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Artículos universitarios

Fisuras en los Muros de Bloque de Concreto

J.S. Held expande su practica en consultoría en Canadá con la adquisición de SPECS.

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Resumen

Las fisuras dentro de los muros de concreto conocidas también como fisuras escalonadas o fisuras en las juntas de mortero son un ejemplo de imperfección o debilitamiento, pero típicamente no comprometen la integridad estructural. Las fisuras en los muros de bloque de concreto son el resultado de una tensión interna a consecuencia de la disminución, fatiga, expansión térmica y contracción: todo lo anterior anticipa que se puede predecir y debe tenerse en cuenta en el diseño y la construcción.

 
Figure 1 - Imagen de una estructura representando la localización de fisuras típicas debido a contracción
Figure 1 - Imagen de una estructura representando la localización de fisuras típicas debido a contracción

¿Que es la Contracción en Mampostería de Concreto?

La mampostería de concreto esta compuesta por dos componentes primarios: bloques de concreto y cemento motero colocado entre los bloques. Los dos están compuestos de cemento hidráulico, compuestos minerales y agua. En cualquier mezcla de concreto, el cemento hidráulico se combina con agua para crear la pasta que une los compuestos minerales. Una vez se combina, el cemento hidráulico químicamente separa las moléculas de agua utilizando un átomo de hidrógeno y uno de oxígeno para formar la estructura cristalina que le da al concreto su solidez. Este proceso es llamado hidratación.

Además de formar la estructura cristalina que le da al concreto su solidez, la hidratación crea calor al romper los enlaces de la molécula de agua. En este proceso, también ocurre la liberación del átomo de hidrógeno libre como un gas. Mas importante, este proceso resulta en una reducción de volumen de material. Una causa adicional de reducción de volumen es el exceso de agua. Específicamente, el cemento hidráulico solo puede aceptar una cantidad limitada de agua. Por lo tanto, cualquier cantidad de agua extra que se agregue a la mezcla inicialmente aumentará el volumen, pero se ira purgando y reducirá volumen mientras el concreto se cura y endurece. La purga de este exceso de agua normalmente ocurre dentro de las primeras 12 horas después de mezclar, pero toma aproximadamente 28 días para que la mayoría de la hidratación ocurra. Después de 28 días el proceso de hidratación continuará a un ritmo decreciente y dependiendo de las condiciones, continuará por años después de la mezcla inicial.

La contracción en la mampostería de concreto ocurre debido a la reducción en volumen tanto del bloque como del mortero. Dado que el bloque cubre la mayoría del área del muro, la reducción en los bloques son el mecanismo principal que impulsa esta contracción. Por lo tanto, la contracción por secado depende de varios factores incluyendo el método de curado, contenido inicial de humedad, contenido de cemento y el conglomerado utilizado en el bloque. Aunque la contracción en mampostería varía, existen coeficientes de contracción publicados dentro de ACI 530-11 (American Concrete Institute). De acuerdo con estos coeficientes, es típico para un muro mampostería, de 100 pies lineales, experimentar una reducción de media pulgada o mas.

Restricciones Geométricas

Para que la mampostería de concreto funcione estructuralmente como es debido, transferir cargas verticales y resistir cargas laterales, los muros deben estar amarrados. Este amarre se logra conectando estructuralmente el muro a la cimentación y a otros componentes tales como columnas y vigas de amarre. Además de estar conectados a la cimentación y a las vigas de amarre, los muros normalmente se construyen íntegramente en las esquinas con cambios en la geometría. Todos estos puntos, aunque necesarios para el correcto funcionamiento estructural del muro, dan como resultado restricciones dentro del muro que causan tensión a medida que el muro experimenta contracción. Así como en el concreto simple, la mampostería de concreto es fuerte en compresión, pero débil en tensión. Por lo tanto, las fuerzas de tracción a menudo llevan a un agrietamiento mientras el muro actúa para aliviar la tensión.

Agrietamiento en Muros de Bloque

Cuando los muros de cemento se contraen, el agrietamiento que resulta forma diferentes patrones dependiendo en donde actúa el muro para aliviar la tensión. Usualmente, esta contracción se manifiesta en cambios de material, cambios en la geometría (aperturas de ventanas y puertas) y adyacente a las esquinas. Sus patrones pueden ser de configuración escalonada, horizontales o verticales. El agrietamiento también puede ocurrir a lo largo de la interconexión de los diferentes componentes del muro como la conexión entre la cimentación y el muro o la viga de amarre. Las fisuras en estos puntos usualmente son horizontales (refiérase a la Figura 1).

