Ensayo de fluencia lenta (creep): qué es, curva de creep, fluencia lenta del acero y normas

La fluencia lenta (creep) es la deformación permanente que aumenta con el tiempo en un material sometido a carga o esfuerzo constante. En los metales se vuelve relevante por encima de aproximadamente 0.4 de la temperatura de fusión absoluta, como en calderas y turbinas; en el plomo, los plásticos y el concreto ya ocurre a temperatura ambiente. El ensayo de fluencia lenta (creep) mantiene constantes la fuerza y la temperatura y registra la deformación a lo largo del tiempo, a veces hasta la ruptura, según la ASTM E139 o la ISO 204 en metales y la ISO 899 en plásticos.

Es el ensayo que responde cuánto se va a deformar una pieza, o cuándo se va a romper, después de años bajo carga: la tubería de vapor de una central eléctrica, el tornillo de una brida caliente, el tubo plástico de agua, la viga de concreto que sigue bajando meses después de terminada. En esta guía usted encontrará cómo se realiza el ensayo, la curva de fluencia lenta y sus tres etapas, la velocidad de creep y la ley de Norton, el parámetro de Larson-Miller, el creep del acero y de otros materiales, la diferencia con la relajación y la fatiga, ejercicios resueltos, los errores comunes y las normas.

La gráfica siguiente muestra el resultado típico de un ensayo de fluencia lenta: la deformación salta en el instante en que se aplica la carga y después sigue creciendo sin que la carga cambie, primero cada vez más despacio, luego a un ritmo casi constante y, cerca del final, cada vez más rápido hasta la ruptura. Esos tres tramos son las etapas primaria, secundaria y terciaria, explicadas en la sección sobre la curva de fluencia lenta.

Qué es el ensayo de fluencia lenta (creep)

La ASTM E139-24 define el ensayo como la determinación de la deformación en función del tiempo bajo fuerza de tracción constante y temperatura constante, y la medición del tiempo hasta la ruptura. La ISO 204:2023 distingue cuatro modalidades: el ensayo ininterrumpido, con la extensión medida todo el tiempo; el interrumpido, con el alargamiento medido de tiempo en tiempo; el de ruptura por creep, en el que se mide sobre todo el tiempo hasta la fractura; y el de verificación, que confirma un tiempo mínimo bajo una fuerza dada.

La diferencia con el ensayo de tracción (prueba de tensión) es el tiempo. En la tracción, la carga sube en minutos hasta romper. En la fluencia lenta, la carga permanece fija, muchas veces muy por debajo del límite de fluencia, y el material se deforma despacio, durante horas, meses o años. Por eso un componente puede fallar con un esfuerzo que soportaría sin problema en un ensayo rápido.

El resultado tiene cuatro usos principales: definir el esfuerzo admisible de un componente para una vida de diseño, en horas, a una temperatura dada; elegir entre materiales candidatos para servicio a alta temperatura o bajo carga sostenida; aceptar lotes, mediante el ensayo de verificación de un tiempo mínimo bajo una fuerza dada; y estimar la vida remanente de equipos que ya operan desde hace años. En todos ellos, el ensayo debe reproducir la temperatura y el nivel de esfuerzo del servicio, porque ambos cambian mucho la velocidad con que el material se deforma.

Cómo se realiza el ensayo de fluencia lenta: equipo y probeta de ensayo

El ensayo depende de tres cosas que se mantienen estables durante mucho tiempo: la fuerza, la temperatura y la medición del alargamiento. En metales, la probeta se monta con el extensómetro, se calienta en el horno hasta que la temperatura se estabiliza, recibe la fuerza sin impacto y permanece bajo ella mientras se registra el alargamiento, durante horas o miles de horas, hasta alcanzar la deformación límite, el tiempo previsto o la ruptura. En plásticos, concreto y otros materiales que fluyen a temperatura ambiente, el horno se sustituye por una sala o cámara con temperatura y humedad controladas.

En la foto, una máquina de creep de peso muerto: el horno tubular, abierto, rodea la probeta; las varillas del extensómetro bajan desde el interior del horno; y las pesas colgadas en la punta del brazo aplican la fuerza, multiplicada por la palanca.

