Presentacion Fisuras y Grietas Hormigon

MINISTERIO DE OBRAS PÚ PÚBLICAS DIRECCIÓ DIRECCIÓN DE OBRAS PORTUARIAS DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIÓ CONSTRUCCIÓN

HORMIGÓN: COMPORTAMIENTO Y CONSTRUCCIÓN IV. FISURAS Y GRIETAS EN EL HORMIGÓN Relator: Ing. José Luis Seguel R. Junio 2006 Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

1

HORMIGÓN: COMPORTAMIENTO Y CONSTRUCCIÓN IV. FISURAS Y GRIETAS EN EL HORMIGÓN 4.1 Servicio en estructura 4.2 Fisuras en el hormigón 4.3 Orígenes de fisuras 4.4 Tipos de fisuras 4.5 Prevención de fisuras 4.6 Agrietamiento vigas y losas 4.7 Agrietamiento vigas altas 4.8 Reparación de fisuras

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

2

4.1 SERVICIO EN ESTRUCTURA Una estructura, en general e independientemente del material con el cual se construye, debe estar diseñada para ser segura contra el colapso (resistencia) y funcional en su uso (servicio) para que cumpla con los propósitos con que fue concebida: RESISTENTE (Seguridad) SERVICIABILIDAD (Funcionamiento). El servicio de una estructura de hormigón armado esta determinado por las siguientes condiciones: „ deformaciones existentes. „ el agrietamiento producido (fisuras, grietas) „ la extensión de la corrosión de la armadura. „ el deterioro de la superficie del hormigón. A su vez, el agrietamiento del hormigón está relacionado principalmente con las deformaciones de los elementos en flexión.

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

3

4.1 SERVICIO EN ESTRUCTURA ACI 318 La aptitud para el servicio de una estructura de hormigón armado (ver sección 9.1.2 del ACI 318-05), consiste en controles sobre la deflexión calculada y los anchos de grietas de estas secciones (secciones 9.5 y 10.6), bajo condiciones de cargas normales de servicio (sin mayorar). Esto impide en el hormigón problemas de tolerancias, de vibraciones, asegura el buen funcionamiento de equipos sensibles, preserva la apariencia arquitectónica de los elementos, etc.

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

4

4.1 SERVICIO EN ESTRUCTURA

„ „ „

Junio 2006

El comportamiento tensión-deformación de los elementos de hormigón armado tiene una relación tri-lineal. Se destacan las siguientes etapas: Pre- agrietamiento Agrietamiento Post-agrietamiento

Ing. Jose Luis Seguel

5

4.1 SERVICIO EN ESTRUCTURA MÓDULO DE RUPTURA Para el diseño de miembros sujetos a flexión, se utiliza el valor del Módulo de Ruptura fr en vez de la resistencia a la rotura (tracción). Este módulo presenta un valor mayor que la resistencia a la rotura, y el ACI especifica para hormigones de peso normal un valor de:

f r = 0.7 f ' c MPa

MOMENTO CRACKING Momento de agrietamiento, correspondiente al momento flector en la sección justo antes de producirse la primera grieta.

M cr = donde: „ „ „ „ „

Junio 2006

Ig f r yt

fr: Módulo de Ruptura, en MPa. f’c en MPa Mcr: Momento que produce la fisuración Ig: Momento de inercia de sección llena (sección ficticia sin armadura) yt: Distancia desde centro de gravedad a fibra más traccionada. Ing. Jose Luis Seguel

6

4.1 SERVICIO EN ESTRUCTURA MÓDULO DE RUPTURA Para el diseño de miembros sujetos a flexión, se utiliza el valor del Módulo de Ruptura fr en vez de la resistencia a la rotura (tracción). Este módulo presenta un valor mayor que la resistencia a la rotura, y el ACI especifica para hormigones de peso normal un valor de: MOMENTO CRACKING Momento de agrietamiento, correspondiente al momento flector en la sección justo antes de producirse la primera grieta. donde: fr: Módulo de Ruptura, en MPa. f’c en MPa Mcr: Momento que produce la fisuración Ig: Momento de inercia de sección llena (sección ficticia sin armadura) yt: Distancia desde centro de gravedad a fibra más traccionada.

