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title: "Propiedades de fatiga del acero y curvas S–N"
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![Propiedades de fatiga del acero y curvas S–N](/images/uploads/5df20d01-f4a7-471e-a675-f1e35ef47d03/wiki-hero-a-steel-welded-attachment-with-a-visible-fatigue-crack-growing-from-the-weld-toe-1920x823.jpg)

Valores calculados

# Propiedades de fatiga del acero y curvas S–N

La fatiga es el daño progresivo causado por cargas repetidas o fluctuantes.

![Retrato de Anders Bergström, reportero del sector del acero](/images/uploads/a7d8e5bc-7cdf-409b-913b-211e63e8c441/anders-bergstr-m-1920x1920.jpg)

 **[Anders Bergström](/es/noticias/autor/anders-bergstrom "Anders Bergström")** Valores calculados 40 min de lectura Actualizado 14 ago 2026 Revisado con evidencia

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- [Qué describen realmente las propiedades de fatiga del acero](/es/wiki/valores-calculados/propiedades-de-fatiga-del-acero-y-curvas-s-n#qué-describen-realmente-las-propiedades-de-fatiga-del-acero "Qué describen realmente las propiedades de fatiga del acero")
- [Cómo se generan y se interpretan las curvas S–N](/es/wiki/valores-calculados/propiedades-de-fatiga-del-acero-y-curvas-s-n#cómo-se-generan-y-se-interpretan-las-curvas-s-n "Cómo se generan y se interpretan las curvas S–N")
- [Por qué el grado de acero por sí solo no predice la vida a fatiga](/es/wiki/valores-calculados/propiedades-de-fatiga-del-acero-y-curvas-s-n#por-qué-el-grado-de-acero-por-sí-solo-no-predice-la-vida-a-fatiga "Por qué el grado de acero por sí solo no predice la vida a fatiga")
- [Los detalles de acero soldado requieren sus propias curvas de fatiga](/es/wiki/valores-calculados/propiedades-de-fatiga-del-acero-y-curvas-s-n#los-detalles-de-acero-soldado-requieren-sus-propias-curvas-de-fatiga "Los detalles de acero soldado requieren sus propias curvas de fatiga")
- [Curvas de diseño estadístico y base de supervivencia](/es/wiki/valores-calculados/propiedades-de-fatiga-del-acero-y-curvas-s-n#curvas-de-diseño-estadístico-y-base-de-supervivencia "Curvas de diseño estadístico y base de supervivencia")
- [De los ensayos de amplitud constante a la evaluación de la vida útil](/es/wiki/valores-calculados/propiedades-de-fatiga-del-acero-y-curvas-s-n#de-los-ensayos-de-amplitud-constante-a-la-evaluación-de-la-vida-útil "De los ensayos de amplitud constante a la evaluación de la vida útil")
- [Guía práctica para interpretar datos de fatiga del acero](/es/wiki/valores-calculados/propiedades-de-fatiga-del-acero-y-curvas-s-n#guía-práctica-para-interpretar-datos-de-fatiga-del-acero "Guía práctica para interpretar datos de fatiga del acero")

## Qué describen realmente las propiedades de fatiga del acero

La fatiga es un daño progresivo causado por cargas repetidas o fluctuantes. Una pieza de acero puede soportar una carga estática inferior a su capacidad de tracción y, aun así, fallar después de miles, millones o miles de millones de ciclos. Cada ciclo puede causar únicamente un incremento minúsculo de plasticidad, deslizamiento, crecimiento de grieta o daño en una superficie, entalla, inclusión o pie de soldadura. El efecto acumulado es la rotura por fatiga.

### Vida a fatiga, resistencia a la fatiga y definición de fallo

La **vida a fatiga** es el número de ciclos de carga asociados a un evento definido. Dicho evento debe especificarse, porque «fallo» no siempre significa lo mismo en un ensayo de fatiga o en un cálculo de diseño. Algunos ensayos cuentan los ciclos hasta la rotura completa. Otros se detienen cuando una grieta alcanza una longitud especificada, cuando la rigidez disminuye en un porcentaje establecido o cuando la probeta ya no puede soportar la fuerza aplicada.

![Propiedades de fatiga del acero y curvas S–N](/images/uploads/ab79a412-45e1-4c6a-85a2-4f29c06ab1db/wiki-inline-the-three-stages-of-fatigue-damage-in-a-steel-specimen-crack-initiation-detectab-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/ab79a412-45e1-4c6a-85a2-4f29c06ab1db/wiki-inline-the-three-stages-of-fatigue-damage-in-a-steel-specimen-crack-initiation-detectab-2027x2560.avif "Ampliar imagen — Propiedades de fatiga del acero y curvas S–N")Fatigue life may be divided into initiation, detectable crack growth, and final fracture.

#### Tres etapas de la vida a fatiga

1. **Vida hasta la iniciación de la grieta** Ciclos necesarios para formar una grieta de un tamaño especificado, a menudo en una superficie o en una concentración de tensiones.
2. **Vida de crecimiento detectable de la grieta** Ciclos desde la condición inicial de la grieta hasta que una inspección puede identificarla o hasta que alcanza una longitud definida.
3. **Vida hasta la fractura final** Ciclos desde la detección de la grieta hasta la fractura inestable o la pérdida de la capacidad requerida para soportar cargas.

Es útil distinguir entre tres etapas:

1\. **Vida de iniciación de la grieta**: ciclos necesarios para formar una grieta de un tamaño especificado, a menudo en una superficie o en una concentración de tensiones. 2. **Vida de crecimiento de grieta detectable**: ciclos desde esa condición hasta que una inspección puede identificar la grieta de forma fiable, o hasta que esta alcanza una longitud definida. 3. **Vida hasta la rotura final**: ciclos desde la detección de la grieta hasta la rotura inestable o la pérdida de la capacidad requerida para soportar la carga.

Una probeta de laboratorio pulida puede no contener ninguna grieta introducida deliberadamente, por lo que su vida registrada puede incluir la iniciación y la propagación. Una evaluación basada en la mecánica de la fractura puede comenzar con un defecto supuesto y calcular únicamente la propagación. Estos resultados no son intercambiables.

La **resistencia a la fatiga** es el nivel de tensión asociado a una vida a fatiga y a un criterio de fallo especificados. Por ejemplo, un ensayo puede indicar el intervalo de tensiones que produce el fallo a 106 ciclos. El límite de resistencia a la fatiga es una afirmación más restringida: es un nivel de tensión por debajo del cual se espera que la probeta elegida no falle dentro del intervalo de vida ensayado o definido. No constituye automáticamente una propiedad permanente de toda pieza fabricada con ese acero.

Cronología de las normas y fuentes técnicas analizadas en el artículo.

\[1\] \[1\] [**ASTM E466-21: Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials**](https://store.astm.org/e0466-21.html). ASTM International. 2021.

El método de tensión–vida expresa la amplitud de tensión o el intervalo de tensiones en función de los ciclos hasta el fallo, normalmente mediante una ley potencial de tipo Basquin. La Administración Federal de Carreteras describe las curvas S–N del acero como representaciones del intervalo de tensiones frente a los ciclos hasta el fallo en ejes logarítmicos. ISO 1099:2017 especifica ensayos a temperatura ambiente, de amplitud constante, controlados por fuerza axial y con relaciones de tensiones establecidas. ASTM E466-21 contempla la aplicación axial de cargas de amplitud constante y controladas por fuerza a probetas metálicas con y sin entalla, en aire y a temperatura ambiente. Estas condiciones definen el resultado.

La relación de tensiones es importante porque las tensiones mínima y máxima afectan a la apertura de la grieta, la plasticidad y los efectos de la tensión media. Un ciclo entre cero y tracción no es equivalente a un ciclo completamente alternado, aunque la amplitud de tensión sea idéntica. La frecuencia de carga, la temperatura, la corrosión y la forma de onda también pueden modificar la vida medida.

