Resumen de Patologia y Vida Util de Estructuras

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS I.

TERMINOS BASICOS

La PATOLOGIA DE LA CONSTRUCCION es el tratamiento sistemático de los defectos de las construcciones, sus causas, sus consecuencias y sus remedios. Posiblemente el término tiene un origen francés. DEFECTO es DEFECTO es una situación en la que uno o más elementos de una construcción no cumplen la función para la que han sido previstos. FALLO es FALLO es la finalización de la capacidad de un elemento para desempeñar la función requerida. ANOMALIA es una indicación de un posible fallo. REHABILITACION es REHABILITACION es la re adquisición por los elementos de obra dañados, de la capacidad que dichos elementos tenían antes de producirse el daño, para cumplir su función. REFUERZO es el incremento de la capacidad que un elemento no dañado tiene para cumplir su función, hasta niveles más altos de dicha capacidad. II.

INFORMACION ESTADISTICA DE DAÑOS. LA DURABILIDAD Y LA VIDA UTIL DE LAS ESTRUCTURAS

Desde hace años se vienen realizando estadísticas sobre siniestralidad en la construcción. El interés reside en un doble motivo: Por un lado, el de las Compañías de Seguros y Reaseguros para dar una base racional a sus pólizas y para orientar el planteamiento del Control de Calidad, que exigen sea realizado por Organismos de Control Técnico (Ley de Ordenación de la Edificación); Por otro lado, por la retroalimentación que estas estadísticas suponen para la investigación y normalización técnicas. Las estadísticas agrupan el origen de los fallos en cuatro grandes grupos: Proyecto; Materiales; Ejecución; Uso y mantenimiento. Algunas interpretaciones que se pueden sacar de las estadísticas son: Los materiales tienen una incidencia relativamente baja en comparación con Proyecto y Ejecución. En buena medida responde a que en la fabricación de materiales se aplicaron desde mucho antes técnicas de Control de Calidad. Atribución de fallos debidos a ausencia o errores en detalles constructivos. En principio cabría atribuirlos al Proyectos. Cabe dar más valor a la información procedente de organismos y sectores ajenos al proceso de construcción que aquellos que proceden directamente de los sectores implicados. La coincidencia de estadísticas de muy diversas procedencia parece ser realmente alta. En un estudio estadístico de 10,000 informes de fallos del Bureau Securitas (Francia) de las diferentes compañías de seguros entre 1968 y 1978 se puede concluir que el 51% de los fallos se

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS produjo por proyecto, 37% por ejecución, 7.5% por uso y mantenimiento y 4.5% por materiales por lo que en proyecto y ejecución representa más del 80%. En proyecto el 78% se debe a detalles erróneos o inexistentes. inexistentes. El 52% de los costes de reparación reparación corresponde a obra gruesa, estructuras y cimentaciones. Los fallos representan un 40% a partir del tercer año. Las acciones que más daño hace son las variaciones térmicas e higrométricas (sensible a los cambios de humedad atmosfera) con un 49%, por efecto atmosféricos un 23% y por efectos de cargas y sobrecargas un 13%. Los situación europea mantiene la misma tendencia proyecto 42%, ejecución 28.5%, materiales 14.6%, utilización 9.6% y varios 5.7%. 5.7%. La situación española confirma confirma lo mismo proyecto 41.2%, ejecución 31.1%, materiales 13%, utilización 10.9%, varios 3.2%. La VIDA UTIL es el plazo durante el cual la obra tiene riesgo aceptable frente a: La seguridad y funcionalidad estructural. Estados límite últimos y de servicio; La seguridad en caso de incendio; Impacto en el medio ambiente; Durante este plazo se requiere conservación, pero no rehabilitación; Debe ser fijada por la Propiedad al inicio del Proyecto. Deben haber algunos requisitos de durabilidad en los proyectos: Identificación del ambiente; Justificación de las clases de exposición; Descripción en los planos del tipo de ambiente; Definición de formas y detalles estructurales para una correcta evacuación del agua; Medidas para el mantenimiento de juntas, apoyos, drenajes..., y facilitar su renovación. La vida útil comprende de 3 a 10 años para estructuras temporales hasta 100 años para puentes y obra civil de importancia de importancia económica alta. Las clases de exposición de la corrosión de armaduras puede ir de ambientes no agresivo, pasando por agresiones de humedad alta, marina (corrosión por cloruros), ataques químicos (instalaciones industriales), industriales), con heladas (ciclo (ciclo hielo-deshielo; hielo-deshielo; ataques por sales fundentes) fundentes) hasta erosión (abrasión cavitación: fenómeno que se produce siempre que la presión en algún punto o zona de la corriente de un líquido desciende por debajo de un cierto valor mínimo admisible, pilas y tuberías sometidas altas presiones). La EHE estable valores mínimo de resistencia de hormigón y uso de cementos para los diferentes tipos de exposición que pueda presentarse en los proyectos. Entre las reglas básicas de durabilidad: Utilizar suficiente cemento; Emplear baja relación a/c (si es preciso, recurrir a aditivos superplastificantes para tener suficiente descenso de cono); Tomar en consideración precauciones adicionales frente a la agresividad ambiental (control de permeabilidad, cementos SR o MR, etc.); etc.); Recubrimientos suficientes (emplear separadores); separadores); Compactación enérgica; Curado adecuado. Un control exigido para la durabilidad es el ensayo de penetración (UNE-EN 12390-8). Antes de iniciar el ensayo, se someterá a las probetas a un período de secado previo de 72 horas en una estufa de tiro forzado a una temperatura de 50±5ºC. Con dos clases de exposición. La primera con una profundidad máxima de 50 mm y de promedio 30mm y la segunda con una profundidad máxima de 30mm y de promedio de 20 mm.

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS MECANISMO DE DAÑO •

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Asiento plástico. plástico. Pérdida de agua en edades tempranas. Ocurre el fenómeno de la exudación (unas ocho horas) que consiste en el ascenso del agua del hormigón hacia la superficie de éste, a partir del momento del vertido y compactación. Es debido a una tendencia a la clasificación de los componentes por densidades, debida a la acción de la gravedad, un proceso de sedimentación de los componentes. Solo puede reducirse no anularse: menor cantidad cemento, adiciones de finura comparable a la del cemento (cemento u hormigón), reducción relación a/c, control riguroso del tipo y calidad retardantes, empleo de agentes de airantes. Retracción plástica. plástica. Pérdida de agua en edades tempranas. Se produce entre las primeras horas y las seis horas a partir de la colocación y sus daños son frecuentes en elementos superficiales como pavimentos, losas, forjados, 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 hormigón. Contracción térmica inicial. Esta inicial. Esta producida por el calor de hidratación derivado de la reacción de hidratación del cemento. En condiciones normales, la pieza no disipa calor a suficiente velocidad y alcanza temperaturas más altas que el ambiente. Retracción hidráulica. Consiste en la disminución de volumen que experimenta el hormigón endurecido, cuando está expuesto al aire con humedad no saturada. Es debido simultáneamente a reacciones químicas y a la reducción de humedad. Fisuración en mapa. Aparece mapa. Aparece entre 1 y 15 días a partir del vertido. Su origen está en las tensiones superficiales motivadas por un alto contenido de humedad, sobre todo cuando el gradiente de humedad en sentido normal a la superficie es muy fuerte. Puede darle en superficies encofradas con encofrados de poca permeabilidad y especialmente en superficies fratasadas (liso), llaneadas, acabadas con bandeja vibrante, etc. Deformaciones impuestas. Fluencia: consiste en la deformación del hormigón a tensión constante que se desarrolla a lo largo del tiempo y es adicional a la que se produce instantáneamente o en pocos minutos, cuando se aplican tensiones al hormigón. Variaciones térmicas : variación variación de las temperaturas temperaturas ante un cambio cambio térmico, si las deformaciones estás coartadas engendrará tensiones y posibles fisuras, se controlan con juntas de dilatación, apoyos móviles. Variaciones higrométricas: cambios de humedad ambiente, si son coartadas se producen estados tensiónales en la estructura. Pretensado: es una deformación impuesta correlativa a las tensiones impuestas, es decreciente con el tiempo. Cambios de color. color. Puede ser por ataque biológico o agresión ambiental. En hormigones vistos puede ser ocasionado: cambio de color entre partidas de cemento, decoloración debida a la acción de la luz solar, cambio de color en zonas que han requerido la reparación de algún defecto. Erosión. Erosión. Desgaste superficial por abrasión (pavimentos) o desgaste superficial por cavitación (contacto con corriente de agua) Acción de la helada (ciclo hielo-deshielo). Cuando el agua se congela en los poros, aumenta su volumen en un 9% lo cual crea tensiones que pueden producir la fractura del hormigón. Para combatirla: a mayor edad del hormigón, dosificación de cemento, reducción relación a/c, agentes que incorporen aire ocluido. A largo plazo los

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hormigones de mejor calidad pueden ser más susceptibles al deterioro por acción de las heladas Ataques biológico. aguas residuales: el daño es debido a la acción del ácido sulfúrico. Obras de hormigón en contacto con abonos naturales: el caso más frecuente es el estiércol. Invernaderos e instalaciones análogas: básicamente ataque del nitrito amónico. Agresión medioambiental. Más medioambiental. Más bien es de aspecto estético. Puede ser depósitos de polvo o depósitos de cultivos biológicos. También tenemos zonas próximas al agua de mar porque el aire húmedo tiene cloruro sódico. Las eflorescencias son originadas por la acción del gradiente de humedad en el hormigón, que produce el arrastre de las sales de calcio disueltas en los poros hacia la superficie exterior, donde cristalizan cuando se evapora el agua. Contacto con suelos agresivos. Ataques químicos. Es necesaria la humedad (ciclos de humectación y secado – efecto EVANS- si está saturado o seco no se produce o muy lento) y el aumento de temperatura activa la agresión. En los ataques químicos se da el ataque por cristalización de sales alcalinas “pop-outs”. Ataque de ácidos a la pasta hidratada del cemento: “ácidos en estado líquido” (por su débil carácter ácido de la sílice). “Carbonatación”: es una reacción ácida, se debe a la penetración del CO2 del aire atmosférico en la estructura porosa de la zona superficial del hormigón. Reacciona con la cal libre del cemento y otros compuestos cálcicos, produce un descenso del pH de 13 a 9 perdiendo su basicidad y dejar de ser un elemento protector de la armadura. La profundidad es proporcional a la raíz cuadrada del tiempo de acuerdo con la segunda ley de difusión de FICK. Formación de sales expansivas: son ataques por sulfatos, están disueltos en muchas aguas naturales por disolución de sales de terrenos yesíferos y por supuesto en aguas residuales industriales. Reaccionan con la cal libre del cemento formando yeso a su vez reaccionan con el aluminato de cálcico para formar etringita (sal expansiva). Reacción álcali-árido: algunos tipos áridos contienen formas reactivas de sílice que reaccionan con los álcalis del cemento, formándose silicatos en fase de gel, que crean absorciones de agua y ejercen grandes presiones en los poros del hormigón, capaces de fisurarlo. Degradación del hormigón de cemento aluminoso. Tiene aluminoso. Tiene resistencia a los sulfatos y a la alta temperatura, pueden fabricarse hormigones que consiguen un endurecimiento muy rápido (en horas lo que un cemento normal necesita 28 dias). La degradación se produce siempre en cualquier condición de humedad y temperatura y se acelera más aumentar la relación a/c y con la temperatura y la humedad del ambiente. Se puede reducir hasta un 40%. Las causas del daño: conversión cristalina (conversión de los aluminatos), hidrólisis alcalina (poca resistencia a los alcalinos), carbonatación y el incremento de porosidad. Se recomienda mínimo 400 kg/m3, y relación a/c max: 0.4 Ataques químicos a la armadura. Es armadura. Es la principal causa de daños en las construcciones de hormigón. Corrosión electroquímica: se produce por la despasivación de la armadura producto de la carbonatación y/o fisuras. Polarización. Está basado en el fenómeno de polarización entre el acero y el oxígeno, se da por un proceso anódico (disolución del hierro que libera electrones luego que se rompa la capa pasiva) y catódico (los electrones liberados se combinan con oxigeno y agua formando óxido de hierro, puede producirse sin la destrucción de la capa pasiva). Influencia de la fisuración: supone un camino de acceso a la armadura de los agentes agresivos, en


