fisuras y grietas

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MARZO 2013 CONSTRUCCIÓN Y TECNOLOGÍA EN CONCRETO 20 obre la fisuración en estado endurecido, se puede decir que una vez que culmina el fraguado del con- creto, éste comienza a endurecerse. En las primeras edades la resistencia se presenta muy reducida, fundamentalmente a la tensión; por lo que el elemento es propenso a agrietarse. Como se explicó en la primera parte de este escrito (CyT de fe- brero de 2013), la causa principal de la fisuración de contracción plástica es la rápida pérdida del agua interna en el concreto recién colocado. En condiciones ambien- tales normales, el concreto des- pués de fraguar continúa expuesto a la pérdida de agua por evapo- ración y por consumo debido a la hidratación del cemento. Esta reducción de agua progresa paula- tinamente y provoca contracciones graduales en el elemento, en la misma medida que este se endu- rece. A esta retracción hidráulica por movimientos espontáneos en el estado endurecido del concreto, INGENIERÍA S En esta segunda entrega, continuamos con el interesante tema de las fisuras en el concreto. Fisuras en el concreto ¿Síntoma o enfermedad? (Segunda parte) E. Vidaud Fisura CS en un piso de concreto. Fuente: ATE IMCYC. Fisura CT en un muro de un túnel. Fuente: ATE IMCYC. Fig. 1 Fig. 2 se le conoce como Contracción por Secado (CS) (Fig. 1). Se produce una pérdida de humedad en la pasta de cemento que puede ser de hasta un 1%, la cual se ve contrarrestada por la restricción interna que brindan los agregados y que puede llegar a reducir este cambio de volumen de manera importante. Si la con- tracción del concreto no encon- trara restricciones, éste no sufriría fisuras. Es debido a la combinación de la retracción y la restricción, lo que propicia el desarrollo de es- fuerzos de tensión que al superar la capacidad del material, provoca la aparición de las fisuras. Se afirma en la literatura es- pecializada que la magnitud de la CS depende principalmente de la cantidad y tipo de agregados,

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INGENIERIA FISURAS Y GRIETAS

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  • MARZO 2013 COnstRuCCin y teCnOlOgA en COnCRetO20

    obre la fisuracin en estado endurecido, se puede decir que una vez que culmina el fraguado del con-creto, ste comienza

    a endurecerse. En las primeras edades la resistencia se presenta muy reducida, fundamentalmente a la tensin; por lo que el elemento es propenso a agrietarse.

    Como se explic en la primera parte de este escrito (CyT de fe-brero de 2013), la causa principal de la fisuracin de contraccin plstica es la rpida prdida del agua interna en el concreto recin colocado. En condiciones ambien-tales normales, el concreto des-pus de fraguar contina expuesto a la prdida de agua por evapo-racin y por consumo debido a la hidratacin del cemento. Esta reduccin de agua progresa paula-tinamente y provoca contracciones graduales en el elemento, en la misma medida que este se endu-rece. A esta retraccin hidrulica por movimientos espontneos en el estado endurecido del concreto,

    I N G EN I E R A

    S

    En esta segunda entrega, continuamos con el interesante tema de las fisuras en el concreto.

    Fisuras en el concreto Sntoma o enfermedad?

    (Segunda parte)

    E. Vidaud

    Fisura CS en un piso de concreto. Fuente: ATE IMCYC.

    Fisura CT en un muro de un tnel. Fuente: ATE IMCYC.

    Fig. 1

    Fig. 2

    se le conoce como Contraccin por Secado (CS) (Fig. 1).

    Se produce una prdida de humedad en la pasta de cemento que puede ser de hasta un 1%, la cual se ve contrarrestada por la restriccin interna que brindan los agregados y que puede llegar a reducir este cambio de volumen de manera importante. Si la con-traccin del concreto no encon-

    trara restricciones, ste no sufrira fisuras. Es debido a la combinacin de la retraccin y la restriccin, lo que propicia el desarrollo de es-fuerzos de tensin que al superar la capacidad del material, provoca la aparicin de las fisuras.

