Agrietamiento De Las Superficies De Concreto.docx

Agrietamiento de las superficies de concreto Resumen: En ingeniería civil, el concreto es uno de los materiales más utilizados en la constitución de sistemas estructurales diversos. Éste es un material pétreo y artificial, compuesto de agregados gruesos y finos, pasta cementante (cemento y agua) y ocasionalmente, aditivos. Las ventajas que ofrece su capacidad de moldeabilidad y adaptación a las formas de la cimbra que lo contiene, permiten su empleo tanto en estructuras pequeñas como de gran envergadura. Aunque el concreto requiere de elementos de refuerzo adicionales, que absorban los esfuerzos de tensión debido a su poca capacidad resistente ante estos efectos, su uso extendido se debe además a la alta disponibilidad de sus materiales constitutivos. Los factores que contribuyen al deterioro de este material, asociados a la carga y a condiciones ambientales se clasifican en efectos mecánicos, efectos físicos, efectos químicos y electroquímicos. En elementos de concreto, las fisuras se originan en los puntos más débiles, ya que la heterogeneidad del material hace que la resistencia de cada sección sea distinta, por esta razón, la progresiva microfisuración se debe a concentraciones de esfuerzos normales de tensión. En diversos estudios de seguimiento de deformaciones aunado a observaciones microscópicas en el concreto, muestran que la respuesta macroscópica del concreto ante esfuerzos, está relacionada con la propagación interna de microfisuras y su evolución en el mismo.

Introducción: Las condiciones de servicio de una estructura quedan determinadas por sus deformaciones, agrietamientos ,la corrosión del refuerzo y los deterioros en la superficie de concreto ; los deterioros en la superficie, se pueden minimizar con un control apropiado de la mezcla ,el colado y el curado del concreto , en el caso de las deflexiones y agrietamientos , se pueden disminuir y/o eliminar con el uso de un recubrimiento adecuado, un control estricto en la calidad de los materiales y aplicando en el diseño los métodos apropiados para el control de estos problemas Son diversas las causas que conducen el agrietamiento del concreto, siendo las principales las deformaciones debidas a los cambios volumétricos y los esfuerzos ocasionados por las fuerzas de tensión, por momentos flexionantes o por fuerzas cortantes. Los cambios volumétricos ocasionados por cambios de temperatura y por contracción producen esfuerzos de tensión en los elementos estructurales cuando existe algún tipo de restricción, cuando estos esfuerzos son superiores a los que soporta el concreto, se presentan agrietamientos ,estos pueden controlarse ,ya sea por medio de refuerzo apropiadamente distribuido ,generalmente especificado en los reglamentos con base empíricas o disponiendo de juntas de control que hacen que las grietas aparezcan en lugares definidos. Las razones por las que se debe de controlar el agrietamiento son la apariencia y el riesgo de corrosión del acero de refuerzo. El tratamiento del problema en el diseño de estructuras de concreto tiene un doble aspecto, por una parte, se debe de contar con métodos para predecir la separación y el ancho de las grietas y por otra establecer límites aceptables para el ancho de grietas

Agrietamiento Cuando se usa acero de refuerzo de alta resistencia bajo esfuerzos debidos a cargas de servicio, aparecen grietas visibles, por los que es necesario tomar precauciones al detallar el acero de refuerzo con objeto de controlar las grietas, para asegurar la protección del refuerzo contra la corrosión, y por razones estéticas, pues son preferibles, muchas grietas muy finas a pocas grietas anchas. El control del agrietamiento es particularmente importante cuando se utilizan varillas con una resistencia a la fluencia mayor a kg/𝑐𝑚2 , las practicas actuales de detallado del refuerzo generalmente conducen a un adecuado control del agrietamiento, aun cuando se utilizan varillas con fv igual a 4200 kg/𝑐𝑚2 Mediante ensayos de laboratorio, se ha confirmado que el ancho de la grieta debida a las cargas de servicio, es proporcional al esfuerzo en el acero, sin embargo, se encontró que las variables más significativas en la aparición de grietas son el espesor del recubrimiento de concreto y el área de concreto en la zona de tensión máxima alrededor de cada varilla de refuerzo El ancho de las grietas está sujeto a una amplia dispersión, y está influido por la contracción y otros efectos que dependen del tiempo. El mejor control del agrietamiento es el que se obtiene cuando el acero de refuerzo está bien distribuido en la zona de tensión máxima

¿Cuáles son algunas formas de grietas? El concreto (hormigón), al igual que otros materiales de construcción, se contrae y expande con los cambios de humedad y temperatura, y se deforma dependiendo de la carga y de las condiciones de apoyo. Pueden ocurrir grietas cuando no se han tomado las medidas necesarias en el diseño y la construcción para soportar dichos movimientos. Algunas formas comunes de grietas son: …………………………………………………………………..

