PATOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN. GRIETAS Y FISURAS EN OBRAS DE HORMIGÓN. ORIGEN Y PREVENCIÓN

Introducción

El impetuoso desarrollo de la construcción, dominado bá­sicamente por las estructuras de hormigón armado, demanda cada día más de una rigurosa preparación técnica para que desde el diseño hasta las etapas finales de construcción sean debidamente aplicadas y cumplidas las distintas normativas y especificaciones que unidas a las modernas tecnologías de punta conlleven al logro de obras seguras, duraderas y estéti­cas.

En ocasiones estos atributos se ven afectado por una de las patologías más significativas que caracteriza las obras de hormigón, nos referimos a las grietas y fisuras, las cuales por sus condiciones superficiales de aspecto, inciden directamente en lo funcional, siendo esta una de las razones de más peso en la durabilidad de una estructura y es por ello, que como parte del cálculo estructural, las grietas y fisuras clasifican dentro de los estados límites de servicio. De ahí, que, el establecer un correcto diagnóstico que va desde su identificación hasta las causas que lo originan, permitirá a proyectistas, constructores y productores de materiales, no solo minimizar o erradicar su efecto por medio de su reparación sino tomar las medidas profilácticas preventivas para eliminar o disminuir su aparición.

Desarrollo

Las grietas y fisuras son roturas que aparecen en el concre­to como consecuencia de tensiones superiores a su capacidad resistente.

Son muchas las causas que originan esta terrible enfermedad en el hormigón, las de origen químico, principalmente atribuidas a cambios derivados por la hidratación del cemento o por la oxidación del acero de refuerzo, mientras que las de origen físico, mayoritaria por demás, obedecen a dos tipos de acciones que aunque etimológicamente son totalmente dife­rentes, ambas producen cambios volumétricos significativos.

Estos cambios son expansiones y contracciones, ahora bien, cuando los elementos de hormigón están restringidos, la expansión origina esfuerzos de compresión y la contracción origina esfuerzos de tracción. El hormigón es particularmente débil ante este último tipo de esfuerzo, produciendo el agrietamiento cuando este sobrepasa sus valores de resistencia.

Entre las acciones de origen físico se encuentran:

- Acciones de carácter mecánico (cargas que originanes fuerzos).

- Acciones de carácter espontáneo (retracciones y entumecimientos).

Las combinaciones de cargas, incluyendo las de peso propio, provocan valores de solicitaciones por unidad de superficiecíe deterninando variaciones en las dimensiones del elemento de hormigón, pudiendo a su vez desarrollar fuerzas aprecia­bles. Cuando las variaciones dimensionales son producidas directamente por las cargas se denominan "defonnaciones" y son originadas por los distintos esfuerzos.

Cuando las variaciones de dimensión son "espontáneas", estas serán debidas a las retracciones y entumecimientos del hormigón.

Existen además otras fuentes de fisuras que se relacionarán y detallarán durante el desarrollo de este trabajo.

Las fisuras, de acuerdo a su momento de ocurrencia pueden originarse en la etapa de hormigón fresco o estado plástico, es decir, antes de finalizar el fraguado, o a partir de finalizado el fraguado, o sea, durante la etapa de endurecimiento del hor­migón.

Lo hasta aquí planteado permite presentar la siguiente cla­sificación:

Clasificación de las fisuras de acuerdo a su origen y momento de aparición

1-Fisuras originadas en el estado plástico.

1.1 Fisuras originadas por la contracción plástica.

- Retracción hidráulica durante el fraguado (contracción plástica).

Exceso de vibración. Exceso de llana.

1.2 Fisuras originadas por asentamiento plástico.

- Acomodamiento.

- Poco recubrimiento y excesivos diámetros en el acero. Cambios de consistencias en vaciados continuos.

- Desplazamiento del encofrado. Deformación del terreno de sustentación.

2-Fisuras originadas en el estado endurecido.

2.1 - Fisuras originadas por movimientos espontáneos. Retracción hidráulica (contracción por secado). Contracción por carbonatación Retracción térmica.

- Entumecimientos por dilatación térmica.

- Entumecimientos por oxidación del acero de refuerzo.

- Entumecimientos por exceso de expansivos del cemen­to. Reacciónálcalis agregados.

2.2 - Fisuras producidas por cargas que originan esfuerzos.

- Compresión.

- Tracción.

- Flexión.

- Cortante.

- Torsión.

