Grietas y Armaduras de los edificios Generalidades Las diferencias

Grietas y Armaduras de los edificios
Generalidades
Las diferencias de volumen de los materiales de construcción, debidas
a loa cambios de temperatura y de su contenido de humedad,
producen desplazamientos en las estructuras que, cuando
debidamente proyectadas experimentan rajaduras cuya magnitud e
importancia dependen del tipo de obra, de los materiales empelados
y de sus dimensiones.
Las principales causas que producen cambios de volumen de los
materiales son:
a) Por cambio del contenido de humedad. Los materiales
aumentan de volumen cuando se humedecen y se contraen al
secarse.
b) Por cambios de temperatura. Los materiales se dilatan con el
calor y se contraen con la disminución de temperatura.
A) MOVIMIENTOS DEBIDOS AL CONTENIDO DE HUMEDAD DE LOS
EDIFICIOS
Si bien el contenido de humedad y las variaciones de volumen que
experimenta un cuerpo por esta causa no suele ser tomada en
cuenta, su importancia en lo que respecta a los esfuerzos que se
producen en las estructuras es del orden de los producidos por los
cambios de temperatura.
En las obras construidas con madera se acostumbra normalmente
a tomar en cuenta esta dilatación, pero en construcciones de
ladrillo u hormigón se supone generalmente que están libres de
esta influencia con los correspondientes malos resultados.
Clasificación de los materiales
El principal cuidado del proyectista es tener una visión clara de la
magnitud de los movimientos en los diversos materiales. Una
clasificación grosera podría ser la de la figura 1.
Movimientos en el hormigón de cemento Pórtland
Un hormigón o un elemento cualquiera construido con cemento
Pórtland experimenta durante su período de endurecimiento una
disminución de volumen conocida con el nombre de contracción de
fraguado. Esta disminución es irreversible, de manera que un
elemento de hormigón sometido a ciclos de saturación y secado
tendrá una cierva de volumen del tipo de la figura (figura 2).
Por eso cuando se trata de construir paredes con elementos
premoldeados conviene esperar a que éstos se sequen y adquieran
un volumen mínimo.
La construcción de paredes monolíticas en cambio, no puede
encararse en esa forma, y su contracción debida a la disminución
de la humedad será siempre de cierta importancia. Como el
hormigón es un material de gran resistencia a la compresión, pero
de pequeña resistencia a la tracción, al contraerse se producirán
grietas. Para evitarlas deben armarse las paredes con hierros que
deben colocarse de manera que absorban los esfuerzos de tracción
que se producen.
Grietas en las paredes de los edificios
Como la mayor parte de los elementos, las paredes pueden
moverse libremente en sentido vertical, pero se restringe el
movimiento en sentido horizontal, las grietas que se producen
debido a los cambios del contenido de humedad tienden a ser
verticales.
Como por otra parte, la mayor cantidad de los materiales con los
que se construyen las paredes son más resistentes a la
compresión que a la contracción, las grietas se producen por los
esfuerzos de tracción que aparecen al contraerse los materiales
cuando disminuye su contenido de humedad.
Cuando se producen grietas por contracción suelen aparecer en las
partes más débiles de las paredes, tal como en las que están en
correspondencia con las puertas o ventanas.
En los tabiques interiores en los que generalmente se usan
materiales con variaciones de volumen relativamente grandes, no
es raro encontrar grietas que tienden a dividir el paño en
superficies de igual dirección.
En tabiques hechos por paños, las grietas se producirán partiendo
de una junta pasando por el centro del país y hacia arriba
siguiéndose en el paño siguiente formando un diente de sierra.
El movimiento mayor que se producirá en la estructura será
cuando desaparezca el agua de construcción. Los movimientos
posteriores serán de menor importancia.
La producción de grietas suele ser más común en invierno que en
verano, aunque parezca una paradoja, pues en invierno, debido a
la calefacción interior, se produce una mayor disminución en el
contenido de humedad de los materiales.
Formas de evitar las grietas
Para absorber los movimientos debido a los cambios de volumen
con el contenido de humedad de los materiales, deben tenerse en
cuenta las siguientes consideraciones:
1º) El proyectista debe tener en cuenta el material con el que
se va a construir y los valores de su aumento de volumen en
función de su contenido de humedad.
