¿Qué es el agrietamiento por contracción en el pavimento de hormigón?
Una grieta por contracción es una grieta capilar que se forma en una losa de hormigón mientras el hormigón fragua y cura.
La contracción es una pérdida de volumen del hormigón. Si la losa no puede moverse libremente, la contracción acumula tensión. Se forma una grieta cuando esa tensión supera la resistencia a tracción del hormigón. La FHWA describe tres tipos de contracción en un pavimento de hormigón: plástica, por secado y autógena.
Cómo es una grieta por contracción
El manual de deterioros de PAVER y la AC 150/5380-6C de la FAA dan la misma descripción. Una grieta por contracción es una grieta capilar que suele tener solo unos pocos pies de longitud. No se extiende por toda la losa y normalmente no atraviesa su espesor. Típicamente llega a no más de 1/4 de pulgada (6 mm) desde la superficie, y puede afectar solo a la pasta superficial terminada.
Por qué se contrae el hormigón y por qué se agrieta
La contracción ocurre principalmente en la pasta de cemento, y el árido actúa como restricción. La losa también descansa sobre una base que resiste su movimiento. La FHWA dice que esta restricción en la interfaz entre losa y base acumula tensión. El hormigón es débil a tracción, así que se forma una grieta para aliviar la tensión cuando supera la resistencia a tracción.
Un pavimento de hormigón con juntas usa esto a propósito. La FHWA dice que las juntas controlan dónde se produce el agrietamiento. La mayor parte del agrietamiento ocurre en el periodo de edad temprana, mientras la losa resiste el cambio de volumen. La AC 150/5320-6G de la FAA dice que las juntas de contracción dan un agrietamiento controlado cuando el pavimento se contrae porque baja el contenido de humedad o la temperatura.
Contracción plástica, por secado y autógena
| Tipo | Cuándo ocurre | Qué lo causa |
|---|---|---|
| Contracción plástica | Antes de que fragüe el hormigón | El agua se evapora de la superficie más deprisa de lo que sube el agua de exudación |
| Contracción por secado | Después de que fragua el hormigón | El hormigón endurecido pierde agua frente al aire no saturado |
| Contracción autógena | Después del fraguado inicial | La pasta de cemento usa su propia agua al hidratarse (autodesecación) |
Contracción plástica
La FHWA describe las grietas por contracción plástica como grietas cortas e irregulares en la superficie fresca del hormigón. Miden de unos pocos centímetros a algo menos de 1 m de longitud, y están separadas de unos pocos centímetros a 0,6 m. Las grietas se forman cuando la velocidad de evaporación es mayor que la velocidad de exudación. El hormigón fresco no es lo bastante resistente para soportar la tensión capilar de la pasta.
El tiempo fija la velocidad de evaporación. La FHWA indica que la temperatura alta del hormigón, la humedad relativa baja y el viento fuerte son las condiciones que favorecen las grietas por contracción plástica. Una base seca puede extraer agua de la losa. Una mezcla que exuda poco puede secarse incluso con una velocidad de evaporación normal. Un hormigón de pavimentación de bajo asentamiento, con poco contenido de agua y algo de sustitución de cemento, es un ejemplo. Una mezcla que fragua despacio sigue plástica durante más tiempo, así que tiene más tiempo para secarse. La FHWA (2004) dice que no hay forma de predecir con certeza cuándo se formarán las grietas por contracción plástica.
La FHWA afirma que el agrietamiento plástico no perjudica necesariamente la calidad intrínseca del hormigón. Si después las cuadrillas curan bien el hormigón, el defecto es más cosmético.
Contracción por secado
La contracción por secado empieza después de que fragüe el hormigón. Parte del agua que el hormigón pierde ante el aire es irreversible, y deja una contracción permanente. La FHWA enumera los factores que fijan su tamaño. Son la relación agua-cemento, el tipo de cemento, el contenido de cemento, los aditivos, el tipo y la cantidad de árido, y el clima. La AC 150/5320-6G advierte de que un contenido alto de cemento puede aumentar el riesgo de agrietamiento por contracción por secado.
Los diseñadores esperan la contracción por secado y la planifican con el corte de juntas. Si el hormigón se seca mucho en los primeros días, pueden formarse grietas con una separación menor que la de las juntas de contracción (FHWA).
Contracción autógena
La contracción autógena es una reducción de volumen de la pasta de cemento por autodesecación. En la autodesecación, los cambios físicos y químicos del cemento durante la hidratación secan los poros capilares. La FHWA dice que es mayor en hormigones de alta resistencia con una relación agua-cemento baja, y menor con una relación alta. No depende del transporte de humedad, del cambio de temperatura ni de la restricción externa.
