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Esta misma explicación existe en el vídeo a continuación, sin embargo en la explicación en texto los gráficos mejoraron mucho y además puedes leer más detenidamente los conceptos.

Planteamiento

Las fisuras en vigas no son un tema menor, y el conocer su naturaleza es crucial al momento de evaluar la seriedad de la patología.

Es en este sentido que analizaremos los aspectos básicos de los esfuerzos internos que producen dichas fisuras a partir de una viga simplemente apoyada como la mostrada en el siguiente gráfico. Se utiliza esta viga por ser la más sencilla de evaluar en sus esfuerzos internos.

Solicitaciones y esfuerzos en viga

La causa de las fisuras, como se mencionó antes, se generan a partir de los esfuerzos internos, y los esfuerzos internos se producen desde las solicitaciones de la viga. Es por eso que necesitamos conocer las solicitaciones más comunes que participan en la resistencia de las cargas de la viga: Solicitaciones de cortante y solicitaciones de momento flector.

Se puede apreciar de los diagramas, que existen dos puntos críticos de análisis (A y B). Al centro de la viga (A) debido al momento flector máximo y en los extremos cerca de los apoyos debido al cortante máximo (B). Se analizarán por separado estos dos sectores a continuación

Análisis al centro de la viga (punto A)

A partir de las solicitaciones y con conocimientos de resistencia de materiales podemos deducir fácilmente los esfuerzos cortantes y axiales dentro de la viga. Es bien sabido que las solicitaciones de corte generan esfuerzos de cortante y las solicitaciones de momento flector generan esfuerzos axiales paralelos al eje de la viga.

Si bien los esfuerzos en el hormigón son un tanto distintos a los mostrados arriba (válidos para materiales homogéneos), utilizaremos los presentes para explicar el concepto.

Si muy cerca al corte imaginario extraemos un bloque infinitesimalmente pequeño en la cara inferior de la viga, podemos ver que este bloque está sometido a tracción horizontal y cortante nulo. Debido a que el concreto soporta muy bajas solicitaciones a tracción, el hormigón en esta zona se fisura perpendicular a los esfuerzos principales de tracción.

En la zona de compresión del concreto el bloque infinitesimal tendría sólo esfuerzos axiales de compresión, y como el concreto es un material que soporta tan bien las compresiones, no se fisura en la mitad superior de la viga.

Análisis en el apoyo de la viga

En esta zona de análisis las cosas se complican un poco, ya que debido a la combinación de esfuerzos de cortante máximo y momento flector. Como no estamos en el apoyo mismo de la viga sino alejados ligéramente de él, los momentos flectores aun no se han hecho nulos.

Debido a la complejidad de esfuerzos en esta zona, separaremos el análisis en tres puntos: 1, 2 y 3:

Punto 1

En esta situación de esfuerzos, tenemos esfuerzo cortante máximo y esfuerzo axial por momento flector nulo. Si graficamos la situación de esfuerzos en un elemento infinitesimalmente pequeño para el punto 1, se vería más o menos así:

Los esfuerzos cortantes en este sector son muy fuertes y los axiales son cero. Por concepto de Transformación de esfuerzos podemos obtener los esfuerzos axiales principales a partir de estos cortantes, y el resultado será de esfuerzos principales para un ángulo del bloque de 45°, como se ve arriba.

Los esfuerzos principales de tracción son los que dictan la dirección de la fisura, siendo esta en la dirección perpendicular a la tracción como se muestra en la figura.

Punto 2

Esta situación de esfuerzos resulta de la combinación de esfuerzos cortantes (no tan fuertes) y esfuerzos axiales de momentos flectores (moderados). Bajo esta situación de esfuerzos tenemos el bloque infinitesimal de esfuerzos como sigue:

Bajo la combinación de esuferzos axiales horizontales y cortantes, los esfuerzos principales de compresión y compresión rotan un ángulo mayor a 45°. Esto genera una fisura que va haciéndose más vertical a medida que el punto 2 se acerca más a la cara inferior de la viga.

Punto 3

En esta situación de esfuerzos, al igual que al centro de la viga, el cortante es cero, y los esfuerzos por flexión traccionan la viga en la dirección horizontal. Esto genera fisuras verticales en la viga en la cara inferior cercan al apoyo en estadíos extremos cercanos a la falla de la viga.

Resumiendo

Englobando todos los puntos 1, 2 y 3 más el punto A de fisuración al centro de la viga, podemos graficar ahora las fisuras que se generan en la viga simplemente apoyada.

Las fisuras son completamente verticales en el centro de la viga por la flexión. Producto del cortante las fisuras son a 45 grados en las zonas de cortante más fuerte cerca del apoyo y al centro de la viga en altura. Estas fisuras van corriendo rotando hasta llegar a ser completamente verticales en la cara inferior donde el cortante se hace nulo y el momento toma valores más significativos.

Fotografías de casos reales

Existen varias fotografías reales de la falla por cortante de una viga, sin embargo una de las más acercadas para demostrar el concepto de la falla por cortante es la del Instituto Valenciano de la Edificación cuyo informe muestra de manera acertada este tipo de falla:

En la figura se nota un refuerzo horizontal a flexión particularmente grande que evita la falla por flexión, pero estribos demasiado espaciados y muy delgados que permiten que las fisuras por cortante corran desde el centro hasta los extremos superior e inferior de la viga hasta la falla.

Refuerzo para evitar las fisuras

Las fisuras mostradas arriba en general son difícil de evitar del todo, sin embargo la idea no es evitarlas sino restringir su tamaño. Por la naturaleza frágil del concreto, las vigas presentarán fisuras en la mayoría de los casos, sin embargo estas fisuras no deberían ser más gruesas que el grosor de un cabello.

La manera de evitar que las fisuras por flexión hagan fallar la viga al centro de la viga consiste en reforzar la viga con el acero rojo mostrado en la imagen.

Para evitar las fisuras por cortante se deberían colocar aceros en forma de estribos inclinados a 90° de la dirección de las fisuras, “cosiendo” las grietas. Estos aceros están pintados en color azul.

Si embargo, esta manera de reforzar, si bien es eficiente mecánicamente, no es la más adecuada debido a la dificultad constructiva de armar estribos inclinados. La manera más convencional de coser las fisuras de cortante es con estribos verticales como se muestra abajo. Si bien se necesitan unos cuantos estribos adicionales por este método, es mucho más rápido y fácil de construir y el ahorro en tiempo cubre de sobremanera el costo adicional de doblar y armar estribos inclinados.

Conclusión

Si bien el ejemplo usado es exclusivo de vigas simplemente apoyadas, un ejercicio similar puede hacerse para el caso de pórticos y vigas empotradas en los extremos.

Existe otro tipo de fisura particular que no se vio aquí que corresponde a las fisuras por torsión, pero por tratarse de un tema algo extenso, se lo verá en otra publicación.

autor: Marcelo Pardo

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