PATOLOGIA DE LA CONSTRUCCION RESUMEN P1 1. CONCEPTO BÁSICO: 1.1 Durabilidad de las construcciones: Durabilidad: es la aptitud de un material de mantener su desempeño y propiedades a lo largo de tiempo. Es una interrelación entre el material y el medio ambiente. Construcciones temporales Construcciones permanentes (50 años) Construcciones arte (puentes; 100 a 120 años) Pedagogía de los casos de fallas *Analizar algunos casos de medias ver generalmente asumidas acríticamente como verdaderas *Aprender de los errores de otros *Proponer soluciones a casos específicos Éxitos y fracasos DIFERENCIAS ÉXITO FRACASO *conciencia *Negligencia *experiencia *Descuidos *conocimiento *ambición *ambición *Inconciencia *bien capacitado *incompetencia 1.2 Conceptos: Vida Útil: es un lapso de tiempo prefijado durante el cual la estructura da un desempeño satisfactorio, conservar su seguridad, estabilidad y apariencia aceptable; si se proyectó, construyo y utilizó sobre las condiciones ambientales previstas y si se respetaron las condiciones de mantenimiento preventivo. La vida útil de proyecto de una estructura de hormigón armado termina cuando la carbonatación elimina el recubrimiento y llega a las armaduras. Durabilidad: es la aptitud de un material de mantener su desempeño y propiedades a lo largo de tiempo. Es una interrelación entre el material y el medio ambiente. Mantenimiento: son las intervenciones que se realizan para extender la vida útil de la estructura. A) Mantenimiento Preventivo: Toda medida tomada con antelación y prevención durante el periodo de uso y mantenimiento de la estructura. B) Mantenimiento correctivo: Trabajos de diagnóstico, pronostico, reparación y protección d3e las estructuras que ya representan manifestaciones patológicas, osea corrección de problemas evidentes. Reparación: es la corrección localizada de problemas patológicos, con esto se busca recuperar el coeficiente de seguridad. Refuerzo: consiste en corregir los problemas patológicos a través del aumento de la capacidad portante de las estructuras. Rehabilitación:(recuperación): corregir los problemas patológicos de forma a mantener el aspecto original. Desempeño: Es el grado de eficiencia de un material cualquiera con respecto a un fin esperado bajo ciertas condiciones. Patología de la construcción: puede definirse como la ciencia que estudia los problemas constructivos que aparecen en una estructura o parte de ella después de su ejecución. Este concepto abarca todas las imperfecciones, visibles o no, de la estructura desde el momento de desarrollo del proyecto. 2. METODOLOGIA DEL ENFOQUE: 2.1 Toma de datos. Historial de casos. Ensayos. 2.2 Diagnostico (origen, causas, mecanismo de las fallas). Pronostico, recomendaciones de actuación: Origen: el origen no es la causa. Es el momento de la vida de una construcción en que se cometió un error. Tiene importancia de responsabilidad. Causa: es un tema técnico. Se determina que fue lo que causo el problema técnicamente. Ejemplo: el agua de lluvia, diseño inadecuado, etc. Mecanismo de falla: es igual a un desempeño deficiente de la estructura. Ejemplos: fisuras, manchas, corrosión, etc. Pronostico: concepción, evaluación de acciones, calculo, detalles constructivos. Recomendaciones de actuación: proceso o pasos a seguís para la intervención, luego del diagnóstico de una patología. 2.3 Fluxograma de acciones para un caso general: 3. INFORME DE PATOLOGIA: 3.1 El índice general de un informe: Estructuración de un informe de patologías: 1- Antecedentes y objeto: datos y situaciones correspondientes a la fase previa del problema. Al final del apartado antecedente se debe explicar cuál es el objeto del informe. 2- Inspección ocular: visitas a la obra dañada. 3- Toma de datos: cuyo contenido es técnico, descriptivo, y no debe contener juicios de valor acerca de los resultados. 4- Descripción de los daños: apartado literario donde se da un juicio de valor. 5- Análisis y cálculos realizados: se reseñan las determinaciones efectuadas en laboratorios (análisis químico, ensayos mecánicos). Las descripciones deben ser breves y precisas. 6- Causas posibles: se analiza todas las causas y concausas que han podido influir en el problema. Se trata de enriquecer el análisis de modo de que ninguna de las posibilidades razonables deje de ser explorada. 7- Recomendaciones de actuación: consejos que nos parezcan adecuados para seguir adelante hacia una solución definitiva del caso en estudio. 8- Conclusiones: desde el punto de vista jurídico es sin duda el más importante. Por ello hay que extremar el cuidado en su redacción. Hay dos formas de encarar; en una la conclusión es un mero resumen del informe y no contiene información nueva. La otra la conclusión añade algún matiz nuevo a lo ya conocido por un lector meticulosos. En cualquiera de los casos conviene redactarla brevemente. 3.2 Elementos lingüísticos: Fisuras vivas, muertas, limpias, sucias, jóvenes, viejas, originadas por, expresivas de, que buscan el apoyo, intergranulares, transgranulares, cosidas por barras o al aire, aisladas, en grupo, teoría de fisuras, rítmicas, aleatorias. — Es posible que, es probable que, es verosí- mil que, es evidente que. — Ignorancia, duda razonable, conjetura, opinión fundada, certeza. — Con gran probabilidad, probablemente, con probabilidad no despreciable, con alguna probabilidad. — No puede descartarse la hipótesis de que... — No está demostrado que... pero... — Con objeto de comprobar si... se efectuaron los siguientes... — A la luz de los resultados obtenidos cabe afirmar... — No cree el firmante que... — En el estado actual de los conocimientos no es posible... — Con las técnicas disponibles no ha sido posible... En particular, las dos últimas frases pueden servirnos para adornar nuestra ignorancia en puntos cuya piadosa omisión (siempre preferible) nos parezca imposible o deshonesta. Según el grado de certeza sobre un asunto en el que debamos reseñar también la zona de sombra, nos convendrá construir la frase colocando: a) primero la duda y después la afirmación, si nos conviene destacar ésta; o b) primero la afirmación y después la duda, si preferimos subrayar la duda ya que, como es sabido, lo último que se lee o escucha de cada frase es lo que más queda latente en el ánimo del lector. Por ejernplo: a) Aún cuando no puede descartarse que..., la causa principal debe asignarse a... b) La causa principal debe asignarse a..., aún cuando no puede descartarse que... Finalmente, y recordando las enseñanzas de la lógica formal, observemos que cuando hay dos contrarios aparentemente excluyentes, A y B, suele convenir más negar B que afirmar A, ya que de este modo la gama intermedia de grises queda a nuestro favor. Si además introducimos algún adjetivo de por medio, la cuestión puede alcanzar tantos matices como nos parezca necesario. Considérense, a título de ejemplo, estas dos frases: A) «es una fisura típica del estado plástico», y B) «no es una fisura típica del estado endurecido», y repárese en que, con la frase B, estamos amparando estas tres posibilidades: que sea una fisura del estado plástico, típica o no; y que sea una fisura no típica del estado endurecido. 