Fisuras y Fallas en Estructuras de Concreto

TIPOS DE FISURAS Y GRIETAS ESTRUCTURALES .

FISURAS POR TRACCION Y FLEXION Fisuras Por Tracción Pura Se forman a lo largo de la dirección de las barras de refuerzo principal. Son fisuras provocadas por el exceso de tracción longitudinal. Se forman planos de falla (fisuras y grietas) transversales a lo largo de la sección. Los incrementos de la tracción actuante en la sección provocan de manera súbita una grieta que afecta la unión entre el hormigón y la barra de refuerzo en una determinada zona (distancia de deslizamiento). Como consecuencia de ello, se interrumpe la transferencia de los esfuerzos actuantes por pérdida de la adherencia mecánica entre el acero y el hormigón.

Adicionalmente, la anchura de la grieta es mínima cerca de la barra de acero (pero hay fisuras y micro fisuras por el efecto de la conexión) y se incrementa a medida que se aleja de ella. Ello genera patrones de espaciamiento entre grietas. Los esfuerzos de tracción excesivos pueden darse como consecuencia de fallas de anclaje o traslapo de una o varias barras de refuerzo. Fisuras Por Flexión Pura Suelen ser perpendiculares a la dirección del refuerzo longitudinal dispuesto en la dirección de la tracción principal. La existencia de armadura transversal (estribos) puede hacer que las fisuras se alineen con ella e incluso favorezcan el inicio o la propagación de las mismas fisuras. Estos planos de falla por flexión son de dos tipos: Grietas de flexión que originalmente son fisuras de tracción. Grietas por tracción que emergen como una manifestación del aumento de la deformación. Se localizan entre las grietas de flexión y se extienden por encima de las barras de refuerzo.

Las grietas por flexión se extienden hasta el eje neutro, revelando así la posición real de este en el elemento.

La anchura de las grietas indica el nivel del esfuerzo de tracción al que han sido sometidas las barras de refuerzo. Anchuras pronunciadas indican: Exceso de carga por posibles precargas o sobrecargas. Insuficiencia de refuerzo longitudinal. Causas de grietas por flexión y tracción     

Sobrecargas no previstas. Mala adherencia de las armaduras al hormigón. Mala disposición de armaduras. Armaduras transversales insuficientes. Baja calidad del hormigón.

Alternativas de reparación Evaluar la situación del elemento y determinar: a) Recuperar monolitismo: - Inyección de epoxi. b) Refuerzo del elemento: - Verificar armadura existente. - Reforzar en caso necesario, para lo cual se debe: • Colocar insertos (tipo anclajes) a través de perforaciones; relleno con epoxi. • Picar y colocar armadura adicional, hormigonar o rellenar con mortero epoxi. • Reforzar con armadura externa (platabandas adheridas con epoxi). c) Eventual demolición y reemplazo Fisuras por adherencia (longitudinales) Son aquellas que se forman a lo largo de la dirección de las barras longitudinales. Se pueden inducir como consecuencia de los fenómenos de retracción o asentamiento plástico. También pueden formarse grietas longitudinales por falta de adherencia entre el hormigón y el acero de refuerzo. Esta situación es poco común en estructuras bien calculadas y construidas.

Ocasionalmente, se presenta la falta de adherencia porque durante la construcción las varillas de acero se impregnan de aceites, bentonita o tienen óxido suelto.

Fisuras Por Cortante Los esfuerzos cortantes y de tracción provocan fisuras oblicuas que también son transversales a la dirección del acero longitudinal principal. Aparecen inclinadas en zonas cercanas a los apoyos (cortante máxima) o bajo cargas puntuales elevadas. El ángulo entre las grietas de cortante inclinadas y el eje de la viga es de aproximadamente 45º. Las grietas de cortante siempre atraviesan todo el espesor de la viga y su anchura depende de la sección de la viga.

Causas de grietas por cortante

    

Sobrecargas no previstas. Mala adherencia de las armaduras al hormigón. Mala disposición de armaduras. Armaduras transversales insuficientes. Baja calidad del hormigón.

Alternativas de reparación Evaluar la situación del elemento y determinar: a) Recuperar monolitismo: - Inyección de epoxi. b) Refuerzo del elemento: - Verificar armadura existente. - Reforzar en caso necesario, para lo cual se debe: • Colocar insertos (tipo anclajes) a través de perforaciones; relleno con epoxi. • Picar y colocar armadura adicional, hormigonar o rellenar con mortero epoxi. • Reforzar con armadura externa (platabandas adheridas con epoxi). c) Eventual demolición y reemplazo

Fisuras Por Torsión Las fisuras por torsión también son oblicuas pero continuas y en espiral. Atraviesan afectados.

completamente

Fisuras Por Punzonamiento

la

sección

de

los

miembros

Es propio de losas con deformaciones impuestas locales y ocasiona fallas con geometría tronco piramidal cuya directriz es el área cargada. Se alcanza en elementos que experimentan tracciones que se originan por esfuerzos tangenciales que a su vez son motivados por una carga o una reacción localizada en un área relativamente pequeña. Es una falla de tipo frágil.

Causas de grieta por punzonamiento   

Concentración de tensiones. Diseño inadecuado: armaduras y/o insuficientes; sobrecargas no previstas. Baja calidad del hormigón

espesores

Alternativas de reparación   

Inyección con epoxi. Reducir concentración de tensiones mediante aumentos de sección del pilar y capiteles de acero y hormigón. Traspasar carga a elementos inferiores.

Fisuras Por Cizalladucha Se presenta en secciones compuestas de hormigón reforzado que se conforman por un elemento de hormigón prefabricado y una sobre-capa o torta de hormigón vaciada “in situ”. La resistencia al esfuerzo de cizalladora debe garantizarse mediante un anclaje mecánico (varillas en forma de U invertida) o

mediante un anclaje químico (puente de adherencia epóxico o acrílico) que busque la integridad estructural de los dos elementos.

