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jun. 21 de 2013
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Resumen:

El concreto es un material que sufre cambios en sus dimensiones durante las reacciones del cemento con el agua, cuando se seca, cuando se humedece, cuando se enfría, cuando se calienta y si es solicitado por cargas que lo someten a tracción o a compresión.

Algunos de los movimientos son más grandes en los primeros días pero en cualquier momento de la vida del concreto se pueden presentar cambios en sus dimensiones.

Este cambio de dimensiones puede incidir en la formación de fisuras como expliqué en un artículo previo sobre cambios dimensionales en pisos y pavimentos de concreto, y en el que me detuve en los efectos de la contracción de losas de concreto por secado y fraguado; así como en la expansión y contracción por pérdida de humedad.

Para complementar dicho artículo, quiero detenerme en otras formas de cambio dimensional, cómo calcularlos y su influencia en en el comportamiento de las losas de concreto.

Concreto

Pavimento en concreto. Fotografía: Juan David Melo para Argos.

CAMBIO DIMENSIONAL POR GRADIENTE DE HUMEDAD

Relación entre los esfuerzos de tensión por tracción y la deformación

El cambio de dimensión de una pieza de concreto por los cambios de humedad se puede calcular por la siguiente ecuación:

∆L=L*(±γ∆H)

(Ecuación 3)

En donde:

∆L: Cambio de dimensión
γ: Coeficiente de dilatación
L: Dimensión del elemento
∆H: Cambio en la humedad

Los cambios de tamaño asociados con la variación de la humedad del concreto son de menor magnitud que los que se presentan cuando hay cambios de temperatura y generalmente se dan en dirección contraria a estos últimos.

Los fenómenos de cambios de la temperatura, de la evaporación y de la condensación del agua y el efecto que tienen en los cambios dimensionales son complejos pues intervienen diversas variables, como son la presión, la humedad relativa y los gradientes térmicos entre el ambiente y las piezas del recubrimiento, y en general en los elementos que componen el sistema del piso.

A ellos se suman los cambios irreversibles debidos al fraguado, o sea, a los cambios químicos tales como la carbonatación de la cal, la carbonatación del gel y su cristalización para formar tobermorita.

Puede suceder incluso que cuando se aumenta la temperatura del agua que se encuentra en un material, éste se enfría al evaporar dicha humedad, lo que trae como consecuencia el doble efecto de contracción por enfriamiento y por contracción por secado.

CAMBIO DIMENSIONAL ACUMULADO

El cambio de dimensión de una losa de concreto, para efectos prácticos, está dado por la suma de los cambios dimensionales inducidos por la contracción de secado y de fraguado y por los cambios de temperatura. El cambio dimensional como consecuencia de la retracción del concreto y del gradiente térmico está dado por la siguiente ecuación:

∆L=L*(ε±α*∆T±γ*∆H)
(Ecuación 4)

En la ecuación 4, el ± obedece a que el gradiente puede ser positivo o negativo, y por lo tanto, la pieza se puede estar expandiendo o contrayendo. Las demás variables ya se han definido con antelación.

Hay que tener en cuenta que algunos fenómenos se presentan sobre losas ya sometidas a un cambio dimensional por lo cual los cambios serán mayores a los que se dan en la ecuación 4. Esto se comprende más fácil si se tiene en cuenta que los cambios dimensionales se dan por coeficientes que afectan la dimensión que en ese momento tiene el elemento, es decir, que se superponen. Un ejemplo se presenta en la tabla 1. Si se toma el efecto acumulado de los fenómenos es de 3,26 y no de 1,4 que es la suma simple de ellos.

concreto

Tabla 1 Efecto acumulado de los fenómenos que causan retracciones en el concreto

RELACIÓN ENTRE LOS ESFUERZOS DE TENSIÓN POR TRACCIÓN Y LA DEFORMACIÓN

La importancia de calcular los movimientos del concreto radica en que los esfuerzos que se inducen en un elemento dependen de las deformaciones. Es bien conocido que cuando se somete una pieza de concreto a un esfuerzo, esta se encoge o se alarga dependiendo de si el esfuerzo es por compresión o por tracción.

El concreto, atiende de forma cómoda las solicitaciones por compresión, pero mal las de tracción.

En la Figura 7 se observa la relación entre el esfuerzo de tensión por tracción aplicado y la deformación.

resistencia

Figura 7 Relación entre el esfuerzo y la deformación.

Se estima que el concreto sin refuerzo soporta a la tracción la décima parte de lo que soporta a compresión, esto indica que si el concreto soporta 210 kg/cm² a la compresión, soporta 21 kg/cm² a la tracción. Del análisis de la gráfica se puede concluir que a partir de una deformación por tracción de 200×10-6 (0,2 mm/m) el concreto comienza a deformarse bajo esfuerzos cada vez menores.

INFLUENCIA DE LOS CAMBIOS DIMENSIONALES

Cuando los movimientos del concreto se restringen por la presencia de algún obstáculo, se generan esfuerzos que en ocasiones superan la capacidad del concreto de soportarlos y por lo tanto el material se rompe. La magnitud de los esfuerzos a los que se somete el concreto es proporcional a su deformación y a su módulo de elasticidad.

Un concreto que a los 28 días tenga un módulo de elasticidad de 280.000 kg/cm² y que se someta a una deformación unitaria por tracción de 0,0005 mm/mm queda sometido a una carga de 140 kg/cm², que resulta de multiplicar 280.000 por 0,0005, esta carga equivale a la impuesta por 1400 toneladas por metro cuadrado, que es mucho más de lo que el concreto puede soportar a tracción y en consecuencia se fisura el concreto.

Dada la magnitud de las cargas es evidente que el control de los esfuerzos inducidos por los movimientos propios del concreto se logra a través de dos mecanismos: evitando las restricciones a los movimientos del concreto, es decir, disponiendo de juntas que permitan que los elementos se muevan libremente y eliminado cualquier restricción al movimiento, o incorporando en el concreto acero de refuerzoque atienda dichos esfuerzos, en este caso no se impide que el concreto como tal se agriete, sino que las fisuras sean más estrechas y más próximas entre sí.

Para disminuir el número de fisuras y el ancho de las mismas es necesario diseñar concretos que presenten la menor retracción posible, pues como se vio, ese fenómeno es el responsable de las primeras fisuras que se presentan en el concreto.

Los cambios de dimensiones son entonces una de las principales razones por las que un pavimento o un piso en concreto puede llegar a presentar fisuras. En un próximo artículo compartiré más explicaciones sobre los fenómenos a los que se ven sometidas las placas de concreto apoyadas sobre el terreno natural o sobre una base.

Todos los comentarios, inquietudes y experiencias sobre fisuras por cambios dimensionales en pisos y pavimentos en concreto, son bienvenidos.

Este artículo es una continuación de: Pisos y pavimentos en concreto: fisuras por cambios dimensionales

Nota aclaratoria de responsabilidad: Las observaciones contenidas en este documento son de carácter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados. 

Los cambios de tamaño asociados con la variación de la humedad del concreto son de menor magnitud que los que se presentan cuando hay cambios de temperatura y generalmente se dan en dirección contraria a estos últimos.

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Conclusión

La magnitud de los esfuerzos a los que se somete el concreto es proporcional a su deformación y a su módulo de elasticidad. Los cambios de dimensiones son entonces una de las principales razones por las que un pavimento o un piso en concreto puede llegar a presentar fisuras.

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