35762562 Manual Rehabilitacion de Estructuras Hormigon Reparacion Refuerzo

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PROLOGOberoamrica posee una infraestructura que se est degradando a grandes pasos por efecto del medio ambiente, por diseo equivocado y detalles insuficientes, por problemas congnitos de supervisin ineficaz durante su construccin, por ausencia de mantenimiento y, principalmente, por la edad de las obras construidas hace aos y que vienen sirviendo a nuestra sociedad a lo largo del tiempo.Este no es un problema aislado de Iberoamrica, sino que tambin representa una importante inversin en los pases desarrollados en los ltimos 15 a 20 aos. Se trata de mantener el patrimonio construido, y adems hacerlo de forma consciente, econmica y durable. Las ltimas estadsticas demuestran que en Estados Unidos ms del 31% de la inversin total en construccin civil, es destinada a obras de rehabilitacin y no debe de ser diferente de otros pases aunque no se disponga, an, de estadsticas confiables. Por otra parte, dentro de las diversas materias de la materiales, estabilidad, patologa, la rehabilitacin quizs No se conoce el material adecuado, ni los mejores documentos normativos en cantidad y calidad suficientes por las tareas de mantenimiento y rehabilitacin. ingeniera tales como diseo, sea una de las ms retrasadas. procedimientos; tampoco hay para ayudar a los responsables

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La rehabilitacin de estructuras de hormign armado y protendido es una actividad compleja que exige un conocimiento profundo del comportamiento de los materiales y de las tcnicas ejecutivas. Realizar con suceso una reparacin, una proteccin o un refuerzo estructural representa, en general, un nuevo desafo para los ingenieros y arquitectos. Siendo la ingeniera una disciplina milenaria, mucho de la prctica constructiva en obras civiles resulta de la acumulacin de experiencias anteriores, en las cuales hubo un cierto suceso. Ocurre que esa experiencia anterior ha sido adquirida a travs de la observacin del comportamiento de obras nuevas, de obras en fase de construccin o de terminacin. Esa experiencia acumulada, sin embargo, no sirve para unir hormign viejo, endurecido o deteriorado a hormigones nuevos, para entender el proceso de proteccin de un inhibidor qumico de corrosin de armaduras, para ayudar en la unin de epxi a hormigones, para llenar vacos sin retraccin, para reforzar una viga a cortante, solo por citar algunas actividades tpicas de rehabilitacin de estructuras. Por otro lado, las actividades de operacin y mantenimiento de estructuras de hormign han sido relegadas a un segundo plano debido a una errnea presuncin de que los hormigones son eternos. Los currculos de las escuelas de ingeniera an son tmidos y la mayora no incluyen los conceptos y las prcticas bsicas de inspeccin, diagnstico, estudio de alternativas y proyecto de intervencin. Modelos de cuantificacin y previsin de vida til de estructuras vienen siendo introducidas en la normalizacin internacional a partir de la ltima dcada y an dejan mucho que desear. Sin experiencia anterior acumulada y sin una formacin acadmica slida y actualizada el resultado ha sido decepcionante; la durabilidad y desempeo de obras antiguas y nuevas y de las propias intervenciones en obras precozmente deterioradas han sido efmeras con costos elevados e intervenciones repetitivas y frecuentes. Esta situacin, que es mundial, ha causado aprehensin en los pases desarrollados y con mayor nmero de obras en edad avanzada. La Comunidad Europea y los Estados Unidos han destinado montos significativos de los recursos disponibles para investigacin en construccin civil al rea de patologa y rehabilitacin de estructuras. En los Estados Unidos es conocido el programa SHRP Strategic Highway Research Program promovido por la National Science Foundation despus del anlisis del NMAB-437 en el Report on Concrete Durability: A Multibillion-Dolar Opportunity publicado en 1987. De este informe han derivado expresivas inversiones en un plazo de ms de diez aos, reuniendo Universidades y Centros de Investigacin en la bsqueda de un correcto diagnstico de los problemas de deterioro natural y precoz de las estructuras de hormign para viabilizar soluciones seguras y durables. Tambin en Europa, ms recientemente, en el nuevo milenio, fue iniciada la European Thematic Network on Concrete Repair liderada por el BRE en Inglaterra, cuyo principal objetivo es introducir el concepto de desempeo y vida til como instrumento de

