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martes 21 de septiembre de 2010, 17:18:10
FATIGA DEL MATERIAL EN ESCALADA, consulta desde Argentina
Tipo de Entrada: ARTICULO | 9 Comentarios | 16068 visitas

Por Curro González.

Como ya sabéis todos, desde que escribo en mi blog voy respondiendo preguntas a diferentes personas que me “abordan” con dudas. La que a continuación os reflejo, creo, merece ser estudiada con detenimiento.

Hola, te escribo desde Argentina, para hacer una consulta que siempre molesta en mi cabeza y que no le encuentro explicación lógica ni siquiera en los fabricantes!!! Y una pregunta “rara”.

Voy con la “molesta”:

¿Qué hay de cierto en que un mosquetón caído (en el sentido de que cayó al suelo) debe ser desechado? Es decir, las "instrucciones y normas" dicen: "...debes inspeccionarlo, ante una caída importante debes desecharlo" ¿pero que es una "caída importante"?, ¿caída con cuerda sobre el mosquetón?, ¿caída al piso del mosquetón (que sucede y mucho!!)? ¿Caída sobre el mosquetón del autoseguro? ó ¿qué tabla me indica cuál es una caída importante? Pues un vuelo en deportiva es una caída importante pero es parte de la diversión, pero la caída en la vereda de mi abuela fue "poco importante" y le costó su cadera!!!

Por otra parte está el tema de las "microfisuras internas" que nadie puede ver y pueden provocar accidentes. Pues al respecto en los libros de Pit Schubert no encontré nada, pero todo el mundo habla de ellas ¿serán una leyenda? ¿cuántas veces cayó un tornillo desde lo alto del muro de escalada en construcción y luego se utilizó sin problemas para sujetar chapas? (y el tornillo no está certificado y es construido con materiales muy baratos!).

Y los fabricantes al ser consultados son muy vagos en sus respuestas "observa la historia de tu mosquetón si ha sufrido una caída importante deséchalo" pero nadie explica que es una caída importante; solo aclaran "nos llegan muchos mosquetones cuyos dueños están dudosos de utilizarlos y al someterlos a pruebas estaban OK".

Volviendo sobre la caída, una expres largo, con vuelo, muchas veces se produce un latigazo de la cuerda y el mosquetón golpea fuertemente contra la roca, pero se lo sigue usando ¿ese impacto no tiene más fuerza que una caída importante ó la propia caída al suelo?

¿Y cómo se podría hacer una prueba? ¿Tiene fundamento lógico probar un mosquetón caído? ¿Cómo se haría? ¿Cargarlo con la fuerza exactamente igual a su resistencia? ¿Si no cede ni se rompe quiere decir que esta OK?

 ¿Los materiales (mosquetones) que son probados individualmente con que fuerza son testeados?
La última, ¿Algún ingeniero podría explicar el proceso que podría generar una microfisura en un material sólido sin que se expanda? Es algo que no entra en mi cabeza!

Ni hablar de buscar en la web, pues encuentras cosas tales como "una caída importante es una caída de más de un metro" eso me parece muy débil de fundamento!

Y ahora la pregunta “rara”, estuve escalando con unos amigos, preparando el almuerzo ellos siguieron probando una vía, la consiguieron, rappelaron (necesitaron dos cuerdas). No las podían recuperar, tirábamos de ellas pero no corrían, hicimos fuerza nuevamente y no hubo caso, solo corrieron muy poco. Subimos a pie y vi que envés de pasar la cuerda por la argolla lo habían hecho directamente en la chapa (aun hoy no entiendo como se les ocurrió tal cosa, más siendo que había dos argollas!!), la pregunta concreta es ¿esa cuerda puede seguir utilizándose? ¿Qué tanto habrá sufrido? ¿Será más traumático esto que rappelar sobre un cordín?

Bueno estas son unas preguntas recurrentes sobre los mosquetones que todo el mundo se hace, y la verdad no me creo mucho las normas que en este punto son muy vagas. Me gustaría conocer tu experiencia, posiblemente además tengas contacto frecuente con los fabricantes. Y sobre la cuerda bueno es un dolor que tengo en el alma! Te envío un fuerte abrazo y agradecimiento por tu labor!

