La fluencia se refiere a la deformación gradual del hormigón, dependiente del tiempo, cuando este se somete a una carga de compresión constante y sostenida. Al tratarse de un parámetro crítico para grandes estructuras de ingeniería civil —como puentes pretensados, presas, vasijas de contención nuclear y edificios de gran altura—, la fluencia determina directamente la pérdida de pretensado, la deflexión a largo plazo, el riesgo de fisuración y la vida útil de los elementos estructurales. El equipo para ensayos de fluencia por compresión en hormigón es un dispositivo especializado diseñado para realizar pruebas de larga duración. Bajo condiciones controladas de temperatura y humedad constantes, este equipo aplica una carga de compresión axial constante a probetas de hormigón y registra de forma continua la evolución de la deformación por compresión a lo largo del tiempo. Asimismo, permite distinguir entre la fluencia básica y la fluencia por secado, proporcionando datos experimentales fundamentales tanto para la investigación de materiales como para el diseño estructural.

A diferencia de los ensayos de resistencia a la compresión de corta duración, los ensayos de fluencia pueden prolongarse durante meses o incluso años, lo que impone exigencias rigurosas al equipo en cuanto a la estabilidad en el mantenimiento de la carga a largo plazo, la precisión en la medición de la deformación y un control ambiental coordinado. Con el rápido desarrollo del hormigón de ultra alto rendimiento (UHPC), el hormigón geopolimérico activado por álcalis, el hormigón de bajo contenido de carbono con áridos reciclados y otros materiales, el debate sobre los equipos para ensayos de fluencia sigue vigente en la comunidad investigadora a nivel mundial. Esto impulsa la evolución de los sistemas de ensayo, pasando de los diseños convencionales basados en muelles hacia soluciones automatizadas y digitales de monitorización multicanal.

1. Principio de funcionamiento y componentes principales

El principio fundamental del equipo para ensayos de fluencia por compresión en hormigón consiste en aplicar una carga de compresión axial estable a probetas de hormigón prismáticas o cilíndricas, mantener dicha carga constante durante periodos prolongados dentro de una cámara termohigrostática y registrar de forma continua la deformación de las probetas en función del tiempo. De manera paralela, se ensayen probetas de referencia sin carga, lo que permite restar la deformación por retracción por secado y obtener así la deformación real por fluencia.

Un sistema completo consta, por lo general, de cinco módulos: un bastidor de carga, una unidad de carga constante, un módulo de medición de fuerza, una unidad de medición de deformaciones y una cámara termohigrostática de curado.

El bastidor de carga está fabricado con acero rígido de alta resistencia para minimizar la deformación del bastidor durante largos períodos de servicio y evitar interferencias con las mediciones de las probetas. Existen dos diseños principales de sistemas de carga constante: los sistemas de carga constante mediante resortes y los sistemas de carga constante servo-hidráulicos de circuito cerrado.

Los sistemas de resortes almacenan energía mediante resortes de alta resistencia. Después de aplicar la precarga con gatos hidráulicos, los resortes mantienen la fuerza aplicada. Este diseño es una solución convencional ampliamente utilizada en laboratorios de todo el mundo.

Los sistemas servo-hidráulicos utilizan la retroalimentación en tiempo real de las células de carga para compensar automáticamente la disminución de la carga. Son adecuados para ensayos de concreto sometido a altos niveles de esfuerzo, pruebas de alta precisión y ensayos de concreto en edades tempranas.

Las opciones para la adquisición de deformaciones incluyen extensómetros mecánicos, transductores de desplazamiento LVDT y galgas extensométricas superficiales. Los montajes avanzados emplean la técnica de correlación digital de imágenes (DIC, por sus siglas en inglés) para permitir la observación de la deformación en todo el campo. La cámara ambiental asociada estabiliza la temperatura y la humedad, además de aislar el sistema de las fluctuaciones del entorno, a fin de cumplir con las condiciones de ensayo —especificadas en las normas— para la fluencia básica y la fluencia por secado.

2. Principales tipos de equipos y comparación técnica

En el mercado internacional predominan dos categorías principales: los bastidores de ensayo de fluencia con resortes y los sistemas servo-hidráulicos para ensayos de fluencia. Cada uno presenta aplicaciones adecuadas, ventajas y limitaciones específicas.

Los bastidores de ensayo de fluencia con resortes tienen una estructura sencilla y un bajo coste de inversión inicial, lo que permite organizar varios especímenes para realizar ensayos por lotes. Se utilizan ampliamente en universidades y laboratorios de ensayo independientes para realizar ensayos rutinarios de fluencia del concreto a largo plazo.

Su principal desventaja es la relajación de los resortes, que provoca una disminución gradual de la carga con el tiempo y requiere reajustes manuales periódicos. Los ensayos de larga duración exigen una considerable cantidad de trabajo manual, y las operaciones de reajuste de la carga pueden introducir errores por perturbaciones.

