Fisuras P001-1.pdf

La Fisuración en Las Edificaciones Causas, Evaluación y Reparación SESION 1 Dra. Tania Croston [email protected]

Jueves, 20 de octubre de 2016

Contenido 20.X

1. Concreto y sus principales daños 2. Fisuración 3. Causas y control

21.X

4. Métodos y equipos para su diagnóstico 5. Seguimiento y reparación 6. Estudio de casos

22.X

Dra. Tania Croston

Gira técnica

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Contenido Introducción 1. Concreto y sus Principales daños 2. Fisuración Receso 3. Causas y Control

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1. Introducción (1/6) El concreto u hormigón está compuesto por un material aglomerante al que se le añada partículas o fragmentos de agregados, agua y aditivos específicos.

D. Sánchez, 1996

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1. Introducción (2/6) Componentes del Cemento portland

D. Sánchez, 1996

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1. Introducción ˘ Durabilidad (3/6) „

Unos de los requerimientos más importantes del concreto es que este sea durable bajo ciertas condiciones de exposición.

„

La durabilidad esta estrechamente relacionada con las condiciones de exposición al MA, el cual puede generar deterioro por causas físicas, químicas o mecánicas.

„

Pueden existir también causas internas (e.g., permeabilidad, materiales constituyentes o cambios de volumen debidos a diferencias en propiedades térmicas) que afectan a la durabilidad.

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1. Introducción − Flujograma (4/6)

[H.A.Muñoz, modificada] Dra. Tania Croston

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1. Introducción − Flujograma (5/6)

[H.A.Muñoz, modificada]

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1. Introducción ˘ Porosidad (6/6) Es la cantidad de espacios vacíos que quedan inmersos dentro de la matriz por la evaporación del agua o la presencia del aire. Importantes para la durabilidad

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Contenido 1. Concreto y sus Principales daños 1.1 Defectos de construcción 1.2 Desintegración 1.3 Distorsión o movimiento 1.4 Erosión 1.5 Daños en las juntas 1.6 Filtraciones 1.7 Fragmentación

2. Fisuración 2.1 Tipos de fisuras y grietas 2.2 Fisuras según su apariencia 2.3 Otras clasificaciones 2.4 Esquema de ubicación de fisuras 2.5 Tiempo cuando aparece la fisuración

ACI 201.1R Guía para realizar una inspección de las condiciones del concreto en servicio Dra. Tania Croston

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1.1 Defectos de construcción (1/6) 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5

Juntas frías Agujeros de insectos Acero de refuerzo expuesto Comején Superficie irregular

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1.1 Defectos de construcción (2/6) 1.1.1 Juntas frías

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1.1 Defectos de construcción (3/6) 1.1.2 Agujeros de insectos

Pequeñas cavidades regulares o irregulares que no exceden normalmente más de φ 15mm, pueden producirse por una mala limpieza del encofrado, fluidez insuficiente del concreto … Estas cavidades resultan de la inclusión de burbujas de aire en la superficie del concreto formadas durante su vaciado y/o compactación.

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1.1 Defectos de construcción (4/6) 1.1.3 Acero de refuerzo expuesto

Los elementos más finos se escapan y el concreto se resume a una aglomeración de agregados sin una gran cohesión.

1.1.4 Comején Dra. Tania Croston

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1.1 Defectos de construcción (5/6) El comején puede producirse por: • El vaciado de altura, los aceros se comportan como un tamiz y separan los agregados finos de los gruesos. • El exceso de vibración … El comején están generalmente localizados en la parte inferior del elemento, lugar que representa un peligro ya que el concreto es privado de cohesión. Dra. Tania Croston

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1.1 Defectos de construcción (6/6) 1.1.5 Superficie irregular

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1.2 Desintegración (1/7) 1.2.1 Definición Es la deterioración del concreto en pequeños fragmentos o partículas resultantes de diferentes acciones. 1.2.2 Tipos de desintegración Ampollas Descascaramiento Pulverización Delaminación Hinchamiento Dra. Tania Croston

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1.2 Desintegración (2/7)

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1.2 Desintegración (3/7) Ampollas

Es el hinchamiento parcial de la epidermis del concreto provocado por la pérdida de la adherencia superficial del mortero o concreto. Esto ocurre durante o poco después que el acabado es terminado debido al aire atrapado o el agua de exudación (sangrado). Dra. Tania Croston

