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.