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particular del anhídrido carbónico y de los cloruros. Corrosión bajo tensión en armaduras de pretensando. Y fragilización por hidrógeno. Ataques por el fuego. Al aumentar la temperatura se registra un descenso de resistencia y de modulo de elasticidad en el hormigón pero acompañados del acortamiento de rotura, esto permite al hormigón absorber las compresiones derivadas de las dilataciones. También traen problema de adherencia del hormigón y acero más las consecuencias del fuego en el acero. A partir de 300 grados se producen los cambios significativos. Fisuraciones estructurales creadas por los estados límites de servicio y estados límites últimos (tensiones: flexión, cortante, torsión)

Para resistencia al ataque del agua del mar : se prescribe el empleo de un cemento con característica adicional MR. Para resistencia frente a la erosión: f ck > 30 MPa; Arena de cuarzo; Grava con Desgaste Los Ángeles <30; Contenido de cemento limitado en función del tamaño máximo; Prolongar duración del curado, al menos un 50% respecto al estándar. Para resistencia frente a la helada: usar un contenido de aire ocluido ≥ 4,5%. Para resistencia frente al ataque a los sulfatos: Se prescribe el empleo de un cemento con característica adicional SR si el contenido de sulfatos es ≥ 600 mg/l en aguas o ≥ 3000 mg/kg en suelos. Para resistencia reactividad álcali-árido: en ambiente húmedo (diferente de I o IIb), alto contenido de alcalinos en el hormigón, áridos con componentes reactivos. Empleo de áridos no reactivos, cementos con bajo contenido de álcalis (< 0,60%), PARA CASOS EXCEPCIONALES: empleo de cementos con adiciones salvo de filler calizo, empleo de adiciones en el hormigón, impermeabilización superficial. III.

FALLOS DEBIDOS A LA ETAPA DE PROYECTO

Los errores en la etapa del proyecto representan entre el 40 y 50% de los fallos según los estudios analizados previamente. Se clasifican en: •

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Ausencia de cálculos: aunque se han establecidos sistemas eficaces para garantizar que las estructuras de hormigón sean proyectadas y dirigidas por técnicos competentes, todavía existen excepciones en este aspecto. Excesiva confianza en la experiencia del proyectista (ausencia de estudios geotécnicos). Extrapolación de soluciones. Concepción: suelen tener consecuencias excepcionalmente graves tanto desde el punto de vista técnico y de pérdida de vidas humanas, como desde el punto de vista de las consecuencias económicas, aunque no sean abundantes. Por ejemplo es el caso del “PONDING” que es el encharcamiento de agua en un forjado por tener poca pendiente y al formarse flecha el agua se estanca, aumentando la deformada. Omisión de los efectos de una de las parte de la estructura sobre otra. Disposición estructural no adecuada. Especificaciones incompletas. Evaluación de acciones: un error frecuente es la evaluación de acciones producido durante la etapa de construcción en el caso en que se emplea el procedimiento de cimbrado de plantas consecutivas. Las cargas totales que se producen en la etapa de construcción pueden ser superior a las cargas de uso normal. El cimbrado de dos plantas


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consecutivas crea coeficiente de aumento hasta 2.25. El cimbrado de tres plantas incrementa ligeramente el coeficiente hasta 2.36. Una técnica sería la técnica de cimbrado y recimbrado lo cual reduce drásticamente los coeficientes de carga hasta 1.50. el proyectista debe tener en cuenta cual será la situación más desfavorable e indicar la forma de construirla. Otro es la evaluación errónea de las acciones en los muros de contención cuando no se estiman capacidad de drenaje en rellenos con cierta saturación. Mala asignación de las acciones. Calculo de esfuerzos: un caso es la fisuración producida en los edificios de gran altura de tipo clásico “CORE IN CORE”, de núcleos central y pilares perimetrales en fachada. Cuando estos pilares perimetrales están exentos (libre de carga) en fachada, la irradiación solar produce en ellos temperaturas muy altas. El núcleo en cambio al corresponder a edificios de oficinas están en ambiente acondicionado entre 22 a 24°C, ello conduce a que en las plantas medias y altas, los pilares que bajo la insolación directa pueden alcanzar temperaturas de 60°C, tengan una diferencia de alargamiento respecto al núcleo que produce una fisuración típica en cara superior de las vigas o forjados al unirse a los pilares de fachada y en cara inferior en el extremo de unión al núcleo. Modelo estructural incorrecto. Cálculos con ordenador: dibujos erróneos automáticos, programas con una preocupación obsesiva por la economía aparente de armaduras, falta de conocimientos estructurales. El ordenador es una máquina para los que saben calcular, calculen rápido y con menor esfuerzo, nunca por personas que no saben, además que se debe saber aproximadamente el valor y el signo de los esfuerzos. Lagunas e imprecisiones en la normativa: en todas las normas se detectan problemas no contemplados o no suficientemente cubiertos por las especificaciones o erróneamente tratados. Dimensionamiento: dada la complejidad de técnicas que maneja es una fuente importante de errores. Ejemplo errores en la combinación de acciones que requerirá máxima armadura, fallos debido a problemas de anclaje y/o problemas de corte prematuro de armaduras. Las ménsulas han constituido una fuente importante de accidentes y fisuraciones peligrosa porque no sigue la ley de BERNOULLI (conservación de secciones planas), falta de resistencia a torsión de algunas vigas en voladizo, falta de anclaje de las armaduras de las cimentaciones. Deformaciones excesivas: problema de incompatibilidad entre la parte estructural de las construcciones y las partes no estructurales (tabiquerías y fachadas), es uno de los problemas más importante en edificación. En todos los casos de fisuración de tabiquerías o fachadas no debe olvidarse que la flecha crítica, es decir la que puede fisurar los tabiques o muros de cerramiento, en lo que se llama “flecha activa” compuesta, en los casos usuales, por: la parte de flecha definida de peso propio del forjado, posterior a la rigidización de los tabiques o muros; la flecha instantánea más la diferida de la propia tabiquería; la flecha instantánea más la diferida del solado; la flecha instantánea de la sobrecarga de uso, más la diferida de la eventual fracción de la sobrecarga que sea de carácter fijo. La flecha no se estabiliza antes de cinco años, siendo más rápida la


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IV.

estabilización en sitios húmedos y menor en climas secos. Cualquier intento de reparación de los daños antes de haberse estabilizado las deformaciones de fluencia es naturalmente inútil. Detalles constructivos: es esencial en cualquier tipo de proyecto estructural pero quizá deba destacarse más especialmente en el caso del hormigón armado. Por acción o por omisión. Varios: efecto estético, riesgo psicológico (por las deformaciones), filtraciones. FALLOS DEBIDO A LOS MATERIALES

Representan entre un 10 y 15% de los fallos. Los daños producidos por defectos en áridos, agua, cementos y aditivos son relativamente escasos en número, pero habitualmente de consecuencias graves y de reparación costosa y a veces imposible. A veces es debido a una mala calidad de un material determinado pero también a veces se presenta el caso de materiales en sí correctos, pero seleccionados erróneamente para un empleo de concreto inadecuado. En general, en todo lo referente a materiales componentes del hormigón, es conveniente seguir las recomendaciones siguientes: •

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Los antecedentes de uso de áridos y agua son un índice razonable de idoneidad para su empleo. Si no los hay, deben ensayarse siempre antes de adoptarlos para el uso. Si el agua procede de pozos, debe ensayarse periódicamente. Las marcas de calidad, sellos de conformidad, certificaciones, etc, de cementos, aditivos, adiciones, armaduras, etc, son una garantía previa de apreciable valor, que, a tenor de su eficacia real, pueden permitir reducir los ensayos de control de recepción a niveles tan bajos como la experiencia permitida, pero nunca deben ser nulos en materiales de responsabilidad estructural. Entre los fallos por los materiales tenemos:

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Fisuraciones: producidas por asiento plástico, retracción plástica, contracción térmica inicial, retracción hidráulica. Bajas de resistencia del hormigón: es el más frecuente de hundimientos de las estructuras de hormigón, en particular cuando el fallo de resistencia se produce en pilares sometidos a compresión centrada o con pequeña excentricidad. Este fenómeno de agotamiento en compresión no tiene prácticamente ninguna capacidad de aviso. El hormigón en general presenta un aumento de resistencia con la edad debido a la evolución de las características de reacción del cemento pero sufre una baja de resistencia por cansancio. En hormigones normales el envejecimiento compensa el cansancio pero no en hormigones de mala calidad. Armaduras activas: fallos en las características mecánicas, fallos debidos a la susceptibilidad a la corrosión, fallos por la incompatibilidad de los sistemas de anclaje (falla frágil).


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V.

Armaduras pasivas: en barras corrugadas: error en la utilización del acero por confusión del grado, incumplimiento de las característica mecánicas, corrosión (carbonatación, penetración cloruros bajo tensión y fatiga), incumplimiento de los valores garantizados para la geometría del corrugado, incumplimiento de la aptitud al soldeo. En mallas electrosoldadas: las mismas que las barras corrugadas, falta de resistencia de la unión soldada y el alargamiento de rotura, en especial de zonas que comprendan una unión soldada. En celosías electrosoldadas para viguetas semiresistentes de forjados: las mismas que para las mallas. Tamaño máximo del árido: la importancia radica en la debida introducción del hormigón en los encofrados y especialmente entre las armaduras y éstos y por lo tanto en la compacidad y capacidad de protección del mismo. Asientos del terreno: como regla general en estructuras de entramados es que, cuando un pilar asienta, se descarga, naturalmente, la carga que ya no es aceptada por el pilar que ha asentado es transferida a los pilares próximos, que deben ser estudiados con gran cuidado. Hormigón con cemento aluminoso: se pueden producir corrosión. A veces se produce una conversión a color castaño en el interior del hormigón. Varios: falta de resistencia al desgaste, alta permeabilidad, poca resistencia al hielo, presencia de cloruro o sulfato en la masa de hormigón (agua o arena de mar), presencia de terrones de arcilla en el hormigón, exceso de cal libre en el cemento, daños por áridos con pirita (es sulfuro de hierro cuando se mezclan con el agua crea expansión), reacciones álcali-árido, daños por sulfatos, etc. FALLOS DEBIDO A LA EJECUCION Los fallos debido a la ejecución representan entre un 30 y 35%. Tenemos los diferentes

fallos: •

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Cimbras. Las cimbras y los andamios son los principales productores de hundimientos ocurridos durante la fase de construcción. Cimbrado. El proceso de cimbrado tiene requisitos muy particulares en algunos tipos de estructuras, en particular en el caso de los forjados unidireccionales de viguetas. No es lo mismo en viguetas armadas que en viguetas de pretensadas que tienen una contraflecha la cual deben dejarse su espacio para no crear tensiones no estipuladas. Se puede elevar de manera incorrecta las diferentes cimbras produciendo un funcionamiento de la estructura totalmente a la de uso como pasarla a trabajar en voladizo, como viga continua, etc. Separaciones excesivas. Encofrados. El aspecto fundamental de los errores transciende a la geometría de la estructura. La incorrecta evaluación de la presión del hormigón fresco o la falta de rigidez de los tableros de encofrado. Ejemplo: desalineación de pilares en plantas consecutivas.