### Por qué la tensión cíclica es diferente de la resistencia estática

El límite elástico y la resistencia a la tracción describen la resistencia en determinadas condiciones de carga monótona. Por sí solos, no determinan el comportamiento a fatiga. Dos aceros con un límite elástico similar pueden producir curvas S–N diferentes debido a diferencias en limpieza, inclusiones, tratamiento térmico, estructura de grano, tensiones residuales, estado superficial o comportamiento del crecimiento de grietas. Por el contrario, aumentar la resistencia no garantiza un incremento proporcional de la vida a fatiga cuando el defecto determinante es un pie de soldadura, una picadura de corrosión, una marca de mecanizado u otra entalla.

La designación del grado del acero y del tratamiento térmico aporta contexto, pero la fatiga del componente suele estar controlada por el detalle local.
| Material o detalle | Qué identifica la designación | Por qué por sí sola no predice la vida a fatiga |
|---|---|---|
| Acero ASTM A36 | Requisitos especificados de grado y resistencia | Un detalle soldado puede estar regido por el perfil de soldadura y las tensiones residuales |
| Acero ASTM A572/A572M de grado 50 | Grado estructural especificado de mayor resistencia | La resistencia nominal no define los efectos de la entalla, la superficie, la soldadura o la corrosión |
| Chapa ASTM A514/A514M | Chapa de alta resistencia templada y revenida | Una resistencia elevada no garantiza una mejora proporcional de la vida a fatiga |

Las designaciones de los grados ilustran esta limitación. El acero ASTM A36, el acero ASTM A572/A572M Grado 50 y la chapa de ASTM [A514](/es/materiales/número-de-material/1.8974 " — composición, equivalencias y normas")/A514M templada y revenida presentan distintos niveles de resistencia especificados y diferentes condiciones metalúrgicas, pero un detalle soldado puede estar más condicionado por el perfil de la soldadura y las tensiones residuales que por el límite elástico nominal de la chapa base. En una unión soldada, la categoría de fatiga generalmente se relaciona con la configuración del detalle, la geometría de la soldadura, la dirección de la tensión y la probable ubicación de la grieta.

Con un número de ciclos bajo o moderado, la deformación plástica cíclica puede ser dominante, por lo que un método de deformación–vida puede resultar más adecuado que una curva de tensión–vida. Con un número elevado de ciclos, la tensión nominal puede mantenerse por debajo del límite elástico mientras que la tensión local en una entalla supera la estimación elástica. Por tanto, la fatiga se refiere al daño local repetido, no simplemente a si la sección bruta ha alcanzado el límite elástico una vez.

#### No suponga un límite de resistencia ilimitado

Un tramo final horizontal de la curva S–N puede reflejar únicamente el intervalo de vida ensayado. Los aceros de alta resistencia pueden mostrar una segunda disminución después de aproximadamente 10^7 ciclos, por lo que el servicio con ciclos muy elevados requiere datos que cubran el intervalo de vida previsto.

El límite de resistencia a la fatiga aparente también depende del intervalo de ciclos examinado. La revisión de 2019 *The gigacycle fatigue strength of steels: a review of structural and operating factors* informa de que los aceros de baja resistencia suelen mostrar una asíntota S–N aproximadamente horizontal, mientras que los [aceros de alta resistencia](/es/categorías/aceros-de-alta-resistencia "aceros de alta resistencia") pueden presentar una segunda disminución por encima de unos 107 ciclos. Una curva que parece plana hasta 107 ciclos no debe extrapolarse automáticamente hasta 109 ciclos.

### Datos del material frente a datos de componentes y detalles

Una curva S–N del material es un dato de referencia para una probeta, condición de procesamiento, geometría, entorno, tipo de carga, relación de tensiones y definición de fallo especificados. Es una evidencia condicionada, no una constante inmutable aplicable a todo el grado. ASTM E466-21 permite utilizar probetas con y sin entalla, pero las curvas resultantes describen las configuraciones ensayadas.

Un componente real incorpora efectos de tamaño, acabado superficial, tensiones residuales, orificios, roscas, cargas de contacto, desalineación, concentración local de tensiones, temperatura y corrosión. Una probeta lisa y pulida ensayada en aire de laboratorio no puede transferirse sin una justificación adecuada a un eje corroído, una entalla mecanizada o un elemento de unión de un puente con un pie de soldadura.

Los datos de diseño suelen ser específicos del detalle. El *NSC Technical Digest* de 2018 del Steel Construction Institute describe la evaluación de la fatiga mediante curvas para elementos de acero sin soldar, uniones soldadas y elementos auxiliares soldados, con un daño acumulado sumado linealmente para un detalle determinado sometido a un espectro de carga especificado. Para los detalles de acero soldado, el manual de fatiga de puentes de AISC sitúa las curvas S–N de diseño dos desviaciones estándar por debajo de los datos logarítmicos medios de vida a fatiga, lo que corresponde aproximadamente a una supervivencia del 97,5 %. Ese límite estadístico inferior es una decisión de diseño, no una nueva propiedad metalúrgica.

La carga de servicio de amplitud variable introduce otra distinción. Un componente puede experimentar ocasionalmente intervalos de tensiones elevados entre muchos ciclos menores, por lo que su vida prevista depende del espectro completo y de la regla de daño utilizada, normalmente una evaluación lineal del daño acumulado. Por tanto, la pregunta pertinente no es «¿Cuál es el límite de resistencia a la fatiga de este grado?», sino «¿Qué curva ensayada o de diseño representa este detalle, historial de carga, entorno y criterio de fallo requerido?».

## Cómo se generan y se interpretan las curvas S–N

Una curva S–N describe la relación entre la tensión cíclica y la vida a fatiga. La «S» puede representar la amplitud de tensión, la tensión nominal o el intervalo de tensiones, mientras que la «N» denota el número de ciclos asociado a un evento de fallo definido. No es una propiedad universal del acero. Una curva corresponde a una probeta, una razón de tensiones, un modo de carga, un estado superficial, una temperatura y un tratamiento estadístico determinados.

![Propiedades de fatiga del acero y curvas S–N](/images/uploads/1e1bfe70-033d-442f-a372-68c47ffc6481/wiki-inline-a-steel-fatigue-testing-machine-applying-repeated-axial-force-to-a-calibrated-sp-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/1e1bfe70-033d-442f-a372-68c47ffc6481/wiki-inline-a-steel-fatigue-testing-machine-applying-repeated-axial-force-to-a-calibrated-sp-1920x1094.avif "Ampliar imagen — Propiedades de fatiga del acero y curvas S–N")Constant-amplitude axial testing relates applied cyclic stress to cycles under defined conditions.

### El método de tensión-vida y las relaciones de tipo Basquin

El método de tensión-vida, o método S–N, se basa en ensayar probetas sometidas a cargas repetidas hasta que se fracturan o alcanzan una condición especificada de vida sin fallo. En el ensayo convencional, una máquina aplica una carga axial de amplitud constante, controlada por fuerza. Se ensayan varias probetas a distintos niveles de tensión, y cada resultado proporciona un punto que relaciona la tensión aplicada con los ciclos hasta el fallo.

Para una tensión cíclica que varía entre una tensión máxima σmax y una tensión mínima σmin, el intervalo de tensiones es

Δσ=σmax−σmin

La amplitud de tensión es la mitad del intervalo:

σa=Δσ2

La tensión media es

σm=σmax+σmin2

y la razón de tensiones es

R=σminσmax

El intervalo de tensiones, la amplitud, la tensión media y la relación de tensiones están relacionados, pero no son magnitudes intercambiables para la presentación de resultados.
| Magnitud | Definición | Qué describe |
|---|---|---|
| Intervalo de tensiones, Δσ | σmax − σmin | Variación total entre los límites del ciclo |
| Amplitud de tensión, σa | Δσ/2 | Mitad del intervalo de tensiones |
| Tensión media, σm | (σmax + σmin)/2 | Nivel medio de tensión del ciclo |
| Relación de tensiones, R | σmin/σmax | Relación entre la tensión mínima y la máxima |

Estas magnitudes describen diferentes características del mismo ciclo. Un ensayo con R=−1 presenta una tensión completamente alternada, con picos de tracción y compresión iguales y una tensión media nula. Una razón de tensiones positiva indica que ambos límites pueden mantenerse en tracción. Dos ensayos con el mismo intervalo de tensiones pueden producir vidas diferentes cuando sus tensiones medias y, por tanto, sus razones de tensiones, son distintas.