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

7

4.2 FISURAS EN EL HORMIGON “EL HORMIGÓN ES BELLO CON FISURAS” Fisuras no estructurales: Fisuras estructurales:

Siempre existen No deben existir

La Fisuración en las obras de hormigón armado es normal y cotidiano, destacándose las siguientes características: „ „

„

Junio 2006

Todas las obras de hormigón presenta siempre fisuras. Estas fisuras están presentes, y no significa que existan una falla del diseño o provoque un riesgo estructural. No hay fórmulas concretas para evitar con total seguridad fisuras en el hormigón durante su vida útil y, sin embargo, a pesar de ellas ésta se cumple.

Ing. Jose Luis Seguel

8

4.2 FISURAS EN EL HORMIGÓN

Fisuras y grietas en Hormigón Armado.

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

9

4.2 FISURAS EN EL HORMIGON PROBLEMAS GENERALES „

„

„

Junio 2006

Calidad: Las fisuras tienden a que se infiera que se trata de un problema de mala calidad del hormigón utilizado, o bien, que la construcción fue mal ejecutado, siendo en muchos casos un problema estético y no estructural. Productividad: El análisis de las fisuras en un elementos de hormigón produce detenciones de la construcción mientras se evalúa su origen y se entrega una solución ,junto a las horas de ingeniería necesarios para realizar dicho análisis. Costo: Siempre se produce un aumentan del costo de la construcción y de la ingeniería del proyecto, ya sea por detenciones, reparaciones o búsqueda de soluciones ingenieriles.

Ing. Jose Luis Seguel

10

4.2 FISURAS EN EL HORMIGON MEDICIONES DE FISURAS Mediciones: Espesor Profundidad Trayectoria Formas: Mediciones oculares: reglas Filler Lupas, etc.

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

11

4.2 FISURAS EN EL HORMIGÓN

Monografía de fisuras por retracción plástica en una losa de edificación (sin compromiso estructural).

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

12

4.3 ORIGENES DE FISURAS Las fisuras en el hormigón aparecen como consecuencia de tensiones superiores a su capacidad resistente a la tracción . Las tensiones producen variaciones en las dimensiones de los elementos de hormigón y las deformaciones generan tensiones que pueden desarrollar fuerzas importantes.

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

13

FISURAS EN EL HORMIGON CONDICIONES POR LAS QUE OCURREN LAS FISURAS: ‰ Deformaciones en el hormigón La retracción hidráulica es propia del material, su control depende de la mezcla: Usar mezclas con menor retracción La retracción térmica depende de la temperatura del hormigón: Usar mezclas a menor temperatura inicial ‰ Restricciones internas y externas al movimiento Las restricciones internas de la armadura es necesaria para el sistema de hormigón armado: La armadura permite manejar distancia y ancho de fisuras. Las restricciones externas forman parte del sistema estructural: Se podría usar diseños especiales con juntas, canterías, elementos con menor largo, etc. ‰ Deformaciones por flexión en vigas y losas La deformación excesiva del hormigón bajo carga sostenida induce a fisuración. A mayor deformación mayor ancho de la fisura: Usar diseños con mayores espesores de losa y acero que minimicen la deformación posible ‰ Reacciones químicas del cemento que pueden llegar a producir fisuras

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

14

4.3 ORIGENES DE FISURAS Las fisuras pueden tener su origen en distintas acciones, tales como las siguientes: „ Acciones de tipo mecánico: „ Compresión: origina fisuras paralelas a la dirección del esfuerzo. „ Tracción: produce fisuras perpendiculares al esfuerzo actuante. „ Flexión: genera fisuras en la zona traccionada del elemento. „ Esfuerzo de corte: origina fisuras inclinadas (45° para hormigón armado). „ Esfuerzo de torsión: origina fisuras cuyo trazado rodea el perímetro del elemento.

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

15

4.3 ORIGENES DE FISURAS „

Acciones de tipo químico: „ Ataque por ácidos „ reacción árido-álcali „ ataque por sulfatos, etc. „

Junio 2006

Acciones de tipo electroquímico: „ Corrosión de armaduras, que afecta a: - Características mecánicas del hormigón que rodea a la armadura, debido a la fisuración del recubrimiento por efecto de la expansión de los óxidos y herrumbre que se producen en la corrosión. - Características mecánicas del acero al disminuir su sección por corrosión y eventualmente una pérdida de ductilidad no bien verificada todavía. - Pérdida de adherencia acero-hormigón, como consecuencia de los dos mecanismos anteriores.