Guías: Un punto frecuente para la aparición de fisuras escalonadas ocurre en las equinas donde hay una transición entre las secciones de muro guía y las de relleno (refiérase a la Figura 2) específicamente cuando se construye un muro en mampostería de concreto, el albañil comenzará la construcción por las guías o esquinas primero, que por lo general se acomodan mas rápido y se utiliza un mortero de mayor resistencia. Una vez que las guías están instaladas, el resto del muro se construye utilizando mortero que no tiene la misma resistencia del utilizado en las esquinas. Como resultado las esquinas del muro son esencialmente mas rígidas que el resto del muro; por eso, a medida que la mampostería de los muros se contrae, una fisura escalonada se desarrollará por este cambio en la rigidez, comportándose como una unión fría dentro del muro.

 
Figura 2 – Foto de una sección de muro guía
Figura 2 – Foto de una sección de muro guía

Aperturas y Dinteles: Las fisuras escalonadas también pueden ocurrir en las esquinas de las puertas y aperturas de las ventanas. Esto ocurre porque aperturas mas grandes crean cambios geométricos dentro de los puntos de unión del muro que sirven para concentrar las tensiones de la contracción. Este mismo fenómeno existe con otros materiales, como acero y madera. En estos materiales el tamaño y ubicación de los huecos están restringidos para minimizar la concentración de tensión o localizar el aumento de tensión. En mampostería de concreto, a medida que el muro experimenta la anticipada contracción, la tensión que se produce en las aperturas de puertas y ventanas, frecuentemente crean fisuras que pueden ser escalonadas, diagonales, horizontales o verticales dependiendo de la configuración del muro.

Las fisuras horizontales usualmente se forman a lo largo de los puntos de unión entre el dintel de concreto preformado y aquellas partes de la pared que lo soportan. Esto sucede cuando la apertura de la ventana crea una perforación dentro la sección de muro, similar a una junta de control en las lozas del suelo. A medida que las secciones de muro a cada lado de la apertura se contraen e intentan separarse de la apertura, se genera tensión a lo largo del dintel prefabricado que esta uniendo las dos secciones de muro. Esta condición produce una fricción horizontal o corte del mortero entre el muro y el dintel de cemento preformado.

Celdas Reforzadas: Las fisuras verticales usualmente ocurren dentro del área del muro o a lo largo de las aperturas reforzadas. Esto ocurre cuando las tensiones internas asociadas con la contracción producen fisuras entre las secciones de celdas reforzados internamente con lechada y los que no tienen refuerzo. Las diferentes propiedades del material se relacionan directamente con la resistencia del material. En el caso de montajes de mampostería de concreto, un bloque de concreto normal tiene una resistencia a la compresión de aproximadamente 2000 psi como la mayoría de los morteros. Sin embargo, la lechada, puede variar en resistencia a la compresión entre 3000 psi a mas de 5000 psi. Estas variaciones de resistencia ocasionan diferentes resultados en comportamiento y desempeño. Es esta fluctuación y los cambios ocasionados en volumen que crean estas tensiones internas. A medida que el volumen del muro cambia y se forman tensiones de contracción, ocurren fisuras entre los bloques con celdas reforzados con lechada y las secciones adyacentes sin refuerzo.

Características de las Fisuras por Contracción

Cuando se están examinando las fisuras en un muro de concreto, es importante evaluar no solo la ubicación y el patrón sino también las características de la fisura. Por ejemplo, en las fisuras escalonadas, si la separación a lo largo de las patas verticales de la fisura es uniforme y no hay una separación medible a lo largo de las patas horizontales, entonces esta fisura es consistente con la contracción donde la pared se esta moviendo horizontalmente y cortándose a lo largo de la junta de mortero, en lugar de desplazarse verticalmente.

Este mismo concepto de corte horizontal de la junta de mortero, también puede encontrarse a lo largo del muro en la interconexión con la cimentación como también en la interconexión de los dinteles prefabricados. Similar a la contracción diferencial y rigidez discutidas, en las celdas reforzadas internamente con lechada, la cimentación normalmente es de concreto solido que se contrae a una velocidad diferente al muro de mampostería que se sienta sobre ella.