Pues no ponemos “manos a la obra” a ver si podemos responder algunas de tus preguntas. Antes tenemos que estudiar un poco.

FATIGA DE MATERIALES EN ESCALADA

En ingeniería y, en especial, en ciencia de materiales, la fatiga de materiales se refiere a un fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas (fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las cargas estáticas que producirían la rotura. Un ejemplo de ello se tiene en un alambre: flexionándolo repetidamente se rompe con facilidad, pero la fuerza que hay que hacer para romperlo en una sola flexión es muy grande.

                                                                 1284992524_7opl_TRA89o12ICJ_4_5.jpg 

                                                  La aparición de grietas por fatiga en las campanas es común. Foto: Juandelacuerva. 

La fatiga es una forma de rotura. Su principal peligro es que puede ocurrir a una tensión menor que la resistencia a tracción o el límite elástico para una carga estática, y aparecer sin previo aviso.

El proceso consiste en un inicio y posterior propagación de fisuras, que crecen desde un tamaño inicial microscópico hasta un tamaño macroscópico capaz de comprometer la integridad estructural del material. La superficie de fractura es perpendicular a la dirección del esfuerzo.

Dentro de una gráfica de “fatiga de material” podemos observar que existen tres zonas diferentes: La zona de Carga-Trabajo, la de Fatiga-Deformación y la de rotura.

               1284992783_a801o6_gruhULOWUJiJa.jpg

Cuando el material trabaja en su zona de carga, cuando cesa la Fuerza recobra su estado inicial conservando sus propiedades mecánicas.

En la zona de Fatiga-Deformación el material se deforma por agotamiento y no vuelve a su estado inicial perdiendo sus propiedades mecánicas. La zona de agotamiento se puede alcanzar de varias formas, en nuestro caso nos limitaremos a apuntar las tres más frecuentes en Escalada.

                  1285089868_9i4_cristi01_xo89u7i.jpg

                                                        Mosquetón que ha sufrido una deformación por carga

1.- Someter al material a una carga excesiva

Si la Carga-Fuerza a la que sometemos al material está por encima de su resistencia, el material puede quedarse en la zona de “Fatiga” o llegar a la rotura. En cualquiera de los dos casos hay que desecharlo.

2.- Someter al material a Carga-Fuerza próximo a su límite de Fatiga durante periodos largos de tiempo

Esto puede provocar la falta de recuperación del material, por lo que puede quedar en la zona de Fatiga-Deformación a nivel interno. Si no se desecha (aconsejable) tendría que someterse a un testado riguroso.

El proceso de rotura por fatiga se desarrolla a partir del inicio de la grieta y se continúa con su propagación y la rotura final.

Inicio

Las grietas que originan la rotura o fractura casi siempre nuclean sobre la superficie en un punto donde existen concentraciones de tensión (originadas por diseño o acabados).

Las cargas cíclicas pueden producir discontinuidades superficiales microscópicas a partir de escalones producidos por deslizamiento de dislocaciones, los cuales actuarán como concentradores de la tensión y, por tanto, como lugares de nucleación de grietas.

                                                                      

              Muestra animada de una rotura por fatiga. Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Fatiga_de_materiales
 

Propagación

Etapa I: una vez nucleada una grieta, entonces se propaga muy lentamente y, en metales policristalinos, a lo largo de planos cristalográficos de tensión de cizalladura alta; las grietas normalmente se extienden en pocos granos en esta fase.

Etapa II: la velocidad de extensión de la grieta aumenta de manera vertiginosa y en este punto la grieta deja de crecer en el eje del esfuerzo aplicado para comenzar a crecer en dirección perpendicular al esfuerzo aplicado. La grieta crece por un proceso de enromamiento y agudizamiento de la punta a causa de los ciclos de tensión.

Rotura

Al mismo tiempo que la grieta aumenta en anchura, el extremo avanza por continua deformación por cizalladura hasta que alcanza una configuración enromada. Se alcanza una dimensión crítica de la grieta y se produce la rotura.

