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Calcular anchos de grieta en elementos de hormigón armado es un aspecto fundamental de la ingeniería estructural que impacta directamente la durabilidad, la servidumbre y el rendimiento a largo plazo de estructuras de hormigón. El documento ACI 224R-16 del American Concrete Institute proporciona directrices integrales para que los ingenieros evalúen y controlen la grieta en miembros concretos bajo diversas condiciones de carga y medio ambiente.

Comprender la importancia del control de la anchura de cuello

El atraque de hormigón armado es un fenómeno inevitable que se produce debido a la debilidad insecticida inherente del hormigón. Mientras que el hormigón exhibe una fuerza compresiva excelente, su capacidad de insección es significativamente menor, típicamente sólo alrededor del 10% de su fuerza compresiva. Cuando las tensiones de insección superan la fuerza de insección del hormigón, se forman grietas. Estas grietas, si se deja sin control, pueden comprometer la durabilidad y servigilables de la estructura.

La preocupación principal con anchos excesivos de grieta es el potencial de corrosión de refuerzo de acero incrustado, que puede impactar significativamente la apariencia de la estructura y reducir su vida útil. Cuando las grietas son demasiado amplias, proporcionan vías para la humedad, el oxígeno, los cloruros y otros agentes agresivos para alcanzar el acero reforzado. Esta exposición inicia y acelera el proceso de corrosión, lo que conduce a la formación de óxido, expansión del acero y eventual de acero.

Más allá de las preocupaciones estructurales, el control de la anchura de las grietas es esencial para mantener la apariencia estética de las superficies de hormigón expuesto. Las grietas anchas, sin mirar, pueden disminuir el atractivo visual del hormigón arquitectónico y suscitar preocupaciones entre los propietarios y ocupantes de edificios sobre seguridad estructural, incluso cuando las grietas no plantean una amenaza estructural inmediata.

Reseña de las directrices y la evolución de la ACI 224R-16

El documento ACI 224R ha sido sometido a varias revisiones desde su publicación inicial a principios de los años 70, con cada iteración incorporando nuevos hallazgos de investigación y experiencia práctica. La primera edición fue publicada por el Comité ACI 224 sobre el Cracking, y los objetivos del informe son dar las principales causas de la grieta en hormigón armado y pretensado y los criterios y procedimientos recomendados de control de grietas.

El informe presenta las principales causas de los procedimientos de grieta y de control de grietas recomendados, que abarcan el control de grietas debido a la reducción de secado y el control de grietas en miembros flexurales, sobreimpresiones y construcción de hormigón en masa en detalle. El documento sirve como un recurso integral para los ingenieros estructurales, proporcionando tanto el fondo teórico como la orientación práctica para el control de grietas en diversos tipos de estructuras concretas.

Ámbito y cobertura de ACI 224R

El documento cubre el control de la grieta en miembros flexurales, el control de grietas en placas y placas de dos vías, anchos de grieta tolerables contra condiciones de exposición en hormigón armado, grieta flexural en hormigón pretensado, grieta de zona de anclaje en hormigón pretensado, control de grietas en rayos profundos y grieta de tensión.

Las directrices enfatizan que el control de las grietas debe lograrse mediante el detallar adecuado en lugar de exclusivamente mediante cálculo. La base para los códigos de práctica para limitar la grieta de carga de servicio está enraizada en ecuaciones para predecir anchos de grieta, y la tendencia en el diseño de hormigón armado y pretensado es proporcionar el detallado adecuado, como la provisión de refuerzo mínimo y la selección adecuada de diámetros de barras, espaciamiento de barras y reducción de la recortada.

Ancho de cuello tolerable basado en condiciones de exposición

Uno de los aspectos más prácticos de ACI 224R es su orientación sobre anchos aceptables de grieta para diferentes condiciones de exposición. Estas recomendaciones ayudan a los ingenieros a establecer criterios de diseño apropiados basados en las condiciones ambientales que la estructura se enfrentará durante toda su vida útil.

Ancho máximo recomendado

ACI 224R-01 proporciona pautas para anchos de grieta tolerables en la cara de tracción de estructuras de hormigón armado para condiciones típicas, incluyendo: aire seco o membrana protectora (0.016 pulgadas o 0,41 mm), humedad, aire húmedo, suelo (0.012 pulgadas o 0,30 mm), productos químicos de desecación (0.007 pulgadas o 0,18 mm), agua de mar y agua de pulverización (0,006 pulgadas o 0,15 mm)

El informe señala que el juicio de ingeniería debe ser ejercido y que deben tenerse en cuenta otros factores, como la cubierta concreta, para revisar estos valores. Este reconocimiento reconoce que el ancho de grieta no es el único determinante de la durabilidad, y que factores como la calidad concreta, la profundidad de la cubierta y el entorno de exposición específico todos desempeñan funciones importantes.

Consideraciones de clasificación de la exposición

Las condiciones de exposición enumeradas en ACI 224R reflejan los diferentes grados de gravedad que imponen los diferentes entornos a estructuras concretas. Las estructuras en entornos secos y protegidos pueden tolerar grietas más amplias sin preocupaciones significativas de durabilidad, mientras que las expuestas a entornos agresivos como el desactivar químicos o el agua de mar requieren un control de ancho de grieta mucho más estricto.

ACI 224R-01 recomienda un ancho máximo de grieta de 0.007 pulgadas (0.18 mm) para los miembros expuestos a sustancias químicas deshidratantes.Este límite estricto refleja la naturaleza altamente corrosiva de sales deshidratadas que contienen cloruro, que pueden iniciar y propagar rápidamente la corrosión de acero reforzado cuando penetran a través de grietas.

Para estructuras que retienen agua, el ancho máximo recomendado de grieta de 0.004 pulgadas (0.10 mm) es aún más restrictivo. Este control estricto es necesario no sólo para prevenir la corrosión, sino también para minimizar las fugas de agua a través del hormigón, que es un requisito de servicio primario para tanques, embalses y estructuras similares.

