Este documento trata sobre el concepto de fatiga y sus aplicaciones en componentes industriales sometidos a cargas repetitivas. Explica los objetivos de comprender los conceptos de fatiga y reconocer los tipos de fatiga según la forma de alternancia de tensiones. También describe las fases de un fallo por fatiga, la curva S-N, y los siete factores que afectan la resistencia a la fatiga de los materiales de tubería sin costura.

1. CARGA REPETIDA - FATIGA
2° B
INSTITUTO SUPERIOR TECNOLÓGICO SIMÓN BOLÍVAR
TECNOLOGÍA SUPERIOR EN ELECTROMECÁNICA
ING. JAVIER EDISON MALTE MALTE
JULIO 2022

2. Contenido
Objetivo General
Objetivos Específicos
Resultados de Aprendizaje
Marco Teórico
Introducción al Análisis de Fatiga o Durabilidad
Fases de un Fallo por Fatiga
Curva S-N
Ensayo de Fatiga
Siete factores que afectan la resistencia a la fatiga de los materiales de tubería sin costura
Ejercicio Grupo 1
Conclusiones
Referencias

3. OBJETIVO GENERAL
CONOCER Y ENTENDER LOS CONCEPTOS DE FATIGA PARA LA PREVENCIÓN DE
FALLAS EN COMPONENTES INDUSTRIALES EXPUESTOS A CARGAS REPETITIVAS.
• OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• RECONOCER LOS TIPOS DE FATIGA QUE PODEMOS ENCONTRAR SEGÚN LA FORMA DE
ALTERNANCIA DE LAS TENSIONES.
• CONOCER LOS SIETE FACTORES QUE AFECTAN LA RESISTENCIAA LA FATIGA DE LOS
MATERIALES DE TUBERÍA SIN COSTURA.
• ANALIZAR LAS FASES QUE ENCONTRAMOS EN UN FALLO RELACIONADO A LA FATIGA DE
UN MATERIAL.

4. • RESULTADOS DE APRENDIZAJE
• EL TERMINO FATIGA ES UN CONCEPTO RELATIVAMENTE NUEVO, SE DICE QUE UN MATERIAL ESTÁ
SOMETIDO A ESTE SI EL MISMO ESTÁN APLICANDO DIVERSAS CARGAS QUE AUN CON VALORES POR
DEBAJO DEL VALOR DEL DE ROTURA DEL MATERIAL SON CAPACES DE GENERARLA YA QUE ESTAS SON
APLICADAS DE MANERA CONTINÚA GENERANDO GRIETAS LAS CUALES CON CONDICIONES
ADECUADAS VAN AUMENTANDO DE TAMAÑO HASTA SER LO SUFICIENTEMENTE GRANDES COMO
PARA QUE CON LA CARGA APLICADA GENERAR UNA ROTURA. LA FATIGA ES EL MECANISMO
MEDIANTE EL CUAL LAS FISURAS SE INCREMENTAN EN UNA ESTRUCTURA.

5. • MARCO TEÓRICO
• INTRODUCCIÓN ALANÁLISIS DE FATIGA O DURABILIDAD
• EN LA VIDA REAL SE OBSERVA QUE REPETIDOS CICLOS DE CARGA Y DESCARGA DEBILITAN LAS
PIEZAS A LO LARGO DEL TIEMPO INCLUSO CUANDO LAS CARGAS INDUCIDAS ESTÁN
CONSIDERABLEMENTE POR DEBAJO DE LA TENSIÓN DE ROTURA ESTÁTICA E INCLUSO DEL LÍMITE
ELÁSTICO DEL MATERIAL. ESTE FENÓMENO SE LE CONOCE COMO FATIGA. CADA CICLO DE
FLUCTUACIÓN DE LA TENSIÓN DETERIORA O DAÑA LA PIEZA UN POCO. TRAS UN Nº DE CICLOS
DETERMINADO, LA PIEZA ESTÁ TAN DEBILITADA QUE ROMPE POR FATIGA. PARA COMPLICAR EL TEMA
TAMBIÉN SE OBSERVA EN PIEZAS METÁLICAS QUE POR DEBAJO DE UN CIERTO VALOR DE LA TENSIÓN
NO SE PRODUCE LA ROTURA POR ELEVADO QUE SEA EL Nº DE CICLOS DE TRABAJO DE LA PIEZA.