Los equipos hidráulicos de ensayo de fluencia (creep) con control en bucle cerrado compensan automáticamente la pérdida de carga en tiempo real, ofreciendo una estabilidad de carga superior a largo plazo. Estos sistemas permiten aplicar cargas en múltiples niveles y realizar investigaciones sobre la fluencia no lineal bajo niveles de tensión elevados, lo que los hace ideales para estudios sobre hormigón de ultra alto rendimiento (UHPC) y hormigón en edades tempranas. Entre sus desventajas se encuentran unos mayores costes de adquisición y mantenimiento. Asimismo, los sistemas hidráulicos son sensibles a las variaciones de la temperatura del aceite y al envejecimiento del fluido, además de requerir condiciones ambientales y de suministro eléctrico más estrictas en el laboratorio.

También han surgido sistemas compactos multicanal para ensayos de fluencia en paralelo. En ellos, se integran varias unidades de carga dentro de una única cámara ambiental, lo que permite aumentar el rendimiento de los ensayos y reducir el coste por probeta en experimentos de larga duración. Su adopción en proyectos de investigación a nivel internacional ha seguido creciendo en los últimos años.

3. Normas internacionales de ensayo y requisitos de conformidad de los equipos

Las principales especificaciones a nivel mundial definen los requisitos relativos al equipo, la aplicación de carga, el control ambiental y los procedimientos de medición para los ensayos de fluencia por compresión del hormigón. Estas especificaciones constituyen la base fundamental para la exportación de equipos y la selección de instrumental de laboratorio. Entre las normas más representativas se incluyen la ASTM C512, la EN 12390-17, los procedimientos de ensayo recomendados por RILEM, la norma ISO 1920-9 y la norma china GB/T 50082.

Requisitos normativos comunes: la carga axial debe aplicarse de forma concéntrica sobre las probetas para minimizar los momentos flectores excéntricos; asimismo, se emplean asientos de apoyo esféricos que permiten un centrado automático, evitando así tensiones de flexión adicionales. En los ensayos de fluencia lineal, el nivel de carga, por regla general, no debe superar el 40 % de la resistencia a la compresión de la probeta. Para investigaciones sobre fluencia no lineal es posible adoptar niveles de tensión más elevados, siempre que los bastidores de carga y los sensores mantengan un margen de seguridad adecuado.

En lo que respecta al control ambiental: para los ensayos básicos de fluencia, las probetas deben sellarse a fin de evitar la migración de humedad; por el contrario, para los ensayos de fluencia por secado, es necesario mantener una temperatura y una humedad constantes. Todo el equipo requiere una calibración periódica de las células de carga y de los medidores de desplazamiento. La notable dispersión de los datos de fluencia entre distintos laboratorios se debe, en gran medida, a la estabilidad del equipo, al estado de su calibración y al desempeño del control ambiental; una cuestión que se debate continuamente en el seno de la comunidad vinculada a la base de datos de RILEM.

4. Desafíos en las pruebas y fuentes de error en los equipos

Los experimentos de fluencia se realizan durante periodos muy prolongados, y los errores menores se acumulan con el tiempo, provocando finalmente una desviación sustancial en los coeficientes de fluencia calculados y en la fluencia específica. Este es el mayor desafío en los ensayos a largo plazo.

La principal fuente de error es la deriva de la carga, causada por la relajación de los resortes, la variación de la temperatura del aceite hidráulico y la relajación de la tensión de los pernos, factores que reducen la carga de compresión sostenida y subestiman la deformación por fluencia. El segundo factor importante es la fluctuación de la temperatura y la humedad ambiente. Pequeñas variaciones de humedad inducen una retracción por secado del hormigón que no puede separarse de la fluencia, lo que explica por qué muchos conjuntos de datos de ensayos históricos carecen de comparabilidad entre laboratorios. En tercer lugar, la deriva a largo plazo de los sistemas de medición de deformación surge del envejecimiento de las galgas extensométricas, el aflojamiento de los puntos de medición mecánicos y la deriva térmica, lo que introduce un sesgo en la medición. La excentricidad de la probeta, las superficies de los extremos irregulares y los efectos del tamaño de la probeta también generan errores adicionales.

Las estrategias de mitigación habituales en el sector incluyen el uso de probetas en blanco (sin carga) sometidas a las mismas condiciones para realizar correcciones, sensores de baja deriva, cámaras termo-higrostáticas estables, la verificación periódica de las cargas, así como procedimientos minuciosos de rectificado y centrado de los extremos de las probetas. En el ámbito de la investigación avanzada, la técnica de medición óptica DIC permite identificar la aparición de microfisuras localizadas y profundizar en la comprensión de la evolución de la fluencia terciaria bajo condiciones de alta tensión.