4. PATOLOGIA EN LAS ESTRUCTURAS DE H° A°: 4.1. Durabilidad del H° A°: Concepto de Durabilidad: Durabilidad: es la aptitud de un material de mantener su desempeño y propiedades a lo largo de tiempo. Es una interrelación entre el material y el medio ambiente. Relación entre el comportamiento del hormigón y vida útil. En las dos figuras se representa la interrelación entre los principales factores que afectan a la durabilidad. En la misma se puede observar que el transporte combinado de calor, humedad y sustancias químicas a través de la masa de hormigón y el intercambio con el exterior, así como los parámetros que controlan estos mecanismos de transporte, constituyen los elementos principales de la durabilidad. Estructura porosa del hormigón La permeabilidad esta decisivamente influida por la estructura porosa de la pasta de cemento. Dos parámetros relacionados con el transporte de sustancias en el interior de los poros de los materiales de construcción: *porosidad fundamental *distribución del tamaño de los poros. *La porosidad fundamental eta relacionada con los poros interconectados a través de los cuales es posible el transporte de líquidos o gases y/o el intercambio de sustancias disueltas. Representa el máximo contenido reversible en agua que, en el caso de la pasta del cemento, es del orden de un 20% a un 30%. *La distribución del tamaño de los poros influye particularmente sobre el tipo y velocidad del mecanismo de transporte y sobre los mecanismos de fijación en relación con el agua. El tamaño de los poros de la pasta de cemento abarca un rango de varios ordenes de magnitud, lo que permite clasificarlos, según su origen y características poros de compactación, poros de aire ocluido, poros capilares y poros de gel. La absorción (succión) y la adsorción capilar La adsorción es un proceso por el cual átomos, iones o moléculas de gases, líquidos o sólidos disueltos son atrapados o retenidos en una superficie, en contraposición a la absorción, que es un fenómeno de volumen. Ataques físicos al hormigón • CICLO HIELO DESHIELO: es un evento de congelamiento y posterior deshielo del agua contenida en el hormigón o mortero endurecido en un período de tiempo determinado. La exposición a este ciclo es una solicitación severa a la durabilidad de la estructura, ya que el efecto cíclico de congelamiento y deshielo del agua en su interior puede destruirla. Al congelarse el agua, su volumen aumenta aproximadamente un 10% y esto genera presiones en el interior de los poros del hormigón. Dicha presión causa la ruptura del material acrecentando microfisuras existentes y creando otras nuevas. Con el deshielo el agua se trasladaría a estas nuevas microfisuras. Y por el mismo proceso, una posterior congelación causaría nuevo daño en las zonas debilitadas, registrándose un deterioro acumulativo que puede resultar en la destrucción parcial o total de la estructura. • EROSIONES: – ABRASIÓN: es el desgaste de la superficie del hormigón. Se debe a la acción de pulido de agentes como; el tráfico peatonal, las ruedas de vehículo, impacto o deslizamiento de materiales o por acción del agua que circula a gran velocidad – CAVITACIÓN: un cambio de geometría en una superficie donde circula agua a gran velocidad, hace que el flujo se separe de las paredes creando vacios con bajas presiones. Si la presión estática de la corriente de agua llega a ser menor que la presión de vapor, se forman burbujas de vapor de agua en esa zona. Si estas burbujas llegan a zonas de vapor, donde la presión estática supera la presión de vapor estas burbujas se condensan y estallan bruscamente generando en la estructuras deterioros en forma de picaduras y roturas superficiales. Ataques químicos al hormigón • LIXIVIACIONES: (ácidos y aguas puras): ocurre por la acción de aguas puras, carbónicas agresivas y acidas que disuelven y transportan compuestos hidratados desde el interior de la pasta de cemento. Si el agua pasa a través de fisuras, también puede erosionar el hormigón en su interior. Síntomas - Superficie arenosa o con agregados expuestos sin la pasta. - Eflorescencias de carbonato. - Elevada retención de humus. - Riesgo de desarrollo de hongos y bacterias. Consecuencias - Reducción del pH del estrato acuoso de los poros superficiales del hormigón - Riesgo de despasivacion de la armadura o acero de refuerzo • EXPANSIONES: -Sulfatos: agua y suelos que contengan sulfatos, dando origen a reacciones expansivas y deletéreas con la pasta de cemento hidratado. Síntomas - Superficie con fisuras aleatorias. - Exfoliación y reducción de la dureza y resistencia superficial del hormigón. - Reducción del ph del estrato acuoso de los poros superficies, colocando en riesgo la armadura. -RAA: como el ópalo, la calcedonia, las sílices amorfas y ciertos calcáreos, incluso los silicatos hidratados del cemento pueden reaccionar. Para que esta reacción venga a ser significativamente deletéreas es necesaria la presencia de humedad elevada. Síntomas - Es una expansión general de la masa de hormigón con fisuras superficiales, profundas y aleatorias en el caso de masa continua, y ordenadas en el caso de estructuras delgadas. • REACCIÓN DE INTERCAMBIO IÓNICO: (Sales de magnesio – nitritos y nitratos – amoniacos): se trata de un ataque químico al hormigón donde se forman sales solubles que reducen la alcalinidad lo que ocasiona perdida de resistencia, con síntomas como eflorescencias, disolución