¿QUÉ ES LA FATIGA MECÁNICA Y CÓMO AFECTA LA VIDA ÚTIL DE AERONAVE?

Por: Diego Leonardo Ávila Granados

Existen distintos materiales de ingeniería que pueden ser empleados para fabricar la estructura de los vehículos aéreos que a diario surcan los cielos alrededor del planeta. La mayoría de las aeronaves que operan hoy día, emplean materiales metálicos, especialmente aleaciones de aluminio, en su estructura. Sin embargo, gradualmente se ha incrementado el uso de materiales compuestos (por ejemplo, resinas plásticas reforzadas con fibras de carbono o fibras de vidrio) en la fabricación de elementos estructurales.
Cualquier material de ingeniería posee un límite con respecto a la cantidad de carga o fuerza que este puede soportar antes de que empiecen a degradarse sus propiedades mecánicas, es decir, antes de que se disminuya la resistencia estructural del material. Si la fuerza ejercida sobre una estructura supera el valor máximo que esta puede soportar, la estructura se romperá y se tendrá lo que se conoce como una falla estructural.

Como es de esperarse una aeronave se diseña de forma tal que sus materiales y sus geometrías le permitan resistir de manera adecuada las cargas máximas a las que esta será sometida durante su operación. Sin embargo, en el caso de las estructuras de aluminio y otras estructuras metálicas, aunque estas no se vean sujetas a cargas superiores a las que pueden resistir, con el paso del tiempo se tendrá en las mismas una acumulación gradual de daño asociado a la operación normal de la aeronave.
En términos generales, la fatiga es el efecto del daño acumulado en una estructura debido a la aplicación de cargas cíclicas en la misma a lo largo del tiempo, en otras palabras, debido a la aplicación de cargas que oscilan continuamente entre un valor máximo y un valor mínimo. Un ejemplo de ello puede ser el espaldar de una silla en el cual se recarga constantemente una persona, cuando la persona está recargada contra el espaldar esta sección de la estructura soportará una valor de carga que será la carga máxima; cuando la persona se retire de la silla, el espaldar soportará entonces una carga que será la carga mínima, ya que este proceso se repite constantemente, al cabo de un tiempo la estructura del espaldar de la silla fallará debido a la acumulación del daño producido por la aplicación continua de una carga cíclica.

Lo anterior, nos permite concluir que por más bajas que sean las cargas a las que se somete una aeronave, estas generarán a largo plazo un efecto en la estructura de la misma y tendrán un impacto directo para determinar su vida útil, la cual estará condicionada por el daño acumulado máximo que nuestra estructura puede soportar antes de que la degradación en sus propiedades mecánicas pueda conllevar a una falla estructural.

Aunque algunas secciones del avión pueden repararse a medida que se identifican los efectos de la fatiga, usualmente representados por grietas, llegará un momento en el que resulte más rentable retirar la aeronave de servicio y reemplazarla por una nueva, que continuar ejecutando costosas reparaciones estructurales. Es allí donde se identifica que la vida útil o la vida de servicio de una estructura ha culminado.

Vale la pena mencionar que en cuanto a las estructuras fabricadas en materiales compuestos, se continúa trabajando actualmente en el establecimiento de métodos teóricos y experimentales globalmente aceptados para predecir su comportamiento ante la fatiga, esto debido a la complejidad que representa el análisis mecánico de este tipo materiales.