    Se afirma en la literatura es-pecializada que la magnitud de la CS depende principalmente de la cantidad y tipo de agregados,

  • www.imcyc.com mARZo 2013 21

    as como del contenido de agua de la mezcla. A mayor cantidad de agregados, menor ser la CS. Asimismo, cuanto ms rgido sea el agregado, mejor comportamiento tendr frente a la CS del concreto. Respecto al contenido de agua, cuanto mayor sea ste, se espera mayor CS.

    Diferente a las fisuras de con-traccin plstica, las de CS suelen tener amplitud constante y pre-sentar un trazo limpio, sin cruzarse entre ellas, ni ramificarse. Estas fisuras suelen aparecer a los das, semanas e incluso meses de ha-berse realizado la colocacin de la mezcla.

    En general, las medidas para prevenir este tipo de fisuracin suelen ser las mismas que para la contraccin plstica (dado que las causas son las mismas); sin embargo se debe tener especial cuidado en el curado, el que debe ser rpido y eficiente, de manera tal de devolverle a la estructura la humedad perdida. Asimismo, suelen contrarrestarse tambin al aumentar la cantidad y la calidad del agregado grueso, y al reducir la relacin agua/cemento (a/c).

    En otro orden de ideas, cabe decir que el hidrxido de calcio (Ca(OH)2) de la pasta cementicia hidratada, al combinarse con el CO2 del aire forma el carbonato

    de calcio. Debido a que este l-timo tiene menor volumen que el Ca(OH)2, se presenta en el concre-to endurecido una retraccin que se conoce como contraccin por carbonatacin y que es la causante de la fisuracin de contraccin por carbonatacin. Para prevenirse debe disminuirse la porosidad y capilaridad del concreto; es decir, los mecanismos de transporte que a su vez dependen de la reduccin de la a/c.

    Por su parte, las fisuras por con-traccin trmica (Ver CyT, Fig. 2) se deben a la influencia del calor de hidratacin del cemento, que pueden formarse principalmente

    por la baja conductividad del concreto que hace que exista un gradiente trmico entre el interior del elemento y la superficie. Esto trae consigo un enfriamiento de las capas ms externas y, conse-cuentemente, contracciones que provocan en stas la aparicin de fisuras (mientras el ncleo est an caliente y dilatado). Este problema es comn en elementos de concre-to masivo.

    Adems de este efecto trmi-co diferencial, debe considerarse tambin el efecto trmico absoluto debido a cambios de temperatura ambiente sobre elementos estruc-turales de pequea seccin y gran longitud, en los cuales resulta de gran importancia la correcta cons-truccin de las juntas de dilatacin. En general, los cambios de tempe-ratura producidos en la hidratacin exotrmica del cemento afectan

    Fisura de corrosin en una columna de una estructura industrial. Fuente: ATE IMCYC.

    Fig. 3

    Dao por reaccin lcali-agregado en una cimentacin de concreto armado. Fuente: ATE IMCYC.

    Fig. 4

    Fuente: Adaptado de: Fernndez Cnovas M., 1994.

    Fig. 5 a y b:

    a) Fisuras de flexin simple b) Fisuras de flexin compuesta

  • MARZO 2013 COnstRuCCin y teCnOlOgA en COnCRetO22

    I N G EN I E R A

    a la mezcla, mientras que los cambios de temperatura ambiente afectan a la dilatacin o contraccin de las estructuras.

    Entre las medidas para prevenir las fisuras por CT se encuentran:

    Evitar el uso de ce-mentos con gran conte-nido de silicato triclcico (SC3), y elevada finura de molido.

    Enfriar la masa de concreto, mayormente si el elemento es de gran volumen (cortinas de presas o muros de contencin).

    Concebir juntas de dilatacin dispuestas estratgicamente.

    La corrosin de las armaduras en el concreto armado, y especial-mente cuando ste est ubicado en ambiente marino o de zona industrial, es tambin una causa de fisuracin debida a la expansin de los productos resultantes de la corrosin del acero; que pueden provocar incluso el desprendimien-to del recubrimiento. Estas fisuras por corrosin del acero de refuer-zo, generalmente aparecen en el elemento de concreto despus de 2 aos de haberse construido la estructura (Fig. 3).

