Patología de la edificación/Estructuras de hormigón/Lesiones/Fisuración
La fisuración se trata de una rotura en la masa del hormigón que se manifiesta exteriormente con un desarrollo lineal. La fisuración se produce siempre que la tensión, generalmente de tracción, a la que se encuentra sometido el material sobrepasa su resistencia última.
En todas las construcciones en las que interviene el hormigón pueden aparecer fisuras que pueden manifestarse al cabo de años, de semanas, de días, o solamente de horas y que pueden estar motivadas por causas múltiples, unas veces actuando en solitario y otras asociadas a otros fenómenos.
Las fisuras se distinguen por la edad de aparición en un elemento estructural, en su forma y trayectoria, abertura, movimiento, etc. La determinación de las causas que han provocado las fisuras es importante como medida previa a la reparación.
Las fisuras pueden ser la vía por la cual pueden entrar al hormigón, principalmente, los agentes agresivos de tipo químico. No hay que pensar, que las estructuras fisuradas de hormigón son siempre peligrosas, lo que importa conocer es el tipo de elemento estructural en que han aparecido y la naturaleza de las fisuras. Éstas son especialmente peligrosas cuando sobrepasan determinados espesores y cuando están en determinados ambientes.
Si tenemos en cuenta el momento en el que aparecen en el hormigón, distinguimos fisuras que se manifiestan en estado plástico y las que tienen lugar en el endurecido.
En todo proceso de fisuración se pueden observar dos etapas: una microfisuración inicial y una macrofisuración posterior. Las microfisuras no son apreciables a simple vista pues, en general, no aparecen al exterior sino para convertirse en macrofisuras que son las que podemos llegar a evaluar. Se consideran microfisuras las fisuras en las que el espesor es inferior a 0,05 mm.
También podemos clasificar las fisuras en función del movimiento que admitan diferenciando entre: fisuras estabilizadas o muertas en las que se llega a una abertura determinada y el proceso queda parado como ocurre, por ejemplo, en un proceso de retracción hidráulica; las fisuras en movimiento, aquellas en las que la fisuración continúa normalmente con una velocidad decreciente hasta llegar a la estabilización y, las fisuras vivas en las que la abertura es variable de acuerdo con la temperatura, con solicitaciones dinámicas, etc.
Así mismo, las fisuras también pueden ser catalogadas como fisuras estructurales y fisuras no estructurales. Las fisuras estructurales son las debidas al alargamiento de las armaduras o a las excesivas tensiones de tracción o compresión producidas en el hormigón por los esfuerzos derivados de la aplicación de las acciones exteriores o de deformaciones impuestas. Las fisuras no estructurales son las producidas en el hormigón, bien durante su estado plástico, bien después de su endurecimiento, pero generadas por causas intrínsecas, es decir, debidas al comportamiento de sus materiales constituyentes (asiento plástico, retracción plástica, contracción térmica inicial, retracción hidráulica, afogarado…)
FISURAS DE RETRACCIÓN PLASTICA
[editar]- Fisuras de retracción plástica. Afogarado
Son características del hormigón fresco y son producidos por la tensión capilar en los poros llenos de agua apareciendo como consecuencia de un retraso en el curado o protección del hormigón (exudación). Se produce fundamentalmente entre la primera hora y las seis horas a partir de su vertido, aunque a veces pueden incluso aparecer al día siguiente. Tienen una gran importancia en aquellos elementos estructurales en los cuales prevalece la superficie sobre el volumen (losas) y en especial cuando hay una pérdida rápida de agua causada por tiempo seco, viento o altas temperaturas. La fisuración se facilita si existen cerca de la superficie armaduras o áridos gruesos que impidan la deformación del hormigón.
La aparición de estas fisuras es mas frecuente en tiempo seco, soleado y sobretodo con viento, aunque las temperaturas no sean altas, por lo que pueden aparecer también en tiempo frío e incluso húmedo si existe viento.
