El fallo por fatiga es la iniciación y propagación progresiva de una grieta bajo tensiones repetidas o fluctuantes, seguida de rotura final cuando la sección restante ya no soporta la carga. En tirantes y soportes, el número de ciclos no basta. La investigación debe conectar el origen con una ruta de carga y una condición de servicio concretas.
La pregunta práctica no es «¿cuántos ciclos debería durar?», sino «¿qué rango de tensiones actuó en este origen y por qué?». Puede intervenir presión cíclica, pérdida de precarga, desalineación, carga lateral sin guía, movimiento del soporte, corrosión o varios mecanismos.
Puntos clave
- NASA divide la fractura por fatiga en 3 etapas: iniciación, propagación y rotura final.
- Preserve ambas mitades y la unión tal como se encontraron antes de limpiar o reapretar.
- Reconstruya por separado presión, precarga, flexión, alineación y reacciones.
- Elija END según material, ubicación de grieta y límites del procedimiento.
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El análisis comienza preservando las evidencias
NASA describe tres etapas. La cara puede conservar evidencias de periodos distintos, pero limpiar, rectificar, enfrentar mitades o volver a operar puede destruirlas antes de identificar el origen (NASA RP-1291, 1993).
El origen de fractura es el punto o región donde comenzó la grieta. Presérvelo con material, depósitos y componentes contiguos. El laboratorio puede necesitar la superficie inalterada para distinguir mecanizado, corrosión, fretting, discontinuidades y carga.
Ponga primero el equipo en seguridad. Aplique control de energías, aísle fuentes, purgue presión, sujete cargas gravitatorias y verifique. OSHA 29 CFR 1910.147 incluye energía neumática y exige eliminar o contener energía almacenada durante trabajos cubiertos (OSHA 1910.147).
Una placa fija crea ubicaciones de evidencia en roscas, orificios, caras de contacto y bastidor.
Antes de desmontar:
- Fotografíe cilindro, carga, guías, soportes, mangueras y resguardos.
- Marque tirantes, tuercas, arandelas, soportes, pasadores, separadores y mitades.
- Registre movimiento de marcas testigo, holguras, fretting, corrosión, pintura, arandelas y contactos.
- Registre posición, sentido, carga, presión, velocidad, mantenimiento y eventos.
- Proteja las caras de contacto y humedad; no cepille, chorree, decape, rectifique ni recubra.
- Conserve herrajes apareados y piezas comparativas cuando el plan lo permita.
Según nuestra experiencia, la foto más valiosa suele hacerse antes de tocar una llave. Posición de tuercas, interfaces pulidas, óxido rojo, residuos y holguras explican el movimiento. Limpiar o reapretar demasiado pronto borra ese registro.
¿Es fatiga, sobrecarga, corrosión o movimiento de la unión?
NASA señala que las estrías de fatiga corresponden a propagación y requieren gran aumento; la rotura final puede ser dúctil, frágil o mixta. Una superficie lisa o con bandas a simple vista no permite declarar fatiga, contar ciclos ni identificar la carga (NASA RP-1291, 1993).
Clasifique observaciones como evidencias:
| Observación | Explicación posible | Lo que no demuestra |
|---|---|---|
| Inicio en raíz o marca de mecanizado | Concentración o daño superficial | Carga nominal excesiva |
| Marcas curvas concéntricas | Avance del frente | Una banda por ciclo |
| Marcas de trinquete | Unión de varias grietas | Material defectuoso |
| Zona progresiva pequeña y rotura rugosa grande | Crecimiento y sobrecarga final | Que el evento final iniciara la grieta |
| Fretting o caras pulidas | Movimiento relativo | Par de tirante definitivamente bajo |
| Productos de corrosión | Contribución ambiental | Corrosión como única causa |
| Estricción o deformación amplia | Sobrecarga dúctil posible | Ausencia de fatiga previa |
La fractura es evidencia, no todavía la causa.
La conclusión de fatiga necesita origen, crecimiento y fallo del ligamento final. La sobrecarga necesita ruta compatible; la corrosión asistida, material, entorno y morfología; el movimiento, marcas y razón mecánica.
No estime vida restante solo por la cara visible. ISO 12108:2018 describe ensayos controlados desde umbral hasta fractura inestable. Un componente de servicio con tensiones residuales, geometría, entorno e historial desconocidos no reproduce ese ensayo (ISO 12108:2018).
