El agrietamiento puede producirse en el concreto en estado plástico y / o en el concreto endurecido.

Las grietas que se producen en el concreto en estado plástico se deben básicamente a lo siguiente:

• Movimiento de la cimbra durante la etapa de endurecimiento de concreto
• Contracción del concreto por asentamientos alrededor del refuerzo, en obstrucciones o alrededor de los agregados
• Contracción plástica (durante el fraguado)

En el concreto endurecido el agrietamiento puede deberse a lo siguiente:

CAUSAS QUÍMICAS:

• Composición del cemento o carbonatación
• Oxidación del acero de refuerzo
• Reactividad de los agregados

Del concreto premezclado que se vende en el mundo, el mayor porcentaje se emplea para el colado de losas, parte de éstas suspendidas y otra parte importante en losas sobre piso, en las cuales el principal problema es el agrietamiento. En este trabajo se analizan los mecanismos y causas que originan dichas grietas, con base en lo cual se plantean recomendaciones para evitarlas. Además, sólo nos referimos al agrietamiento que se produce debido a cambios volumétricos en el concreto y, en especial, para el caso de losas sobre piso.

CAUSAS FÍSICAS:

• Contracción por secado
• Contracción térmica
• Calor de hidratación
• Variaciones externas de temperatura
• Concentraciones de esfuerzos
• Refuerzo
• Forma estructural (esquinas de aberturas)
• Flujo plástico

DISEÑO ESTRUCTURAL:

• Cargas mal consideradas
• Asentamientos diferenciales
• Mala disposición de las juntas
• ACCIDENTALES:
• Sobrecargas
• Vibraciones
• Sismos
• Incendios

PROCESO DE AGRIETAMIENTO

Como se mencionó, para poder encontrar la solución es necesario primero conocer la causa. Por ejemplo, en una barra de concreto, de una longitud L, en una condición de temperatura y humedad y libre de esfuerzos, se seca y se enfría sin restricciones, sufrirá una contracción, disminuyendo su longitud, sin desarrollar esfuerzos, por lo tanto sin agrietamiento. Pero, si la misma barra, antes de someterla a un proceso de secado o enfriamiento, se empotra en los extremos, al ocurrir la contracción se produce un esfuerzo de tensión y si éste resulta mayor que la resistencia a tensión del concreto se produce el agrietamiento, pues durante el secado además de producirse la contracción, el concreto desarrolla resistencia y simultáneamente el fenómeno de flujo plástico el cual tiende a disminuir el esfuerzo a tensión: cuando el esfuerzo a tensión neto a cualquier edad iguala a la resistencia del concreto se genera la grieta.

Conclusión

a) Las restricciones provocan esfuerzos en el concreto
b) Al desarrollarse el flujo plástico disminuyen los esfuerzos a tensión netos
c) Si los esfuerzos a tensión netos son inferiores a la resistencia no se presentan agrietamientos
d) Si no existen restricciones, no se producen tensiones y por lo tanto no hay agrietamientos.

Restricciones

Las principales restricciones en las losas de concreto son las
siguientes:
a) Empotramientos
b) Superficie de contacto del concreto con la base o cimbra
c) Capa inferior del concreto respecto a la superficial
d) Acero del refuerzo
e) Elementos empotrados
f) Columnas, muros y bases de maquinarias

Factores que afectan el agrietamiento

Sucede por dos tipos de variables, las debidas al concreto mismo, sus componentes y, en segundo lugar, por las variables externas.

Variables en el concreto

a) Agua
A mayor cantidad de agua, mayor será la tendencia al agrietamiento pues se incrementa la contracción y se reduce la resistencia.
b) Cemento
En general, mientras más alto sea el consumo de cemento igualmente es mayor la posibilidad de agrietamiento.
Los cementos finamente molidos o de resistencia rápida muestran más contracciones altas, pero debido a que simultáneamente desarrollan resistencia resulta poco frecuente que se presenten grietas cuando el concreto se encuentra en estado plástico.
c) Agregados
La granulometría. forma y textura de los agregados afectan en forma variable las proporciones y con ello la tendencia a la contracción.
Mientras más pequeño sea el tamaño máximo del agregado mayor será la contracción del concreto para una misma resistencia, al requerir más pasta para cubrirlos.
Las partículas grandes de agregado, por otra parte, restringen localmente la contracción en superior grado que las partículas pequeñas.
d) Aditivos
Los reductores de agua disminuyen la contracción por secado, los retardantes incrementan la deformabilidad del concreto en estado plástico disminuyendo el agrietamiento. Los aditivos acelerantes, en general, aumentan la contracción, pero como sube la resistencia y el flujo plástico, no siempre ocasionan agrietamiento.
e) Sangrado
El flujo del agua hacia arriba en el concreto fresco produce zonas de pasta aguada debajo de las partículas de grava grandes y del acero de refuerzo, principalmente en losas de mucho peralte, ocasionando zonas débiles, lo cual causa grietas internas.
f) Curado
El secado rápido del concreto fresco en losas puede provocar que la velocidad de evaporación exceda a la de sangrado, con lo que la superficie del concreto sufre una contracción por secado restringida por la capa inferior, generando grietas por contracción plástica.
g) Variables externas
Además de las causas internas que favorecen el agrietamiento en el concreto hay una serie de factores externos que influyen notablemente.

