RIESGOS DERIVADOS DE LA FISURACIÓN

Como continuación del anterior post, hoy os hablo principalmente de los riesgos derivados de la fisuración, que son RIESGO DE CORROSIÓN, RIESGO ESTÉTICO Y RIESGO PSICOLÓGICO.




La durabilidad de una estructura de hormigón es su capacidad para soportar, durante la vida útil para la que ha sido proyectada, las condiciones físicas y químicas a las que está expuesta, y que podrían llegar a provocar su degradación como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el análisis estructural.

Entre estos efectos, se encuentra la corrosión de las armaduras. La normativa española del hormigón (EHE 08), nos dice que las armaduras deberán permanecer exentas de corrosión durante todo el período de vida útil de la estructura. 

La armadura embebida en hormigón fabricado con cemento portland se puede mantener exenta de corrosión de forma indefinida, como consecuencia del efecto protector de la alcalinidad que aporta el cemento al hidratarse. Esta protección se pierde al neutralizarse la alcalinidad, bien por efecto de la penetración de dióxido de carbono de la atmósfera a través de los poros del hormigón (carbonatación), o bien por la acción de los iones cloruro. Estos últimos pueden ser aportados por las materias primas del hormigón o penetrar del exterior (por ejemplo, en el ambiente marino).

Los productos de la corrosión, por las condiciones de su formación o por su naturaleza, en ningún caso garantizan la protección ulterior de las armaduras, por lo que el fenómeno corrosivo, una vez iniciado, progresa de manera continua si persiste la causa que lo originó siempre que el contenido de agua en los poros, la temperatura y el aporte de oxígeno sean suficientes. De aquí, la gran importancia que tienen la compacidad y los recubrimientos en la protección de las armaduras del hormigón.

La fisura supone un cambio de acceso a la armadura de los agentes agresivos, en particular del anhídrido carbónico y de los cloruros, enormemente más rápido que la estructura porosa del recubrimiento. 

La creencia de que una fisura representa un riesgo de oxidación localizado en la sección transversal situada en el plano de la fisura, no es cierta. Si no que, como vemos en la figura, la rotura de adherencia que la fisura supone, y el giro del hormigón del recubrimiento separándose de la barra en una cierta zona próxima a la fisura, extienden la corrosión a ambos lados del plano teórico de la fisura.

En líneas generales, para pequeños anchos de fisuras, es más importante para la velocidad de corrosión la reducción del recubrimiento que el ancho de la fisura. La influencia de la abertura de fisura sobre la corrosión de las armaduras puede ser relativamente pequeña, siempre que dicha abertura permanezca dentro de un rango de valores suficientemente bajos. Ello se debe, en gran parte a que presentan tendencia al autosellado, por los productos de la corrosión y depósitos cálcicos. De todas maneras, en las fisuras transversales se dan a veces situaciones de “cicatrización” por relleno con polvo del ambiente. 

Las fisuras longitudinales son, naturalmente, más peligrosas que las transversales, ya que afectan a superficies mucho mayores de la barra y, además, conllevan mayor probabilidad de pérdida del recubrimiento.

Los productos de corrosión, debido al aumento de volumen que presentan, ejercen  presiones sobre el hormigón, fisurándolo y agrietándolo junto a las armaduras aumentando las vías de entrada de agentes agresivos.

El proceso de corrosión de las armaduras suele afectar más a sus condiciones de adherencia y anclaje que a su sección. El ataque, sin merma sensible de sección total de la barra, reduce drásticamente las corrugas y por tanto la adherencia.

Existen una serie de factores que influyen sobre la corrosión y que son los siguientes:

     • La humedad. Si la humedad relativa no supera el 50%, rara vez se produce corrosión de las armaduras. Por encima de este valor, la corrosión aumenta con la humedad.

     • La combinación de alta humedad relativa con altas temperaturas es especialmente peligrosa. (Costas de zonas cálidas).

    • El nivel de saturación de agua en el hormigón. En estado permanente de saturación del hormigón, no hay aportación de oxígeno al acero y, por lo tanto, no se produce corrosión.

   • La alternancia de ciclos de saturación y secado, cuyos efectos lleguen hasta las armaduras, aumenta considerablemente el riesgo de corrosión.

    • La presencia de cloruros o de otras sustancias corrosivas en la interfaz acero-hormigón acelera el proceso de corrosión.

     • La presencia de corrientes eléctricas parásitas en la armadura acelera fuertemente la corrosión.