Reconstruya el rango de tensiones del ciclo de presión
El manual NASA explica que una unión precargada reparte una carga externa entre aumento de tensión del elemento y reducción de compresión. No divida la fuerza por el número de tirantes sin justificar rigidez, geometría, asiento y reparto (NASA RP-1228, 1990).
La precarga del tirante es la tracción creada en montaje antes de presurizar para mantener asentadas las interfaces. El par puede producir precarga, pero la fricción desconocida impide que una lectura pruebe la fuerza original.
Fuerza separadora ideal:
es fuerza, presión manométrica y diámetro efectivo de la frontera real; el diámetro interior es solo aproximación.
Para el rango:
Con y a , el rango ideal es 4,71 kN. No es el rango por tirante. Dividir entre 4 daría 1,18 kN solo si todo entra en los elementos y se reparte igual. Registre origen de , presión en cilindro y supuestos.
Si una fracción se asigna a tirantes:
depende de rigidez, contacto, precarga y asiento; no es constante universal. Holguras, flexión de tapa, roscas dañadas o un tirante flojo invalidan el reparto igual.
Con área resistente :
Tensiones alternante y media:
Organizan el historial, no predicen vida. Se necesitan geometría, material, tratamiento, superficie, tensiones residuales, corrosión, precarga, concentración y datos aplicables. ISO 12107:2012 trata estadísticamente la fatiga a niveles definidos (ISO 12107:2012).
Añada impactos de amortiguación, aceleración, peso, guías, flexión, bastidor y desalineación. La calculadora de fuerza estima fuerza de presión, no vida del tirante ni tensión del soporte.
Mantenga presión, flexión e impacto separados.
La salida útil no es una sola tensión. Construya una línea temporal con presión, posición, velocidad y reacción. El mayor rango de flexión puede aparecer en inversión o entrada de amortiguación, no a presión estática máxima.
¿Dónde buscar el origen?
Parker exige comprobar alineación con el vástago extendido y retraído, y que los bloques de muñón estén alineados y rígidos para evitar flexión (guía de seguridad Parker).
Un muñón debe pivotar sobre pasadores alineados. La distorsión, holgura o error de eje añade flexión que el cálculo de presión omite.
En el tirante documente cara de tuerca, rosca engranada, primer hilo libre, salida, vástago liso y extremo. Posibles orígenes: picaduras, roscas, transiciones, marcas, gripado, flexión o contacto. Relacione el origen real con la característica.
En soporte y estructura inspeccione:
- bordes de orificios, escariados, caras, arandelas y apoyos, fotografiando orientación y contactos;
- centradores, pasadores, llaves y deslizamiento;
- horquillas, muñones, casquillos, lubricación y alineación;
- pies y extremos de soldadura, ZAT y reparaciones;
- cambios de sección, recortes, esquinas y trampas de corrosión;
- grietas del bastidor, anclajes, placas y alineación en toda la carrera.
Siga la grieta hasta el origen con aumento, registre avance y zona final, y sitúelos en el plano. Una fractura por flexión en una pieza prevista para tracción axial exige investigar alineación, excentricidad y movimiento.
La guía de flexión en voladizo cubre cálculos de vástago. La guía de par de tirantes cubre precarga y montaje. Manténgalas separadas de la fractura.
Seleccione END según material y ubicación
ASTM E1417/E1417M-21 se aplica a penetrantes en materiales no porosos y defectos abiertos. ASTM E3024/E3024M-22a cubre partículas magnéticas para discontinuidades superficiales o ligeramente subsuperficiales en ferromagnéticos (ASTM E1417; ASTM E3024).
| Método | Uso | Limitación |
|---|---|---|
| Visual | Posición, deformación, corrosión, fretting y grietas abiertas | No excluye grietas pequeñas, ocultas o internas |
| Penetrantes | Defectos conectados a superficie en no porosos | No da profundidad ni detecta internos |
| Partículas magnéticas | Superficie y subsuperficie en ferromagnéticos | No sirve para no ferromagnéticos; importa dirección del campo |
| Ultrasonidos | Defectos internos con geometría y procedimiento adecuados | Roscas, secciones pequeñas y superficies complejas limitan |
| Corrientes inducidas | Superficie y cercanía en conductores | Geometría, lift-off, conductividad y patrones afectan |
| Metalografía o SEM | Origen, microestructura, depósitos y rasgos finos | Requiere laboratorio y puede consumir evidencia |
Ningún método cubre todo.