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CIP13 19 de 72

1.3 Desintegración (4/7) Descascaramiento o escamado (scaling) Ligero Moderado

No AG

(de (de 55 aa 10mm) 10mm)

Severo

Muy severo

(10 de 20 mm)

(> 20 mm)

CIP2, ACI201.1R Dra. Tania Croston

Congelamiento y deshielo Fisuración en Edificaciones - X.2016

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1.2 Desintegración (5/7) Pulverización Es la formación de polvo debido a la desintegración de la superficie del concreto. Sus características son: a)

Producen polvo bajo cualquier tipo de tráfico

b) Pueden ser fácilmente raspadas con una uña e incluso se pueden deshacer

CIP1

Puede ser producto: acabado prematuro en presencia de agua de exudación; vaciado sobre sub-base no absorbente; acabado con condensación de humedad sobre el concreto frío; espacios cerrados en presencia de CO2 (carbonatación); curado insuficiente e inadecuada protección del concreto fresco. Dra. Tania Croston

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1.2 Desintegración (6/7) Delaminación Ocurre en la superficie del concreto (3 a 6mm) densificada, principalmente por un prematuro e inapropiado acabado que produce la separación por una delgada capa de aire y agua. La superficie puede tener fisuras y diferencias de color debido al rápido secado de la delgada capa durante el curado. CIP 20 Dra. Tania Croston

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1.2 Desintegración (7/7) Hinchamiento

Es la aumentación del volumen de concreto. Este daño es acompañado de fisuras, fragmentación y otros tipos de desintegración. Dra. Tania Croston

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1.3 Distorsiones o Movimientos (1/7) 1.3.1 Definición Es el cambio del alineamiento de los componentes de una estructura. 1.3.2 Tipos de distorsión o movimiento Inclinación Alabeo (curling) Pandeo Formación de falla Asentamiento Dra. Tania Croston

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1.3 Distorsiones o Movimientos (2/7) 1.3.2 Tipos de distorsión Inclinación

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Es el cambio del alineamiento de los componentes de una estructura, generalmente debido a los asentamientos diferenciales o cargas accidentales. Fisuración en Edificaciones - X.2016

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1.3 Distorsiones o Movimientos (3/7) Alabeo (curling)

Es la distorsión de la losa con alabeos hacia arriba o hacia abajo en los extremos de la losa. Es producido generalmente de la diferencia de temperatura y humedad en la parte superior e inferior de la losa.

CIP19

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La retracción por secado incrementa el alabeo. Fisuración en Edificaciones - X.2016

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1.3 Distorsiones o Movimientos (4/7) Alabeo

Cóncavo hacia arriba – típico de losas internas.

Cóncavo hacia abajo. Dra. Tania Croston

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1.3 Distorsiones o Movimientos (5/7) Pandeo Es el estado de inestabilidad elástica de una pieza esbelta cargada en su eje neutro que produce una flexión lateral que puede provocar la ruina de la estructura. Por ejemplo puede ser producido por el flexionamiento brusco lateral de un elemento bajo la carga axial (columna) o carga transversal (viga).

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1.3 Distorsiones o Movimientos (6/7) Formación de falla

Esta tipo de daño se observa generalmente en losas y se produce por la pérdida de nivel del conjunto de losas, se puede identificar sin esfuerzo el lugar de la falla.

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1.3 Distorsiones o Movimientos (7/7) Asentamiento

Es la disminución del volumen del terreno bajo el efecto de una sobrecarga (o vibraciones en el caso de arenas), por la expulsión del agua intersticial o por el rearreglo de su composición interna. Esto muestra el debilitamiento de los suelos bajo su propio peso.

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1.4 Erosión (1/4) 1.4.1 Definición Es la pérdida o desgaste del material debido a fuerzas de contacto que producen éstas pérdidas.