                                                                                  1285091327_u7E90_9aq4_lTR01i30I.jpg

La región de una superficie de fractura que se formó durante la etapa II de propagación puede caracterizarse por dos tipos de marcas, denominadas marcas de playa y estrías. Ambas indican la posición del extremo de la grieta en diferentes instantes y tienen el aspecto de crestas concéntricas que se expanden desde los puntos de iniciación. Las marcas de playa son macroscópicas y pueden verse a simple vista.

Las marcas de playa y estrías no aparecen en roturas rápidas.

Son diversos los factores que intervienen en un proceso de rotura por fatiga aparte de las tensiones aplicadas. Así pues, el diseño, tratamiento superficial y endurecimiento superficial pueden tener una importancia relativa.

La Influencia del medio puede afectar el comportamiento a fatiga de los materiales. Hay dos tipos de fatiga por el medio: fatiga térmica y fatiga con corrosión.

Fatiga térmica

La fatiga térmica se induce normalmente a temperaturas elevadas debido a tensiones térmicas fluctuantes; no es necesario que estén presentes tensiones mecánicas de origen externo. La causa de estas tensiones térmicas es la restricción a la dilatación y/o contracción que normalmente ocurren en materiales sometidos a variaciones de temperatura. La magnitud de la tensión térmica resultante debido a un cambio de temperatura depende del coeficiente de dilatación térmica y del módulo de elasticidad.

Fatiga con corrosión

La fatiga con corrosión ocurre por acción de una tensión cíclica y ataque químico simultáneo. Lógicamente los medios corrosivos tienen una influencia negativa y reducen la vida a fatiga, incluso la atmósfera normal afecta a algunos materiales. A consecuencia pueden producirse pequeñas fisuras o picaduras que se comportarán como concentradoras de tensiones originando grietas. La de propagación también aumenta en el medio corrosivo puesto que el medio corrosivo también corroerá el interior de la grieta produciendo nuevos concentradores de tensión.

3.- Que el material entre en resonancia por algún fenómeno vibratorio

Esto hace que se presenten deformaciones de su estructura interna quedando fatigado. Es difícil de detectar.

El Fenómeno de resonancia es un fenómeno vibratorio consistente en que cuando dos vibraciones (oscilantes) de la misma frecuencia se acoplan, la amplitud de las mismas crece mientras no cese o cambie de frecuencia al menos una de las vibraciones. En el caso de dos sólidos vibrando puede darse el caso de que la amplitud de la vibración haga llegar a uno de ellos, o a los dos, a su límite de ruptura.

Con este video, como ejemplo, podemos entender mejor las cosas:

Los metales son estructuras semicristalinas, presentan estructura de cristal por capas y como en todos los cristales sus átomos están vibrando en torno a una posición de equilibrio. Si esta entra en resonancia, puede darse el caso de Deformación e incluso rotura.

Los mosquetones son elementos metálicos que pueden llegar a sufrir este fenómeno a causa de una caída importante, por lo que sería primordial desecharlos al menos como elementos de seguridad personal, pudiendo ser utilizados para otros usos.

Una vez aclarado algunos conceptos, podemos empezar a responder las diferentes cuestiones que me planteas:

¿Qué hay de cierto en que un mosquetón caído (en el sentido de que cayó al suelo) debe ser desechado?

Como hemos visto, Las grietas que originan la rotura o fractura casi siempre nuclean sobre la superficie en un punto donde existen concentraciones de tensión. En el caso del impacto de un mosquetón contra el suelo, este, recibirá mayor concentración de tensión al golpear contra el suelo, cuanto mayor sea la distancia que le separe de este.

De esta manera, cuanto mayor sea la altura desde donde se nos cae el mosquetón, mayores posibilidades tendremos de producir discontinuidades superficiales microscópicas al mismo. Estas discontinuidades superficiales actuarán como concentradores de la tensión y, por tanto, como lugares de nucleación de grietas.

No hay que olvidar tampoco el Fenómeno de resonancia que pudiera producirse en dicho mosquetón.

¿Qué tabla me indica cuál es una caída importante?, ¿pero que es una "caída importante"?

Desconozco si existe una tabla en donde puedas, según la altura de la caída, ver o consultar la gravedad o consecuencias producidas por esta en un mosquetón. Pero ten en cuenta que hacer una tabla de estas características sería imposible, ya que hay muchísimas variantes. Pues no es lo mismo el impacto sobre un suelo sólido, de tierra, de hierba, etc..

