Los cuándo, por qué y cómo de las fisuras en el hormigón endurecido: fisuración por contracción térmica inicial

¿Cuándo y por qué aparecen las fisuras por contracción térmica? La limitación de la temperatura máxima del hormigón fresco, generalmente a 30 o 32 ºC como criterio de aceptación, no evita la formación de fi suras por contracción térmica. Cuando la tipología estructural y las condiciones del medio planteen la posibilidad de que ello suceda, deben tomarse las precauciones para que no ocurra.

Además, aunque no se estudiará en el presente artículo, es conocido que el hormigón, como el resto de los materiales, se expande y contrae cuando está expuesto a temperaturas cálidas o frías respectivamente. Si aparecen fi suras es por un indebido diseño de la estructura, cuando las deformaciones están restringidas por otros elementos y esto puede generar esfuerzos de tracción que la fisuren. La fisuración por contracción térmica inicial aparece por una excesiva diferencia de temperatura dentro de las estructuras debido al equilibrio que tiende a establecerse con el ambiente que las rodea. La diferencia de temperaturas causa que la parte más fría se contraiga más que la parte más caliente.

La hidratación de los materiales cementicios genera calor por varios días después del colado en todo tipo de elementos de hormigón. Este calor se disipa rápidamente en secciones delgadas, y cuando no existe una gran diferencia de temperatura con el ambiente generalmente no trae problemas. La contracción de la superficie exterior está restringida por la sección interior más caliente, que no contrae tan rápidamente como la superficie cuando existen gradientes considerables de temperatura.

Esta restricción crea tensiones que de superar la resistencia a tracción del hormigón a edades tempranas pueden fisurar la superficie del hormigón como resultado de esta diferencia de temperatura no controlada a través de toda la sección. Por ejemplo, en condiciones normales, un muro de hormigón de 15 cm se vuelve térmicamente estable en 1 ½ horas, mientras que un muro de 1,5 metros requiere una semana para una situación comparable, y en 15 metros, que representa el espesor de algunas presas en arco, requiere unos dos años. En la mayor parte de los casos, la fisuración por contracción térmica aparece a edades tempranas, en los primeros días después del colado, cuando las reacciones de hidratación se desarrollan más rápidamente liberando calor de hidratación, y cuando el hormigón es más débil para resistir aun muy bajos esfuerzos a tracción.

Las fisuras se hacen notorias entre un día y hasta dos a tres semanas después del colado, alcanzando su máximo ancho superficial a estas últimas edades. Como se mencionó anteriormente, y al igual que en el caso de la fisuración por contracción por secado, los cambios volumétricos por sí mismos no crean tensiones sino que la restricción de estos cambios es la que origina la incompatibilidad de deformaciones e induce las tensiones que pueden fisurar al hormigón. En el caso de la contracción térmica inicial, la restricción puede tener dos orígenes, los cuales se esquematizan en la figura 1 y se describen a continuación:

• Restricción externa: es aquélla que existe a lo largo del plano de separación de una superficie de hormigón con cualquier otro material con el cual esté en contacto durante el colado. Puede estar dada por otras estructuras, por el terreno o por la sub-base de apoyo, como en el caso de los pavimentos.
• Restricción interna: es generada en la misma estructura cuando en los elementos aparecen cambios de volumen no uniformes en una sección. Por ejemplo, en plateas masivas, cuando la superficie más fría tiende a contraerse y el hormigón del núcleo más caliente impide y restringe estas deformaciones. Como se mencionó anteriormente, en función del origen de la restricción pueden aparecer inconvenientes en dos grandes tipos de estructuras:
• Hormigón masivo: el principal factor que define el hormigón masivo es su dimensión mínima. La recomendación ACI 301 denomina como masivo a un elemento con dimensión mínima de 1,30 metros, mientras que el Reglamento CIRSOC 201 establece 0,75 metros. Este aspecto está dado por la baja conductividad térmica del hormigón, por lo cual el calor escapa muy lentamente en estructuras masivas, el cual intenta escapar por su menor dimensión y es ésta la que controla a tales estructuras. El principal aspecto a tener en cuenta es el elevado gradiente térmico que puede generarse: aparece en las primeras horas durante la liberación de la mayor parte del calor de hidratación y dura hasta encontrar un equilibrio ya sea con la temperatura ambiente, con el terreno o con los elementos estructurales adyacentes. En este último caso, si los elementos masivos están vinculados a otros elementos estructurales que provocan una restricción cuando el hormigón comienza a enfriarse, puede resultar en fisuración. El ejemplo más típico son los grandes bloques de presas restringidos por las fundaciones.

»» Ejemplo en estructuras masivas: en la figura 2 se presenta la evolución de temperaturas en el interior de una platea de fundación de 1.900 m³ de volumen y 1,90 metros de espesor, medidas con termocuplas en la mitad del espesor de la platea. La misma se hormigonó en tiempo caluroso y se emplearon, entre otras medidas, hasta 80 Kg de hielo por m³ de hormigón, alcanzando temperaturas máximas en el núcleo de la platea de 64,7 ºC a las 48 horas del colado.

• Estructuras con gran superficie expuesta: la fisuración por diferencias de temperatura puede aparecer en estructuras no masivas. La superficie en contacto con el ambiente en pavimentos y losas son expuestas a variaciones de temperatura bastante abruptas, comparadas con las pequeñas variaciones de la subbase o elemento de apoyo. Una importante diferencia de temperatura entre las caras superior e inferior puede resultar en fisuración, fundamentalmente el primer día después del colado, cuando el hormigón es aún muy débil. Además, ya para cuando la estructura se encuentre en servicio, es muy importante el adecuado diseño, ejecución y mantenimiento de juntas de expansión y contracción para prevenir la fisuración del hormigón endurecido.

»» Ejemplo en losas: en pavimentos construidos en nuestro país en condiciones de clima caluroso, se han constatado gradientes muy importantes. Mientras las temperaturas en el fondo de la losa (contacto con el terreno) se mantienen aproximadamente constantes (por ejemplo, 25 ºC durante el día y la noche), la temperatura de la superficie y dos cm bajo la misma presenta variaciones significativas.