2.3 - 0tros tipos de fisuras.

- Fallo de adherencia anclaje.

- Concentración de tensiones.

- Desplazamientos de armaduras principales

- Asentamientos diferenciales en fundaciones.

Grietas y fisuras

Identificación, causas y medidas a adoptar

Cambios de volumen ocasionados por la retracción hidráulica

El fenómeno de retracción ocurre cuando el hormigón con­trae su volumen durante los procesos de fraguado y endureci­miento, siempre que estos ocurran al aire libre. Hay que distinguir cuando se habla de retracción, la retrac­ción hidráulica y la retracción térmica. Dentro de la retracción hidráulica conviene a su vez distinguir entre la retracción hi­dráulica que se puede presentar antes del fraguado y la que ocurre después de este, es decir, a partir delinicio del endure­cimiento.

La retracción puede explicarse por la pérdida paulatina del agua en el hormigón. Independiente al agua absorbida por los agregados, el agua de mezclado luego de finalizado este, co­mienza a dividirse en cinco estados diferentes.

-El agua de reacción, combinación química o de crista­lización.

-El agua de gel o pasta.

-El agua intercristalina.

-El agua adsorbida, que forma meniscos en la periferia de la pasta de cemento que une los granos de agrega­dos.

-El agua capilar o libre.

Si el hormigón no esta en un ambiente permanentemente húmedo, el agua capilar y parte del agua adsorbida se irán evaporando progresivamente a la temperatura ordinaria desde la misma fase plástica, produciendo cambios de volumen ori­ginado por una contracción de menisco que obliga a que los granos de agregados se aproximen entre sí. Es por ello que la retracción, no es una fuerza como tal sino una deformación impuesta espontánea .Cuando el hormigón no es capaz de re­sistir esta deformación, éste rompe a causa de la tensión por tracción apareciendo la fisura.

Grietas y fisuras originadas en estado plástico

Fisuras originadas por la contracción plástica

Las fisuras de retracción hidráulica previas al fraguado final reciben también el nombre de fisuras por contracción plástica, estas surgen principalmente en losas y pisos, por lo común generan grietas que aparecen brevemente después de que el brillo del agua desaparece de la superficie del hormi­gón, generalmente tienen profundidades considerables y no siguen un mismo patrón o simetría. Este tipo de fisuras son propias de climas calientes, pues la principal razón de que se presenten es la rápida evaporación del agua en la superficie del concreto debido a que la velo­cidad de evaporación superficial es mayor que la velocidad de exudación o sangrado del agua desde el interior hasta la superficie. Este fenómeno hace que ocurra la contracción en la superficie y aparezcan las fisuras.

Características de las fisuras de contracción plástica

-Tienen una profundidad considerable, de 20 a 40m m, pudiendo en ocasiones atravesar la losa.

-Aparecen en las primeras horas (de 1 a 10 horas) y se manifiestan en grupos.

-Son más frecuentes y mayores cuando la condición cli­mática favorece a una más rápida evaporación superfi­cial (temperatura, viento y humedad).

-Estas fisuras no atraviesan las piedras, sino que las ro­dean.

-En general, no presentan peligro estructural, es decir, no afectan la capacidad resistente del elemento.

-Si el elemento tiene espesor uniforme estas fisuras son de trazado corto, sin direcciones preferentes y general­mente se distribuyen al azar.

-Si el elemento tiene espesores variables, las fisuras se localizan en las zonas más delgadas.

-No tienen aspecto de una rotura limpia ni presentan bordes agudos y bien definidos como cuando sucede después a las que se forman cuando el hormigón ha endurecido.

 Fisuras de contracción plástica originada por la mala compactación y terminación del hormigón

Una modalidad dentro de las grietas de contracción plásti­ca son los llamados nidos de fisuras, se debe principalmente a procedimientos incorrectos de compactación y terminación. Aparece en aquellas zonas donde, por cualquier causa, se ha producido una concentración de pasta rica en cemento y sin agregado grueso, la cual se seca antes y retrae más que el res­to del hormigón. Las causas más comunes son la sobre vi­bración que produce una segregación del concreto durante la compactación o por el excesivo aplanado con llana durante el acabado, en ambos casos se produce un rápido avance hacia la superficie del agua, la pasta de cemento y las fracciones más finas de agregados; este material más húmedo y cohesivo tiene una contracción mucho más rápida y diferente que el resto del concreto subyacente lo cual hace que al secarse, la superficie este sujeta a una fuerza de tensión que supera su resistencia a la tracción generando de esta forma una concentración de fisuras. 

