Control de Grietas

 

CONTROL DE GRIETAS GRIETAS

El control de grietas en el concreto es de particular importancia en diversas estructuras tales como losas armadas (aligeradas o macizas), pavimentos de concreto, etc. Recientemente hubo una discusión en el proyecto en el que estoy sobre qué tipo de agregados debería usarse para reducir las grietas y suras en el concreto de !"c #$% &g'cm$ de .* cm de espesor y +rea de .*  .* metros. -e probaron varios diseos resultando el me/or de ellos uno que combinaba bras de poli estireno y agregados de granulometría especial. Espero m+s adelante hacer una entrada sobre los otros diseos. Fisuras en estructuras de hormigón armado Objeto  descri!ción de" #enómeno

0a s sur urac ació ión n es un !en !enóm ómen eno o !ísi !ísico co qu que e ma mani nies esta ta la inca incapa paci cida dad d del material (hormigón) a asumir es!uerzos de tracción. Esta capacidad varía con la magnitud del es!uerzo de tracción aplicado, la velocidad de aplicación y la edad. 0as grietas, constituyen casi el 1nico síntoma eterno de que disp dispon one e el pe perit rito o para para sa saca carr co conc nclus lusio ione ness re reale aless ac acer erca ca de dell es esta tado do y comp co mpor orta tami mien ento to de la es estr truc uctu tura ra.. 2e ah ahí, í, la im impo port rtan anci cia a en qu que e se sean an correctamente diagnosticadas y conocidos tanto su origen como evolución posterior. 3na grieta no quiere decir ni ruina y !alta de operatividad del edicio y por el contrario, si puede predecir un colapso inminente. 4on independencia de otras suras en materiales no estructurales, todas las estructuras de hormigón armado deben surarse ba/o unos límites que la normativa /a, para traba/ar /unto con el acero en redondo que se alo/a interiormente. CA$SAS%

4ausas derivadas del material 0a de!ormación del hormigón que lleva a estados de suración !uera de lo permitido, obedece a mecanismos de distinto origen que se sintetizan en5   

6ovimient 6ovimi entos os int intern ernos os com como, o, re retrac tracció ción, n, cam cambio bio de tem temper peratu atura, ra, asentamiento pl+stico. Epansión del acero embebido en el hormigón. 4orrosión 4ond 4o ndic icion iones es de co cont ntor orno no imp impue uest stas as a la es estr truc uctu tura ra,, ta tales les co como mo asientos, roturas sísmicas, aumentos en las sobrecargas, etc.

0a suración es consecuencia de los es!uerzos que act1an en el material por distintas causas. 0as secciones de hormigón armado con armado adherente y los recubrimientos establecidos, la suración previsible es in!erior a %,* mm ba/o cargas de servicio. -in embargo, las cargas de servicio reales se aproiman poco al modelo de suración de los ensayos de laboratorio. 7or lo general, la suración se maniesta allí donde las tensiones son m+imas. 4uando las suras se visualizan las armaduras han llegado al límite el+stico. Este !enómeno es crucial para la detección de la ruina y la determinación de las medidas correctoras. Causas deri&adas de es#uer'os estructura"es

 

8+sicamente, los es!uerzos generadores de suras son los primarios de tracción, compresión, y sus combinaciones de 9eión y torsión5 : 0a s sur ura a po porr tr trac accció ión n apa parrece ece a lo lar largo de la piez pieza a en se sent ntid ido o perpendicular a la actuación del es!uerzo de tracción. : 0a sura por compresión ecesiva, siempre se maniesta por tracción tran transv svers ersal al,, es de deci cirr a tra travé véss de gr griet ietas as pa para ralel lelas as en la dire direcc cció ión n de dell es!uerzo de compresión, es la sura patológicamente m+s alarmante porque deno de nota ta el ag agot otam amie ient nto o de dell ho horm rmig igón ón po porr ac acor orta tami mien ento to pl+s pl+sti tico co y su maniesto estado de rotura. : 0as suras de 9eión, pueden tener su origen en un eceso de tracción, ( (su suras ras per perpe pend ndic icul ular ares es a la lass ar arma madu duras ras)) o en un !allo !allo de la ca cabez beza a comprimida de hormigón que rompe en ;copa< por tracción. : 0as suras de torsió ión n siguen la tra ray yec ecttoria de las traccion iones compresiones helicoidales perimetrales de la pieza solicitada. Causas deri&adas de !rocesos (u)micos

