Patologías del Concreto reforzado y Acero Estructural
Patología del concreto Es la parte de la durabilidad que se refiere a los signos, causas posibles y diagnósticos del deterioro que experimentan las estructuras del concreto. También se le define como el tratamiento sistemático de los defectos del concreto, sus causas, sus consecuencias y sus soluciones.. Origen de los daños: Asiento plástico: Se produce como respuesta a la exudación durante las 3 primeras horas de colocado, dependiendo de la temperatura. En general se trata de fisuras amplias y poco profundas de escasa trascendencia estructural. Retracción plástica: Se produce entre la 1ra y 6ta hora a partir de la colocación y sus daños son frecuentes en elementos superficiales como losas, muros, etc. Especialmente cuando la evaporación del agua exudada es más rápida que la velocidad de acudida del agua de la masa interna a la superficie, frenada por la acción capilar en los poros del concreto. Generalmente son fisuras amplias y poco profundas de escasa trascendencia estructural. Contracción térmica inicial: Producida por el calor de hidratación derivado de la reacción de hidratación del cemento. De acuerdo a la calidad del concreto
4
la temperatura del núcleo del elemento estructural, que a las 24 horas será de 4 a 6 veces mayor que la temperatura ambiental, recién se igualaran a los 5 o 6 días. Retracción hidráulica: Consiste en la disminución del volumen que experimenta el concreto endurecido, cuando está expuesto al aire con humedad no saturada. Es debido simultáneamente a reacciones químicas y a la reducción de humedad. Las fisuras suelen ser finas, pero que afectan en profundidad al elemento estructural y por tanto su trascendencia debe ser estudiada en cada caso. Fisuración en mapa: Es una fisuración que afecta superficialmente al elemento de concreto y qué suele aparecer entre 1 y 15 días a partir del vaciado. La profundidad rara vez llega al centímetro y por tanto tiene poca trascendencia estructural. Su origen está en las tensiones superficiales motivadas por un alto contenido de humedad. Deformaciones impuestas Fluencia: Básicamente consiste en la deformación del concreto a tensión
constante que se desarrolla a lo largo del tiempo y es adicional a la que produce instantáneamente, o en pocos minutos, cuando se aplican tensiones al concreto. La fluencia bajo tensiones de compresión es función de la resistencia del concreto, de la tensión aplicada, de la humedad relativa del ambiente y del espesor ficticio del elemento. Sobre las fisuras debido a tensiones de tracción un caso típico es el de fisuras inclinadas de esfuerzo cortante donde se indica la dirección de tensiones que finalmente producen la fisura.
5
la temperatura del núcleo del elemento estructural, que a las 24 horas será de 4 a 6 veces mayor que la temperatura ambiental, recién se igualaran a los 5 o 6 días. Retracción hidráulica: Consiste en la disminución del volumen que experimenta el concreto endurecido, cuando está expuesto al aire con humedad no saturada. Es debido simultáneamente a reacciones químicas y a la reducción de humedad. Las fisuras suelen ser finas, pero que afectan en profundidad al elemento estructural y por tanto su trascendencia debe ser estudiada en cada caso. Fisuración en mapa: Es una fisuración que afecta superficialmente al elemento de concreto y qué suele aparecer entre 1 y 15 días a partir del vaciado. La profundidad rara vez llega al centímetro y por tanto tiene poca trascendencia estructural. Su origen está en las tensiones superficiales motivadas por un alto contenido de humedad. Deformaciones impuestas Fluencia: Básicamente consiste en la deformación del concreto a tensión
constante que se desarrolla a lo largo del tiempo y es adicional a la que produce instantáneamente, o en pocos minutos, cuando se aplican tensiones al concreto. La fluencia bajo tensiones de compresión es función de la resistencia del concreto, de la tensión aplicada, de la humedad relativa del ambiente y del espesor ficticio del elemento. Sobre las fisuras debido a tensiones de tracción un caso típico es el de fisuras inclinadas de esfuerzo cortante donde se indica la dirección de tensiones que finalmente producen la fisura.
5
Variaciones térmicas: Influidas por la humedad y si el árido es calizo o
silíceo, las tensiones generadas pueden llegar a la fisuración de los elementos. Las tensiones se pueden controlar mediante la disposición de juntas de dilatación, apoyos móviles, etc. Variaciones higrométricas: Los cambios de humedad también afectan las
dimensiones, si estas están coartadas se producen estados tensiónales en la estructura. Pretensado: Constituye una deformación impuesta, correlativa a las
tensiones impuestas, el valor tensional de pretensado sobre el concreto, variable por la perdida detención de armadura, es decreciente con el tiempo, debido a una serie de procesos que varia considerablemente según se trate de pretensado con armaduras pretensas o con armaduras postensas. De hacho el pretensado origina variaciones tanto longitudinales como transversales en los elementos. Asientos del terreno: Si una columna se asienta debido al descenso de la
cimentación se disminuye su carga, por tanto aumentando esa disminución a las columnas próximas. Cambios de color: Fuera de algunos casos especiales que veremos
después el concreto cambia de color por causas: cambios de color entre partidas de cemento, decoloración debida a la acción de la luz solar, y cambios de color que han requerido la reparación de algún defecto.
6
Desgaste Existen procesos muy variados de desgaste del concreto, parte de ellos ligados a usos industriales específicos; otros son de tipo más general, y aquí se presentan: Desgaste por abrasión: Se la define por el desgaste de la superficie por
procesos de fricción o rozamiento. La causa más importante de abrasión de pisos y pavimentos es producida por el paso de personas, circulación de vehículos, o rodadura de objetos o maquinas, más que las partículas arrastradas por el viento. Siendo producido por acciones mecánicas debido al tráfico, cuando el agua lleva agregado grueso. La resistencia la da el árido grueso. Desgaste por erosión: Se la define por el deterioro causado por la acción
abrasiva de fluidos o sólidos en movimiento. La magnitud de la erosión depende del número, velocidad, tamaño, perfil, densidad y dureza de las partículas en movimiento por unidad de tiempo. Siendo producido por acciones mecánicas debido al oleaje. La resistencia resistencia la da el árido grueso. Desgaste por cavitación: Se la define como la erosión progresiva del
concreto originada por el flujo no lineal de aguas limpias a velocidades sobre los 12 m/seg. Donde se forman burbujas de vapor, que cuando ingresan a una región de lata presión colapsan con un gran impacto, pueden desgastar grandes áreas de la superficie de concreto en tiempos comparativamente pequeños. Se da cuando la forma no está bien estudiada y se producen zonas de baja presión. La resistencia es proporcionada por la pasta de cemento
7
Congelación: Con temperaturas menores de 0°c los esfuerzos producidos
por el cambio de estado líquido a sólido dan lugar a agrietamientos y deterioro de la pasta si no se toman las medidas adecuadas. El aumento de volumen es un 9%.
Ataque biológico
Agua de desagüe desagüe La baja velocidad de flujo, y la alta temperatura de las tuberías de desagüe puede generar hidrogeno sulfurado, el que en presencia de la humedad forma al ácido sulfúrico, que es altamente corrosivo con ataque y destrucción del concreto, produciéndose descascaramiento intermitente que puede producir ablandamiento y desprendimiento del agregado. En las aguas residuales existen habitualmente derivados orgánicos e inorgánicos del azufre, especialmente sulfitos (aguas residuales) y sulfatos (aguas domesticas): la acción bacteriana puede reducir los sulfatos a sulfitos; sin embargo si la concentración del oxígeno es inferior a 0.1 mb/l, es decir si las aguas son anaeróbicas hay difusión del h2s en el agua y en el aire y puede formarse el ácido sulfúrico. Si la concentración es mayor a 1 gr/ml es decir si las aguas residuales son aeróbicas el riesgo no existe
Obras en contacto con abonos naturales En estas obras de concreto abonos como como el estiércol, que no es un agente agresivo, pero que sufre reacciones químicas similares a las de las aguas residuales y entraña los mismos riesgos.