Factores que afectan el desarrollo de la anchura de la cuna

La anchura de las grietas que se desarrollan en elementos de hormigón armado está influenciada por numerosos factores interrelacionados. Entender estos factores es esencial tanto para predecir anchos de grieta como para implementar medidas efectivas de control de grietas durante el diseño y la construcción.

Características del fortalecimiento

La cantidad, distribución y características de acero reforzado afectan significativamente el desarrollo de ancho de grieta. El refuerzo de posición adecuada, utilizado en cantidades adecuadas, reducirá el número y ancho de grietas distribuyendo las cepas de psiquiatra a lo largo del refuerzo a través de tensiones de unión, de modo que un mayor número de grietas estrechas ocurren en lugar de unas cuantas grietas anchas.

Los tres parámetros importantes en el grieta flexural son el estrés del acero, la cubierta y el espaciamiento de barras; de estos, el estrés del acero es el parámetro más importante. Los niveles de estrés más altos en el refuerzo a las cargas de servicio conducen a una mayor tensión y, por consiguiente, a grietas más amplias.

El espaciado entre barras de refuerzo también juega un papel crucial. Bares que están espaciados demasiado lejos no pueden distribuir de manera efectiva las grietas, lo que resulta en menos grietas más amplias pero más amplias. Por el contrario, el espaciamiento de barras más estrechas promueve la formación de grietas más numerosas pero más estrechas, que generalmente es más deseable tanto desde la durabilidad como desde perspectivas estéticas.

El diámetro de la barra afecta la anchura de la grieta a través de su influencia en las características de la unión y el área efectiva de hormigón en tensión que rodea cada barra. Las barras de diámetro más pequeñas generalmente proporcionan un mejor control de grietas que las barras más grandes con área de acero total equivalente porque pueden distribuirse más eficazmente a lo largo de la zona de tensión.

Profundidad de cubierta de hormigón

El revestimiento de hormigón sobre el acero reforzado, tamaño de barras, geometría de superficie de barra de refuerzo y distribución de acero en la zona de tensión son factores importantes que afectan los anchos de grieta. La cubierta de hormigón sirve múltiples propósitos: proporciona protección contra incendios, protege el refuerzo de la corrosión y garantiza un desarrollo adecuado de lazos.

Desde una perspectiva de ancho de grieta, mayor profundidad de cubierta generalmente resulta en grietas de superficie más amplias para un nivel dado de tensión de refuerzo. Esto ocurre porque la grieta debe propagarse a través de un mayor espesor de hormigón desde el nivel de refuerzo a la superficie. Sin embargo, esta relación es compleja, ya que la cubierta adecuada es también esencial para la durabilidad y la protección de la corrosión.

El factor principal que afecta a la anchura de la grieta es la distancia desde el punto calculado hasta la barra de acero más cercana, es decir, el espesor de la cubierta de hormigón; la anchura de grieta superficial se forma sólo por el estrés desigual y la deformación del hormigón alrededor de la barra de acero. Este entendimiento forma la base para los métodos de cálculo de ancho de grieta que consideran el gradiente de la cepa desde el refuerzo hasta la superficie de hormigón.

Condiciones de carga y niveles de estrés

La magnitud y el tipo de carga influyen significativamente en el desarrollo de ancho de grieta. Las condiciones de carga de servicio determinan los niveles de estrés tanto en el hormigón como en el refuerzo, que afectan directamente la tensión que provoca que se abran grietas.

La historia de carga también importa. Las cargas sostenidas pueden llevar a efectos dependientes del tiempo como el escarpado y la encogimiento, lo que puede provocar que las grietas se ensanchen con el tiempo, incluso si la carga aplicada permanece constante. La carga cíclica, como la experimentada por las estructuras de puente, puede causar efectos de fatiga que influyen en la propagación y anchura de grieta.

Propiedades de hormigón y diseño mixto

Las propiedades del hormigón en sí afectan significativamente el comportamiento de la fracturación. La fuerza de la tensión del hormigón determina cuando las grietas se formarán primero, mientras que el módulo de elasticidad influye en la distribución de la tensión entre el hormigón y el refuerzo.

Las características de la mezcla de hormigón son particularmente importantes. Debido a que el secado ocurre no uniformemente desde la superficie hacia el núcleo de hormigón, la encogimiento creará tensiones de tensión internas cerca de la superficie y la compresión en el núcleo, y la encogimiento diferencial puede resultar en la encogimiento y las grietas superficiales. Las mezclas de hormigón con alto potencial de encogimiento son más proclives a la grieta y pueden desarrollar grietas más amplias.

El tipo y el contenido agregado también influyen en la reducción y el desarrollo de las grietas. Las rígidas con mayor rigidez proporcionan mayor moderación para reducir, potencialmente reduciendo los anchos de las grietas pero posiblemente aumentando el número de grietas. La relación entre el agua y el cemento, y el uso de materiales cementosos complementarios afectan las características de la psiquiatra del hormigón y la fuerza de la inselva.

Environmental Factors

Las condiciones ambientales durante y después de la construcción afectan significativamente el desarrollo de las grietas. Las variaciones de temperatura provocan la expansión térmica y la contracción, lo que puede inducir tensiones y grietas de tensión. Las gotas de temperatura rápida son particularmente problemáticas, ya que pueden causar contracción térmica que excede la capacidad de tracción del hormigón.

Los niveles de humedad afectan la tasa y la extensión de la reducción de secado. El secado es un proceso lento, y puede tomar muchos años antes de alcanzar la reducción definitiva porque la pérdida de agua del hormigón endurecido es gradual. Las estructuras en climas secos experimentan un secado más rápido y extenso, lo que podría conducir a una reducción más severa de la grieta.

Las condiciones de restricción también juegan un papel crucial. Cuando el hormigón intenta reducir o contraer debido a cambios de secado o temperatura, cualquier restricción a este movimiento induce tensiones de tracción. El estrés de la tensión inducida por la reducción de secado seca se reduce con el tiempo debido a la relajación de escarpado o estrés, y las grietas se desarrollan sólo cuando el estrés de tracción neto alcanza la fuerza de tensión de hormigón.