TEMPERATURA

La temperatura ambiente afecta la velocidad de secado del concreto en estado fresco, así como la velocidad de endurecimiento; por otra parte, establece la longitud «base» durante las primeras horas, hasta que el concreto desarrolla cierta rigidez. A partir de esta longitud «base» los cambios de temperatura producen cambios volumétricos, y por consiguiente, un potencial agrietamiento.
Las losas de piso o pavimentos colados en clima frío son menos susceptibles al agrietamiento que cuando el trabajo se efectúa en clima caliente, pues los cambios de temperatura afectan la longitud «base», generalmente produciendo expansión que no es tan crítica como la contracción.
b) Condiciones de exposición
Las caídas fuertes de temperatura y humedad producen restricciones internas entre la superficie y la masa, y la masa interior del concreto.
c) Condiciones de restricción
Mientras mayor sea la restricción a la contracción, o el número de éstas, mayor será el número de grietas.
Es importante resaltar que en una losa sobre suelo armada, mientras mayor sea el porcentaje de acero de refuerzo, las grietas serán más numerosas pero de menor grosor, en relación a una losa con menos refuerzo. El ancho total acumulado de las grietas es aproximadamente el mismo para cualquier porcentaje de acero.
En el caso del concreto presforzado, se inducen al concreto esfuerzos de compresión. Por tanto, cualquier contracción provocada por los factores anteriores únicamente disminuye la compresión aplicada. En una estructura a base de elementos precolados, las restricciones a la que están sometidos los elementos individuales son bajas, por lo cual hay menos agrietamientos que en una estructura monolítica.

AGRIETAMIENTO EN LOSAS SOBRE PISO

Tipos de grietas
En una forma simple podemos clasificar las grietas en dos grupos: por su profundidad y por su dirección.

Por su profundidad. las grietas se clasifican como:
• Superficiales
• Poco profundas
• Profundas
• En todo el peralte

Por su dirección
En este grupo podemos decir básicamente que hay dos tipos de grietas:
a) Grietas en forma de mapa o de piel de cocodrilo:
Casi siempre de poca profundidad, debidas básicamente a la presencia de una mayor contracción en la superficie que en la parte inferior en todas direcciones. Las causas que favorecen este tipo de agrietamiento son las siguientes:
• Secado en la superficie antes del curado y de que el concreto desarrolle suficiente resistencia. Es frecuente den después del acabado de la llama metálica.
• Curado con agua mucho más fría que la temperatura del concreto.
• Condiciones alternas de alta y baja temperatura del concreto.
• Manejo excesivo del concreto durante su colocación, lo cual puede producir segregación y sangrado.
• Trabajo excesivo de la superficie.
• Acabado prematuro de la superficie y espolvoreado de cemento para esta actividad.
• Aplicación de agua en la superficie para facilitar el acabado.
b) Grietas continuas:
Este tipo de grietas a menudo son profundas y de todo el peralte, se presentan a lo ancho de la losa y son perpendiculares al eje longitudinal, una aislada o varias paralelas; asimismo, pueden iniciarse en puntos de concentración de esfuerzos.
Las causas que favorecen este tipo de grietas son las siguientes:
• Corte extemporáneo.
• Restricciones a la contracción:
• Continuidad en el refuerzo
• Desalineación de pasajuntas
• Efectos de esquinas
• Efectos de viento
• Curado deficiente
• Soporte no uniforme.
• Cargas excesivas.
• Falta de juntas de aislamiento.
• Juntas de contracción muy separadas.