8
Invernaderos e instalaciones análogas En bastantes casos se han empleado columnas de concreto cimentados en cimientos de concreto de baja calidad. Como en estas instalaciones es frecuente el abono del terreno y la temperatura media suele ser superior a 20 °c, frecuentemente el nitrito amónico contenido en el abono ataca de forma grave al concreto.
Agresión ambiental Fuera de la agresión química al concreto y al acero, existen formas de agresión medio ambiental que afectan al concreto, especialmente ala superficie, por influencia de los microclimas, a veces a pocos centímetros de la superficie del concreto. Básicamente distinguimos dos mecanismos: depósitos de polvo sobre superficies en lugares con poca lluvia, y depósitos de cultivos biológicos en superficies húmedas del concreto. Contacto con suelos agresivos: Siendo el suelo un medio
potencialmente agresivo es fundamental investigar su agresividad en el proyecto de cimentaciones, túneles, muros, etc., tanto como suelo propio como suelo de préstamo.
Ataques químicos Existe diversidad de modalidades pero con algunas características comunes, como la necesaria posibilidad de un mecanismo de transporte de moléculas y de iones de la sustancia agresiva a la agredida, u que la agresión se activa considerablemente al aumentar la temperatura.
9
Ataques por acidos Siendo el concreto químicamente básico, con un ph del orden de 13,pueden ser atacado por medios ácidos con ph menor de 7, los cuales reaccionan con el hidróxido de calcio de la pasta produciéndose compuestos de calcio solubles en agua. Como la pasta de cemento está básicamente constituida por sílice y cal, la pasta es atacable incluso por ácidos débiles. Entre los elementos que atacan al concreto podemos mencionar el ácido sulfúrico, el nítrico, el sulfuroso, clorhídrico, aguas de minas, industrias, o fuentes minerales que puedan contener o formar ácidos, las turbas que puedan producir ácido sulfúrico, y ácidos orgánicos de origen industrial. Un tipo especial de reacción ácida es la carbonatación producida por la introducción del co2 de la atmósfera en la estructura porosa del c0oncreto, originando el descenso del ph, el proceso es más intenso cuanto mayor es la permeabilidad y por tanto la durabilidad. Ataques por bases Las bases como el hidróxido de sodio o soda cáustica y el hidróxido de amonio o amoniaco, si penetran en el concreto y se concentran en una zona determinada producen daño físico por cristalización y expansión a partir de la reacción entre el hidróxido y el bióxido de carbono proveniente del aire. Ataques por sales
10
Las sales son compuestos químicos derivados de ácidos o bases, formadas de la reacción entre ellos, usualmente solubles en agua. Los cloruros y nitratos de amonio, magnesio, aluminio, y hierro atacan al concreto, siendo el mas peligroso el de amonio. Por su importancia la acción de los sulfatos de calcio, sodio o magnesio deben ser tratados independientemente. Reacción con cationes Podemos reacción álcali- árido (tratado mas adelante como reacciónalcali- silice); y amonio, que produce una agresión que puede conducir a través de una reacción con el cemento hidratado, a la desintegración del concreto. Degradacion del concreto de cemento aluminoso Se ha notado en Europa estructuras de este tipo que han perdido resistencia, dependiendo de la relación a/c y de la temperatura de curado, e incremento de porosidad.
Ataques químicos a la armadura Corrosión del acero de refuerzo El concreto debido a su alta alcalinidad, baja permeabilidad y su relativamente alta resistividad eléctrica tiene entre otras funciones, la de proteger de la corrosión a los elementos metálicos embebidos en él. En
11
condiciones normales al acero no se corroe dentro del concreto, debido a que el oxigeno reacciona con el acero formando una fina capa de oxido sobre la armadura, en un proceso llamado pasivación, que lo protege de cualquier corrosión posterior; y debido a que el recubrimiento denso, de poca porosidad y de espesor suficiente impide la acción de los agentes agresivos al reducir la carbonatación. Esta corrosión se produce por un proceso electroquímico generado internamente o por alguna fuente externa de electricidad, siendo la presencia del ion cloro la causa principal de la corrosión del acero de refuerzo. La sección transversal del acero se reduce pudiendo presentarse en el tiempo además problemas estructurales debido a la perdida de adherencia, por agrietamiento de este o la reducción en la sección transversal de aquel.
Ataques por altas temperaturas Se da cuando al concreto se le somete a temperaturas mayores que las normales, como su utilización para chimeneas conductos de gas caliente, pantallas contra radiación, o fuego accidental por un incendio. Los efectos sobre el material concreto: disminución de resistencia, alargamiento de longitud original, considerable expansión permanente, disminución del módulo de elasticidad y dureza, descomposición del agregado con liberación de cal libre, descascaramiento superficial; todo ello con posible expansión y fisuramiento y desprendimiento de trozos de concreto. Sobre el acero produce también disminución de resistencia, de adherencia, y efectos sobre las deformaciones. Se sabe que el espesor del recubrimiento es esencial para la resistencia al ataque tratado, además que el concreto va cambiando de color conforme la temperatura a la que se
12
expone, yendo de gris natural, a rosa cuando alcanza mas de 300 °c, a gris claro cuando alcanza mas de600 °c, y a blanco o amarillo claro cuando alcanza mas de 900 °c.
Estados límites de servicio Fisuración: Existen dos tipos de fisuras en el concreto: las fisuras no
estructurales, que son las producidas en el concreto, en el estado plástico o en el endurecimiento, pero generadas por causas intrínsecas, es decir debidas al comportamiento de sus materiales constituyentes. Las producidas por el estado plástico: asiento plástico y retracción plástica; y las producidas en el estado endurecido: contracción térmica inicial, retracción hidráulica, y fisuración en mapa, todos estos casos ya vistos. Las fisuras estructurales que son debidas al alargamiento de las armaduras o a las excesivas tensiones detracción o compresión producidas en el concreto por los esfuerzos derivados de la aplicación de las acciones exteriores o de deformaciones impuestas. Básicamente existen 3 orígenes: debidas al alargamiento de la armadura, debidas a las tensiones de tracción en el concreto, y por compresión excesiva del concreto. Debido a la fisuración existen 3 tipos de riesgo: riesgo de corrosión de la armadura, riesgo estético y riesgo psicológico. Corrosión
Corrosión de materiales embebidos: El acero presforzado podría corroerse en idéntica circunstancias que el acero ordinario. El aluminio embebido podría corroerse y agrietar el concreto, y la posibilidad es mayor si ambos metales están en contacto; aun el aluminio con el concreto fresco aumente la
13
posibilidad de corrosión al presentarse el hidrogeno. El plomo con el concreto húmedo puede ser atacado por el hidróxido de calcio y ser destruido al poco tiempo. El cobre es atacado por el concreto y presenta corrosión si esta presente el amoniaco o pequeñas cantidades de nitratos. El zinc reacciona con los materiales alcalinos del concreto pudiéndose producirse corrosión, especialmente si el acero es sin galvanizar. Los aceros inoxidables pueden producir agrietamientos debido a la corrosión, especialmente si la temperatura es mayor a 60 °c. Corrosión biológica del concreto: Las bacterias y hongos, capaces de producir ácidos por mecanismos similares a los de los desagües domésticos. Pueden llegar a disolver la pasta del recubrimiento y afectar seriamente al concreto. Algunos tipos de moluscos pueden Horadar rocas y obviamente a concretos, o a morteros de baja calidad utilizados como revestimientos de pilotes. Ataques por agua
Agua pura: Conocidas también como aguas blandas, atacan el concreto por
disolución de la pasta al actuar sobre el hidróxido de calcio libre.