2entro de los es!uerzos que originan estados de suración, est+n aquellos que provienen de causas de procesos químicos o cambios de !ase del mate ma teria rial. l. 0a du dura rabi bili lida dad d de dell ma mate teri rial al ho horm rmig igón ón es co cons nsec ecue uenc ncia ia de su velocidad veloci dad de desco descomposic mposición ión que se realiza a través de las sura suraciones ciones.. 0a razón es que penetración de una sustancia agresiva es siempre a través de suración y mapas porosos. Entre estos cambios químicos que suponen un ataque a la estabilidad del material se pueden citar como b+sicos5 = >taque por +cidos. = >taque por sul!atos. = >taque por +lcalis. Estas tres reacciones químicas concluyen en el !enómeno de la oidación de las armaduras con la epansividad que, a su vez, desencadena m1ltiples procesos de suración supercial que degradan la pieza en su totalidad. Es importante que el ph del hormigón no descienda a ?@A%, de su valor normal que es A$@A. 0os orígenes de las suras en las estructuras de hormigón armado armad o son tan diversos como las !ases por las que el materi material al pasa desde su proyecto, !ase de obra, curado y proceso de vida 1til. Bisuras debidas a errores de proyecto = Errores en el diseo de la pieza. = Errores en el c+lculo Bisuras debidas a errores en la obra. = En la interpretación de los planos. = En la recepción del hormigón, puesta en obra y curado. = En el control del hormigón.

 

= En las /untas de hormigonado, de dilatación y de retracción Bisuras en la vida 1til del hormigón = 4ambios de uso del edicio y alteración de las sobrecargas. = Cncompatibilidades de las distintas rigideces. = Re!ormas en el edicio. = >cciones directas o de!ormaciones impuestas. = >lteraciones climatológicas. -ismo. = 4eimientos del suelo. = Retracción pl+stica o asentamiento pl+stico. Elem Elemen ento toss co cons nstr truc ucti tivo voss a!ec a!ecttad ado os En es este te cas aso, o, los los elem eleme entos ntos constructivos a!ectados se corresponden directamente con los elementos estruc est ructur turale aless que han su! su!rid rido o los !en !enómen ómenos os de su surac ración ión en cue cuesti stión5 ón5 pilares, losas, !or/ados, cimentaciónD.etc. 2entro de cada elementos cada componente se ver+ a!ectado de !orma di!erenciada5 7or un lado, estaría el hormigón y cada uno de sus componentes5 = 4emento. = >gua (durante e/ecución). = ridos. E"ementos constructi&os a#ectados

En es este te ca caso so,, lo loss elem elemen ento toss co cons nstr truc ucti tivo voss a!e a!ect ctad ados os se co corr rres espo pond nden en dir direc ecta tame ment nte e co con n lo loss elem elemen ento toss es estr truc uctu tura rale less qu que e ha han n su su!r !rid ido o los los !en enó ómen eno os de sura racció ión n en cues esttión5 pilar lares es,, los losas, !or/ados, ciment cim entaci aciónD ónD.et .etc. c. 2en 2entr tro o de cad cada a elem element ento o cad cada a com compon ponent ente e se ver ver+ + a!ectado de !orma di!erenciada5 7or un lado, estaría el hormigón y cada uno de sus componentes5 = 4emento. = >gua (durante e/ecución). = ridos 0a proporción agua@cemento es la relación entre el peso del agua el peso del cemento utilizado en la mezcla. Fiene una in9uencia importante en la calidad del hormigón producido. 0a menor proporción de agua@cemento conduce a la mayor resistencia y durabilidad, pero puede hacer la mezcla m+ss di!í m+ di!íccil de ma mane ne/a /arr y ve vert rter er.. Es im impo port rtan ante te la elec elecci ción ón de la compos com posici ición ón de las mez mezcla class y est estudi udiarla arlass previa previamen mente te par para a aseg asegura urarr hormigones cuyas características mec+nicas, reológicas y de durabilidad satis!agan las eigencias del proyecto. Fambién pueden utilizarse como compon com ponent entes es del hor hormigó migón n los adi aditiv tivos os y adi adicio ciones nes,, sie siempr mpre e que se  /ustique mediante los oportunos ensayos, que la sustancia agregada en las proporciones y condiciones previstas produce el e!ecto deseado sin pertu perturbar rbar ec ecesivame esivamente ntelalas rest restantes antesdel caracterís características ticas del hormi hormigón gón ni representar peligro para durabilidad hormigón ni para la corrosión

 

de las armaduras. = >rmaduras activas.

