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José María Rebés

Fatiga de materiales en aviación

Topic started
11-21-2012 20:24:53
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Hace algunas semanas comenté el incidente del Aloha N73711, que sufrió una despresurización explosiva al saltar por los aires en pleno vuelo una parte del fuselaje ( http://www.aviationcorner.net/view_topic.asp?topic_id=9720#msg_53237 ). El dictamen técnico del accidente indicó que la causa principal fue la "fatiga del material". ¿Qué es eso exactamente? ¿Cómo puede algo rígido "fatigarse"?

A la primera pregunta hay que responder que el concepto de fatiga de materiales se aplica a las construcciones hechas por el ser humano, y hace referencia a la lenta degradación de una construcción ante los factores degradantes del entorno y de las cargas que soporta la estructura. Se puede resumir, en el caso de los aviones, que los aparatos deben ser capaces de soportar unas determinadas cargas, indicadas en sus valores máximos por el fabricante, y unos valores límites de deformación ante los cuales el material pueda volver a su estado de reposo sin daños. O sea: resistencia y elasticidad, en resumen. La rama técnica que se ocupa de estos conceptos es la de "resistencia de los materiales".

Probad a partir un alambre doblándolo en un punto dado. Es poco probable que lo consigáis, pero repetid ese doblez en el mismo punto, doblando y desdoblando el alambre por él, y con toda seguridad acabaréis rompiéndolo. Habréis fatigado el material por sobrecarga elástica. Ahora tensad un alambre, sin doblez ninguno, sujetando ambos extremos de manera que quede tenso y no pueda zafarse de la sujeción. Cargad peso y más peso y más peso de un punto medio del alambre. Con seguridad el alambre se romperá, y probablemente lo hará por una de las sujeciones, porque allí el alambre no puede responder elásticamente.

El caso de los aviones plantea una combinación de esfuerzos muy diferente a los de un edificio, por ejemplo. En el segundo caso hay pocos efectos de torsión continuados, siendo las cargas verticales las que predominan. En el caso de los aviones estos están sujetos a continuas torsiones (por ejemplo en el anclaje de las alas en el fuselaje) y además a cargas desiguales. Las cargas, su efecto más bien, incluso varían a lo largo de las diferentes fases de vuelo. Conocido es el continuo trasvase de combustible en el Concorde de unos a otros depósitos a lo largo de las diferentes fases de rodadura, despegue, estabilización, crucero, descenso y aterrizaje.

La fatiga de los materiales se manifiesta siempre en forma de imperceptibles grietas en alguna parte de la estructura. No hace mucho se ha llamado a revisión a los Airbus A380 por este tipo de manifestación. Esas grietas ya indican una fatiga del material, en algún punto la unión rígida de los componentes de una pieza del avión se ha quebrado a causa del desgaste por cargas y torsiones. Si esas grietas no se detectan a tiempo, o están en alguna zona no accesible en inspecciones, el aparato puede llegar a tener un serio incidente. También famosos son los desprendimientos de motores en vuelo (que se comentaron en este foro hace unos días).

Se impone una sistemática que impida, por una parte, la sobrecarga del avión y por otra la revisión sistemática de los aparatos.

Para la carga y estiba (ubicación de las cargas) de un avión el fabricante emite unas tablas para todas las situaciones posibles, que contemplan la situación meteorológica que soportará el avión durante el vuelo, la capacidad de despegue del avión a carga máxima, la carga posible para el aterrizaje, las maniobras abruptas que se pueden realizar, etc., etc. Operar un avión con exceso de carga significa la necesidad de una mayor longitud de pista para el despegue/aterrizaje, tasa de ascenso reducida (o incluso nula), mayor consumo, menor velocidad de crucero, aumento de la velocidad en bajada, mayor desgaste de los materiales. Y lo peor: avión poco maniobrable en emergencias.

La estiba es fundamental para asegurar que el centro de gravedad del avión sea coherente con cada fase del vuelo. Por ejemplo, un avión demasiado cargado delante tiende a cabecear, lo cual se deberá compensar con más energía que si el avión estuviera equilibrado. Un avión con la carga desviada lateralmente provocará que se haya de utilizar más energía en mantenerlo horizontal. Algunos hemos vividos despegues en los que se nos ha pedido a los pasajeros, antes del despegue, que nos desplacemos a una determinada posición del avión, para una vez en altitud de crucero poder movernos libremente por el avión.

Completando el tema de ayer de las turbulencias, hay que decir que las turbulencias contribuyen al desgaste de los materiales de un avión, al someter al mismo tanto a variaciones de cargas como a torsiones en ocasiones realmente bruscas. De todas formas los análisis de las razones de ruptura de alguna parte de un avión dan esa causa como la de menor influencia. Así, el mantenimiento se da como la causa más importante de una ruptura (más del 50% de "la culpa"), seguido por la sobrecarga, las maniobras límites y por último las turbulencias.

¡Espero no haberme excedido demasiado en este tema! Eso sí, he acabado algo fatigado.

Saludos,

José María

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