MOTIVOS DE FALLAS FRECUENTES

Según el Comité ACI 302 «Guía para la construcción de losas y pisos de concreto», los motivos de falla más frecuentes son:
Deficiencias en extendido y enrasado.
Acabado con humedad excesiva o agua de sangrado.
• Curado extemporáneo.
Al analizar las fallas frecuentes y las causas que ocasionan cada una de ellas se llega a lo siguiente:
a) Agrietamiento:
• Restricciones
• Contracción plástica (concreto fresco)
• Cambios volumétricos
b) Baja resistencia al desgaste:
• Alta relación agua / cemento Alto revenimiento .
• Acabado prematuro
• Curado deficiente
c) Descascaramiento:
• Bajo contenido de cemento: alta relación agua / cemento. Alto revenimiento
• Acabado prematuro
• Curado deficiente
d) Burbujas
• Prematuro «cerrado» de la superficie
• Alto contenido de aire
• Exceso de finos en la mezcla
e) Alabeo
• Contracción diferencial entre la superficie y el interior de la losa debido a secado superficial.

RECOMENDACIONES PARA EVITAR EL AGRIETAMIENTO

El diseño estructural adecuado de las losas apoyadas sobre el suelo es fundamental para evitar el agrietamiento de éstas durante su vida útil. El Comité ACI 360 «Diseño de Losas Apoyadas sobre el Suelo» establece cinco métodos para el diseño estructural de estos elementos:
a) Método de la Asociación del Cemento Portland (Portland Cement Association)
b) Método del Instituto de Mallas de Refuerzo (Wire Reinforcement Institute)
c) Método del Cuerpo de Ingenieros de la Armada de Estados Unidos (United States Arrny Corps of Engineers)
d) Método del Instituto de Post-Tensado (Post- Tensioning Institute)
e) Método del Concreto con Contracciones Compensadas (Shrinkage - Compensating Concrete)
Cada uno de los métodos anteriores establece el procedimiento para determinar el espesor de las losas de piso, así como el tipo de juntas y separaciones recomendadas, lo cual debe incluir un proyecto estructural correcto.

ESPESOR DE LA LOSA
El espesor de las losas apoyadas sobre el suelo depende principalmente de los siguientes factores:
a) Módulo de reacción del suelo de apoyo.
La capacidad para resistir las cargas actuantes y evitar los asentamientos diferenciales en estos elementos estructurales. depende de la interacción que se presenta entre el suelo de apoyo y la losa. Por lo anterior, para un diseño correcto de losas de piso es necesario contar con información geotécnica del sitio, con el fin de determinar el tipo de suelo subyacente, su estratigrafia, así como sus propiedades mecánicas, principalmente el módulo de reacción del material de apoyo (k). En algunos casos se podrá colocar la losa directamente sobre el suelo de lugar, mientras que en otros es probable que se requieran capas de base y /o sub-base.
b) Cargas sobre la losa.
Se deben determinar de una manera racional y apegada a códigos las cargas que actuarán sobre la losa con el fin de diseñarlas para la combinación más crítica que se pueda presentar durante su vida útil. Los principales tipos de cargas que actúan en estos elementos son:

• Cargas de vehículos
• Cargas concentradas (columnas de estantes, postes, etc.)
• Cargas lineales o de franjas (muros divisorios, de carga, etc.)
• Cargas uniformes (material almacenado directamente
  sobre la losa con pasillos entre éstos)
• Cargas de construcción (materiales y equipos temporales)
• Efectos de temperatura (en climas extremos se deben
  considerar los cambios térmicos y de humedad)
  

CARACTERÍSTICAS DEL CONCRETO

Las siguientes propiedades del concreto influyen directamente
en el espesor de la losa:

• Resistencia a la compresión
• Módulo de ruptura
• Resistencia al cortante
• Módulo de elasticidad

Cabe destacar que ninguno de los métodos de diseño de losas apoyadas sobre el suelo considera la influencia del acero de refuerzo como una variable para determinar el espesor de la losa.