Medidas para reducir o eliminar las fisuras de contracción plástica

Las medidas correctivas para reducir o eliminar este tipo de fisuras están evidentemente encaminadas a contrarrestar las causas que precisamente las originan. Estas causas, aunque conocidas y explicadas anteriormente, fueron debidamente estudiadas de forma práctica durante el desarrollo de nuestro trabajo determinando de esta forma su cuota de in fluencia. En­tre estas medidas cabe destacar las siguientes:

-De acuerdo a la consistencia utilizada para que el hormigón sea bien colocado, se deberá utilizar un conte­nido de agua tan bajo como sea posible, esto se logra con un adecuado control y con el empleo de aditivos plastificantes.

-Minimizar la influencia de los efectos climatológicos. En el caso del hormigón, se deberá mantener baja tem­peratura en el agregado grueso rociándolo con agua o manteniéndolo a la sombra. Igualmente se deberá hu­medecer los encofrados, y enfriar el agua de mezcla­do. Es conveniente realizar el vaciado en las horas más frescas del día.

-Construir pantallas provisionales para reducir la velocidad del viento evitando así la rápida evaporación del agua superficial.

-Evitar los diseños de mezclas con excesiva presencia de finos en el hormigón, pues esto provoca una rápida exudación.

-Evitar en lo posible grandes dosis de cemento. En el caso de ser requeridas altas resistencias de deberán utilizar aditivos superplastificante, con el propósito de ba­jar la cuantía de cemento.

-En los trabajos de colocación y terminado, evitar la se­gregación de finos hacia la superficie.

-De no requerir altas resistencias a edades tempranas, se deberá evitar el uso de cementos con altos contenidos de silicatos tricálcicos SC, pues este en su reacción 3 libera abundante cantidad de cal, desarrollando un gran calor de hidratación, provocando la auto desecación en la superficie, intensificando así retracción.

-Evitar el uso de cementos con alta finura de molida. A mayor finura, mayor calor de hidratación, por tanto mayor será su retracción y con ello el peligro de fisura­cion.

Fisuras de asentamiento plástico

En esta etapa del proceso donde el hormigón aún no ha endurecido existe otros tipos de grietas a causas del acomodamiento plástico. Esto ocurre cuando el concreto en estado fresco ha sido colocado en el molde, en ese momento los sóli­dos de la mezcla tienden a asentarse por efecto de la gravedad, desplazando los elementos menos denso como el agua y el aire atrapado; el agua aparece en la superficie como agua de exudación y el asentamiento continua hasta que el concreto se endurece. Cuando hay obstáculos como son: acero de re­fuerzo, piedras de gran tamaño o elementos embebidos dentro del hormigón, estos pueden obstruir el libre acomodo de la mezcla, provocando asentamientos diferenciales plásticos y la formación de grietas.

Esta posibilidad resulta particularmente probable en ele­mentos gruesos con refuerzo superficial y en elementos que presentan cambios bruscos de espesor.

En cuanto al refuerzo superficial, las fisuras serán mayores a medida que el recubrimiento sea menor, el diámetro de la varilla sea mayor y el hormigón presente mas revenimiento (mezcla mas fluida).

-Bajos recubrimientos

-Excesivos diámetros

-Mezcla fluida

En un vaciado continuo, la variación de consistencias de distintas amasadas hace que se produzca también asentamien­ tos diferenciales causados por distintas velocidad de acomodo de la mezcla fresca.

Por otro lado, la presión que ejerce el hormigón fresco so­bre los encofrados o el suelo hacen que estos se deformen cuando no están debidamente apuntalados o compactados res­pectivamente causando asentamientos plásticos adicionales con la consecuente aparición de fisuras. 

Fisura por deformación del terreno antes del endurecuniento del hormigón.

Entre las medidas a aplicar para evitar los asentamientos plásticos están:

-Según el tipo de elemento, se deberá cumplir lo esta­ blecido en cuanto a los recubrimientos mínimos de las varillas superiores, evitando también el uso de grandes diámetros.

-En pisos y pavimentos de hormigón se evitaran los cambios bruscos de espesores por medio de acartelamientos.

-Disponer de todas las medidas de seguridad para evitar las deformaciones del encofrado a causa de la presión del hormigón fresco.

-En pisos y pavimentos de hormigón se deberá compac­tar eficientemente la superficie de sustentación.