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VI.

Elaboración y colocación de armaduras. Mala o falta de colocación de armaduras en negativo o positivo. Previsiones para evitar fisuras en el doblado. Problemas de solape o anclajes. Envolver las armaduras. Recubrimiento y separación de barras. separaciones muy próximas (densas) que no permiten el paso de hormigón. Recubrimientos escasos. Ejecución de forjados. Requiere una vigilancia cuidadosa durante el proceso de ejecución. Mal posición de la armadura, entregas y apoyos mal ejecutados. No enfrentar viguetas en los forjados unidimensionales no introduce diferencias apreciables de comportamiento (flechas) aunque se recomienda. En cuanto a la armadura concentrada o repartida en momentos negativos en forjados aunque la repartida presenta menor fisuración y menor flecha la otra es aceptable. Montaje de piezas prefabricadas. Entre las complicaciones: dificultad en el montaje, en ocasiones durante el montaje pasan por situaciones en las que se producen esfuerzos mayores o de distintos signos que los que sufrirá las estructuras, se presentan situaciones de estabilidad provisional reducida hasta que se completa la construcción. Descimbrado. La etapa de descimbrado debe hacerse con un estudio técnico por ejemplo para una estructura en flexión, la resistencia a tracción del hormigón curado en las condiciones de la obra debe cumplir un porcentaje de la resistencia nominal a tracción a 28 días. Un segundo punto es el orden en que se proceda a realizarlo. En un voladizo debe retirarse desde la parte libre hasta el empotramiento sino funciona como empotrada en un lado y apoyada en otro, si fuera una viga simplemente apoyada se retiran primero los del centro y sucesivamente los de los laterales hasta llegar a los apoyos sino crearíamos momento negativos en el centro. Juntas de contracción. Son importantes para reducir las fisuraciones por contracción o retracción. Problemas: falta de cuantía mínima para evitarlas, falta de juntas, juntas muy separadas. Hormigonado. Altura de vertido excesivo. Compactación deficiente. Segregación del hormigón. Varios. Destrozos por actividad posterior a la estructural, curado deficiente. FALLOS DEBIDO AL USO Y MANTENIMIENTO Representa entre un 10 y 12% de los fallos. Entre los fallos tenemos

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Agresión medioambiental. El más abundante es de la combinación del polvo y la lluvia en el hormigón visto (aplicar impregnaciones hidrofóbicas o hidrorepelentes) o de depósitos de cultivos biológicos (aplicar productos biácidas). También tenemos zonas próximas al agua de mar porque el aire húmedo tiene cloruro sódico. Las eflorescencias son originadas por la acción del gradiente de humedad en el hormigón, que produce el arrastre de las sales de calcio disueltas en los poros hacia la superficie exterior, donde cristalizan cuando se evapora el agua.


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Cambios de uso. Los problemas más frecuente: cambios de viviendas a oficinas, que conducen a disponer zonas de archivo; transformación de áreas destinadas a biblioteca en áreas de almacenamiento de libros; disposición en zonas de oficinas de equipos informáticos y sobre todo de cajas de caudales; asimilación errónea de cargas puntuales, en particular de ruedas de vehículos, a cargas equivalentes uniformemente repartidas. Actuación de acciones accidentales. Impactos de vehículos; explosiones de gas; acción de explosivos. Ataques al hormigón y las armaduras. Ataques de ácidos (carbonatación); formación de sales expansivas (ataques por sulfatos, reacción álcali-árido); corrosión. Ataque del fuego. Los estudios de patología de estructuras dañadas por el fuego necesitan un alto grado de especialización, en especial para realizar el cálculo de la capacidad resistente residual, después del incendio, a la vista de la evaluación experimental de la situación.

Aceptado el hecho de que las estructuras sufren una degradación inexorable, la ingeniería de mantenimiento ha de definir la mejor estrategia para mantener la seguridad, la funcionalidad y la durabilidad por encima de los umbrales de aceptación al menor coste posible. El mantenimiento es el conjunto de actividades necesarias para que el nivel de prestaciones para el que la estructura fue proyectada no se encuentre a lo largo de su vida útil por debajo de un cierto umbral vinculado a las características resistentes, funcionales y estéticas. El mantenimiento es una actividad preventiva que impide o retrasa la aparición de problemas que, de lo contrario serán más difíciles y caros de resolver. No debe de entenderse como una actividad correctiva, es preventiva, antes se actuaba cuando se detectaban lesiones y estos eran importantes, es necesario cambiar esa actitud El Art. 103 de la EHE recoge que la Propiedad deberá de programar y efectuar las actividades de mantenimiento. Las distintas etapas de la vida de una estructura (proyecto , ejecución y servicio) no son independientes sino que están absolutamente interrelacionadas y decisiones como la selección de los materiales , la forma de las piezas , apoyos , juntas ,etc. Deben tomarse teniendo presente las previsiones de mantenimiento que se adopten. La accesibilidad es importantísima. El primer paso es el inventario: saber cuál es nuestro parque de estructuras. Mejor pocos datos, pero fiables y útiles. Las inspecciones rutinarias: las efectúan inspectores mínimamente formados. Detectan temas muy evidentes: pérdidas de alineación de la rasante, inclinaciones de pilas, mal funcionamiento de apoyos y juntas, estado de desagües. Inspecciones principales: poder ver, saber ver, saber lo que se quiere ve. Inspectores especializados. Valoración del daño. Necesario para gestionar.

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS Las inspecciones especiales: Reconocimiento y auscultación en campo; Obtener el esquema estructural en servicio y en agotamiento; Estudio de durabilidad; Diagnóstico de los problemas; ESPECIALISTAS MUY FORMADOS. Última etapa: Se propone una solución, una terapia. Asistencia Técnica: Se supervisa la aplicación de la terapia. Auscultación: Se controla si los resultados son los esperados. En ocasiones mejor demoler. VII.

EL INFORME DE PATOLOGIA. ENSAYOS EN OBRA. LA FRONTERA DEL REFUERZO. En la etapa inicial debemos realizar:

Inspección preliminar

Cuyo objetivo es: realizar un diagnostico sobre el origen de los daños y sobre su trascendencia estructural; plantear un estudio (si fuera necesario) para confirmar el diagnostico preliminar; valorar la necesidad de adoptar medidas de urgencia: apeos, desalojos, etc. En una primera etapa: revisión detallada de la documentación facilitada o de la información accesible; inspección ocular pormenorizada de elementos estructurales accesible, cerramientos y particiones; recogida de información in situ sobre la cronología de la aparición de los daños, etc. En ocasiones la información sobre las condiciones meteorológica es importante. Siempre es aconsejable revisar toda información disponible sobre la obra (tráfico existente, accidentes previos, etc.) En una segunda etapa: levantamiento de esquemas estructurales sencillos y localización de daños situándolos tanto en planta como en alzado; realización de un completo reportaje fotográfico que documente las lesiones observadas; estudio de los condicionantes que existen (zonas no accesibles, etc.) para la realización de toma de muestras, inspección de calas, etc.; En una tercera etapa: comprobaciones de cálculo básicas sobre elementos estructurales tipológicamente más representativos; estudio detallado de la posición de los daños en relación con los elementos estructurales. Vemos las fisuras por asiento y las fisuras por flechas excesivas (deformabilidad del forjado o vigas)En una cuarta etapa: identificación de los daños registrados en atlas de fisuras, etc.; es deseable realizar la inspección pertrechados de catálogos de daños o fichas para intentar objetivar en lo posible el resultado de la inspección; búsqueda de un posible origen común de los daños detectados correlación entre los daños detectados y las comprobaciones de cálculo efectuadas. En una quinta etapa: exposición justificada del origen de cada uno de los daños detectados; exposición justificada de la trascendencia de cada uno de los daños; descripción del plan de actuación cuya realización permita confirmar el diagnóstico preliminar realizado.

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS El informe preliminar debe tener como índice: antecedentes; documentación facilitada; descripción básica del objeto de estudio; descripción de las anomalías observadas; diagnóstico preliminar sobre el origen de los daños; plan de actuación sobre las actividades posteriores a realizar; eventuales medidas de urgencia a adoptar; resumen y conclusiones. En el plan de actuación sobre las actividades posteriores a realizar tenemos: ensayos necesarios (sondeos, ensayos geotécnicos, ensayos de hormigón y acero, etc.); adquisición de información complementaria (levantamiento de datos, determinación de recubrimientos, esquemas de armado, etc.); realización de cálculos; redacción del informe definitivo. En la adquisición de información complementaria: subrayar la importancia de una adecuada planificación de los ensayos y comprobaciones experimentales que es necesario efectuar; se debe saber que se quiere, con que precisión, que técnicas usar, cuales decisiones adoptar. En la inspección ocular de daños es fundamental contar con medios de acceso adecuados y sistematizar la recopilación de los daños. Hacer inspección de calas. Para realizar la inspección necesitamos: flexímetro, anteojos o prismáticos, calibre, útiles de medida, regla de fisuras, microscopio o lupa de fisura, cámara fotográfica o de video, GPS, equipos fotográficos, croquis de planta, alzado y secciones del edificio. Para obtener las características de los materiales tenemos las siguientes técnicas: •

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Extracción de testigos. Se debe ponerse atención a esbeltez, diámetro del testigo y estado de saturación de la pieza. La extracción aparte para realizar ensayos también nos permite si existen defectos. Velocidad de impulso ultrasónico. Los factores que influyen: edad; tipo de árido; dosificación; estado de humedad temperatura; estado tensional; rugosidad. Se puede combinar tanto con la probeta testigo como con el esclerómetro para estimar la resistencia. Nos permite estimar la dimensión de la fisura o el espesor del daño de hormigón. Reconocimiento con sonda magnética para posicionar armaduras y/o detectar recubrimientos. Índice de rebote esclerométrico. Los factores que influyen: edad, carbonatación; tipo de árido; tipo de encofrado; estado de humedad; estado tensional; posición del aparato respecto al elemento. Pull-off. Pull-out. Gatos planos.

Para obtener la calidad del hormigón, durabilidad, deterioros y presencia de armaduras tenemos las siguientes técnicas: velocidad de ultrasonidos; contenido de sulfatos, contenido de aire; tipo y contenidos de cemento; radiografía; petrografía. El esclerómetro y ultrasonidos deben combinarse siempre con extracción de testigos.