Una relación ajustada habitual es la ley potencial de tipo Basquin,

σa=C⁢Nb

o, cuando se utiliza el intervalo de tensiones,

Δσ=C⁢′⁢Nb

donde C o C⁢′ es una constante ajustada y b normalmente es negativo. Al tomar logaritmos se obtiene una relación lineal:

log⁢σa=log⁢C+b⁢log⁢N

La ecuación es un modelo del intervalo medido, no una ley física válida para cualquier condición del acero. Sus coeficientes ajustados cambian según el grado, el tratamiento térmico, la geometría de la probeta, la razón de tensiones, el acabado superficial y el criterio de fallo seleccionado. La revisión de 2024 *Fatigue Life Assessment of Steel Structure, A State-Of-The-Art-Review* identifica esta representación tensión-vida como la forma habitual de ley potencial, al tiempo que distingue entre resistencia a la fatiga, vida a fatiga, iniciación de grietas y propagación de grietas. Un ensayo S–N generalmente registra la vida hasta la condición de fallo especificada; no separa automáticamente los ciclos empleados en iniciar una grieta de los empleados en hacerla crecer.

Por tanto, una probeta lisa y sin entalla puede proporcionar una referencia básica del material sin representar una estructura. Una entalla mecanizada aumenta la tensión local, y un elemento soldado introduce un pie de soldadura, una raíz de soldadura, tensiones residuales, una geometría local y posibles defectos. La corrosión, la cascarilla, la rugosidad, el tamaño de la probeta, la temperatura y el tipo de carga también pueden alterar el resultado. Los detalles de acero ordinario, de uniones soldadas y de elementos soldados requieren sus propios datos de fatiga o correcciones justificadas.

### Ejes logarítmicos, intervalo de tensiones y ciclos hasta el fallo

Una gráfica S–N convencional sitúa la tensión o el intervalo de tensiones en un eje logarítmico y los ciclos hasta el fallo en el otro. La Federal Highway Administration describe la resistencia a la fatiga del acero mediante curvas que representan el intervalo de tensiones frente a los ciclos hasta el fallo en ejes logarítmicos. Distancias iguales en cualquiera de los ejes representan razones iguales, no incrementos numéricos iguales. Un desplazamiento horizontal de 104 a 105 ciclos ocupa la misma distancia visual que un desplazamiento de 106 a 107 ciclos.

Esta escala es necesaria porque las vidas a fatiga suelen abarcar varios órdenes de magnitud, mientras que los niveles de tensión pueden variar en una medida comparativamente modesta. Una línea descendente indica que una pequeña reducción de la tensión cíclica puede corresponder a un gran aumento de la vida. No obstante, el símbolo representado debe interpretarse según su definición: una curva basada en Δσ no puede compararse directamente con otra basada en σa a menos que se tengan en cuenta el factor dos y las condiciones de la razón de tensiones.

Algunos aceros presentan una asíntota S–N aproximadamente horizontal para vidas largas. La revisión de 2019 *The gigacycle fatigue strength of steels: a review of structural and operating factors* informa de que este comportamiento es habitual en aceros de baja resistencia, mientras que los aceros de alta resistencia pueden mostrar una segunda disminución más allá de aproximadamente 107 ciclos. En consecuencia, no es seguro asignar un único límite de resistencia a la fatiga a todos los grados de acero. El límite aparente puede reflejar el intervalo de vida ensayado, las inclusiones internas, el estado superficial o la resolución estadística del ensayo.

Resultado de ensayo sin fallo **Resultado de ensayo sin fallo** Resultado de un ensayo en el que una probeta sobrevive hasta el número de ciclos previsto sin cumplir el criterio de fallo definido. Los resultados de ensayo sin fallo son observaciones censuradas y no constituyen una prueba de vida a fatiga infinita.

Un resultado marcado como vida sin fallo significa que la probeta no cumplió el criterio de fallo del ensayo al alcanzar el número de ciclos designado. No demuestra que nunca pudiera producirse una fractura. Las vidas sin fallo son observaciones censuradas y afectan al ajuste de la curva, especialmente cuando muchas probetas sobreviven a la duración prevista del ensayo. La replicación es importante porque probetas nominalmente idénticas fallan después de vidas diferentes. Una tendencia media, una banda de dispersión y un límite inferior de diseño responden a preguntas distintas.

Las curvas S–N de diseño para detalles soldados pueden situarse dos desviaciones estándar por debajo de los datos de vida a fatiga media logarítmica, lo que corresponde aproximadamente a un 97,5 % de supervivencia bajo los supuestos indicados. Strong evidence

Para los detalles de acero soldado, el *Manual for Repair and Retrofit of Fatigue Cracks in Steel Bridges* de AISC establece que las curvas S–N de diseño se sitúan dos desviaciones estándar por debajo de los datos logarítmicos medios de vida a fatiga, lo que corresponde aproximadamente a un 97,5 % de supervivencia bajo los supuestos estadísticos indicados. Esa curva de límite inferior es una convención de diseño para una categoría de detalle, no una propiedad universal de la chapa base.

### Condiciones de ensayo de ISO 1099:2017 y ASTM E466-21 \[2\] \[2\] [**ISO 1099:2017: Metallic materials — Fatigue testing — Axial force-controlled method**](https://www.iso.org/standard/67847.html). International Organization for Standardization. 2017.

ISO 1099:2017 especifica ensayos de fatiga a temperatura ambiente, de amplitud constante y con carga axial controlada por fuerza, realizados sobre probetas metálicas para obtener relaciones entre la tensión aplicada y los ciclos hasta el fallo a razones de tensiones especificadas. La norma define el marco del ensayo; la curva resultante sigue estando vinculada a la probeta y a las condiciones utilizadas. «Temperatura ambiente» no significa que la temperatura sea irrelevante. Un ensayo comunicado debe identificar el entorno real del ensayo y cualquier variación significativa de temperatura.

ASTM E466-21 contempla ensayos de fatiga axial de amplitud constante y controlados por fuerza, realizados sobre probetas metálicas con y sin entalla, en aire y a temperatura ambiente. Por tanto, permite comparar diferentes formas de probeta, pero un resultado obtenido con entalla no debe tratarse como intercambiable con una curva del material obtenida sin entalla. La geometría de la entalla modifica el campo de tensiones local y puede alterar la iniciación de grietas.

Ninguna de las dos normas convierte por sí sola un ensayo en una cualificación del componente. La alineación correcta es esencial, porque la flexión superpuesta a la fuerza axial puede modificar la tensión local e invalidar la condición de carga prevista. La frecuencia de carga debe comunicarse y controlarse, ya que el calentamiento, la interacción con el entorno, la dinámica de la máquina y los efectos sensibles a la velocidad pueden influir en la vida; no debe suponerse una frecuencia única por el mero hecho de existir la norma. Las dimensiones de la probeta, la dirección de mecanizado, el acabado superficial, la sujeción, el grado y el historial de fabricación, la razón de tensiones y la definición del fallo también forman parte del resultado.

Para la evaluación en servicio, los ingenieros seleccionan una curva que corresponda al detalle plano o soldado pertinente y convierten el espectro de carga aplicado en ciclos de tensión. El *2018 NSC Technical Digest* del Steel Construction Institute describe una evaluación del daño acumulado en la que el daño se suma linealmente para un detalle especificado. Este cálculo solo es significativo cuando las definiciones de tensión nominal o local, la geometría del detalle, los recuentos de ciclos y la curva S–N comparten supuestos compatibles. Una curva de laboratorio es una evidencia. Por sí sola, no autoriza a ignorar el elemento, la entalla, la soldadura, la superficie o el espectro de carga de la estructura.

## Por qué el grado de acero por sí solo no predice la vida a fatiga

Un grado de acero identifica un intervalo especificado de composición, resistencia y requisitos de producción; no identifica un único comportamiento a fatiga bajo todas las condiciones de servicio. ASTM A36, ASTM A572 Grade 50 y ASTM A514, por ejemplo, difieren sustancialmente en su límite elástico y resistencia a la tracción, pero sus vidas a fatiga no pueden clasificarse basándose únicamente en la resistencia a la tracción. La falla por fatiga está gobernada por el esfuerzo cíclico en una característica local, la iniciación de grietas y la propagación de grietas. Estas características pueden estar más controladas por el pie de una soldadura, una marca de mecanizado, una inclusión o una picadura de corrosión que por la resistencia nominal del metal base.