Dos medidas la reducen. Una es mantener agua disponible durante la hidratación, mediante curado con agua o curado interno. En el curado interno, el árido ligero prehumedecido libera agua dentro del hormigón. La otra es un aditivo reductor de la contracción.
Cómo distinguir la contracción plástica de la de secado
Los ingenieros toman esta decisión sobre testigos en laboratorio. La FHWA da estos signos de una grieta por contracción plástica:
- Empieza en la superficie expuesta y es más ancha allí. Después se estrecha con la profundidad, a menudo hasta casi desaparecer.
- La tensión deforma los lados de la grieta. Pueden quedar pequeños puentes de pasta que atraviesan la grieta, y los dos lados no encajan de nuevo.
- El mortero que el acabado introdujo en la parte superior de la grieta muestra que la grieta se formó temprano.
- La cara interior de la grieta tiene pequeños glóbulos de pasta de cemento. Una rotura fresca del mismo hormigón tiene pequeños planos angulares.
Una grieta que rodea las partículas de árido no basta como prueba de agrietamiento plástico. Los canales de exudación también pueden parecer grietas por contracción plástica. Un canal de exudación muestra signos de una vía de agua.
Cómo distinguir una grieta por contracción de una grieta por carga
Una grieta por contracción no es un deterioro estructural. Una grieta que divide una losa en dos o tres piezas es otro deterioro. La AC 150/5380-6C dice que suelen causarla las cargas repetidas junto con las tensiones de contracción. El manual PAVER clasifica las grietas capilares cortas como grietas por contracción. Para el hormigón armado añade una regla. Una grieta de menos de 1/8 de pulgada (3 mm) de ancho, sin descascarillado ni escalonamiento, cuenta como agrietamiento por contracción.
Una losa que las grietas que se cruzan dividen en cuatro o más piezas es una losa fragmentada. El manual PAVER dice que se ignoren las grietas por contracción al contar estas piezas. Una red de grietas finas en la parte superior de la losa es agrietamiento en mapa. Un patrón de grietas paralelo a una junta es D-cracking.
PAVER también da una pista temporal. El agrietamiento por contracción plástica puede aparecer el día de la construcción y es visible durante el primer año. El agrietamiento por reacción álcali-sílice generalmente no se observa en los primeros años.
Grietas por contracción en asfalto
Esta página trata del pavimento de hormigón. La AC 150/5380-6C también usa la palabra para el asfalto. Dice que las grietas longitudinales y transversales en el pavimento flexible pueden resultar de la contracción de la superficie de la mezcla asfáltica en caliente. La oxidación y el endurecimiento por envejecimiento del asfalto causan la contracción, y las fluctuaciones térmicas causan la retracción. Este tipo de agrietamiento no está asociado a cargas.
En una inspección de condición del pavimento
El manual de PAVER, que aplica el método del Índice de Condición del Pavimento (PCI) para aeródromos, incluye las grietas por contracción como deterioro 73. No define niveles de severidad. El inspector solo registra que existen grietas por contracción. Una losa con una o más grietas por contracción cuenta como una losa con grietas por contracción.
Un estudio de la FAA probó datos de drones pequeños en seis aeropuertos. Recomienda una ortofoto en color de 1,5 mm por píxel y un modelo de elevación de 6,0 mm por píxel para detectar y calificar los deterioros del aeródromo. Para las grietas por contracción, indica 2,5 mm por píxel como resolución mínima de la ortofoto, y dice que la detección no siempre es posible. Las grietas pueden tener con frecuencia menos de un milímetro.
Control durante la construcción
Tres medidas controlan el agrietamiento por contracción en una losa nueva. Son una buena mezcla, la protección de la superficie fresca y juntas que las cuadrillas cortan en el momento adecuado.
Proteger la superficie fresca
La FHWA dice que el curado empieza cuando la superficie comienza a secarse. En ese momento la evaporación es mayor que la exudación y la superficie pierde su brillo húmedo. Los dos métodos habituales de curado inicial son el nebulizado y los reductores de evaporación. El nebulizado usa boquillas especiales para elevar la humedad justo encima de la losa. Es la forma más eficaz de reducir la evaporación. La FHWA también da estas opciones: curado húmedo de inmediato y durante al menos 24 horas, barreras contra el viento y protectores solares.
