Tras un paréntesis en el tiempo, ya que hace bastante que no publico y un paréntesis en los posts, con la noticia de los premios dardos, como continuación de las anteriores publicaciones hoy pretendo explicar brevemente cómo se produce la fisuración.
Una de las posibles clasificaciones de las fisuras, diferencia entre las no estructurales (debidas a causas intrínsecas del hormigón) y las estructurales (debidas a los diferentes esfuerzos producidos por la aplicación de las acciones exteriores o de deformaciones impuestas). Nos centraremos en las segundas.
El principal problema que presenta el hormigón, es su escasa resistencia frente a los esfuerzos de tracción, a diferencia de su buen comportamiento frente a la compresión. Debido a ello, la mayoría, por no decir la totalidad, de las fisuras que se producen en el hormigón son debidas a esfuerzos de tracción que el mismo no es capaz de resitir y producen su "rotura".
Como consecuencia de ésto, hablando de fisuras estructurales, conociendo y entendiendo el proceso de fisuración del hormigón debido a esfuerzos de tracción, entenderemos con mayor facilidad el proceso de fisuración debido a diferentes esfuerzos.
He aquí la razón por la que me centraré en este post en explicar el proceso de fisuración debida a tracción pura de un tirante de longitud L y sección rectangular h x b, provisto de una armadura centrada As.
El comportamiento del tirante sometido a una fuerza axil creciente sigue la ley poligonal (N - ΔL/L) mostrada en la figura. En ella se observan tres fases diferentes: una primera fase sin fisuras, la fase de formación de fisuras y la fase de fisuración estabilizada.
Figura 1. Diagrama axil/deformación unitaria del hormigón armado.
En la fase sin fisuras existe compatibilidad de deformaciones entre el acero y el hormigón en todas las secciones del tirante, es decir, ambos materiales tienen la misma deformación. En esta fase se utiliza la sección homogeneizada Ah=b∙ h + (n-1) As siendo n el coeficiente de equivalencia entre acero y hormigón igual a Es/Ec y esta sección se dice que está en Estado I.
El comportamiento N - ΔL/L (Figura 1) es lineal de pendiente EcAh.
Cuando el hormigón, debido a un axil Nf, alcanza una tensión de tracción igual a su resistencia fct, se provoca una fisura en la sección más débil del tirante.
En la sección fisurada, que pasa a estar en Estado II, ha desaparecido el hormigón en tracción. La adherencia no solo se destruye en la fisura sino en una cierta extensión a cada lado de ella. A partir de esa zona la armadura se ancla en el hormigón por adherencia.
Lejos de la fisura las secciones no han modificado su estado (continúan en Estado I).
En la zona adyacente a la fisura, en una longitud lt a cada lado, las secciones presentan un comportamiento intermedio entre el Estado I y el Estado II (Figura 2).
Figura 2. Ley de deformaciones del acero y el hormigón en el momento en que se produce la fisuración.
En esta fase el gráfico N - ΔL/L de la Figura 1 se vuelve horizontal, ya que, sin necesidad de aumentar la fuerza en el tirante, éste sufre un incremento de elongación ΔL1 como consecuencia de la disminución de rigidez, tanto en la fisura como en zonas cercanas a ella.
Como es lógico, la anchura de fisura es igual a la diferencia entre lo que se ha alargado el acero menos lo que el hormigón ha podido alargarse sin romperse.
El axil no se ha modificado y, por lo tanto, cualquiera de las secciones en Estado I podrá volver a fisurarse sin necesidad de que aumente el axil.
A medida que aparecen nuevas fisuras, va disminuyendo la zona en Estado I, se producen incrementos de longitud del tirante iguales al primero y cada fisura tiene la misma anchura que la primera. Se seguirán produciendo mientras haya algún tramo de tirante en Estado I, ya que la tensión del hormigón en esa zona sigue teniendo valor fct.
b) Fase de formación de fisuras: última fisura
Cuando todas las fisuras estén a una distancia menor de 2lt ya no habrá zonas en Estado I en las que el hormigón tenga una tensión igual a fct. En ese instante se acaba la fase de formación de fisuras.
Las leyes de deformaciones del acero y del hormigón del tirante para este caso se muestran en la Figura 3.
Figura 3. Ley de deformaciones del acero y el hormigón en el estado de formación de fisuras.
En ella se observa que la deformación media del acero tiene un valor mayor que en fases anteriores.
En toda la fase de formación de fisuras no ha crecido el axil: con el axil de fisuración Nfis se han generado todas las fisuras del tirante. Esto significa que, cuando el tirante está sometido a una fuerza exterior, la fase de formación de fisuras puede considerarse instantánea. Dicho de otra forma, el tirante nunca estará en esta fase, sino en la anterior (sin fisuras) o en la siguiente (fisuración estabilizada). Esto no ocurre así cuando sobre el tirante actúa una deformación impuesta.
c) Fase de fisuración estabilizada
Con todas las fisuras formadas, un aumento de la fuerza de tracción provocará un aumento de anchura de las fisuras existentes, y no provocará fisuras nuevas porque no hay longitud de transferencia suficiente como para que el hormigón alcance la tensión fct en ningún punto del tirante. Esto trae las siguientes consecuencias:
- La ley de deformaciones del hormigón no crece y mantendrá la misma forma que tenía en el último instante de la fase anterior.
- El incremento de axil debe ser resistido sólo por el acero y la ley de deformaciones del acero crecerá paralela a la que tenía en el último instante de la fase anterior (línea de puntos en la Figura 4).
Figura 4. Ley de deformaciones del acero y el hormigón en estado de fisuración estabilizada.
La anchura de fisura depende, por un lado, de la deformación (o tensión) del acero en la fisura y, por el otro lado, de la relación de deformaciones (o cargas) entre el instante de fisuración y el instante de cálculo.
El comportamiento axil-alargamiento N - ΔL/L (Figura 1) se mantiene paralelo a la recta de Estado II porque las deformaciones del hormigón se mantienen constantes. La distancia entre ambas rectas representa la colaboración del hormigón ente fisuras. Este efecto de tenso-rigidez (así se llama en la versión española del Código Modelo) es más conocido por su término inglés tesion stiffening.