Por lo tanto, una curva S–N del material constituye evidencia de referencia para una probeta, una ruta de procesamiento, una geometría, un modo de carga, una relación de esfuerzos y un entorno definidos. No es un sustituto universal de los ensayos de componentes ni de los datos relativos a los detalles de diseño.

### Nivel de resistencia, microestructura y régimen gigacíclico

El aumento del límite elástico puede elevar la resistencia a fatiga en probetas lisas y pulidas, particularmente cuando la iniciación de grietas controla la falla. Sin embargo, la mejora no es proporcional. El tratamiento térmico modifica el tamaño de grano, el contenido de martensita o bainita, la distribución de carburos, los gradientes de dureza y la sensibilidad a las inclusiones. En consecuencia, dos coladas que cumplen la misma designación de grado pueden producir una dispersión diferente en los resultados de fatiga. El trabajo en frío puede aumentar la dureza superficial, pero dejar esfuerzos residuales de tracción o reducir la ductilidad en una ubicación crítica.

A vidas largas, la suposición habitual resulta especialmente poco fiable. La revisión de 2019 *The gigacycle fatigue strength of steels: a review of structural and operating factors* informa de que los aceros de baja resistencia suelen desarrollar una asíntota S–N aproximadamente horizontal. En ese intervalo, los ciclos adicionales no requieren un esfuerzo progresivamente menor de la manera simple que sugiere una ley de potencia de Basquin ininterrumpida. Los aceros de alta resistencia pueden comportarse de forma diferente: la revisión describe una posible segunda disminución de la curva S–N por encima de aproximadamente 107 ciclos. La iniciación interna de grietas en inclusiones no metálicas, a menudo bajo la superficie, es una de las explicaciones para esta respuesta en el régimen de muy alto número de ciclos.

Esta distinción es importante para maquinaria rotativa, resortes, componentes ferroviarios y otras piezas que deben soportar cientos de millones o miles de millones de ciclos. Un ensayo detenido a 106 o 107 ciclos puede pasar por alto un mecanismo de falla posterior. Por el contrario, un “límite de resistencia” horizontal inferido a partir de un conjunto de datos no debe transferirse a otro acero, estado superficial o población de inclusiones.

ISO 1099:2017 especifica ensayos de fatiga a temperatura ambiente, de amplitud constante y controlados por fuerza axial, con relaciones de esfuerzos seleccionadas. ASTM E466-21 contempla ensayos axiales de amplitud constante y controlados por fuerza de probetas metálicas, con y sin entalla, en aire y a temperatura ambiente. Estas condiciones definen el significado de la curva resultante. No reproducen todas las cargas de servicio. La relación de esfuerzos, la tracción–compresión frente a la flexión o la torsión, el esfuerzo medio, la secuencia de carga y el daño por amplitud variable pueden modificar la relación medida.

### Entallas, efectos de tamaño y concentración local de esfuerzos

El esfuerzo nominal suele ser el esfuerzo equivocado para predecir la iniciación de grietas. En un agujero, chavetero, raíz de rosca, pie de soldadura, filete pronunciado o ranura de mecanizado, la concentración elástica de esfuerzos eleva el esfuerzo alternante local por encima del valor medio de la sección. Si se desarrolla plasticidad, el historial de deformación local, y no el esfuerzo nominal elástico, puede controlar la vida. En tal caso, un grado de alta resistencia puede perder gran parte de su ventaja en probetas lisas, porque su sensibilidad a las entallas y su menor ductilidad hacen que un defecto pequeño tenga consecuencias más importantes.

El tamaño de un componente también modifica el resultado. Un volumen mayor incorpora más inclusiones y contiene más sitios potenciales de iniciación de grietas; una superficie mayor ofrece más área para arañazos, picaduras y falta de fusión. Los gradientes de esfuerzos pueden ser menos favorables en una pieza grande, y el volumen altamente solicitado puede ser mucho mayor que el de una probeta de laboratorio. Estos son efectos estadísticos y mecánicos de tamaño, no una simple ampliación dimensional.

La distinción entre el acero sin detalles y un detalle estructural está explícita en la práctica de diseño. La Federal Highway Administration describe la resistencia a fatiga del acero mediante curvas S–N que representan el intervalo de esfuerzos frente a los ciclos hasta la falla en ejes logarítmicos. El *NSC Technical Digest* de 2018, publicado por el Steel Construction Institute, describe curvas desarrolladas para detalles específicos de acero sin detalles, uniones soldadas y accesorios soldados, con el daño acumulado evaluado para el detalle correspondiente. Para el acero soldado, el manual de fatiga de puentes de AISC sitúa las curvas S–N de diseño dos desviaciones estándar por debajo de la media logarítmica de los datos de vida a fatiga, lo que corresponde aproximadamente a una supervivencia del 97,5 %. Ese límite estadístico inferior no es una propiedad de la chapa de acero por sí sola. Incluye la calidad y la geometría del detalle representado por los datos del ensayo.

Por lo tanto, una probeta lisa de ASTM no puede sustituir, sin la debida cualificación, a un accesorio soldado de puente. El radio del pie de soldadura, la socavación, el esfuerzo residual, la distorsión, el perfil de la soldadura y una posible falta de fusión definen un problema de fatiga diferente.

### Acabado superficial, esfuerzo residual, temperatura y entorno

El estado superficial controla con frecuencia la primera etapa de la fatiga. El pulido puede eliminar las ranuras de mecanizado y reducir la severidad efectiva de la entalla; el torneado, las quemaduras de rectificado, la cascarilla y el fresado basto pueden dejar marcas direccionales que actúan como iniciadores de grietas. El granallado u otro tratamiento superficial puede introducir esfuerzos residuales de compresión y retrasar la iniciación de grietas. En cambio, la soldadura, el enderezado, el mecanizado y el ajuste a presión pueden crear esfuerzos residuales de tracción, lo que reduce el beneficio de un esfuerzo medio nominal favorable. Los esfuerzos residuales también pueden relajarse durante la carga cíclica o a temperatura elevada, por lo que su efecto no puede asignarse como una corrección permanente del grado.

La temperatura modifica la resistencia, la ductilidad, la oxidación y el comportamiento de crecimiento de grietas. A baja temperatura, la menor tenacidad puede hacer que una grieta tolere peor un defecto. A alta temperatura, la interacción con la fluencia, el ablandamiento, la oxidación y los ciclos térmicos pueden modificar la respuesta S–N. La corrosión es aún más perjudicial: una picadura proporciona una entalla local, mientras que la fatiga por corrosión expone repetidamente una punta de grieta nueva al entorno. La pintura, la protección catódica, el drenaje y la exposición a cloruros pueden modificar la vida sin cambiar la designación del acero.

El tipo de carga y el espectro completan el problema. Los datos axiales de amplitud constante no describen directamente la flexión, la torsión, la carga de contacto, el esfuerzo térmico ni una secuencia de sobrecargas y ciclos pequeños. Las evaluaciones de diseño pueden utilizar curvas S–N específicas para cada detalle, con cálculos lineales de daño acumulado, pero la curva seleccionada, el intervalo de esfuerzos, el tratamiento de la relación de esfuerzos y el histograma de ciclos deben corresponder al componente real. La resistencia del grado es un dato de entrada. La geometría, el procesamiento, el estado superficial, el entorno y la base estadística del diseño suelen determinar el resultado.

## Los detalles de acero soldado requieren sus propias curvas de fatiga

![Propiedades de fatiga del acero y curvas S–N](/images/uploads/f1d31688-4def-4fa9-b4c3-d1b6c0ce8c2d/wiki-inline-a-steel-welded-joint-showing-the-weld-toe-weld-root-attachment-undercut-and-fati-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/f1d31688-4def-4fa9-b4c3-d1b6c0ce8c2d/wiki-inline-a-steel-welded-joint-showing-the-weld-toe-weld-root-attachment-undercut-and-fati-2027x2560.avif "Ampliar imagen — Propiedades de fatiga del acero y curvas S–N")Weld geometry and imperfections can control fatigue resistance more strongly than parent-plate strength.