La FHWA da los límites de la ACI 308 para la velocidad de evaporación. Pueden aparecer grietas a 0,5 kg/m2/h, y por encima de 1,0 kg/m2/h son necesarias precauciones. Un boletín posterior de la FHWA dice que los ingenieros estiman la velocidad con el nomograma de Menzel. Da 0,20 lb/ft2/h (0,98 kg/m2/h) como valor crítico habitual, y señala que se cuestiona si ese valor sirve para el hormigón moderno. La guía de curado de la FHWA dice que el hormigón de pavimentación exuda menos de lo que suponen estos límites, así que los límites pueden no ser lo bastante conservadores.
La AC 150/5370-10H, ítem P-501, establece estas reglas para el pavimento nuevo de hormigón:
- No añada agua a la superficie de la losa durante el acabado. El RPR puede aprobar nieblas de agua u otros aditivos de acabado contra el agrietamiento por contracción plástica.
- Cure todas las superficies expuestas durante un periodo de curado de 7 días, que empieza cuando termina el acabado y ya no hay agua de exudación.
- Corte las juntas tan pronto como el hormigón esté lo bastante duro para cortarlo sin dañarlo, y antes de que aparezca agrietamiento por contracción no controlado.
Cortar las juntas a tiempo
La FHWA dice que cortar las juntas tarde permite un agrietamiento no controlado. Esto puede llevar a una mala transferencia de carga y a descascarillado. El hormigón debe ser primero lo bastante resistente para soportar la sierra y su operario, y eso limita lo temprano que puede empezar el corte.
La AC 150/5320-6G fija la separación máxima recomendada de juntas según el espesor de la losa. El espesor de la losa controla la separación, y no al revés. Para un pavimento sin base estabilizada:
| Espesor de la losa | Separación máxima recomendada de juntas |
|---|---|
| 6 pulgadas (152 mm) o menos | 12,5 ft (3,8 m) |
| De 6,5 a 9 pulgadas (de 165 a 229 mm) | 15 ft (4,6 m) |
| Más de 9 pulgadas (229 mm) | 20 ft (6,1 m) |
La AC da una segunda tabla para una base estabilizada. Allí la separación va de 12,5 ft para losas de 8 a 10 pulgadas a 20 ft por encima de 16 pulgadas. Una separación de más de 20 ft necesita un análisis técnico en el informe del ingeniero. La AC también dice que las losas más pequeñas suelen funcionar mejor a largo plazo.
Diseño de la mezcla
La FHWA dice que el curado interno con árido ligero reduce la contracción en edad temprana y el agrietamiento por contracción plástica que la acompaña. También dice que las fibras de polipropileno pueden retrasar el agrietamiento por contracción plástica.
Qué significa una grieta por contracción en un aeródromo
Una grieta por contracción es un defecto superficial que no tiene una calificación de severidad en el método PAVER. El riesgo es confundirla con una grieta por carga, o al revés. Una grieta capilar de unos pocos pies suele ser cosmética. Una grieta que atraviesa la losa no es una grieta por contracción, y necesita una comprobación estructural. El manual PAVER dice que una grieta longitudinal, transversal o diagonal de severidad baja suele estar relacionada con alabeo o fricción. Dice que una grieta de severidad media o alta suele ser una grieta de trabajo y un deterioro estructural importante.
Sellar una grieta mantiene la humedad superficial fuera de la estructura del pavimento (AC 150/5380-6C). La AC 150/5380-6C remite a la AC 150/5370-10, ítems P-604 y P-605, para los selladores de juntas y de grietas.
Reparación
En un pavimento en servicio, la AC 150/5380-6C dice que las grietas por contracción son cosméticas y normalmente no necesitan reparación. Un sellador impide que la humedad superficial entre en la estructura del pavimento.
En una losa nueva, el P-501 cubre las grietas de hasta un tercio del espesor de la losa. Limpie la grieta y después aplique metacrilato de alto peso molecular o inyecte resina epoxi. Trate una grieta más profunda como una grieta de profundidad total. El P-501 no permite esta reparación cuando el estado general del pavimento hace poco probable un resultado aceptable y duradero.
Preguntas Frecuentes
- ¿Qué es el agrietamiento por contracción en el pavimento de hormigón?
- El agrietamiento por contracción es la formación de grietas capilares en una losa de hormigón mientras el hormigón fragua y cura. Las grietas suelen tener solo unos pocos pies de longitud y no se extienden por toda la losa. Normalmente no atraviesan el espesor de la losa.
- ¿Se contrae el hormigón al secarse?