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS Para la medición de movimientos relativos y en especial el de las fisuras tenemos los siguientes procedimientos: testigos de vidrio pero fijados con resina epoxi; uso de galga que permiten medir hasta giros; fijación de bases metálicas con resina al hormigón, colocadas a distancia fija mediante una galga. Para obtener condición de la corrosión: potenciales eléctricos; resistividad; medida de recubrimientos; profundidad de carbonatación (mediante impregnación con fenolftaleína); concentración de cloruros. Para la integridad estructural las siguientes técnicas: tapping; eco-sónico; respuesta dinámica; emisión acústica; termoluminiscencia; termografía; radar; medida de evolución de fisuras; pruebas de carga. Para la dimensión de elementos estructurales: sondas magnéticas; ultrasonidos. Con el ensayo eco determinamos espesores de soleras, muros, presencia de coqueras, delaminaciones. Para la deformación y flechas: extensómetros; comparadores mecánicos; transductores potenciométricos; LVDT; sensores de fibra óptica; GPS; láser; medidas de deformación; levantamiento o descenso de apoyos; medida de indicaciones. Para respuesta dinámica: medidas de velocidad y aceleración; pruebas de carga dinámicas. Se pueden hacer pruebas de carga estática hasta carga de servicio o carga superior a la de servicio cuando no tengamos informaciones, defectos de ejecución o cambio de uso. Informe Definitivo

Debemos tener las siguientes consideraciones previas al establecimiento de conclusiones: las acciones; probabilidad de carga según el tipo de elemento; la importancia de la pieza en el conjunto de la estructura: el hormigón de la estructura y el de las probetas estándar; cálculo de esfuerzos; probabilidad de ocurrencia de las acciones; concepto de seguridad a sobrecargas; normativa aplicada en el proyecto original; coeficientes parciales de seguridad a emplear; capacidad de aviso; colaboración de partes no estructurales. Desarrollaremos algunas: •

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Las acciones. Es un elemento esencial previo al cálculo. Las normas son una referencia, aunque en un estudio de patología pueden ser necesarios análisis especiales. Conviene considerar normas modernas. Tener mucho cuidado con las cargas muertas porque pueden diferir mucho de las previstas. Tomar en cuenta las sobrecargas de uso, si es un edificio saber que se pueden reducir dependiendo el número de pisos y el área de carga de la pieza esto es importante en vigas o forjados reticulares. Para las acciones en un edificio industrial puede requerir estudios especiales porque una carga puntual tiene diferente efecto que una uniforme equivalente. Hacer las combinaciones de acciones en entramados aunque puede ser complejo, se puede acudir a simplificaciones. Importancia de la pieza dentro de la estructura. En forjados y vigas, si se han respetado las cuantías mínimas puede llegarse a una elevada redistribución antes de la rotura, esto


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no supone en muchos casos la ruina general del edificio. Un fallo en un soporte si puede llevar consigo una ruina generalizada. La fisuración por cortante tiende ser de 45° y cerca de los soportes. Las probetas moldeadas se realizan con unas condiciones normalizadas. El hormigón real difiere de estas condiciones normalizadas por : condiciones de humedad diferentes: estas se ensayan saturadas, un hormigón seco puede tener una resistencia entre un 15% y un 20% superior, deben ensayarse en las condiciones ambiéntales reales; edad diferente a la del ensayo de las probetas estándar : se ensayan a 28 días; diferencias de ejecución entre las probetas estándar y el hormigón real : las probetas estándar se confeccionan con procedimientos normalizados, la diferencia es significativa, puede considerarse al menos un 11% mayor en probetas estándar. Calculo de esfuerzos. Tenemos los métodos: cálculo lineal, cálculo lineal con redistribución limitada, cálculo no lineal. Capacidad de aviso. Puede ser por fisuración y/o deformación. Aunque algunos elementos la fisuración no es observable. Colaboración de partes no estructurales. La tabiquería interior y cerramientos influyen en la deformabilidad de la estructura horizontal y en la respuesta frente a acciones horizontales (viento); cerramientos de cajas de escaleras y ascensores. Luego de estas consideraciones viene la toma de decisión y el informe final.

En la toma de decisión debemos tener claro que el objetivo de un informe es establecer: el origen de los daños, su trascendencia, su posible evolución y recomendaciones de actuación. Además si es o no necesario el refuerzo. Después tenemos: evaluar la información obtenida, establecer los criterios de comprobación, evaluar la variación de la capacidad resistente, evaluar la variación de la situación en los estados límites de servicio, evaluar de las condiciones de durabilidad. El decálogo de la patología estructural: discriminar los fenómenos patológicos de los que no lo son; los síntomas y los signos con que se expresa un fenómeno patológico solamente son la forma bajo la que se presenta la deficiencia; el especialista en patología tiene que entender los mensajes de la estructura al observar un síntoma por lo que deberá contar con sensibilidad y capacidad de percepción; la calidad de la percepción tiene que ver con el conocimiento previo; la instrumentación, los cálculos, los ensayos, etc., sólo son auxiliares para poder interpretar fenómenos no perceptibles por los sentidos, el especialista en patología estructural debe pensar y razonar a partir de la obra en su conjunto y no circunscribirse a la deficiencia; la etapa de análisis debe permitir responder a todas las preguntas que puedan plantearse (porque, como, cuando, porque no); la convergencia de las respuestas a las distintas preguntas planteadas, debe servir para desechar pistas falsas; la síntesis final debe conducir a desentrañar el principio y la causa de una patología para lo cual tendrá que rearmar la génesis de las cosas y reproducir los pasos (mecanismos) que la condujeron a un determinado estado; la observación y la reflexión del especialista en patología estructural deben ser similares a las de un filósofo en cuanto tienen que unir lo invisible y lo manifiesto para establecer el origen de un fenómeno, ubicándose siempre en el punto de vista de la totalidad.

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS El límite de refuerzo debe establecerse la frontera a partir de la cual es necesario el refuerzo, para ello debe considerarse: el tipo de información (semiprobabilista o determinista), las consideraciones precias al establecimiento de conclusiones. En el Informe Final debe aparecer: antecedentes; información disponible; comprobaciones y revisiones de los cálculos; estudio del origen y causa de los daños; evaluación de la capacidad resistente frente a los estados límites últimos; evaluación de la situación frente a los estados límites de servicio; evaluación de las condiciones de durabilidad; en la conclusiones deben establecerse claramente: el origen y causas de los daños, su trascendencia, al evolución previsible, la influencia en la seguridad, funcionalidad y durabilidad de la construcción, la necesidad o no de refuerzos o tratamientos; en las recomendaciones: nivel de riesgo para la utilización de la construcción, en casi de que sea necesario el refuerzo, si puede mantenerse en uso la estructura, una orientación sobre los sistemas de refuerzo posibles, recomendaciones de comunicación a terceras personas, organismos públicos, etc.; además de otras consideraciones: limitación del alcance, la confidencialidad, la reproducción parcial y los resúmenes, el lenguaje. VIII.

ESQUEMAS DE FISURACIÓN ESTRUCTURALES. FISURACION DE PARTICIONES Y CERRAMIENTOS

Fisuras en elementos estructurales de hormigón armado Las fisuras en vigas pueden ser por: flexión negativa o positiva, adherencia, longitud de anclaje, cortante, torsión, retracción, corrosión. En pilares por: corrosión, compresión, bleeding. En losa, muros y zapatas podemos tener los mismos casos que en las vigas. Las fisuras por temperatura en edificios altos debemos tenerlos muy en cuenta. Fisuración producida en los edificios de gran altura de tipo clásico “CORE IN CORE”. Fisuración de tabiquerías y cerramiento. Daños por deformabilidad. Las normas establecen una limitación de las flechas en los elementos estructurales. Las limitaciones de las flechas están establecidas por condicionantes: estructurales, funcionales y estéticas. En los forjados de edificación los condicionantes más importantes los marcan los funcionales o de aspecto que conllevan la fisuración de los elementos rígidos soportados, es decir: la fisuración de las tabiquerías y cerramientos motivada por la deformabilidad excesiva de los forjados. En los momentos actuales el problema de la deformabilidad es más importante que en épocas precedentes por las razones siguientes: las estructuras son más deformables debido a su menor rigidez por la optimización de sus dimensiones; los edificios son de mayor altura y se construye con mayor rapidez, con lo que la transmisión de cargas a través de las tabiquerías es

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS más importante; se recurre a soluciones estructurales de techo plano con lo que las tabiquerías se disponen con menores condicionantes sobre forjados; las luces de las edificaciones son más importantes, debido a la necesidad de disponer aparcamientos en las plantas bajas; las rigideces de las tabiquerías y de los cerramientos son aún mayores que en épocas precedentes. Entre los factores que afectan a los comportamientos de las tabiquerías y los cerramientos: proyecto: flecha activa excesiva; disposición de la tabiquería; material (tabique + revestimiento); otros en menor medida (temperatura; retracción, juntas, etc.). construcción: ritmos elevados de construcción, proceso constructivo (cimbrado), rozas, huecos, juntas, despegues. Uso y mantenimiento: reformas y remodelaciones de tabiques, clima y asilamiento, acciones extraordinarias, reposición de pinturas. Flecha activa: es la suma de las flechas instantáneas más las diferidas que se producen después de la construcción de las tabiquerías, es decir entre el momento en el que se construyen las tabiquerías y el tiempo infinito. Disposiciones sensibles.

Las flechas se calculan hoy en día con mayor aproximación. Pero no se conoce bien como hay que limitarlas para prevenir los daños dados los múltiples factores que afectan al comportamiento de las tabiquerías como elementos soportados. Los modelos del cálculo de flechas más técnicos son los de doble integración de curvaturas (CEB). Hay que realizar una integración teniendo en cuenta el comportamiento no lineal y tomar en consideración la fluencia. El modelo de BRANSON establecido en ACI/318 es el adoptado por la EHE. Calcula una inercia eficaz con base en la cual se calcula la flecha instantánea. A partir de ella se calculan las deformaciones por fluencia. No todas las normas tienen los mismos límites, no todas parten de los mismos supuestos, no todas establecen exigencias de igual rango, no todos los países tienen las mismas soluciones constructivas, pero todas hacen referencia al mismo problema, los daños en los elementos soportados. La flecha diferida es 2 a 3 veces la instantánea. La metodología para un estudio de daños en tabiquerías y cerramientos debe ser el siguiente: •

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Inspección. Cuyos objetivos serían definir: croquis de la fisuración que se detecta, elementos afectados (composición), daños estructurales (si existen o no), contraste de la documentación. Evaluación y diagnóstico. Determinar el origen de los daños. Evaluación del riesgo estructural. Problema solo de deformabilidad, problema de seguridad, exigencia de refuerzo o de rigidización. Evolución previsible del daño. Edad de la edificación, proceso de evolución cuantificado en función de datos sobre la edificación.


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Selección del procedimiento de reparación. Tipo de actuación (refuerzo o rigidización), momento de actuar, edad y época. Daños por comportamiento diversos Entre las funciones de las tabiquerías y cerramientos están: aislamiento para garantizar el confort, térmico y acústico. En general se trata de elementos no resistentes. El cálculo prescinde de su colaboración resistente. Se debe tomar en cuenta los fenómenos de fluencia en las estructuras de hormigón, el concepto de flecha activa también. Como elementos de arriostramiento tomar en cuenta: los cuajados de fábrica en los recuadros de las estructuras, los efectos del viento y del sismo, la interacción con las estructuras, la modificación de los comportamientos ante el sismo. Otros factores que la afectan: los efectos de las variaciones térmicas, los efectos de la retracción de la retracción, las variaciones dimensionales de las fábricas, los asientos, la resistencia a choques, las condiciones de apoyo, los debilitamientos en chapados de elementos estructurales. Los daños debidos a diferentes comportamientos son: la deformabilidad, los huecos, asientos y suelos expansivos, temperatura y retracción, chapados, compresión, sismo, frenado en naves con puente grúa, asientos en fábricas portantes.

IX.

Tratamientos de protección y reparación. Inyección de fisuras. Debemos diferenciar entre estos conceptos:

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Proteger: es fundamentalmente ante ataques de tipo químico, físico o mecánico para garantizar la durabilidad. Reparar: es reponer las partes dañadas o habilitar un nuevo periodo de vida útil (rehabilitar) reponiendo la protección y la resistencia mecánica originales del elemento. Reforzar: es incrementar la resistencia mecánica del elemento.

Las agresiones química puede ser: ataques por ácidos, degradación química, expansión por sulfatos, acción del agua de mar, reacción árido-álcali. Las agresiones físicas: daños por acción de las heladas, erosión del hormigón. Si existe un defecto por una de estos tipos de agresiones se hace la reposición de la zona dañadas ya sea por impacto, erosión o cualquier defecto (coqueras, nidos de grava, etc) Si es una reparación debemos seguir el siguiente procedimiento: diagnóstico; definición del alcance de actuación; fase de reparación: son semejantes a las reparaciones por corrosión empleando morteros u hormigones según el tamaño de la zona afectada (saneado, regeneración empleando morteros u hormigones; tratamientos de protección); protección limitantes de la agresión.