Ing. Jose Luis Seguel

16

4.3 ORIGENES DE FISURAS „

„

Junio 2006

Acciones de tipo físico: „ Contracciones y dilataciones térmicas „ Heladas (ciclo hielo – deshielo) „ Fuego „ Cristalización interna de sales, etc. Acciones de tipo reológico del hormigón: „ Retracción plástica o de secado, etc.

Ing. Jose Luis Seguel

17

EFECTOS DE TEMPERATURA SOBRE HORMIGÓN ARMADO Tº

Efectos en el hormigón

250 420

Pueden ocurrir algunos descascaramientos (spalling) del hormigón en algunas zonas. Aparecen algunas grietas y fisuras en la superficie.

300

Se inicia la pérdida de resistencia, pero en realidad solo los primeros y pocos centímetros de espesor de hormigón expuestos al fuego pueden estar mas calientes. Internamente la temperatura se mantiene baja.

400

Limite máximo aceptable para el acero de refuerzo.

550 – 600

Junio 2006

El recubrimiento de hormigón ha perdido su propiedad de protección de las armaduras, el acero de refuerzo entra en fluencia, se pierde gran cantidad de humedad residual interna y hay estallido del recubrimiento.

Ing. Jose Luis Seguel

18

EFECTOS DE TEMPERATURA SOBRE HORMIGÓN ARMADO Tº

Efectos en el hormigón

600

Sobre esta temperatura el hormigón no funciona a su capacidad completa de soporte y por lo tanto su resistencia disminuye significativamente (aprox. 40%).

700

Reducción de la capacidad de resistencia de diseño hasta la mitad.

800

Resistencia a la compresión se reduce hasta el 20%. Se producen deformaciones de los elementos del orden de 2,5%

900 – 1000

La resistencia relativa a la compresión se reduce a los valores entre el 10% y 0% de la resistencia especificada o los elementos presenta deformaciones entre 3% y 4%, incluso se puede llegar al colapso. Gran pérdida de hormigón por degradación, quedando las armaduras expuestas.

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

19

4.3 ORIGENES DE FISURAS En las losas marítimas, la fisuración por retracción se convierte en un problema muy común durante la construcción de ellas. El diagnostico de las fisuras en el hormigón se puede establecer a partir de los siguientes antecedentes: „ „ „ „ „ „ „ „

Junio 2006

Localización. Forma. Trayectoria. Espesor y profundidad (planos monográficos) Evolución en el tiempo. Fisuras estabilizadas o no (activas o no). Condiciones ambientales. Antecedentes de la construcción: resultados de probetas, juntas realizadas, edad de aparición de fisruras, etc.

Ing. Jose Luis Seguel

20

4.3 ORIGENES DE FISURAS Las causas mas comunes de la fisuracion de losa son: „

„

Retracción térmica cuyo origen es la disminución de temperatura en elementos estructurales que tienen restringidos los movimientos de contracción, las cuales son por lo general, irregulares y requieren un estudio caso a caso Retracción de secado o hidráulica Se produce por la desecación superficial del hormigón en las primeras horas. En los elementos de espesor uniforme y sin dirección preferencial, las fisuras se distribuyen al azar, orientadas según las direcciones preferentes si es que las hubieran (paralelas). Las fisuras posteriores al fraguado aparecen en elementos cuya libre contracción esta impedida, con un trazado perpendicular al eje del elemento y de ancho pequeño y constante.

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

21

4.3 ORIGENES DE FISURAS La fisuracion de las losas aumenta por: „

„ „

„

„ „

Junio 2006

Exceso de finos, asociado a altas dosis de cemento, tradicionalmente cercanas a los 400 kg/m3. Bajas relaciones A/C, generalmente controladas a 0,40. Pérdida de agua en el transporte marítimo, asociadas a los trasvasijes en el transporte. Curado ineficaz, debido a la presencia constante del viento y de alta radiación solar, que baja la eficiencia de las membranas. Riego insuficiente. Densidad de las armaduras, las cuales en las vigas suelen obligar al uso de tamaño máximo cercano a 10 mm.