Base Teórica para la predicción de la anchura de la cuna

Comprender los mecanismos teóricos detrás de la formación de crack y la propagación es esencial para desarrollar métodos de predicción precisos. Se han desarrollado dos teorías primarias para explicar el comportamiento de ancho de crack en hormigón armado: la teoría de lazos-slip y la teoría de no-slip.

Teoría de labio-hueso

La teoría de la fisura fue propuesta por R. Saligar en 1936 y sostiene que la grieta depende principalmente de la fuerza de unión entre la barra de acero y el hormigón; en la sección de grieta, la falla de la unión se produce entre la barra de acero y el hormigón, y cuando la barra de acero se alarga, el hormigón rebote y produce una deslizante relativa.

Según esta teoría, el ancho de grieta es esencialmente igual al deslizamiento relativo entre la barra de refuerzo y el hormigón circundante en la ubicación de grieta. El estrés de unión entre el acero y el hormigón varía a lo largo de la barra, siendo más alto en la ubicación de grieta y disminuyendo con distancia de la grieta. Esta variación en el estrés de la unión causa el movimiento diferencial que se manifiesta como ancho de grieta en la superficie de hormigón.

Teoría No-Slip

La teoría de no-slip se estableció en los años 60 y supone que el ancho de grieta en la superficie de la barra de acero es cero, utilizando el gradiente de la barra de acero de sección agrietada a la superficie de la estructura como mecanismo para calcular la grieta, y el método de teoría elástica se puede utilizar para calcular la diferencia de tensión entre la barra de acero y una cierta posición para determinar el ancho de grieta en esa posición.

Esta teoría supone que dentro del rango de ancho de grieta permitido, se puede ignorar el deslizamiento relativo entre barras de refuerzo deformadas y hormigón. En cambio, el ancho de grieta se calcula sobre la base del gradiente de cepa que se desarrolla desde el nivel de refuerzo hasta la superficie de hormigón. Este enfoque reconoce que el hormigón que rodea las experiencias de refuerzo varían los niveles de tensión, con la cepa máxima que ocurre a nivel de refuerzo y disminuye hacia la superficie.

Desarrollo de las Ecuaciones de Ancho Cangrejo

La ecuación Gergely-Lutz se desarrolló en 1968 mediante análisis estadístico sobre los datos de prueba de crack de seis grupos de miembros flexurales para determinar la importancia de cada factor de influencia, con los principales factores que determinan el ancho de la grieta incluyendo el espesor de la cubierta de hormigón, el área de tensión transversal efectiva del hormigón de tracción, el número de barras de acero, el borde de cepado

Estas ecuaciones suelen incorporar parámetros como el estrés del acero, la cubierta de hormigón, el espaciamiento de barras y el área de tensión efectiva de hormigón que rodea cada barra. Los coeficientes en estas ecuaciones se derivan del análisis de regresión de datos experimentales, asegurando que las predicciones coincidan razonablemente con los anchos de grieta observados en especímenes probados.

Métodos de cálculo de la anchura de la cuna

ACI 224R y documentos relacionados presentan varios enfoques para calcular y controlar anchos de grieta en estructuras de hormigón armado. Estos métodos van desde el cálculo directo de ancho de grieta hasta el control indirecto a través de limitaciones de espaciado.

Cálculo de ancho de cuello directo

Los métodos de cálculo directos intentan predecir el ancho de grieta real que se desarrollará bajo condiciones de carga de servicio. Estos cálculos típicamente implican determinar la tensión en el refuerzo y el hormigón, luego utilizando ecuaciones empíricas para estimar el ancho de grieta resultante en la superficie de hormigón.

El enfoque general implica varios pasos. Primero, el momento de carga de servicio o la fuerza se determina sobre la base de cargas no condicionadas. Luego, el estrés en el refuerzo en la ubicación de la grieta se calcula utilizando el análisis de sección transformado u otros métodos apropiados. La cepa de refuerzo se calcula luego desde el estrés utilizando el módulo de elasticidad del acero. Finalmente, esta cepa se utiliza en conjunto con parámetros geométricos (cubrir, diámetro de la barra) para calcular el ancho esperado de grieta.

Una forma simplificada de cálculo de ancho de grieta puede expresarse como referente del ancho de grieta a la diferencia de tensión entre el refuerzo y el hormigón, multiplicado por una longitud característica que depende del espaciado y distribución del refuerzo. La formulación específica varía dependiendo del código o la directriz que se sigue, pero el principio fundamental sigue siendo consistente en diferentes enfoques.

ACI 318 Spacing Approach

Actualmente, los requisitos ACI 318-14 se basan en la creencia de que puede ser engañoso calcular anchos explícitos de grieta, dado la variabilidad inherente en el grieta, y la base de diseño se ha conmutado en los últimos años a la premisa de que el ancho no está directamente relacionado con la durabilidad a largo plazo, con la profundidad de cubierta y la calidad concreta siendo de mayor importancia, ya que puede ser engañoso utilizar un método de diseño que pretende calcular con eficacia el ancho.

El control de la cerradura se logra en ACI 318 mediante el uso de un criterio de espaciado para el refuerzo del acero basado en el estrés bajo condiciones de servicio y la cubierta clara en las barras. Este enfoque reconoce las dificultades prácticas e incertidumbres inherentes a la predicción de anchos exactos de grieta y se centra en controlar los parámetros conocidos para influir en la grieta.

El método de limitación de espaciado proporciona el máximo permisible entre barras de refuerzo como función del estrés calculado de acero a cargas de servicio y la cubierta de hormigón. Al limitar el espaciamiento de la barra, el método asegura que las grietas se distribuyen y que sus anchos permanecen dentro de límites aceptables sin requerir cálculos de ancho explícito.