Cada parte del equipo se encarga de una de las magnitudes del ensayo:

• Carga: máquina de peso muerto con brazo de palanca, sencilla y estable durante miles de horas, con varias estaciones; o máquina electromecánica con control de fuerza, en la que la celda de carga mide la fuerza en cada instante y retroalimenta el control.
• Temperatura: horno tubular de tres zonas, con termopares en contacto con la probeta. Unos pocos grados de variación cambian mucho la velocidad de creep.
• Deformación: extensómetro de alta temperatura, con varillas cerámicas que salen del horno, o medición sin contacto. Es la medida central del ensayo: el alargamiento de la probeta a lo largo del tiempo.
• Adquisición de datos: un sistema computarizado registra fuerza, temperatura y alargamiento a intervalos regulares durante todo el ensayo, y el software traza la curva y calcula las velocidades. En ensayos de miles de horas, el registro automático es lo que garantiza que no se pierda ningún tramo de la curva.

La probeta de ensayo de metal suele ser redonda y roscada en los extremos, con o sin hombros para sujetar el extensómetro; también se usan probetas planas con orificio y segmentos de tubo, y las probetas con entalla siguen la ASTM E292. La superficie de la parte útil no puede tener rebabas ni rayas, y las dimensiones se miden antes del ensayo, porque el esfuerzo se calcula con el área inicial. La longitud de referencia, entre las marcas o entre los puntos de contacto del extensómetro, es la base sobre la que se calcula la deformación.

Curva de fluencia lenta (creep): las tres etapas

La curva de fluencia lenta, como la del inicio del artículo, muestra la deformación a lo largo del tiempo, con carga y temperatura constantes. Comienza con una deformación instantánea, casi toda elástica, en el momento en que se aplica la carga, y sigue en tres etapas:

• Primaria (transitoria): la velocidad de deformación disminuye con el tiempo, porque domina la acritud (endurecimiento por deformación), el endurecimiento del material por su propia deformación.
• Secundaria (estacionaria): la velocidad se mantiene aproximadamente constante y mínima, porque el endurecimiento por deformación y la recuperación, que ablanda el material por el reacomodo de las dislocaciones con la temperatura, se equilibran. Es la etapa más larga y consume la mayor parte de la vida en servicio.
• Terciaria: la velocidad se acelera por daño interno (cavidades en los límites de grano, microgrietas) y por la reducción de la sección, hasta la ruptura.

De la curva se obtienen la velocidad mínima de creep (la pendiente del tramo secundario), el tiempo hasta la ruptura, el alargamiento y la estricción en la ruptura, y el tiempo hasta alcanzar una deformación límite, por ejemplo 1 %. Para leer la velocidad mínima con menos subjetividad, se traza también la velocidad de deformación en función del tiempo, que muestra un mínimo claro.

Estos resultados definen las dos propiedades que se usan en diseño. La resistencia a la fluencia lenta (resistencia al creep) es el esfuerzo que, a una temperatura dada, produce una velocidad mínima especificada, por ejemplo 10⁻⁵ %/h (1 % en 100,000 h), o una deformación especificada en un tiempo dado. La resistencia a la ruptura por creep es el esfuerzo que lleva a la ruptura en un tiempo dado, por ejemplo 100,000 h, a esa temperatura. La parte que se acumula después de la aplicación de la carga, la deformación por creep, es permanente: no se recupera cuando se retira la carga.

Cada curva es válida para un esfuerzo y una temperatura. Aumentar cualquiera de los dos eleva la deformación instantánea y la velocidad mínima y acorta el tiempo hasta la ruptura; con esfuerzo y temperatura muy altos, la etapa secundaria casi desaparece. La gráfica siguiente compara tres condiciones: la de referencia, una más moderada, en la que el material se deforma despacio y dura mucho más, y una más severa, en la que se rompe pronto.

Cómo calcular: velocidad de creep, Norton y Larson-Miller

La deformación por creep se calcula como en la tracción: el alargamiento medido por el extensómetro dividido entre la longitud de referencia, ε = ΔL / L₀, solo que ahora en función del tiempo. La velocidad mínima, la pendiente del tramo secundario, se obtiene de dos puntos de ese tramo: el incremento de deformación dividido entre el intervalo de tiempo entre ellos, en h⁻¹ o %/h.