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS Frente a exposiciones ambientales especialmente agresivas es necesario aplicar sobre el elemento (reparado o no), una protección superficial papa: impedir la penetración de agentes agresivos; permitir la migración de la humedad en el hormigón (no ser barrera de vapor); dificultar la accesibilidad del aire y del agua en el hormigón. Como medidas de protección tenemos: pinturas de protección; hidrófugos e impregnantes; obturadores de poros; revestimientos gruesos. A continuación colocamos algunos productos de protección: •

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Pinturas y revestimientos (película continua): polímeros en dispersión acuosa (pinturas plásticas, en base acrílica); polímeros en solución (evaporan el disolvente. Resinas acrílicas, copolímeros acrílico-butadieno y caucho clorado); polímeros reactivos en solución o emulsión (evaporación + reacción, base epoxi o poliuretano); polímeros reactivos sólidos (gran espesor en una sola capa, base epoxi); bituminosos (alquitrán-brea epoxi). Impregnaciones con obturadores de poros: son productos que penetran en los poros y los rellenan, por reacción parcial, mejorando la impermeabilización; barnices en solución con polímeros fluorados o ésteres silícicos o polímeros a base de metacrilato de metilo. Impregnaciones con productos hidrófugos: crean una película muy fina por adsorción, que impregna los poros sin cerrarlos y repele el agua. Reducen la absorción pero permiten la salida del vapor de agua del hormigón. Poco eficaces para reducir el avance de la carbonatación y la permeabilidad del oxígeno. Resinas de silicona, silanos y siloxanos. Materiales utilizados como protección: materiales bituminosos; poliuretanos de 2 componentes; sistemas epoxi de 2 componentes; compuestos vinílicos; compuestos acrílicos; silano-siloxanos. En resumen los diferentes tipos de revestimiento de protección, para:

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Ataque químico: epoxi; poliuretano; poliéster: brea-epoxi. Impermeabilización: bituminosos; alquitrán; caucho colorado. Anti graffiti: epoxi; poliuretano. Abrasión: epoxi; poliuretano; poliéster; caucho colorado. Cloruros: epoxi; poliuretano; acrílicos; silanos; siloxanos; bituminosos; alquitranes; hidráulicos poliméricos. Carbonatación: acrílicos; epoxi; poliuretano; hidráulicos poliméricos.

Las condiciones exigibles al soporte: edad superior a 28 días; cohesivo: R ≥ 1 N/mm2; seco; homogéneo; limpio de desencofrantes, grasas, pinturas, etc., y de cualquier resto mal adherido. Las fases de aplicación de las protecciones: limpieza de superficies; homogeneización de los envases; aplicación mediante brocha, rodilla, cepillo o proyección; secuencia de capas, sin

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS especificación del producto y teniendo en cuenta: tiempo de utilización, tiempo entre capas, rendimientos, endurecimiento inicial, curado. La adherencia es muy sensible a una leve presencia de polvo. Una superficie puede parecer bien adherida y retener bolsas despegadas en su interior. Si la superficie es rugosa, la capa de pintura se adelgaza en los salientes, formando zonas débiles. También son puntos débiles los poros superficiales, que es difícil rellenar bien. Las medidas de reparación podrían ser por: daños por corrosión; reposición del hormigón dañado: tratamiento de fisuras; reposición de juntas, impermeabilización de tableros, reparación de apoyos, inyección de vainas y conductos, reparación de barandillas y defensas, etc. Factores condicionantes de la reparación: diagnostico y localización de las zonas dañadas; superficie y espesor de la zona a reparar; procedimientos de preparación de superficies (eliminación del hormigón afectado; preparación del soporte; preparación de armaduras; protección y limpieza); elección del sistema de reparación (tipología de materiales, sistema de aplicación). La preparación de la superficie debe seguir estos pasos: eliminación del hormigón afectado; textura de árido fino visto si se emplea adhesivo entre el soporte y el material de reparación; textura de árido grueso si no se utiliza el adhesivo; consecución de una superficie limpia, rugosa y exenta de partes débiles; se eliminará todo el hormigón de las zonas donde estén presentes manchas de óxido, fisuraciones o delaminaciones; estas operaciones deberán extenderse hasta encontrar zonas sanas; en donde existan armaduras afectadas por corrosión se retirará el hormigón también de la parte posterior de las barras, dejando libres unos 2 cm por detrás de éstas para permitir su limpieza y que el material de reparación envuelva perfectamente las armaduras. Los diferentes sistemas de preparación: Cepillado: áreas muy reducías y casi totalmente lisas, para eliminación muy superficial. Fresado (6 a 8 bares): no apto para superficies extensas si no son lisas. Precisa aspiración. Escarificado/pulido: elimina espesores menores que el fresado. Chorreado de arena: gran rendimiento y eficacia tanto para áreas no lisas como para eliminación de espesores moderados. Posibilidad de recuperación de arena. Empleo de arena fina (0.5 a 1mm). es muy útil la aplicación en húmedo para evitar contaminación de los recintos con el material en suspensión, aumentando el rendimiento. Chorro de agua a presión (1oo a 1000 bares): gran rendimiento, pero con superficies irregulares. Martillos percutores: 1. Picado: superficies pequeñas y poco deterioradas. 2. Pistola de agujas (5 a 8 bares): superficies pequeñas o medianas, casi planas. Permite eliminar el óxido de las armaduras. • • • •

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RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS 3. Abujardado: superficies no extensas, de fácil accesibilidad. Moderado rendimiento. Precisa aspiración Granallado: como el chorro de arena pero aplicable principalmente para suelos. Decapado térmico: poco extendido, de difícil control, y requiere tratamiento posterior. Procedimiento químico: solo útil para eliminación de lechada superficial, tratamientos de limpieza. • • •

Selección del método en función del espesor a eliminar: •

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Película superficial (<1mm): cepillado, chorro de arena a baja presión o métodos químicos. Capas delgadas (1-3mm): chorro de arena a media presión, granallado, escarificado o chorro de agua a media presión. Capas medias (3-6mm): granallado o chorro de agua a alta presión, ambos en varias pasadas. Martillos percutores de capacidad media. Capas gruesas (>6mm): fresado, chorro de agua a alta presión, martillos percutores de gran capacidad. Suelen precisar posterior aplicación de chorro de arena, granallado ligero, chorro de agua a media presión. Grandes espesores, cavidades: martillos percutores pesados o proyección de agua a muy calta presión (hidro-jets). Precisan un tratamiento de preparación de superficie.

Los materiales de base inorgánica pueden ser de morteros y hormigones tradicionales; morteros no tradicionales. Los materiales de base orgánica son de ligantes a base de resinas y polímeros. Los mixtos es una combinación de orgánicos e inorgánicos como cemento portland y polímeros. Dentro de los materiales hidráulicos tenemos los tradicionales y los modificados (aditivos; adiciones, fibras). Entre las ventajas: mejora de prestaciones con aditivos/adiciones, coste y empleo estándar. Entre los inconvenientes: adherencia (imprimación), baja resistencia a flexión/tracción, penetración de agresivos. La ejecución puede ser: manual, proyectado, inyectado y dry-pack. Los materiales hidráulico-poliméricos tienen las ventajas: mejora la adherencia, mejora las prestaciones a flexión y tracción; aumenta la resistencia química; favorece hidratación; tixotrópicos. Entre los inconvenientes: elección del producto; aplicación más cuidadosa. Ejecución: análoga a los materiales hidráulicos; no requieren primer o puente de unión. Los materiales poliméricos tienen las ventajas: mejora adherencia, uso como primer; mejora de prestaciones mecánicas; diseño de resistencia química; versatibilidad. Inconvenientes: limitación de volumen; mezclado-tiempo de endurecimiento; dilatación térmica-resistencia al fuego; migración de vapor-tracción sobre soporte. Ejecución: requiere imprimación 8primer); brocha, rodillo, pistola o llana; tiempo de aplicación (pegajoso al tacto).

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS Las fases de reparación por corrosión son las siguientes: saneado del hormigón; preparación del soporte; limpieza de armaduras (posible incremento); pasivación de las armaduras; regeneración: aplicación de morteros; realización de revestimientos; aplicación de protecciones. La corrosión puede ser por carbonatación y por cloruros (pérdida de sección en las barras; fragilización del material por entallas). La norma europea ENV 1504 normaliza los productos y sistemas para la protección y reparación de estructuras de hormigón. El mantenimiento posterior a los trabajos de protección y reparación deberá reflejarse las siguiente relación de datos cuando se entregue una obra de reparación: estimación de la vida útil residual; identificación de cada parte cuya expectativa de vida útil prevista sea inferior a la vida útil exigida para la estructura de hormigón; fecha de inspección o verificación posterior de cada una de dichas partes; sistema de inspección, como registrar los resultados y como debe decidirse las fechas de futuras inspecciones; especificación para el tratamiento continuado; prohibiciones o precauciones. Tenemos procedimientos especiales: protección catódica; extracción de cloruros y realcalinización. Salvo la protección catódica, la realcalinización y la extracción de cloruros deben considerarse como métodos de prevención. Las tres técnicas están basadas en la polarización catódica del acero (técnicas electroquímicas). La puesta en obra de los tres procedimientos es bastante similar, se utiliza una fuente de corriente continua externa con ánodo auxiliar inerte, que en el caso de la protección catódica tiene la misma extensión que la estructura y forma parte de ella y es externo y normalmente desechable en los otros dos procedimientos. Toda la armadura de la estructura se conecta al terminal negativo de la fuente de corriente obligándola a actuar como cátodo. En la protección catódica las tensiones usadas obligan a polarizar la armadura solo unos centenares de mV. En la realcalinización electroquímica y la extracción electroquímica de cloruros se necesitan carios voltios o incluso decenas de voltios. La protección catódica consiste en imponer un potencial suficientemente negativo a la armadura como para colocarla en la zona de inmunidad del diagrama de pourbaix. Puede actuarse de dos formas: uniendo la armadura a un metal de potencial suficientemente bajo que obligue a la armadura a comportarse como cátodo. Esta técnica es la protección catódica mediante ánodos de sacrificio. Uniendo la armadura a proteger al polo negativo de una fuente de corriente continúa. Esta técnica es mediante corriente impresa. En la actualidad el ánodo más utilizado son mallas de titanio. Los electrodos de referencia se embeben en el hormigón o se colocan en superficie, si se colocan en superficie suele utilizarse electrodos de cloruro de plata. Entre los efectos no deseados: se producen concentraciones localizadas de iones hidroxilo sobre la armadura que si bien son beneficiosas al aumentar el pH pueden producir reacciones

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS árido-álcali en el hormigón; puede aumentar la concentración de cloruros en el hormigón situado entre la armadura y el ánodo exterior; puede producirse una fragilización del acero por absorción de hidrógeno. La extracción de cloruros se basa en aplicar una corriente eléctrica continua entre un ánodo exterior que se coloca temporalmente sobre la superficie del hormigón y la armadura que actúa como cátodo. Los iones cloruros migran en el campo creado por la corriente eléctrica desde la armadura hasta la superficie, donde está el ánodo exterior. Entre los efectos no deseados: fragilización por hidrogeno de las barras; disminución de adherencia acero-hormigón; estimulación de reacciones árido-álcali. Estas desventajas son mayores que en la protección catódica ya que la densidad de corriente en la PC es mucho más baja y que es la realcalinización porque la duración del proceso es mayor en la ECC. En la realcalinización el problema se presenta en la cara de la armadura opuesta al paramento. La eficacia de la reparaciones va depender: si tenemos fallos en el diagnóstico; defectos en el diseño de la reparación; reparaciones incompletas o inadecuadas; tener un control de las reparaciones. Tratamientos de fisuras