Parámetros en Ecuaciones de Ancho Cangrejo

Independientemente del método de cálculo específico utilizado, varios parámetros clave aparecen consistentemente en las ecuaciones de predicción de ancho de grieta:

  • ■ Se trata de un estrés (fs): Se realizó/fuerteng] El estrés en el refuerzo a las cargas de servicio, calculado normalmente sobre la base de momentos o fuerzas no condicionados. Esto se considera generalmente el parámetro más importante que afecta el ancho de la grieta.
  • неритеннинининнинаннная cubierta (dc o cc): se realizó / tring Principal La distancia del centro de la barra de refuerzo a la superficie de hormigón más cercana.
  • нертелинитиранитиранитини (s): segÃon / fuerte! La distancia centro-centro entre barras de refuerzo adyacentes. El espaciado más cercano promueve una mejor distribución de grietas y grietas individuales más estrechas.
  • неренниенниенния zona de tensión (A): Se realizó / se forzó el área de hormigón en tensión alrededor de cada barra de refuerzo, que influye en cómo las grietas se propagan desde la barra a la superficie.
  • нертенирениренирентрентенниенименираниме diámetro (db): segъn / fuerte contacto El diámetro de las barras de refuerzo, que afecta las características de los lazos y la distribución de la grieta.
  • ■ Factor de beta (β): Seguido/fuertenglado Un coeficiente que representa el gradiente de la tensión del nivel de refuerzo a la fibra de tensión extrema, particularmente importante en los miembros de la flexión.

Calculando la tensión de acero en cargas de servicio

La determinación precisa del estrés del acero en condiciones de carga de servicio es crucial para la predicción de ancho de grieta. El cálculo normalmente comienza con la determinación del momento de grieta de la sección, que es el momento en que la fuerza de tracción del hormigón se supera primero.

Una vez que se produce el cracking, el comportamiento de la sección cambia significativamente. El análisis de sección desgarrado requiere determinar la profundidad del eje neutral y el momento de la inercia de la sección transformada desgarrada. El estrés del acero se puede calcular utilizando la relación entre el momento de servicio aplicado, las propiedades de sección desgarradas, y la distancia del eje neutral al refuerzo.

Para propósitos de diseño, muchos códigos permiten que el estrés del acero sea aproximado como dos tercios de la fuerza de rendimiento, proporcionando un enfoque simplificado que evita el análisis detallado de la carga de servicio. Sin embargo, para predicciones más precisas del ancho de la grieta o para la verificación de las estructuras existentes, es preferible calcular el estrés del acero real basado en las cargas de servicio.

Aplicación a diferentes elementos estructurales

Los principios de cálculo y control de ancho de grieta se aplican en diversos tipos de elementos de hormigón armado, aunque las consideraciones específicas pueden variar dependiendo de la forma estructural y las condiciones de carga.

Miembros flexibles (Aspiros y tablas de un solo paso)

Los miembros de la flexibilidad como vigas y losas de un solo sentido desarrollan grietas perpendiculares a la dirección de las tensiones de tensión causadas por momentos de flexión. El ancho de grieta en la cara de tensión es de preocupación primaria, ya que aquí es donde las grietas más anchas suelen ocurrir y donde son más visibles.

El comportamiento de grieta en losas de una sola vía gruesa (proporción profunda de la cacerola 15 a 20) es similar al de los haces poco profundos, y para losas de una sola vía con una cubierta de hormigón clara superior a 25.4 mm (1 pulg.), la ecuación de la anchura de grieta se puede aplicar correctamente si β = 1,25 a 1,35. Este ajuste del factor beta representa el gradiente de la variedad que se desarrolla en losas en comparación con secciones de laminas.

En los miembros de la flexión, la distribución del refuerzo es particularmente importante. El refuerzo de fondo en vigas simples o el refuerzo superior sobre soportes en miembros continuos debe ser adecuadamente espaciado para asegurar un control de grietas adecuado. El refuerzo de cara lateral también puede ser necesario en rayos profundos para controlar el grieta en la región web.

Dos-Way Slabs and Plates

Losas de dos vías presentan complejidad adicional porque el crack puede ocurrir en múltiples direcciones dependiendo de la distribución de momento. El refuerzo debe ser adecuadamente distribuido en ambas direcciones para controlar el crack de manera efectiva. Los principios de cálculo de ancho de grieta siguen siendo similares, pero el análisis debe considerar el estado de estrés biaxial y la interacción entre el refuerzo en direcciones perpendiculares.

En placas planas y placas planas, se debe prestar especial atención a las regiones de tira de columna donde los momentos negativos son más altos. Estas áreas son propensos a romper en la superficie superior, que puede ser estéticamente problemático en los soffits expuestos y puede afectar la durabilidad si no está adecuadamente controlada.

Miembros en Tensión Directa

Un informe separado del Comité 224 (ACI 224R) abarca el control de la grieta en miembros concretos en general, pero contiene sólo una breve referencia a la grieta de tensión, mientras que el ACI 224.2R trata específicamente con la grieta en miembros sometidos a tensión directa.

Las ecuaciones pueden utilizarse para predecir el ancho máximo probable de la grieta en miembros de tracción completamente desgarrados, aunque como con miembros flexurales, hay una gran variabilidad en el ancho máximo de la grieta. Los miembros de la tensión requieren una atención cuidadosa para la distribución del refuerzo para asegurar que las grietas estén bien distribuidas en lugar de concentrarse en algunas ubicaciones.

Los miembros de la tensión incluyen vigas de corbata, acordes de tensión en trusses, paredes o losas sometidos a reducción o movimientos térmicos restringidos. El cálculo de ancho de grieta para los miembros de tensión es generalmente más sencillo que para los miembros de flexión porque la distribución de estrés es más uniforme, pero las consecuencias de un control de grieta inadecuado pueden ser severas.

Beams profundas y regiones perturbadas

Las vigas profundas y otras regiones perturbadas (regiones D) donde las secciones de plano no permanecen requieren especial consideración para el control de las grietas. La distribución de estrés en estas regiones es compleja, y la simple teoría de las vigas no se aplica. El modelado de la trucha y la zuma se utiliza a menudo para el diseño de la fuerza, pero el control de grietas todavía requiere atención para el detalle del refuerzo.

El refuerzo distribuido en direcciones horizontales y verticales es normalmente necesario en rayos profundos para controlar el crack en toda la región web. Las ecuaciones de predicción de ancho de grieta desarrolladas para haces normales pueden no ser directamente aplicables, y el juicio de ingeniería combinado con prácticas de detalle adecuadas se vuelve particularmente importante.

