Influencia de la tensión por deformación sísmica en la ley de evolución de microgrietas en ensayos TPB de hormigón utilizando tecnología AE

Por qué importan las grietas diminutas en el hormigón durante los terremotos

Cuando un terremoto sacude una ciudad, la seguridad de puentes, túneles y edificios depende de cómo se fractura el hormigón que los compone. Este estudio examina de cerca las grietas microscópicas que se forman y crecen en el hormigón al flexionarlo a velocidades similares a las de un movimiento sísmico. Al «escuchar» el sonido de la formación de grietas, los investigadores muestran cómo la agitación más rápida puede hacer que el hormigón parezca más resistente y, al mismo tiempo, convierta su fallo en un evento más repentino y frágil, con consecuencias importantes para la seguridad estructural.

Cómo el equipo probó cargas al estilo sísmico

Los investigadores fabricaron vigas de hormigón con una muesca inicial y las flexionaron usando un montaje de tres puntos, donde cada viga se apoyaba en dos apoyos mientras una carga empujaba hacia abajo en el centro. Controlaron con precisión la velocidad de aplicación de la carga, desde condiciones muy lentas, casi estáticas, hasta tasas semejantes a las provocadas por terremotos. Al mismo tiempo emplearon sensores de emisión acústica, que actúan como pequeños micrófonos, para captar las ondas elásticas liberadas cada vez que se formaba o crecía una microgrieta dentro del hormigón. Esto les permitió registrar tanto el comportamiento visible de la viga como la actividad de fractura invisible que ocurría en su interior.

El hormigón se hace más resistente pero más frágil al aumentar la velocidad de carga

Los ensayos de flexión mostraron que el hormigón no se comporta igual bajo cargas lentas que bajo cargas rápidas. Al aumentar la tasa de deformación de casi estática a niveles sísmicos, la carga máxima que podían soportar las vigas aumentó en torno a un tercio, y la energía necesaria para propagar una grieta a través de la viga también creció en un porcentaje similar. Este aparente aumento de resistencia ocurre porque el agua retenida en los poros y huecos del material no puede fluir con rapidez a altas tasas de carga, generando una resistencia adicional que frena el crecimiento de las grietas. Sin embargo, aunque las vigas soportaron cargas mayores, la forma en que fallaron se volvió más abrupta, con menos señales visibles de aviso y una caída más pronunciada de la carga una vez que la grieta principal se aceleró.

De trayectos sinuosos a roturas a través

Al examinar las superficies fracturadas, los investigadores encontraron que las trayectorias de las grietas cambiaron con la velocidad de carga. Bajo carga lenta, las grietas serpentearon alrededor de los fragmentos de árido más grandes, siguiendo las zonas de unión más débiles entre el árido y la pasta. Las superficies de fractura eran rugosas y se observaban muchos áridos gruesos intactos, señal de que el material había fallado de manera más gradual y dúctil. Bajo cargas más rápidas, las grietas principales fueron más rectas y cortaron directamente a través de muchos áridos. Este modo de falla directo, tipo «perforación», indica que el material no tuvo tiempo para buscar una ruta más fácil y en su lugar rompió las partes más resistentes del esqueleto interno, concentrando el daño en una zona estrecha.

Escuchar las grietas para mapear el daño oculto

Las medidas de emisión acústica ofrecieron una imagen detallada de cómo se desarrollaron las microgrietas. Con el aumento de la tasa de carga, tanto el número de eventos de grietas registrados como la energía acústica total crecieron, lo que muestra que se producía un daño interno más intenso. A bajas tasas, estos eventos se distribuían a lo largo de la viga, coincidiendo con una zona de daño amplia y una grieta principal tortuosa. A tasas más altas, las señales se agruparon cerca de la muesca preexistente, revelando que las microgrietas se estaban uniendo en una única línea de fractura focalizada. Al analizar las formas de las formas de onda registradas, el equipo también halló que el tipo de grieta dominante cambió de grietas por apertura, que separan las caras, a grietas por deslizamiento, que las cortan en cizallamiento, conforme la carga se aceleraba.

Qué significa esto para el diseño resistente a terremotos

El estudio concluye que, bajo cargas similares a las sísmicas, el hormigón puede soportar tensiones mayores pero tiende a fallar de forma más repentina, con grietas más rectas dominadas por el deslizamiento que ofrecen poca advertencia anticipada. Este compromiso entre resistencia y ductilidad implica que las normas de diseño basadas solo en ensayos lentos y estáticos pueden subestimar el riesgo de fallo frágil durante terremotos reales. Los hallazgos sugieren que los ingenieros deberían tener en cuenta cómo cambian los patrones de grieta y el daño interno con la tasa de carga, reforzar las partes de las estructuras donde es probable el agrietamiento por corte, y utilizar sistemas de monitorización que puedan detectar cambios en el comportamiento de las grietas antes de que conduzcan a un colapso repentino.

Cita: Xiao, D., Wen, L., Cao, Y. et al. Influence of seismic strain stress on evolution law of microcracks in concrete TPB tests using AE technology. Sci Rep 16, 15483 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-49968-0

Palabras clave: fractura del hormigón, carga sísmica, velocidad de deformación, microgrietas, emisión acústica