Propuesta metodológica para la evaluación por fatiga en caso práctico de losa compuesta, con énfasis en tratamiento de historia de esfuerzos y daño acumulado

Abstract

RESUMEN La evaluación de fallas por fatiga en estructuras sujetas a tensiones cíclicas de amplitud variable (VAL) suele ser subestimada en el diseño de sus elementos y conexiones. La normativa mexicana relativa a estructuras de tipo edificación propensas a la fatiga, presenta un enfoque general y limitado para evaluar el fenómeno, por lo que se estudia y propone una metodología para la evaluación por fatiga en elementos de una estructura de tipo edificación, orientada a la elección óptima del algoritmo de reducción y conteo de ciclos y a la estimación del daño acumulado. Se modeló un caso práctico de estudio en el software ETABS, sometiendo el modelo a cargas rítmicas simultáneas de tipo aerobics, obteniendo un bloque representativo de la historia de esfuerzos en el detalle de conexión investigado. Se aplicaron dos métodos de aproximación de parámetro simple y dos de doble parámetro para la simplificación de bloques de esfuerzos de amplitud variable y conteo de ciclos. Asimismo, se aplicó un método de aproximación lineal y uno de aproximación no lineal para la cuantificación del daño acumulado. Se encontró que el uso de las aproximaciones de parámetro simple para el conteo de ciclos es en términos prácticos igual o más adecuado con respecto a los métodos de doble parámetro para aplicaciones de ingeniería estructural similares a la aquí investigada, tomando en cuenta factores como la incertidumbre numérica, la complejidad de cada método y el tiempo invertido para su aplicación. La estimación de daño acumulado linealmente con la regla de Miner, continúa siendo la más recomendable para aplicaciones de ingeniería, mientras que las estimaciones de daño acumulado no lineal como Manson and Halford, no pueden recomendarse por sus resultados que pueden ir de muy conservadores a estimaciones fuera de rangos adecuados de confiabilidad. Palabras clave: fatiga, daño por fatiga, daño acumulado, losas compuestas, conteo de ciclos, estructuras.

ABSTRACT Fatigue assessment in structures subjected to cyclic tension variable amplitude loading (VAL) is generally underestimated while designing their elements and connections. Mexican codes and specifications regarding building structures which are prone to fatigue failure, present a general and limited approach to evaluate the phenomenon, this is why a methodology for fatigue assessment aimed at building structures has been investigated and proposed, focused on the optimal choice of the cycle counting method and the cumulative damage approach. A case study was developed in ETABS, subjecting it to simultaneous human rhythmic aerobics action, and obtaining a representative block of the stress history for the investigated connection detail. Two single parameter and two double parameter methods for stress history block simplification and cycle counting were used, along with one linear and one non-linear cumulative damage estimates. It was found that using the single parameter approaches for cycle counting turned out to be in practical terms equal or even better methods than the other two parameter options, concerning to structural engineering applications similar to the study case shown in this work, all of this taking into account factors such as numerical uncertainty, the complexity of each method and the time taken to finalize its application. Linear fatigue cumulative damage using Miner’s rule continues to be the most recommendable approach for engineering applications, while non-linear cumulative damage estimates such as Manson and Halford method, cannot be suggested at this point of knowledge due to its very conservative or underestimated results leading to data out of an appropriate reliability level. Key words: fatigue, fatigue damage, cumulative damage, composite slabs, cycle counting, structures.