de pasta o desprendimiento de masa de hormigón. La reacción: Acido + Compuesto cálcico (base) -- Sal cálcica + agua. Se produce cuando el hormigón entra en contacto con: - Aguas con productos orgánicos en descomposición - Aguas con contenido disuelto de CO2 Aguas con contenido en pirita (sulfuro de hierro) Aguas con sulfuros Aguas con contenido de óxidos de azufre (lluvia acida) Importancia de la relación A/C 4. DURABILIDAD DE LAS ESTRUCTURAS DE H° A° LA MADERA: 4.2 ANALISIS DE LOS SINTOMAS DE FALLAS EN LAS ESTRUCTURAS DE HORMIGON Y HORMIGON ARMADO. LAS FISURAS: LOS SÍNTOMAS EN LAS ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN PUEDEN SER: - Manchas - Exfoliaciones - Descascaramientos - Coqueras - Eflorescencias: El agua atraviesa la estructura y arrastra el hidróxido cálcico hacia la superficie que se convierte en carbonato cálcico en presencia del aire y genera las eflorescencias que no le afectan mecánicamente al hormigón sino que al contrario aumenta su resistencia porque muchos poros se van a ir cerrando con la piedra caliza (un ensayo esclerométrico va dar una resistencia mucho mayor que en un hormigón no carbonatado). Lo que se produce es una disminución del pH que favorece la aparición de la corrosión debido a la despasivación del acero. - Decoloraciones Fisuras: Las fisuras son una indicación de que algo está funcionando mal, no esta funcionando como se esperaba, es un síntoma, no necesariamente significa que lo que pasa sea grave ni mucho menos que la estructura debe ser demolida. Indica una caída del desempeño (lo que esperamos de una estructura). Humedad, oxigeno y comida: pueden favorecer la creación de colonias de micro organismos Las fisuras son uno de los síntomas mas comunes en las estructuras de hormigón, una viga sometida a flexión convive con las fisuras solo que son imperceptibles para el ojo humano ya que fueron diseñadas con ese fin. Con varillas lisas que tienen pocas adherencias aparecen menos fisuras pero mas visibles. Existen otros tipos de fisuras aparte de las que no se ven, como las producidas por corrosión por ejemplo que son longitudinales y siguen el trazado de la armadura, lo que indica que la corrosión produjo un hinchamiento de las mismas, en algunos casos se puede producir el desprendimiento total del recubrimiento. Si la sección es pequeña y las armaduras están muy juntas se expulsa de una sola vez todo el recubrimiento. Si las armaduras están separadas y las secciones son mas anchas lo que va ocurrir es que el recubrimiento va ser expulsado de forma localizada cerca de las armaduras. Las roturas o fracturas ya son situaciones extremas que tienen que ver con el impacto brusco sobre la estructura del hormigón. Las fisuras no siempre son peligrosas pero siempre tendrán una implicancia a mediano o largo plazo aunque sea en la durabilidad de la estructura aunque mecánicamente no represente peligro. La importancia de diagnosticar bien radica en que si no diagnosticamos bien nuestras probabilidades de éxito son aleatorias, al contrario de lo que se busca que es mayor probabilidad de éxito y menor probabilidad de falla dentro de ciertos límites que nos marcan la economía. Y esto pasa por diagnosticar bien. Ver que pasa si la fisura se mueve, si está estática, si es vieja si es nueva, que forma tiene. Desde ese punto se puede empezar a determinar la causa de la fisura, determinar su peligrosidad, a predecir el comportamiento de la estructura, definir si es necesario y económicamente rentable reparar o no y los métodos de reparación. EL DIAGNOSITO COMPRENDE Determinar el origen: Implica más responsabilidad civil y penal en todo caso porque es para saber si fue una falla en el proyecto o en el diseño o en la planificación, construcción o mantenimiento. SABER DONDE SE COMETIÓ EL ERROR. Determinar las causas: Pueden ser varias internas y externas a la estructura. Los agentes causadores son las causas específicas el viento la temperatura la humedad etc. Mecanismo de falla: ES COMO SE PRODUCE LA FALLA Si es un problema de resistencia de material, problema físico, químico, biológico o combinación de ellos. LA METODOLOGÍA PARA EL DIAGNOSTICO consiste en 4 pasos: *Levantar los datos: (ir, mirar, medir, usar los sentidos, sacar muestras, medir) *Antecedentes: (Preguntar, libro de obra, memoria de cálculo, planos aprobados) *Análisis: Trabajo técnico interviene los conocimientos, las experiencias, plantear hipótesis y demostrarlas si se puede. *Diagnóstico: Esto ocurrió debido a errores en tal etapa, en conjunto con los factores internos/externos produjeron tal falla y si no se repara el pronóstico es este EL LEVANTAMIENTO DE DATOS EN EL CASO DE LAS FISURAS: tiene que ver con las propiedades de la fisura: Geometría: - Trazado, espesor, profundidad - Ligado a armaduras activas o pasivas o no - Relación con la geometría del elemento (paralelo perpendicular etc.) Trazado: -Intergranular, transgranular. -Limpia (el Ho ya tenía resistencia) o sucia (no tenía resistencia) Proporción de granos rodeados Aparición: Evolución: Ubicación: Origen: -Antes, durante, después del fraguado/1er endurecimiento -Antes, después de acabada la obra/ Puesta en servicio - Día y hora de la primera aparición (si es posible) -Fisura activa (viva) o pasiva (muerta). -Variaciones de: anchura, longitud. -Tipo de elemento, orientación solar. El que causa preocupación es el pilar Ej. Fisura longitudinal en el medio aplastamiento, fisuras en la cara lateral en el medio pandeo. El pilar trabaja a compresión y es difícil que te avise con anticipación. -Comparación con elementos análogos -Ritmo general de la obra -Ritmo de abastecimiento de: Cemento, otros componentes, hormigón. -Ambiente exterior -Mecánico: (estático/dinámico) -Físico -Químico. ANTECEDENTES: Memoria de cálculo, planos de encofrado, plano de armadura, libro de obra y otras fuentes de información ANÁLISIS EN EL CASO DE LAS FISURAS IMPLICA: a.) Conocimiento de la tipología de la fisura: como son las fisuras del estado plástico y del estado endurecido. 