Miembros de hormigón precontenidos

Los miembros de hormigón armado están diseñados para permanecer sin atracar o para tener limitados cracking bajo cargas de servicio. Cuando el crack se produce en miembros parcialmente prestresados, el cálculo de ancho de grieta debe tener en cuenta los efectos de la prestresificación, incluyendo el estrés de tracción reducido en el hormigón y la presencia de tanto preestramiento como refuerzo no pre-construido.

El ancho de grieta en los miembros pretensados es generalmente más pequeño que en los miembros de hormigón armado comparable debido a la prestreza compresiva que debe superarse antes de que se produzcan grietas de tracción. Sin embargo, cuando las grietas se forman, pueden ser más espaciosas, y la distribución adecuada del refuerzo no prevalorado puede ser necesaria para asegurar un control adecuado de grietas.

Consideraciones de diseño práctico para el control de los atracos

Mientras que los cálculos de ancho de grieta proporcionan una valiosa orientación cuantitativa, el control efectivo de grietas en la práctica requiere atención a numerosos detalles de diseño y construcción que van más allá de los cálculos simples.

Requisitos mínimos de refuerzo

La cantidad mínima y el espaciado de refuerzo que se utilizará en suelos estructurales, losas de techo y paredes para el control de temperatura y la reducción de las grietas se da en ACI 318 o en ACI 350R. Estos requisitos mínimos de refuerzo aseguran que incluso cuando se produce grietas debido a la reducción, cambios de temperatura u otros efectos, las grietas serán bien distribuidas y de anchura limitada.

El refuerzo mínimo es particularmente importante en los miembros donde el refuerzo primario se concentra en lugares específicos, dejando otras áreas vulnerables a la fractura incontrolada. El refuerzo de temperatura y reducción en losas, el refuerzo de distribución en losas de una sola vía y el refuerzo de la piel en las vigas profundas sirven para controlar el crack en regiones alejadas del principal refuerzo flexural.

Distribución y Espaciamiento de la Reforzamiento

La distribución de refuerzo en toda la zona de tensión es a menudo más importante que la cantidad total de acero proporcionado. Varias barras más pequeñas distribuidas a través de la anchura de un miembro proporcionan un mejor control de grietas que menos barras más grandes con la misma superficie total. Esto es porque las barras más pequeñas pueden ser espaciadas más de cerca, reduciendo la distancia entre barras y promoviendo una mejor distribución de grietas.

Las limitaciones máximas de espaciamiento en los códigos sirven para asegurar una distribución adecuada. Estos límites suelen variar según la condición de exposición y el nivel de estrés en el refuerzo. Las condiciones de exposición más severas o niveles de estrés más altos requieren un espaciamiento más estrecho para mantener anchos aceptables de grieta.

Requisitos de cubierta concretos

La cubierta de hormigón sirve múltiples propósitos, incluyendo protección contra incendios, protección contra la corrosión y desarrollo de lazos. Desde una perspectiva de control de grietas, la relación entre la cubierta y el ancho de grieta es compleja. Mientras que la cubierta mayor proporciona una mejor protección de la corrosión creando una barrera más gruesa entre el refuerzo y el medio ambiente, también tiende a dar lugar a grietas de superficie más amplias para un determinado nivel de tensión de refuerzo.

La profundidad óptima de la cubierta debe equilibrar estas consideraciones competitivas. Los requisitos de cobertura mínima especificados por código se basan principalmente en las necesidades de durabilidad y protección contra incendios, pero los diseñadores deben ser conscientes de que el aumento de la cobertura más allá del mínimo puede requerir un espaciamiento más cercano de la barra u otras medidas para mantener anchos aceptables de grieta.

Control de los efectos de la esmerilación y la temperatura

ACI 224R-01 afirma que el cracking debido a la reducción de secado nunca puede ser eliminado en la mayoría de las estructuras. Sin embargo, la gravedad de la grieta de la grieta de la grieta se puede minimizar a través de prácticas de diseño y construcción adecuadas.

El hormigón puede soportar mayores cepas de tracción si el estrés se aplica lentamente; por lo tanto, es deseable prevenir el rápido secado de hormigón, que se puede alcanzar utilizando compuestos de curado, incluso después del curado de agua. El curado adecuado es una de las medidas más eficaces para controlar la grieta de la contracción, ya que permite que el hormigón obtenga fuerza antes de que se produzca una reducción significativa de secado.

El diseño de mezclas concretas también desempeña un papel crucial en el control de la reducción de la encogimiento. Utilizando unas relaciones de menor contenido de agua, incorporando materiales cementosos complementarios, seleccionando agregados con características de baja encogimiento y evitando el contenido excesivo de cemento, todo ayuda a reducir el potencial de encogimiento. Sin embargo, estas medidas deben ser equilibradas con otros requisitos de rendimiento concretos, como la viabilidad, el desarrollo de fuerza y la durabilidad.

La colocación conjunta es otra consideración importante para controlar la reducción de las grietas. Las articulaciones de control debidamente ubicadas y detalladas proporcionan lugares predeterminados para formar grietas, evitando el grieta aleatoria en toda la estructura. El espaciado de las articulaciones de control debe basarse en la psiquiatra prevista, el grado de moderación y el refuerzo proporcionado.

Prácticas de construcción

Incluso con el diseño adecuado, las prácticas de construcción deficientes pueden conducir a una grieta excesiva.

