del eje (N = 1 ciclo) un pequeño elemento de la superficie de la probeta va a estar sometido a tracción y compresión. (YouTube).
Society for Maintenance & Reliability Professionals (SMRP)
Empresa Admet
Con estos ensayos obtenemos los diagramas S-N. (ver figura, curva idealizada para aceros)
Siemens Community
Eje X. Números de ciclos
Eje Y. Resistencia a la fatiga
A partir de entre 10e6 y 10e7 ciclos (para aceros) la pieza va a tener una vida infinita ya que se alcanza el límite de fatiga.
A través de datos publicados se obtiene este gráfico. Límite de fatiga con respecto a la resistencia última a tensión para materiales ferrosos.
• Desde 0 a 1400 MPa (203 kpsi).
El límite de fatiga se aproxima al 50% de la resistencia última a tensión.
• A partir de Sut = 1400 MPa.
Los datos tienen forma horizontal, el límite de fatiga se mantiene constante con un valor de 700 MPa (102 kpsi)
Referencias.
Shigley’s mechanical engineering design twelfth edition SI units. Mc Graw Hill.