6. PARA REALIZAR UN ANÁLISIS A FATIGA O DE DURABILIDAD, SE DEBE PROPORCIONAR INFORMACIÓN
ESPECÍFICA PARA EL ANÁLISIS DE FATIGA:
►PROPIEDADES A FATIGA DE LOS MATERIALES
►VARIACIÓN DE LAS CARGAS A FATIGA
►OPCIONES DE ANÁLISIS A FATIGA
• EN LAS MAQUINAS, LA MAYORÍA DE LOS ELEMENTOS ESTÁN SOMETIDOS A ESFUERZOS VARIABLES,
PRODUCIDOS POR CARGAS Y DESCARGAS SUCESIVAS Y REPETIDAS. LOS ELEMENTOS SUJETOS A ESTE
TIPO DE ESFUERZOS SE ROMPEN O FALLAN, FRECUENTEMENTE, PARA UN VALOR DE ESFUERZO
MUCHO MENOR QUE EL DE RUPTURA CORRESPONDIENTE, DETERMINADO MEDIANTE EL CLÁSICO
ENSAYO DE TENSIÓN. ESTE TIPO DE FALLA SE DENOMINA RUPTURA POR FATIGA.
• MÁQUINA DE PROBETA ROTATORIA DE MOORE PARA ENSAYO A FATIGA

7. LOS TIPOS DE FATIGA SE LOS CLASIFICA SEGÚN LA FORMA DE ALTERNANCIA DE LAS TENSIONES. ASÍ
QUE PODEMOS DIFERENCIAR: ALTERNADOS, INTERMITENTES Y PULSATORIOS.
• ►ALTERNADOS SE GENERAN CUANDO LAS TENSIONES CAMBIAN DE SIGNO
ALTERNATIVAMENTE. EL CASO MÁS COMÚN Y SIMPLE, ES AQUEL EN QUE LA TENSIÓN MÁXIMA
POSITIVA ES IGUAL A LA MÍNIMA, OBTENIÉNDOSE UN CICLO DENOMINADO ALTERNADO
SIMÉTRICO. CUANDO LAS TENSIONES SE PRESENTAN DE DISTINTO SIGO Y VALOR, EL CICLO ES
LLAMADO ALTERNADO ASIMÉTRICO.
• ►INTERMITENTES EN ESTE CASO LOS ESFUERZOS TIENEN SIEMPRE EL MISMO SENTIDO Y SU
CICLO VA DESDE CERO A UN VALOR DETERMINADO, QUE PUEDE SER POSITIVO O NEGATIVO.
• ►PULSATORIOS TIENEN CUANDO LA TENSIÓN VARÍA DE UN MÁXIMO A UN MÍNIMO, DISTINTO
DE CERO, DENTRO DEL MISMO SIGNO.

8. FASES DE UN FALLO POR FATIGA
LOS FALLOS POR FATIGA SE PRODUCEN EN TRES FASES:
• FASE 1 (INICIACIÓN)
• FASE 2 (PROPAGACIÓN)
• FASE 3 (ROTURA)

9. CURVA S-N
• LA CURVA S-N DE UN MATERIAL DEFINE VALORES DE TENSIONES ALTERNAS VS. EL Nº DE CICLOS
REQUERIDOS PARA CAUSAR EL FALLO A UN DETERMINADO RATIO DE TENSIÓN. LA SIGUIENTE FIGURA
MUESTRA UNA CURVA TÍPICA S-N. EL EJE-Y REPRESENTA LA TENSIÓN ALTERNA (S) Y EL EJE-X
REPRESENTA EL Nº DE CICLOS (N). LA CURVA S-N SE BASA EN UN RATIO DE TENSIÓN O TENSIÓN MEDIA
SMM. PARA CADA MATERIAL SE PUEDEN DEFINIR MÚLTIPLES CURVAS S-N CON DIFERENTES VALORES
DE TENSIÓN MEDIA.
• CURVA S-N

10. SIETE FACTORES QUE AFECTAN LA RESISTENCIA A LA FATIGA DE
LOS MATERIALES DE TUBERÍA SIN COSTURA
• ►1. EL EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN DE ESTRÉS
• ►2. LA INFLUENCIA DEL TAMAÑO
• ►3. LA INFLUENCIA DEL PROCESAMIENTO DE SUPERFICIES
• ►4. EL IMPACTO DE LOS TIEMPOS DE CARGA
• ►5. LA INFLUENCIA DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA
• ►6. LA INFLUENCIA DE LAS INCLUSIONES
• ►7. EL EFECTO DE LOS CAMBIOS EN LAS PROPIEDADES DE LA SUPERFICIE Y LA TENSIÓN
RESIDUAL