7or

otro

estarían

las

armaduras5

= >rmaduras pasivas. = -istemas de pretensado y postesado. = Gainas y accesorios F$NDA*ENTOS SO+RE EL CONCRETO

El concreto es b+sicamente una mezcla de dos componentes5 

>gregado y pasta. 0a pasta, compuesta de 4emento 7ortland y agua, une a los agregad agregados os (arena y grava o piedra tritur triturada) ada) para !ormar una masa seme/ante a una roca pues la pasta endurece debido a la reacción química entre el 4emento y el agua.

0os agregados generalmente se dividen en dos grupos5 nos y gruesos. 0os agre ag rega gado doss n nos os co cons nsis iste ten n en ar aren enas as na natu tura rales les o ma manu nu!ac !actu tura radas das co con n tamaos de partícula que pueden llegar hasta A%mmH los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla Io. AJ y pueden variar hasta A*$ mm. El tamao m+imo de agregado que se emplea com1nmente es el de A? mm o el de $* mm. 0a pasta est+ compuesta de 4emento 7ortland, agua y aire atrapado o aire incluido intencionalmente. Krdinariamente, la pasta constituye del $* al #% L del volumen total del concreto. 0a gura M > M muestra que el volumen absoluto del 4emento est+ comprendido usualmente entre el  y el A* L y el agua entre el A# y el $A L. El contenido de aire y concretos con aire incluido puede llegar hasta el NL del volumen del concreto, dependiendo del tamao m+imo del agregado grueso. 4omo los 4omo los ag agre rega gados dos co cons nsti titu tuyen yen ap apro roi ima mada dame ment nte e el J% al * L de dell volumen volu men tot total al del con concr creto eto,, su sel selecc ección ión es impo importa rtante nte.. 0os agr agrega egados dos deben consistir en partículas con resistencia adecuada asi como resistencias a condiciones de eposición a la yara no tener debenun contener materiales que pudieran causar deterioro delintemperie concreto. 7 7ara uso eciente de la past pa sta a de ce cemen mento to y ag agua ua,, es de dese seab able le co cont ntar ar co con n un una a gran granulo ulome metr tria ia continua de tamaos de partículas. 0a calidad del concreto depende en gran medida de la calidad de la pasta. En un concreto elaborado adecuadamente, cada partícula de agregado est+ comple com pletam tament ente e cub cubier ierta ta con pas pasta ta y tam también bién tod todos os los esp espaci acios os ent entre re partículas de agregado. 7ar ara a cu cual alqu quie ierr co con/ n/un unto to es espe peci cic co o de ma mate teria riales les y de co cond ndic icio iones nes de cura cu rado do,, la ca cant ntid idad ad de co concr ncret eto o end endur urec ecido ido est+ est+ dete determ rmina inada da po porr la cantidad de agua utilizada en la relación con la cantidad de 4emento. ,entajas (ue se obtienen a" reducir e" contenido de agua%

 

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-e incrementa la resistencia a la compresión y a la 9eión. -e tiene menor permeabilidad, y por ende mayor hermeticidad y menor absorción. -e incrementa la resistencia al intemperismo. -e logra una me/or unión entre capas sucesivas y entre el concreto y el es!uerzo. -e reducen las tendencias de agregamientos por contracción.