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evaluacin de las soluciones de intervencin, reuniendo varios centros de investigacin, el sector productivo y de consultora de diferentes pases europeos. La necesidad de unir esfuerzos, conocimientos y experiencias disponibles en centros de investigacin, de profesionales y tambin del sector productivo (fue a determinante) determin la formacin de la Red Rehabilitar, que dio inicio a sus trabajos en abril del 2000 en la ciudad de Santiago, Chile. En dicha ocasin reuni delegados representantes de varios pases Iberoamericanos que acordaron compartir sus conocimientos y experiencias para la elaboracin de un Manual de Rehabilitacin de Estructuras de Hormign con prcticas, materiales y condiciones propias y comunes a esos pases. Ese intercambio y reunin de forma organizada del conocimiento, ha sido sistemticamente realizado en los ltimos 4 aos a travs de encuentros anuales y plenarios de los delegados, reuniones parciales y mucho dialogo va Internet. Uno de los productos de ese conocimiento y trabajo realizado es este Manual. Para la transferencia del conocimiento, la Red Rehabilitar tambin ha realizado la formacin de profesionales y la divulgacin de actividades a travs de cursos, conferencias y la participacin en eventos nacionales e internacionales. Actividades de esa naturaleza fueron realizadas en los doce pases participantes involucrando alrededor de 521 participantes. Programas como el de la Red Rehabilitar, que apoya econmica, logstica, tcnica y cientficamente, hace posible acercamientos entre los diferentes pases contribuyendo sobremanera a: Conocer mejor el problema en las comunidades de los pases participantes La formacin de recursos humanos capacitados para hacer frente al problema La vinculacin con Asociaciones importantes, lderes en el tratamiento del problema para que, conjuntamente, lleguen sus resultados a los usuarios debidos Despertar inters y conciencia, con el peso y el prestigio de la Red y del CyTED, entre cuerpos colegiados, CONACYT, sector empresarial y sector gobierno. El trabajo presentado es resultado de la contribucin voluntaria de los mayores expertos Iberoamericanos en rehabilitacin de estructuras de hormign. Reunidos bajo el auspicio del importante CYTED, Programa Ibero Americano de Ciencia y Tecnologa para el Desarrollo, idealizado y gestionado por Espaa desde fines de la dcada de 80, con apoyo de las CONACYTs de todos los pases Iberoamericanos. Especialmente, en este caso la Red Rehabilitar Rehabilitacin de Estructuras de Hormign Reparacin, Refuerzo y Proteccin, tiene destacado aporte presupuestario del Consejo Superior de Investigacin Cientfica CSIC de Espaa y del Consejo Nacional de Desenvolvimiento Cientfico e Tecnolgico CNPq de Brasil. La Red Rehabilitar es parte del SubPrograma XV Corrosin e Impacto Ambiental sobre los Materiales, y se compone de 12 delegados representantes de Argentina, Bolivia, Brasil, Chile, Colombia, Cuba, Espaa, Mxico, Per, Portugal, Uruguay y Venezuela. Adems de esos responsables directos por la redaccin de este Manual, muchos otros expertos -ms de 50-, han intervenido y aportado su experiencia y conocimiento a travs de su participacin en las llamadas Redes Rehabilitar nacionales, que renen los expertos de cada pas con la intencin de difundir ese trabajo y a la vez, construirlo mejor. Este Manual, producto final de este grupo, ha logrado alcanzar el objetivo principal de esta Red Rehabilitar que fue transformar el conocimiento existente y disperso sobre materiales y tcnicas de intervencin en estructuras de hormign para correccin de problemas patolgicos, en un Manual prctico y objetivo que pueda ser utilizado por el medio tcnico de forma general e irrestricta. En este Manual, el profesional del rea puede encontrar la mayora de las respuestas a sus preguntas sobre qu acciones considerar en los trabajos de rehabilitacin; cmo elaborar un primer diagnstico de los problemas; que analizar para elegir la mejor solucin; cuales son los materiales y sistemas de rehabilitacin; como proceder para preparacin y limpieza del substrato; cuales son los procedimientos correctos de reparacin en general, de proteccin de armaduras y de refuerzo estructural; como presupuestar los trabajos; como implantar un sistema de control de calidad y criterios de recepcin. Finaliza presentando un glosario de trminos tcnicos y una relacin completa de publicaciones relacionadas al tema para facilitar la vida de aquellos que desean seguir profundizando sus conocimientos. Cada captulo presentado aqu pas por un proceso de arbitraje de fondo y de forma duro