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Figura A: Grietas por retracción plástica

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Figura B: Grietas debidas a la colocación de juntas inapropiadas

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Figura C: Grietas debidas a restricciones continuas externas (Ejemplo: muro colocado en un lugar restringido a lo largo del eje del fondo del cimiento)

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Figura D: Grietas debidas a la falta de una junta de aislamiento

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Figura E: Grietas en D por congelación y deshielo

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Figura F: Resquebrajamiento o grietas aleatorias

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Figura G: Grietas por asentamiento

¿Por qué se agrietan las superficies de concreto? La mayoría de las grietas del concreto ocurren usualmente debido a un diseño y a prácticas de construcción inadecuados, tales como: 

Omisión de juntas de contracción y aislamiento y prácticas inadecuadas de realización de juntas.

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Inadecuada preparación de la superficie de colocación.

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La utilización de un concreto de elevado asentamiento o excesiva adición de agua en el lugar.

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Acabado o terminación inadecuada.

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Curado inadecuado o nulo

¿Cómo prevenir o minimizar el agrietamiento? Todo concreto tiene tendencia a agrietarse y no es posible producir un concreto completamente libre de grietas, sin embargo, el agrietamiento puede ser reducido y controlado si se siguen las prácticas básicas de construcción: a) Sub-base y Encofrado. Toda la capa vegetal y las zonas blandas deben ser removidas. El suelo debajo de la losa deberá ser un suelo compacto o un relleno granular, bien compactado con rodillo, vibración o apisonado. La losa y por supuesto la sub-base deben tener pendientes para el drenaje. Todo encofrado debe ser construido y reforzado de manera que resista la presión del concreto para evitar movimiento. Las barreras de vapor que están directamente debajo de una losa de hormigón incrementan la exudación (sangrado) y elevan el agrietamiento potencial, especialmente con un concreto de elevado asentamiento (revenimiento). Cuando se utiliza una barrera de vapor, cúbrala con 3 a 4 pulgadas de un relleno granular compactable, como por ejemplo un material de trituración, para reducir la exudación. Justo antes de la colocación del concreto, humedezca ligeramente la sub-base, el encofrado y el refuerzo si existen condiciones severas de secado. b) El Concreto. En general, utilice concreto con moderado asentamiento (no mayor de 5

pulgadas, o sea 125 mm). Evite efectuar el retemplado o acomodo de la mezcla de concreto para incrementar su asentamiento antes del vaciado. Un elevado asentamiento (de hasta 6 ó 7 pulgadas, o sea de 150 a 175 mm) puede ser utilizado si la mezcla está diseñada para aportar la resistencia requerida sin exudación y/o segregación excesiva. Esto se logra generalmente mediante la utilización de un aditivo reductor de agua. c) Terminación. El enrase inicial deberá ser seguido inmediatamente por el allanado. NUNCA ejecute los trabajos de nivelación y alistado con la presencia de agua en la superficie o antes de que el concreto haya completado su exudación. No sobrecargue o sobretermine la superficie. Cuando las condiciones ambientales conducen a una elevada tasa de evaporación, utilice medios para evitar un rápido secado y con ello el agrietamiento por retracción plástica, mediante barreras de viento, atomizador con agua (nebulizador), y cubriendo el concreto con mantas húmedas o con láminas de polietileno entre las operaciones de acabado.

d) Curado. El curado es un paso importante para asegurar un concreto resistente al agrietamiento. Comience a curar tan pronto como sea posible. Selle la superficie con un compuesto curador de membrana o cúbralo con mantas húmedas y manténgalo mojado como mínimo por 3 días. Una segunda aplicación del compuesto de curado al día siguiente es un buen paso de aseguramiento de la calidad. e) Juntas. Los cambios volumétricos anticipados, debidos a la temperatura y/o a la humedad deben ser resueltos mediante juntas de construcción o de contracción aserrando, encofrando o ejecutando con herramientas que hagan ranuras de alrededor de 1/4 a 1/3 del espesor de la losa, espaciados entre 24 a 36 veces dicho espesor. Las juntas hechas con herramientas o cortadas con sierra deben ser ejecutadas en el momento apropiado. Se recomienda un espaciamiento máximo de 15 pies (4.57 m) para las juntas de contracción. Las losas o paneles deben ser cuadrados y su longitud no debe exceder de 1,5 veces su ancho. Deben preverse juntas de aislamiento siempre que se anticipen restricciones a la libertad del movimiento vertical u horizontal, como en los casos de pisos que se encuentren con muros, columnas o cimientos. Estas son juntas de la misma profundidad del elemento y se construyen insertando una barrera de algún tipo para evitar la adherencia entre la losa y los otros elementos. f) Recubrimiento sobre el Acero de Refuerzo. Asegurando suficiente recubrimiento de concreto (como mínimo de 2 pulgadas o 50 mm), para mantener la sal y la humedad fuera del contacto con el acero, se evitarán las grietas en el concreto armado debidas a la expansión del óxido sobre el acero de refuerzo.