Se puede tratar con epoxídica. Tiene aditivos (fluidificantes y tensoactivos) y adiciones. Entre sus propiedades: viscosidad: puede hacerse variar desde menos de la mitad de la del agua a la del mortero para colocar con espátula; la viscosidad aumenta al bajar la temperatura. En ocasiones es recomendable calentar moderadamente los componentes antes de mezclar. Adherencia al soporte: en general es superior a la resistencia a tracción de los hormigones normales, sin embargo para el empleo en hormigones de altas prestaciones debemos disponer de certificados de ensayo de adherencia en estas condiciones. Endurecimiento: las propiedades mecánicas varían de forma inversa con el tiempo de endurecimiento. Envejecimiento: algunas formulaciones son sensibles a la radiación ultravioleta y con la exposición directa al ambiente dan problemas a largo plazo en ambientes exteriores o e n interiores con iluminación por halógenos. Propiedades térmicas: las formulaciones normales comienzan a perder sus características mecánicas a unos 60/70°C, las pierden por completo al alcanzarse los 90/100°C. propiedades químicas: excelente resistencia ácidos y álcalis en general; débil resistencia a algunos disolventes orgánicos. Para las medidas de reparación con inyección de fisuras tenemos dos tipos no estructurales y estructurales. Las no estructurales se clasifican en activas y pasivas. Las fisuras activas o vivas se dan por sobrecargas variables altas y retracción inicial, se tratan por el método de sellado elástico y por el sistema masillas elásticas. Las fisuras poco activas o muertas por retracción diferida o causas accidentales (sismo, fuego) se tratan por el método de inyección, colmatación o protección y por

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS el sistema de resina epoxi o recubrimientos elásticos. Una vez abierta una fisura, los movimientos diferidos y los de carácter reológico tienden a concentrarse en ella. En el método de inyección: el soporte debe estar seco; el ancho de la fisura de 0.2 a 5mm; procedimiento: limpieza, colocación de inyectores; sellado externo e inyección. En el método sellado: el soporte debe estar sano y limpio y sin restos de anteriores sellados; soporte seco; material con capacidad de deformación en función de la variación del ancho de la fisura; procedimiento: apertura y cajeado, limpieza, fondeo de junta, imprimación, sellado o colocación de la masilla. El sistema de recubrimientos elásticos tiene las ventajas: fácil aplicación; resistencia U.V.; elevada adherencia; bajo coste. Los inconvenientes: requieren buena preparación. El sistema de masillas elásticas (poliuretanos, polisufuros, siliconas neutras) tiene las ventajas: bajo coste; fácil aplicación; resistencia U.V.; formulación a medida; elevada adherencia. Inconveniente; requieren imprimación; sensibilidad a la humedad. El sistema epoxi tiene las ventajas: sin retracción; excelente adherencia; baja viscosidad; altas prestaciones mecánicas; buen comportamiento en agua; rápido endurecimiento; buena resistencia frente a agresivos. Inconvenientes: requiere especialistas; precio elevado. Los objetivos de la reparación de las fisuras son básicamente tres: •

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Fisuras con trascendencia resistente: restablecer la continuidad mecánica; mejorar condiciones de adherencia. Fisuras con trascendencia en durabilidad: aislar a la armadura del ambiente agresivo; impedir la progresión de la corrosión. Los métodos más usados son: colmatación parcial por gravedad o con inyección; sellado superficial. Fisuras de carácter estético y psicológico: mejorar el aspecto visual (reparación con carácter cosmético. Para tratarlas se usan el retoque o el pintado o patinado de la superficie completa.

Para el sellado de fisuras con fisuras poco activas puede verterse el producto directamente tras limpiar y secar la superficie, sin embargo es preferible abujardar antes dos o tres cm a cada lado de la fisura. Con aberturas de fisura de al menos 0.3 cm se realiza la colmatación parcial por el mismo procedimiento en superficies horizontales. En la colmatación parcial-sellado tenemos la siguientes características: fisuras poco activas: suficiente capacidad adherente al hormigón y en su caso, a las armaduras; con rigidización por envejecimiento controlada, especialmente en caso de exposición a radiación ultravioleta (sellado de paramentos exteriores). Fisuras activas: las mismas características; adhesividad resistente a la fatiga; suficientemente dúctiles o en caso de sellado con adición de fibras o armadas con mantos.

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS Si la abertura de la fisura al exterior es de al menos 0.2 mm, puede realizarse una inyección en profundidad de la fisura. En caso contrario, la fisura generalmente no es inyectable y debe procederse al refuerzo por otros procedimientos: pretensado transversal, cosido por técnicas convencionales, refuerzo global de la sección. En las fisuras activas los productos deben tener las siguientes características: suficientemente resistentes y tenaces; suficientemente dúctiles (ojo al envejecimiento); de módulo de deformación similar al hormigón; con capacidad adherente suficiente al hormigón y en su caso a las armaduras. En las fisuras poco activas: características mecánicas similares al hormigón; con capacidad adherente suficiente al hormigón y en su caso, a las armaduras. Dependiendo el tamaño de la fisura usa: Para fisuras con anchura a 0.2 mm: formulaciones epoxi bicomponentes y con viscosidad de unos 100 cP a 20°C. Para fisuras con anchura entre 0.2 y 0.6 mm: formulaciones epoxi bicomponentes y con viscosidad inferior a 500 cP a 20°C. Para fisuras con anchura entre 0.6 y 3 mm: formulaciones epoxi bicomponentes puras o cargadas con viscosidad inferior a 1500cP a 20°C. Para fisuras con achura superior a 3 mm: se suelen emplear formulaciones epoxi cargadas con arena de tamaño máximo inferior a 0.6 veces el espesor mínimo de la grieta con relación árido/formulación de 1:1. X.

REFUERZO DE CIMENTACIONES

Los factores que conllevan a la adopción de medidas de recalce o tratamientos del terreno: •

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Rehabilitación o remodelación de estructuras: Incremento de cargas o nuevos usos. Creación de sótanos conservando estructura. Daños por variaciones en el entorno: modificaciones en el nivel freático. Excavaciones o construcciones próximas. Acciones de la naturaleza: efectos sísmicos, inundaciones, deslizamientos o movimientos de ladera.

En los recalces se pretende modificar la tipología de cimentación y/o las características de la misma. En los tratamientos del terreno no se actúa sobre el elemento de cimentación sino únicamente sobre el propio terreno, mejorando sus características geotécnicas (resistencia, deformabilidad o permeabilidad).

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS Según su tipología podemos tener: Refuerzo del terreno de cimentación • • •

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Por inyección: alta presión: precaución de levantamiento; relleno de cavidades. Por armado: mediante cosido con micropilotes; mediante inyección “claquage” Por recalces: si es recalces superficiales: profundización de la cimentación , el terreno debe ser competente a profundidad próxima a cota de capa inferior de zapata; incremento de la superficie de cimentación , incrementos de carga o márgenes de seguridad de la cimentación frente a hundimiento insuficientes o inferiores a los requeridos por la normativa, terreno firme; Incremento de la superficie equivalente o reducción de la presión o incremento del axil; terreno de capacidad insuficiente; incremento del axil en el soporte; necesidad de descubrir armaduras, tratar superficie, incrementar canto; solapo de armaduras (soldadura); una alternativa zuncho de retracción . incremento del canto de cimentación, la misma armadura con mayor canto proporciona más momento; terreno adecuada capacidad portante; es el elemento estructural el que precisa el refuerzo; tratamiento de la interfase entre el hormigón original y el nuevo; necesidad de disponer armadura de rasante (efecto pasador). Incremento de la superfice: pretensado , reducción de presión sobre el terreno; terreno de capacidad insuficiente; incremento de esfuerzos en cimiento; necesidad de picar y tratar superficies; necesidad de taladrar; hormigonado por fases .Pretensado, refuerzo a flexión y cortante mediante pretensado; terreno adecuada capacidad portante; es el elemento estructural el que precisa refuerzo; necesidad de taladrar, protección de tendones y anclajes; hormigón adecuado. Si es recalces profundos: micropilotes, son elementos cilíndricos perforados en el terreno de pequeño diámetro, armados con tubería de acero, reforzada eventualmente con barras corrugadas en el interior e inyectados con lechada o mortero en una o varias fases; la zapata se convierte en encepado; se hace con maquinaria ligera; se puede atravesar cualquier tipo de fábrica; capacidad portante elevada; ejecución con distintas inclinaciones; posibilidad conexión con estructuras preesxistentes. Sustitución o recalce: en muros o cimentación corrida . Es fácil en muros con el uso de bataches (excavación bajo los cimientos trabajando anclada mediante armaduras). Condicionan la geotécnica y la resistencia del muro. En el batache se debe analizar seguridad hundimiento y limitación se asientos, valor de tensión admisible. La dimensión estará condicionada por: resistencia del muro y cimentación existentes; características del terreno de apoyo de la cimentación existente (condiciona tamaño máximo de batache); características terreno al que se refiere el recalce (condiciona la dimensión mínima del batache). En el caso de muros analizar la estabilidad del batache como elemento de contención. En zapatas aisladas : requieren apeo total o provisional. Cosido por micropilotes finos; sustitución por micropilotes; puenteo a zapata nueva.

Los micropilotes debemos hacer comprobaciones de cálculo: hundimiento, asientos, tope estructural, arrancamiento, esfuerzos o empujes horizontales, expansividad. No es habitual considerar la resistencia por punta y para hacerlo el suelo o roca deben tener una compacidad,

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS consistencia o resistencia elevadas. En rocas no se pondrá contar con la colaboración del rozamiento por fuste de los suelos o rocas alteradas suprayacentes. En suelos menos 15% resistencia de cálculo por fuste frente a esfuerzos de compresión. La conexión a las cimentaciones existentes es el aspecto que frecuentemente es el condicionante más crítico de la solución. Verificar adecuada transmisión de solicitaciones en el contacto. La lechada/mortero del micropilote con cimentación existente o armadura y posibles conectadores. Tenemos diferentes tipos de ejecución de micropilotes: •

•

•

•

•

Perforación por rotopercusión o rotación: terrenos sensibles a cambios de humedad (terrenos expansivos, colapsables o con riesgos de erosión o disolución); en general para evitar alteraciones del terreno empleo de sistemas de revestimientos continuo simultáneo a la propia perforación, tipo odex o similar; estructuras y/o cimentaciones preexistentes rotación. Inyección única: efectuada en una sola fase de abajo a arriba mediante tubería auxiliar o la propia armadura tubular del pilote. Inyección repetitiva: en dos fases. Primero la inyección de la vaina o espacio existente entre las paredes de la perforación y la tubería de acero y segundo reinyección. Inyección repetitiva selectiva: varias fases. Inyección de la vaina (sellado); inyección a presión desde el interior de la armadura tubular con doble obturador a través de tubos manguito dispuestos en la armadura a separación inferior a 1m; este proceso se puede realizar de forma selectiva repitiendo si se desea varias veces en los manguitos deseados; la presión de inyección deberá ser superior a la presión límite del terreno y en general como mínimo superior a 1.0 MPa. Micropilotes autoperforantes: armados con barras de acero titán. La propia armadura de acero es el útil de perforación; el fluido de refrigeración es la propia inyección continua de lechada de cemento a través del interior de la barra de acero; con la inyección de cemento a medida que avanza la perforación, se pueden rellenar los huecos existentes y mejorar las zonas especialmente flojas, existentes bajo la losa; la propia inyección tiene el efecto estabilizador de las paredes del taladro, a modo de lodo de perforación.