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durante estos ltimos aos, en cada una de las reuniones plenarias y tambin por Internet. Aunque bajo un formato general en la escritura de los captulos, los autores han tenido la libertad de modificar su trabajo, de tal manera, que pudieran representar, de la mejor forma, su contribucin. La organizacin final del Manual ha sido trabajo y responsabilidad de este Coordinador y de la Arquitecta Fernanda Pereira que desde el principio de la Red Rehabilitar ha formateado las directrices de cmo deberan ser presentados los textos, las figuras, las fotos, los grficos, las tablas, an que no siempre respetadas por la mayora de los autores. Cada captulo es responsabilidad de sus autores en lo que respecta al contenido. La forma es de responsabilidad de los editores. Lo escrito en esos captulos tampoco representa necesariamente los puntos de vista de las Instituciones a que pertenecen los autores ni del CYTED y CMPC. Debido al carcter de difusin que tiene esta obra, los autores quedan en la libertad de publicar sus resultados usando otro formato (y) ya sea parcial o completo, siempre y cuando aparezcan los crditos correspondientes a esta fuente. De la misma forma, el uso correcto e inteligente de este Manual es un privilegio de los profesionales que lo utilicen, mientras su uso inadecuado y las consecuencias desastrosas de eso no son de responsabilidad de los autores ni de los editores. Agradecemos las contribuciones en crticas constructivas que puedan mejorar este trabajo y, en nombre de todos los miembros de la Red Rehabilitar, deseamos proficuas y duraderas rehabilitaciones. So Paulo, Septiembre de 2003

Paulo Helene Fernanda Pereira Editores


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Introduccin

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IntroduccinAutores Paulo Helene Enio Pazini Figueiredo

Desde los inicios del empleo del hormign armado, en mediados del siglo XIX, los edificios, las obras de arte, las carreteras, los canales, las presas y tantas otras construcciones civiles en hormign simple, armado o pretensado han resistido las ms variadas sobrecargas y acciones del medio ambiente. No obstante el hormign pudiera ser considerado un material prcticamente eterno siempre que reciba un mantenimiento sistemtico y programado - hay construcciones que presentan manifestaciones patolgicas de significativa intensidad e incidencia, acompaadas de elevados costos para su rehabilitacin. Siempre hay comprometimiento de los aspectos estticos y en la mayora de los casos, reduccin de la capacidad resistente, pudindose llegar en ciertas situaciones, al colapso parcial o total de la estructura. Ante estas manifestaciones patolgicas se observa en general una actitud inconsecuente, que conduce en unos casos a simples reparaciones superficiales, y en otros a demoliciones y refuerzos injustificados. Ninguno de los dos extremos es recomendable, principalmente con la existencia hoy en dia de conocimiento tecnolgico y gran cantidad de tcnicas y productos desarrollados especficamente para solucionar problemas patolgicos, conforme algunos ejemplos presentados en las fotos 1, 2, 3 y 4. Considerando el grado actual de conocimiento de los procesos y mecanismos destructivos que actan sobre las estructuras y considerando la gran evolucin tecnolgica experimentada en estos ltimos aos - con el desarrollo de equipos y tcnicas de observacin de las estructuras - es posible diagnosticar con xito la mayora de los problemas patolgicos. Este Manual de Reparacin, Refuerzo y Proteccin de las estructuras de hormign, fue elaborado voluntariamente, por los mayores expertos del tema en Ibero America, para servir de gua tcnica que proporcione la solucin a la mayora de los problemas que enfrentan los arquitectos e ingenieros en su trabajo de disear, construir, diagnosticar, supervisar y conservar las obras civiles, en definitiva, mantener el patrimonio construido en nuestros pases. No obstante, no pretende despreciar la importancia del especialista en patologa, que es quien formula el diagnstico correcto del problema - clave del xito de la rehabilitacin ni desea prescindir de los controles de calidad durante la ejecucin propiamente dicha, que deben ser efectuados por equipos multidisciplinarios de laboratorios de ensayos y controles. Eso significa decir que este Manual debe ser utilizado y consultado por profesionales responsables que conozcan del tema o se asesoren de expertos para efectivamente tener el mejor resultado en sus intervenciones en estructuras de hormign que necesiten mantenimiento, correcciones, refuerzos o protecciones al principio o a lo largo de su vida til.