1.4.2 Tipos de erosión Abrasión Cavitación Frotación Fricción

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1.4 Erosión (2/4)

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1.4 Erosión (3/4) 1.4.2 Tipos de erosión Cavitación

Abrasión

Velocidad del agua > 12,2m/s Dra. Tania Croston

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1.4 Erosión (4/4) 1.4.2 Tipos de erosión Fricción

Frotación

Pasar muchas veces Dra. Tania Croston

Roce de 2 cuerpos Fisuración en Edificaciones - X.2016

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1.5 Pérdida del material en juntas (1/2) 1.5.1 Definición Es la pérdida o desgaste del material debido a fuerzas de contacto que producen éstas pérdidas. 1.5.2 Tipos de pérdidas Pérdida completa Pérdida parcial Dra. Tania Croston

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1.5 Pérdida del material en juntas (2/2) 1.5.2 Tipos de pérdidas Pérdida completa

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Pérdida parcial

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1.6 Filtraciones (1/9) 1.6.1 Definición

Es el paso del agua u otros fluidos a través de los poros del concreto. 1.6.2 Tipos de filtraciones Incrustación Exudación Decoloración Corrosión Eflorescencia Lixiviación Dra. Tania Croston

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1.6 Filtraciones (2/9) Decoloración

CIP23

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Se debe a los cambios en el cemento o a la fuente de agregado fino, esto es raro e insignificante. El cemento que a sido hidratado largo tiempo va a generar un color más claro. Un color amarilloso o verdoso puede aparecer cuando se usa escoria como parte del material cementante. Fisuración en Edificaciones - X.2016

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1.6 Filtraciones (3/9) Corrosión

Reacción química o electroquímica entre un material (metal) y el Medio Ambiente (MA) que produce el deterioro del material y sus propiedades. Esto se puede producir cuando el recubrimiento es muy poroso, muy delgado o es degradado por agentes del MA.

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1.6 Filtraciones (4/9) El mecanismo comprende dos fases:

Fase de incubación.

Fase de crecimiento o propagación.

Depende de las reacciones químicas o electroquímicas.

Comprende la formación del óxido y los estados últimos de degradación.

[Andrade C.,1988]

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1.6 Filtraciones (5/9) El mecanismo comprende dos procesos:

Proceso anódico.

Proceso catódico.

2Fe = 2Fe++ + 4edisolución del hierro y liberación de los electrodos.

O2 + 2H2O + 4e- = 4OHConsumo de electrodos y reducción del oxígeno.

2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe++ + 4OH- = 2Fe(OH)2 Dra. Tania Croston

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1.6 Filtraciones (6/9)

[Mehta y Monteiro; ACI 222R-5] Dra. Tania Croston

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1.6 Filtraciones (7/9) Tipos de corrosión El film pasivo del acero de refuerzo es una monocapa molecular superficial que previene la disolución de los átomos de metal en la superficie. Este film pasivo no detiene la corrosión, pero reduce la tasa de corrosión (0,1µm/año). Sin ella la tasa de corrosión es por lo menos 3 veces mayor. [ACI222R-4] Dra. Tania Croston

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1.6 Filtraciones (8/9)

Influencia de la fisuración en la corrosión localizada del acero de refuerzo.

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1.6 Filtraciones (9/9) Eflorescencia Es la formación de depósitos en la superficie de la estructura por la pérdida de agua. Estos depósitos son blancos de sales generalmente alcalinas son provocados por la humedad ambiente o el agua capilar. Dra. Tania Croston

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1.7 Fragmentaciones −spalling (1/4) 1.7.1 Definición Es una violenta o no violenta ruptura del concreto en capas o pedazos de la superficie de elementos estructurales, cuando son expuestos a diversas acciones como por ejemplo: un alto y rápido aumento de la temperatura (incendios). 1.7.2 Por qué ocurre? 1.7.3 Clasificación 1.7.4 Tipos de fragmentaciones • Cráteres • Astillas • Delaminación Dra. Tania Croston

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1.7 Fragmentaciones (2/4) 1.7.2 Por qué ocurre? Procesos térmicos (transferencia de calor) Procesos químicos (deshidratación y carbonatación del concreto) Proceso hídrico (transporte de agua en forma de líquido y vapor) Proceso mecánico (daños microestructurales, fisuración, expansiones térmicas diferenciales) Dra. Tania Croston

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1.7 Fragmentaciones (3/4) 1.7.3 Clasificación

z

Pequeños fragmentos menos de 20 mm de profundidad menos de 150 mm de ancho

z Dra. Tania Croston

Grandes fragmentos

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1.7 Fragmentaciones (4/4) 1.7.4 Tipos Cráteres Astillas Delaminaci ón Delaminación

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Contenido 1. Concreto y sus Principales daños 1.1 Defectos de construcción 1.2 Desintegración 1.3 Distorsión o movimiento 1.4 Erosión 1.5 Daños en las juntas 1.6 Filtraciones 1.7 Fragmentación