Aguas casi puras: Las aguas de manantial generalmente libres de sales, pueden
volverse ácidas debido a la formación de ácido carbónico, derivado del bióxido de carbono contenido en la atmosfera, transformándose en corrosivo
14
al concreto, especialmente si este es pobre o permeable. Las aguas naturales provenientes de zonas minerales pueden tener un alto contenido de ácido carbónico agresivo para el concreto.
Agua de pantano: Pueden contener elementos tales como ácido carbónico, o humico,
sulfatos solubles, ácido sulfúrico libre, o combinación de estos. La acción del sulfúrico y carbónico ya se mencionó en líneas anteriores. El ácido humico, producido por la descomposición vegetal ataca la superficie del concreto al formarse humato de calcio
Agua de mar: Lo trataremos brevemente al estar ampliamente desarrollando el tema,
en otros artículos, y ser más conocido el problema. Las sales contenidas en ella se cristalizan, favoreciendo la corrosión y expansión del acero de refuerzo y del concreto adyacente, se producen también acción destructiva de los organismos marinos, formación expansiva de sulfo aluminatos y su posterior descomposición. Los procesos sucesivos de humedecimiento y secado con renovación del medio agresivo, multiplican los Problemas descritos. Ataques por gases
1. Anhídrido carbónico: La concentración adecuada de bióxido de carbono o anhídrido carbónico, lograra una superficie blanda y purulenta, no pudiendo ser reparado por un posterior curado o tratamiento.
15
2. Anhídrido sulfuroso: Producto de la combustión del petróleo o carbón, al combinarse con el agua forma el ácido sulfuroso, el cual reacciona gradualmente con el oxígeno del aire para formar ácido sulfúrico, ambos ácidos corroen el concreto. 3. Otros gases: Los gases industriales disueltos en agua pueden producir ácidos pueden corroer al concreto, dependiendo de la concentración. Ataques por sulfatos
El sulfato de sodio reacciona con el aluminato de calcio hidratado para producir etringita con aumento de volumen, y con el hidróxido de calcio para producir yeso cuyo volumen es el doble de los sólidos iniciales. El sulfato de magnesio es aun más agresivo que el sulfato de sodio o de potasio, que producen al igual que el sulfato de sodio gran aumento de volumen, expansión y agrietamiento del concreto. Ataques por sustancias orgánicas
El ácido acético (presente en el vinagre), el láctico (enleche agria) y el butirico (en grasas agrias) atacan con una severidad que depende de la concentración y temperatura. El ácido tánico y los fenoles son medianamente corrosivos. Los ácidos palmitico, esteárico y oleico, presente en aceites y grasas, tienen acción corrosiva sobre el concreto. Los aceites vegetales, y aceites animales rancios son corrosivos, los de pescado aún más corrosivos. La glicerina, las soluciones azucaradas degradan gradualmente al concreto, al igual que creosota, el creso y el fenol.
16
Ataques por accion del agregado
Reacción alcali- silice Se produce cuando hay contenidos de óxidos de sodio y potasio
mayores de 0.6% en peso del cemento y los agregados contienen alguna forma reactiva de sílice, que al reaccionar con los álcalis del cemento, produciéndose grandes presiones en los poros del concreto, que se traducen en expansiones excesivas en el mismo. Los materiales potencialmente reactivos son el ópalo, la calcedonia, algunos cuarzos, la riolita, la dacita, la latita, vidrios andesiticos y otros; algunos que podrían tener estas características son el hornsteno, las calizas y dolomitas silicosas, riolitas, dacitas, andesitas, esquistos y pizarras silicosas, y las filitas.
Reacción cemento- agregado Se producen expansiones excesivas, acompañadas de agrietamientos
importantes en concretos preparados con agregados gruesos de pequeño tamaño y altamente silicosos, a los que se conoce como arenosos- gravosos y que presentan feldespatos y granitos de grano grueso como constituyentes importantes. Los concretos afectados por esta reacción suelen contener partículas reactivas con los álcalis, presentándose gel similar al hallado en la reacciónálcali- sílice, aun cuando no hay correlación entre la extensión del agrietamiento y el contenido de álcalis del cemento.
Reacción álcali- agregados carbonatados
17
Se manifiesta como una expansión excesiva y fisuramiento en concretos recién colocados en los que se había empleado agregado grueso proveniente de rocas dolomiticas carbonatadas, apreciándose que la expansión se incrementa con el contenido de álcalis del cemento. En general estas rocas están en el grupo de las calizas dolomiticas en las que el 50%al 90% de los carbonatos es calcita mineral, y contiene arcilla, y la matriz es de grano extremadamente fino.
Agregados contaminados El carbón presente en el agregado puede contener compuestos de
azufre que por oxidación pueden dar ataques por sulfatos. La alúmina mineral por contener productos de oxidación puede dar lugar a expansión, agrietamiento y alabeo del concreto, efecto similar puede darse en agregados con sulfatos solubles. La cal y dolomita anhidras presentes en el agregado reaccionan con el agua en el concreto no endurecido y con el bióxido de carbono de aire, formando hidróxidos y carbonatos, con expansión que origina petardeo de la superficie del concreto Ataque por radiaciones
Se emplea en estos casos pantallas de concreto de alta densidad, mediante el uso de agregados pesados, sin embargo su desventaja es su baja conductividad térmica que impide la eliminación de calor generado por el bombardeo. Se produce perdida de agua, al igual que otros procesos producidos por el calentamiento, lo que da lugar a cambios en las propiedades mecánicas del concreto, con la pérdida significativa de la resistencia, módulo de elasticidad, peso ,resistencia por adherencia y
18
coeficiente de expansión térmica del concreto; además se produce perdida en las propiedades mecánicas de la armadura.
Métodos para impedir la corrosión en las estructuras La influencia en el diseño En la etapa de diseño del proyecto, debe tenerse un cuidado especial para asegurar una adecuada durabilidad de la estructura. Los aspectos más importantes que se deben tener en cuenta: 1. Se recomienda una forma simple de los elementos estructurales y evitar una excesiva complejidad. Los procedimientos de transporte, la manipulación y el montaje de la estructura no deben reducir la eficiencia de los métodos de protección. 2. Reducir al mínimo el contacto entre las superficies de acero con el agua o suciedad 3. Evitar la formación de depósitos de agua, permitiendo una fácil evacuación e impidiendo el flujo del agua sobre las juntas. 4. Evitar las cavidades o hendiduras donde el agua pueda ser retenida. Para interiores accesibles, se deben adoptar medidas para una ventilación y desagües adecuados.