    En funcin de cmo sea la fisura, el fenmeno de la corrosin ser ms o menos acelerado. Por lo general, las grietas estrechas y perpendi-culares a las barras de refuerzo provocan co-rrosin local; sin embar-go, las fisuras anchas y paralelas a las barras provocan una corrosin generalizada. Es comn que aparezcan manchas de xido a lo largo del trazo del acero oxidado; estas fisuras deben ser

    Fisuras de tensin diagonal en esquina debido a una deficiente estructuracin, en zona de abertura.Fuente: ATE IMCYC.

    Fisuras de cortante, en donde se identifica el mecanismo del fallo.

    Fig. 7:

    Fig. 6:

    de atencin inmediata pues puede corregirse el fenmeno si se traba-ja a tiempo en la eliminacin de la causa de la corrosin.

    Para proteger a las barras de acero de refuerzo contra la corrosin se establecen los recubrimientos mnimos de los elementos de concreto; segn el medio ambiente en que se ubica y el tipo de elemento de que se trate. Asimismo, un concreto denso es mucho ms impermea-ble que aquellos con oquedades y mal compactados. Adems, la reaccin de los lcalis del ce-mento con algunos agregados de naturaleza silcea (reaccin lcalisagregado) puede dar lugar a la formacin de gel que origine diversas presiones internas que causen la fisuracin del material. Esta fisuracin, conocida como reaccin lcalisagregado (Fig. 4)

    suele iniciarse aproxi-madamente despus de 5 aos de haberse colado el elemento. Al formarse el gel ex-pansivo, ste tiende a extraer agua de otras partes del concreto, lo que provoca expansio-nes locales junto con los correspondientes esfuerzos de tensin.

    Estas fisuras eventualmente pue-den provocar el deterioro total de la estructura.

    Entre las medidas para accionar en la eliminacin y/o reduccin de este tipo de fisuracin podemos encontrar la correcta eleccin de los agregados y el uso de cemen-tos con bajo contenido de lcalis. Por su parte, las fisuras provocadas por cargas que originan esfuerzos difieren del resto pues tienen mayor profundidad y aparecen de forma muy particular. Por esta razn es importante comprobar sus dimensiones y su trascenden-cia para precisar si pueden ser un problema estructural. stas no son ms que las fisuras debidas a acciones mecnicas de esfuerzos de tensin, compresin, flexin, torsin, cortante, o simplemente una combinacin de alguna de los anteriores.

    Las fisuras de ten-sin son poco frecuen-tes en el concreto ar-mado pues el acero se encarga de absorber estos esfuerzos; sin embargo, cuando las deformaciones de ste se presentan conside-rables, pueden apa-recer coincidiendo en general con la posi-cin de los estribos. Por tanto, son fisuras perpendiculares a la direccin del esfuerzo

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    JURADOa) El jurado se integrar de la siguiente manera:

    Unrepresentantedecadaunade las empresas cementeras del pas.

    ElDirectorGeneraldelIMCYC. ElPresidentedelaANFEI.

    b) Los fallos sern inapelables.

  • MARZO 2013 COnstRuCCin y teCnOlOgA en COnCRetO24

    I N G EN I E R A

    Referencia

    Cabrerizo Torrico F., Fisuras en el Hormign, en Journal Boliviano de Ciencias, Universidad del Valle, Bolivia, pp 18-20.Gmez do Prado, A., Avaliao petrogrfica e experimental de agregados grados afectados por defomao tectnica, desenvolvimiento de minerais de alterao e texturas de exsoluo, Universidad Federal de Pernambuco, Brasil, 2008.Fernndez Cnovas M., Patologa y teraputica del hormign armado, Universidad Politcnica de Madrid, 1994.Toirac Corral J., Patologa de la construccin. Grietas y fisuras en obras de hormign; origen y prevencin, en Ciencia y Sociedad, vol. 29, Nm. 001, Instituto Tecnolgico de Santo Domingo, Repblica Dominicana, 72-114, 2004.