-Evitar agregados muy absorbentes.

-En vaciados continuos se deberá controlar rigurosamente el revenimiento indicado evitando asentamien­ tos diferenciales plásticos durante el acomodo de la mezcla.

Es posible que las grietas originadas por contracción y asentamiento no sean visibles sino hasta después de cierto tiempo; la razón de ello es que comúnmente quedan selladas en la superficie durante la operación de terminado, o simple­mente no son lo suficientemente anchas para ser observadas sino hasta que el concreto se contrae aun más o hasta que cre­cen debido a una carga que afecte los planos débiles.

Si bien estos tipos de agrietamientos en estado plástico no tienen una naturaleza estructural, tampoco desaparece al en­durecerse el concreto (de hecho, por lo general se ensancha durante el curso del secado). Las grietas aumentan la penetra­ción del agua en el concreto, facilitando la infiltración de sales y otros productos químicos peligrosos, produciendo efectos estéticos negativos y reduciendo la durabilidad y la vida en servicio de la estructura.

Grietas y fisuras originadas en la fase o estado endurecido

Fisuras originas por movimientos espontáneos.

Una vez que el concreto ha fraguado, se inicia la etapa del endurecimiento, el hormigón fresco pasa de un estado fluido a un estado plástico adquiriendo con la hidratación, las propie­dades de un sólido rígido. En los primeros días se presenta muy baja resistencia principalmente a tensión y por lo tanto es susceptible de agrietarse. En esta etapa, los cambios de volu­men están definidos por incrementos o decrementos causados por dilataciones y contracciones debidos a la temperatura y l a humedad. Dentro de ella se encuentra l a contracción por secado, las contracciones dilataciones por temperatura, la contracción por carbonatación y la reacción expansiva álcalis­ agregado.

Tal como se explicó anteriormente, la rápida pérdida de agua interna del concreto recién colocado es la causa prin­cipal de las fisuras de contracción plástica. En condiciones ambientales normales el hormigón después de fraguado sigue expuesto a perder más agua por efecto de la evaporación y por el consumo debido a la hidratación del cemento, y esta reduc­ción de agua, que progresa paulatinamente con el tiempo, es motivo de que este se contraiga gradualmente a medida que endurece, a esta retracción hidráulica en fase endurecida se le llama contracción por secado.

Una gran cantidad de agua de mezclado, deficiente colocación y compactación así como un exceso de asentamiento y sangrado, incrementa la porosidad global del hormigón que comprende microporos, poros, conductos capilares macro po­ros y discontinuidades.

Cuando el concreto endurecido se halla completamente saturado, significa que casi todos estos espacios están ocupados por agua. Como se explicó anteriormente, independientemente al agua absorbida por los agregados y al agua consumida por la hidratación, existen otros cuatro estados que, unos mas fácilmente y otros con mas dificultad, son extraídos del con­creto por evaporación. Por esta característica la contracción por secado constituye uno de los cambios de volumen más importantes y difícil de prevenir.

Si el endurecimiento del concreto se efectúa en el agua este se expande recuperando, si no se ha fisurado, gran parte de la pérdida de volumen de la retracción anterior. Cabe destacar que la contracción resulta más perjudicial que la expansión, pues esta origina esfuerzos de tensión en el concreto propiciando la fisura sino también porque suele ser de mayor mag­nitud.

La probabilidad de fisuración por retracción esta íntima­ mente ligada a la elongabilidad del hormigón. La fisura ocurre en el momento en que el valor de retracción sea igual a la relación entre la tensión de rotura del material a tracción y su módulo de deformación.

Rp, es la retracción potencial sin deformación en el tiempo t, es decir, la retracción medida inmediatamente después de la rotura cuando las tensiones han desaparecido.

Tp, es la resistencia a tracción potencial en el tiempo t.

Mp, es por definición el módulo de rotura potencial atrac­ción en el tiempo t.

Este tipo de fisuras aparece en elementos cuya libre con­tracción esta impedida, por ello, tiene tanta más influencia cuanto más rígida es una estructura, su trazado es limpio y agudo.

En elementos lineales como vigas largas y empotradas en sus extremos, las fisuras se presentan con trazados perpendi­ culares al eje de la pieza y a mitad de la luz (ayudada por la flexión provocada por las cargas). 