19
Los interiores inaccesibles deberían sellarse para no permitir el ingreso de aire y humedad. Debería darse un espesor adicional para equilibrar los efectos de la corrosión durante la vida útil prevista de la estructura. 5. Prevenir, si fuera posible, la formación de pares galvánicos (conexiones bimetálicas) o aislar las superficies metálicas. 6. El diseño de productos, los cuales deben ser galvanizados, debe permitir el desagüe apropiado de todas las secciones. Los perfiles huecos se deben llenar rápidamente con cinc fundido. Los gases deben escapar y el cinc debe drenar completamente, a fin de proporcionar un revestimiento continuo y uniforme. 7. Debe proporcionarse acceso para realizar un trabajo adecuado de pintura y rociado térmico (metal)
Preparación de la superficie La preparación de la superficie no es un método de protección en sí mismo, sino que es un proceso crucial para obtener la adherencia necesaria entre el substrato de acero y los sistemas de revestimiento. Antes del proceso del laminado, el acero se calienta por debajo de su punto de fusión en hornos donde el oxígeno de la atmósfera del horno se combina con el metal caliente para formar óxidos de hierro y elementos de aleación. Durante el enfriamiento, dichos óxidos se convierten en una capa dura, quebradiza, adhesiva y generalmente negra. Esta capa se denomina
20
generalmente cascarilla de laminación. Dicha capa se expande menos que el hierro y se rompe al enfriarse. Con el tiempo, el agua penetra a través de las grietas y el acero se oxida. El proceso de corrosión desprende progresivamente la cascarilla de laminación, lo que da como resultado una superficie no uniforme, que no es adecuada para recibir un revestimiento, motivo por el cual la superficie debe de ser limpiada. La superficie de óxido en la superficie de acero depende del tiempo de exposición a un entorno húmedo. Las normas ISO describen cuatro categorías para los “grados de corrosión” en las estructuras de acero:
A – Superficie de acero en gran parte cubierta con la cascarilla de laminación, con cierta corrosión, si es que hay alguna B – Superficie de acero que ha empezado a corroerse y de la cual la cascarilla de laminación ha empezado a desprenderse C – Superficie de acero en la cual la cascarilla de laminación se ha oxidado o puede rasparse, con ligeras picaduras que se distinguen a simple vista D – Superficie de acero en la cual la cascarilla de laminación se ha desprendido y con picaduras en toda el área que se distinguen a simple vista Las estructuras de acero relativamente nuevas figuran en A, B y ocasionalmente C. La condición de grado D generalmente aparece en las estructuras de acero que han sido almacenadas en el exterior durante largos períodos de tiempo.
21
Tratamientos preliminares Los contaminantes, tales como los residuos de aceite, grasa, marcas de tinta, etc. Están generalmente presentes en las estructuras de acero por lo que deben utilizarse disolventes orgánicos, emulsiones desengrasantes o equivalentes para eliminar los contaminantes mencionados anteriormente, antes de la aplicación de cualquier método de limpieza. Herramientas manuales y eléctricas para limpieza: Este método de
limpieza se utiliza para componentes que van a ser pintados. La limpieza manual se utiliza cuando el trabajo es pequeño, cuando los equipos eléctricos no están disponibles, o cuando el trabajo es inaccesible para este tipo de equipo. Ejemplos de herramientas manuales incluyen cepillos de alambre, cinceles, rasquetas y cuchillos de forma especial. Estas herramientas no son efectivas cuando se debe eliminar una cascarilla de laminación u óxido muy adheridos. El uso de equipo electromecánico requiere una selección adecuada de la amplia variedad de herramientas. Limpieza con chorro abrasivo: Este es el método más importante para la
preparación de la superficie, en particular para superficies que van a ser pintadas. Se introducen partículas abrasivas en un sistema de aire comprimido o expulsadas por máquinas centrífugas, con el fin de impactar en la superficie de acero. La preparación de la superficie por este método permite obtener
22
una base para el sistema de pintura, obteniendo una superficie limpia, de rugosidad uniforme y un revestimiento con vida útil larga. Limpieza por llama: Este método también es aconsejable para superficies
que van a ser pintadas. Este método eliminar toda la escamación suelta, el óxido y otras materias extrañas perjudiciales, con llamas de oxiacetileno aplicadas a alta temperatura y velocidad sobre toda la superficie. Se recomienda un exceso de oxígeno (≈25%) para evitar el hollín. La expansión diferencial entre la
escamación y la superficie de acero origina que el óxido se desprenda. Luego, el óxido suelto se puede eliminar mediante cepillos de alambre. Se debe tener especial cuidado cuando se utiliza limpieza con llama, ya que puede dañar los revestimientos (si hubiera alguno) en el lado opuesto de la superficie que se está limpiando. Limpieza con chorro abrasivo húmedo: Método recomendado para la
limpieza y eliminación de revestimientos anteriores. El proceso es básicamente el mismo que el de limpieza con chorro abrasivo, con la diferencia que el agua se introduce en el flujo del chorro abrasivo. El uso de agua tiene la ventaja de mejorar el control de la suciedad. Por otro lado, cuando se utilizan equipos de baja presión, pueden quedar partículas finas en la superficie del acero, que se deben eliminar con agua. Algunos procesos utilizan inhibidores para prevenir la corrosión producida por el agua.
23
Finalmente, con este método se puede lograr un alto nivel de limpieza a simple vista y es adecuado para eliminar grandes cantidades de sales solubles. Chorro de agua a muy alta presión: Método recomendado para limpieza y
eliminación de revestimientos antiguos. Este proceso puede eliminar también grandes cantidades de sales solubles y tiene la ventaja de no consumir abrasivos. Las altas presiones dejan la superficie caliente en la cual el agua residual se seca, pero la temperatura alcanzada no es tan grande para que produzca una tensión térmica en la superficie de acero. Decapado con ácido: Este método se aplica generalmente cuando las
superficies tienen que ser galvanizadas. El decapado con ácido es la inmersión de objetos en ácidos diluidos. Este baño disuelve o elimina los óxidos o escamaciones. Algunos ácidos usados en el decapado comercial son: ácido sulfúrico, hidroclorhídrico o muriático, fosfórico y mezclas de estos ácidos. Los ácidos adecuados para el decapado deben eliminar sólo la escamación del metal base, pero se puede gastar una gran cantidad disolviendo el propio metal. El desperdicio puede prevenirse con inhibidores adecuados. Consideraciones sobre la amplitud de la superficie Aparte del grado de limpieza, la especificación del tratamiento de la superficie debe tener en cuenta la rugosidad superficial previa a la pintura.
24
Los chorros abrasivos son adecuados para revestimientos finos, como imprimaciones de prefabricación, mientras que los abrasivos de arena producen una superficie áspera angular, necesaria para revestimientos de pintura y revestimientos metálicos rociados térmicamente. Tratamientos de superficie adicionales: Cuando se termina la limpieza con
chorro abrasivo, es posible evaluar las imperfecciones de la superficie de acero originadas durante el proceso de fabricación. Estas imperfecciones aparecen en las soldaduras, filos de corte, etc En entornos de bajo riesgo, es posible que dichas imperfecciones no dañen la calidad de la pintura. Para necesidades específicas de una estructura, puede ser necesario eliminar las imperfecciones de la superficie en general. Revestimientos con pintura Los revestimientos con pintura son el método más importante para la protección del acero estructural contra la corrosión. El conocimiento disponible de la amplia variedad de pinturas es necesario para entender sus posibilidades y limitaciones. De esta forma, el proyectista será capaz de seleccionar la pintura específica que cumpla mejor con las condiciones del entorno y la pintura. Las pinturas están compuestas por pigmentos dispersos en un aglutinante, el cual a su vez está disuelto en un disolvente o emulsificado en agua. Dichos componentes se describen a continuación:
25
‰ Pigmentos: son partículas insolubles dispersas que proporcionan muchas
de las propiedades de la pintura: color, opacidad, dureza, durabilidad e inhibición de la corrosión. ‰ Aglutinante : es el componente formador de película en la pintura. Las
aglutinantes son resinas, aceites o silicatos solubles que unen el pigmento con la película de pintura y hacen que la pintura se adhiera a la superficie (acero o un revestimiento previo) ‰ Disolvente: la principal función de los disolventes es permitir que la
viscosidad de la pintura baje lo suficiente como para facilitar la aplicación con brocha, rodillo o spray. Estos disolventes pueden seleccionarse de acuerdo a su velocidad de evaporación durante la aplicación. Por ejemplo, el rociado se mejora con un disolvente de rápida evaporación, mientras que las aplicaciones con pintura o rodillo requieren velocidades bajas de evaporación. Cuando se aplican pinturas, antes de la evaporación del disolvente producen una “película húmeda”. Cuando el disolvente se evapora, el aglutinante y los pigmentos se mantienen en la superficie como una “película seca”. La especificación del espesor de la película se da generalmente en
términos del espesor de la película seca. Aplicación de las pinturas El sistema de revestimiento no se completa hasta que se efectúe la aplicación de la pintura Por consiguiente, la aplicación de la pintura es esencial para un buen resultado. En esta sección, se tratan ambos factores que afectan a las pinturas y los métodos de aplicación.