  • √FUERA DE PROPOR Colocación y consolidación de hormigón: Se realizó/fuerte unión inadecuada puede crear vacíos y planos débiles que promueven la grieta. La supervibración puede causar segregación y sangrado, también causando problemas de grieta.
  • нереннитенния curing: Se realizó / se trin нериних El curing insuficiente permite la pérdida rápida de humedad y puede resultar en la grieta superficial extensa. El curado debe mantenerse durante una duración adecuada, típicamente al menos siete días para el hormigón normal.
  • √STRUJEJERES DE PROTEcción de cambios de temperatura rápida: Se realizó/fuerte Emperador Proteger el hormigón fresco de temperaturas extremas, viento y luz solar directa ayuda a prevenir la reducción de plástico y reduce las tensiones térmicas de edad temprana.
  • יstrong ConfederConstrucción conjunta: Se realizaron / se reforzaron juntas de control, articulaciones de construcción y articulaciones de expansión, que deben ser debidamente formadas y ubicadas para funcionar como se desee.
  • ■Evitando la restricción excesiva: Se realizó/fuerte Emperador Removing formwork en los momentos apropiados y evitando conexiones rígidas a las estructuras existentes hasta que el hormigón haya sufrido la mayor parte de su reducción temprana puede reducir la fractura inducida por la restricción.

Comparación con las normas internacionales

Aunque ACI 224R proporciona una orientación integral para el control de las grietas en la práctica norteamericana, es valioso entender cómo estas recomendaciones se comparan con las normas internacionales, en particular Eurocode 2, que es ampliamente utilizado en Europa y muchas otras partes del mundo.

Eurocode 2 Approach

Eurocode 2 proporciona una expresión para calcular el ancho de la grieta donde el ancho de grieta del diseño equivale al espaciado máximo de grieta multiplicado por la diferencia entre la tensión media en el refuerzo y la cepa media en el hormigón entre grietas, con sólo la cepa de tensión adicional más allá del estado de cepa cero del hormigón al mismo nivel que se considera.

El enfoque Eurocode es más explícitamente basado en cálculos que las actuales disposiciones ACI 318, que requieren un cálculo directo de anchos esperados de grieta en lugar de depender principalmente de limitaciones de espaciado. El Código Modelo CEB-FIP para Estructuras Concretas (1990) da el enfoque europeo de evaluación de ancho de grieta y anchos de grieta permisibles.

Diferencias en las Ancho Cangrejo Permitible

No hay consenso sobre los anchos máximos de grieta, ya que el ancho máximo permitido de grieta en miembros de hormigón armado expuestos a químicos de desactivación es 0.18 mm por ACI Committee 224 y 0.3 mm por Eurocode 2. Esta diferencia significativa refleja diferentes filosofías respecto a la relación entre el ancho de grieta y la durabilidad.

La recomendación más conservadora de la ACI para la exposición química de desactivación refleja la experiencia norteamericana con condiciones severas de congelación combinadas con una aplicación de sal pesada. Los límites de Eurocode, aunque menos restrictivos para la anchura de crack solo, hacen mayor hincapié en la calidad concreta y la profundidad de cobertura como factores de durabilidad primaria.

Diferencias filosóficas

La evolución de las disposiciones de control de grietas en diferentes códigos refleja los debates en curso sobre el enfoque más eficaz para garantizar la durabilidad. La tendencia reciente en ACI 318 lejos de los cálculos de ancho de grieta explícitos hacia disposiciones basadas en espaciados representa un reconocimiento de que la anchura de grietas por sí sola no es un predictor fiable de durabilidad a largo plazo y que la variabilidad inherente en el grieta hace difícil predicción.

En cambio, Eurocode 2 mantiene un enfoque más intensivo en cálculo, que requiere que los ingenieros verifiquen explícitamente que los anchos calculados de grieta permanecen dentro de límites especificados. Ambos enfoques pueden ser eficaces cuando se aplican correctamente, y entender los principios detrás de cada uno proporciona a los ingenieros una perspectiva más completa sobre el control de grietas.

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Efectos de los dispensadores de tiempo

Los anchos de la cadena no están estáticos, pero pueden cambiar con el tiempo debido a diversos efectos dependientes del tiempo. El arrastre de hormigón bajo estrés sostenido puede causar la redistribución del estrés entre el hormigón y el refuerzo, potencialmente afectando los anchos de la grieta. La grieta continúa durante meses o años después de la construcción, y la moderación de esta contracción puede causar nuevas grietas para formar o existentes grietas para ensanchar.

La corrosión del refuerzo, si ocurre, puede provocar que las grietas se ensanchen significativamente a medida que los productos oxidados ocupan mayor volumen que el acero original. Esto crea un circuito de retroalimentación positivo donde las grietas más anchas permiten que agentes más agresivos alcancen el acero, acelerando la corrosión y causando un mayor aumento de grietas.

Efecto de la carga de la historia

La historia de carga experimentada por una estructura afecta su comportamiento de cracking. La carga inicial a los niveles de servicio provoca que se formen y abran grietas. Al descargar, las grietas pueden cerrar parcialmente pero normalmente no cierran completamente debido a deformaciones residuales y la formación de escombros en la grieta. La posterior carga causa de las grietas existentes para reabrir antes de la nueva forma de grietas.

La carga cíclica, como la experimentada por estructuras de puente bajo el tráfico, puede causar efectos de fatiga que influyen en la propagación de grietas. Mientras que los anchos de grieta bajo cargas de servicio estáticos pueden ser aceptables, la apertura cíclica y el cierre de grietas pueden acelerar el deterioro y deben ser considerados en estructuras sujetas a un ciclo de carga significativo.

Tensión:

El endurecimiento de la tensión se refiere a la contribución del hormigón en tensión entre grietas a la rigidez general de un miembro de hormigón armado. Incluso después de grietas, el hormigón entre grietas sigue llevando cierta tensión a través del vínculo con el refuerzo. Este efecto reduce las desviaciones y afecta la distribución de grietas.

El endurecimiento de tensión es más significativo en niveles de baja carga poco después de la primera grieta y disminuye a medida que aumenta la carga y se forman más grietas. El efecto también disminuye con el tiempo debido a la caída y el encogimiento. Mientras que la rigidez de la tensión es beneficioso para la servidumbre, generalmente se descuida en los cálculos de resistencia por razones de seguridad.

Variabilidad y Consideraciones Estadística

Uno de los desafíos en la predicción de la anchura de la grieta es la variabilidad inherente en el comportamiento de grietas. Incluso en pruebas de laboratorio cuidadosamente controladas, los anchos de grieta pueden variar significativamente entre especímenes nominalmente idénticos. Esta variabilidad surge de numerosas fuentes incluyendo variaciones en la fuerza de la tensión de concreto, condiciones de unión local y la naturaleza aleatoria de la formación de grietas.