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2. Fisuración 2.1 Tipos de fisuras y grietas 2.2 Fisuras según su apariencia 2.3 Otras clasificaciones 2.4 Esquema de ubicación de fisuras 2.5 Tiempo cuando aparece la fisuración

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2. Fisuración (1/21) El Concreto 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. Es una separación completa o incompleta, del hormigón o la mampostería, en 2 o más partes producida por una ruptura o fractura. Dra. Tania Croston

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2. Fisuración (2/21) [Diccionario de la Lengua Española, Real Academia Española]

Fisura 1. f. Grieta que se produce en un objeto. U. t. en sent. fig.; 2. f. Geol. Hendidura que se encuentra en una masa mineral. Grieta 1. f. Hendidura alargada que se hace en la tierra o en cualquier cuerpo sólido. [http://sabemosconstruir.com/2012/07/05/diferencia-entre-grieta-y-fisura/]

Fisuras: Todas aquellas aberturas incontroladas que afectan solamente a la superficie del elemento o a su acabado superficial. Grietas: Todas aquellas aberturas incontroladas de un elemento superficial que afectan a todo su espesor. [http://www.imcyc.com/revistacyt/marzo2012/artingenieria.html]

…es común diferenciar una grieta de una fisura cuando la abertura es mayor a 0,30 mm. obviamente, cuando las aberturas no sobrepasen los 0,30 mm, podemos hablar de fisuras, … Dra. Tania Croston

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2.1 Tipos de fisuras y grietas (3/21) Antes del endurecimiento

Plásticas

Asentamiento Plástico

Después del endurecimiento Deformaciones Impuestas

Contracción Plástica

Movimiento durante la construcción

Cambios en la Masa endurecida (Químicos)

Heladas tempranas

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Cont.

Mecánicas

Cont.

Reacción álcali-agregados

Movimiento de la base Mov. de la formaleta

Físicas

Carbonatación Exposición a sulfatos Corrosión del acero de refuerzo

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(4/21)

Físicas Cambios de humedad

Cambios de temperatura

Grietas Capilares o cuarteaduras

Contracción térmica inicial

Contracción por secado

Variaciones estacionales (Dilatación – contracción por temperatura)

Agregados con retracción

Ciclos de congelamiento y deshielo Ataque por fuego

Ciclo de humedecimiento y secado

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Choque térmico

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(5/21)

Mecánicas Deficiencia estructural

Erosión

Vibraciones excesivas

Tracción Pura

Estructurales

Flexión

Patinazos

Longitudinal (Adh.) Cizalladura

Compresión simple

Torsión

Punzonamiento

Deflexiones y Movimientos Excesivos o Imprevistos

Frotación

Deslizamientos

Asentamiento Del terreno

Viento

Deformación y colapso impuestos

Explosión

Cavitación

Sismo

Abrasión Rozamiento

Otros

Fricción

Grietas de apoyos

Fracturas y aplastamientos

Raspaduras

Aplastamiento local

Raspado Percusión

Impactos Desintegración por trituración

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2.2 Fisuras según su apariencia (6/21) „

Grietas menudas superficiales o cuarteaduras o resquebrajamiento

„

Grietas – D

„

Plantillas

„

Fisuras por contracción plástica

„

Fisuras por Asentamiento´plástico

„

Grietas por juntas inapropiadas o ausentes

„

Grietas por restricciones continuas externas

„

Grietas por asentamiento

„

Fisuras individuales

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CIP4

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2.2 Fisuras según su apariencia (7/21) Fisuras menudas superficiales Es una red de finas fisuras en la superficie causadas por la contracción superficial. Su profundidad < 3mm de forma hexagonal abarcan distancias entre 12mm a 40mm.