    Por ltimo, en el caso del esfuerzo cortante simple, como la resistencia a la tensin es mucho menor que la de compresin, las fisuras se presentan perpendiculares a los esfuerzos de tensin (Fig. 6). Estas fisuras suelen presentarse en un proceso rpido por lo que suelen ser peligrosas. Aparecen en el alma de las vigas progresando hacia las armaduras, para llegar finalmente a los puntos de aplicacin de las cargas.

    Otras fisuras importantes son las debidas a los errores de dise-o y al detallado; siendo una de las ms comunes las de tensin diagonal en esquinas. stas son consecuencia del deficiente aisla-miento entre dos estructuras dife-rentes y contiguas entre s (Fig.7), o tambin por un deficiente armado en zonas de abertura (Fig. 8).

    Entre las prcticas constructi-vas inadecuadas o problemas en la ejecucin, el ms habitual es el mal hbito de agregarle agua al concreto para "mejorar su tra-bajabilidad". El agua agregada aumenta el revenimiento; pero tambin reduce la resistencia y aumenta la CS. Si esto se combina con el aumento de la cantidad de cemento para mejorar la resisten-cia del concreto, las consecuencias pueden ser peores por la fisura-cin; pues aumenta el volumen relativo de pasta.

    de tensin, sbitas, y que suelen atravesar toda la seccin.

    Adicionalmente, el concreto bajo esfuerzos de compresin simple, puede fisurarse si el valor del esfuerzo es mayor que la resis-tencia. Las fisuras en este caso se presentan paralelas a la direccin del esfuerzo, con una separacin muy variable entre ellas, y un trazo irregular debido a la propia hete-rogeneidad del material.

    En cambio, las fisuras de flexin son las ms comunes en el concre-to armado, pudiendo presentarse de diferentes formas segn sea flexin pura o flexo-compresin. En la primera, las fibras tensio-nadas se pueden considerar sometidas a tensin simple, dis-minuyendo la intensidad de este esfuerzo conforme se acerca a la lnea neutra. Estas fisuras apare-cen prximas al acero de tensin y progresan orientadas vertical-mente buscando la lnea neutra de la seccin. En su trazo presentan una amplitud que va disminuyen-do; hasta diagonalizarse al final, buscando el punto de aplicacin de la carga y desapareciendo en la zona de compresin (Fig. 5a). En cambio, en el caso de la flexo-compresin, la fibra ms propensa a fisurarse es la ms comprimida (Fig. 5b).

    Estas fisuras de flexin, en ge-neral pueden atenderse con me-didas correctivas, pues avisan con tiempo y no son ndice de peligro inminente para la estructura.

    Los esfuerzos de torsin en el concreto provocan fisuras incli-nadas a 45, que aparecen en las diferentes caras de la pieza. Son fisuras frecuentes en estructuras de edificios ante la presencia de marcos arriostrados y de luces descompensadas; por supuesto, siempre que en el diseo original no se haya tenido en cuenta el efecto de la torsin.

    Tambin un curado inadecuado o terminado prematuramente, pro-voca una mayor CS y una potencial fisuracin en el concreto cuando ste an posee baja resistencia. Otros problemas constructivos que pueden provocar fisuracin son el uso de apoyos inadecuados para las cimbras, deficientes procesos de apuntalamientos, compacta-cin y vibrado inadecuado, as como la colocacin de juntas de contraccin en zonas con esfuerzos elevados.

    Los especialistas consideran tambin otro tipo de clasificacin, segn las causas que dieron origen la fisuracin, son los casos de las fisuras de origen qumico, fsico, mecnico y biolgico. Asimismo, otra clasificacin que puede dis-tinguirse para las fisuras son: las fisuras muertas, que llegan a una abertura determinada y el proceso se detiene (por ejemplo: las de CS), y las vivas cuyo desarrollo no cesa hasta tanto se elimine el origen de las mismas (por ejemplo: las fisuras debido a acciones mecnicas). El conocimiento de estas ltimas es totalmente esencial a la hora de aplicar soluciones eficientes y per-tinentes; pues las tcnicas correcto-ras a emplear sern diferentes, en dependencia del tipo de fisura y la causa que la origina.

    Fisura de corrosin en una columna de una estructura industrial. Fuente: ATE IMCYC.

    Fig. 8: