Comprendiendo el agrietamiento en el concreto residencial; Control y Prevención

Las grietas en el concreto vienen en muchos tamaños y formas: desde grietas superficiales pero estéticamente desagradables hasta grietas anchas y de profundidad total. Este artículo está escrito para propietarios de viviendas, constructores de viviendas o inspectores de edificios para proporcionar una comprensión básica de los tipos más comunes de grietas, su control y prevención.

Agrietamiento del concreto: Causas y tipos

El concreto, en su forma más simple, es una mezcla de cemento hidráulico, áridos y agua1. La mayor parte del concreto que se produce en la actualidad también contiene aditivos químicos como reductores de agua, retardantes y acelerantes. Como muchos otros materiales de construcción, el concreto se expande y contrae con los cambios de temperatura y humedad. También puede flexionarse dependiendo de las cargas aplicadas y las condiciones de apoyo. ¿Alguna vez ha visto una losa, camino de entrada, porche o acera y pensó que se veía hermoso excepto por esa fea grieta? Cuando sucede algo que hace que el concreto se expanda o contraiga, o cuando se aplica una carga pesada, o cuando ocurre un cambio en el soporte, es probable que el concreto se agriete. Una de las formas más comunes de grietas se denominan grietas por contracción plástica. Aparecen grietas por contracción plástica en la superficie del concreto fresco poco después de su colocación y antes de que se endurezca2. Son causadas por la rápida pérdida de agua de la superficie del concreto antes de que se endurezca. Estas grietas suelen ser paralelas, poco profundas y no llegan al borde de la losa. La adición de agua al concreto, las altas temperaturas, la baja humedad y la velocidad del viento son las principales causas de las grietas por contracción plástica. Debido a que son poco profundas, a menudo son antiestéticas, pero rara vez afectan la resistencia o durabilidad del concreto. Las grietas por contracción por secado son otra forma común de agrietamiento y son probablemente las grietas más incomprendidas y controvertidas en el concreto residencial. Cuando se coloca concreto, está en su mayor volumen. A medida que comienza a endurecerse, el agua del interior del hormigón sale a la superficie y se evapora; esta agua se llama agua de sangrado. La pérdida de agua de sangrado provoca una reducción de volumen y el concreto comienza a encogerse. Una vez que el concreto comienza a endurecerse (a través de la hidratación del cemento), se consume agua en el proceso de reacción mientras continúa secando externamente. Esta pérdida total de agua conduce a una contracción del concreto, denominada contraccion por secado, y es la causa principal de las grietas más grandes, antiestéticas, a menudo de profundidad completa, conocidas como fisuras por contracción por secado. Cuando se impide que el concreto se contraiga libremente, debido, por ejemplo, a bordes engrosados a lo largo del perímetro, vigas de grado interno para muros de carga, desbastes M-E-P, etc., aumenta la probabilidad y el tamaño de las grietas por contracción por secado. La contracción por secado es la razón por la que los encargados del acabado del concreto colocan juntas en el concreto; las articulaciones son simplemente "bonitas grietas". En promedio, el concreto se contrae 1/8 de pulgada en veinte pies, pero en general, la contracción por secado es proporcional a la cantidad de agua en el concreto3.
También se pueden formar grietas debido al asentamiento del concreto alrededor del acero (lo que aumenta la probabilidad de que ocurra con la adición de agua), el movimiento del encofrado, los cambios en el soporte de la subrasante (como en una zanja compactada incorrectamente) o grandes cambios de temperatura mientras el concreto aún se encuentra en las primeras etapas de endurecimiento2.Como se mencionó anteriormente, la práctica común de agregar agua al concreto para facilitar su colocación y acabado es con frecuencia una causa principal de muchas de estas grietas y, como mínimo, contribuye a empeorarlas. Por lo tanto, la adición de un aditivo reductor de agua de rango medio o alto para minimizar la cantidad de agua en el concreto ayudaría a resolver muchos de estos problemas.

Refuerzo de Malla Electrosoldada

La mayoría de las losas residenciales no tienen refuerzo de acero primario o estructural. Si se usa acero, se usa como refuerzo secundario que es definido por el Instituto Americano del Concreto (ACI)4  como “refuerzo no estructural como la malla electrosoldada, fibras o barras para minimizar los anchos de fisura que son causados por la expansión y contracción térmica, o contracción".El Wire Reinforcement Institute (WRI) dice que la contracción por secado es la mayor preocupación en el diseño y construcción de losas sobre el suelo. Definen tres propósitos principales para el refuerzo de losas sobre suelo: control de contracción (secado), control de temperatura y capacidad de momento5. Para que la malla electrosoldada funcione, debe colocarse con precisión dentro del tercio superior del concreto con el soporte adecuado. Una de las principales causas del bajo rendimiento de losas residenciales es la ubicación inadecuada o la ausencia total de soportes6. Los estudios sugieren que para las mallas electrosoldadas de calibre ligero que se usan comúnmente en losas residenciales, se debe proporcionar un espaciado de soportes no mayor de 12 pulgadas en cada dirección7. Además, la malla electrosoldada no prevé la reducción del agrietamiento por contracción plástica. Sin embargo, existe una alternativa que proporciona los tres propósitos principales para reforzar una losa y controlar las grietas por contracción plástica ...

Fibras Sinteticas

Las fibras sintéticas (fibra) son definidas por ACI como “fibras cortadas hechas de poliolefina, como polipropileno y polietileno, que se utilizan como refuerzo en el concreto” 8. Durante las últimas cuatro décadas, el uso de fibra en el concreto ha aumentado exponencialmente Proporcionan una solución más completa al agrietamiento debido a su dispersión por todo el concreto. Mientras que puede haber ~ 150 pies de alambre de acero ubicado bidimensionalmente a solo una profundidad en un volumen dado de concreto, alternativamente hay cientos de miles de fibras en ese mismo volumen ubicadas tridimensionalmente a lo largo de la profundidad de la losa, esto significa que para una losa de concreto reforzado con fibras (FRC), todo tipo de grietas se pueden minimizar o eliminar antes de que se formen.ASTM C1116 / C1116M define el concreto reforzado con fibra sintética tipo III como concreto que contiene fibras sintéticas para las cuales se puede presentar evidencia documental que confirme su resistencia al deterioro9. Hay dos tipos distintos de fibras sintéticas que se pueden utilizar para concreto reforzado con fibras, fibras microsintéticas y fibras macrosintéticas.

Fibra Microsinteticas

ACI10 define las microfibras como fibras con diámetros inferiores a 0,012 pulgadas (0,3 mm). Hay dos tipos de microfibras, monofilamento y fibrilado. Estas fibras son típicamente de 0.5 a 1.5 pulgadas de largo y se agregan al concreto en 0.5 a 1.5 libras por yarda cúbica. Las microfibras de monofilamento son como hebras individuales de seda, mientras que las microfibras fibriladas son como redes de seda. Estas fibras brindan una resistencia superior a la formación de grietas por contracción plástica, especialmente en comparación con la malla electrosoldada. También ayudan a mejorar la durabilidad de la congelación-descongelación y la resistencia al agrietamiento y desconchado. Sin embargo, una vez que se forma una grieta, no pueden proporcionar resistencia residual posterior a la grieta. En pocas palabras, una vez que se forma una grieta, a diferencia de la malla electrosoldada, las microfibras no pueden mantener la grieta firmemente unida o evitar que se propague.