En estos casos también aparecen junto a las columnas debido a la gran diferencia de rigidez entre estos

En losas trabajando en dos direcciones las fisuras tienden a ser diagonales, mientras que en una dirección será perpendicular al eje del elemento y son de anchura pequeña y constante. Un caso poco común y sumamente interesante son las fisuras de retracción interna de la pasta de cemento, esto ocurre en concretos muy ricos en pasta y con agregados de gran tamaño.

Por efecto de su retracción coartada por las fracciones muy gruesas, aparecen fisuras internas que reducen la capacidad de resistencia a la compresión. Esto explica el peculiar y extraño caso de regresión donde la resistencia a los 28 días es menor que a los 7 días.

Las medidas para contrarrestar las fisuras de contracción por secado incluyen las mismas dispuestas para prevenir la contracción plástica, pues el origen es común, pero además:

-En las grandes superficies como pisos y losas se debe­rán realizar rápidos y eficientes curados para preservar o restituir la humedad. Entre estas técnicas se encuen­tran las siguientes:

1. Cubrir la superficie con una lona o material de polietileno.


2. Riego de agua a partir del endurecimiento y durante las primeras 72 horas preferentemente cuando las tempera­turas sean más altas.


3. Aplicación superficial de curadores químicos.

-Utilización de fibras sintéticas sobre todo en pavimentos de hormigón. estas fibras aumentan la capacidad de deformación a tensión del nuevo concreto, reduciendo al mínimo la formación de planos debilitados que de otra manera se trasformarían en grietas.

-Diseño y construcción de juntas de retracción.

Grieta artificial perfectamente trazada en el pavimento de hormigón utilizando sierra de corte, debiendo real izarse entre las 24 y las 36 horas después del vaciado. Trazada las juntas, se rellenan con silicón o mastic para evitar la entrada de cual­ quier material y la filtración de agua.

Como todo material, el hormigón se dilata con los aumentos de temperatura y se contrae cuando esta baja provocando fisuras cuando el libre movimiento esta restringido o se combina con la contracción por secado.

La retracción térmica es la variación de contracción del hormigón originadas por tensiones locales producidas por las diferencias térmicas entre el hormigón y el medio ambiente. Al igual que en la retracción hidráulica, se producirá la fisura­ción en el instante en que el valor de retracción sea igual a la relación entre la tensión de rotura del material a tracción y su módulo de deformación.

La dilatación térmica es la variación de expansión del hor­migón originada también por las diferencias térmicas entre el hormigón y el medio ambiente. De forma similar a lo indicado en las retracciones, la fisúra­ción se producirá en el momento en que el valor de dilatación sea igual a la relación entre la tensión de rotura del material a compresión y su módulo de deformación. Las fisuras debido a las dilataciones térmicas son mucho menos frecuentes que las debidas a la retracción, ya que la resistencia a la compresión es mucho mayor que a la tracción. 

Ahora bien, la magnitud del coeficiente de expansión tér­mica del concreto depende de las propiedades térmicas de los agregados y de la pasta de cemento hidratada así como de las proporciones en que ellos intervienen.

La variación de la temperatura del concreto puede obede­cera causas de índole interna y externa. Como causa de origen interno cabe mencionar primordialmente el calor que se gene­ra en el interior del concreto por efecto de la hidratación del cemento. Entre las causas externas pueden citarse las que son inherentes a las temperaturas ambientales, las que se derivan de las condiciones de servicio de las estructuras o a condi­ciones extremas causadas por fenómenos naturales o fortuitos como el fuego.

La no construcción o construcción defectuosa de juntas de contracción y dilatación conduce siempre a esfuerzos perjudi­ciales que producen fisuras, esto ocurre básicamente en pavi­mentos, losas y muros.

Los pavimentos de honnigón son muy susceptibles tam­bién a los gradientes de temperatura causando el alabeo, el peso propio de la losa y la carga de tránsito tienden a impedir esa defonnación produciendo esfuerzos de tracción en la cara cóncava produciendo la fisura.

Entre las medidas para contrarrestar las causas de las fisu­ras de origen térmico está el no utilizar cementos con muy alto contenido de aluminato tricálsico AC y agregados con alta captación de calor. Evitar los gradientes técnicos entre la su­perficie y el interior de un mismo elemento, así como diseñar y construir correctamente las juntas de dilatación previstas.

La expansión del honnigón ocasionado por la oxidación del acero de refuerzo no solo origina las fisuras sino que des­truye superficialmente el honnigón.