5. Actualizaciones digitales y tendencias técnicas de vanguardia en el extranjero

Los laboratorios internacionales están modernizando digitalmente los sistemas de ensayo de fluencia tradicionales, uno de los temas más relevantes en conferencias y publicaciones científicas internacionales. Sensores de presión, temperatura, humedad y desplazamiento se integran con módulos de adquisición de datos IoT para permitir el registro automático continuo de datos y el almacenamiento en la nube las 24 horas del día, los 7 días de la semana, eliminando así el error humano derivado de las lecturas manuales periódicas.

Algunos sistemas incorporan módulos de análisis de datos con IA para detectar automáticamente condiciones de carga anómalas, deriva de sensores y perturbaciones ambientales, y marcar segmentos de datos anómalos. Los datos de fluencia medidos pueden conectarse directamente con modelos globales de predicción de fluencia, como MC2010, B4 y ACI 209, para la calibración de los parámetros del modelo. La adquisición óptica de deformaciones mediante correlación digital de imágenes (DIC) y los sistemas compactos de ensayo paralelo multicanal siguen ganando popularidad. Asimismo, se están desarrollando equipos integrados de ensayo de fluencia acoplados a múltiples campos para aplicaciones en energía nuclear, geotérmica e ingeniería naval en condiciones de alta temperatura, corrosión salina y ciclos de congelación-descongelación. Las soluciones digitales reducen considerablemente el trabajo manual en ensayos a largo plazo y mejoran la comparabilidad de datos entre laboratorios.

6. Ampliación de la aplicación de equipos para nuevos materiales de hormigón bajos en carbono

En el contexto de las iniciativas globales de neutralidad de carbono, el hormigón geopolimérico activado con álcalis, el UHPC, el hormigón con áridos reciclados, el hormigón expansivo con MgO y el hormigón modificado con captura de carbono se han convertido en objeto de intensa investigación internacional, generando nuevas demandas de equipos para ensayos de fluencia por compresión.

Los modelos de fluencia establecidos para el cemento Portland ordinario no son aplicables a los aglutinantes con bajas emisiones de carbono, ya que estos materiales presentan comportamientos de evolución de la fluencia marcadamente diferentes. Es necesario obtener datos de deformación a largo plazo mediante mediciones con equipos de ensayo de fluencia. El UHPC presenta una magnitud de fluencia muy baja, lo que requiere una mayor resolución en la medición de la deformación y una estabilidad superior a largo plazo del equipo. El hormigón activado con álcalis experimenta un proceso de hidratación especial, y su comportamiento de fluencia bajo cargas a edades tempranas es complejo, lo que requiere equipos capaces de soportar carga en probetas jóvenes. El hormigón con áridos reciclados posee estructuras de poros internas complejas; su fluencia por secado es altamente sensible a la humedad ambiental, lo que exige cámaras termohigrostáticas de alta precisión.

La mayoría de las normas existentes se formularon tomando como base el hormigón de cemento Portland ordinario y presentan limitaciones al aplicarse a ensayos de nuevos materiales. Numerosos equipos de investigación en el extranjero llevan a cabo ensayos comparativos mediante equipos de medición de fluencia con el fin de revisar los protocolos de ensayo y las bases de datos; esto ha convertido a dicho ámbito en el campo de aplicación más activo para este tipo de equipamiento en los últimos años.

Conclusión

El equipo para ensayos de fluencia por compresión en hormigón resulta indispensable para investigar el comportamiento de la deformación por compresión a largo plazo de este material. Las configuraciones basadas en sistemas de muelles o en sistemas servohidráulicos permiten abordar, respectivamente, los ensayos rutinarios y la investigación científica avanzada. El rendimiento del equipo, el control de las condiciones ambientales y la estabilidad de los sensores determinan directamente la fiabilidad de los datos obtenidos en los ensayos de fluencia; asimismo, es obligatorio el cumplimiento de las especificaciones internacionales ASTM, EN y RILEM.

Ante el rápido avance de los materiales de construcción bajos en carbono, los ensayos de fluencia ya no se limitan al hormigón convencional. Nuevos materiales, como el hormigón de ultra alto rendimiento (UHPC, por sus siglas en inglés) y los geopolímeros, impulsan la modernización de los equipos de ensayo hacia la automatización, la monitorización mediante el Internet de las Cosas (IoT) y los ensayos con acoplamiento multifísico. En el futuro, el mantenimiento de cargas a largo plazo con alta precisión, la adquisición digital y automática de datos, y la realización de ensayos en paralelo con múltiples probetas se convertirán en las principales líneas de desarrollo de los equipos para ensayos de fluencia, proporcionando un soporte experimental fundamental para la evaluación del comportamiento a largo plazo de puentes, estructuras hidráulicas, instalaciones nucleares y otros grandes proyectos de infraestructura.