- Sí. El hormigón en aire no saturado pierde agua. Parte de esa pérdida es irreversible y lleva a una contracción permanente. La FHWA llama a esto contracción por secado. Si la losa no puede moverse libremente, la contracción acumula una tensión de tracción. Se forma una grieta donde la tensión es mayor que la resistencia a tracción.
- ¿En qué se diferencian la contracción plástica, por secado y autógena?
- La diferencia está en cuándo y por qué se contrae el hormigón. La contracción plástica ocurre antes de que el hormigón fragüe, cuando el agua se evapora de la superficie más deprisa de lo que sube el agua de exudación. La contracción por secado ocurre después de que el hormigón fragua, cuando el agua sale del hormigón endurecido. La contracción autógena procede de la propia pasta de cemento, que consume su propia agua al hidratarse. Es mayor en mezclas con una relación agua-cemento baja.
- ¿Cómo se distingue una grieta por contracción de una grieta por carga?
- Una grieta por contracción es una grieta capilar de unos pocos pies de longitud que no cruza la losa. Una grieta longitudinal, transversal o diagonal divide la losa en dos o tres piezas. El manual de PAVER clasifica como grieta por contracción solo el primer tipo. No cuenta las grietas por contracción cuando comprueba si una losa está fracturada en cuatro o más piezas.
- ¿Las grietas por contracción necesitan reparación?
- En un pavimento en servicio, normalmente no. La AC 150/5380-6C de la FAA considera que las grietas por contracción son no estructurales, que no se propagan y cosméticas, y dice que normalmente no requieren reparación. En una losa nueva, el ítem P-501 de la AC 150/5370-10H exige una reparación. Si la grieta no es más profunda que un tercio del espesor de la losa, límpiela y aplique metacrilato de alto peso molecular o inyecte resina epoxi.
- ¿Cuándo aparecen las grietas por contracción?
- Las grietas por contracción plástica se forman en las primeras horas, antes de que fragüe el hormigón. PAVER indica que pueden aparecer el mismo día de la construcción y que son visibles durante el primer año. Las grietas que se forman después de que fragüe el hormigón son grietas por contracción por secado.
- ¿Cómo se previene el agrietamiento por contracción en un pavimento de hormigón?
- Evite que la superficie se seque mientras el hormigón está fresco, cúrelo y corte las juntas antes de que se formen grietas no controladas. La FHWA cita el nebulizado y los reductores de evaporación como las dos formas habituales de proteger la superficie de un pavimento fresco. La AC 150/5370-10H, ítem P-501, prohíbe añadir agua a la superficie y exige un periodo de curado de 7 días.
- ¿Puede un dron encontrar grietas por contracción en un aeródromo?
- No siempre. Un estudio de la FAA sobre datos de drones pequeños en seis aeropuertos encontró que las grietas por contracción no siempre son detectables. Con frecuencia pueden tener menos de un milímetro. El estudio recomienda una ortofoto en color de 1,5 mm por píxel para calificar los deterioros del aeródromo. Indica que 2,5 mm por píxel es la resolución mínima para las grietas por contracción.
Referencias
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- Concrete Surfaced Airfields, PAVER Distress Identification Manual (Pavement Condition Index) US Department of Defense (UFC), distributed by FAA with AC 150/5380-7B
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- AC 150/5380-6C, Guidelines and Procedures for Maintenance of Airport Pavements (10/10/2014) FAA
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- AC 150/5370-10H, Standard Specifications for Construction of Airports (12/21/2018), Item P-501 Cement Concrete Pavement FAA
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- Guide for Curing of Portland Cement Concrete Pavements, Volume II (FHWA-HRT-05-038), Chapter 5: Additional Investigation FHWA
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- Computer-Based Guidelines for Concrete Pavements, Volume II: Design and Construction Written Guidelines and HIPERPAV II User's Manual (FHWA-HRT-04-122) FHWA
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- Curing Concrete Paving Mixtures (Tech Brief FHWA-HIF-18-015) FHWA
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- Internal Curing for Concrete Pavements (Tech Brief FHWA-HIF-16-006) FHWA
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- Petrographic Methods of Examining Hardened Concrete: A Petrographic Manual (FHWA-HRT-04-150), Chapter 4 Cracks FHWA
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- AC 150/5320-6G, Airport Pavement Design and Evaluation (6/7/2021) FAA
- faa-tc-22-48
- Practical Lessons Learned from Planning, Collecting, Processing, and Analyzing Small Unmanned Aircraft System Data for Airfield Pavement Inspection (DOT/FAA/TC-22/48, December 2022) FAA William J. Hughes Technical Center, Iowa State University
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