Fibras Macrosinteticas

ACI8,10 define las macrofibras como fibras con diámetros superiores a 0,012 pulgadas (0,3 mm) y la capacidad de mejorar las propiedades de ingeniería del concreto; es decir, proporcionar un rendimiento que cumpla o supere el de la malla electrosoldada. Estas fibras son típicamente de 1,25 a 2 pulgadas de largo y, para losas residenciales, normalmente se agregan al concreto a razón de 3 a 5 libras por yarda cúbica. Las macrofibras tienen muchas formas, como cinta, paja o hebras retorcidas. Proporcionan todos los beneficios de las microfibras además de una mayor durabilidad y tenacidad, y un control igual o mejor de la propagación de grietas y la apertura del ancho de las grietas en comparación con la malla electrosoldada. En pocas palabras, las macrofibras hacen todo lo que hace la malla electrosoldada y, además, ayudan a minimizar las grietas por contracción plástica si el área de la superficie de las fibras de las macrofibras utilizadas es lo suficientemente grande, ya que están dispersas por todo el concreto.

Determinando el desempeño equivalente

Las macrofibras pueden diseñarse para proporcionar un rendimiento igual al de la malla electrosoldada. Para determinar la tasa de dosificación adecuada, se puede evaluar la comparación de los datos de rendimiento reales. Se pueden usar diferentes pruebas para obtener datos de rendimiento, pero solo se puede usar ASTM C1609 / C1609M11 para probar fibras y malla electrosoldada frente a frente. Los dos resultados principales de la prueba a revisar son la resistencia residual a la flexión equivalente, fe3 o f(e, 150) 150, y la relación de resistencia residual a la flexión equivalente, Re3 o R (T, 150) 150. Debido a que fe3 está influenciada por la resistencia a la compresión y la resistencia máxima a la flexión, la comparación de los valores de fe3 entre pruebas puede resultar difícil. Por lo tanto, una comparación de los valores de Re3 es más apropiada ya que relaciona fe3 como un porcentaje del esfuerzo máximo en el concreto. En consecuencia, para asegurar que el rendimiento de la fibra sintética cumpla o supere el de la malla electrosldada, el valor Re3 de la fibra debe ser mayor que el de la malla electrosoldada cuando se prueba con ASTM C1609 / C1609M. Los resultados de la prueba a continuación, realizados por un laboratorio independiente, proporcionan datos de comparación ASTM C1609 / C1609M para una microfibra, macrofibra y malla electrosoldada.Basado en estos datos, STRUX 90/40, una macrofibra sintética agregada al concreto a una tasa de 3.0 libras por yarda cúbica excede el desempeño de la malla electrosoldada. La microfibra, aunque supera la capacidad de la malla electrosoldada para mitigar las grietas por contracción plástica, no puede igualar ni superar el rendimiento de la malla electrosoldada una vez que se produce una grieta.

Pruebas realizadas por SGS TEC Services en Lawrenceville, GA bajo contrato con GCP Applied Technologies. Estos datos no pueden ser utilizados para ningún propósito por nadie que no compre fibras de GCP Applied Technologie

Referencias:

1. Terminología del hormigón ACI 2018
2. NRMCA CIP 5 "Agrietamiento por contracción plástica"

3. ACI 224R-01 “Control de fisuración en estructuras de hormigón”

4. Boletín de educación ACI E2-00 "Refuerzo para concreto - Materiales y aplicaciones"

5. Hecho técnico de WRI TF-705-R-03 "Fórmulas para el éxito: formas innovadoras de reforzar losas sobre el suelo"

6.WRI Tech Fact TF 702-R-08 "Losas de bajo mantenimiento: se necesitan soportes para el rendimiento a largo plazo del refuerzo de alambre soldado en losas sobre el nivel del suelo"

7. "El dilema del refuerzo de alambre soldado (WWR) del contratista"; Malisch, Ward y Suprenant, Bruce

8. ACI 544.4R-18 "Guía de diseño con hormigón reforzado con fibra"
9. ASTM C1116 / C1116M "Especificación estándar para hormigón reforzado con fibra"

10. ACI 544.3R-08 “Guía para especificar, dosificar y producir hormigón reforzado con fibra”

11. ASTM C1609 / C1609M “Método de prueba estándar para el rendimiento de flexión de fibras reforzadas
Concreto (usando viga con carga en el tercer punto)