La ley de Norton describe cómo esa velocidad depende del esfuerzo y de la temperatura: crece con el esfuerzo elevado a un exponente n y crece exponencialmente con la temperatura, por el término de Arrhenius, ε̇_s = A·σⁿ·exp(−Q / RT). Dos ensayos a la misma temperatura y con esfuerzos diferentes dan el exponente n; dos ensayos con el mismo esfuerzo y a temperaturas diferentes dan la energía de activación Q. Con ambos, es posible estimar la velocidad en condiciones que no se ensayaron, siempre que el mecanismo de deformación sea el mismo.

El exponente n indica el mecanismo, con cautela, porque las leyes son empíricas: n cercano a 1 indica creep por difusión (Nabarro-Herring a través de la red, Coble por los límites de grano); alrededor de 2, deslizamiento de límites de grano; de 3 a 6, movimiento de dislocaciones controlado por difusión, el caso más común en los metales de ingeniería; por encima de 10, aleaciones con precipitados y esfuerzo umbral.

El parámetro de Larson-Miller reúne tiempo y temperatura en un solo número, LMP = T·(C + log t_r). Permite usar ensayos cortos y más calientes para estimar la vida en servicio, más larga y más fría: según la ecuación, acortar 10 veces el tiempo de ruptura equivale a subir la temperatura absoluta alrededor de 4 a 5 %. Es la base de la evaluación de vida remanente de componentes en régimen de creep (API 579-1, Parte 10).

La tabla reúne las fórmulas del ensayo. Las dos últimas filas, el módulo de creep de los plásticos y el coeficiente de fluencia del concreto, se explican en la sección sobre esos materiales.

Magnitud	Fórmula	Observación
Deformación por creep	ε(t) = ΔL(t) / L0	alargamiento en el extensómetro entre la longitud de referencia
Velocidad mínima de creep	ε̇mín = Δε / Δt en la etapa secundaria	en h⁻¹ o %/h
Ley de Norton con Arrhenius	ε̇s = A·σⁿ·exp(−Q / RT)	n: exponente de esfuerzo; Q: energía de activación; T en kelvin
Exponente de esfuerzo	n = ln(ε̇2 / ε̇1) / ln(σ2 / σ1)	dos ensayos a la misma temperatura
Energía de activación	Q = R·ln(ε̇2 / ε̇1) / (1/T1 − 1/T2)	dos ensayos con el mismo esfuerzo; R = 8.314 J/(mol·K)
Parámetro de Larson-Miller	LMP = T·(C + log tr)	T en kelvin, tr en horas, C ≈ 20 para aceros de baja aleación
Módulo de creep (plásticos)	Ec(t) = σ / ε(t)	ISO 899-1
Fluencia del concreto (simplificado)	εcc = φ·εelástica	φ: coeficiente de fluencia de la NBR 6118

Fluencia lenta (creep) del acero

El creep del acero es la deformación lenta bajo carga sostenida a alta temperatura. En los metales cobra importancia por encima de aproximadamente 0.4 de la temperatura de fusión absoluta, cuando la difusión de los átomos es lo bastante rápida para que las dislocaciones rodeen los obstáculos y los límites de grano se deslicen. Por eso rige el diseño de calderas, tuberías de vapor, recipientes y tubos de hornos de refinería y álabes de turbina, que trabajan calientes y bajo carga constante durante décadas.

El inicio del creep depende de la aleación: los elementos de aleación, como el cromo y el molibdeno, forman carburos y soluciones sólidas que retrasan ese movimiento. La tabla del National Board (French, 1991) da la temperatura aproximada de inicio para aceros de caldera:

Acero	Temperatura aproximada de inicio del creep
Acero al carbono	≈ 427 °C
Al carbono con ½ Mo	≈ 454 °C
1¼ Cr-½ Mo	≈ 510 °C
2¼ Cr-1 Mo	≈ 538 °C
Acero inoxidable	≈ 566 °C

Son valores aproximados; el código ASME vigente prevalece, y otros códigos usan criterios diferentes (375 °C para aceros ferrítico-martensíticos y 450 °C para austeníticos en normas nucleares europeas). Para la tubería de vapor de centrales ultrasupercríticas se usa el P91 (9Cr-1Mo modificado), cuya resistencia a la ruptura por creep a 600 °C es casi el doble de la del 9Cr-1Mo tradicional, con una vida de diseño típica de 100,000 horas. Un caso real: un codo de P91 con tratamiento térmico incorrecto, después de 20,000 h a cerca de 550 °C, tenía una vida remanente estimada de 53,000 h por Larson-Miller, en lugar de las 100,000 h del diseño (Zhou et al., 2024).