Ing. Jose Luis Seguel

22

4.4 TIPOS DE FISURAS

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

23

4.4 TIPOS DE FISURAS Tipo

Forma A Sobre barras

Asentamiento B Arqueada plástico

Retracción térmica

Grandes secciones

Pavimentos por encofrados deslizantes

D Diagonal

Pavimentos y losas

E

Distribució Distribución arbitraria Sobre armaduras

Causa Principal

Causa Secundaria

Tiempo

Exceso de exudació exudación

Condiciones de 10 secado rá minutos a rápido a corta edad 3 horas

Secado rá rápido a corta edad

Baja exudació exudación

Parte superior de pilares

Cambia con C profundidad

F

Junio 2006

Posición

Losas de hormigó hormigón armado Losas muy armadas

Secado rá rápido a corta edad y barras cerca de la superficie

Ing. Jose Luis Seguel

24

4.4 TIPOS DE FISURAS Tipo Contracción térmica temprana

Forma

Juntas ineficaces

Exceso de retracció retracción por curado ineficaz

Varias semanas

Compactació Compactación deficiente

Encofrados impermeables

Mezclas ricas. Curado escaso

1 a 7 dí días (a veces mucho despué después)

Losas

Exceso de fratasado

Restricció Restricción interna

Losas gruesas

Exceso de gradiente té térmico

Losas delgadas y paredes Superficie frente a encofrado

K Exudació Exudación

Tiempo 1 dí día a 2ó3 semanas

Muros gruesos

H

Causa Secundaria Enfriamiento rápido

Exceso de calor de hidratació hidratación

J

Junio 2006

Causa Principal

Restricció Restricción G externa

Retracción de I secado a largo plazo

Afogarado

Posición

Ing. Jose Luis Seguel

25

4.4 TIPOS DE FISURAS Tipo Corrosión de armaduras Reacción árido/álcali

Junio 2006

Forma

Posición

Causa Principal

L

Natural

Vigas y pilares

Recubrimiento deficiente

M

Cloruro cálcico

Prefabricados

Exceso de cloruro cá cálcico

(Presas)

Áridos reactivos con cemento ricos en álcalis

N

Causa Secundaria Pobre calidad del hormigó hormigón

Tiempo > 2 añ años

> 5 añ años

Ing. Jose Luis Seguel

26

4.5 PREVENCIÓN DE FISURAS RECOMENDACIOES GENERALES CONTROL DE FISURAS „ Aumentar número y disminuir espesor „ Cuantía de armaduras „ Curado „

„

„

Junio 2006

Disminuir largo efectivo de elementos „ Juntas de construcción „ Canterías „ Aislar elementos mediante dilatación (en radieres) Generar fisuras en lugares seleccionados „ Canterías „ Juntas de construcción Dar tiempo para la estabilización del sistema antes de reparar, aplicar pinturas o productos de maquillaje encima. Ing. Jose Luis Seguel

27

4.5 PREVENCIÓN DE FISURAS CONTROL POR DISEÑO ESTRUCTURAL „ Cuantía de armadura „ Diámetro „ Nº barras „ Posición de armadura (cerca de superficie) „ Juntas „ Largos efectivos „ Elementos rigidizantes de borde „ Armadura pasada en juntas

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

28

4.5 PREVENCIÓN DE FISURAS CONTROL POR ARQUITECTURA „ Largo de elementos (detalles rigidizantes) „ Estructuración del edificio „ Canterías donde esconder las fisuras „ Superficies rugosas „ Papeles murales „ Calidad y tipos de pinturas

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

29

4.5 PREVENCIÓN DE FISURAS FISURAS MECÁNICAS „ Las fisuras de origen mecánico (esfuerzos), deben ser previstos en el calculo del elemento, debido a su origen estructural. FISURAS DE RETRACCIÓN „ Limitar contenido de finos y el exceso de agua. „ No utilizar áridos muy absorbentes, o que estén saturados antes de su uso. „ Mantener áridos a la sombra o húmedos para bajar su temperatura. „ Mantener superficies en contacto con el hormigón húmedas, para evitar que absorban agua. „ No agregar agua ni finos sobre la superficie par facilitar el acabado „ Evitar el exceso de vibrado „ Proteger el hormigón después de colocado e iniciar tratamiento de curado lo antes posible „ Evitar que el sol directo y el viento sobre el hormigón

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

30

4.5 PREVENCIÓN DE FISURAS FISURAS DE EXPANSIÓN O HINCHAMIENTO „ Usar hormigones compactos e impermeables „ Usar una dosis de agua reducida „ Sulfatos y sulfuros oxidables de los áridos, y sulfatos en el agua de amasado deben ser controlados. „ Sulfatos presentes en suelos o agua en contacto con hormigón obliga a usar cementos puzolanicos, siderúrgicos o portland con bajo contenido de aluminato tricalcico. „ Cloruros deben limitarse en el agua de amasado y en los áridos, para evitar corrosión en armaduras. „ Respetar recubrimientos del hormigón „ No usar áridos que originen reacción alcali-arido, y usar cementos de bajo contenido de álcalis, puzolanicos o siderúrgicos.