Las ecuaciones de predicción de ancho de cuello suelen predecir un ancho promedio o característica de grieta en lugar del máximo absoluto que podría ocurrir. Los ingenieros deben reconocer que los anchos máximos reales de grieta pueden exceder los valores predichos en un 30% o más debido a esta variabilidad inherente.

Consideraciones especiales para aplicaciones específicas

Estructuras que contienen agua

Las estructuras que contienen agua como tanques, embalses y piscinas requieren un control de grietas particularmente estricto para evitar fugas. La anchura máxima recomendada de grieta de 0.004 pulgadas (0,10 mm) para estas estructuras refleja la necesidad de mantener la estanqueidad del agua y prevenir la corrosión.

Además de controlar los anchos de grieta mediante el detallamiento de refuerzo, las estructuras que contienen agua suelen emplear otras medidas como la postensión para mantener la compresión en el hormigón, el uso de hormigón compensatorio para reducir la grieta de grieta y la aplicación de membranas o revestimientos impermeables para proporcionar protección adicional contra la fuga.

Decks puente

El desgarro de cubiertas de puente es un problema común en los Estados Unidos y afecta la durabilidad y la vida útil de puentes de hormigón armado, con inspecciones físicas de puentes de losas estructurales de tres canales en Ohio revelando grietas más de 1⁄8 pulgadas (3,2 mm). Estos anchos de grieta exceden con creces los límites recomendados para las estructuras expuestas a productos químicos de deshidratación.

Las cubiertas de puente están sujetas a condiciones particularmente graves, como cargas de tráfico pesado, exposición de sal de deshidratación, ciclos de congelación y restricción de las vigas de apoyo. El control efectivo de grietas en cubiertas de puente requiere atención para el detallar de refuerzo, calidad de hormigón, curado adecuado y prácticas de construcción. El uso de refuerzo de acero inoxidable o de epoxi proporciona protección adicional de la corrosión pero no elimina la necesidad de un control de grietas adecuado.

Estructuras de estacionamiento

Las estructuras de estacionamiento se enfrentan a retos similares a las cubiertas de puente, con exposición a sales decaídas, ciclos de congelación y cargas de vehículos. Las superficies horizontales de cubiertas de estacionamiento son particularmente vulnerables a la grieta y la corrosión subsiguiente. El drenaje adecuado es esencial para minimizar la acumulación de agua y sal.

Además de control de grietas mediante el detallamiento de refuerzo, las estructuras de estacionamiento se benefician de medidas protectoras como selladores, sobrecapas y membranas impermeables. El mantenimiento regular incluyendo sellado de grietas y la repetición de tratamientos protectores es importante para la durabilidad a largo plazo.

Estructuras marinas

Estructuras expuestas al agua marina o al agua marina se enfrentan a condiciones extremadamente agresivas debido al alto contenido de cloruro de agua marina combinado con ciclos húmedos. La anchura máxima recomendada de grieta de 0.006 pulgadas (0.15 mm) para estas condiciones refleja el riesgo de corrosión grave.

Las estructuras marinas requieren de hormigón de alta calidad y baja permeabilidad con una profundidad adecuada de cubierta además de un control adecuado de grietas. El uso de materiales cementosos complementarios como ceniza de mosca o cemento de escoria puede mejorar significativamente la resistencia a la penetración del cloruro. El refuerzo resistente a la corrosión, como barras de polímeros reforzadas por acero inoxidable o fibra, puede justificarse para aplicaciones críticas a pesar de costos iniciales más altos.

Evaluación y Reparación de Estructuras Existentes

Al evaluar las estructuras existentes, los ingenieros deben evaluar si los anchos de grieta observados indican problemas estructurales o simplemente una grieta normal de la capacidad de servicio. La ubicación, orientación, patrón y ancho de grietas proporcionan pistas sobre su causa y significado.

Evaluación de los crack

Las grietas flexibles perpendiculares al eje miembro en regiones de alto momento son generalmente esperadas y aceptables si sus anchos están dentro de límites recomendados. Las grietas diagonales pueden indicar problemas de jaque y requieren una evaluación cuidadosa. grietas longitudinal paralelas al refuerzo pueden indicar la corrosión del refuerzo o la cubierta inadecuada.

El mapa aleatorio que se rompe en superficies indica generalmente la reducción de plástico o la reacción alcalí-aggregada en lugar de la angustia estructural. El crackeo de patrones en losas puede resultar de la reducción de la presión o movimientos térmicos restringidos. Entender la causa probable de la fractura es esencial para determinar medidas correctivas apropiadas.

Control de crack

Para las grietas que pueden indicar problemas estructurales continuos, monitorear cambios de ancho de grieta a lo largo del tiempo proporciona información valiosa. Monitores simples de grieta o instrumentación más sofisticada pueden rastrear si las grietas son estables, ensanchadas o cerrando. Las variaciones estacionales en el ancho de grieta debido a los cambios de temperatura son normales y no deben confundirse con el deterioro estructural progresivo.

Métodos de reparación

El método de reparación adecuado depende del ancho, la causa y la importancia estructural de la grieta. Las grietas adormecidas estrechas pueden sellarse con inyección de epoxi o poliuretano para prevenir la humedad y el ingreso de cloruro. Las grietas más limpias o las sujetas al movimiento pueden requerir sellantes flexibles aplicados en la superficie.

Para las grietas que indican problemas estructurales, el fortalecimiento puede ser necesario además de la reparación de grietas. Esto podría implicar añadir refuerzo externo, post-tensión o fortalecimiento de polímero reforzado con fibra. En los casos en que se ha producido la corrosión, el refuerzo corroído puede necesitar ser expuesto, limpiado o reemplazado, y el hormigón reparado.

Futuras directrices y necesidades de investigación

Mientras que los métodos actuales de predicción de ancho de grieta y las disposiciones de control son generalmente eficaces, la investigación continua continúa perfeccionando nuestra comprensión de comportamiento de grieta y desarrollar enfoques mejorados.