Lo único que te puedo aconsejar es que realices un chequeo visual, observando si a simple vista vemos daños en partes del mosquetón, como “gatillo”, “brazo rígido”, etc. Y en caso de duda, ya sabes, hay que desecharlo.

 

Volviendo sobre la caída, una expres largo, con vuelo, muchas veces se produce un latigazo de la cuerda y el mosquetón golpea fuertemente contra la roca, pero se lo sigue usando ¿ese impacto no tiene más fuerza que una caída importante ó la propia caída al suelo?

Para resolver esta duda lo mejor es que mires esto:

http://currogonzalez.madteam.net/articulos/2007-09/conceptos-fisicos-aplicados-a-la-escalada/

 

¿Y cómo se podría hacer una prueba? ¿Tiene fundamento lógico probar un mosquetón caído? ¿Cómo se haría? ¿Cargarlo con la fuerza exactamente igual a su resistencia? ¿Si no cede ni se rompe quiere decir que esta OK?

Bajo mi punto de vista no tiene mucha lógica hacer una prueba de resistencia de un mosquetón. Primero porque nunca podremos igualar la efectividad de los ensayos realizados en los laboratorios de los fabricantes, y segundo, por el bajo coste del material del que hablamos.

¿Esa cuerda puede seguir utilizándose? ¿Qué tanto habrá sufrido? ¿Será más traumático esto que rappelar sobre un cordín?

Más que la pregunta que no es “rara”, es la situación, que si lo es.

Tan sólo te puedo aconsejar que cheques bien la parte afectada, la que estaba en contacto con las “chapas”. Mira bien la “camisa o funda”, observa que no haya sufrido desgaste o abrasión, y por supuesto, revisa minuciosamente el interior palpando. No debería haber ningún tipo de deformidad o discontinuidad. Y en caso de duda…..ya sabes.

Espero que os haya servido de ayuda o de aclaración.

Me gustaría recordaros que yo tan sólo doy mi punto de vista, y que como todos, puedo equivocarme. Para una información detallada os deberíais poner en contacto con los fabricantes, amén de, leeros el prospecto informativo que acompaña al material.

Un saludo a todos.

 


9 Comentarios
Enviado por Joaquin el martes 21 de septiembre de 2010

“Curro (aquí serias una especie de "estafador profeciobal", por tu apodo claro!). Ràpido has respondido, gracias.Los mosquetones en cuestión, estan en perfecto estado "exterior". SUcede que los comprè en un outlet y desconosco si habran sido cuidados a conciencia por el vendedor. Y el otro es un mosquetòn de acero nuevo, que cayó desde unos 10 metros a un piso de marmol, exteriormente está perfecto.La cuerda igualmente está perfecta.La duda radicaba en si esas grietas son visibles exteriormente, pues en estos casos no veo ninguna.Los fabricantes mucho no aporan, pues no hay una "escala de caídas" pero bien podria hacerce una con ciertas definiciones y tomarse como referencia; todos coinciden que de los mosquetones que les envían pocos resistieron menos de lo tenian marcado.En www.youtube.com hay tres capitulos de prueba de material hecho por italianos en 2008; con resultados muy interesantes, cuando encuenter lso links te los paso!.Saludos”
Enviado por Joaquin el martes 21 de septiembre de 2010

“Aquí encontré el link

http://www.youtube.com/watch?v=3merFxEhY8s&p=3988C1115C3DC3E7&playnext=1&index=5

Saludos!”
Enviado por Curro Gonzalez el miércoles 22 de septiembre de 2010

“Hola Joaquin,

Es curiosos lo de los significados eh?, en España se les llama "Curro" a las personas, generalmente descensientes de la zona sur de la Península (andalucia), cuyo nombre es Francisco.

Sobre lo que me comentas de las grietas, te comento:
Cuando he hablado de "discontinuidades superficiales" en el material, nos ponemos en el peor de los casos, a nivel microscópico (no las puedes diferenciar a simple vista). Si por el contrario fueran a un nivel macroscópico, esta claro que lo deberíamos desechar, ya que hay signos claros de que ese material esta dañado.