Las fisuras de retracción plástica suelen ser superficiales con aberturas que oscilan entre 2 y 3 mm y van decreciendo conforme van profundizando en la pieza. También es habitual que lleguen a atravesar el espesor de las losas, a diferencia de las fisuras de asentamiento plástico. Este tipo de fisuras son muy frecuentes en las losas de hormigón y pueden mostrarse, por lo general, de las siguientes maneras: pueden seguir líneas paralelas diagonales, aproximadamente a 45º con las esquinas, con distancias entre ellas comprendida entre los 20 centímetros y los 2 metros; presentarse a modo de crestas onduladas, o siguiendo un patrón indeterminado formando generalmente una especie de malla. También es común que sigan el recorrido de las armaduras o de alguna cualidad física de la pieza, como por ejemplo un cambio de sección o una interrupción en el hormigonado.
Las fisuras de afogarado (o fisuras en mapa) son un tipo de retracción plástica superficial intensa. Son siempre superficiales y generalmente de menos de 1 cm. de profundidad y de 0,05 a 0,5 mm de anchura aproximadamente. Suelen aparecer en la primera semana (a veces mucho después) después del hormigonado, durante la fase de endurecimiento. En los elementos de espesor variable, las fisuras aparecerán con más profusión en las partes más delgadas. Por lo general, las fisuras de afogarado se manifiestan como un dibujo en forma de red o malla no regular de entre 5 y 10 cm. de lado. No siguen líneas determinadas sino que se ramifican y presentan sinuosidades debido a que aparecen cuando el hormigón no tiene prácticamente resistencia y han de adaptarse al contorno de los áridos a los cuales no pueden romper. Tienen una finura tal que, a veces, solo se las percibe después de cierto tiempo cuando se han llenado de suciedad o polvo. Los nidos de fisuras son concentraciones fuertes de fisuras en una determinada zona.
- Fisuras de asentamiento plástico
Aparecen siguiendo las líneas de las barras de armado en aquellos elementos de hormigón que han sufrido un asentamiento plástico, es decir, un desplazamiento de las partes sólidas hacia el fondo del encofrado debido a la acción de la gravedad y del agua hacia la superficie del hormigón.
En general, se trata de fisuras amplias y poco profundas, de escasa trascendencia estructural, aunque pueden tener incidencia en los efectos de corrosión de las armaduras al quedar desprotegidas. Suelen aparecer generalmente durante las tres primeras horas después del vertido del hormigón y, en algunas ocasiones, hasta las seis e incluso ocho horas posteriores. Aparecen en los lugares donde el movimiento de asentamiento derivado del descenso de la masa de hormigón se haya limitado. En función de la forma concreta de dicha restricción, se pueden distinguir los siguientes tipos:
- Fisuras marcadas inmediatamente encima de las armaduras horizontales, ya sean éstas las armaduras principales o los estribos.
- Fisuras horizontales en elementos verticales (como pilares, muros, etc.) cuando los estribos limitan el movimiento del hormigón al descender.
- Fisuras coincidiendo con cambios bruscos de sección. Son muy frecuentes en forjados reticulares. Se forma a causa de la diferencia de asentamiento del hormigón según los diferentes grosores.
- Fisuras coincidiendo con secciones delgadas de hormigón. Cuando el plano de las armaduras no permite el descenso del recubrimiento y lo desolidariza del resto de la pieza.
- Fisuras de retracción de secado
Se producen a consecuencia de las tensiones de tracción creadas en la masa de hormigón al quedar impedida la deformación provocada por los cambios volumétricos en la retracción de secado.
Las fisuras de retracción de secado, a diferencia de las de retracción plástica, suelen tener una anchura constante y un trazado limpio sin entrecruzarse ni ramificaciones. Si la distribución de las fisuras es buena, estas fisuras de retracción son muy estrechas, del orden de 0,05 a 0,1 mm de anchura y es frecuente que no tengan más de 0,02 mm. Tampoco son profundas y no suelen penetrar en el hormigón de 4 a 10 mm. Pueden aparecer a partir de las dos o tres semanas desde el vertido del hormigón, pero el riesgo de su aparición persiste en condiciones normales hasta un año, retardándose a veces hasta los dos y tres años, en función de las condiciones de sequedad atmosférica.
