El comportamiento a fatiga de los materiales no fue de interés hasta la Revolución Industrial, a mediados del siglo XIX, cuando comenzaron a desarrollarse métodos para el cálculo de éstas propiedades. Las propiedades a fatiga de los materiales se pueden determinar en el laboratorio mediante ensayos de simulación, que deben reproducir las condiciones de servicio del material. En estos ensayos, se somete a un material a tensiones cíclicas máximas y se registra el número de ciclos hasta su rotura. Mediante este proceso se pretende conocer la vida útil de la estructura sometida a unas tensiones constantes.

Wöler fue el primer experimentador que estudió sistemáticamente el fenómeno de la fatiga, Para caracterizar los valores obtenidos en los ensayos se utilizan las curvas de Wöler, denominadas Curvas S-N (Stress – Number of cicles): se somete una probeta a una tensión cíclica de flexión o tracción con una amplitud o rango constante (S) y una determinada frecuencia, y se miden el número de ciclos (N) hasta llegar a la rotura.

En la gráfica podemos observar que el número de ciclos (N) que dura la probeta antes de fallar aumenta al disminuir el rango de tensiones (S). N es el número de ciclos de tensión necesarios para producir la fractura completa de la probeta: es la suma del número de ciclos que hacen falta para que se inicie una grieta y el de los que transcurren durante la propagación de la grieta hasta la rotura total. S es el rango de tensiones: es la diferencia entre la tensión máxima que se da en el momento de la carga y la tensión mínima que se da en el momento de la descarga. Por otro lado, en la gráfica se distingue una zona denominada límite de fatiga, que es la solicitación en la cual la curva llega a ser horizontal. De esta zona se deduce que si el rango de tensiones se encuentra por debajo de este límite la probeta estudiada no romperá por fatiga y durará un número infinito de ciclos.

Una vez conocemos el número de ciclos para el fallo en cada rango, se debe conocer el daño acumulado hasta este punto. El orden en el cual los niveles de tensión son aplicados tiene un efecto importante en el progreso del daño por fatiga. Es lógico pensar que si aparece una fisura tras la aplicación de altos niveles de tensión, no se propagará rápidamente si luego se aplican tensiones más bajas; por el contrario, si aparece una fisura con la aplicación de bajas tensiones, es probable que se propague rápidamente conforme aumenten las tensiones. Estos efectos tienden a promediarse si los niveles de tensión se aplican aleatoriamente.

TEORÍAS DE FATIGA

Existen tres teorías que estudian la fatiga:

1. TEORÍA CLÁSICA O TEORÍA DE ALTO NÚMERO DE CICLOS (S-N): Se emplea para elevado número de ciclos (>10 3 ), aunque la división es incierta. Régimen elástico No se distingue iniciación y propagación. Se obtiene la vida total hasta la rotura de la pieza. Existe un gran número de datos experimentales disponiblesCurvas S-N: Realiza la estimación de vida a partir de la amplitud de tensiones. En este caso, se parte de un modelo de comportamiento elástico, del cual se extrae el conjunto de ciclos de tensión que se originan a partir de las series temporales de carga. Posteriormente, mediante una serie de factores de concentración se aproxima

el estado tensional a partir de la tensión en zonas situadas a niveles de carga inferiores al límite elástico.

2. FATIGA DE BAJO NÚMERO DE CICLOS Se emplea para bajo número de ciclos (<1000)La formulación en desplazamientos es apropiada para situaciones en las que predomina la deformación plástica, y en las que se puede obtener una estimación correcta del nivel de tensión alcanzado.

3. MECÁNICA LINEAL DE LA FRACTURA Se considera que la grieta está ya iniciada La vida se calcula como la propagación de la grieta hasta la rotura