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l hormign de cemento Portland ha probado ser el material de construccin mas adecuado para las estructuras, superando con grandes ventajas otras alternativas viables, coma madera, acero o albailera.


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Foto 1. Ruptura de columna de puente vial por corte debido a empuje ocasionado por deslizamiento de tierra (Curitiba, Paran, Brasil)

Para acertar un lenguaje merece la pena recordar que la Patologa puede ser definida como la parte de la Ingeniera que estudia los sntomas, los mecanismos, las causas y los orgenes de los defectos de las obras civiles, o sea, es el estudio de las partes que componen el diagnstico del problema. A la Terapia le corresponde el estudio de la correccin y la solucin de estos problemas patolgicos o incluso los debidos al envejecimiento natural. Para obtener xito en las medidas teraputicas, de correccin, reparacin, refuerzo o proteccin es necesario que no solo el estudio precedente, es decir el diagnstico de la cuestin, haya sido bien definido mas principalmente que se conozca muy bien las ventajas y las desventajas de materiales, sistemas y cada uno de los procedimientos de rehabilitacin de estructuras de hormign, pues a cada situacin particular hay una alternativa mejor de intervencin.

Foto 2. Corrosin de armaduras por cloruros en apoyo de puente rodoviario de hormign en zona martima (Recife, Pernambuco, Brasil)


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Foto 3. Intervencin inadecuada, en la cara inferior de losa, agravando aun ms el problema inicial Colector de Aguas Servidas y Pluviales (Montevideo, Uruguay)

Foto 4. Corrosin de cables galvanizados postensado en vigas longitudinales de la superestructura de puente vial (Maldonado, Uruguay)

Un diagnstico adecuado y completo ser aquel que esclarezca todos los aspectos del problema, o sea: Sntomas Los problemas patolgicos, salvo raras excepciones, presentan manifestaciones externas caractersticas, a partir de las cuales se puede deducir cual es la naturaleza, el origen y los mecanismos de los fenmenos involucrados, as como estimar sus probables consecuencias. Estos sntomas, tambin denominados lesiones, daos, defectos o manifestaciones patolgicas, pueden ser descritos y clasificados, orientando un primer diagnstico, a partir de detalladas y experimentadas observaciones visuales. El Captulo 2 de este manual, que presenta una gua para el diagnstico y correccin de los problemas, indica la correspondiente manifestacin tpica y especula sobre los posibles diagnsticos. Los sntomas ms comunes, de mayor incidencia en el hormign son las fisuras, las eflorescencias, las flechas excesivas, las manchas en el hormign arquitectnico, la corrosin de las armaduras, las oquedades superficiales o cucarachas del vertido, o sea segregacin de los materiales constituyentes del hormign. Conforme se presenta en la Figura 1, ciertas manifestaciones tienen elevada incidencia


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- como las manchas superficiales - sin embargo, desde el punto de vista de las consecuencias con relacin al comprometimiento estructural y al costo de correccin del problema, una fisura de flexin o la de corrosin de las armaduras pueden ser ms significativas y ms graves que otras. Mecanismo Todo problema patolgico, llamado en lenguaje jurdico de vicio oculto o vicio de construccin o dao oculto, ocurre a travs de un proceso, de un mecanismo. Por ejemplo: la corrosin de las armaduras en el hormign armado es un fenmeno de naturaleza electroqumica, que puede ser

7% 10% 22%

20% 21% 20%

1 2 3 4 5 6

- Degradacin qumica - Flechas - Oquedades - Corrosin de armaduras - Fisuras activas o pasivas - Manchas Superficiales

Figura 1. Distribucin relativa de la incidencia de las manifestaciones patolgicas en estructuras de hormign arquitectnico.

acelerado por la presencia de agentes agresivos externos, del ambiente, o internos, incorporados al hormign. Por ejemplo, para que la corrosin se manifieste es necesario que haya oxgeno (aire), humedad (agua), y el establecimiento de una clula de corrosin electroqumica (heterogeneidad de la estructura), que solamente ocurre despus de la despasivacin de la armadura conforme se presenta en la Figura 2.