En este tipo de fisuración juegan un papel importante la rigidez del elemento estructural y sobretodo, la del conjunto estructural que le afecta. Se puede dar el caso de que en vez de producirse la fisuración en el elemento que se acorta, se produzca en los elementos que están unidos a él. Este efecto es frecuente en vigas de sección grande y muy armadas unidas a pilares esbeltos y poco rígidos; en este caso las fisuras aparecen en la cabeza y pie de los pilares en vez de en la viga. En el caso contrario, en vigas con luz más o menos grande, pueden aparecer fisuras perpendiculares a su eje, de espesor cons-tante, que seccionan las vigas si éstas se encuentran coaccionadas por pilares de gran rigidez.
Un caso típico de fisuras de retracción hidráulica lo tenemos en el caso de un pórtico de una crujía con dos vigas a distinto nivel. Si la viga superior tiene más rigidez y está más armada que la inferior retraerá menos que ésta, dando lugar a que ésta última sea la que se fisure.
En los forjados pueden aparecer fisuras de retracción si estos están coaccionados por vigas o nervios unidos a ellos.
La retracción en elementos verticales puede originar fisuras en elementos horizontales que funcionen hiperestáticamente con ellos. En el caso de retracción diferencial en los diferentes elementos verticales, da lugar a un estado tensional en las vigas y forjados que puede ser comparable al producido por un asiento diferencial del terreno.
La retracción en láminas y cáscaras, al tener más libertad de deformación que los otros elementos estructurales, se traduce en una reducción de las flechas si las vigas de borde impiden los movimientos en estas líneas. Sin embargo, al deformarse la lámina por retracción pueden aparecer fisuras en su intradós. Las fisuras de retracción en láminas deformables, pero coaccionadas en sus bordes, son muy parecidas a las de flexión presentando una abertura variable que va disminuyendo desde el intradós hasta la línea neutra de la sección.
Los muros de contención de tierras son elementos de gran masa con tendencia a sufrir los efectos de la retracción. Por lo general, las fisuras en estos muros, suelen presentarse en su coronación y van decreciendo hacia el terreno a la vez que van cerrándose hasta llegar a desaparecer en la proximidad de éste debido a que la humedad y el abrigo que proporciona el terreno son unas condiciones muy favorables para el curado.
La fisuración por retracción hidráulica puede afectar solamente a los recubrimientos. Esto ocurre en los elementos muy armados en los que las propias armaduras son las que coaccionan los movimientos del núcleo de la pieza y no los de ellos que al ser más superficiales son más propensos a retraer, dando lugar a la aparición de fisuras superficiales y en ocasiones a pequeños desprendimientos localizados en zonas del recubrimiento.
FISURAS DE ENTUMECIMIENTO HIDRÁULICO
[editar]Aquellas que aparecen a consecuencia del aumento de volumen del hormigón, como consecuencia de un contacto permanente con el agua. Desde el punto de vista de la fisuración, son menos peligrosas que las de retracción debido a la menor resistencia a tracción de los hormigones y a los valores relativos más altos de las retracciones con respecto a los entumecimientos.
FISURAS TÉRMICAS
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Las fisuras suelen aparecer en la superficie en forma de un mapa de fisuras de escasa profundidad (algunos milímetros o centímetros). A veces son tan finas que sólo se observan si se humedece con agua la superficie del hormigón. Las diferencias de temperatura dentro de la masa del hormigón producen cambios volumétricos diferenciales en la misma y cuando la tensión de tracción generada es superior a la resistencia del hormigón se produce la rotura del mismo.
- Fisuras de dilatación
El hormigón se contrae con el frío y con el calor aumenta su volumen y, con él, su longitud. Si no se determinan estos movimientos en la estructura se llegará, en general, a la fisuración, porque el movimiento no quedará absorbido por una red de juntas debidamente situadas. Como consecuencia de estas omisiones se formarán fisuras en el hormigón.