Yo no te puedo aconsejar (yo no lo haría) que sigas utilizando un mosquetón, de acero o de aleaciones de aluminio, que haya caído de una altura de 10 metros. Aunque a simple vista este perfecto.
De todas formas hay que utilizar el sentido común.

Sobre el link, he de decirte que no lo conocía. Es muy bueno que lo comentes, ya que se ve perfectamente todo lo que describo arriba. Es impresionante como "ves" la dilatación y la deformación del mocquetón hasta que parte. Además, nos sirve para ver la diferencia de resistencia según la forma del mosquetón, pues ya sabéis todos, que suelen ser más resitentes los mosquetónes "asimétricos".

Nada más, un saludo.

Curro ”
Enviado por Joaquin el miércoles 22 de septiembre de 2010

“Aquì "curro" significa algo así como un trabajo no muy formal, y el "currito ò currador" es una especie de buscavida que toma las cosas por la tangente.Los videos esos estan muy buenos, viste el del spit? sorprende lo que resiste, lástima que no muestran una prueba de tracción transversal como seria la caída en la vertical de la chapa.Por lo que se interpreta, debe ser mediante estadística + ingenieria, lso fabricantes certifican la resistencia, cuando logran asegurarse que sus materiales resisten una media especifica (en el video se ven los mismos mosquetones con variaciones de +- 2Kn en su resitencia).Y sobre los maillones está muy buena la explicación sobre la falta de marcajes.¿con que cargas trabajaran para lso test individuales? porque considerando las posibles deformaciones, seguramente no han de ser muy cargados.Saludos.”
Enviado por Bea el miércoles 22 de septiembre de 2010

“Muchiisimas gracias por el trabajo realizado y por las respuestas a las preguntas. Espectacular. Ahora si que entiendo muchas mas cosas sobre el material. S2”
Enviado por Joaquin el domingo 26 de septiembre de 2010

“A partir de los videos del link que publiqué antes, llegué a estas webs italianas. Hay varios informes técnicos y pruebas realizadas en laboratorios. Estan muy interesantes los datos. Saludos.

http://www.cens.it/

http://www.speleocrasc.it/

http://www.grotteforreabruzzo.com/

Enviado por Joaquin el martes 26 de octubre de 2010

“Pego algunos links interesantes. ¿alquien quiere comentar alguna experiecia personal ó alguna prueba que haya realizado?

http://www.speleocrasc.it/cens06fix.htm

http://www.speleocrasc.it/cens08corrosioneleghe.htm

http://www.youtube.com/user/madwilly2006

Saludos"”
Enviado por Reno13 el martes 18 de enero de 2011

“Hola Curro, te escribo desde mexico. fijate que se me cayo una pirana petzl desde unos 5 mts de altura. y el golpe lo llevo en el cuernito de la misma, la provamos ayer mismo y funciono sin problemas, claro que tomamos medidas por si se rompia, ahora la pregunta desdes de leer toda tu explicacion,,, si se agrieto en esa parte, crees que se pueda acrecentar la grieta con el uso???

saludos.
reno”
Enviado por Meiga el jueves 5 de octubre de 2017

“Primero, perdona por comentar sin haber leído la página con el detenimiento necesario. Tal vez repita o no sea pertinente mi comentario. Indicar que la figura en el apartado 2 después del título inicio no es de grietas de fatiga. Yo, por mi parte, sí uso mosquetones caídos siempre y cuando no presenten deformación, daño en el gatillo, ... (aquí cada uno es responsable de sí mismo). Un material dútil, como los que se usan generalmente en los mosquetones deportivos, tiene una deformación plástica y visible antes de producirse una fisura. Así que, adiós al mito de que puede tener microfisuras invisibles que afecten a la resistencia del mosquetón. Por otro lado, entiendo que te preocupen las roturas por fatiga. Y es verdad que este tipo de fracturas se inician en defectos superficiales ("efecto entalla"); sin embargo, si retiramos estos mosquetones probablemente también habría que retirar todos los mosquetones con rayajos (estos pueden ser mucho peores que un daño más profundo pero menos "afilado")... Tal vez debieramos, pufff. Si algo se aprende escalando es que cada uno es responsable de su propia seguridad y que el miedo es libre ;-) ”


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