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

31

4.6 AGRIETAMIENTO VIGAS Y LOSAS El hormigón se agrieta rápidamente, lo que provoca que baje su resistencia a la tracción; por lo tanto, es necesario evaluar y controlar el comportamiento de las grietas en el hormigón, ya que reduce su rigidez flexural: la armadura queda expuesta a la corrosión, y se deteriora la superficie del hormigón reduciendo la vida útil del elemento. Además, la presencia de fisuramiento en los elementos de hormigón puede llegar a convertirse en un problema estético de importancia. El hormigón que rodea a las barras de refuerzo en tracción está sujeto a dos componentes de tensión: „ tensión de adherencia longitudinal o paralela a la barra. „ la tensión transversal. A medida que las cargas aumentan, la tensión longitudinal de contacto entre acero y hormigón llega al límite máximo, y cuando la tensión en el hormigón alcanza la tensión de ruptura fr se produce la grieta. En este instante, el hormigón transfiere la tensión al acero, debido a que no puede tomar tensión por la existencia de la grieta (tensión nula); luego, el eje neutro sube para mantener el equilibrio, aumentando las tensiones de compresión en el hormigón. Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

32

4.6 AGRIETAMIENTO VIGAS Y LOSAS El ancho de las grietas es función de la diferencia de alargamiento del hormigón y el acero; pero el alargamiento del hormigón y la deformación por retracción son despreciables. La expresión general tiene la forma siguiente:

β

donde:

w = αac ε s

γ

w: ancho de la grieta ac: distancia entre grietas estabilizadas (grietas principales que aumentan su ancho al aumentar la carga). α, β : valores experimentales γ : valor función del tipo de elemento. ε: alargamiento del hormigón.

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

33

4.6 AGRIETAMIENTO VIGAS Y LOSAS EVALUACIÓN DE LA GRIETA La ecuación de Gergerly y Lutz para evaluar el ancho de la grieta (experimentación), proporciona una distribución que controla razonablemente el agrietamiento por flexión en un elemento de hormigón armado; y su expresión general corresponde a: donde:

wmaximo = 1.06 x10 −5 β f s 3 d c A

wmaximo: ancho máximo de la grieta, en [centésimos de mm]. β : factor de profundidad. Valor aproximado es: 1.20 para vigas, y 1.35 para losas. fs: tensión calculada en la armadura debido a las cargas de servicio fs, en [MPa], calculado como el momento divido por el producto del área de armadura por el brazo de palanca interna:

fs =

Junio 2006

M = 0.6 f As y

y

Ing. Jose Luis Seguel

34

4.6 AGRIETAMIENTO VIGAS Y LOSAS dc: espesor del recubrimiento de hormigón, medido desde fibra extrema en tracción al centro de la primera capa de armaduras, en mm. A: área efectiva en tracción del hormigón que rodea a la armadura en tracción por flexión y que tiene el mismo centroide que dicha armadura, dividida por el número de barras o de alambres, mm2. Si existen distintos diámetros, el área total de la armadura dividida por el área de la barra de mayor diámetro.

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

35

4.6 AGRIETAMIENTO VIGAS Y LOSAS ACI 318 - 1995 Cuando la tensión de fluencia de diseño fy para la armadura en tracción supera los 280 MPa, las secciones transversales de momentos máximos positivos y negativos deben controlar el agrietamiento. El ACI 318-95 propone un factor z para el control de grietas por flexión, definido por la siguiente expresión: donde:

z = fs 3 dc A fs, dc y A son los parámetros ya definidos para la ecuación de Gergerly y Lutz. La norma AASHTO, en su sección de hormigón armado, se basa en el mismo criterio definido por el ACI318, pero en vez del valor de z, se controla el valor de la tensión del acero en servicio fs, el cual es función de z:

fs =

Junio 2006

z

3

dc A

Ing. Jose Luis Seguel

36

4.6 AGRIETAMIENTO VIGAS Y LOSAS Las secciones de hormigón armado deben dimensionarse de modo que el valor de z no debe exceder los siguientes límites, para las distintas secciones según el tipo de ambiente o exposición donde se encuentre:

1

z

Tipo de ambiente

z ≤ 30 MN/m

Exposición interior

z ≤ 25 MN/m

Exposición exterior

z ≤ 20 MN/m

Ambiente agresivo1

Referencia Norma AASHTO para cajones enterrados.