- Fisuras por contracción térmica inicial
Suelen aparecer entre el primer y quinto día después del vertido, cuando el hormigón ha finalizado ya su fraguado. La expansión que produce el calor generado por las reacciones de hidratación del cemento provocan tensiones en las zonas a temperaturas más frías del mismo elemento, por estar en contacto con el ambiente, o con volúmenes de hormigón puestos en obra con anterioridad que van impidiendo su libre movimiento de retracción inicial. Abundan especialmente en los muros de contención, en las losas y, en general, en aquellos elementos de espesor considerable, en especial cuando la disipación de calor del núcleo se halla impedido por alguna de sus superficies. Suelen confundirse con las de retracción hidráulica ya que hay una elevada coincidencia con los lugares habituales de aparición y con algunos de los factores que influyen en su formación.
FISURAS DE ORIGEN QUÍMICO
[editar]Las reacciones químicas producidas entre algunos tipos de áridos silíceos y los álcalis existentes en el hormigón, el ataque de ácidos, sulfatos etc., pueden dar lugar a reacciones expansivas que se manifiestan inicialmente mediante una fisuración superficial del hormigón.
- Fisuras por reacción árido-álcali
Los daños que presentan los hormigones dañados por la reacción árido-álcali se manifiestan en forma de pequeñas fisuras de forma irregular que aparecen en la superficie de los mismos, o en forma irregular que aparecen en la superficie de los mis-mos, o en forma de cráteres localizados. El daño se inicia con una pequeña superficie fisurada de forma irregular seguida eventualmente por una completa desintegración. La expansión progresa en las direcciones de menor resistencia originando fisuras paralelas a la superficie y en la dirección de los esfuerzos de compresión a que esté sometido el elemento.
- Fisuras por oxidación de áridos sulfurosos
Se manifiesta en forma de fisuras poligonales o rectas que van aumentando hasta convertirse en grietas. A su vez, y tal y como se comenta más adelante, van produciendo un hinchazón y desagregación del hormigón en la zona afectada.
- Fisuras por corrosión de la armadura
Las fisuras debidas a la corrosión de armaduras y consiguiente expansión del óxido son paralelas a la dirección de la armadura. La causa es la corrosión de la armadura, bien por escasez de recubrimiento, bien por falta de capacidad de protección del hormigón. La formación de óxido sobre la barra de acero ejerce presión sobre el recubrimiento provocando su estallido. Por lo general, las fisuras aparecerán manchadas de óxido, por lo que esta patología es muy fácil de detectar. En barras sometidas a compresión, tales fisuras tienen la misma dirección que las que hubieran podido deberse al estado tensional de la pieza. Las debidas a corrosión de la armadura principal se caracterizan porque se encuentran próximas a los vértices y porque, con frecuencias, los labios de la fisura se encuentran en distinto plano. El ancho evoluciona hasta valores muy altos (hasta 0,5/1 mm. Así mismo, la fisuración también puede suponer una causa secundaria de corrosión de armaduras.
FISURAS POR ADHERENCIA
[editar]Se produce en zonas en que la armadura que trabaja a tracción se encuentra insuficientemente anclada. Se caracteriza por fisuras normales a la armadura, acompañada en ocasiones por fisuras paralelas a aquellas.