Entre menos agua se utilice, se tendr+ una me/or calidad de concreto @ a condición que se pueda consolidar adecuadamente. 6enores cantidades de agua de mezclado resultan en mezclas m+s rígidasH pero con vibración, a un las mezclas m+s rígidas pueden ser empleadas. 7ara una calidad dada de concreto, las mezclas m+s rígidas son las m+s económicas. 7or lo tanto, la consolidación del concreto por vibración permite una me/ora en la calidad del concreto y en la economía. 0as propiedades del concreto en estado !resco (pl+stico) y endurecido, se pue puede de mod modic icar arsuagr agrega egando ndo adi aditiv tivos os al con concr eto, com1nmente usu usualm alment ente e para5 en !or !orma ma líquida, durante dosicación. 0os aditivos secreto, usan (A) a/ustar el tiempo de !raguado o endur endurecimiento. ecimiento. ($) redu reducir cir la demanda de ag agua. ua. () aument aumentar ar la traba/ traba/abilida abilidad. d. (#) inclui incluirr inten intencional cionalmente mente aire. (*) a/ustar otras propiedades del concreto. 2espué 2esp uéss de un pr prop opor orci cion onam amien iento to ad adec ecua uado, do, as asíí co como mo,, do dosi sic cac ació ión, n, mezc me zcla lado do,, co colo loca caci ción ón,, co cons nsol olid idac ació ión, n, ac acab abad ado, o, y cu cura rado, do, el co conc ncre reto to endurecido se trans!orma en un material de construcción resistente, no combustible, durable, resistencia al desgaste y pr+cticamente impermeable que qu e requ equier iere e po poco co o nu nulo lo ma mant nten enim imie ient nto. o. El concr concret eto o ta tamb mbién ién es un ecelente material de construcción porque puede moldearse en una gran variedad de !ormas, colores y teturizados para ser usado en un n1mero ilimitado de aplicaciones. 4KI4REFK RE4CEI 6EO40>2K El concreto recién mezclado debe ser pl+stico o semi9uido y capaz de ser moldeado a mano. 3na mezcla muy h1meda de concreto se puede moldear en el sentido de que puede colocarse en una cimbra, pero esto no entra en la denición de M plástico M aquel material que es plegable y capaz de ser moldeado o !ormado como un terrón de arcilla para moldar. moldar.

 

En una mezcla de concreto pl+stico todos los granos de arena y las piezas de grava o de piedra que eran enca/onados y sostenidos en suspensión. 0os ingredientes no est+n predispuestos a segregarse durante el transporteH y cuando el concreto endurece, se trans!orma en una mezcla homogénea de todo todoss los los co comp mpon onen ente tes. s. El co conc ncrreto eto de co cons nsis iste tenc ncia ia pl+s pl+sti tica ca no se desmorona si no que 9uye como liquido viscoso sin segregarse. El revenimiento se utiliza como una medida de la consistencia del concreto. 3n co conc ncre reto to de ba ba/o /o reve eveni nimie mient nto o ti tien ene e un una a co cons nsis iste tenc ncia ia du dura ra.. En la pr+c pr+cti tica ca de la co cons nstr truc ucci ción ón,, lo loss elem element entos os de delga lgados dos de conc concre reto to y los los element elem entos os del con concr creto eto !ue !uerte rtement mente e re!orz re!orzados ados req requier uieren en de mezc mezclas las trab traba/ a/ab ables les,, pe pero ro /am /am+s +s de me mezc zcla lass simi similar lares es a un una a so sopa pa,, pa para ra ten tener er !acilid !ac ilidad ad en su col coloca ocació ción. n. -e nec necesi esita ta una mez mezcla cla pl+ pl+sti stica ca par para a ten tener er re resi sist sten enci cia a y pa para ra ma mant ntene enerr su ho homo moge gene neid idad ad du dura rant nte e el ma mane ne/o /o y la colocación. coloca ción. 6ientra 6ientrass que una mezcl mezcla a pl+st pl+stica ica es adecua adecuada da para la mayorí mayoría a con traba/os con concreto, se puede utilizar aditivos supe 9uidicantes para adic ad icio iona narr 9u 9uid idez ez al co conc ncrreto eto en mi miem embr bros os de co conc ncrret etos os de delg lgad ados os o !uertemente re!orzados. 6EO40>2K 0os * componentes b+sicos del concreto est+n combinados en una mezcla homogénea se requieren de es!uerzo y cuidado. 0a secuencia de carga de los ingredientes en la mezcladora representa un papel importante en la uni!or uni !ormid midad ad del pro produc ducto to ter termin minado ado.. -in emb embarg argo, o, se pue puede de vari variar ar esa secuencia y aun así producir concreto de calidad. 0as di!erentes secuencias requieren a/ustes en el tiempo de adicionamiento de agua, en el n1mero total de revoluciones del tambor de la mezcladora, y en la velocidad de revolución. Ktros !actores importantes en el mezclado son el tamao de la revoltura en la relación al tamao del tambor de la mezcladora, el tiempo transcurrido entre la dosicación y el mezclado, el diseo, la conguración y el estado dell tamb de tambor or mez mezcl clad ador or y la lass pa pale leta tas. s. 0a 0ass me mezc zclad lador oras as ap apro roba bada das, s, co con n operación y mantenimiento correcto, aseguran un intercambio de materiales de asad e etr trem emo o alae etr emo o ra po porrso med medio un una acci ción óndida de qu rola rolado pl egad ado y am amas ado o de rtrem ev evol oltu tura sobr bre e io si de mi mism sma aa aac me medi da que e do, se, pleg me mezc zcla lao el concreto. Trabajabi"idad