### Pies de soldadura, raíces, elementos accesorios y discontinuidades geométricas

Una unión soldada no se comporta como una probeta pulida cortada de la placa base. Su resistencia a la fatiga está determinada por el detalle completo: geometría de la soldadura, radio del pie, perfil de la raíz, forma del elemento accesorio, espesor de la placa, alineación, tensión residual, deformación y cualquier imperfección similar a una grieta que haya quedado durante la fabricación o el servicio. El grado del acero sigue siendo relevante, pero solo constituye una parte del mecanismo de fallo.

En el pie de una soldadura, la cara de la soldadura se encuentra con la placa base en una transición geométrica. Un radio pequeño en el pie, una convexidad excesiva, una mordedura, un solapamiento o una terminación abrupta elevan la tensión local. La raíz de la soldadura puede ser aún más crítica. La falta de penetración de raíz, la falta de fusión, la porosidad, las inclusiones de escoria y una entalla desfavorable en la raíz generan características cortas similares a grietas antes de que comience la carga de servicio. Las grietas de fatiga suelen iniciarse en estos lugares o cerca de ellos, y no en una región no perturbada de la placa.

Los elementos accesorios crean concentraciones de tensión adicionales. Un rigidizador transversal soldado al ala de una viga interrumpe el flujo de fuerzas a través del ala, mientras que una soldadura entre una nervadura y el tablero de un tablero ortótropo de puente transmite la carga a través de una línea de soldadura pequeña sometida a ciclos de tensión inducidos por las ruedas. Los elementos accesorios longitudinales, las placas de unión, las ménsulas, las placas de cubrición y las reparaciones soldadas generan cada uno su propia combinación de tensión de membrana, tensión de flexión y deformación secundaria. La deformación provocada por la soldadura también puede dejar flexión residual y desalineación, de modo que la geometría nominal de diseño puede no describir el campo de tensiones real.

La tensión residual de tracción afecta al crecimiento de las grietas y a la relación de tensiones efectiva en la punta de la grieta. En una unión fuertemente restringida, la soldadura puede dejar una tensión residual de tracción próxima al límite elástico del material. Esto no significa que todos los detalles soldados tengan la misma resistencia a la fatiga independientemente de la tensión media aplicada, pero sí explica por qué el efecto beneficioso de una tensión media nominal de compresión suele ser menor en las uniones soldadas que en las probetas pulidas no soldadas. La corrosión superficial, el fretting, los daños por impacto y una reparación previa de fatiga pueden reducir aún más la resistencia.

Por tanto, el grado del material base no puede utilizarse como sustituto del detalle. Una unión soldada fabricada con acero ASTM A36, acero ASTM A572/A572M Grado 50 o acero ASTM A709/A709M Grado 50 puede pertenecer a una categoría de fatiga similar cuando la configuración de la soldadura y la ubicación del fallo son los factores determinantes. El aumento del límite elástico no incrementa proporcionalmente la resistencia a la fatiga de un pie de soldadura que contiene la misma entalla y la misma imperfección de fabricación.

### Tensión nominal, tensión de punto caliente y tensión local

Una curva S–N solo es significativa cuando la definición de tensión coincide con la definición utilizada para obtenerla. La Federal Highway Administration describe la resistencia a la fatiga del acero mediante curvas que representan el intervalo de tensiones frente al número de ciclos hasta el fallo en ejes logarítmicos. En una formulación tensión–vida, a menudo representada mediante una ley potencial de tipo Basquin, el intervalo de tensiones seleccionado se relaciona con el número de ciclos necesarios para alcanzar el criterio de fallo establecido.

La tensión nominal es la tensión media axial, de flexión o de cortante calculada lejos de la discontinuidad. Resulta práctica para una placa prismática o para un detalle soldado clasificado cuyos datos de ensayo se hayan comunicado utilizando esa misma magnitud. Una curva basada en la tensión nominal no debe combinarse de forma arbitraria con un pico obtenido mediante elementos finitos en el pie de la soldadura; esos dos valores incluyen efectos físicos diferentes.

#### Definiciones de tensión utilizadas para detalles soldados

Tensión nominal

Tensión axial, de flexión o de cortadura media calculada lejos de la discontinuidad.

Tensión en el punto caliente

Tensión estructural estimada cerca del pie de soldadura, excluyendo el efecto de entalla muy local del perfil de soldadura.

Tensión local

Tensión que incluye el efecto de entalla en el pie o la raíz de la soldadura y requiere una tensión de referencia finita o un radio de entalla definidos.

La tensión de punto caliente, también denominada tensión estructural en muchos procedimientos, estima la tensión en el pie de la soldadura extrapolando las tensiones desde puntos situados a corta distancia de la entalla pronunciada. Capta la concentración de tensión estructural causada por el elemento accesorio y la geometría de la placa, al tiempo que excluye el efecto de entalla muy local del perfil de la soldadura. Este método resulta útil cuando el radio exacto del pie varía entre probetas o no puede representarse de forma fiable en un modelo de elementos de lámina.

La tensión local incluye el efecto de entalla en el pie o en la raíz. Puede obtenerse mediante un modelo sólido refinado de elementos finitos, un método de tensión de entalla o un perfil de soldadura medido. Dado que el pico teórico en una esquina geométrica perfectamente aguda puede ser singular, el analista debe definir una tensión de referencia finita o un radio de entalla. Los datos S–N de tensión local no son intercambiables con los datos de tensión nominal o de tensión de punto caliente.

La distinción tiene consecuencias prácticas. Una probeta axial lisa ensayada en las condiciones de ISO 1099:2017 presenta un campo de tensiones uniforme controlado por la fuerza. ASTM E466-21 contempla la aplicación de cargas axiales de amplitud constante a probetas metálicas, entalladas y no entalladas, en aire y a temperatura ambiente. Ninguna de estas normas hace que una probeta simple sea equivalente a un elemento accesorio soldado de un puente. La relación de tensiones, el tipo de carga, el acabado superficial, el tamaño, la temperatura y el procesamiento de la probeta influyen en el resultado.

### Clasificación de detalles y límites de los datos del metal base

Por consiguiente, el diseño frente a la fatiga utiliza curvas específicas para cada detalle. El *NSC Technical Digest* del Steel Construction Institute señala que los daños en estructuras de acero se evalúan mediante curvas S–N desarrolladas para detalles concretos de acero no soldado, uniones soldadas o elementos accesorios soldados, sumando linealmente el daño por ciclos del detalle seleccionado bajo un espectro determinado. Una curva correspondiente a una placa no soldada no autoriza a utilizar el mismo intervalo de tensiones admisible para una soldadura entre una nervadura y un tablero, la terminación de un rigidizador, una unión atornillada o un detalle reparado de un puente.

Las clasificaciones de diseño agrupan detalles con un comportamiento comparable de iniciación de grietas y especifican la magnitud de tensión a la que se aplica la curva. La categoría determinante puede estar definida por una soldadura a tope transversal, un pie de soldadura, una raíz de soldadura, el extremo de un elemento accesorio, un recorte, una unión de alas u otra característica. Las directrices de FHWA para puentes y las disposiciones de fatiga de AISC utilizan este enfoque basado en el detalle, en lugar de asignar un único límite de resistencia universal a un grado de acero.

La base estadística es tan importante como la geometría. El *Manual for Repair and Retrofit of Fatigue Cracks in Steel Bridges* de AISC describe las curvas S–N de diseño para detalles soldados como curvas de límite inferior situadas dos desviaciones estándar por debajo de los datos logarítmicos medios de vida a fatiga, lo que corresponde aproximadamente a un 97,5 % de supervivencia cuando se cumplen los supuestos estadísticos indicados. Esta curva es un límite de diseño, no el comportamiento medio de todas las probetas.