Los micropilotes convencionales (100 a 200 mm) son aquellos que se perforan hasta un diámetro máximo de 8 pulgadas. Para su ejecución, contamos con perforadoras de gálibos comprendidos entre 2.5 y 6 metros; sus pesos también se acomodan a las limitaciones de carga que pudiera tener el marco de trabajo. Pueden ser equipos estáticos o sobre orugas, motor eléctrico o diesel y perforan con cualquier inclinación. Avanza a rotación (tricono/trialeta) o con martillo (en cabeza o fondo). Los micropilotes de gran diámetro (200 a 450 mm) habitualmente se ejecutan ha rotopercusión pero también si el terreno lo impone se hacen a rotación con o sin lodos. Las distintas durezas del material a cortar no suponen obstáculo (hormigón, bolos, roca, arcillas, etc.) la versatibilidad de los equipos permite afrontar los cambio litológicos con mucha agilidad.

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS La técnica Jet-Grouting (Sistemas Convencionales) consiste en la introducción en el terreno de un material cementante (lechada de cemento) a través de uno o varios chorros (jet) a gran velocidad. La energía de este chorro provoca la rotura y la restructuración del terreno, mezclándolo con el material aportado dando lugar a un terreno mejorado. El material de inyección sobrante mezclado con terreno, sale a la superficie formando el rechazo de inyección. El tipo I (fluido único) es la más sencilla y por tanto la de mayor rapidez y economía. Se emplea con frecuencia para la consolidación de terrenos (en rellenos o terrenos de baja compacidad), recalces de edificios y estructuras, protección de túneles (pantallas para limitar asientos, paraguas), protección contra socavación fluvial. El tipo II (doble fluido) consiste en la introducción en el terreno de lechada de cemento a través de uno o varios chorros a gran velocidad, junto a otro chorro concéntrico de otro fluido (aire o agua). Según el fluido empleado tenemos dos clases: airelechada y agua-lechada. El tipo III (triple fluido) la disgregación del suelo se realiza con uno o varios chorros de agua a gran velocidad asistidos de chorros concéntricos de aire, inyectando por otros chorros independientes de las anteriores lechadas de cemento como ligante teniendo además la función de mezclado. El diámetro de columna obtenido varía en función de estos parámetros de inyección (presión, caudal, velocidad de rotación y velocidad de extracción fundamentalmente) y de la resistencia del terreno. Para realizar un micropilote se comienza por ejecutar una perforación por el sistema más idóneo, se introduce en la perforación la armadura que puede ser tubular o puede estar formada por barras longitudinales y cercos. Se procede a inyectar lechada de cemento o mortero a baja presión hasta rellenar la perforación de abajo a arriba. El contacto con el terreno suele quedar rugoso, lo cual aumenta la resistencia por el fuste. La etapas son: perforación; colocación de la armadura tubular; inyección de la vaina; inyección del bulbo de anclaje. XI.

REFUERZO DE PILARES Y PILAS

El refuerzo de pilares puede venir impuesto por diferentes razones: bajas resistencias del hormigón; cambio de uso; aumento en el número de plantas; incremento en las solicitaciones (asientos de la cimentación); daños en el pilar (fuego). En el fallo de un pilar tenemos poca capacidad de aviso y pocas deformaciones. En el refuerzo de pilares con estructura metálica existen dos planteamientos: zunchado: mejora de la resistencia del hormigón; angulares: disposición de un pilar en paralelo. El hormigón sufre una dilatación transversal que depende del módulo de poisson. La rotura se produce por deformación excesiva en sentido transversal. La situación del estado triaxial cambia el diagrama del hormigón. El hormigón se rompe por alcanzar la máxima deformación lateral. La capacidad para alcanzar mayores deformaciones depende del confinamiento lateral. En el zunchado buscamos mejorar la resistencia del hormigón. Este es apto para bajas de resistencia moderada, también piezas con bajas excentricidades. El importante acortamiento que pueden sufrir las piezas limita su empleo a piezas cortas sin posibilidad de pandeo. Atención a la

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS situación accidental de fuego. Tiene muchas incertidumbres, que hacen que en la práctica no se emplee. Se puede colocar en obra de varias formas: hormigonado en dos fases (parte inferior, zonas superior, desde los taladros); prepack; hormigón proyectado. El refuerzo de pilares con angulares consiste en disponer angulares empresillados en la esquina del pilar. Disponiendo capitel y basamento los perfiles podrían entrar en carga, mediante compresiones ejercidas sobre el hormigón. En el refuerzo con angulares debe analizarse detalladamente: la transmisión de cargas al refuerzo; la transición del refuerzo entre plantas consecutivas; diferencia de rigidez entre pilar de hormigón y refuerzo; normalmente se diseñan los perfiles para recoger toda la carga; acciones horizontales. Como planteamiento general: hacia abajo, extender el refuerzo hasta cimentación; hacia arriba, extender el refuerzo hasta allí donde éste pueda tomar la totalidad de la carga; a nivel de cada planta (garantizar la transición del refuerzo, coger las cargas de la estructura horizontal). En el cálculo de angulares el soporte metálico se calcula para toda la carga; no suelen existir condicionantes de pandeo; en general, no se puede conseguir la rigidez del soporte reforzado. En la transición mediante capitel y basamento debemos ponerle atención a las tensiones en el hormigón y a la rigidización de capitel y base. Debemos darle continuidad a los angulares a través del forjado. Es necesaria una protección por condiciones de durabilidad y una reparación de los daños que presente (corrosión). Pueden emplearse otros perfiles diferentes de angulares, siguiendo los mismos criterios. El refuerzo de pilares se puede hacer con chapas adheridas con epoxi. El refuerzo con encamisados de hormigón consiste en rodear el pilar a reforzar por una camisa de hormigón. Por condiciones constructivas, el espesor de la camisa no suele ser inferior a 7 cm, aunque es preferible disponer 10 cm. La superficie se trata con cepillado, abujardado y limpieza exhaustiva, las aristas deben achaflanarse. El refuerzo debe ser plenamente colaborante en las secciones extremas (cabeza y pie), para ello, el esfuerzo debe transferirse en el tramo de la planta superior y reconducirlo a la estructura en el tramo de la planta inferior. Podemos reforzar con FRP. Tipos de fibras: •

•

•

Carbono. Resistencia alta y comportamiento elástico; alto módulo de elasticidad; resistencia a los álcalis, UVA y fatiga; no sufren corrosión. Vidrio. Alta resistencia y bajo módulo de elasticidad; comportamiento postelástico; reacción alcalina. Necesidad de añadir compuestos; posibilidad de utilizar en varias capas. Aramida. Alto valor de la energía de fractura; válidas para choques e impactos.

El sistema de refuerzo se basa en el confinamiento. Se puede aumentar la tensión última del acero o el alargamiento último. Posibilidad de utilizar deiferentes tipos de materiales: con

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS fibras de carbono, vidrios o áramidas; utilizable para adecuar estructuras existentes en zonas sísmicas calculadas por procedimientos antiguos; utilizable para conseguir rótulas plásticas y mejorar las zonas de solapes. Es utilizable en reparaciones de reposición de recubrimientos: reparación de daños por corrosión; daños de segregación en pie de pilar; demoliciones parciales. Los cálculos se ban en investigaciones recientes a partir del 1994. Tener en cuenta la dependencia de la deformación lateral del hormigón. Es necesario el estudio de la interacción entre la deformación del hormigón y la deformación axil del FRP. El fallo se produce por alargamiento excesivo del FRP, menor que en ensayo de tracción, debido a la ejecución, curvatura, estado bitensional y efecto de las capas múltiples. Además tener en cuenta el tipo de pilar y los coeficientes de eficacia. Redondear las esquinas en pilares cuadrados o rectangulares con radios de 15 a 25 mm. En el caso de pilares rectangulares se puede ovalizar la sección y después aplicar el refuerzo. Las fibras de carbono son preferibles para reforzar aumentando la carga. Las aramidas y la fibra de vidrio son preferibles para aumentar la ductibilidad. En la ejecución: existen bandas y laminados de pegado directo. Espesores de 1.0 a 1.5 mm. Hay también bandas secas, que necesitan las resinas soporte y el pegado. Espesores de 0.1 a 0.5 mm. las primeras son más rígidas y se usan sin dobleces en una capa. Las segundas son más flexibles y más aptas para adecuarse a cualquier superficie. Se usan en capas múltiples. También son más exigentes en cuanto a la calidad de la ejecución. Atención al grado de humedad del sustrato, que puede condicionar la reparación. Dificultades si la temperatura del soporte supera los 44°C protecciones frente a las altas temperaturas, fuego y rayos UVA. Atención al cuidado de las protecciones y de la propia reparación debido a manipulaciones o vandalismo. Utilizar reparadores experimentados y procedimientos basados en el modelo total. Es un sistema de refuerzo. Además en la ejecución: calidad del sustrato medida por el ensayo de arrancamiento. Valores superiores 1.5 n/mm2. Se supone una impermeabilización total. Si hay un problema de corrosión este debe ser solucionarse previamente. La superficie debe prepararse mediante lanza de agua o chorro de arena. Retirar el hormigón dañado. La planeidad es importante si empleamos bandas de laminados. La superficie debe estar limpia, para lo cual hay que proceder a su limpieza antes de ejecutar el refuerzo. No se debe alcanzar el punto de rocío en el hormigón en el momento de ejecutar el refuerzo. No superar el 80% del pot life de las resinas empleadas. Para la aplicación multicapa es necesario dejar curar las capas anteriores. Atención a todas las especificaciones de aplicación de las resinas. Para su colocación: en seco, se aplica el adhesivo y se pega la malla, fácil empleo, adecuado para las mallas ligeras, en húmedo, se aplica el adhesivo, la malla se impregna en otro adhesivo cohesionante, manual o mecánicamente, grandes zonas a reparar y mallas más pesadas.

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS Colocar con rodillo. Solapes de al menos 100 mm en el sentido de las fibras. No se necesitan solapes en el otro sentido. Aplicar una capa cementicia. Posible aplicación de morteros para resistencia a altas temperaturas. XII.

REFUERZO DE VIGAS, FORJADOS Y LOSAS

Como idea general una estructura deformable no tiene porque ser una estructura poco resistente. En algunos casos de edificación la actuación puede venir condicionada por la necesidad de incrementar la rigidez del elemento a fin de limitar la deformación que puede provocar daños en los elementos soportados. Se trataría de una actuación de rigidización para la cual se pueden emplear soluciones convencionales de refuerzo. No todas las soluciones de refuerzo son igualmente eficaces frente al incremento de la rigidez. El diagnostico previo sobre si lo que se necesita es refuerzo o rigidización es fundamental por condicionar la solución que debe aplicarse. Por su forma de entrar en carga puede ser: refuerzo activos o pasivos. Por el tipo de material empleado básicamente se emplean tres técnicas: refuerzos con hormigón o mortero; refuerzos con estructura metálica; refuerzos con chapas de acero o FRP. Refuerzo de forjados y losas

El refuerzo con hormigón y acero tiene interés si se puede actuar fácilmente por la cara superior del forjado, es decir si no está colocado el solado o levantarlo es barato. La ejecución de este tipo de refuerzos se hace con materiales comunes y no necesita personal de obra especializado. La disposición de capas de mortero con armadura, adherida a la losa superior tiene dos funciones: solucionar la escasez de armadura de m(-) y m(+); incrementar la capacidad de carga de un forjado. El procedimiento sería el siguiente: limpiar la superficie de la losa superior; rayarla con cepillo de alambre de púas duras; volver a limpiar con chorro de agua; colocar la armadura de malla; esperar el secado del agua superficial; colocar una capa de mortero (maestreado con regla) para dar un recubrimiento de 20 mm a los alambres de la capa superior de la malla. En los refuerzos con estructura metálica los cortaluces deben tener la cara superior de 1.5 a 3 cm por debajo de la cara inferior del forjado para poder colocar cómodamente las cuñas. Los cortaluces se apoyan en vigas que se abrazan a los pilares. Refuerzo de viga

La capacidad de refuerzo de una sección incrementando la cuantía de armadura está limitada por la profundidad del bloque comprimido que presenta la sección o lo que es lo mismo por la cuantía original de armadura.