0a !acilidad de colocar, consolidar y acabar al concreto recién mezclado. se denomina traba/abilidad. El concreto debe ser traba/able pero no se debe segregar ecesivamente. El sangrado es la migración de el agua hacia la supercie superior del concreto recién reci én mezclado mezclado provocada provocada por el asent asentamient amiento o de los materia materiales les -ólidos @ 4eme 4e ment nto, o, aren arena a y piedr iedra a de dent ntrro de la ma massa. El as asen enta tami mien entto es consecuencia del e!ecto combinado del la vibración y de la gravedad.

 

3n sangrado ecesivo aumenta la relación >gua @ 4emento cerca de la supercie superior, pudiendo dar como resultado una capa superior débil de ba/a ba/ a dur durabi abilida lidad, d, par partic ticula ularme rmente nte si se lle lleva va aca acabo bo las ope operac racion iones es de acabado mientras esta presente el agua de sangrado. 2ebido a la tendencia dell co de conc ncre reto to reci recién én mez mezcl clad ado o a se segr grega egars rse e y sa sang ngra rar, r, es im impo port rtan ante te transportar y colocar cada carga lo mas cerca posible de su posición nal. El aire incluido me/or a la traba/abilidad y reduce la tendencia del concreto !resco de segregarse y sangrar sangrar.. Conso"idación

0a vibración pone en movimiento a las partículas en el concreto recién mezc me zcla lado do,, redu reduci cien endo do la !ric !ricci ción ón en entr tre e ella ellass y d+nd d+ndol ole e a la me mezc zcla la las las cualidades movilies de un 9uido denso. 0a acción vibratoria permite el uso de la mezcla dura que contenga una mayor proporción de agregado grueso y una menor proporción de agregado no. Empleando un agregado bien graduado, entre mayor sea el tamao m+imo del agregado en el concreto, habr ha br+ + qu que e lle llena narr pas pasta ta un menor menor vo volu lume men n y e eis isti tir+ r+ un una a men menor or +rea +rea supercial de agregado por cubrir con pasta, teniendo como consecuencia que una cantidad menor de agua y de cemento es necesaria. con una consolidación adecuada de las mezclas mas duras y +speras pueden ser empleadas, lo que tiene como resultado una mayor calidad y economía. -i una una me mezc zcla la de co conc ncre reto to es lo su suc cien iente temen mente te trab traba/ a/ab able le pa para ra se serr consolidada de manera adecuada por varillado manual, puede que no eista ninguna venta/a en vibrarla. 2e hecho, tales mezclas se pueden segregar al vibrarlas. vibrarl as. -olo al emplear mezcla mezclass mas duras y +spera +sperass se adquier adquieren en todos los benecios de l vibrado. El vib vibra rado do mecán mecánico ico ti tien ene e mu muccha hass ve vent nta/ a/as as.. 0os vi vibr brad ador ores es de alt alta !recue !re cuenci ncia a pos posibi ibilit litan an la col coloca ocació ción n eco económ nómica ica de mezcla mezclass que no son !acilites de consolidar a mano ba/o ciertas condiciones. -idratación. tiem!o de #raguado. endurecimiento endurecimiento

0a propiedad deentre liga el decemento las pastas cemento se debe a la reaccion química y el de agua llamada7ortland hidratación. El cemento 7ortland no es un compuesto químico simple, sino que es una mezcla de muchos compuestos. 4uatro de ellos con!orman el ?%L o mas de el peso del cemento 7ortland y son5  

silicato tricalcico.



silicato dicalcico.