1. Fisuras de estado plástico: Aparece cuando la pasta de hormigón todavía no se encuentra en estado sólido -Afogarado o desecación superficial: Se pierde agua muy rápidamente en la superficie de hormigón entonces tiende a retraerse pero la parte de abajo no la pierde entonces se producen esfuerzos de tracción. Tienen forma de pata de gallina aparecen componentes verticales (mapeado). Este tipo de fisuras no tiene remedio sino prevención. Se puede prevenir con un buen curado o evitando las condiciones climatológicas desfavorables (Viento (el peor), altas temperaturas, humedad relativa baja). -Fisuras por asentamiento plástico de la masa fresca de hormigón: Si el hormigón tiene un espesor grande, granulometría de áridos muy pequeña o tiene obstáculos para el asentamiento de la masa. Si el recubrimiento es pequeño y los áridos son muy gruesos se pueden trancar entre las armaduras y aparecen fisuras que siguen la línea de los estribos se pueden distinguir de las de corrosión ya que éstas serian con manchas y las fisuras por asentamiento son limpias. Pueden aparecer en prefabricados con paredes muy pequeñas y en losas recién cargadas en uniones con vigas. 2. Fisuras de estado endurecido: -Fisuras por retracción hidráulica: Deja de ser un problema superficial como la retracción plástica. El hormigón pierde agua y tiende a disminuir el volumen pero su condición estructural y las armaduras impiden que el hormigón se encoja. Esta fisura puede demorar hasta años todo dependiendo del clima, las fisuras cortan toda la sección. Si no hay restricción no hay fisura. El tipo de las fisuras depende de la disposición de la armadura. Las fisuras no son peligrosas desde el punto de vista mecánico pero si puede afectar la durabilidad. -Fisura por contracción térmica: Retracción y caída brusca de temperatura son las peores condiciones para un pavimento hubo casos de aberturas de hasta 1cm. Entre 12hs y 36hs es la peor hora ya que el hormigón tiene poca resistencia a la tracción. En el estado endurecido lo que se produce son deformaciones pero estas están coartadas por el rozamiento o por vigas, pilares, etc. Se controla por medio de juntas de dilatación por ejemplo. -Fisuras causadas por las expansiones: Las expansiones pueden ser de 3 tipos: Físicas: Congelamiento de la masa de agua dentro del hormigón que produce expansión. -Químicas: *Reacción por sulfato: puede llegar a 223% de expansión del volumen inicial. *Reacción árido-álcali: puede aumentar 30% aproximadamente su volumen inicial. Ambas producen fisuras tipo mapeado, la diferencia visual entre ambas es que en la reacción árido álcali se produce un gel que sangra hacia el exterior y se contamina con el aire formando manchas. La reacción entre el sulfato y el aluminato produce un mineral llamado sulfoaluminato tricálcico llamado estringita cristales en forma de aguja que chupan agua y van creciendo. En ambos casos debe existir agua que es el que le hincha. -Fisuras debido a esfuerzos mecánicos: -Flexión: Varias fisuras paralelas perpendiculares al eje de la pieza que empiezan en la parte inferior y va subiendo hasta la línea neutra. -Tracción: Fisuras paralelas perpendiculares al eje. -Corte: Fisuras inclinadas -Torsión Produce fisuras helicoidales. Se absorben con estribos. -Adherencia: Cuando no tiene suficiente longitud de anclaje -Empalme inadecuado: -Cargas concentradas: b.) Cronología de la fisura: Cuando aparece la fisura también es útil para determinar el tipo de fisura: Las fisuras por cargas por ejemplo pueden aparecer desde el momento en que la estructura entra en carga, es decir al quitar el encofrado hasta toda la vida de la estructura. Reacción árido-álcali: Lleva mucho tiempo, puede tardar hasta 20 años en aparecer. Corrosión: puede aparecer a los 1 año, depende de la carbonatación. Retracción por secado: Entre un mes dos meses hasta varios años 6 inclusive. Contracción térmica inicial: Entre 1 día y un mes Retracción Plástica: Después de cargar 1hr Asentamiento plástico: Automáticamente después de cargar. PRONOSTICO: Predecir en cierta medida lo que puede llegar a pasar. Suponer lo que va ocurrir en base a determinadas hipótesis. EL pronóstico sirve para tomar decisiones (Saber si es necesario gastar en la reparación y que resultados voy a tener) EL PRONOSTICO DEFINE LA DECISION y ahí juega la economía, el tiempo, los materiales, etc. INTERVENCIONES EN FISURAS: -INYECCIONES: Puede ser para fisura activa o pasiva. 1. Inyecciones cementíceas: Solamente en fisuras pasivas ya que si la inyecto en activas se me va volver a fisurar, la abertura de la fisura debe ser mayor a 0.2mm para que pueda penetrar bien, debe contar con aditivos expansores para que rellene la fisura y no se contraiga posteriormente, otro aditivo debe ser el fluidificante para que pueda penetrar y no se formen grumos. 2. Inyecciones para detener el paso de agua: -Espumas de poliuretano hidroactivada: para fisuras pasivas. Es un líquido que se inyecta y en contacto con agua se forma una espuma que se expande. -Geles de poliuretano bicomponentes: Utilizados en fisuras activas ya que son capaces de absorber ciertos movimientos. -Geles acrílicos de bajísima viscosidad: Geles flexibles prácticamente en forma de agua. 3. Inyecciones para reparaciones o reconstituciones estructurales epoxi bicomponente. 4. Sellado de juntas: para fisuras activas con masillas elásticas llevan un imprimante, se debe poner un corta adherencia porque no tiene que trabajar adherido a ambos lados, el ancho es función de la deformación admisible del material y el factor de forma depende de la elasticidad del material. Cuando la fisura es irreversible y se produjo durante el proceso de la obra se puede co FISURAS DE AFOGARADO Surgen por causa de desecación superficial del hormigón cuando el cemento aún no ha terminado de fraguar y endurecer. Al existir una pérdida de agua por evaporación, el efecto de contracción es muy marcado y aparece la fisura. Se presentan casi siempre en superficies horizontales. A mayor superficie de exposición y menor espesor del elemento, corresponde una mayor probabilidad de que ocurra el fenómeno. Las fisuras tienden a cortarse en ángulos rectos, debido a que la superficie del hormigón se encuentra sometida a equitracciones. Al surgir la fisura, la tracción que le es normal queda anulada pero se mantiene la que es paralela, a cual puede originar una nueva fisura perpendicular a la anterior. De lo dicho anteriormente si dos fisuras se cortan según un ángulo muy agudo al menos una no es de afogaradoretracción. Con elementos de gran