Justificación de la Contracción Dentro de los Muros de Bloque de Concreto

La contracción por tensión dentro de los muros de mampostería de bloques de concreto es un mecanismo que se anticipa y que debe tenerse en cuenta en el diseño y la construcción. De hecho, El Instituto Americano de Concreto (ACI 530-11) seccion 1.7.5 especifica que los efectos de las fuerzas y deformaciones debido a la contracción deben tenerse en cuenta en el diseño de mampostería de concreto. Además, la Asociación Nacional de Mampostería de Concreto TEK 10-1 menciona a la contracción por secado como la primera causa de formación de fisuras. Por lo tanto, es imperativo que cuando se analicen las causas del agrietamiento dentro de muros de mampostería en concreto, que se entiendan completamente todos los mecanismos asociados a las fisuras.

 
Figura 3 - Documento NCMA TEK 10-1A
Figura 3 - Documento NCMA TEK 10-1A

Efectos de las Fisuras de Contracción en Muros de Bloque de Concreto

Usualmente, las fisuras por contracción en las paredes de bloque de concreto no afectan la integridad estructural o la habilidad del muro para que cumpla su función. Sin embargo, para hacer esta determinación uno primero debe establecer si el muro esta reforzado o no y si ha sucedido una pérdida notable de contacto. El objetivo de esta evaluación es determinar si la trayectoria de carga esta o no comprometida.

Cuando el refuerzo esta presente, la capacidad tensora de la mampostería puede ser descuidada porque el acero sirve para transferir estas fuerzas tensoras. Por lo tanto, una fisura sin perdida de contacto todavía permitirá que la carga se transfiera sin afectar la trayectoria de carga del muro. En otras palabras, las fisuras por contracción en muros de bloque de concreto reforzados, no afectaran la integridad del muro o su capacidad para prestar la función prevista.

Al evaluar muros de bloque de concreto no reforzados, se deben tener en cuenta las características y ubicación de las fisuras. Estos muros no reforzados tienen una capacidad tensora permitida cuando se evalúan en combinación con su carga de compresión. Sin embargo, su desempeño puede verse afectado cuando existe una perdida notable de contacto no relacionada a la contracción esperada. Cuando existen estas condiciones, una evaluación numérica es necesaria para determinar si la separación, ha alterado la trayectoria de la carga y si es así, si ha ocurrido un aumento en la tensión o una interrupción en la trayectoria de carga en el equilibrio del sistema estructural.

Conclusión

Las fisuras en los muros de bloque de concreto como resultado de la contracción del concreto es un suceso previsto y predecible. Como tal, su presencia puede ocasionar preocupación, pero no suelen comprometer la integridad estructural del muro.

Reconocimiento

Agradecemos a nuestros colegas William C. Bracken, PE, SI, CFM y Conrad B. Crawford, EI, quienes proporcionaron su conocimiento y experiencia los cuales ayudaron mucho en esta investigación. Si tiene alguna pregunta acerca de las fisuras en los muros de bloque de concreto, por favor comuníquese con William en wbracken@jsheld.com

Referencia

  • Masonry Standards Joint Committee. (2011). ACI 530-11: Building code requirements and specification for masonry structures and related commentaries. Reston, VA: American Concrete Institute. Retrieved from http://cedb.asce.org/CEDBsearc...
  • National Concrete Masonry Association. (2005). TEK Note 10-1A: Crack control in concrete masonry walls [PDF]. Herndon, VA: National Concrete Masonry Association. Retrieved from http://www.basalite.ca/sites/d...
  • Portland Cement Association. (2001). Masonry information: Masonry cement mortars [PDF]. Skokie, IL: Portland Cement Association.
  • Portland Cement Association. (2003). Masonry today - Safe and sound: Masonry for senior housing [PDF]. Skokie, IL: Portland Cement Association.
  • Taly, N. (2010). Design of reinforced masonry structures. NY: McGraw-Hill.
 

Esta publicación es sólo para fines educativos y de información general. Puede contener errores y se proporciona tal cual. No tiene el propósito de ser un consejo específico, legal o de otro tipo. Las opiniones y puntos de vista no son necesariamente los de J.S. Held o sus afiliados, y no debe presumirse que J.S. Held se suscribe a cualquier método, interpretación o análisis en particular simplemente porque aparece en esta publicación. Negamos cualquier representación y/o garantía con respecto a la exactitud, puntualidad, calidad o aplicabilidad de cualquiera de los contenidos. Usted no debe actuar, o dejar de actuar, en dependencia de esta publicación, y renunciamos a toda responsabilidad con respecto a tales acciones o falta de acción. No asumimos ninguna responsabilidad por la información contenida en esta publicación y rechazamos toda responsabilidad y daños con respecto a dicha información. Esta publicación no sustituye el asesoramiento legal competente. El contenido de este documento puede ser actualizado o modificado de otro modo sin previo aviso.

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