Figura 2. Clula de corrosin electroqumica en el hormign armado

Conocer el mecanismo del problema es fundamental para una terapia adecuada. Es imprescindible saber por ejemplo, si es necesario limitar las sobrecargas o cimbrar la estructura antes o mismo durante l refuerzo de vigas cuando las fisuras son consecuencias, por ejemplo, del momento flector. En este caso no basta con la inyeccin de las fisuras, pues estas podran aparecer nuevamente en posiciones muy prximas a las iniciales. Origen


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El proceso de construccin y uso puede ser dividido en cinco grandes etapas: planeamiento, proyecto, fabricacin de materiales y elementos fuera de la obra, ejecucin propiamente dicha a pie de obra, y uso; esta ltima etapa ms larga en el tiempo, involucra la operacin y mantenimiento de las obras civiles conforme se presenta en la Figura 3. Si por un lado las cuatro primeras etapas representan un perodo de tiempo relativamente corto - en general menos de dos aos - por otro lado, las construcciones deben ser utilizadas durante perodos largos - en general ms de cincuenta aos para edificaciones y ms de doscientos para presas y obras de arte de importancia social.

Propietario Uso

SATISFACER AL USUARIO

Promotor Planos

ConstructorEjecucin

MaterialesFabricante de Materiales o Componentes Industrializadas

ProyectistaDiseo Ejecutivo

50 aosUso

+

+

2 aos

P r o d u c c i nFigura 3. Etapas de produccin y uso de las obras civiles

Los problemas patolgicos slo se manifiestan durante la construccin o despus de la ejecucin propiamente dicha, ltima etapa de la fase de produccin. Normalmente ocurren con mayor incidencia en la etapa de uso. Ciertos problemas como por ejemplo los resultantes de las reacciones lcali-rido, slo aparecen con intensidad despus de ms de seis aos. Hay casos de corrosin de armaduras en losas de entrepisos de apartamentos que se manifestaron intensamente inclusive con el colapso parcial, solamente despus de trece aos de uso del edificio. Un diagnstico adecuado del problema debe indicar en que etapa del proceso constructivo tuvo origen el fenmeno. Por ejemplo, una fisura de momento flector en vigas, tanto pudo ser por un diseo inadecuado, como por la calidad inferior del acero usado; tanto por la mala ejecucin con un hormign de resistencia inadecuada, como por la mala utilizacin que se hace del elemento, con la colocacin sobre la viga, de cargas mayores a las previstas inicialmente. Para cada origen del problema existe la terapia ms adecuada, aunque el fenmeno y los sntomas puedan ser los mismos. Cabe resaltar que la identificacin del origen del problema permite tambin identificar, para fines judiciales, quin cometi la falla. As, si el problema tuvo origen en la fase de proyecto, el proyectista fall; cuando el origen est en la calidad del material, fue el fabricante quien fall; si en la etapa de ejecucin, se trata de falla de la mano de obra y la fiscalizacin o la constructora fueron omisas; si en la etapa de uso, la falla es de operacin y manutencin. Un elevado porcentaje de las manifestaciones patolgicas tiene origen en las etapas de planeamiento y proyecto, como se muestra en la Figura 4. Las fallas de planeamiento y proyecto son en general ms graves que las fallas de calidad de los materiales o de mala ejecucin. Es siempre preferible invertir ms tiempo en el detallamiento del diseo de la estructura, que por falta de previsin, tomar decisiones apresuradas y adaptadas durante la ejecucin.