11. EJERCICIO GRUPO 1
• DETERMINE LA FUERZA EN LOS ELEMENTOS DF, EF, EG DE LA ARMADURA HOWE PARA TECHO QUE SE
MUESTRA EN LA FIGURA E INDIQUE SI LOS ELEMENTOS ESTÁN EN TRACCIÓN O EN COMPRESIÓN, ESTOS
ELEMENTOS DEBEN FABRICARSE CON UN ACERO CUYA RESISTENCIA ÚLTIMA SEA DE 50 MPSI.
• CALCULAR LOS ESFUERZOS PRODUCIDOS EN LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DF, EF Y EG, SI EL ÁREA
TRANSVERSAL DE CADA ELEMENTO ES DE 250 PULG2.
• CALCULAR EL FACTOR DE SEGURIDAD DE CADA ELEMENTO.
•→

15. • CONCLUSIONES
• LA FATIGA, AUNQUE NO ES UN CONCEPTO MUY CONOCIDO TIENE GRAN RELEVANCIA EN
NUESTRA VIDA DIARIA SE REFIERE AL ESTUDIO DE LOS FENÓMENOS DE ROTURA DE UN
MATERIAL BAJO CARGAS CÍCLICAS Y AUNQUE NO ERA UN TÉRMINO MUY CONOCIDO EN
LA ANTIGÜEDAD CON EL PASAR DE LOS AÑOS HA ADQUIRIDO SUMA IMPORTANCIA A LA
HORA DE ESTUDIAR UN MATERIAL. CON LA EVOLUCIÓN DE LA TECNOLOGÍA Y LOS
AVANCES A LA HORA DE FABRICACIÓN DE MATERIALES, ASÍ COMO DEL ESTUDIO DE LA
VIDA ÚTIL Y CUANTO PUEDE SOPORTAR UN MATERIAL ANTES DE FALLAR, LA FATIGA ES
UN CONCEPTO SUMAMENTE IMPORTANTE YA QUE UN ESTUDIO DETALLADO DE LA MISMA
PUEDE APLICARSE PARA HACER MATERIALES MÁS EFICIENTES Y RESISTENTES PARA
NUESTRO USO

16. • REFERENCIAS
• D. CASELLAS, M. M. NAGL, M. VELEZ, L. LLANES Y M. ANGLADA, DETERMINACIÓN DE LA PRESENCIA DE FATIGA
MECÁNICA EN MATERIALES CERÁMICOS, BOLETÍN DE LA SOCIEDAD ESPAÑOLA DE CERÁMICA Y VIDRIO, VOL. 38, Nº
2, PP. 101-110, 1999.
• F. J. CAVALIERI, C. LUENGO YA. CARDONA, ANÁLISIS DE FATIGA EN MUY ALTO NÚMERO DE CICLOS, 2011. [EN LÍNEA].
HTTP://WWW2.UNED.ES/RIBIM/VOLUMENES/VOL15N1ABRIL2011/V15N1A01 2011 CAVALIERI.PDF.
• W. B. HERRERO, «EFECTO DE CHOQUES TÉRMICOS EN EL COMPORTAMIENTO EN FATIGA DE MATERIALES
COMPUESTOS, 2011. HTTP://OA.UPM.ES/717.
• G. BERETTA, FATIGA EN COMPONENTES CON CONCENTRADORES DE TENSIÓN BAJO CARGA BIAXIAL, 2016.
HTTPS://IDUS.US.ES/XMLUI/HANDLE/11441/52574.
• PERMANENT STEEL MANUFACTURING CO., LTD. (29 DE ENERO DEL 2021). SIETE FACTORES QUE AFECTAN LA
RESISTENCIAA LA FATIGA DE LOS MATERIALES DE TUBERÍA SIN COSTURA.
HTTPS://WWW.PERMANENTSTEEL.COM/ES/M/NEWSSHOW/SEVEN-FACTORS-AFFECTING-THE-FATIGUE-STRENGTH-OF-
SEAMLESS-PIPE-MATERIALS.HTML