espesor, las fisuras pueden aparecer siguiendo direcciones que han sido preferentes durante el hormigonado. Ej: Pavimento de hormigón en el que aparecen fisuras de afogarado paralelas al eje de la carretera, es decir, en la dirección de hormigonado. NIDO DE FISURAS: Aparece en aquellas zonas donde por cualquier causa, se ha producido una concentración de pasta rica en cemento y sin árido grueso, la cual se seca antes y retrae mas que el resto del hormigón. Aparecen en las primeras horas (1-2-4-10 horas), casi siempre en grupo. Tienen una profundidad del orden de 10 a 40mm pudiendo alcanzar los 100mm e incluso atravesar todo el espesor en losas delgadas. Aparecen casi siempre en tiempo seco, con sol directo y/o con viento, incluso débil pero pueden aparecer también en tiempo frío y húmedo. No tienen el aspecto de una rotura limpia Nunca atraviesan las piedras sino que las rodea (intergranular) Se forman cuando el hormigón es aún plástico y no se ha desarrollado totalmente la adherencia árido pasta. Las fisuras de afogarado vienen favorecidas por: empleo de grandes dosis de cemento, elevadas relaciones a/c, cementos molidos demasiado finamente y de mezcla muy ricas en finos. FISURAS DE EXUDACIÓN Al colocar la masa fresca de hormigón las partículas gruesas comienzan a asentar lentamente provocándose una subida de agua hacia la superficie, parte de la cual se evapora, si la evaporación excede la exudación la superficie del hormigón queda sometida a tracción. Está relacionado con la formación de fisuras de afogarado. La rapidez de la evaporación influye decisivamente en el fenómeno incluso en tiempo frío, puede ser grande aun con humedad ambiente elevada, si el hormigón está caliente. De ahí la conveniencia de colocar el hormigón lo mas frío posible en tiempo caluroso y de no sobrecalentarlo en tiempo frío. OTRAS FISURAS EN ESTADO PLASTICO Además de las de afogarado pueden surgir otras fisuras antes que el hormigón haya endurecido como consecuencia de asientos cedimientos de encofrados, movimiento de las armaduras, deslizamiento del hormigón en pendientes, etc. La probabilidad de fisuración por asiento aumenta en hormigones plásticos y blandos, siendo menor cuando se emplean mezclas secas. Fisuras en estado plástico debido a la coacción de las armaduras ante los asentamientos del hormigón fresco. Las tensiones de tracción generadas están influidos por: (1) La consistencia del hormigón (2) El diámetro de la barra y el recubrimiento libre. (3) A menor recubrimiento mayor tensión de tracción. Se recomienda utilizar un recubrimiento de 40mm aprox. para barras superiores. FISURAS DE RETRACCIÓN La retracción no es una fuerza impuesta sino una deformación impuesta al hormigón. La retracción produce tensiones de tracción en el hormigón si es que el elemento se encuentra coartado (libre acortamiento impedido). Las armaduras suponen impedimento interior al libre acortamiento del hormigón. En vigas muy armadas con recubrimiento grande, este puede fisurarse por retracción, dado el gradiente que existe entre la superficie libre (donde la retracción es máxima) y la armadura que impone su co acción al hormigón circundante. Favorece también el hecho habitual de que el recubrimiento es mucho mas rico en pasta que el interior de la pieza, a causa del vibrado del hormigón. Para que la magnitud de la retracción sea suficientemente grande como para provocar fisuras han de pasar días, semanas o meses. Estos largos periodos distinguen las fisuras de retracción a las de afogarado. En elementos superficiales las fisuras aparecen con trazado paralelo a las armaduras y son tanto mas numerosas, juntas y finas cuanto mayor es la cuantía y viceversa (tanto menos numerosas, mas separadas y gruesas cuanto menor es la cantidad de armaduras. Cuando las placas están coartadas en las dos direcciones principales, la fisuración suele presentarse a 45º junto a las esquinas. Las láminas no suelen fisurarse por retracción. Si aparecen fisuras estas siguen la trayectoria de las isostáticas de compresión. En hormigones muy ricos en pasta y con áridos de gran tamaño, pueden producirse fisuración interna de la pasta, por efecto de su retracción coartada por los granos gruesos. Aun cuando no lleguen a presentarse fisuras visibles siempre existirán tensiones internas que pueden provocar una disminución de la resistencia a la compresión y en algunos casos regresión (resistencia a los 28 días menor que a los 7) . Características distintivas de las fisuras de retracción Aparición retardada (semanas, meses, incluso años) Si hay varios elementos idénticos, las fisuras aparecen sólo en los ubicados en sitio seco, en elementos ejecutados en tiempo seco y caluroso o en fachadas orientadas a medio día. Juntas y finas en los elementos muy armados Separadas y anchas en los elementos poco armados Separaciones regulares, fisuras rectilíneas, sin ramificaciones Pequeña anchura, constante en todo su trazado Rápida estabilización de su anchura La probabilidad de fisuración por retracción está íntimamente ligada con la elongabilidad del hormigón que es la capacidad que tiene este material para alargarse cuando está sometido a un esfuerzo de tracción, antes de romper. El Ho rompe en tracción con una deformación et cuyo valor es: 0.01 a 0.015 % para cargas breves u 0.03 a 0.04 % para cargas de larga duración. El valor de et aumenta con la relación a/c, el mal curado, la juventud del hormigón, es decir se mueve en relación inversa a la resistencia. Cuanto peor es un hormigón, resulta ser más elongable, cuanto mejor es, mas resistencia tiene y también más fragilidad. Muchos hormigones “malos” no sufren fisuras por retracción Para evitar las fisuras por retracción Pueden disponerse juntas permanentes (muros, pavimentos) o temporales (presas, arcos) estas últimas se hormigonan después cuando las dos partes aisladas han experimentado la mayor parte de su retracción. La protección y el curado prolongado de superficies, especialmente en tiempo seco, es fundamental para disminuir la retracción en las primeras edades. Siempre es conveniente disponer de armaduras repartidas de pequeño diámetro en forma de malla superficial o armaduras de piel con objeto de disminuir las fisuras y disminuir su anchura. FISURAS DE ORIGEN TÉRMICO Originadas por las dilataciones