2º) Algunos tipos de materiales con grandes cambios de
volumen debidos a un contenido de humedad no deben usarse en
paredes exteriores o expuestas a la intemperie.
3º) Cuando se sabe que con un material pueden producirse
grandes cambios de volumen es importante el adoptar las
precauciones necesarias para evitar las grietas debidas a la
contracción de su volumen.
Las paredes de hormigón deben proyectarse con armaduras
correctamente dimensionadas y las paredes de bloques deben
construirse después de la primera contracción de sus elementos.
4º) El efecto de las condiciones del tiempo durante la
construcción es importante. El tiempo húmedo, especialmente en
invierno, hará más difícil la obtención de elementos correctamente
secos, y los materiales almacenados y secados antes de la
construcción pueden aumentar de volumen por la humedad, si no
se tienen cuidados especiales.
Un alto contenido de humedad de los materiales en el momento de
la construcción será la causa de una gran contracción cuando la
obra se seque.
5º) El efecto de las condiciones de secado de los edificios es
importante. Cuando deben instalarse equipos de calefacción para
disminuir el tiempo de secado suelen aumentarse los
inconvenientes de la construcción de los materiales. Es
conveniente, en lo que sea posible, evitar el empleo de materiales
no compresibles cuando sea necesario trabajar en esas
condiciones.
B) MOVIMIENTOS DEBIDOS A LAS DIFERENCIAS DE
TEMPERATURA
Generalidades
Casi todos los materiales se dilatan con el calor y se contraen al
enfriarse. Es bien conocida la ley de dilatación de los cuerpos y
bien sabido que ésta es una función de la diferencia de
temperatura, de su forma y dimensiones de un coeficiente llamado
coeficiente de dilatación específica, que depende del material.
Existen dos tipos de diferencias de temperaturas. La diferencia de
temperatura media que puede haber entre el invierno y el verano
y la diferencia que puede haber durante el día sobre la máxima y
la mínima temperatura.
La primera es absorbida con mayor facilidad por los materiales, de
la misma forma que un aumento cualquiera progresivo de cargas
es absorbido por un material con mayor facilidad por la
acomodación excesiva de las moléculas.
Este fenómeno se conoce en el hormigón con el nombre de
escurrimiento plástico. En cambio, las diferencias bruscas de
temperaturas son las que producen las grietas de mayor
magnitud.
En un clima como el de Buenos Aires, la diferencia de las
temperaturas medias no es apreciable, en cambio en el término de
siete a ocho horas pueden registrarse diferencias de temperaturas
de 20 ºC a 30 ºC.
Coeficiente de dilatación
Los coeficientes de dilatación lineal de los principales materiales de
construcción son los siguientes para las temperaturas corrientes:
Hierro: 0,000104 a 0,000122
Hormigón: 0,00010 a 0,00014
Mampostería de ladrillos: 0,00006 a 0,00009
Piedras (muy variables): 0,00002 a 0,000100
Maderas (desestimable): 0,0000035 aproximadamente.
Tensiones producidas por los cambios de temperatura
En una estructura que puede dilatarse libremente no se producirán
tensiones por diferencia de temperatura cuando la temperatura es
uniforme a toda ella, pues sus movimientos no están restringidos.
En cambio, cuando la estructura se construye de manera que sus
movimientos queden restringidos, la estructura al no poder
efectuar el trabajo exterior quedará sometida a una tensión
interior independiente completamente de su largo y forma, siendo
el valor de esta tensión:
Σ=∆t~E
en la que ~ es el coeficiente de dilatación y ∆t la diferencia de
temperatura y E el módulo de elasticidad del material.
Esta tensión adicional debe tomarse en cuenta en el cálculo de las
estructuras y debe en cada caso calcularse los esfuerzos
adicionales que ella puede producir en toda estructura sustentada
hiperestáticamente.
UN CERCO CONSTRUIDO ENTRE DOS CASAS NO PUEDE DILATARSE.
UNA DIFERENCIA DE TEMPERATURA PRODUCIRÁ UNA TENSIÓN G. LA
FUERZA TOTAL G.F SIEMDO F LA SECCIÓN DE LA PARED DEBE SER
ABSORBIDA POR LA SECCIÓN DEL DINTEL DE LA PUERTA QUE POR
SUS DIMENSIONES NO PUEDE RESISTIRLO.
