Fatiga de elementos estructurales por acciones dinámicas aleatorias en medio ambiente agresivo

Resumen

RESUMEN: La fatiga es un fenómeno que se da cuando una estructura o elemento estructural se ve sometido a acciones dinámicas que producen una variación de tensiones cíclica en el tiempo, provocando la aparición y propagación de grietas que, con el tiempo, alcanzan el tamaño crítico suficiente para causar el fallo del elemento o estructura a tensiones inferiores al límite elástico. Desde que la fatiga se empezó a estudiar por primera vez por el ingeniero Wöhler en el caso del ferrocarril en 1870, con estudios limitados a ciclos de amplitud constante y tensión media nula, ha habido contribuciones significativas al Estado del Arte, relativas a la consideración de la acumulación de daño en secuencias de carga cada vez más complejas, con ciclos de amplitudes diferentes, de varias tensiones medias, en distintos órdenes, mediante reglas lineales, no lineales, etc. En esta Tesis Doctoral se ha estudiado el Estado del Arte de la normativa de ingeniería estructural, constatando la obligatoriedad y necesidad de considerar el fenómeno de fatiga en las estructuras actuales más avanzadas, determinando los límites de aplicación y sencillez de los modelos aplicados actualmente y justificando así su importancia en la ingeniería de estructuras. Por otro lado, se ha hecho un estudio en profundidad de la literatura científica e ingenieril relativa a la dinámica de estructuras frente a acciones aleatorias, métodos de recuento de ciclos, relativos a la interacción de la corrosión con la fatiga, etc. Como resultado, se ha determinado que los modelos actuales carecen de medios sencillos y aplicables para considerar la tensión media, el desorden de los ciclos y cómo afecta el fenómeno de la corrosión en secuencias de carga dinámicas aleatorias. Por lo tanto, la adaptación sencilla de los métodos de cálculo de fatiga actuales para tener en cuenta estas variables se considera que constituye, sin lugar a dudas, un avance significativo del Estado del Arte. Como consecuencia, para dar ese avance significativo, se estudia y analiza la tensión media, el desorden de los ciclos y el efecto de la corrosión, desarrollando modelos teóricos para considerar esos efectos en el cálculo de la acumulación de daño por la Regla Lineal de Palmgren-Miner, la más utilizada en la actualidad, mediante una serie de coeficientes o factores de empuje y aplicándolos por separado a casos sencillos. Lo cual, además de constituir un avance significativo para la ciencia, será un avance práctico. Finalmente, se consideran y aplican todos los factores en conjunto en un caso particular de estudio para demostrar su aplicabilidad y el efecto que tendrían, constatándose que las predicciones de fatiga, sin tener en cuenta todos estos factores, conducen a previsiones de daño muy inferiores, pudiendo llegar al fallo inesperado, apartando el modelo del lado de la seguridad si se aplicara sin estos factores de empuje correctores.