“Fatiga de aceros de alta resistencia en medios marinos”

Las estructuras metálicas marinas, ya sean estáticas como las conducciones de gas, o dinámicas como los generadores mareomotrices, se encuentran en uno de los ambientes más agresivos que debe afrontar la ingeniería de materiales. El mar, en sí mismo, es un electrolito altamente corrosivo y su ataque a los metales se ve incrementado por la actividad de los organismos marinos. Además, las condiciones de trabajo varían de forma drástica de una latitud a otra, desde el frío polar hasta la intensa insolación tropical.

A estos factores termoquímicos, deben añadirse las solicitaciones mecánicas en servicio, especialmente las cargas cíclicas debidas al oleaje, que son las que provocan el deterioro a fatiga de las estructuras. Debido a su naturaleza aleatoria, la modelización de los esfuerzos provocados por las olas recae en soluciones analíticas, modelos físicos y modelos numéricos, entre los cuales, se imponen estos últimos con los programas SWAN, MIKE 21 SW o WAVE WATCH III, como ejemplos representativos.

En este contexto, las tendencias de diseño naval y offshore que apuestan por el empleo de aceros de alta resistencia se enfrentan al reto de determinar la respuesta en servicio de estos materiales. Las implicaciones para su correcta caracterización son importantes, ya que deben tenerse en cuenta nuevas variables que no son necesarias en la fatiga convencional. La salinidad del agua, su temperatura, el oxígeno disuelto, la generación de pares galvánicos con los utillajes o la implementación de sistemas de protección catódica, deben ser considerados para alcanzar resultados consistentes en los aceros de alta resistencia.

Incluso las variables que tienen poca influencia en la fatiga al aire, deben ser reconsideradas. Es el caso de la frecuencia de ensayo, ya que los aceros de alta resistencia son muy sensibles a las variaciones que provoca la oxidación superficial en los factores de intensidad de tensiones. A medida que se reduce la frecuencia de ensayo, el tiempo de exposición al medio corrosivo en cada ciclo de carga aumenta, lo que se traduce en los diagramas S-N como un desplazamiento hacia la izquierda de la curva.

Figura 1. Probeta de un acero de alta resistencia tras un ensayo de corrosión-fatiga basado en la norma ASTM E466

 

Los fenómenos de corrosión-fatiga son procesos extraordinariamente complejos, que requieren de un elevado nivel de conocimientos y una alta especialización en aquellos ámbitos termoquímicos y termo-mecánicos que determinan las propiedades en servicio de estos materiales.

En este sentido, IK4-Azterlan ha desplegado una importante línea de trabajo, con varios proyectos de investigación orientados a la mejora de las propiedades frente a este tipo de fenómenos en componentes para aplicaciones offshore, que vienen acompañados de una actividad especializada en estas técnicas de caracterización mecánica y ensayos específicos de fatiga y fractura.