Las varillas y demás refuerzos de acero, están protegidas del exterior por el hormigón que las rodea, y es en el manteni­miento de la alcalinidad de este donde reside el buen manteni­miento del acero. El oxigeno del aire, el anhídrido carbónico y el agua ataca al hierro y lo oxidan a una velocidad tanto mayor cuanto mas ácido es el medio. Esto sucede mientras mas poroso y capilar sea el hormigón, pues su cal va siendo carbonatada fácilmente por el dióxido de carbono con lo que el PH del hormigón baja abruptamente colocando al acero en precarias condiciones de defensa.

Al acero rodearse de oxido produce una expansión provo­ cando fisuras y, mas tarde, el desprendimiento del hormigón circundante.

Las fisuras por corrosión tienen un trazado paralelo al acero afectado y es frecuente que aparezcan manchas de oxido a lo largo del mismo trazado. Es por ello que una fisura con esta característica debe ser inmediatamente atendida. Si esta se de­tecta a tiempo es posible salvar la estructura. Para ello se debe identificar la causa de la corrosión y suprimirla para que no actúe de nuevo. Luego eliminar los recubrimientos dañados, cepillar las varillas para suprimir todo resto de oxido y reparar sellando con recubrimientos a base de epóxicos o cementos especiales para el caso.

Entre las medidas preventivas para evitar esta patología está el obtener un hormigón de alta impermeabilidad, esto se logra con una baja relación agua/cemento usando aditivos re­ductores de agua caso de requerirse revenimientos altos, no usar resistencias bajas y sobre todo hormigones compactos y con suficiente espesor de recubrimiento.

En condiciones de exposición al ambiente, el concreto experimenta otro tipo de contracción que originan fisuras o incrementan las causadas por la contracción por secado, nos referimos a la contracción por carbonatación. La llamada contracción por carbonatación del concreto es un proceso que resulta del contacto de este con el bióxido de carbono, CO₂, que normal mente se halla en el aire. El CO₂ externo en fomiade gas se combina con la humedad del concreto para convertirse a la forma de ácido carbónico y reacciona así con los hidróxidos del concreto, patticularmente con el hidróxido de calcio acompañado de una liberación de agua del gel de cemento propiciando esto una disminución del volumen ma­nifestándose una contracción gradual del concreto que sumán­ dose a la contracción por secado hace surgir e incrementar las fisuras con gran rapidez.

Para prever o se deberá disminuir la porosidad y capilaridad, es decir, los mecanismos de transporte, que a su vez dependen directamente de la relación agua\cemento, la cual debe ser reducida.

Los expansivos del cemento como son, el exceso de cal y magnesia libre producen expansiones volumétricas en el hor­migón produciendo fisuras superficiales en forma de piel de cocodrilo cortándose aproximadamente a 90º entre si.

Los hormigones hechos a base de agregados silicios (muy recomendados en presas, tanques, tubos de hormigón centri­fugados, etc), son susceptibles a producir una reacción entre los óxidos de silicios inestables y los hidróxidos alcalinos de la pasta de cemento sodios y potasios.

Esta reacción, llamada reacción álcalis agregado, se presenta únicamente con ciertos agregados silicios como el ópalo y caledonia, o en cal izas y dolomitas silíceas, cuya sílice no está bien cristalizada, pudiendo provocar expansiones destruc­tivas en el hormigón en la superficie, mostrando un esquema de figuración, típico de todo proceso expansivo volumétrico.

Fisuras por la expansión interna del hormigón ocasionadas por la reacción álcalis agregados o los expansivos del cemento. Para detectar la presencia de sílice activa hay que realizar un detallado análisis petrográfico acompañado de ensayos de reactividad potencial. Es por ello que como medida preventi­ va, se deberá ser muy cauto en el uso de las piedras antes men­ cionadas y sobre todo, solicitar el ensayo químico del cemento evaluando la cuantía según lo especificado con relación a los iones Na₂O y K₂O.

Fisuras provocadas por cargas que originan esfuerzos

Cuando se realiza un diseño estructural o se comprueba la resistencia de una estructura, se ubican las combinaciones de cargas exteriores actuando sobre la citada estructura represen­tada por un esquema de análisis, obteniendo así las reacciones de apoyo.

Con las cargas exteriores y las reacciones de apoyos se cal­culan los distintos valores de esfuerzos de cada uno de los elementos de la estructura (tracción, compresión, flexión, cortante, torsión, etc.)

