Grietas y Armaduras de los edificios. Generalidades

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1 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).

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3 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:

4 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.

5 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.

6 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, a 0, Hormigón: 0,00010 a 0,00014 Mampostería de ladrillos: 0,00006 a 0,00009 Piedras (muy variables): 0,00002 a 0, Maderas (desestimable): 0, 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.

7 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.

8 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

9 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.

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11 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.

12 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.

13 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.

14 Siempre debe tenerse en cuenta que la máxima dilatación puede siempre ser permitida y deben tenerse en cuenta las grandes

15 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.

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