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4% 40%

10% 18%

Planeacin Uso Materiales Ejecucin Proyecto

28%Figura 4. Origen de los problemas patolgicos con relacin a las etapas de produccin y uso de las obras civiles

Causas Los agentes causantes de los problemas patolgicos pueden ser varios: cargas, variaciones de humedad, variaciones trmicas intrnsecas y extrnsecas al hormign, agentes biolgicos, incompatibilidad de materiales, agentes atmosfricos y otros. En el caso de una fisura en viga por la accin de momentos flectores, el agente causante es la carga - si no hubiera carga, no habra fisura - cualquiera que fuera el origen del problema. En el caso de fisuras verticales en vigas pueden ser los agentes causantes tanto las variaciones de humedad - retraccin hidrulica por falta de curado - como gradientes trmicos resultantes del calor de hidratacin del cemento, o movimientos trmicos resultantes de variaciones diarias y anuales de la temperatura ambiente. Evidentemente, a cada causa corresponder una terapia ms adecuada y ms duradera. Consecuencias y oportunidad de la intervencin Un buen diagnstico se completa con algunas consideraciones sobre las consecuencias del problema en el comportamiento general de la estructura, o sea, un pronstico de la cuestin. De forma general acostumbrase a separar las consideraciones en dos tipos: las que afectan las condiciones de seguridad de la estructura (asociadas al estado lmite ltimo) y las que componen las condiciones de higiene, esttica, etc., o sea, las denominadas condiciones de servicio y funcionamiento de la edificacin (asociadas a los estados lmites de utilizacin.

Foto 5. Rehabilitacin de estructura de hormign daada por corrosin de armadura carbonatacin (So Paulo, Brasil)

debido a la


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En general los problemas patolgicos son evolutivos y tienden a agravarse al transcurrir el tiempo, adems de arrastrar otros problemas asociados al problema inicial. Por ejemplo: una fisura de momento flector puede dar origen a la corrosin de las armaduras; flechas excesivas en vigas y losas pueden conducir a fisuras en paredes y deformaciones en pisos rgidos apoyados sobre elementos flexionados (vide fotos 5 y 6) Se puede afirmar que las correcciones sern ms durables, ms efectivas, ms fciles de ejecutar y mucho ms econmicas, cuanto antes fuera ejecutado la intervencin. La demostracin ms expresiva de esta afirmacin es la llamada ley de Sitter que prev los costos crecientes segn una progresin geomtrica.

Foto 6. Corrosin de armaduras por accin de cloruros en puente viario (Mongagua, Brasil)

Dividiendo las etapas constructivas y de uso en cuatro perodos, correspondientes al de diseo, al de ejecucin propiamente dicha, al del mantenimiento preventivo efectuado antes de los cinco primeros aos, y al del mantenimiento correctivo efectuado posterior al surgimiento de los problemas, a cada uno corresponder un costo que sigue una progresin geomtrica de razn cinco, conforme presentado en la Figura 5.

Figura 5. Ley de evolucin de los costos, ley de Sitter (Sitter, 1984 CEB RILEM)

Una interpretacin adecuada de cada uno de estos perodos o etapas de obra puede ser la que sigue: Proyecto: toda medida tomada en el mbito de diseo con el objetivo de aumentar la proteccin y durabilidad de la estructura, por ejemplo, aumentar el espesor del recubrimiento de la armadura, reducir la relacin agua / cemento del hormign, especificar tratamientos protectores superficiales, escoger detalles constructivos adecuados, especificar cementos, aditivos y adiciones con caractersticas especiales y otras, implica un costo que podemos asociar al nmero 1 (uno). Ejecucin: toda medida fuera del proyecto, tomada durante la ejecucin propiamente dicha, incluyendo en ese perodo la obra recin construida, implica un costo 5 (cinco) veces superior al costo que se hubiese ocasionado si esta medida hubiera sido tomada


