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A
vances
en
la
hidráulica
de
redes
de
distribución
de
agua
potable
estudiaron la influencia de las presiones transitorias sobre la fatiga en una tubería de agua
en funcionamiento, pero su obra fue dirigida solamente a la fatiga por corrosión.
En este trabajo se explica el fenómeno de la fatiga del material en tuberías de acero y hierro
dúctil causado por los transitorios hidráulicos, y se presenta una aplicación de evaluación de
riesgos por fatiga en la valoración de la vida esperada de nuevas tuberías, con base en inves-
tigación realizada por los autores (Tzatchkov
et al
. 2006, Tzatchkov
et al
. 2007). Comentarios
sobre la fatiga del material en tuberías de otros materiales se explican en otras publicaciones
(Tzatchkov
et al
. 2007). Aunque el contenido se centra principalmente en tuberías que per-
manecen llenas en cada ciclo de suministro, esto también es válido para las tuberías que
se llenan y vacian en cada ciclo, si se conoce la variación de la presión durante cada ciclo,
obtenida mediante observación o con ayuda de la aplicación de un modelo matemático.
5.2.2 A
ntecedentes
El concepto más utilizado para describir el comportamiento de fatiga de un material es su
curva
S-N
(esfuerzo versus número de ciclos), conocida también como diagrama de Wohler
del material. Esta curva relaciona el número de
N
ciclos conn que el material falla cuando
se somete a un esfuerzo determinado completamente alterno
S
f
. La Figura 5.2.2 muestra el
aspecto de la curva
S-N
para un metal ferroso (tal como acero o hierro dúctil), y un metal
no ferroso (aluminio). El tramo horizontal en la curva para un material ferroso significa que
el material nunca falla cuando la tensión alterna aplicada está por debajo de cierto nivel,
conocido como límite de resistencia a fatiga (límite de aguante, o limite de fatiga)
S
e
. Para el
acero, la relación del esfuerzo de resistencia a fatiga y la resistencia de ruptura por tensión
es igual a 0.50 aproximadamente.
Presentada en una escala logarítmica (log-log), la curva S-N para tuberías de acero puede
ser aproximada por una línea recta, como se muestra en la Figura 5.2.2, dando lugar a la
siguiente ecuación de tipo potencial, conocida como la ecuación de Basquin (Basquin 1910):
5.2.1
Figura 5.2.2 Curva S-N (diagrama de Wohler) para materiales ferrosos y no ferrosos.
Relación de fatiga S
t
/S
ut
Número de ciclos hasta la falla, N
10
3
10
4
10
5
10
6
10
7
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
No-Férreos
Férreos