Los datos de acero no soldado pueden establecer una referencia del material, pero su transferencia requiere un método justificable de concentración y corrección de tensiones. Una probeta lisa y pulida puede iniciar una grieta solo después de muchos ciclos de deslizamiento local, mientras que un pie de soldadura puede comenzar con una mordedura o una falta de fusión. Una placa dañada por corrosión presenta una condición superficial diferente; un detalle reparado de un puente puede contener deformación residual y un nuevo extremo de soldadura; y un espectro de tráfico de amplitud variable introduce efectos de secuencia y sobrecargas ocasionales ausentes en los ensayos de amplitud constante.

#### Interprete cuidadosamente el tramo de vida larga

Los aceros de baja resistencia suelen mostrar una asíntota S–N aproximadamente horizontal, mientras que los aceros de alta resistencia pueden presentar una segunda disminución después de aproximadamente 10^7 ciclos. La meseta aparente depende del material, el detalle, el estado de la superficie, la población de inclusiones, el entorno y el intervalo de vida ensayado.

La afirmación relativa al límite de resistencia también requiere cautela. La revisión de 2019 *The Gigacycle Fatigue Strength of Steels: A Review of Structural and Operating Factors* informa de que los aceros de baja resistencia suelen mostrar una asíntota S–N aproximadamente horizontal, mientras que los aceros de alta resistencia pueden presentar una segunda disminución por encima de aproximadamente 107 ciclos. Un detalle soldado puede no mostrar la meseta aparente del acero base, porque los defectos de soldadura, la tensión residual, la corrosión y el crecimiento repetido de grietas determinan el resultado. Por tanto, la curva correcta es la que se ajusta a la geometría soldada, la definición de tensión, el espectro de carga y la fiabilidad requerida, no la curva más alta disponible para el grado de la placa.

## Curvas de diseño estadístico y base de supervivencia

### Dispersión en los datos de fatiga

La vida a fatiga presenta dispersión incluso cuando se controlan estrechamente el grado nominal del acero, la geometría de la probeta, el acabado superficial y el historial de carga. Dos probetas que parecen idénticas pueden fallar después de un número de ciclos sustancialmente diferente. Pequeñas diferencias en las inclusiones, la estructura granular, las marcas de mecanizado, las tensiones residuales, la alineación o los sitios de iniciación de grietas pueden modificar el resultado. A nivel de componente, el perfil de la soldadura, las mordeduras, la porosidad, el ajuste, la rigidez de los elementos unidos, la corrosión y el historial de inspección añaden más variación.

Por tanto, una curva S–N describe una población de resultados, no una predicción precisa de la vida de una pieza individual. El método de tensión–vida relaciona la tensión o el intervalo de tensiones con los ciclos hasta la rotura, a menudo mediante una ley potencial de tipo Basquin. La Federal Highway Administration describe la resistencia a fatiga del acero representando el intervalo de tensiones frente a los ciclos hasta la rotura en ejes logarítmicos. Esta representación resulta útil porque las vidas a fatiga pueden abarcar varios órdenes de magnitud, pero no elimina la dispersión subyacente.

La definición del ensayo es importante. ISO 1099:2017 especifica ensayos a temperatura ambiente, de amplitud constante y controlados por fuerza axial, con relaciones de tensiones establecidas. ASTM E466-21 contempla ensayos axiales de amplitud constante y controlados por fuerza, realizados en aire a temperatura ambiente con probetas metálicas sin entalla y entalladas. Los resultados de cualquiera de estos métodos no deben extrapolarse de manera informal a un elemento de puente sometido a amplitud variable, a un elemento unido mediante soldadura o a un componente que funcione a otra temperatura y con otra relación de tensiones.

Una probeta pulida y sin entalla puede describir principalmente la respuesta a fatiga del material especificado y de la geometría de ensayo correspondiente. No representa automáticamente una entalla mecanizada, una unión atornillada, un diafragma soldado o un ala dañada por corrosión. Por este motivo, la práctica de diseño utiliza curvas específicas del detalle para acero plano, uniones soldadas y elementos unidos mediante soldadura. El *NSC Technical Digest* de 2018, publicado por el Steel Construction Institute, describe la evaluación de la fatiga mediante la selección de una curva S–N para el detalle pertinente y la suma lineal del daño a lo largo del espectro de tensiones aplicado.

### Curvas de límite inferior y aproximadamente un 97,5 % de supervivencia

Para los detalles de acero soldados, el *Manual for Repair and Retrofit of Fatigue Cracks in Steel Bridges* de AISC (2013) describe las curvas S–N de diseño como curvas de límite inferior situadas dos desviaciones estándar por debajo de los datos logarítmicos medios de vida a fatiga. Bajo los supuestos estadísticos utilizados para ese conjunto de datos, esto corresponde a aproximadamente un 97,5 % de supervivencia. La escala logarítmica es importante: las desviaciones estándar se aplican a los logaritmos de los ciclos hasta la rotura, no directamente a los ciclos en una escala aritmética.

Esta convención proporciona un margen práctico entre el comportamiento medio observado y la curva utilizada para el diseño. No constituye una garantía de que el 97,5 % de todos los componentes fabricados sobreviva al número de ciclos indicado. El porcentaje se aplica a la familia de detalles ensayada, a sus condiciones de ensayo, a su modelo estadístico y a la definición de fallo adoptada. Una soldadura con un perfil diferente, un estado distinto de tensiones residuales, otra calidad de inspección, una exposición diferente a la corrosión o un espectro de carga distinto puede no pertenecer a esa misma población.

La curva de límite inferior tampoco significa que los fallos por debajo de ella sean imposibles. Las colas estadísticas siguen existiendo y el error del modelo puede ser tan importante como la dispersión entre probetas. Además, la curva se refiere al criterio de fatiga seleccionado —a menudo la iniciación de grietas o el fallo completo, según la definición del ensayo— y no necesariamente a la aptitud para el servicio, la presencia de grietas detectables, la estanqueidad o la capacidad residual de carga.

### Curvas medias, curvas de diseño e incertidumbre

Las curvas medias, las curvas de diseño, los límites de confianza y los límites de predicción cumplen finalidades estadísticas diferentes.
| Curva o límite | Pregunta principal respondida | Interpretación |
|---|---|---|
| Línea de regresión media | ¿Cuál es la vida logarítmica media? | Tendencia central de la población de ensayo correspondiente |
| Curva de diseño de límite inferior | ¿Qué límite conservador de diseño se selecciona? | Margen estadístico prescrito por debajo de la curva media |
| Límite de confianza | ¿Cuál es la incertidumbre de la media estimada? | Incertidumbre causada por el tamaño finito de la muestra ensayada |
| Límite de predicción | ¿Dónde puede situarse un resultado individual futuro? | Incluye la dispersión de la población y la incertidumbre de la media ajustada |

Una recta de regresión media estima la vida a fatiga logarítmica media para cada intervalo de tensiones. Aproximadamente, cabría esperar que la mitad de una población comparable fallara antes de esa recta y la otra mitad después de ella, aunque la interpretación exacta depende de la distribución ajustada y de la censura de los ensayos sin rotura. Es una estimación de la tendencia central, no un límite seguro para el diseño.

Una curva de diseño de límite inferior desplaza hacia abajo la relación ajustada en una cantidad estadística prescrita, como la base de dos desviaciones estándar de AISC. Un límite de confianza responde a una pregunta diferente: ¿cuál es la incertidumbre de la curva media estimada debido a que solo se realizó un número finito de ensayos? Un límite de predicción indica dónde puede situarse un resultado individual futuro, o una fracción especificada de resultados futuros. Los límites de confianza se refieren a la media poblacional ajustada; los límites de predicción incluyen tanto la dispersión entre probetas como la incertidumbre de la media ajustada.

Estas distinciones son importantes al comparar curvas publicadas. Una banda de confianza estrecha alrededor de una media no implica una dispersión estrecha entre componentes. A la inversa, una curva de diseño conservadora puede incorporar una fracción de supervivencia sin cubrir los errores causados por elegir la categoría de soldadura o la definición de tensión incorrectas. La tensión nominal, la tensión local en la entalla, el intervalo de tensiones y la relación de tensiones deben ser coherentes con la base de la curva.