Concreto de alta resistencia y alto rendimiento

Los hormigónes modernos de alta resistencia y alto rendimiento tienen características diferentes de grieta que el hormigón convencional. Su mayor módulo de elasticidad y diferente comportamiento de psiquiatra pueden requerir modificaciones a las ecuaciones tradicionales de predicción de ancho de grieta. La investigación está en curso para desarrollar disposiciones apropiadas de control de grietas para estos materiales.

Materiales de refuerzo alternativos

El refuerzo del polímero reforzado con fibra (FRP) y otros materiales de refuerzo no metálicos tienen propiedades mecánicas diferentes que el acero, incluyendo el módulo más bajo de elasticidad y no preocupaciones de corrosión. Estas diferencias afectan el comportamiento de grieta y requieren enfoques de control de grietas modificados. La falta de riesgo de corrosión puede permitir que los anchos de grieta más anchos sean aceptables, pero la menor rigidez del refuerzo FRP puede resultar en grietas más amplias para un nivel de estrés.

Concreto reforzado con fibra

Especímenes de prueba con fibra exhibidas cargas de grieta más altas, anchos de grieta más pequeños, deflecciones medias más pequeñas y cargas de fallas máximas en comparación con especímenes idénticos sin fibra, y se espera que la adición de fibra al hormigón sin cambios en los detalles de refuerzo de acero interno reduzca la gravedad y el alcance de grietas en cubiertas de puentes de hormigón armado que demuestran que la fibra aumenta la resistencia.

La adición de fibras discretas al hormigón puede mejorar significativamente el control de las grietas a través de grietas y distribuir las grietas de forma más uniforme. La investigación continúa optimizando tipos de fibra, dosis y combinaciones con refuerzo convencional para lograr un mejor control de grietas y durabilidad.

Modelado computacional

El análisis avanzado de elementos finitos y otros métodos computacionales se utilizan cada vez más para modelar el comportamiento de cracking en estructuras concretas. Estas herramientas pueden dar cuenta de geometría compleja, condiciones de carga y comportamiento material que son difíciles de abordar con cálculos de mano simplificados. A medida que estos métodos maduran y se vuelven más accesibles, pueden proporcionar mejores predicciones de ancho de grieta y permitir diseños más optimizados.

Aplicación práctica y documentación

El control exitoso de las grietas requiere no sólo cálculos de diseño adecuados, sino también una comunicación clara de los requisitos y la verificación que se cumplen durante la construcción.

Documentación de diseño

Los documentos de construcción deben especificar claramente los requisitos de control de grietas, incluyendo el espaciamiento máximo de barras, las relaciones mínimas de refuerzo, los requisitos de calidad concretos y cualquier disposición especial para el control de grietas. Simplemente mostrar cantidades de refuerzo sin explicar la racionalidad del control de grietas puede conducir a sustituciones no autorizadas que comprometan el control de grietas.

Para aplicaciones críticas, los cálculos de diseño que demuestren el cumplimiento de los límites de ancho de grieta deben incluirse en la documentación del proyecto, lo que proporciona un registro de la intención de diseño y facilita la evaluación futura si surgen preocupaciones de grieta.

Inspección de la construcción

La inspección sobre el terreno debe verificar que el refuerzo se coloca como detallado, con un espaciamiento, cobertura y soporte adecuados. Las desviaciones que pueden afectar el control de las grietas deben identificarse y abordarse antes de la colocación concreta. También debe vigilarse la calidad, la colocación y el curado concretos para garantizar que se cumplan los requisitos específicos.

Evaluación posterior a la construcción

Después de la construcción, la inspección periódica puede identificar cualquier grieta que exceda límites aceptables. La identificación temprana de problemas permite reparaciones oportunas antes de que ocurra un deterioro significativo. La documentación de los lugares de grieta, anchuras y patrones proporciona una base de referencia para la vigilancia futura y ayuda a identificar cualquier deterioro progresivo.

Conclusión

Es esencial calcular y controlar los anchos de grieta en elementos de hormigón armado para garantizar estructuras duraderas y útiles que cumplen satisfactoriamente durante su vida útil prevista. Las directrices ACI 224R-16 proporcionan un marco integral para comprender el comportamiento de grieta y aplicar medidas eficaces de control de grietas.

El control exitoso de las grietas requiere entender los múltiples factores que influyen en las grietas, incluyendo las características de refuerzo, propiedades concretas, condiciones de carga y exposición ambiental. Mientras que los métodos de cálculo de la anchura de las grietas proporcionan una valiosa orientación cuantitativa, el control efectivo de las grietas depende en última instancia de la atención adecuada a los detalles de diseño, selección de materiales y prácticas de construcción.

La evolución de las disposiciones de control de grietas en códigos y estándares refleja la refinación continua de nuestra comprensión de la relación entre la anchura de grieta y la durabilidad a largo plazo. Los enfoques actuales reconocen que la anchura de grieta no es el único determinante de la durabilidad y que factores como la calidad concreta, la profundidad de cubierta y el detalla adecuado son igualmente importantes.

Los ingenieros deben acercarse al control de las grietas con una perspectiva integral que no sólo considera anchos calculados de grietas sino también el contexto más amplio de rendimiento estructural, requisitos de durabilidad y consideraciones de construcción prácticas. Siguiendo los principios descritos en ACI 224R-16 y aplicando juicios de ingeniería sonora, los diseñadores pueden crear estructuras de hormigón armado que resistan el exceso de grieta y proporcionan un rendimiento confiable a largo plazo.

Para más información sobre el control de las grietas y las normas de diseño estructural, los ingenieros pueden hacer referencia a los recursos de la יa href="https://www.concrete.org"Concrete Institute cumplió/a título, la יa href="https://www.cement.org"ConsejoPortland Cement Association sorteado/a título, y otras organizaciones profesionales dedicadas a promover la tecnología y práctica de concreto más reciente aseguran la integración de diseño de las mejores prácticas de investigación y diseño.