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS Las secciones que se empleaban en las estructuras antiguas, dimensionadas según las teorías clásicas, tenían bloques comprimidos poco profundos, es decir cuantías mecánicas muy moderadas. Los cantos de las secciones se han reducido como consecuencia tanto de la optimización económica, como de la aplicación de los métodos de dimensionamiento en agotamiento, unido todo ello a la conveniencia de tener techos planos por condiciones funcionales. Las secciones con menor canto, tienen bloques comprimidos más profundos, lo que representa condicionantes básicos a la hora de establecer un refuerzo a flexión mediante incremento de las cuantías de armadura. Cuando hacemos un recrecido de hormigón, haciendo un refuerzo a flexión, logramos un incremento de la resistencia compresión, ductibilidad y rigidez, además de un comportamiento monolítico. Incrementando la cuantía armadura logramos un incremento capacidad tracción o compresión. Con la armaduras pasivas un refuerzo a flexión y cortante. La viga mixta es un elemento mixto con ejecución contraria a la habitual. La parte de hormigón de la sección es preexistente. Se realizan los taladros, se colocan el perfil metálico conectadores, se rellanan los taladros con material adecuado. Logramos un refuerzo a flexión y cortante. Es efectivo como solución de refuerzo y/o rigidización. La viabilidad va condicionada por el cuelgue y soportes a los que se refiere el perfil. Hay que ponerle atención a la conexión y a la entrega y anclaje de los perfiles. Frente a m(+) la cabeza comprimida es la sección de hormigón preexistente y en la sección reforzada cambia su estado previo de solicitación. Frente a m(-) la armadura de la viga pasaría a ser la armadura de tracción de la sección reforzada. Los conectadores garantizan la acción compuesta. El acoplamiento del perfil y el relleno de taladros deben ser cuidadosamente realizados. Como solución de refuerzo se aplica directamente frente a momentos positivos. En momentos negativos el refuerzo obliga a establecer soluciones de continuidad de la cabeza comprimida. El Refuerzo con chapas de acero o FRP logramos un incremento capacidad tracción. Se puede reforzar a flexión y cortante. Viene aplicándose desde el 1971. Entre las ventajas: peso reducido; gran resistencia y mayor flexibilidad; longitud no restringida; no sufre corrosión; buen comportamiento ante fatiga y fluencia. Desventajas: sin normativa de proyecto; sin reserva plástica; soporte adecuado; incidencia del fuego; estado tangencial de la interface “peeling”. Se trata de una sección mixta en la que la conexión entre la armadura y el hormigón se logra por adhesión de la chapa a la superficie exterior de la viga. El comportamiento queda condicionado por la adherencia entre hormigón y chapa para lo cual se recurre a adhesivos a base de formulaciones epoxi. La tensión tangencial en agotamiento depende de: la resistencia del hormigón in situ; el estado superficial de chapa y hormigón; condiciones de ejecución. La resistencia del adhesivo se ve muy afectada por la temperatura: esto condiciona la metodología de proyecto en condiciones de incendio.

RESUMEN DE PATOLOGIA Y VIDA UTIL DE ESTRUCTURAS El elemento reforzado ha de cumplir los ELS y ELU garantizándose una ductilidad adecuada. Como principios generales: cálculo de la capacidad máxima de refuerzo; datos de los materiales para el proyecto; deformación inicial de la sección original. Para las comprobaciones de las secciones del elemento ya reforzado se adoptan los diagramas tensión deformación habituales para el cálculo de estructuras del hormigón, bilineal para el acero y rectangular, bilineal o parabólico-rectangular para el hormigón. Se comprueba en teoría clásica-lineal la sección inicial bajo las acciones de carácter permanente actuantes en el momento de realizarse el refuerzo en condiciones de servicio. Los fallos pueden darse: Por flexión (monolítico): plastifica acero original más rotura del hormigón; plastifica acero original más rotura del refuerzo; rotura por compresión excesiva en el hormigón. Comprobar tensiones tangenciales de transferencia. Por despegue flexión: tensiones tangenciales excesivas. Peeling off; fisuras de flexión. Peeling off. Por despegue cortante: fallos por cortante en el extremo del anclaje. Rip off; fisuras de cortante. Peeling off. Por el despegue se limita la relación ancho/espesor mayor 50, anclaje en los extremos. Conclusiones Peeling (despegue)

Los límites de tensión tangencial que establecen las recomendaciones de fib (International Federation for Structural Concrete) pueden resultar optimista. Deben ser establecidos y comprobados para la sección en la que se produce la máxima tensión tangencial, sección que en general es coincidente con la sección de la pieza donde se produce la plastificación del acero original de la pieza. Los límites de deformación máxima en el laminado de refuerzo que establece la ACI en general se muestran más determinantes para la comprobación del despegue por peeling que los límites de tensión tangencial según la limitación establecida por las recomendaciones fib.

Tabla 8.2.2 Clases generales de exposición relativas a la corrosión de las armaduras CLASE GENERAL DE EXPOSICIÓN Clase

Subclase

Designació

Tipo de

n

proceso

DESCRIPCIÓN -

no agresiva Normal

Humedad alta

I IIa

Ninguno

EJEMPLOS

interiores de edificios, no sometidos a -

elementos

estructurales

de edificios,

condensaciones

incluido los forjados, que estén protegidos de

-

la intemperie

elementos de hormigón en masa

corrosión de origen

- interiores sometidos a humedades - elementos estructurales en sótanos no relativas medias altas (> 65%) o a ventilados

diferente de

condensaciones

los cloruros

-

-

exteriores en ausencia de cloruros, y -

expuestos

a

lluvia

en

zonas

con

cimentaciones estribos, pilas y tableros de puentes en zonas,

sin

impermeabilizar

con

precipitación media anual superior a 600

precipitación media anual superior a 600

mm

mm

-

elementos enterrados o sumergidos

-

Tableros de puentes impermeabilizados, en zonas con sales de deshielo y precipitación media anual superior a 600 mm

-

elementos

de

hormigón,

que

se

encuentren a la intemperie o en las cubiertas de edificios en zonas con precipitación media anual superior a 600mm -

Forjados en cámara sanitaria, o en interiores en cocinas y baños, o en cubierta no protegida

Humedad

IIb

media

corrosión de origen

-

exteriores en ausencia de cloruros, -

elementos

estructurales

en

sometidos a la acción del agua de lluvia, en construcciones exteriores protegidas de la

diferente de

zonas con precipitación media anual inferior lluvia

los cloruros

a 600 mm

-

tableros y pilas de puentes, en zonas de

precipitación media anual inferior a 600 mm Marina

Aérea

IIIa

corrosión por cloruros

-

elementos de estructuras marinas, por -

encima del nivel de pleamar -

elemento exteriores de

estructuras -

situadas en las proximidades de la línea costera (a menos de 5 km) IIIb


-

elementos

de

puentes en las proximidades de la costa zonas aéreas de diques, pantalanes y

otras obras de defensa litoral -

Sumergida

elementos estructurales de edificaciones

en las proximidades de la costa

estructuras

marinas -

instalaciones portuarias zonas sumergidas de diques, pantalanes

sumergidas permanentemente, por debajo y otras obras de defensa litoral del nivel mínimo de bajamar

-

cimentaciones y zonas sumergidas de

pilas de puentes en el mar en zona de

IIIc

carrera de


mareas y en

-

elementos

de

estructuras

marinas -

zonas situadas en el recorrido de marea

situadas en la zona de salpicaduras o en de diques, pantalanes y otras obras de zona de carrera de mareas

defensa litoral

zonas de

-

salpicadura

zonas de pilas de puentes sobre el mar,

situadas en el recorrido de marea

s con cloruros de origen diferente del medio marino

IV


-

instalaciones no impermeabilizadas en -

piscinas e interiores de los edificios que

contacto con agua que presente un las albergan. contenido

elevado

de

cloruros,

relacionados con el ambiente marino -

superficies expuestas

a sales

no -

pilas de pasos superiores o pasarelas en

zonas de nieve de -

estaciones de tratamiento de agua.

Tabla 8.2.3.a Clases específicas de exposición relativas a otros procesos de deterioro distintos de la corrosión CLASE ESPECÍFICA DE EXPOSICIÓN Clase

Subclase

Designación

Tipo de proceso

Química

Débil

Qa

ataque químico

Agresiva

DESCRIPCIÓN -

elementos situados en ambientes con contenidos

EJEMPLOS

-

de sustancias químicas capaces de provocar la alteración

sustancias

del hormigón con velocidad lenta (ver

tabla 8.2.3.b)

instalaciones

industriales, débilmente

con

agresivas

según tabla 8.2.3.b -

construcciones en proximidades de áreas industriales, con agresividad débil según tabla 8.2.3.b

Qb

ataque químico

media

-

elementos en contacto con agua de mar

-


-

dolos, bloques y otros elementos para diques

de sustancias químicas capaces de provocar la

-

estructuras marinas, en general

alteración del hormigón con velocidad media (ver

-

instalaciones

tabla 8.2.3.b)

industriales

con

sustancias de agresividad media según tabla 8.2.3.b -

construcciones en proximidades de áreas industriales, con agresividad media según tabla 8.2.3b

-

instalaciones

de

conducción

y

tratamiento de aguas residuales con sustancias de agresividad media según tabla 8.2.3.b Fuerte

Qc

ataque químico

-


-

instalaciones

industriales,

con

de sustancias químicas capaces de provocar la

sustancias de agresividad alta de

alteración del hormigón con velocidad rápida (ver

acuerdo con tabla 8.2.3.b

tabla 8.2.3.b)

-

instalaciones

de

conducción

y

tratamiento de aguas residuales, con sustancias de agresividad alta de acuerdo con tabla 8.2.3.b. -

construcciones en proximidades de áreas industriales, con agresividad fuerte según tabla 8.2.3b

con heladas

sin sales

H

fundentes

ataque hielodeshielo

-

elementos situados en contacto frecuente con

-

agua, o zonas con humedad relativa media ambiental eninvierno superior al 75%, y que tengan una

construcciones en zonas de alta montaña.

-

estaciones invernales

-

tableros de puentes o pasarelas en

probabilidad anual superior al 50% de alcanzar al menos una vez temperaturas por debajo de -5ºC con sales

F

fundentes

ataque por sales

-

fundentes

elementos destinados al tráfico de vehículos o peatones en zonas con más de 5 nevadas

zonas de alta montaña, en las que se

anuales o con valor medio de la temperatura

utilizan sales fundentes.

mínima en los meses de invierno inferior a 0ºC Erosión

E

abrasión

-

elementos sometidos a desgaste superficial

cavitación

-

elementos de estructuras hidráulicas en los que la

cota

piezométrica pueda descender por debajo

-

pilas de puente en cauces muy torrenciales

-

de la presión de vapor del agua

elementos de diques, pantalanes y otras obras de defensa litoral que se encuentren

sometidos

oleajes -

pavimentos de hormigón

-

tuberías de alta presión

a

fuertes

Resumen de Patologia y Vida Util de Estructuras

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