El ACI 318 establece que las disposiciones anteriores no son suficientes para estructuras que quedan en ambientes agresivos, o cuando se diseñan para ser impermeables, se requiere investigación y precauciones especiales. El área efectiva en tracción que rodea a la armadura principal se define como aquella que tiene el mismo centroide que la armadura.

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

37

4.6 AGRIETAMIENTO VIGAS Y LOSAS No olvidar que varias barras con un espaciamiento moderado son mucho más efectivas para controlar el agrietamiento que una o dos barras de gran diámetro de un área equivalente; en otras palabras, para asegurar la protección de la armadura contra la corrosión y por razones estéticas, son preferibles muchas grietas muy finas, capilares, que pocas grietas anchas.

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

38

4.6 AGRIETAMIENTO VIGAS Y LOSAS ANCHOS DE GRIETAS ADMISIBLES Los anchos de grietas admisibles dependen de la condición de exposición del elemento de hormigón armado. Condiciones de exposición

Junio 2006

Ancho máximo mm

Aire seco o membranas protectoras (exposición interior)

0.41 (equivalente a z = 30)

Humedad, rocío, aire, sol (exposición exterior)

0.30 (equivalente a z = 25

Químicos agresivos

0.18

Agua de mar, ambiente marino

0.15

Estructura para retener agua (sin presión)

0.10

Ing. Jose Luis Seguel

39

4.6 AGRIETAMIENTO VIGAS Y LOSAS ACI 318 - 2005 La armadura de tracción por flexión debe distribuirse adecuadamente en las zonas de tracción máxima por flexión de la sección transversal de un elemento. El espaciamiento s de la armadura más cercana a una superficie en tracción (1ra capa de armadura) no debe ser mayor que el dado por:

s=

96000 75000 − 2.5c c ≤ fs fs

donde: s: espaciamiento medido centro a centro de la armadura de tracción por flexión más cercana a la cara extrema en tracción, en mm. fs: medido en MPa, para cargas de servicio debe ser calculado como el momento no mayorado dividido por el producto del área de acero y el brazo interno de momento. Se permite tomar fs = 0.6 fy cc: recubrimiento libre desde la superficie más cercana en tracción a la superficie de la armadura en tracción, en [mm].

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

40

4.6 AGRIETAMIENTO VIGAS Y LOSAS Esta sección reemplaza los requisitos para el factor z dados por código ACI 318 – 2005, y el espaciamiento máximo de las barras, s, se establece en forma directa. Por ejemplo, para una viga armada con acero con tensión de fluencia 420 MPa y 50 mm de espaciamiento libre a la armadura principal, y fs = 250 MPa, el espaciamiento máximo es 250 mm. El ancho de las grietas en las estructuras es altamente variable. Se destaca que en la ediciones previas del código de diseño ACI, se daban disposiciones para la distribución de la armadura que estaban basadas en ecuaciones empíricas usando un ancho de grieta calculado de 0.4 [mm] (ver ACI 318-95). En cambio, las disposiciones del ACI 318-2005 para el espaciamiento intentan controlar el agrietamiento superficial a un ancho que es generalmente aceptable en la práctica pero que puede variar ampliamente dentro de una estructura dada.

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

41

4.6 AGRIETAMIENTO VIGAS Y LOSAS Por otro lado, la influencia de las grietas en la corrosión de las armaduras es un tema controvertido, donde las investigaciones muestran que la corrosión no está claramente relacionada con el ancho de grieta superficial en los rangos normalmente encontrados para las tensiones de la armadura a nivel de cargas de servicio (no se dispone de evidencia experimental clara respecto al ancho de la grieta a partir del cual existe peligro de corrosión). Por esta razón, se ha eliminado la distinción entre exposición interior y exterior.