La regla de 0.4 de la temperatura de fusión explica por qué el plomo fluye a 20 °C: su fusión ocurre a 327.5 °C, y la temperatura ambiente ya equivale a casi la mitad de ella en kelvin.

Fluencia lenta en plásticos, compuestos, cerámicas, concreto y geosintéticos

El fenómeno es el mismo en todos los materiales, pero la temperatura a la que importa, el mecanismo y la forma de ensayar cambian de uno a otro.

Plásticos. Los polímeros son viscoelásticos: parte de la respuesta es elástica, como en un resorte, y parte es viscosa, como en un fluido que escurre despacio. Por eso fluyen ya a temperatura ambiente, y la deformación depende del tiempo, de la temperatura y de la humedad. Es lo que se observa en piezas plásticas bajo carga sostenida, como soportes y sujeciones de automóviles, dispositivos médicos, tanques y tubos. En diseño no se usa un módulo de elasticidad único, sino el módulo de creep, E_c(t) = σ / ε(t), que disminuye con el tiempo de carga. La ISO 899-1 (tracción) y la ISO 899-2 (flexión en tres puntos) dan el módulo de creep, las curvas de deformación × tiempo y las curvas isócronas esfuerzo-deformación que se usan en diseño; la ASTM D2990 cubre tracción, compresión, flexión y ruptura por creep. Los ensayos de 1,000 horas son comunes, con varias estaciones en paralelo. En tubos plásticos a presión, la ISO 9080 extrapola ensayos de presión a la resistencia hidrostática a 50 años.

Compuestos. En un compuesto de matriz polimérica, como la fibra de carbono o de vidrio con resina epóxica, las fibras casi no fluyen y la matriz fluye como un polímero. El resultado depende de la dirección de la carga: en la dirección de las fibras, que soportan la mayor parte de la fuerza, el creep es pequeño; en la dirección transversal y en corte, donde la que trabaja es la matriz, es mucho mayor. Por eso el creep de piezas estructurales de compuesto, en aeronaves y automóviles, se evalúa en la dirección en que se carga la pieza, y la temperatura y la humedad se incluyen en el ensayo porque ablandan la matriz.

Cerámicas. A temperatura ambiente, las cerámicas prácticamente no fluyen. A alta temperatura fluyen sobre todo por difusión y por deslizamiento de límites de grano, y el creep pasa a limitar el uso de refractarios de hornos industriales y de componentes cerámicos de turbinas. Como son frágiles y difíciles de sujetar en mordazas, las cerámicas se ensayan a creep con frecuencia por flexión o compresión, además de tracción.

Concreto. El concreto también fluye (fluencia o flujo plástico): la deformación diferida bajo carga sostenida puede superar el doble de la deformación elástica. La ABNT NBR 8224:2012 (la norma brasileña de ensayo de fluencia del concreto) es el método de ensayo. Para diseño, la NBR 6118 (la norma brasileña de diseño de estructuras de concreto) resume este efecto en el coeficiente de fluencia φ, la razón entre la deformación por fluencia y la deformación elástica (ε_cc = φ·ε_elástica, en el cálculo simplificado), dado en función de la humedad del ambiente, del espesor ficticio de la pieza y de la edad al momento de la carga: según la NBR 6118, un concreto C20 a C45 cargado a los 30 días, en un ambiente con 75 % de humedad y espesor ficticio de 20 cm, tiene φ ≈ 2.2; en aire seco (40 %), 3.4. Cargar a edad temprana, en aire seco y con piezas delgadas aumenta mucho la fluencia. Vea también módulo de elasticidad del concreto.

Geosintéticos. Las geomallas y los geotextiles de refuerzo de muros y taludes se ensayan a creep según la ISO 13431:2024 y la ASTM D5262, porque soportan el suelo durante décadas.