o contracciones que experimentan los elementos de hormigón al variar la temperatura, sean en valor absoluto o diferenciales entre piezas conectadas mutuamente o entre zonas distintas de una misma pieza. El efecto es muy acusado cuando sopla viento frío por la noche Cuando se curan con agua fría las superficies calientes de una pieza Son de esperar fisuras superficiales cuando la temperatura ambiental difiere en mas de 20ºC de la del interior. En estas condiciones se han observado fisuras en zapatas de hasta 0.4mm de anchura llegando hasta el nivel de la armadura superior. FISURA POR CORROSION DE ARMADURA El volumen del óxido al formarse es una ocho veces mayor que el del metal que lo origina, lo que provoca fisuras y mas tarde, el desprendimiento del hormigón circundante. Las fisuras de corrosión tienen el mismo trazado que la armadura afectada tanto en pilares como en vigas, y es frecuente que aparezcan manchas de óxido según el mismo trazado. Por consiguiente una fisura paralela a las barras principales debe ser motivo de alarma. La mejor protección contra estos efectos es un recubrimiento bien compacto y de suficiente espesor. El recubrimiento influye en la durabilidad elevado al cubo, un recubrimiento doble proporciona una protección 8 veces más eficaz. Si el hormigón es poco compacto o poroso lo dicho no es aplicable ya que la eficacia del recubrimiento es prácticamente nula, cualquiera que sea su espesor. Si el fenómeno se detecta a tiempo, es posible salvar la estructura. Para ello debe actuarse en dos etapas (1) Detectar la causa que ha originado la corrosión y suprimirla (2) Eliminar los recubrimientos, sanear el hormigón dañado, cepillar bien las barras y reparar con un nuevo recubrimiento de base epoxídica. FISURAS POR EXPANSIONES EN EL HORMIGÓN Si la expansión es de carácter lineal, la fisura aparecerán con trayectorias lineales: es el caso de la corrosión del acero, efecto expansivo del agua al helarse dentro de los conductos de una viga postesada. Por el contrario, si se trata de una isoexpansión en la que no existen direcciones preferentes el aspecto será de fisuras en piel de cocodrilo cortándose más o menos a 90º. El origen de las expansiones puede ser variado: (1) Cemento expansivo (2) Ataque al hormigón de aguas con sulfatos (3) Áridos con sulfuros oxidables (4) Reacción árido álcali. FISURAS POR ACCION DE LAS CARGAS DEBIDO A TRACCIÓN Origina numerosas fisuras de trazado normal a las barras principales, atravesando, atravesando la sección de una parte a otra. Las fisuras se forman más o menos simultáneamente y suelen ubicarse en los lugares de emplazamiento de los estribos. Pueden ser originados debido a un efecto exterior inesperado (tal como un asiento de apoyo) COMPRESIÓN AXIL: Provoca diferentes formas de fisuración, según la esbeltez del elemento y el grado de coacción transversal que tenga en sus extremos. Si no existe rozamiento alguno la compresión pura ejercida sobre la pieza la rompe por formación de columnillas paralelas a la dirección del esfuerzo. Si hay rozamiento en las bases esto coarta la dilatación transversal. Con piezas esbeltas, intervienen nuevos factores tales como una posible heterogeneidad del hormigón a lo largo de la pieza, un reparto no uniforme de las compresiones, etc. Las fisuras finas y juntas en la cara de un soporte esbelto, a la mitad de su luz significa que se está cerca del pandeo del elemento. Las fisuras verticales en soportes son signo de catástrofe inminente por aplastamiento del hormigón. Si el soporte está zunchado, salta primero el recubrimiento y la pieza puede seguir resistiendo, pero con grandes deformaciones que no pueden ser seguidas por las vigas o losas ligadas a la cabeza del soporte. FLEXIÓN: La fisura se inicia en la armadura, progresa verticalmente hacia la fibra neutra y se incurva al final, buscando el punto de aplicación de la carga y deteniéndose al alcanzar la cabeza de compresión. Avisan con mucho tiempo. Las características principales de las fisuras de flexión son: -No afectan todo el canto sino que se detienen en la fibra neutra. -Aparecen siempre varias y bastante juntas, especialmente si el acero es de alta adherencia. -Aparecen bajo carga y desaparecen al retirar ésta. -Son perpendiculares al eje de la pieza y se inclinan luego más o menos según el valor del esfuerzo cortante. CORTE: La fisura puede comenzar en el alma, progresar hacia la armadura y llegar luego hasta la carga, dividiendo en dos partes la pieza. Este proceso puede ser muy rápido e incluso instantáneo, dependiendo de la cuantía de armadura transversal existente. Un anclaje insuficiente de los estribos puede causar la rotura de esquina Cuando el cortante es elevado, conviene que cada una de las barras longitudinales vaya envuelta por un estribo. Las barras levantadas son mucho menos eficaces que los estribos. Si van muy separados, ocasionan fuertes concentraciones de tensión en el codo, lo cual puede originar fisuras de hendimiento, especialmente se la disposición es asimétrica. TORISON: Su efecto produce fisuras a 45º que buzan en dirección opuesta en ambas caras de las vigas. ADHERENCIA Y ANCLAJE: Los fallos de adherencia y los de anclaje se manifiestan mediante fisuras localizadas, paralelas a las barras. Su diferencia con las fisuras de corrosión reside en que éstas son continuas y aquellas intermitentes. Los fallos de anclaje son extraordinariamente peligrosos. La barra se desfunda, deslizando y pierde toda su eficiencia. La rotura del elemento, por consiguiente, puede sobrevenir en cualquier momento. La lección es que conviene ser generosos en las longitudes de anclaje en fase de proyecto ya que en ellos radica la seguridad del elemento, además la rotura por anclaje tiene carácter súbito sin aviso. De ahí su peligrosidad. FISURAS POR ERRORES DE PROYECTO O EJECUCIÓN Fisuras a 45º por desgarramiento del hormigón en zonas de fuertes concentraciones de ganchos u otros tipos de anclaje de barras. Fisuras en carteles de vigas en T, en bordes de articulaciones, etc, con trazado paralelo a las isostáticas de compresión por armado insuficiente o trazado defectuoso de la armadura. Fisuras en ménsulas de apoyo mal concebidas en las que la viga degüella a la ménsula al entrar en carga y girar, ya que en lugar de un apoyo se tiene un