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

42

4.7 AGRIETAMIENTO VIGAS ALTAS VIGAS ALTAS Si la altura útil de una viga mide más de 1.00 [m] (ó 3 ft según unidades americanas), debe distribuirse uniformemente armadura superficial longitudinal (o armadura de piel) en ambas caras laterales del elemento en una distancia d/2 cerca de la armadura de tracción por flexión. La razón de esta recomendación es que experimentalmente se ha visto que en la mitad de la altura de las vigas altas o cerca de esta zona, el ancho máximo de fisuras por flexión puede ser 2 o 3 veces más grande que el ancho de la misma fisura en la fibra en tensión donde se origina dicha fisura. Según el código ACI 318-99, el área necesaria de armadura longitudinal Ask por metro de altura en cada cara lateral debe satisfacer la siguiente expresión: Ask ≥ 1.0 (d - 750) donde: d medido en mm. Ask medido en mm2. Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

43

4.7 AGRIETAMIENTO VIGAS ALTAS

Armadura de piel para vigas altas sometidas a momentos positivos: ancho de fisuras y ubicación de armadura .

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

44

4.7 AGRIETAMIENTO VIGAS ALTAS OTROS REQUISITOS DE DISEÑO VIGAS ALTAS 1. El espaciamiento máximo de la armadura superficial debe ser menor que los valores d/6 ó 300 [mm]. 2. Se destaca que el código ACI 318-05 agrega una condición al espaciamiento:

1000 Ab ( d − 762)

del cual sale expresión indicada anteriormente para la armadura lateral Ask. 3. El área total de armadura superficial longitudinal en ambas caras no necesita exceder la mitad de la armadura de tracción por flexión requerida. 4. Si se requiere más armadura para vigas altas o muros, sus disposiciones de cuantía y espaciamiento prevalecen por encima de estas. No olvidar que el objetivo de esta armadura es controlar el agrietamiento en el alma (superficie exterior); si no se coloca dicho acero auxiliar, el ancho de las grietas dentro del alma puede exceder en gran medida el ancho de las grietas al nivel de la armadura de tracción por flexión.

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

45

4.8 REPARACIÓN DE FISURAS SOLUCION A LA FISURACIÓN Las fisuras siempre existen y son normales, por lo cual hay que dar Indicaciones de qué hacer con ellas: „

Aceptarlas

„

Controlarlas

„

Repararlas

„

Maquillarlas

Pueden llevar a un mayor costo asociado de la construcción si el estándar de fisuración especificado es mayor que el normal

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

46

4.8 REPARACIÓN DE FISURAS RECOMENDACIONES PARA REPARACION Las fisuras deben estar limpias antes de su reparación, eliminado todo el hormigón afectado por la fisuración y el material extraño que pudiera haberse introducido. Al reparar las fisuras con mortero y resinas epoxicas, se debe tener la precaución de que el hormigón este siempre seco, en especial, con las resinas. Muchas fisuras se reparan por una finalidad estética y no estructural, y en estos casos, se deben usar métodos y materiales adecuados, con el fin de que no resalte la zona afectada.

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

47

4.8 REPARACION DE FISURAS REPARACIÓN DE FISURAS „ No se reparan las fisuras en elementos recubiertos por estucos o yeso „ No se reparan las fisuras en hormigón a la vista a menos que el arquitecto lo disponga „ Las fisuras con movimiento se reparan con productos elásticos „ La forma de reparar depende principalmente de los siguientes factores: „ Espesor de la fisura „ El tiempo transcurrido „ Los resultados deseados „ Para los elementos de hormigón que se pinta, se recomienda reparar todas las fisuras de más de 0,3 mm (puede variar con elasticidad de la pintura a usar). „ Las fisuras de más de 1,5 mm se inyectan

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

48

4.7 REPARACION FISURAS REPARACIÓN CON MORTERO Orientado al relleno de fisuras mayores, donde se utiliza el siguiente mortero de reparación: „ Dosificación: 1 parte cemento, 2.5 partes de arena que pase por tamiz 1.18 mm (o ASTM 16). „ Consistencia: al moldear una bola de mortero con la mano, esta debe mantener su forma. „ Se recomienda usar cemento blanco, con el fin de disimular la reparación de la fisura (estética). Procedimiento básico: „ Vaciar el mortero de reparación en la fisura. „ Compactar por apisonamiento. „ Alisar la superficie con paleta de madera. „ Curar el mortero con agua, o con compuesto de curado. „ Las resinas epóxicas (aplicadas a superficies de hormigón) y el látex (aplicadas en la mezcla del mortero) mejoran la unión entre el mortero y el hormigón. Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