JUNTAS

El principal objetivo de las juntas en las losas de piso es disminuir las restricciones en sus tableros ya que como se estableció antes éstas son las que generan esfuerzos de tensión en el concreto y ocasionan el agrietamiento.
Hay tres tipos de juntas que todo diseño estructural de losas de piso debe incluir:
a) Juntas de contracción
Estas juntas, también llamadas de control, tienen como función prevenir el agrietamiento de las losas debido a la contracción por secado, pues en éstas se absorben los esfuerzos de tensión originados por el cambio de longitud de la losa. La separación entre juntas de contracción recomendada por el Comité ACI 302 es de 24 a 36 veces el espesor de la losa y la relación largo a ancho de cada tablero no debe exceder 1.5. Es importante señalar que en caso de utilizar acero de refuerzo o malla electrosoldada, éstos deberán interrumpirse en las juntas de contracción para evitar restricciones adicionales.
b) Juntas de construcción
Se utilizan al final de la jornada laboral o cuando se interrumpe la colocación del concreto por más de una hora.
Se pueden emplear también como juntas de dilatación. En este caso se coloca un relleno de material compresible y un pasajuntas para trasmitir las cargas verticales. Las juntas de construcción pueden ser machihembradas. Sin embargo, este tipo de juntas no es recomendable cuando circulen vehículos pesados o en losas de poco espesor, ya que pueden producirse esfuerzos de cortante que provoquen una falla local.
c) Juntas de expansión o aislamiento
Estas juntas permiten el movimiento vertical y horizontal entre la losa y otros elementos estructurales (muros de carga, columnas, dados, registros, etc.), disminuyendo los esfuerzos de tensión que se presentan por los cambios de dimensión en el plano de la losa. Se recomienda que las juntas de aislamiento alrededor de las columnas rectangulares o cuadradas deben hacerse en forma de diamante o circular para evitar agrietamientos, que por efectos de esquina se producen por la concentración de esfuerzos de tensión.
• Fricción losa - suelo
Un parámetro poco empleado en el diseño de losas sobre piso es el coeficiente de fricción entre el concreto y el suelo de apoyo, el cual puede en muchas ocasiones ofrecer una alta restricción a la contracción del concreto. Algunos autores recomiendan la colocación sobre la base o sub-base de una cama de arena para minimizar la fricción existente.
• Proceso constructivo
• Concreto
Para disminuir las contracciones es recomendable emplear un concreto con el menor revenimiento que sea manejable para la obra (3 a 6 cm), así como el mayor tamaño máximo de agregado posible (1 1/2 a 2 pulgadas).

PROTECCIONES
El secado prematuro de la superficie es una causa de contracción plástica y conviene proteger las losas de los efectos del sol y viento rasante, por lo cual es recomendable la colocación de parasoles y barreras contra el viento. En el caso de naves industriales lo mejor es colar las losas de piso después de colocado el sistema de techo y muros perimetrales.

JUNTAS ASERRADAS
Cuando se realizan juntas aserradas, éstas deben efectuarse lo más pronto posible después de que el concreto ha endurecido lo suficiente para que el disco no cause despostilIaduras en las aristas y antes de que se presenten grietas.

PASAJUNTAS
En el caso de la existencia de pasajuntas en las losas resulta de vital importancia el perfecto alineamiento de éstas, así como la lubricación en el extremo móvil.

CURADO
El curado del concreto debe iniciarse tan pronto como éste pierda su brillo superficial para evitar la pérdida de humedad y la presencia de contracciones.
• Acabado
En el caso de pisos con acabado pulido, éste debe efectuarse después de concluir el sangrado del concreto evitando un sellado prematuro de la superficie. No se debe espolvorear cemento ni aplicar riegos de agua con objeto de facilitar el acabado.

CONCLUSIONES

Considerando los grandes perjuicios que causa el agrietamiento en las losas de concreto apoyadas sobre piso por los costos que representa su reparación y las molestias que esto ocasiona, con base en lo anterior podemos concluir lo siguiente:
a) La principal y más frecuente causa del agrietamiento del concreto es la contracción unida a la existencia de restricciones.
b) Es necesario tomar en cuenta en el diseño de las losas sobre piso la presencia de restricciones mediante una adecuada planeación de las juntas y / o la colocación de refuerzos perpendiculares a la trayectoria de las posibles grietas.
c) Considerando que mientras mayor sea el porcentaje de acero de refuerzo, será superior el número de grietas. lo recomendable es no reforzar las losas, con lo que además se facilita el proceso de colocación y compactación del concreto.
d) Durante la construcción debe prestarse especial cuidado a la colocación, compactación y curado del concreto, así como si es el caso, el tiempo en que se realiza el aserrado de las juntas.

REFERENCIAS

a) Kelly, Joe W. (1964). .- “Agrietamiento del Concreto: Causas y Soluciones». Revista IMCYC, Vol.2, No.8.
b) ACI 302.1 R-96. «Guide for Concrete Floor and Slab Construction», ACI Manual of Concrete Practice, 2001.
c) ACI 360R-92 (Reapproved 1997). «Design of Slabs on Grade», ACI Manual of Concrete Practice, 200 l. C
*Ing. Lorenzo Flores Castro, director general Laboratorios Técnicos, S.A, de CV. **Ing. Manuel Sáenz de Miera, gerente de Estructuras DIRAC SA de CV: E-mail: msaenz@dirac.com.mx

RESUMEN

El documento se compone de los siguientes capítulos.
l. Agrietamiento en el concreto.
Se plantean los mecanismos que ocasionan el agrietamiento del concreto en estructuras en general
2. Agrietamiento en losas sobre piso.
Se analizan los tipos de grietas en losas sobre piso, así como las causas que las producen.
3. Recomendaciones para evitar el agrietamiento en losas sobre piso