La forma de la curva para vidas largas también requiere criterio técnico. Una revisión de 2019 sobre la fatiga en el régimen de gigaciclos señala que los aceros de baja resistencia suelen aproximarse a una asíntota S–N casi horizontal, mientras que los aceros de alta resistencia pueden mostrar un segundo descenso por encima de aproximadamente 107 ciclos. Por tanto, considerar toda meseta aparente como un límite de resistencia universal puede ser inseguro. Una base de supervivencia declarada solo es significativa cuando el material, el detalle, el espectro de carga, el entorno y la población estadística siguen siendo comparables.

## De los ensayos de amplitud constante a la evaluación de la vida útil

Los datos de laboratorio S–N normalmente proceden de ensayos de amplitud constante, no de los historiales de carga irregulares que se encuentran en servicio. La norma ISO 1099:2017 especifica ensayos de fatiga axiales, controlados por fuerza, a temperatura ambiente, con amplitud constante y relaciones de tensiones seleccionadas. La norma ASTM E466-21 aborda de forma similar probetas metálicas con y sin entalla sometidas a cargas axiales de amplitud constante en aire y a temperatura ambiente. Estos métodos son valiosos porque aíslan la relación entre la tensión aplicada y los ciclos hasta la rotura, pero ese aislamiento también constituye una limitación.

El método de vida a tensión expresa el comportamiento a fatiga como la tensión, o el rango de tensiones, en función de los ciclos hasta la rotura. A menudo se ajusta una relación de tipo Basquin en ejes logarítmicos, mientras que la Federal Highway Administration describe la resistencia a la fatiga del acero mediante curvas S–N que representan el rango de tensiones frente a los ciclos hasta la rotura. Una curva de este tipo corresponde a las condiciones de ensayo que la generaron. La geometría de la probeta, el acabado superficial, el procesamiento del material, la relación de tensiones, el tipo de carga, la temperatura y la definición de rotura son factores relevantes.

Una probeta pulida y lisa fabricada con una placa de acero [S275JR](/es/materiales/número-de-material/1.0044 " — composición, equivalencias y normas") no puede transferirse directamente a un elemento de unión soldado de un puente. El elemento de unión contiene un pie o una raíz de soldadura, discontinuidades geométricas locales y tensiones residuales; por tanto, la curva de diseño pertinente es la curva correspondiente al detalle soldado, no simplemente la curva del metal base. Una entalla mecanizada, una viga de grúa corroída y una tobera de recipiente a presión requieren cada una un tratamiento propio. La distinción es importante: la resistencia a la fatiga describe la resistencia para una vida especificada, la vida a fatiga describe los ciclos asociados con una condición de tensión especificada, y ninguna de las dos magnitudes describe por sí sola la propagación de una grieta una vez que esta se ha formado.

### Carga de amplitud variable y recuento de ciclos

Los puentes experimentan diferentes rangos de tensiones cuando los vehículos los atraviesan a distintas velocidades y con diferentes pesos. Las estructuras de grúa están sometidas a arranques, paradas, elevaciones y movimientos del carro. Los vehículos experimentan aceleraciones, frenadas, irregularidades de la carretera y cambios en la carga útil. Los equipos a presión pueden alternar entre estados de funcionamiento, mientras que la maquinaria rotativa combina transitorios de puesta en marcha con largos periodos de funcionamiento estable. El historial de tensiones resultante cambia tanto en rango como en tensión media.

Conteo de ciclos de lluvia **Conteo de ciclos de lluvia** Método de conteo de ciclos que convierte un historial irregular de tensión-tiempo en ciclos cerrados y medios con sus intervalos de tensiones asociados, lo que permite realizar cálculos de fatiga de amplitud variable.

Por tanto, un registro de servicio o un modelo de carga calculado se convierte en un espectro de tensiones. Un enfoque práctico consiste en dividir el espectro en bloques: por ejemplo, un determinado número de ciclos con un rango de tensiones elevado, un número mayor con un rango intermedio y muchos ciclos con un rango bajo. El recuento de ciclos mediante el método de flujo de lluvia (*rainflow*) se utiliza habitualmente para reducir un historial de tensión-tiempo medido o simulado a ciclos cerrados y semiciclos, asignando a cada uno un rango de tensiones y, normalmente, una tensión media o una relación de tensiones. A continuación, los ciclos contabilizados deben relacionarse con la respuesta estructural correcta: tensión nominal para un detalle de soldadura clasificado, tensión de punto caliente para una geometría soldada adecuada o tensión local en la entalla cuando el método y los datos lo permitan.

La relación de tensiones, R=σmin/σmax, puede afectar a la vida a fatiga, especialmente en material no soldado. Pueden ser necesarias correcciones por tensión media cuando los datos de ensayo y las condiciones de servicio presentan valores diferentes de R. Las clasificaciones de detalles soldados suelen incorporar supuestos sobre las tensiones residuales y no son intercambiables con los datos de probetas pulidas. Aplicar una corrección dos veces, o aplicarla fuera de su rango de validación, puede producir una estimación de vida engañosa.

### Daño acumulado lineal para detalles sometidos a fatiga

Para cada bloque de rango de tensiones, el evaluador selecciona la relación S–N correspondiente al detalle real: acero sin particularidades geométricas, una unión atornillada, una categoría de soldadura, un elemento de unión soldado u otra característica clasificada. Si se producen ni ciclos con un rango de tensiones Δσi, y Ni es el número de ciclos hasta la rotura previsto por dicha relación, la fracción de daño es ni/Ni. La regla de daño acumulado lineal establece entonces

D=∑iniNi.

El *NSC Technical Digest* (2018) del Steel Construction Institute establece que el daño acumulado se suma linealmente para un detalle determinado sometido a fatiga. En la evaluación más sencilla, la rotura se asocia con que D alcance la unidad. Este es un marco de ingeniería, no una ley universal del acero. Supone que las fracciones de daño correspondientes a distintos niveles de tensión pueden sumarse sin considerar explícitamente los efectos de la secuencia de carga, la interacción entre grietas, el cambio de las tensiones residuales o la evolución de la rigidez.

Estos supuestos pueden ser aceptables cuando la categoría del detalle, el espectro y el método de análisis son coherentes con la evidencia en la que se basa la curva de diseño. Para los detalles de acero soldado, el manual de fatiga de puentes de AISC describe las curvas S–N de diseño como curvas de límite inferior situadas dos desviaciones estándar por debajo de los datos logarítmicos medios de vida a fatiga, lo que corresponde aproximadamente a una supervivencia del 97,5 %. Esta base estadística es distinta de afirmar que toda probeta, componente o historial de servicio alcanzará el mismo valor límite de daño.

Un cálculo de vida útil también debe indicar si la rotura significa el inicio visible de una grieta, una grieta pasante, la pérdida de sección o un límite de fractura definido. Los aceros de baja resistencia suelen mostrar una asíntota S–N aproximadamente horizontal, pero la revisión de 2019 *The gigacycle fatigue strength of steels: a review of structural and operating factors* informa de que los aceros de alta resistencia pueden mostrar una segunda disminución por encima de aproximadamente 107 ciclos. Por tanto, suponer un límite de resistencia convencional puede ser inseguro en maquinaria sometida a ciclos muy elevados.

![Propiedades de fatiga del acero y curvas S–N](/images/uploads/57786f87-aab5-4c4f-a570-b97213ad9a44/wiki-inline-a-fractured-steel-fatigue-specimen-showing-beach-marks-and-the-final-overload-fr-1920x1288.jpg)[](/images/uploads/57786f87-aab5-4c4f-a570-b97213ad9a44/wiki-inline-a-fractured-steel-fatigue-specimen-showing-beach-marks-and-the-final-overload-fr-1920x1288.avif "Ampliar imagen — Propiedades de fatiga del acero y curvas S–N")A known crack or exposed fracture surface calls for crack-growth assessment rather than an S–N curve alone.

### Cuándo el análisis S–N es insuficiente

El análisis S–N es principalmente un método de diseño para el inicio de grietas o para la vida total, calibrado con respecto a un detalle especificado. Resulta insuficiente cuando ya se sabe que existe una grieta o cuando una inspección ha revelado un defecto cuyo tamaño y ubicación pueden medirse. En ese momento, la pregunta central cambia de «¿Cuántos ciclos preceden a la rotura en un detalle sin grietas?» a «¿Cómo crecerá esta grieta bajo el espectro futuro y cuándo alcanzará un tamaño crítico?».