49

4.7 REPARACION FISURAS REPARACIÓN CON ASFALTO Orientado al relleno de fisuras sometidos a deformaciones constantes, que permitan pequeños movimientos sin romperse. Ideales para evitar la filtraciones de agua por las fisuras. Procedimiento básico: „ Se puede aplicar en caliente o frío. „ Los materiales por lo general son una mezcla de asfalto, caucho y filler (o similar)

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

50

4.7 REPARACION FISURAS REPARACIÓN CON RESINAS EPOXICAS Para reparación de fisuras, hasta fisuras muy finas (0.05 mm con equipo de inyección adecuado). Procedimiento básico Reparación fisura 3 mm: „ Perforaciones de 25 mm de profundad a lo largo de la fisura, y espaciados a 60 cm entre si. „ Colocar dispositivos de inyección en las perforaciones (boquillas). „ Sellar superficialmente la fisura con resina, dejando pequeñas protuberancias cada 15 cm a lo largo de la fisura „ Una vez endurecida la resina superficial, inyectar resina por medio de los dispositivos instalados. Procedimiento básico Reparación fisura > 3 mm: „ Rellenar con mortero epoxico: mezcla de resina y arena fina bajo tamiz ASTM 16, con una dosificación 1:3. „ Una vez limpia la fisura, se vierte el mortero, asegurando que llena completamente la zona y quede bien compactado.

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

51

4.7 REPARACION FISURAS EJEMPLO 1 Zona a demoler

A. PROCEDIMIENTO REPARACIÓN: „ Se debe picar la zona adyacente a la fisura, dejando despejada la zona trasera del pilar. „ Se debe ubicar la dilatación de 45 mm en la zona trasera del pilar con aislapol. „ Se inyectan barras f10@20 según esquema con producto Sikadur 31 Gel (adhesivo epóxico) o similar con un mínimo de 15 cm de empotramiento en el hormigón endurecido „ Se aplica un puente de adherencia epoxico Sikadur 32 Gel o similar de sobre el hormigón, antes de colocar el hormigón fresco. „ Se hormigona la zona demolida. Junio 2006

Barras φ10@20

15 cm

Variable

Esquema General

Ing. Jose Luis Seguel

52

4.7 REPARACIÓN FISURAS EJEMPLO 2 B. INYECCION DE FISURAS 1. Realizar limpieza Limpiar toda la zona cercana a la fisura, y hacer un pequeño rebaje en V en la fisura, tal como muestra en la figura:

SELLAR EN CASO DE ATRAVIESO DE FISURA CON SIKADUR 31

Si es necesario, se debe realizar una remoción del hormigón, hasta llegar a la armadura de refuerzo. Se tratara con agua a presión y/o aire comprimido excento de aceite. Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

53

4.7 REPARACION FISURAS 2. Inyección Se inyectara un tipo de sistema a base de resina epoxica, excento de solventes y de buena fluidez, por ejemplo, Sikadur 52, base epoxica para inyecion y morteros epoxicos, producto de alta adherencia y resistencia mecánica, que no tiene retracciones durante su endurecimiento. Al momento de efectuar la inyección, el hormigón debe tener a lo menos 28 días y las superficies de la fisura deben encontrarse sanas, exentas de polvo completamente, o cualquier tipo de impregnación que pudiese actuar como elemento desmoldante que impida lograr una buena adherencia. En el caso de existir fisuras que llegasen a atravesar la losa, es recomendable sellar la parte inferior de esta con Sikadur 31, e inyectar en la zona superior de la losa directamente hasta constatar un completo llenado. Si el espesor es muy grande, > 60 cm, se deberá inyectar por arriba y por abajo. Se deberá seguir todas las recomendaciones del fabricante. Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

54

MINISTERIO DE OBRAS PÚ PÚBLICAS DIRECCIÓ DIRECCIÓN DE OBRAS PORTUARIAS DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIÓ CONSTRUCCIÓN

HORMIGÓN: COMPORTAMIENTO Y CONSTRUCCIÓN IV. FISURAS Y GRIETAS EN EL HORMIGÓN Relator: Ing. José Luis Seguel R.

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

55

Junio 2006

Ing. Jose Luis Seguel

56