Mecanismo Clásico De Agrietamiento Se han propuesto mecanismos que sirven de base para calcular el ancho y la separación de las grietas, cuyas hipótesis se basan en la distribución de esfuerzos en el concreto, la que a su vez depende de la forma en la que se transfieren los esfuerzos del acero al concreto. El mecanismo clásico de agrietamiento supone una distribución uniforme de esfuerzos de tensión en un área efectiva de concreto y una cierta distribución de esfuerzos de adherencia a lo largo del refuerzo. la forma en que aparecen las grietas se explica de la siguiente manera. Al aplicar una fuerza T de tensión , aparecen grietas primarias en las secciones débiles del elemento ,las cuales son localizadas al azar , en estas secciones el esfuerzo del acero es T/𝐴𝑡 .En otras secciones el esfuerzo del acero es menor ,ya que la fuerza de tensión se transmite parcialmente al concreto por adherencia ,si la transmisión de esfuerzos de tensión al concreto ,es tal que se alcanza la resistencia del material, se forma una nueva grieta en una sección situada aproximadamente en el centro de las dos grietas existentes Este mecanismo clásico de agrietamiento ,indica que este fenómeno esta sujeto a una gran variabilidad ,si la separación L entre dos grietas ,es ligeramente mayor,se forma una nueva grieta entre estas

Ancho De Grietas Por medio de estudios experimentales se han determinado los factores que mayor influencia tienen en el ancho de las grietas, encontrándose que este: -

Es mayor cuando se utilizan varillas lisas, que cuando se utilizan varillas corrugadas

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Es directamente proporcional al espesor del recubrimiento

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Aumenta con el esfuerzo en el acero, siendo esta variable la más importante

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Depende del área de concreto que rodea a las varillas en la zona de tensión, y disminuye cuando el refuerzo esta mejor distribuido en esta zona

Estas variables son tomadas en cuenta en las fórmulas para el cálculo del ancho de grietas. Existen numerosas fórmulas para predecir el ancho de grietas como la de la portland cement association(P.C.A) , la de la cement and Concrete Asociation (C.C.A) y las de la GergelyLutz. Gergerly-Lutz proponen ecuaciones para el cálculo del ancho de grietas en la fibra extrema de tensión y al nivel del acero de refuerzo. El reglamento ACI en su especificación para la distribución del refuerzo por flexión, que dentro de lo razonable evite las grietas, toma como base la ecuación propuesta para el ancho de grieta en la fibra extrema a tensión

Donde A es el área de concepto que rodea a cada varilla ,tb es el recubrimiento, inferior medido desde el centro de la varilla más baja, ts es el recubrimiento lateral medido desde la última varilla,h1 es la altura medida desde el eje neutro hasta el centroide de las varillas ,y el fs es el esfuerzo en el acero

Conclusiones Las razones por las que se debe de controlar el agrietamiento son la apariencia y el riesgo de corrosión del acero de refuerzo. El tratamiento del problema en el diseño de estructuras de concreto tiene un doble aspecto, por una parte, se debe contar con métodos para predecir la separación y el ancho de las grietas y por otra establecer límites aceptables para el anche de grietas. Según la la norma E060 de Concreto Armado, capítulo 9 “Requisitos de resistencia y de servicio” dice que: “Para estimar los esfuerzos en el acero y el concreto producidos por las acciones exteriores en condiciones de servicio, pueden utilizarse las hipótesis usuales de la teoría elástica de vigas. Si el momento actuante en servicio es menor que el momento asociado con el agrietamiento por flexión de la sección, se considerará la sección completa de concreto sin tener en cuenta el acero de refuerzo. Si el momento actuante es mayor que el momento de agrietamiento se utilizarán las propiedades de la sección transformada, despreciando el aporte del concreto en la zona de tracción” .