CIP3

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Ellas se desarrollan a temprana edad (1 día o máx. 1 semana después). Son visibles desde que la superficie a sido mojada y comienza a secarse. Fisuración en Edificaciones - X.2016

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2.2 Fisuras según su apariencia (8/21) Grietas-D

Serie de fisuras en el hormigón próximas a las uniones, bordes y grietas estructurales que en líneas generales son paralelas a dichas uniones, bordes y grietas. Dra. Tania Croston

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2.2 Fisuras según su apariencia (9/21) Grietas-D

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2.2 Fisuras según su apariencia (10/21) Plantillas por reacción alcali-silica (ASR) Son pequeñas fisuras distribuidas uniformemente e interconectadas y corriendo en todas las direcciones. Se producen por una reacción química lenta en el concreto, que ocurre en presencia del agua, entre el alcali del cemento y el sílice presente en algunas agregados. ASR forma gel que se expande y crea micro-fisuras. Dra. Tania Croston

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2.2 Fisuras según su apariencia (11/21)

Plantilla por reacción sulfato Dra. Tania Croston

Plantilla por cambio de volumen

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2.2 Fisuras según su apariencia (12/21) Grietas por contracción plástica Las fisuras por contracción (retracción) plástica se forman en la superficie del concreto fresco inmediatamente después del su vaciado y en su estado plástico. Generalmente en superficies horizontales. Paralelas entre sí (0,3 a 0,9m), superficiales y no interceptan el perímetro de la losa. Causadas por una rápida pérdida del agua superficial antes del fraguado. CIP5 Dra. Tania Croston

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2.2 Fisuras según su apariencia (13/21) Grietas por asentamiento plástico Son grietas tempranas o de pre-endurecimiento del concreto alrededor de las barras de refuerzo, pueden ser causadas por movimiento del encofrado, por agrietamiento térmico temprano, o por asentamiento diferencial en un cambio de una sección de concreto fina a otra profunda.

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2.2 Fisuras según su apariencia (14/21) Grietas por Junta mal colocada El concreto es un material microfisurado y en algunas condiciones siempre se va a fisuras, las juntas son grietas planificadas creadas mediante moldes, herramientas, aserrado y con la colocación de formadores de juntas. Existen juntas de: • Contracción, planos débiles debido a cambios dimensionales • Aislamiento o expansión, separar elementos, permiten movimientos verticales u horizontales • Construcción, entre vaciados y deben ser planificadas. CIP6 Dra. Tania Croston

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2.2 Fisuras según su apariencia (15/21) Grietas por Ausencia de junta Las fisuras no se pueden preveer completamente pero pueden ser controladas y minimizadas mediante juntas adecuadamente diseñadas. El concreto se agrieta porque: • El concreto es frágil frente a cargas de tracción o tensión, 7% al 11% de compresión [T3.2, ACI 224.2R-3] • A edad temprana es por cambios de temperatura o contracción al fraguado, al secarse aún se retraerá. • Los cambios de volumen • Comportamiento de elementos de la estructura CIP6 y CIP7 Dra. Tania Croston

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2.2 Fisuras según su apariencia (16/21)

Restricción externa continua

Grietas por Asentamiento Dra. Tania Croston

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2.2 Fisuras según su apariencia (17/21) Pueden ser oblicuas, longitudinales, transversales, verticales y horizontales.

Por congelación y descongelación Dra. Tania Croston

Por sobrecarga estructural

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2.3 Otras clasificaciones (18/21) „

Profundidad ‰ Superficiales ‰ Poco profundas ‰ Muy profundas ‰ Ruptura (que atraviesa) „

Ancho ‰ ‰ ‰

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Fina (menos de 1mm) Mediana (de 1mm a 2mm) Ancha (más de 2mm)

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2.3 Otras clasificaciones (19/21) „

Estado de actividad actual ‰ ‰ ‰

„

Fisuras activas o evolutivas Fisuras estabilizadas Fisuras inactivas o durmientes

Estado físico del concreto durante la fisuración ‰ ‰

Degradación del concreto estado plástico Degradación del concreto endurecido „ „

„

Acciones físicas (acciones térmicas, estructurales o el congelamiento) Acciones químicas (alteraciones químicas del concreto o la corrosión)

Naturaleza estructural de la fisura ‰ ‰

Estructurales: causadas por una carga viva o muerta. No estructurales: causadas por otras circunstancias.

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2.4 Esquema de ubicación de fisuras (20/21) 1/2/3

Contracción plástica

4/5/6

Asentamiento plástico

7

Movimientos

8

Contracción a largo plazo

9/10

Cuarteaduras

11/12/13

Origen térmico

14

Daños accidentales

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2.5 tiempo cuando aparecen la fisuración (21/21)

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Próximo tema 1. Concreto y sus principales daños 2. Tipos de fisuras y grietas 3. Causas y control

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