26
Factores que afectan: ‰ Temperatura: se debe tener cuidado para evitar porosidades y la
formación de ampollas. Cuando se aplica la pintura, ya sea en climas cálidos o fríos, se debe verificar el espesor obtenido. Se recomienda una temperatura de por lo menos 3°C por encima del punto de condensación. ‰ Humedad (ambiente): la pintura no debe aplicarse bajo lluvia, viento,
nieve, neblina o niebla. ‰ Humedad (pintura): las pinturas cuyo cur ado se produce mediante la
absorción de la humedad atmosférica necesitan una humedad mínima para completar el curado. ‰ Cubierta: en clima frío, el acero debe pintarse bajo cubierta, a fin de
proporcionar una condición adecuada de ventilación y temperatura. ‰ Deterioro: las superficies de acero que presentan deterioro en la pintura
deben prepararse nuevamente y repintarse. ‰ Continuidad: cada capa debe ser continua, sin porosidad y con espesor
uniforme. Espesor: se debe cumplir con el espesor de película seca especificado. Métodos de aplicación: en obra se aplica con brocha y rodillo, mientras que en fábrica se aplica con rociador de spray (principalmente con pistolas a presión o rociadores "sin aire") ‰ Aplicación con brocha: este es el procedimient o más lento y costoso. Es
particularmente adecuado para áreas pequeñas. ‰ Aplicación con rodillo: los rodillos son bastante utilizados en áreas planas
grandes. Los rodillos no requieren tanta destreza como la necesaria para la
27
aplicación con spray y es más rápida que la brocha. La mayor desventaja es que no es tan efectiva como la brocha en la aplicación de pintura en superficies húmedas o difíciles. ‰ Aplicación con spray: puede ser con spray o pistola a presión. La pistola a
presión disminuye las pérdidas que pueden darse con la aplicación con spray (aproximadamente 20% a 40% en acero estructural). Revestimientos metálicos Para el acero estructural, los métodos más representativos de aplicación de revestimientos metálicos son la proyección térmica (no es económico para todos los elementos) y la inmersión galvánica caliente (especialmente adecuada para elementos completos, véase la Figura 5.4). Hay otros métodos, como la amalgamación con cinc o la electrodeposición , pero se utilizan generalmente para otros tipos de componentes (como conectores y sujeciones). Inmersión galvánica caliente
El proceso consiste en la aplicación de una capa de cinc mediante inmersión de los elementos de acero en un baño de cinc fundido. El proceso al detalle se describe a continuación: 1. Se debe eliminar cualquier resto de grasa o aceite, con agentes desengrasantes, tales como soluciones alcalinas o agentes ácidos desengrasantes. Generalmente no se utilizan los agentes orgánicos.
28
2. Después de eliminar la grasa, se lavan los componentes en un baño con agua, que evitan que las soluciones desengrasantes estén presentes en las siguientes etapas del proceso. 3. Limpieza con ácido: en esta etapa se elimina el óxido y la escamación. Se utilizan comúnmente inhibidores de ácido clorhídrico. Esta etapa se realiza a temperatura ambiente. 4. Se limpian los componentes en agua nuevamente, para evitar la presencia de residuos de ácido en las siguientes etapas. 5. A continuación se sumerge el acero en un agente fundente para asegurar un buen contacto entre el cinc y el acero durante el proceso de galvanizado. 6. Se secan los elementos en un horno o con aire caliente 7. El acero es sumergido en un baño de cinc fundido a una temperatura que varía entre 440 ºC y 460 ºC. A estas temperaturas el cinc reacciona con el acero formando una aleación integral de cinc/hierro con la superficie de acero 8. Finalmente, el acero galvanizado puede ser enfriado en agua o al aire. Se puede utilizar un baño galvanizado en caliente sin protección adicional. Sin embargo, para obtener una larga durabilidad o donde haya exigencias decorativas, se deben utilizar revestimientos “duplex”. Los revestimientos “duplex” son el resultado de la combinación de un baño
galvanizado caliente y revestimientos con pintura.
Patologías de las Estructuras A pesar de que globalmente las estructuras metálicas suelen presentar menor cantidad de problemas que otros sistemas constructivos,
29
éstos se resumen en corrosión y deformabilidad fundamentalmente. No obstante, los fallos que experimentan tienen consecuencias catastróficas. Necesidad de protección superficial
Para facilitar su accesibilidad, efectuar la evacuación de agua, realizar operaciones de mantenimiento, puesta a tierra, impidiendo el riesgo de captación de corrientes parásitas. Por estos motivos, muchos forjados metálicos anteriores a 1960 utilizaban yeso para ejecutar los entrevigados, y a veces para regularizar la cara superior, favoreciendo en este caso la corrosión en presencia de humedad. Deformabilidad y dilatación térmica
Las estructuras metálicas presentan una mayor deformabilidad y dilatación térmica que las admisibles por estructuras de fábrica. Esto explica el hecho de que las primeras lesiones observables aparezcan primero en cerramientos y forjados, y no directamente en la estructura como cabría suponer. La deformabilidad y flexibilidad se expresan en: ·
Exceso de flecha
·
Exceso de vibración
·
Pandeo de pilares o local de alas comprimidas
Ejecución de nudos y encuentros
30
La importancia decisiva reside en estos puntos para lograr las disposiciones de articulación y empotramiento establecidas en el proyecto. Este aspecto muestra una gran diferencia respecto a las estructuras de hormigón, en el sentido de que el acero requiere un mayor grado de precisión en la ejecución. Precisamente, son las uniones defectuosas las causantes de los desastres en estructuras metálicas, sobre todo si se les añaden los efectos de otros problemas típicos como la corrosión, la presencia de zonas de absorción o transmisión de tracciones. Las uniones soldadas debido al proceso de ejecución en obra y la dificultad que presenta su control, son más comprometidas que las atornilladas, a pesar de que éstas tienen mayor complejidad y sobredimensionan la estructura. La cuestión radica en el carácter más dúctil de las uniones soldadas. Muchos defectos están ocasionados en la construcción y por los propios soldadores, lo cual, en obras pequeñas y medianas, suele ser frecuente. Muchas veces, las soldaduras concentran tensiones provocadas por movimientos coartados, que causan fatiga si no hay una penetración suficiente. En las cubiertas ligeras, la presencia de numerosos nudos y uniones, así como la relativa importancia de las sobrecargas, las convierten en estructuras muy propensas a sufrir procesos patológicos. La escasa rigidez de los nudos requiere de arrostramientos externos mediante el uso de bielas de acero o tirantes, o bien con paños confinados de fábrica. Corrosión
Afecta especialmente a elementos ocultos, exteriores o de difícil acceso, próximos a bajantes o instalaciones de hidráulicas (presentan fugas,
31
condensaciones, etc.) o con escaso revestimiento protector contra condensaciones, filtraciones, humedad capilar o lluvia. La ventaja principal de las estructuras metálicas es que las reparaciones, excepto en casos extremos, suele ser sencilla mediante la incorporación de nuevas chapas o perfiles atornillados, soldados a los dañados, previa verificación de la compatibilidad de aceros y recubrimientos de los electrodos. Las lesiones a las que se ven afectadas las estructuras metálicas pueden clasificarse en tres grupos: · Agresiones biológicas · Agresiones físicas y mecánicas · Agresiones químicas Agresiones biológicas
Este es un caso poco frecuente en la edificación, puesto que no es corriente encontrar (micro) organismos alimentados por metal. A pesar de esto, sí existen ciertas bacterias que pueden intensificar con su actividad los procesos de corrosión. Por tanto, su importancia respecto a la corrosión electroquímica es mínima Corrosión microbiológica Se desarrolla en presencia de microorganismos, especialmente bacterias, hongos y algas microscópicas. Agresiones físicas y mecánicas
32
Este tipo de agresiones son similares a las que puede padecer cualquier tipo de estructura. Probablemente, las vibraciones, dependiendo de la configuración de la estructura se transmitan con una mayor facilidad comparando con estructuras cuyo módulo de deformabilidad sea menor. Respecto a las demás agresiones físicas, el fuego es la más significativa debido a su gran destructividad, lo cual hace necesario establecer una cuidada protección específica: en el material, su disposición y la propia organización del edificio, facilitando su evacuación y la rápida extinción en caso de incendio. Los motivos mecánicos que originan la alteración y deterioro de los materiales incluyen movimientos, deformaciones y rupturas originados por: ·
Cargas externas directas: actúan sobre la estructura u otros elementos.