Los END deben seguir un procedimiento escrito con personal cualificado, patrones, calibración, preparación, cobertura, criterios y registros. Un nombre en la orden no es un procedimiento.
Inspeccione ubicaciones comparativas. La rotura puede sobrecargar los demás tirantes; un soporte agrietado puede revelar diferencias de rigidez. Defina qué piezas quedan para laboratorio y cuáles vuelven a servicio.
Conecte el hallazgo con la ruta real
Parker indica que montajes laterales dependen de fricción y recomienda llaves o pasadores para la carga principal; también exige pivotes alineados. Por eso una grieta debe relacionarse con deslizamiento, transferencia de cortante, geometría y rigidez, no solo presión (Parker U250/U250N).
| Posible contribución | Evidencia | Corrección si se confirma |
|---|---|---|
| Presión cíclica | Presión, estados y picos | Corregir circuito, envolvente o unión |
| Precarga perdida | Marcas, holguras, fretting y montaje | Restaurar con piezas y procedimiento exactos |
| Desalineación | Medidas en carrera y desgaste | Realinear cilindro, guía, acoplamiento y bastidor |
| Deslizamiento lateral | Caras pulidas, marcas, apoyo de orificio, llave ausente | Transferencia de cortante y precarga aprobadas |
| Flexión de pivote | Desgaste, alineación y movimiento | Corregir geometría, casquillos, rigidez y lubricación |
| Impacto final | Traza, amortiguación, topes y vibración | Reducir energía o dimensionar parada |
| Corrosión | Depósitos, entorno, material y recubrimiento | Eliminar exposición y proteger |
| Discontinuidad de fabricación | Origen en material o mecanizado y comparativas | Escalar investigación del proceso |
Puede haber varios contribuyentes.
En un soporte lateral con grieta desde un orificio, presión normal no exculpa la instalación. Cara pulida, marcas desplazadas y llave ausente pueden respaldar deslizamiento y apoyo repetido. La corrección debe tratar cortante, precarga y rigidez; engrosar la placa puede dejar el movimiento. Es un razonamiento hipotético que exige evidencia real.
No se detenga en la primera causa plausible. Un soporte flojo puede resultar de movimiento del bastidor; una picadura puede iniciar, pero la flexión propagar; un impacto final puede completar fatiga previa.
Para corregir use la guía de cargas laterales, la guía de selección de montajes y, si hay impacto, la guía de amortiguación.
Decida entre sustitución, rediseño y análisis avanzado
ISO 12108:2018 cubre crecimiento desde umbral hasta inestabilidad. Una grieta de servicio ya cambió sección y campo; reapretar, taladrar, rectificar o soldar sin disposición aprobada no restaura la condición validada (ISO 12108:2018).
Sustituya cuando la instrucción lo exija, la grieta exceda límite, la identidad sea incierta, haya daños asociados o no pueda verificarse. Sustituya herrajes relacionados si la carga se redistribuyó o el fabricante exige conjunto.
Rediseñe si la arquitectura impone flexión, deslizamiento, impacto o carga lateral no prevista. Un elemento más fuerte no corrige bastidor flexible, guía sesgada, llave ausente o muñón flexionado.
Escale a laboratorio o autoridad cuando:
- el origen sea incierto o esté dañado;
- la consecuencia sea crítica o el diseño siga instalado;
- queden varios mecanismos;
- se discutan material, tratamiento, recubrimiento o tensión residual;
- se proponga reparación o soldadura;
- se requiera vida restante o disposición de flota;
- aparezcan grietas similares en varios equipos.
Si 2 cilindros idénticos fallan en la misma rosca, sustituir restaura operación pero no distingue geometría, proceso, montaje, flexión, transitorios o práctica. Preserve comparativas, lotes, orígenes, instrucciones y cargas. Si son materialmente similares, la disposición puede abarcar la población instalada y corresponde a la autoridad responsable.
La acción debe eliminar la causa representada por el origen, no solo reemplazar la pieza separada. Daño de rosca exige controlar montaje; apoyo repetido tras deslizamiento exige restaurar cortante y rigidez.
Construya el expediente de retorno a servicio
ISO 4414:2010 cubre riesgos neumáticos en diseño, instalación, operación y mantenimiento. OSHA 1910.147 exige control de energías. Un recambio y una carrera sin carga son solo partes de la decisión (ISO 4414; OSHA).