Las consecuencias de la corrosión aumentan al reducirse el diámetro de las armaduras y, en este sentido, el proyectista debe considerar cuidadosamente los hechos siguientes:

   a) Fisuras de origen tensional, producidas bien por las acciones permanentes y variables, bien por las deformaciones impedidas, tales como la retracción y la temperatura. Habitualmente se trata de fisuras ortogonales a las armaduras.

     b) Fisuras de origen atensional debidas al incremento de volumen de las barras producido por su oxidación, que ejerce presión sobre el hormigón hasta estallarlo, provocando fisuras paralelas a las armaduras. Estas fisuras son debidas generalmente a la corrosión inicial directa de las armaduras por escasa protección física de las barras (escasez de recubrimiento, elevada porosidad, etc.), o por escasa protección química (bajo contenido de cemento).

     c) Fisuras debidas a otras causas, tales como la retracción plástica o reacciones químicas dentro del hormigón endurecido. 

La experiencia muestra que las fisuras del tipo b) son más frecuentes y más anchas que las del tipo a), y son consecuencia de una escasez de recubrimiento o de una pobre calidad del hormigón de recubrimiento. Una posibilidad para reducir el riesgo de fisuración del tipo a) es emplear diámetros finos y recubrimientos pequeños. El proyectista debe ejercer aquí su buen juicio y darse clara cuenta de que ello puede incrementar el riesgo del tipo b).

Con respecto al riesgo estético, podemos decir que es claro que la fisuración afecta al aspecto de la superficie del hormigón y por lo tanto a su calidad estética. De todas maneras, se puede establecer un ancho de fisura aceptable, dependiendo del edificio del que se trate.

Por último, la reacción de que los usuarios identifiquen la presencia de fisuras en una estructura, con el riesgo de hundimiento de la misma  ha sido poco estudiada, pero existe una teoría que dice que la mayoría de las personas, son capaces de distinguir fisuras de un ancho en décimas de milímetro igual a la distancia del observador a la fisura en metros.

A efectos de responsabilidad, no debiera olvidarse que los métodos de cálculo asocian el ancho máximo de fisura a un nivel de confianza del 95%, es decir que no puede excluirse la posibilidad de algunas fisuras de ancho superior al reglamentario. 

INTRODUCCIÓN A LA FISURACIÓN DEL HORMIGÓN

Hoy publico un extracto de mi trabajo fin de carrera, una monografía que trató sobre la fisuración del hormigón. En este post, trato de dar una visión global de la fisuración del hormigón, pero más concretamente del hormigón estructural.

En primer lugar, cobra vital importancia diferenciar entre fisura y grieta. Existen diversas teorías acerca de la diferencia entre estos dos términos como por ejemplo el espesor, o si la discontinuidad afecta a todo el espesor del elemento o no, pero yo defiendo la teoría de que una fisura, al igual que la grieta es una imperfección lineal más o menos ramificada pero que a pesar de suponer la rotura del monolitismo del material, no supone la discontinuidad global del elemento. Es decir, existe transmisión de esfuerzos a ambos lados de la discontinuidad y por lo tanto el material trabaja de forma conjunta. En cambio en la grieta, la discontinuidad supone que el material trabaja de forma independiente a uno y otro lado de la misma.

El hormigón en masa presenta una buena resistencia a compresión, como les ocurre a las piedras naturales, pero ofrece muy escasa resistencia a tracción, lo que sumado a la reducida tenacidad produce la que puede ser la característica más negativa del hormigón, la fisuración. Debido a ello el hormigón en masa resulta inadecuado  para piezas que hayan de trabajar a flexión o tracción, pero si se refuerza disponiendo barras de acero en las zonas de tracción, el material resultante, hormigón armado, está en condiciones de resistir los distintos esfuerzos que se presentan en las construcciones. 

La adherencia hormigón-acero es el fenómeno básico sobre el que descansa el funcionamiento del hormigón armado como material estructural. Si no existiese adherencia, las barras serían incapaces de tomar el menor esfuerzo de tracción, ya que el acero deslizaría sin encontrar resistencia en toda su longitud y no acompañaría al hormigón en sus deformaciones, con lo que, al fisurarse éste, sobrevendría bruscamente la rotura (salvo que existiese algún mecanismo de anclaje distinto al anclaje por adherencia, cosa extraordinariamente rara). Por el contrario, gracias a la adherencia son capaces las armaduras de trabajar, inicialmente, a la vez que el hormigón; después, cuando éste se fisura, lo hace de forma más o menos regularmente distribuida a lo largo de la pieza en virtud de la adherencia; y la adherencia permite que el acero tome los esfuerzos de tracción manteniendo la unión entre los dos materiales en las zonas entre fisuras. 

Las causas de la fisuración pueden ser muy variadas y la determinación de su origen no siempre es fácil aunque, en general, puede decirse que las mismas causas producen idénticos tipos de fisuras, por ello si estudiamos detenidamente la fisuración producida en el elemento, llegaremos a averiguar el origen de la misma. 