>luminiato tricalcico.



>luminio !errito tetracalcico.

 

>demas de est >demas estos os com compon ponent entes es pri princi ncipal pales, es, algu algunos nos otr otros os des desemp empea ean n papeles importantes en el proceso de hidratación. 0os tipos de cemento 7ortl 7o rtland and con contie tienen nen los mis mismos mos cua cuatro tro com compues puestos tos pri princi ncipal pales, es, per pero o en proporciones di!erentes. 4uando el Clinker   (el producto del horno que se muele para !abricar el 4uando cemento 7ortland) se eamina al microscopio, la mayoría de los compuestos individuales del cemento se pueden identicar y se puede determinar sus cantidades. -in embargo, los granos mas pequeos evaden la detección visual. El di+metro promedio de una particula de cemento tipica es de aproimadamente A% micras, o una centésima de milímetro. -i todas las partículas de cemento !ueran las promedio, el cemento 7ortland contendría aproimadamente $?N,%%% millones de granos por Pilogramo, Pil ogramo, pero de hecho eisten unos A* billones de partículas debido al alto ronago de tamaos de partícula. 0as particulas en un Pilogramo de cemento 7ortland tienen una +rea supercial aproimada de #%% metros cuadrados. 0os dos silicatos de calcio, los cuales constituyen cerca del *L del peso del ceme ce ment nto o 7ortl ortlan and, d, rea eacc ccio iona nan n co con n el ag agua ua pa para ra !or !orma marr do doss nu nuev evos os compuestos5  el hidróxido de calcio y el hidrato de silicato de calcio . Este 1ltimo es con mucho el componente cementante m+s importante en el conc co ncrreto eto. 0a 0ass pr prop opie ieda dade dess in inge geni nier eril iles es de dell co conc ncrret eto, o, @ !rag !ragua uado do y endur end ureci ecimien miento, to, re resis sisten tencia cia y est estabi abilid lidad ad dim dimens ension ional al @ pri princi ncipal palment mente e dependen del gel del hidrato de silicato de calcio . Es la medula del concreto. 0a composición química del silicato de calcio hidratado es en cierto modo variable, pero contiene cal (4aK) y silice (-i%$), en una proporción sobre el orden de  a $. El +rea supercial del hidrato de silicato de calcio es de unos %%% metros cuadrados por gramo. 0as partículas son tan diminutas que solamente ser vistas en microscopio electrónico. En la pasta de cemento ya endurecida, estas partículas !orman uniones enlazadas entre las otras !ases crista cri stalin linas as y los gra granos nos sob sobran rantes tes de cem cement ento o sin hid hidrat ratarH arH tam también bién se adhieren a los granos de arena y a piezas de agregado grueso, cementando todo el con/unto. 0a !ormación de esta estructura es la acción cementante de la pa past sta a y es resp respon onsa sabl ble e de dell !ra !ragu guad ado, o, de dell en endu dure reci cimi mien ento to y de dell desarrollo de resistencia. /ro!uestas de !re&ención

0as nor normas mas est establ ablecen ecen lím límites ites raz razona onable bless par para a que las est estruc ructur turas as en servicio no se suren, o lo hagan en límites razonables. 0a norma del hormigón EQE dedica su artículo #? a desarrollar el estado límite de suración, en los comentarios de su art #?.A dice tetualmente5 ;En estructuras de hormigón suele ser inevitable la aparición de suras, que no suponen inconveniente para su normal utilización, siempre que se limite su ab aber ertu tura ra m+ m+i ima ma a va valo lorres com ompa pattibl ibles co con n las las ei ig gen enccias ias de durabilidad, !uncionalidad, estanqueidad y apariencia