empotramiento, con un cierto momento cuyo brazo es muy corto lo que significa que la fuerza sobre el voladizo es muy fuerte. Fisura en voladizos por caída o desplazamiento de la armadura principal durante el hormigonado. Fisurado por deformación de un elemento hasta valores no compatibles con los que admiten otros elementos fijados al primero. Fisuras verticales, muy peligrosas en soportes por falta de estribos, al haberse desplazado éstos durante el hormigonado. Lo mismo puede suceder en los nudos, por la caída u omisión de cercos Fisuras paralelas a las armaduras longitudinales de las vigas, por mala compactación del hormigón, por estar las barras exclusivamente juntas y no permitir el paso de la masa fresca, por defecto de desencofrado. Fisuras u otros desperfectos junto a las barras de montaje de vigas, si éstas son gruesas y no se han atado con cercos suficientemente próximos, lo que puede ocasionar un principio de pandeo de las armaduras. Fisuración del recubrimiento de una armadura continua de tracción junto a un paramento cóncavo (o de compresión junto a un convexo) por no ir despiezada la armadura adecuadamente o sujeta con cercos o estribos. ERRORES POR FERRALLA ACTUACIÓN EN CASOS DE FISURSIÓN VISIBLE No siempre es fácil ver una fisura. Una forma sencilla de acusarla es humedecer la superficie del hormigón con lo que la fisura absorbe agua por capilaridad y la retiene después de haber secado la superficie adyacente. Las fisuras menores de 2mm no necesitan reparación, la cual sería difícil con anchuras tan pequeñas. NUNCA DEBE REPARARSE UNA FISURA SIN HABER ESTUDIADO ANTES LA CAUSA QUE LA PRODUJO Y ESTAR SEGUROS DE QYE TAL CAUSA NO VOLVERA A ACTUAR DESPUES. Un dato que suele ser imprescindible para conocer la causa de una fisura y calificar su grado de peligrosidad es el de si la fisura está viva o no; es decir, si su anchura y longitud se van modificando con el tiempo o si por el contrario están prácticamente estabilizadas. Marcar con una cruz el extremo de la fisura para comprobar más tarde si ha progresado. Encajar la punta de una aguja en la hendidura que caerá si ésta se ensancha. Colocar un testigo entre los labios de la fisura. Si se emplea papel o tela fina es posible conocer no sólo los aumentos sino también las disminuciones de anchura, pero como ambos materiales son sensibles a la humedad pueden falsear los resultados. Colocar dos referencias fijas a ambos lados de la grieta, midiendo su distancia con precisión. Como referencia suelen colocarse dos plaquitas de metal con un rehundido central semiesférico. 4.3. CORROSION DEL HORMIGON Corrosión del acero en hormigón Corrosión La terminología de la ASTM define la corrosión como “la reacción química o electroquímica entre un material, usualmente un metal y su medio ambiente, que produce un deterioro del material y de sus propiedades”. Para el acero embebido en el concreto (hormigón), la corrosión da como resultado la formación de óxido que tiene 2 a 4 veces el volumen del acero original y la pérdida de sus óptimas propiedades mecánicas. La corrosión produce además descascaramiento y vacíos en la superficie del acero de refuerzo, reduciendo la capacidad resistente como resultado de la reducción de la sección transversal. Para que esto ocurra debe ocurrir una de las siguientes condiciones - Debe existir un electrolito - Debe existir una diferencia de potencial - Debe existir oxigeno Síntomas Entre los síntomas que podemos encontrar en estructuras con armaduras corroídas se pueden ver en algunos casos manchas en el hormigón, esto suele ocurrir cuando las armaduras están muy cercanas a la superficie. Posteriormente se presentan fisuras en la estructura, estas siguen la dirección de las armaduras correspondientes y luego ocurre el desprendimiento del hormigón de una forma puntual o longitudinal, dejando las armaduras próximas a la superficie sin protección, por lo que con el tiempo quedan recubiertas por una película de óxido que se manifiesta mediante la aparición de manchas en la zona afectada. Ya que con la corrosión la armadura incrementa su volumen de forma que debido a este fenómeno la armadura ejerce presión sobre el hormigón y este se desprende. Causas Durante la hidratación del cemento se libera hidróxido cálcico que otorga carácter básico al hormigón, situando al pH entre 12 y 13. Con estos valores de pH el acero de las armaduras se encuentra pasivado, es decir, recubierto con una capa de óxidos, compacta y continua, que lo mantiene protegido de la corrosión. Si bien existen varias causas que pueden dar lugar a la destrucción de la capa pasivante del acero, en la práctica los factores que promueven la corrosión electroquímica de las armaduras en el interior del hormigón son mayoritariamente la carbonatación y la presencia de cloruros, o ambos factores en conjunto, ayudados por el fisuramiento o la porosidad del hormigón que permite el paso hasta las armaduras de oxígeno, humedad y de diversos agresores del medio. CARBONATACIÓN Cuando el concreto se carbonata hasta el nivel de la barra de acero, el ambiente normalmente alcalino que protege el acero de la corrosión, es reemplazado por un ambiente más neutral. Bajo estas condiciones el acero no permanece pasivo y comienza una corrosión rápida. El ritmo de corrosión debido al recubrimiento de concreto carbonatado es más lento que la corrosión inducida por cloruros. Este tipo de patología bastante frecuente pone en peligro la solidez de los elementos afectados y necesita a menudo reparaciones costosas por la repetición de un gran número de elementos idénticos (fachadas, cornisas, etc). CORROSION INDUCIDA POR CLORUROS: Los iones cloruro pueden romper el estado pasivo en que se encuentran las armaduras dejando el acero sin protección, formándose un compuesto soluble, el cloruro ferroso (Fe2Cl), al entrar en contacto los cloruros con las armaduras. Una vez que se ha perdido la pasivación, el acero es susceptible de corroerse si están presentes todos los elementos necesarios: oxígeno y humedad. En ausencia de oxígeno o de humedad el proceso corrosivo no se produce, o es tan lento como para no alterar la vida útil del hormigón aún en presencia del ión cloruro, por ejemplo en hormigones permanentemente sumergidos donde la presencia del ión cloruro es elevada, el acero no se corroe debido a que el suministro de oxígeno es muy limitado. La presencia del ion cloruro en el hormigón puede darse por dos casos: 1) Ingreso en el momento de preparación de la mezcla: se puede evitar con un adecuado control de los componentes de la mezcla. Las situaciones más comunes son que los iones cloruro integren el agua de amasado de la mezcla, aparezcan en impurezas de los distintos constituyentes del hormigón o que formen parte de los aditivos empleados. 