Hay que señalar que las fisuras de amplitud inferior a 0.05mm se consideran como microfisuras y no son perceptibles a simple vista, careciendo por otra parte de importancia salvo en la interrupción que producen del monolitismo e impermeabilidad del hormigón. Las fisuras de amplitud comprendida entre 0.1 y 0.2 mm no suelen ofrecer peligro de corrosión de armaduras en hormigón armado, salvo que se dé la circunstancia de que el medio sea agresivo.

La fisuración aparece en el hormigón cuando se crean en él tensiones, generalmente de tracción, que es incapaz de resistir. Si las causas que crean estas tensiones pueden ser muy variadas, aún lo son más, las que impiden que el hormigón sea capaz de resistirlas y no llegaremos en este caso estudiarlas.

A veces, la fisuración es consecuencia de una acción aislada, en otras ocasiones, lo es de varias acciones combinadas; así, una microfisuración de origen estático puede ser la puerta de entrada de agentes agresivos que corroyendo las armaduras den lugar a una fisuración más enérgica.

Las diversas causas que provocan la fisuración, pueden estar relacionadas, bien con las acciones directas (cargas) o indirectas (asiento de apoyos, temperatura y la retracción de secado, que se producen en el hormigón endurecido), bien con otras razones que, más que con el proyecto, tienen que ver con la ejecución de la estructura o con una dosificación inadecuada. Estas fisuras, relacionadas con la ejecución y la dosificación, son entre otras, las de afogarado o retracción plástica (provocadas en elementos superficiales recién hormigonados); las de asentamiento plástico (paralelas a las armaduras del paramento superior en losas); las relacionadas con movimientos del encofrado; o las que provienen de una fuerte retracción temprana provocada por una excesiva dosificación de cemento (muy usuales en losas de forjado en las que se exige una gran resistencia inicial y, por precaución, se dosifica el hormigón con una excesiva cantidad de cemento que da lugar a un hormigón demasiado frágil).

Por otra parte, un contenido de cemento demasiado bajo, produce un hormigón permeable. Esto plantea un dilema, porque cuando se añade suficiente cemento para conseguir la impermeabilidad necesaria, el hormigón ya es demasiado propenso a fisurarse. Y es que, como dijo irónicamente P. Kumar Mehta (1996), "... más del 75 por ciento de las aplicaciones del hormigón de alta resistencia, han sido con el propósito de obtener durabilidad, no resistencia".

Antiguamente, el problema del hormigón era que no alcanzaba la resistencia suficiente por lo que con el paso del tiempo los fabricantes de cemento, respondiendo a la demanda pública de un cemento de más resistencia y más rápida hidratación, comenzaron a aumentar el silicato tricálcico  y la finura del cemento. Esto sumado a una mayor dosificación de cemento, dio lugar al hormigón frágil que se fisura con facilidad. Así pues, parece que hemos ido demasiado lejos en nuestra búsqueda de la resistencia.

Todas las fisuras relacionadas con la ejecución y la dosificación (que son las más abundantes en estructuras de hormigón), suelen ser superficiales e incontrolables por medio de armadura, siendo frecuente su aparición en fases muy tempranas del proceso de endurecimiento del hormigón. En definitiva, estas fisuras están relacionadas con la fase plástica del hormigón y, por ello, tienen un tratamiento numérico inabordable, debiendo efectuarse el control de su anchura mediante normas de buena práctica constructiva y una correcta dosificación.



Así, podemos establecer la siguiente clasificación de las fisuras que aparecen en el hormigón:

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.

            • Estado plástico:
                     - Asiento plástico.
                     - Retracción.
            • Estado endurecido:
                     - Contracción Térmica Inicial.
                     - Retracción Hidráulica.
                     - Fisuración en mapa.

Fisuras estructurales. Son las producidas debido 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.

El diseño de las estructuras de hormigón armado exige garantizar unas adecuadas condiciones de seguridad de éstas, así como unas apropiadas condiciones de servicio. El uso de la estructura puede verse afectado por una fisuración excesiva, deformaciones elevadas, oscilaciones perturbadoras, reducida capacidad frente a fuego, corrosión del acero, etc. Aunque disponemos de muchas herramientas para impedir que se produzcan estos fenómenos, algunos de ellos son inevitables, y lo más que podemos hacer es controlarlos y mantenerlos dentro de límites aceptables.

Es el caso de la fisuración, sin embargo, pese a que se trata de un proceso casi inevitable, debemos diseñar las estructuras limitando la posible abertura máxima de éstas por razones de durabilidad, estanqueidad, estética y para reducir el riesgo de que el usuario identifique la presencia de fisuras en una estructura, con el riesgo de hundimiento de la misma, este riesgo suele denominarse efecto psicológico.