·
Cargas indirectas: debidas a variaciones de temperatura o humedad, que
en caso de movimientos impedidos en las piezas, provocan importantes deformaciones. ·
Cargas reológicas: están producidas por la fatiga de los materiales.
·
Desplazamientos de la estructura: son consecuencia de las alteraciones
experimentadas en los terrenos sobre los que se cimienta.
Agresiones electroquímicas
La corrosión electroquímica tiene junto al fuego un poder destructivo muy importante, pero se diferencia en que su tiempo de actuación es mucho más lento y no suele percibirse hasta que los daños no son significativos. Además, puede actuar localmente en áreas muy reducidas y peligrosas de la
33
estructura como ocurre en las soldaduras o tornillos de unión. La dificultad radica en que la estructura presenta zonas de acceso e inspección complicados, lo cual dificulta tanto el control como el mantenimiento de estos elementos estructurales frente a la corrosión. Algunas de las causas que favorecen este tipo de procesos son: · Agua: Las aguas de tipo duro tienen un alto contenido de iones de calcio y magnesio que favorecen las reacciones químicas, incluso las limpias presentan impurezas minerales, oxígeno y dióxido de carbono disuelto. · Ácidos: Procedentes de lluvia, terrenos, enyesados, maderas (roble, tuyas, castaño), algas y musgos. Provocan la perforación de los metales. ·
Sales: En muchos casos ayudan en la formación de una película
protectora e inhibidora de la corrosión, si no se superan en determinadas cantidades. · Álcalis: El hidróxido de sodio y de potasio liberados por el cemento Pórtland son muy perjudiciales para el zinc, el aluminio y el plomo en presencia de humedad; sin embargo, no afectan al cobre y protegen de la corrosión a los materiales ferrosos embebidos en hormigón rico en cemento. La cal aérea si no es carbonatada también protege a los metales ferrosos, pudiendo atacar al aluminio y ser ligeramente corrosiva para el plomo y el zinc. ·
Clima: Existe una clasificación de los climas según sea su impacto en los
metales estructurales. Factores de diseño
34
Para prevenir una corrosión prematura se debe dotar a las superficies de una ligera inclinación para posibilitar la evacuación de agua, distribuir orificios de drenaje y disponer espacio suficiente entre elementos para preparar las superficies y pintarlas, evitando lugares donde se acumule agua y otros contaminantes. Las zonas que experimentan deformaciones, tienden a comportarse como ánodos y de ahí resulten más propensas a la corrosión. Normalmente aparece en bordes, cantos vivos y dobleces, lo cual debe ser considerado previamente en la fase de diseño y al determinar el tipo de protección anticorrosivo requerido. Fallos característicos
Debido a la propia naturaleza de los materiales que constituyen estas estructuras, las patologías más comunes se concentran en el sistema, más que en el propio material o sistema constructivo. La relación de problemas más frecuentes en las estructuras metálicas es: ·
Corrosión
·
Deslaminación de perfiles
·
Picaduras en conexiones
La corrosión es un proceso que afecta al acero provocando una destrucción o deterioro de sus propiedades debido a una reacción química o por consecuencia de una corrosión electroquímica. Experimenta una aceleración en ambientes agresivos como los industriales o marinos. Provoca una disminución progresiva de la sección resistente de los elementos estructurales, llegando incluso a la perforación o rotura por abombamiento de
35
los óxidos. Las zonas donde suele aparecer son: los apoyos, cerramientos exteriores y en forjados sanitarios. Los tipos de corrosión más frecuentes son la de aireación diferencial y la de par galvánico. Fallo de las uniones
·
Corrosión
·
Mecánico
Las uniones constituyen uno de los puntos más delicados a tener en cuenta en la estructura, tanto en el proyecto como durante el proceso de ejecución. Su objetivo es dotar de continuidad a un elemento estructural que no puede construirse de una sola pieza. Son esenciales para dotar de estabilidad y seguridad a la estructura. Los defectos pueden ser según la tipología de la unión los siguientes: Roblonado/Atornillado El problema más importante es la corrosión por aireación diferencial que puede surgir en los encuentros, causando una pérdida de sección útil en los roblones o tornillos. Hay que utilizar aceros de igual composición para evitar problemas de par galvánico. En las articulaciones habrá que emplear aceros de alta resistencia. Y de modo general, los elementos deben someterse a un control exhaustivo de calidad y de su colocación. Soldadura
36
Los procesos patológicos mecánicos son consecuencia de una sección de cálculo insuficiente o de una ejecución no uniforme. Las patologías químicas son causadas por incompatibilidad de aceros o con el material de aportación. Anclajes Los procesos patológicos mecánicos conducen a aplastamiento y cizalladura del elemento traccionado, llegando a su rotura. Suele producirse un alargamiento diferido, que habrá que cuantificar en los primeros meses de puesta en funcionamiento. Los procesos de naturaleza química se deben a corrosión por aireación diferencial. Falta de rigidez
·
Deformación
·
Mecánica
·
Térmica, especialmente en elementos perimetrales situados en los
cerramientos. ·
Vibración El acero aunque sufre deformaciones, suele recuperar su forma, salvo
en determinados casos. Las lesiones mecánicas que afectan a forjados metálicos pueden ser de dos tipos: de flecha o de tensión excesiva. Su origen está en la inadecuación de la estructura frente a un estado límite; bien por un incremento de las cargas que puede soportar o por la disminución de la resistencia de la estructura.
37
De modo general, las lesiones comienzan en las zonas más rígidas del edificio, donde son más visibles, como sucede en los cerramientos y particiones. Los fallos característicos son los siguientes:
Fallos mecánicos: afectan a la solidez, implican pérdida de capacidad mecánica o resistencia, estabilidad, rigidez que inciden en la seguridad estructural.
Fallos funcionales: afectan a la utilidad, conllevan pérdida de nivelación horizontal, vertical que repercute en la durabilidad y transmisión de vibraciones.
Fallos estéticos: afectan al decoro debido a cambio de coloración por acción de la corrosión. Son figuraciones inducidas que influyen más en cerramientos, revestimientos y paramentos que en la propia estructura.
Agrietamientos en el concreto Las grietas constituyen la manifestación de algún defecto en las edificaciones, en donde estas grietas pueden deberse a multitud de causas y factores. Con el análisis morfológico de las grietas podremos comprender los movimientos que ha sufrido la estructura y así llegar a un diagnóstico sobre el origen del problema.