Con estos valores de esfuerzos, o la combinación de estos, y tomando en cuenta las tolerancias y los distintos factores de seguridad se procede a real izar el verdadero diseño (dimensión y ubicación de los distintos elementos, cantidad, distribución y anclaje de los refuerzos de acero, resistencia del hormigón, cantidad y tipos de juntas de construcción, contrac­ ción y expansión, etc.).

Con este diseño, la utilización de materiales adecuados y una correcta ejecución de la obra, la estructura debe estar preparada para dar su servicio seguro y funcional durante su vida útil.

Ahora bien, cuando existan deficiencias o insuficiencias en uno de los anteriores aspectos o sobrevienen cargas adiciona­les no previstas, la estructura se verá sometida a esfuerzos que pudieran poner en peligro su capacidad portante hasta el punto de hacerla colapsar. En la mayoría de los casos, las fisuras son muestras elocuentes de las manifestaciones de estos esfuerzos, en otros, la falla o el colapso se produce de forma abrupta.

Las fisuras producidas por cargas que originan esfuerzos difieren del resto porque tienen mayor profundidad y aparecen de forma típica, razón por lo cual es necesario comprobar sus dimensiones y progresión para establecer si constituyen un verdadero problema estructural.

Si consideramos una pieza prismática de hormigón, cada una de sus secciones esta sometida o a una solicitación com­puesta por varios esfuerzos. Cada uno de estos esfuerzos simples de destaca por un tipo de fisuracion diferente.

Identificación de fisuras originadas por esfuerzos simples

Las fisuras de compresión axial o compresión simple pro­vocan diferentes formas de fisuración, según la esbeltez del elemento y el grado de restricción transversal que tengan en sus extremos. Ambos efectos se observan en los ensayos de laboratorio. 

Si no existe rozamiento alguno entre las caras de la probeta y los platos de la prensa (muy difícil de lograr) la compresión pura ejercida la rompe produciendo fisuras paralelas a la di­rección del esfuerzo. Si hay rozamiento, el esquema de fisura­cion cambia según muestra.

Con elementos más esbeltos intervienen otros factores como la no homogeneidad del hormigón a lo largo del elemento, excentricidad de las cargas, etc., obteniéndose diversos esquemas posibles de rotura. Es de destacar que los esquemas mostrados corresponden al momento de la rotura y no a condiciones de servicio.

Una fisuración peligrosa de servicio en elementos esbeltos a compresión se manifiesta en pequeñas grietas finas y juntas a mitad del elemento significando que el pandeo esta a punto de ocurrir. En general cuando se observan fisuras verticales en columnas es signo de colapso inminente por aplastamiento del hormigón. 

La tracción simple o tracción axial poco frecuente en elementos de hormigón armado, origina numerosas fisuras de trazado perpendicular a la dirección de la tensión. Estas se forman a la vez, y suelen aparecer en los lugares coincidentes con la ubicación de los estribos.

Las fisuras de flexión pueden corresponder a flexión pura o combinada con otros esfuerzos, principalmente el cortante. En vigas, la fisura se inicia en la armadura, progresa en vertical a la fibra neutra y se curva al final buscando la aplicación de la carga y deteniéndose hasta alcanzar la zona comprimida. Estas fisuras avisan con mucho tiempo, aparecen varias y muy juntas; son perpendiculares al eje del elemento y se inclinan según el valor del esfuerzo cortante, aparecen bajo la acción de la carga y desaparecen al retirarse esta.

Las fisuras de cortante se destacan por su trazado a 45", en vigas, pueden comenzar en el alma, progresar hasta el refuerzo longitudinal llegando luego hasta la carga dividiendo en dos partes el elemento. Este proceso puede ser muy rápido, incluso instantáneo. De ahí su peligrosidad.

Las fisuras de torsión son frecuentes encontrarlas en estructuras de edificaciones, cuando existen elementos aporticados arriostrados por vigas o voladizos empotrados a estas y no se ha tomado en cuenta el efecto de torsión. Durante el servicio se manifiestan a 45º bordeando perimetralmente el elemento en forma de tirabuzón.

Otros tipos de fisuras

Los fallos de adherencia anclaje se manifiestan mediante fisuras localizadas, paralelas al refuerzo longitudinal, aunque su trazado no es continuo, a diferencia con las de oxidación o corrosión donde las fisuras si continúan a lo largo de las barras de acero.