El expediente debe identificar:
- máquina, cilindro, código, diámetro, carrera, montaje, serie o lote;
- posición, orientación, material, dimensiones, fotos y cadena de custodia;
- origen, dirección, región final y métodos;
- presión, carga, posición, velocidad, aceleración, amortiguación y ciclos;
- hallazgos de tirantes, tuercas, arandelas, pasadores, casquillos, soporte, bastidor, guía y acoplamiento;
- causa raíz, contribuyentes, causas excluidas, incertidumbre y evidencias;
- recambios, cambios, instrucciones y herramientas;
- alineación, fugas, pruebas sin carga, con carga y de producción;
- inspección posterior basada en riesgo, método, cobertura, responsable, límite y condición de parada.
La represurización debe seguir un plan protegido definido por fabricante, ingeniero, normas y componente de menor capacidad. Registre presión dinámica en el cilindro, carrera, movimiento del soporte, reacción, amortiguación, sensores, fugas y criterios.
Si se desmontó la unión, use par y fricción de la instrucción vigente del modelo. No deduzca por diámetro ni copie otra serie. La guía reparar o sustituir ayuda con la disposición tras conocer la causa.
Un buen informe permite reproducir el razonamiento sin ver la pieza. Vincula cada conclusión con foto, medida, traza, cálculo, material o ensayo. «Fatiga por vibración» no basta sin origen, dirección de tensión, fuente de vibración y verificación.
Preguntas frecuentes sobre fatiga de tirantes y soportes
NASA separa 3 etapas y ASTM distingue penetrantes superficiales de partículas magnéticas superficiales o subsuperficiales en ferromagnéticos. Estos límites responden qué prueba fatiga, dónde inspeccionar, qué detecta cada ensayo y cuándo escalar (NASA; ASTM).
¿El número de ciclos demuestra un fallo por fatiga del tirante?
No. Describe exposición, no tensión, material, geometría, precarga, entorno ni mecanismo. ISO 12107 trata propiedades estadísticas bajo condiciones definidas. Confirme origen y propagación y reconstruya cargas.
¿Dónde suelen iniciarse las grietas?
Inspeccione raíces, primer hilo libre o cargado, salida, transiciones, picaduras y daños sin presuponer. Identifique el origen y mapéelo a orientación, carga, tuerca, tapa e interfaces.
¿Los líquidos penetrantes detectan todas las grietas?
No. ASTM E1417 cubre discontinuidades abiertas o conectadas a superficie en no porosos. No da profundidad ni excluye grietas cerradas o internas. Material, superficie, geometría, orientación y procedimiento deciden.
¿Puede reutilizarse un tirante intacto?
No automáticamente. Puede haber recibido carga redistribuida y tener rosca, rectitud, corrosión o precarga inaceptables. Consérvelo, inspecciónelo y siga las reglas exactas. Historial desconocido no demuestra aptitud.
¿Basta con reapretar si hay fretting o grieta?
No. El fretting indica movimiento, no la causa, y la grieta cambia la sección. Aísle, preserve e investigue precarga, cortante, alineación, pivote, impacto y flexibilidad antes de sustituir o rediseñar.
Fuentes y referencias técnicas
- NASA RP-1291, manual de fractografía. Evidencia: iniciación, propagación, rotura e interpretación. Publicado en 1993; consultado el 2026-07-19.
- NASA RP-1228, manual de diseño de elementos de fijación. Evidencia: reparto y fatiga en uniones precargadas. Publicado en 1990; consultado el 2026-07-19.
- ISO 12107:2012. Evidencia: planificación y análisis estadístico. Consultada el 2026-07-19.
- ISO 12108:2018. Evidencia: límites de ensayos de crecimiento. Consultada el 2026-07-19.
- Parker U250/U250N. Evidencia: alineación y montaje. Consultada el 2026-07-19.
- Guía de seguridad Parker. Evidencia: alineación, muñones y horquillas. Consultada el 2026-07-19.
- ASTM E1417/E1417M-21. Evidencia: alcance de penetrantes. Consultada el 2026-07-19.
- ASTM E3024/E3024M-22a. Evidencia: partículas magnéticas. Consultada el 2026-07-19.
- ISO 4414:2010. Evidencia: reglas y seguridad neumática. Confirmada en 2021; consultada el 2026-07-19.
- OSHA 29 CFR 1910.147. Evidencia: control de energías. Consultada el 2026-07-19.