38
Tipos de grietas Ocurren dos tipos de grietas en el concreto reforzado
Grietas de prefraguado: las grietas que ocurren antes de que el concreto se endurezca, mientras todavía es trabajable.
Agrietamiento por endurecimiento: grietas que ocurren después de endurecido del concreto.
Grietas de prefraguado Las grietas de prefraguado se forman durante el colado, la compactación y el acabado, causadas por el movimiento del concreto antes de que este seco. Hay cuatro tipos de grietas de prefraguado
Grietas por asentamiento plástico.
Grietas por contracción plástica.
Grietas por movimiento de la cimbra.
Grietas por choque térmico. Las grietas de prefraguado pueden evitarse tratando de localizarlas en
la medida que ocurre, mientras que el concreto todavía está fraguando. Si se detectan a tiempo fácilmente pueden corregirse compactando, allanando o aplanando de nuevo la superficie del concreto.
39
Grietas por asentamiento plástico
Son las que se forman poco después de que el concreto es colado, mientras aun esta plástico. Se hacen más grandes en la medida de que el concreto se vaya secando y se contrae, y tiende a seguir las líneas de refuerzo. Grietas por contracción plástica
En días de mucho calor o poca humedad y vientos moderados. El agrietamiento es más común en el verano, pero puede ocurrir durante el invierno. Las grietas por contracción plástica aparecen en líneas, más o menos paralelas o de una manera al azar. Por general, son de 300-600mm de largo, pero pueden ser de entre 25mm y 2m de largo. Movimiento de la cimbra
Si la cimbra no es lo suficientemente resistente, puede doblarse o abultarse. El movimiento de la cimbra puede ocurrir en cualquier momento durante el colado y la compactación. Choque térmico
La aplicación de agua fría, como curado, sobre el concreto en un dia caluroso, puede dar como resultado grietas causadas por la contracción súbita.
40
Grietas después del endurecimiento
Las grietas después del endurecimiento pueden ser causadas por la contracción del secado, el movimiento, o el asentamiento del suelo, o por colocar en el concreto cargas más pesadas que aquellas diseñadas para ser soportadas. Poco puede hacerse con las grietas después del endurecimiento. El colado cuidadoso y correcto ayuda a prevenir el agrietamiento serio después del endurecimiento. Las grietas no controladas son un posible problema. Las grietas en las juntas de control o controladas por el acero de refuerzo pueden ser algo esperado o aceptable. Clasificación de grietas por el tipo de esfuerzo que las produce: * Grietas debidas a esfuerzos de flexión. * Grietas debidas a esfuerzo cortante. * Grietas debidas a esfuerzos de torsión. Clasificación de grietas por su ancho: * Fisuras: ancho < 0.4 mm. * Grietas: 0.4 £ ancho < 1.0 mm. * Fractura: 1.0 £ ancho < 5.0 mm * Dislocación: ancho > 5.0 mm.
41
Clasificación de grietas por su movimiento: * Grietas muertas: son aquellas cuyo ancho y longitud no varían con el tiempo; es decir, son estables. * Grietas vivas: son aquellas cuyo ancho y longitud varían con el tiempo, presentando movimiento bajo la acción de cargas, efectos térmicos, solicitaciones dinámicas, etc. Son grietas inestables.
Formulas
utilizadas
para
el
control
del
Agrietamiento de las estructuras Los procedimientos de reparación pueden dividirse según el tipo de material empleado en: - Reparaciones en base a sistemas epóxicos. - Reparaciones en base a conglomerados de cemento y adiciones.
1.
REPARACION EN BASE A SISTEMAS EPOXICOS
Inyección Epóxica
La reparación mediante inyección epóxica consiste en introducir dentro de una fisura o grieta un sistema epóxico de características adecuadas como adhesivo para recuperar el monolitismo de la estructura.
42
Inyección Gravitacional
Este tipo de inyección es utilizable solamente en grietas de pavimentos cuya abertura sea, según el tipo de resina a utilizar, superior a 0,8 - 1 mm.
Para ejecutar este tipo de inyección es recomendable: - Construir pequeños diques de 1 cm. de altura y el mínimo ancho posible, con yeso, cemento o algún otro material, dejando espacios libres para la salida de aire cada 20 a 30 cm (fig. 1). - Llenar los diques con resina y mantenerlos llenos hasta que la resina deje de penetrar. - Para asegurar la inyección, es necesario controlar que la resina aparezca por los respiraderos entre diques.
Inyección a Presión
El procedimiento consiste básicamente en lo siguiente: - Despejar la zona en torno a la grieta de estuco de revestimiento.
43
- Colocar boquillas de inyección cada 20 a 50 cm, dependiendo del
espesor del elemento a inyectar y de la abertura de la grieta, fijándolas con una masilla epóxica. - Colocar por la trascara boquillas de registro a lo menos cada 50 cm. - Sellar la grieta entre boquillas con una masilla epóxica tixotrópica u
otro elemento, capaz de resistir la presión de inyección sin fugas. - Inyectar a presión a través de las boquillas un sistema epóxico de características adecuadas.
La inyección a presión puede realizarse mediante dispositivos de: - Aire comprimido. - Embolo a pistón. - Equipos de inyección en punta.
Control de calidad
El adecuado resultado y comportamiento de una inyección epóxica se comprueba generalmente mediante la extracción de testigos.
Estos testigos ensayados al hendimiento deben dar valores superiores al 90% de los obtenidos en un testigo patrón, extraído en un lugar cercano al punto de inyección en hormigón sano. Por otra parte el control visual de la profundidad de penetración de la resina epóxica en la fisura o grieta permite comprobar la eficiencia del
44
sistema utilizado, en este aspecto generalmente se exige que la resina haya penetrado a lo menos en un 80 a 90% de la grieta o fisura visible como criterio de aceptación o rechazo del resto no utilizado. La frecuencia de testigos necesaria para un control adecuado de la calidad de inyección es del orden de 1 testigo cada 30 a 50 ml de grieta, con un mínimo de 1 muestra por cada elemento a reparar.
Reparaciones Mediante Masillas o Mortero y Hormigones Epóxicos Las masillas y morteros epóxicos se utilizan en las reparaciones estructurales,
fundamentalmente
para
reparar
grietas,
reemplazar
hormigones porosos o con nidos, recubrir enfierraduras y como adhesivo para anclar refuerzos metálicos. Como los morteros epóxicos se utilizan en muchas oportunidades en volúmenes importantes, resulta necesario tener en cuenta para la elección del sistema a utilizar las características de módulo elástico y coeficiente de dilatación térmica señalados en 1.2.
Reparación de Grietas
El procedimiento se utiliza para reparar grietas en estructuras de hormigón como alternativa al procedimiento de inyección. Ej.: grietas en muros, unión albañilería-pilar, etc.
45
La reparación consiste en picar la grieta en un ancho de 5 a 7 cm. y en toda su profundidad y rellenar con mortero epóxico, colocado a mano, con guantes, presionando el mortero en la cavidad. Previo a la aplicación del mortero es necesario eliminar de la superficie toda partícula suelta o de polvo e imprimar con un sistema epóxico del mismo tipo pero sin carga. En general para grietas que atraviesan todo el espesor del elemento estructural la reparación se efectúa por una cara hasta la mitad del espesor, repitiendo la reparación por la trascara a lo menos 24 horas después.
2.
REPARACIONES EN BASE A CONGLOMERACIONES DE CEMENTO Y ADICIONES
Morteros
Morteros Predosificados
Actualmente existen en el mercado una serie de morteros especiales, fabricados en base a: - Cemento de alta resistencia - Arena silícea o de cuarzo de granulometría muy controlada - Aditivos y adiciones que le confieren características especiales.