FISURAS DEBIDAS A ACCIONES MECÁNICAS
[editar]Aquellas que aparecen en los elementos estructurales cuando se ha producido el agotamiento del hormigón. Sin embargo, la fisuración no es por sí misma un indicio alarmante, dado que lo habitual es que las piezas de hormigón se fisuren en estado de servicio. De hecho, el estudio de las deformaciones en estructuras flectadas de hormigón, tiene dos estados que se diferencian porque la pieza pasa de un primer estado sin fisurar a un segundo estado fisurada, sin que ello implique problemas patológicos. Para comprobar si realmente corresponde a una situación de alarma, es preciso atender a su evolución. Formas de las fisuras en el hormigón según las distintas solicitaciones:
- Fisuras por compresión
Las fisuras de compresión son paralelas a la dirección del esfuerzo. La separación entre ellas es muy variable y su trazado es irregular debido a la heterogeneidad del hormigón. Las fisuras pueden tener trazados diferentes a los indicados si la pieza está impedida de deformarse en determinadas zonas. Las piezas muy esbeltas sometidas a compresión pueden presentar fisuras muy peligrosas en la parte central de las mismas y sólo en una de sus caras. Estas fisuras, que suelen ser finas y estar muy próximas unas a otras, pueden ser índice bastante claro de la iniciación de un fenómeno de pandeo.
Hay una diferencia esencial entre las fisuras de compresión y las de tracción: las fisuras de tracción aparecen repentinamente mientras que las de compresión empiezan a hacerse visibles con esfuerzos inferiores a los de rotura y van aumentando de tamaño de forma continua.
- Fisuras por tracción
Las fisuras producidas por la acción de esfuerzos de tracción presentan superficies perpendiculares a la dirección del esfuerzo. Son fisuras poco frecuentes en el hormigón armado ya que lo impiden las armaduras. Sin embargo, cuando las deformaciones de las barras sobrepasan un determinado valor, pueden aparecer coincidentes, en general, con el lugar donde están colocados los estribos. Son fisuras que aparecen de forma súbita y atraviesan la sección.
- Fisuras por flexión
Este tipo de fisuras pueden presentar aspectos diferentes según correspondan a flexión simple o a flexión combinada con esfuerzo cortante. Las fisuras por flexión simple aparecen en las proximidades de las armaduras sometidas a tracción y progresan verticalmente buscando la línea neutra, a la vez que su anchura va disminuyendo, para curvarse buscando el punto de aplicación de las cargas y desaparecer en la zona de compresión. En el caso de las vigas, este tipo de rotura se presenta prácticamente siempre, aunque en forma de fisuras muy repartidas, que no van más allá de la armadura inferior. En algunos casos, esta fisuración va acompañada o precedida por el deterioro de la zona de compresión. En ésta pueden aparecer fisuras paralelas a la directriz de la barra, similares a las producidas por la compresión simple. Estas fisuras pueden no aparecer y dar paso directamente a la plastificación y rotura del hormigón.
Si la flexión es compuesta es posible que sea la fibra más comprimida la que sufra la fisuración. Es normal que vigas sometidas a flexión con cargas concentradas próximas a los apoyos se fisuren por cortante y no por flexión.
- Fisuras por cortante
En el caso de esfuerzo cortante simple, como la resistencia a tracción es muy inferior a la de compresión, las fisuras serán perpendiculares a la tensión de tracción. Las fisuras de cortante suelen aparecer en el alma de las vigas sometidas a flexión y van progresando hacia las armaduras para llegar finalmente hasta los puntos de aplicación de las cargas con lo cual dividirán las piezas en dos partes. Su inclinación sigue el antifunicular de las cargas que actúan sobre el elemento, fisurando al hormigón su este no dispone de armadura suficiente para absorber las tracciones producidas.
- Fisuras por torsión
Las fisuras debidas a la torsión aparecen generalmente en las caras de barras sometidas a tal estado tensional; se caracterizan por formar siempre un ángulo de 45º con el eje de aquéllas y por describir un trazado helicoidal. Este tipo de fisuras es frecuente en estructuras de edificios cuando existen brochales que arriostran pórticos de luces descompensadas y cuando no se ha tenido en cuenta el efecto de torsión que se origina colocando la armadura precisa para absorberlo.
- Fisuras de punzonamiento
Se caracterizan por la formación de una superficie de fractura de forma troncopiramidal cuya directriz es el área cargada. Por lo general, se localizan en ábacos de los forjados reticulares y en las uniones de vigas planas con pilares. Los fallos de punzonamiento son frecuentemente de tipo frágil y han sido origen de numerosos hundimientos.