UNA ESTRUCTURA APROYADA EN LAS COLUMNAS A,B,C,D, QUE
PERMITEN EL LIBRE DESPLAZAMIENTO HORIZONTAL TIENE SU
MOVIMIENTO RESTRINGIDO EN A POR UN APOYO RÍGIDO. EN
CAMBIO EN B LA PARED NO ES LO SUFICIENTEMENTE RESISTENTE
COMO PARA EVITAR EL DESPLAZAMIENTO DE LA ESTRUCTURA
CUANDO ÉSTA SE DILATA POR EFECTO DE LA TEMPERATURA.
LA PARED SE RAJA Y EN LA ESTRUCTURA NO SE PRODUCEN
TENSIONES POR EFECTO DE LOS CAMBIOS DE TEMPERATURA.
Si la estructura no es suficientemente resistente para absorber
estos esfuerzos se romperá (figuras 3a y 3b).
Causas de la formación de grietas
La aparición de grietas suele presentarse normalmente en los
siguientes casos:
a) Cuando se construyen elementos de grandes dimensiones entre
paredes que no son capaces de resistir las tensiones
producidas.
b) Cuando se ejecute la construcción de elementos cuya dilatación
se produce en un sentido, rígidamente unidos a otros
elementos cuya dilatación es de sentido o valor diferentes, caso
de largas balaustradas en terrenos y en general de pequeñas
paredes construidas como parapetos alrededor de losas en
jardines, fuentes, etc.
c) Cuando se ejecutan construcciones con diferentes materiales o
cuyas partes están soportando temperaturas diferentes.
El caso más importante y más común de este tipo de grietas se
produce cuando se apoyan losas de hormigón armado sobre paredes
de mampostería. Las losas reciben el calor directamente del exterior
y siendo las paredes de diferentes coeficientes de dilatación y
estando expuestas a temperaturas diferentes no acompañan en su
movimiento a la losa, produciéndose rajaduras (figura 4).
Suelen producirse también grietas por diferencias de dilatación, en el
caso de largos paños de mampostería apoyadas sobre estructuras de
hormigón, produciéndose entonces las grietas hacia las extremidades
del edificio.
Forma de evitarlo
Todos estos tipos de grietas, debidas a los diversos movimientos que
puede experimentar una estructura se evitan permitiendo a cada una
de las partes de la misma un libre movimiento, haciendo desaparecer
las causas de las tensiones o sino proveyendo a los materiales de la
resistencia suficiente para absorberlas tensiones internas y anclando
fuertemente los elementos para impedir sus movimientos.
Cuando una estructura puede admitir movimientos y tiene luces
grandes – como la dilatación es función del largo – conviene la
construcción de juntas de dilatación.
En caso de estructuras hiperestáticas con movimientos restringidos,
es imprescindible la determinación de las tensiones que se producen
por el aumento de temperatura y dimensionar con ellas los distintos
elementos.
Juntas en los edificios
En las consideraciones anteriores se ha dicho que un material
sujeto a diferencias de temperaturas experimenta variaciones de
volumen y que éstos deben ser compatibles con su resistencia,
pues sino se producen rajaduras.
Cuando se trata de la construcción de edificios con los materiales
corrientes, deben colocarse juntas de dilatación para evitar
rajaduras, siempre que las dimensiones o las formas del edificio lo
exijan.
La colocación de las juntas depende de los edificios
principalmente de sus dimensiones, del tipo de construcción y de
los materiales empleados.
Las juntas deben colocarse no solamente en un edificio de grandes
dimensiones y de gran masa sino también en edificios en los que
se encuentren reunidos secciones de diferentes formas, alturas,
cargas o necesidades constructivas y que deben construirse
contiguamente.
El tipo de fundación o la diferencia de carga o resistencia del
terreno exigen muchas veces la construcción de juntas que aislan
las diversas partes del edificio.
Por otra parte, las condiciones climáticas o especiales de una
construcción pueden también ser causa determinante en la
ubicación de las juntas.
En general, pueden darse las siguientes reglas fundamentales para
la construcción de las juntas.