Los fallos de anclaje son extraordinariamente peligrosos, pues la varilla de acero se desliza y pierde eficacia, por lo que este tipo de fisura puede ser indicativo de una inminente y súbita rotura. Es por ello que al proyectar debemos ser gene­ rosos con las longitudes de solapes entre barras, así como la conformación y tamaño de los bastones y demás elementos de anclaje.

Las caídas o desplazamientos de las armaduras principales durante el hormigonado originan fisuras en los lugares donde esfuerzos de tracción no son tomados por el acero.

La concentración de tensiones en esquinas produce fisura­ción. Case todo en paredes de cargas. Otro caso muy común ocurre en pavimentos de hormigón cuando durante el vaciado continuo del hormigón este se ve interrumpido por discontinuidades destinadas a registros eléctricos o hidráulicos, en este caso, se deberá colocar antes del vaciado refuerzos de acero perpendicular a la diagonal de los lados, trazado que sigue la posible fisura.

Cuando el esfuerzo que baja al suelo a través del bulbo de presiones proveniente de las cimentaciones supera la capacidad portante del propio suelo sobrevienen asentamientos de la estructura.

Principalmente en los casos de estructuras aporticadas, cuando el terreno que sustenta una de las zapatas cede y la contigua no, se produce el peligroso asentamiento diferencial trayendo como consecuencia incrementos notables de los es­fuerzos en las vigas de enlace superior del pórtico con la inmediata aparición de fisuras las cuales se le deberán dar un continuo seguimiento, pues un aumento en su tamaño o pro­fundidad es reflejo de un incremento del asentamiento, antesala de un colapso estructural.

Para evitar esto, antes de comenzar la construcción de una obra de estas características, se deberá hacer un detallado es­tudio de suelos en toda el área de emplazamiento para de esta forma saber su capacidad resistente así como cualquier otro aspecto que pueda debilitar la misma (lentes de arena, car­so, manto freático cercano, etc.).En el caso de se produzca el asentamiento, se investigará cual de estas causas es la origina­ria para proceder a minimizar su efecto, mientras que parale­lamente se debe disminuir la carga tributaria que desciende a la referida zapata.

Conclusiones y recomendaciones

Como hemos visto y expresado anteriormente, en la utili­zación de materiales inadecuados, errores de proyecto y ejecu­ción, así como otros aspectos posteriores a la ejecución, están las causas que originan las fisuras anteriormente analizadas.

La aparición de una fisura visible no significa necesaria­ mente que algo ande mal, sin embargo, es importante conocer la causa que la produce, para de esta forma poderla reparar. Nunca debe repararse una fisura sin estar seguro que la cau­sa que la produjo no volverá a actuar después, ya sea por la desaparición del agente o por haberse adoptado las medidas de lugar para que no perjudique de nuevo.

Ver una fisura no siempre es fácil. Una forma sencilla para detectarla es mojar la superficie del hormigón, con lo que la fisura absorbe agua por capilaridad y la retiene después de haber secado la superficie adyacente.

Para conocer la causa de una fisura y saber si es peligrosa o no, debemos analizar su progresión, es decir si esta viva o no, ello consiste en chequear si su anchura o longitud se modifican con el tiempo o si por el contrario esta estabilizada. Para obtener dicho dato existen varios métodos algunos muy empíricos.

Métodos empíricos para detenninar la progresión de una fisura.

El primero consiste en marcar con una cruz el extremo de la fisura para poder comprobar si esta progresa. Otro es el encajarla punta de una aguja en la hendidura, si esta cae es que se ensancha.

Para medir anchos de fisuras se utilizan escalas preparadas al efecto como la mostrada que se desliza de izquierda a dere­ cha contra la fisura hasta hacerla coincidir.

Proceso de actuación en caso de fisuración.

Luego de adoptar todas las medidas de corrección se proce­de a reparar la fisura que involucra tratamientos con morteros especiales, resinas, epóxicas entre otros. Pero mas que reparar, lo más importante es evitar, pues ante estas patologías siempre es mejor prevenir que curar. Erradi­car las causas que originan todas estas fisuras y aplicar las medidas expuestas en este trabajo para tales fines, logrará sin dudas disminuir significativamente este mal propiciando que nuestras obras sean cada vez más seguras y duraderas.

Bibliografía

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2. Comisión Federal de Electricidad. Manual de Tecnología del Concreto.

3. Sánchez de Guzmán. Tecnología del Concreto y del Mortero.

4. Annual Book of ASTM STANDARDS. Sec. 4.