Causas de grietas por cizalladuras 

Junta de hormigonado defectuosa

Alternativas de reparación      

Reconstituir monolitismo: reparar mediante inyección o mortero epóxico. Refuerzos en nudo: Perforaciones verticales o inclinadas. Relleno epóxico. Colocar insertos.

Fisuras Por Compresión Si se rebasa la capacidad resistente del elemento en compresión, entonces ocurre una fisuración que es paralela a la dirección de carga del elemento. Cuando el patrón de fisuración es oblicuo, puede estar indicando que el hormigón está seco.

Causas de grietas por compresión  Baja resistencia del hormigón a compresión  Diseño insuficiente:  Tensiones principales de compresión superan la resistencia del hormigón. Alternativas de reparación  Analizar resistencia del hormigón y estado tensional de las armaduras.  Refuerzo exterior con platabandas.  Posible demolición y reemplazo

Fisuras Por Rigidez Del Apoyo Ocurre cuando la conexión entre el elemento que se apoya y el elemento de apoyo no tiene una transición adecuada mediante el uso de amortiguamiento como un cojín de neopreno. La fractura ocurre como consecuencia de los movimientos y esfuerzos horizontales que experimenta la zona de apoyo por los ciclos de dilatación y contracción térmica; y/o por la rotación que experimenta el elemento apoyado induciendo un sobre-esfuerzo local de compresión.

Causas de grietas por rigidez de apoyo  Diseño o construcción inadecuados  Falla de anclajes y/o de armaduras transversales. Alternativas de reparación  Reconstituir monolitismo. o Grieta limpia: inyectar epoxi. o Junta con suciedades: picar por sectores, rellenar con mortero epoxi.  Revisar anclajes de armaduras, reforzar.  Eventual demolición.

Fisuras Por Falta De Refuerzo En El Borde Ocurre cuando el borde del extremo de una viga que se apoya sufre esfuerzos de compresión y/o tracción locales y no se ha reforzado suficientemente. Cuando el refuerzo principal está compuesto por varillas de gran diámetro que al ser dobladas requieren de un amplio radio de doblado que no se cumple.

Fisuras Por Aplastamiento Local Tienen su origen en la alta concentración de cargas que a veces se dan en las zonas de apoyo de elementos simplemente apoyados o en las zonas de anclaje de torones y cables. Cuando el aplastamiento se da por una carga concentrada, el patrón de falla se localiza directamente debajo de ésta y tiende a dividir la sección de hormigón localmente.

Causas de grietas por aplastamiento local  Sobrecargas no previstas.  Armaduras transversales insuficientes.  Baja calidad del hormigón. Alternativas de reparación Evaluar la situación del elemento y determinar: a) Recuperar monolitismo: - Inyección de epoxi. b) Refuerzo del elemento: - Verificar armadura existente. - Reforzar en caso necesario, para lo cual se debe: • Colocar insertos (tipo anclajes) a través de perforaciones; relleno con epoxi. • Picar y colocar armadura adicional, hormigonar o rellenar con mortero epoxi. • Reforzar con armadura externa (platabandas adheridas con epoxi). c) Eventual demolición y reemplazo

Fisuras Durmientes Pueden ser provocadas por la retracción. Después de un cierto periodo de tiempo, este tipo de fisuras deviene estable (cantidad y tamaño de las fisuras). Estas fisuras se pueden reparar utilizando un material de llenado rígido. Fisuras Activas Tienen un tamaño variable, son función de los ciclos de carga y de los ciclos de temperatura. Se reparan utilizando un material de llenado flexible que permita el movimiento y evite la ruptura del elemento en otro lugar. Hay dos tipos de fisuras activas: las aisladas y las fisuras en red. Las fisuras en red no se deben, en general, a un exceso de esfuerzos. Sería entonces inútil, reforzar el elemento. Cuando la fisura es aislada y activa, reestablecer la resistencia en tracción de la parte fisurada conduce a desplazar el problema y hacer fisurar otra parte diferente del elemento. Como consecuencia de esto, se debería estudiar la distribución de esfuerzos, reforzar e instalar juntas a proximidad de la fisura. Fisuras Evolutivas 

Tienen un tamaño que aumenta si los fenómenos que las producen no son eliminados.



Movimientos del suelo.



Corrosión del acero de refuerzo.



Una fisura evolutiva no se puede reparar sin antes eliminar el fenómeno que la produce.

FALLAS EN PRESENCIA DE EVENTOS SISMICOS A continuación se explican los tipos de fallas más importantes que se registran en estructuras de concreto reforzado y mampostería, tras la ocurrencia de eventos sísmicos.

Por lo general, estas fallas pueden deberse a: a) Inadecuada resistencia al cortante de los entrepisos debido a la escasez de elementos tales como columnas y muros. b) Grandes esfuerzos de cortante y tensión diagonal en columnas o en vigas. c) Falla por adherencia del bloque de unión en las conexiones viga-columna debida al deslizamiento de las varillas ancladas, o a falla de cortante. d) Grandes esfuerzos en muros de cortante, sin o con aberturas, solos o acoplados. e) Vibración torsional causada por la falta de coincidencia en planta del centro de masas con el centro de rigidez. f) Punzonamiento de la losa de edificios construidos a base de losas planas, g) Variación brusca de la rigidez a lo largo de la altura del edificio. h) Golpeteo entre edificios. i) Amplificación de los desplazamientos en la cúspide de los edificios. j) Grandes esfuerzos de cortante en columnas acortadas por el efecto restrictivo al desplazamiento causado por elementos no estructurales.