Fluencia lenta, ruptura por fluencia lenta, relajación y fatiga

Cuatro ensayos estudian el comportamiento del material a lo largo del tiempo, y es común confundirlos. El ensayo de fluencia lenta (creep) mantiene constantes la fuerza y la temperatura y registra la deformación, con foco en la velocidad mínima y en el tiempo hasta alcanzar una deformación límite. El ensayo de ruptura por fluencia lenta usa las mismas condiciones, pero lo que se mide es el tiempo hasta la fractura, y la deformación puede no seguirse de cerca. Los dos se complementan: el de ruptura mide la capacidad de carga máxima en función del tiempo, y el de fluencia lenta mide la capacidad de carga para una deformación limitada.

El ensayo de relajación es el inverso de la fluencia lenta: la probeta se estira hasta una deformación que queda fija, y lo que se mide es el esfuerzo, que disminuye con el tiempo porque parte de la deformación elástica se convierte en deformación permanente. Es el problema de los tornillos y resortes a alta temperatura, que pierden la precarga. En la fatiga, la carga no se mantiene, sino que es cíclica, y la vida se cuenta en número de ciclos, no en horas. La fluencia lenta y la fatiga pueden actuar juntas en componentes que se calientan y se enfrían en ciclos (creep-fatigue, ASTM E2760). La tabla resume las diferencias:

Ensayo	Lo que se mantiene constante	Lo que se mide	Norma
Fluencia lenta (creep)	fuerza y temperatura	deformación a lo largo del tiempo, velocidad mínima	ASTM E139-24, ISO 204:2023
Ruptura por fluencia lenta	fuerza y temperatura	tiempo hasta la ruptura	ASTM E139-24, ISO 204:2023
Relajación de esfuerzos	deformación y temperatura	caída del esfuerzo a lo largo del tiempo	ASTM E328-26
Fatiga	carga cíclica	número de ciclos hasta la falla	vea ensayo de fatiga

Ejercicios resueltos de fluencia lenta

Los ejercicios usan las fórmulas de la sección de cálculo, en el orden en que aparecen en un estudio de fluencia lenta: la velocidad leída en el ensayo, los parámetros de Norton, la extrapolación por Larson-Miller y, por último, el cálculo de diseño del concreto.

1. Velocidad mínima de fluencia lenta. Probeta de acero de 6.00 mm de diámetro, a 550 °C, bajo 100 MPa, con extensómetro de 50.0 mm de longitud de referencia. En la etapa secundaria, el extensómetro leyó 0.600 mm a las 200 h y 0.850 mm a las 700 h. La fuerza es 100 × 28.27 mm² = 2.83 kN. Δε = 0.250 / 50.0 = 0.00500 en 500 h, entonces ε̇_mín = 1.0 × 10⁻⁵ h⁻¹ (0.001 %/h).

2. Exponente de Norton. A la misma temperatura, 100 MPa dan 2.0 × 10⁻⁶ h⁻¹ y 150 MPa dan 1.2 × 10⁻⁵ h⁻¹. n = ln 6 / ln 1.5 = 4.4: fluencia lenta por dislocaciones.

3. Energía de activación. Al mismo esfuerzo, 1.0 × 10⁻⁶ h⁻¹ a 600 °C (873 K) y 5.0 × 10⁻⁶ h⁻¹ a 650 °C (923 K). Q = 8.314 × ln 5 / (1/873 − 1/923) ≈ 216 kJ/mol. Subir 50 °C multiplicó la velocidad por 5.

4. Larson-Miller. Un acero de baja aleación (C = 20) se rompió en 1,000 h a 650 °C. LMP = 923.15 × (20 + 3) = 21,232. A 550 °C (823.15 K), bajo el mismo esfuerzo: log t_r = 21,232 / 823.15 − 20 = 5.79, es decir, t_r ≈ 620,000 h, cerca de 71 años. La temperatura máxima para 100,000 h es 21,232 / 25 = 849 K = 576 °C. Atención: con C = 25 la predicción sería cuatro veces mayor; use siempre el C de la curva maestra del material.

5. Columna de concreto. Columna C30 de 3.00 m cargada a los 30 días con 8 MPa, módulo de 30 GPa, φ = 2.2. Deformación elástica: 8 / 30,000 = 0.267 ‰; fluencia lenta: 2.2 × 0.267 = 0.587 ‰. El acortamiento total es de cerca de 2.6 mm, de los cuales 1.8 mm provienen de la fluencia lenta. Es el cálculo simplificado; la norma usa el módulo inicial y el Anexo A.