46
Los morteros predosificados tienen en general las siguientes características: - Altas resistencias - Retracción hidráulica mínima y por lo tanto escasa o ninguna tendencia a la fisuración. - Trabajabilidad adecuada.
Las resistencias a 28 días normalmente varían entre 30 y 60 MPa. Existe gran variación en el plazo de obtención de dichas resistencias y de hecho existen morteros de alta, mediana y normal velocidad de endurecimiento. Respecto a la trabajabilidad, se encuentran en el mercado desde morteros autonivelantes como los utilizados para Grouting hasta morteros de reparación estructural de consistencia plástica seca. En general existe una vasta gama de morteros predosificados, que permiten cubrir todos los requerimientos que requieren las reparaciones estructurales.
Morteros Tradicionales
También es posible utilizar para reparaciones estructurales morteros dosificados en faena. Para la fabricación de estos morteros se deben tomar en cuenta las siguientes precauciones:
47
- Utilizar cemento Portland o con un mínimo de adiciones. - Diseñar una dosificación cuya relación cemento-arena sea como máximo 1: 3, utilizando arena silícea limpia, sin materias orgánicas o arcillas y de una granulometría continua que cumpla con la Normas INN. - Utilizar
los aditivos necesarios para obtener las características
deseadas, expansores y plastificantes y eventualmente adiciones de cenizas volantes o micro sílice. - Mezclar preferentemente en hormigonera y agregando agua hasta una relación A/C no superior a 0,6. Para el uso de mezclas o combinación de aditivos se debe consultar previamente su compatibilidad con el fabricante. Siguiendo las recomendaciones indicadas es perfectamente posible obtener morteros de calidad adecuada para su empleo en reparaciones estructurales.
El mortero predosificado presenta sin duda ventajas tales
como:
- Uniformidad de calidad y características, propias de un proceso industrial. - Propiedades perfectamente definidas y controladas.
Reparaciones en Base a Morteros
48
La reparación de grietas mediante morteros de cemento está limitada a estructuras de albañilería o encuentros de albañilerías con hormigón.
El procedimiento de reparación consiste en: - Picar la grieta por una de las caras del muro hasta la mitad del espesor. - Aplicar un puente de adherencia epóxico o acrílico, según el caso, y rellenar con mortero. - Repetir el tratamiento por la otra cara.
Inyección de Lechadas En estructuras de albañilería maciza se ha utilizado con éxito la inyección de lechadas de cemento.
El Departamento de Ingeniería de ENDESA ha estudiado y recomienda para estas reparaciones, una lechada compuesta de cemento y arcilla en proporción 1:1. También se ha utilizado lechadas con puzolana o arcillas expansivas, como Caolín. De acuerdo a experiencias realizadas los mejores resultados de adherencia y facilidad de inyección se obtienen con una lechada compuesta por:
49
- 1 parte de cemento - 1 parte de polvo impalpable de cuarzo. - Expansor
en
la
proporción
indicada
por
el
fabricante.
Aproximadamente 850 gramos, por saco de cemento. - 0,10 a 0,20 partes de acrílico en emulsión, del mismo tipo utilizado como puente de adherencia.
Estas lechadas se inyectan por un procedimientos similar al utilizado en los sistemas epóxicos, pero de mayor capacidad y casi siempre provisto de un homogenizador que evita la sedimentación.
Grapado de Grietas El procedimiento de grapado se utiliza generalmente en estructuras de albañilería o de hormigón sin armar, cuando la grieta se ha producido por esfuerzo de corte.
La reparación consiste en : - Reparar la grieta según lo indicado en 2.3.1 con mortero y puente de adherencia, colocando previamente en el fondo de la grieta picada, una barra de acero. - Ranurar el muro en forma perpendicular a la grieta, cada 30 a 50 cm, en un ancho de 5 cm y una profundidad de 7 cm.
50
- Colocar en el fondo de cada ranura una barra de acero y rellenar con un mortero, previa aplicación de un puente de adherencia epóxico, o bien rellenar con un mortero epóxico. El diámetro del acero necesario así como la longitud de grapado está definida por diseño.
Sin
embargo normalmente se utilizan barras de un diámetro de 12 mm y una longitud de grapado de 1 m, es decir 50 cm a cada lado de la grieta. - La barra central colocada en el fondo de la grieta, tiene por objeto absorber esfuerzos en otras direcciones que la del grapado. Se adjunta un esquema de grapado desarrollado por PROCRET Ltda., que ayuda a visualizar el procedimiento (Fig. 3)
51
Figura 3
Reparaciones en Base a Hormigones Especiales
La reparación mediante hormigones especiales se utiliza para reparar nidos de piedra o en reparación de hormigones fracturados o defectuosos.
52
El hormigón puede fabricarse en base a mortero predosificado más la adición de grava en proporción 1:1 hasta 1:3 en peso, o bien como un hormigón tradicional más la adición de plastificantes o fluidificantes y expansores. El
procedimiento
de
reemplazo
por
medio
de
hormigones
convencionales más utilizado es el siguiente: - Picar el hormigón poroso o dañado, circunscribiéndolo en una figura de ángulos rectos. - Colocar un molde provisto de un buzón de llenado (Fig. 4) - Aplicar puente de adherencia epóxico o acrílico, según el caso, en la superficie de contacto. - Rellenar con un hormigón con adición de fluidificante y expansor.
53
Conclusión
El análisis efectuado en el presente trabajo de investigación permite obtener las siguientes conclusiones:
La durabilidad del concreto está condicionada por sus constitutivos, además de una cuidadosa selección del diseño, transporte, mezclado, colocación, compactación y curado, y en forma determinante por las condiciones de exposición a las cuales estará sometido durante su vida útil. Actualmente se debe de procurar que los avances en la industria del concreto, no se concentren solamente en el proceso de producción, su colocación y metodología de construcción, orientándose fundamentalmente a la resistencia del concreto, sino también que se profundice en el diseño de mezcla y la durabilidad del concreto, de manera que disminuyan en gran medida los ataques provocados por un ambiente agresivo en cualquier circunstancia o medio que se presenten. Para obtener durabilidad en las estructuras de concreto, es necesario considerar todos los factores que intervienen en el proceso de planeación, proyecto y ejecución, y posteriormente en el curso de su vida de servicio, con requisitos mínimos que deben cumplirse en las diferentes etapas de este proceso, con el fin de lograr estructuras de concreto duraderas. Recordemos que la durabilidad de una estructura queda definida en la etapa de proyecto (cuantías y recubrimientos mínimos, forma de la estructura, etc.). Es por ello la importancia de un estudio a profundidad sobre la durabilidad del concreto.
54
Se sugiere un estudio amplio de los distintos lugares de extracción específicamente de agregados gruesos con la finalidad de estudiar posibles reacciones como por ejemplo: Álcali-sílice y Álcali-carbonato. Se recomienda incluir dentro de la cátedra de tecnología del concreto de la carrera de ingeniería civil, un mayor enfoque al estudio de la durabilidad y de patologías del concreto, ya que éstos demandan un conocimiento sólido para dar soluciones y recomendaciones a los problemas que ocasionan los agentes químicos y físicos.
55
Bibliografía Manual del Concreto Estructural (Publicación de SIDETUR) http://www.parametro-sas.com/ED96.pdf http://www.slideshare.net/SergioPap/patologia-del-concreto-causas-de-daosen-el-concreto http://www.slideshare.net/jhonysherrera/patologias-del-hormigon http://www.asocem.org.pe/bivi/re/dt/cons/durabilidad_patologia.pdf
56
Anexos
Anexos N°1,2 y 3: Patólogos estudiando las enfermedades
57