El análisis de mecánica de la fractura o de crecimiento de grietas es necesario para grietas conocidas, hallazgos de inspección, corrosión severa y reparaciones con una sección remanente incierta. Estos análisis pueden utilizar factores de intensidad de tensiones, leyes de crecimiento de grietas y supuestos de cierre de grieta para calcular la progresión entre inspecciones. La tensión residual es especialmente significativa alrededor de las soldaduras y puede modificar el comportamiento de crecimiento de las grietas incluso cuando la tensión nominal de servicio parece moderada.

Una curva S–N también puede ser inadecuada bajo cargas multiaxiales complejas, una plasticidad considerable, efectos locales pronunciados de entalla, ciclos térmicos o historiales de carga que contengan sobrecargas severas. El servicio a ciclos muy elevados constituye otra señal de advertencia, porque las inclusiones internas, las bandas persistentes de deslizamiento y el inicio subsuperficial de grietas pueden gobernar el comportamiento más allá del rango representado por los ensayos ordinarios. En estos casos, la evaluación debe identificar el mecanismo de rotura determinante en lugar de forzar cada historial de tensiones a ajustarse a una única curva del material.

## Guía práctica para interpretar datos de fatiga del acero

### Preguntas que deben plantearse antes de utilizar una curva S–N

Una curva S–N no es una propiedad universal del «acero». Describe un experimento definido o una población de diseño específica: la tensión (o el intervalo de tensiones) en un eje y los ciclos hasta la rotura en el otro, normalmente con ambos ejes en escala logarítmica. La Federal Highway Administration describe este formato para la resistencia a la fatiga del acero, mientras que el método de vida a tensión suele ajustar los datos mediante una ley potencial del tipo Basquin.

Primero, hay que identificar qué se ensayó. ASTM A36, ASTM A572 Grade 50 y EN 10025-2 S355 pueden presentar distintos límites elásticos, inclusiones, tratamientos térmicos e historiales de procesado, pero la designación del grado, por sí sola, tampoco define el comportamiento a fatiga. El espesor de la chapa, la dirección de laminación, el estado normalizado, el tratamiento de temple y revenido, las tensiones residuales y el historial térmico de soldadura pueden modificar el resultado. Hay que determinar si la curva representa un metal base sin discontinuidades, una entalla mecanizada, una unión soldada o un detalle de unión especificado.

A continuación, hay que identificar la definición de la carga. ISO 1099:2017 especifica ensayos a temperatura ambiente, de amplitud constante, axiales y controlados por fuerza, realizados con relaciones de tensiones establecidas. ASTM E466-21 abarca probetas metálicas axiales, entalladas y no entalladas, sometidas en aire, a temperatura ambiente, a cargas periódicas de amplitud constante. Ninguna de las dos normas hace que sus datos sean automáticamente aplicables a flexión, torsión, cargas de contacto, ciclos térmicos, corrosión o servicio de amplitud variable.

El intervalo de tensiones, las tensiones máxima y mínima, la relación de tensiones, la tensión nominal frente a la tensión local, el modo de carga, el tamaño de la probeta, el acabado superficial, la temperatura y el entorno son factores importantes. Una probeta pulida, con una geometría cuidadosamente controlada, no representa un componente corroído ni un elemento de unión soldado de un puente, salvo que las hipótesis de transferencia se indiquen y se justifiquen.

### Errores habituales de interpretación

El error más común consiste en interpretar una meseta horizontal como un límite de fatiga garantizado. Es posible que un ensayo breve simplemente haya terminado antes de que se hiciera visible una disminución posterior. La revisión de 2019 *The Gigacycle Fatigue Strength of Steels: A Review of Structural and Operating Factors* informa de que los aceros de baja resistencia suelen mostrar una asíntota S–N aproximadamente horizontal, mientras que los aceros de alta resistencia pueden presentar una segunda caída por encima de unos 10^7 ciclos.

Las curvas también resultan engañosas cuando sus definiciones de tensión son diferentes. Una puede utilizar el intervalo de tensiones nominal; otra, la tensión en el punto caliente, la tensión en la raíz de la entalla o la tensión estructural. Sus posiciones no pueden compararse directamente. Tampoco deben transferirse los datos de un metal base pulido a detalles soldados. La geometría del pie de soldadura, las mordeduras, la porosidad, las tensiones residuales de tracción y la calidad de la reparación suelen controlar el resultado con mayor intensidad que el grado del acero base.

Un límite inferior de diseño no es una propiedad material directa. Para los detalles soldados, el manual de fatiga de puentes de AISC describe curvas situadas dos desviaciones estándar por debajo de los datos logarítmicos medios de vida a fatiga, lo que corresponde aproximadamente a un 97,5 % de supervivencia. Esa curva incluye protección estadística y efectos propios del detalle. No representa la resistencia a la fatiga intrínseca del acero en sí.

Por último, no puede suponerse una vida a amplitud constante en un servicio que incluya sobrecargas, amplitudes cambiantes o efectos de secuencia de cargas. El NSC Technical Digest del Steel Construction Institute trata el daño mediante curvas S–N específicas para cada detalle y una evaluación lineal del daño acumulado; el espectro seleccionado sigue formando parte del cálculo.

### Lista de comprobación mínima para la notificación de datos

#### Lista de comprobación mínima de datos S–N

- **Material** Designación del acero, forma del producto, espesor, tratamiento térmico y estado de elaboración.
- **Detalle** Indicación de si la curva se aplica a material sin discontinuidades, una entalla, una soldadura o un detalle de unión definido.
- **Carga** Intervalo de tensiones, relación de tensiones, definición de tensión, modo de carga, temperatura y entorno.
- **Superficie y fabricación** Estado de la superficie, geometría y calidad de la soldadura, escala de la probeta y criterio de fallo.
- **Estadística** Número de muestras, resultados de ensayo sin fallo, modelo de dispersión, base de confianza o supervivencia y ajustes de diseño.
- **Espectro de servicio** Indicación de si la carga tiene amplitud constante o variable y de cómo se evalúa el daño acumulado.

Antes de utilizar una curva, deben registrarse los siguientes datos:

- designación del acero, forma del producto, espesor, tratamiento térmico y estado de procesado;
- si se aplica a material sin discontinuidades, a una entalla, a una soldadura o a un detalle de unión definido;
- intervalo de tensiones y relación de tensiones, además de la definición de tensión nominal, local, en el punto caliente o estructural;
- carga axial, de flexión, torsional o mixta; temperatura y entorno;
- estado superficial, geometría y calidad de la soldadura, escala de la probeta y criterio de fallo;
- si el fallo significa iniciación de una grieta, crecimiento detectable de una grieta o rotura final;
- número de muestras, resultados sin fallo, modelo de dispersión, base de confianza o supervivencia y ajustes de diseño;
- si el espectro de servicio es de amplitud constante o variable, y cómo se evalúa el daño acumulado.

## Referencias

1. \[1\] ASTM International. [ASTM E466-21: Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials](https://store.astm.org/e0466-21.html). 2021. [](/es/wiki/valores-calculados/propiedades-de-fatiga-del-acero-y-curvas-s-n#wiki-cite-ref-1) https://store.astm.org/e0466-21.html
2. \[2\] International Organization for Standardization. [ISO 1099:2017: Metallic materials — Fatigue testing — Axial force-controlled method](https://www.iso.org/standard/67847.html). 2017. [](/es/wiki/valores-calculados/propiedades-de-fatiga-del-acero-y-curvas-s-n#wiki-cite-ref-2) https://www.iso.org/standard/67847.html

 **Fatiga del acero de un vistazo**

Curva típica

Tensión o intervalo de tensiones frente a ciclos hasta el fallo

Ejes habituales

Ejes logarítmicos de tensión y ciclos

Advertencia sobre ciclos muy elevados

Los aceros de alta resistencia pueden volver a disminuir después de aproximadamente 10^7 ciclos

Base de diseño para detalles soldados

Dos desviaciones estándar por debajo de la media logarítmica; aproximadamente un 97,5 % de supervivencia

Regla habitual de daño acumulado

D = sum of n\_i/N\_i

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