Errores comunes en el ensayo de fluencia lenta

1. Extrapolar demasiado. Norton y Larson-Miller son empíricos, y el mecanismo puede cambiar entre el ensayo y el servicio.
2. Temperatura inestable. Use un horno multizona y termopares en la probeta.
3. Usar grados Celsius en Larson-Miller. La temperatura va en kelvin y el tiempo en horas.
4. Creer que la fluencia lenta solo ocurre a alta temperatura. El plomo, los plásticos, el concreto y la madera fluyen a temperatura ambiente.
5. Confundir la fluencia lenta con la fatiga o con la relajación.
6. Leer la velocidad mínima en la etapa primaria o en un tramo demasiado corto.
7. Llamar constante al esfuerzo nominal. Con carga constante, el esfuerzo real aumenta a medida que la sección disminuye.
8. Aplicar el φ de la ABNT NBR 6118 (la norma brasileña de diseño de estructuras de concreto) fuera de su rango de validez: es válido para esfuerzos menores que 0.5 f_c y entre 0 y 40 °C.

Normas del ensayo de fluencia lenta

La norma depende del material y del tipo de ensayo. En metales, la ASTM E139 y la ISO 204 cubren la fluencia lenta y la ruptura por fluencia lenta, y la ASTM E328, la relajación. Los plásticos siguen la ISO 899 o la ASTM D2990; los tubos plásticos, la ISO 9080; el concreto, la ABNT NBR 8224 (la norma brasileña del ensayo de fluencia lenta del concreto) para el ensayo y la ABNT NBR 6118 (la norma brasileña de diseño de estructuras de concreto) para el diseño. La tabla reúne las normas citadas en el artículo, con la edición de cada una:

Norma	Aplicación	Edición
ASTM E139	fluencia lenta y ruptura por fluencia lenta de metales	E139-24
ISO 204	fluencia lenta uniaxial en tracción de metales	2023
ASTM E292	ruptura en probeta entallada	E292-24
ASTM E328	relajación de esfuerzos	E328-26
ASTM E1457 y E2760	crecimiento de grieta por fluencia lenta y fluencia lenta-fatiga
ISO 899-1 y ISO 899-2	fluencia lenta de plásticos en tracción y flexión	2017 y 2024
ASTM D2990	fluencia lenta y ruptura de plásticos
ISO 9080	resistencia hidrostática a largo plazo de tubos plásticos	2012
ABNT NBR 8224	fluencia lenta del concreto endurecido	2012
ABNT NBR 6118	coeficiente de fluencia lenta para diseño	2023, con la enmienda de 03/2026
ISO 13431 y ASTM D5262	geosintéticos	2024 y D5262-21 (reaprobada en 2026)
API 579-1/ASME FFS-1, Parte 10	vida remanente en fluencia lenta	2021

Ensayo de fluencia lenta en la máquina universal

Los ensayos de fluencia lenta de larga duración a alta temperatura, típicos de aceros para calderas y turbinas, usan máquinas dedicadas con horno. En cambio, los ensayos de fluencia lenta a la temperatura del laboratorio, comunes en polímeros, elastómeros, textiles y madera, pueden hacerse en una máquina universal con control de fuerza. El software de la línea de máquinas universales de Biopdi incluye la configuración de fluencia lenta, con ejecución a fuerza constante, y la máquina acepta extensómetros de 25, 50 y 250 mm de longitud de referencia. En este caso, el travesaño se mueve solo lo necesario para mantener la fuerza constante mientras la probeta se alarga, y la celda de carga retroalimenta el control. El panel de abajo muestra la máquina, la función de cada parte en el ensayo y los dispositivos utilizados.

Aplicación	Rango	Modelo Biopdi
Películas, hilos y cintas	200 N a 1 kN	MBIOI-1P-M2
Polímeros, elastómeros, textiles, madera	2 a 10 kN	MBIOI-10-M2
Metales en tracción a temperatura ambiente	5 a 50 kN	MBIOII-50-M2

Para configuraciones específicas, hable con Biopdi sobre proyectos especiales.