2) Ingreso durante la vida de servicio del hormigón: son situaciones típicas de hormigones salpicados por agua marina, o de hormigones en regiones frías, en donde se suelen utilizar cloruros para provocar el deshielo. En estos casos el ingreso del ión cloruro al hormigón está vinculado al transporte de fluidos en un medio poroso, que tiene lugar por cuatro mecanismos que son: succión capilar, difusión, permeabilidad y mecha (combinación entre succión y permeabilidad). El efecto de los cloruros sobre las armaduras se puede estimar mediante ensayos electroquímicos. Reparaciones 1. Analizar la seguridad del pilar y asegurar la estabilidad del mismo, apuntalando si es necesario las partes ás débiles. Hay que tener en cuenta que picar las cuatro esquinas de un pilar con armaduras oxidadas puede reducir su resistencia entre un 20 y un 40 %. 2. Delimitar la zona dañada, sobre la que hay que proceder al picado. Puede haber un margen de exceso de unos 10 ó 15 cm a ambos lados. 3. Retirar el hormigón dañado y descubrir las barras, de modo que se pueda proceder a su limpieza y a la eliminación de todo el óxido. 4. Puede procederse a aplicar sobre éstas una protección anticorrosiva y una capa de epoxipoliuretano elástico. Este absorberá futuras expansiones de las armaduras si suceden nuevas corrosiones, evitando de este modo que se rompan las esquinas reparadas. 5. Se puede optar por la aplicación de pinturas pasivantes y que además actúen cómo puente de adherencia con el mortero de reparación. 6. Ha de descubrirse toda la sección y longitud afectada por la oxidación, si se decide dar un tratamiento de protección a las armaduras. 7. En el caso de que quede una delgada capa de óxido que resulta imposible eliminar, el material de protección debe ser un estabilizante de es te óxido, consiguiendo con ello que la parte no atacada de la barra permanezca pasiva. 8. Dependiendo del tipo de mortero, la reparación de las zonas picadas debe hacerse en sucesivas capas, con espesores de 2 ó 3 mm si la zona a reponer es muy amplia; aunque también existen morteros que pueden llegar hasta los 50mm de espesor de una sola aplicación. 9. En último lugar es conveniente la aplicación de una pintura protectora anticarbonatación. Factores que aumentan el riesgo de corrosión La diferencia de tensión entre puntos de la armadura puede tener origen en varias causas, como - Solicitaciones mecánicas distintas en el acero que en el hormigón de regiones próximas al mismo componente estructural - Diferencia en la composición química y superficie del acero - Diferencia de aireación debida a mayor o menor compacidad y calidad del hormigón Factores que afectan a la corrosión Todos los procesos que afectan a la corrosión de las armaduras están mas o menos controlados por procesos de difusión: Carbonatacion: difusión del CO2 en los poros llenos de aire. Penetracion de cloruros: difusión de cloruros en los poros llenos de agua. Corrosion de armaduras: difusión del O2 en los poros llenos de aire. Por lo tanto el factor principal en relación con la corrosión y protección de armaduras es el recubrimiento del hormigón. AGRESIVIDAD DEL MEDIO AMBIENTE: El tipo, momento e intensidad en el que tienen lugar las interacciones entre el material de la estructura y el medio ambiente, dependen de las propiedades del material, especialmente de su permeabilidad, la tipología estructural elegida, la posición real de las armaduras y la naturaleza y agresividad del medio ambiente. Las condiciones atmosféricas o macro-clima tiene pequeña influencia en la durabilidad. Sin embargo el clima local alrededor de las estructuras (distancia en metros) o incluso el micro-clima (distancia en mm o cm) es el que ejerce una influencia decisiva en la durabilidad. *Ambiente suave: Interior de edificios, viviendas u oficinas. Condiciones en las que se alcanzan niveles altos de humedad relativa durante un corto periodo al año. Ej.: U.R>60% durante 3meses al año. *Ambiente moderado: Interior de edificios en los que la humedad es alta, o con riesgo temporal de existencia de vapores corrosivos. *Agua en movimiento: Ambientes rurales rigurosos o urbanos sin una alta condensación de gases agresivos. Suelos ordinarios *Ambiente severo: Líquidos con pequeñas cantidades de ácidos, ambientes salinos o aguas fuertemente oxigenadas. Gases corrosivos o suelos particularmente corrosivos. Ambientes corrosivos marítimos o industriales. LOS SIGUIENTES FACTORES EJERCEN UN PAPEL DOMINANTE EN LA AGRESIVIDAD DE UN AMBIENTE EN PARTICULAR: -Aporte de humedad: Todos los procesos de deterioro requieren agua, el factor principal es el estado de humedad en el hormigón y no en la atmosfera circundante. Bajo condiciones estacionarias será el mismo peo en circunstancias cambiantes el hormigón absorbe agua del ambiente más rápidamente que la que pierde y en consecuencia la humedad media interna tiende a ser superior a la humedad ambiente. -Presencia de sustancias agresivas en el agua: Dióxido de carbono: (necesario para la carbonatación). Oxígeno: (necesario para la corrosión). Cloruros: (promueven la corrosión). Ácidos: (disuelven el cemento). Sulfatos: (dan reacciones expansivas con el cemento) Alcalis: (dan reacciones expansivas con los áridos). -Temperatura: La influencia de la temperatura tiende a ser ignorada en las definiciones de agresividad, pero es muy importante ya que las reacciones químicas son aceleradas por el aumento de la temperatura. Un aumento de la temperatura de 10ºC dobla la velocidad de reacción. -Recubrimiento de hormigón: La aptitud del hormigón del recubrimiento para proteger las armaduras depende en gran medida de su baja permeabilidad a las sustancias agresivas en forma líquida o gaseosa. La permeabilidad está directamente relacionada con la relación a/c y depende además de la correcta ejecución y curado.