1º) En la construcción de edificios no puede darse un criterio
definido para establecer la separación entre juntas.
Evidentemente, si se coloca una junta la estructura se moverá. En
cambio si se anclan sus diversas partes se producirán tensiones
variables, de acuerdo con la diferencia de temperatura y el
material empleado.
Como las juntas de dilatación son costosas y en algunos casos es
cara su manutención, debe procurarse de reducir su cantidad a un
mínimo.
En edificios comunes, los movimientos debidos a la diferencia de
temperatura y contenido de humedad deben absorberse en la
estructura de hormigón con un aumento de la armadura; no
pudiéndose, por otra parte, fijar con criterio general la ubicación
de las juntas. En edificios con calefacción las juntas serán menos
necesarias que en edificios sin ella de la misma manera puede
aumentarse la separación entre juntas a medida que aumenta el
poder aislante de las paredes exteriores.
En algunos localidades, y para las condiciones más desfavorables
no debe parase de los 60 m.
Sin embargo, se han construido edificios con juntas separaron o
más de 120 y 130 m sin que hayan sido apreciables sus
inconvenientes.
Bajo condiciones más favorables, es decir, con paredes buena
aislamiento y calefacción en principio no debe pasarse de los 120
m sin juntas.
2º) Las juntas de dilatación conviene seguirlas donde las
fundaciones hasta el coronamiento, por eso es práctica corriente la
construcción en estructuras completamente separadas.
Tomando en conjunto, un edificio de grandes dimensiones se trata
por separado cada una de sus partes, constituyéndolas como
estructuras independientes.
Sin embargo, las partes correspondientes a la estructura que
están expuestas directamente a la intemperie, tales como las losas
del techo o las cornisas del frente conviene hacerlas con juntas a
menor distancia que en el resto del edificio. La separación máxima
de estas juntas debe ser de 30 m (figura 5).
3º) Las juntas de dilatación deben continuarse a través de todas
las partes del edificio, y construir su unión de manera que un
movimiento entre ellos no produzca rajaduras (figuras 6a y 6b).
Para conseguir este resultado, los revoques, pisos o demás
terminaciones decorativas deben estudiarse, para que un
movimiento general de la estructura no los deteriore. Para ello
debe procurarse que las juntas se construyan a lo largo de los
muros, pudiéndose construir dobles tabiques, uno para cada
estructura o sino hacer su terminación en coincidencia con las
molduras de los cielorrasos o pisos, que pueden servir de
tapajuntas, impidiendo que queden a la vista las juntas de
dilatación (figuras 7ª,b, y c).
4º) Las juntas no deben interrumpirse, pues la parte de donde
ellas no existen se rajará necesariamente si no se la calcula para
que soporte los esfuerzos a que estará sometida.
Este cálculo obligará a reforzar de una manera considerable la
estructura, lo que representa una complicación en la ejecución y
un aumento de costo que deberá ser examinado en cada caso
particular y que únicamente razones muy poderosas podrían
justificar.
5º) No es posible fijar la dimensión de la junta, pero las mayores
construidas no suelen pasar de los 3 cm.
Siempre debe tenerse en cuenta que la máxima dilatación puede
siempre ser permitida y deben tenerse en cuenta las grandes
elevaciones de temperatura que pueden producirse un caso de
incendio.
Es una construcción muy corriente la de una viga apoyada en una
fórmula con libre dilatación (figura 6).
Cuando la viga sufre desplazamientos se producirán esfuerzos
tangenciales que suelen producir rajaduras en su movimiento
deben siempre reforzarse estas partes, teniéndose las
precauciones correspondientes.
6º) Cuando las tensiones que se produzcan por rozamiento sean
excesivos, deben disponerse dispositivos que permiten un libre
desplazamiento, recurriendo a rodillas o vínculos móviles que
aseguren los movimientos.
Estos dispositivos suelen ser poco corrientes en edificios comunes,
siendo necesarios en los puentes donde la construcción de apoyos
móviles es imprescindible (figura 9).
7º) Se recomienda para todas las losas, especialmente en el caso
de techos, no ahorrar hierros de repartición, a fin de repartir las
tensiones debidas a las diferencias de temperatura o contracción
de fraguado en toda la masa.