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en el mbito de diseo, para lograr el mismo grado de proteccin y durabilidad de la estructura. Un ejemplo tpico sera la decisin en obra de reducir la relacin agua / cemento para aumentar la durabilidad del hormign y la proteccin de las armaduras. La misma medida tomada durante el proyecto permitira el redimensionamiento automtico de la estructura, considerando un hormign de resistencia a compresin ms elevada, de menor mdulo de deformacin, de menor deformacin lenta y de mayores resistencias a bajas edades. Estas nuevas caractersticas del hormign traeran la reduccin de las dimensiones de los elementos estructurales, ahorros en encofrados, reduccin de cuanta de acero, reduccin de volmenes y peso propio, etc. Esta medida tomada en obra, a pesar de ser eficaz y oportuna desde el punto de vista de la durabilidad, ya no propicia alteraciones que mejoren los elementos estructurales que fueron antes definidos en el diseo estructural y por lo tanto puede representar un costo 5 veces mayor. Mantenimiento preventivo: toda medida tomada con antelacin y previsin, durante el periodo de uso y mantenimiento de la estructura, puede ser asociada a un costo 5 (cinco) veces menor que aquel necesario para la correccin de los problemas generados a partir de una intervencin no prevista tomada ante una manifestacin explcita e irreversible de patologa. Al mismo tiempo estar asociada a un costo 25 (veinticinco) veces superior a aquel que habra ocasionado una decisin de proyecto para la obtencin del mismo grado de proteccin y durabilidad de la estructura. Como ejemplo puede ser citado la eliminacin del moho cido y la limpieza de la fachada, estucamiento y reestucamiento de las superficies a vista, pinturas con barnices hidrofugantes, renovacin y construccin de brise soleil, goteras, pretiles y otras medidas de proteccin. Mantenimiento correctivo: corresponde a los trabajos de diagnstico, pronstico, reparacin y proteccin de las estructuras que ya presentan manifestaciones patolgicas, o sea, correccin de problemas evidentes. A estas actividades se les puede asociar un costo 125 (ciento y veinticinco) veces superior al costo de las medidas que podran haber sido tomadas en el mbito de proyecto y que redundaran en un mismo grado de proteccin y durabilidad que se estime de la obra a partir de la correccin. Segn SITTER, colaborador del fib (CEB-FIP), autor de esta ley de costos tan ampliamente citada en bibliografas especficas del rea, aplazar una intervencin significa aumentar los costos directos en progresin geomtrica de razn 5 (cinco), lo que torna an ms actual el conocido refrn popular no dejes para maana lo que puedes hacer hoy, por cinco a ciento y veinte cinco veces menos. Terapia Las medidas teraputicas de correccin de los problemas pueden tanto incluir pequeas reparaciones localizadas, como una recuperacin generalizada de la estructura, o refuerzos de los cimientos, columnas, vigas o losas. Es siempre recomendable, que despus de cualquiera de las intervenciones citadas, sean tomadas medidas de proteccin de la estructura, con la implantacin de un programa de mantenimiento peridico. Este programa de mantenimiento debe tener en cuenta la vida til prevista, la agresividad de las condiciones ambientales de exposicin y la naturaleza de los materiales, y medidas protectoras adoptadas. Procedimiento La seleccin de los materiales y la tcnica de correccin a ser empleada depende del diagnstico del problema, de las caractersticas de la zona a ser corregida y de las exigencias de funcionamiento del elemento que va a ser objeto de la correccin. Por ejemplo: en los casos de los elementos estructurales que necesitan ser colocados en carga despus de algunas horas de la correccin puede ser necesario y conveniente, utilizar sistemas de base epoxi o polister. En los casos de plazos algo ms prolongados (das), pudiera ser conveniente utilizar morteros y grauting de base mineral, y en condiciones normales de solicitacin (despus de veintiocho das) los materiales podran ser morteros y hormigones correctamente dosificados (vide foto 7 y 8)


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Foto 7. Reparacin localizada en viga de fachada daada por corrosin de armadura debida a la carbonatacin (Mrida, Mxico)

Foto 8. Reparacin localizada en base de pilar daado por corrosin de armadura debida a cloruros(La Habana, Cuba)

PROYECTO O DISEO DETALLADO DE LA INTERVENCIN Se considera que el proyecto o el diseo detallado de una intervencin es la principal clave de suceso de una rehabilitacin de estructuras de hormign. A ttulo de ejemplo, un correcto diseo o proyecto detallado de intervencin debera considerar las siguientes etapas: 1 2 INTRODUCCIN SERVICIOS 2.1 Reparaciones localizadas ! ! ! ! ! Localizacin y definicin de las reas para muestreo Retiro de las armaduras de piel Escarificacin del hormign y delimitacin con disco de corte Limpieza de las armaduras Reconstitucin de la seccin de la estructura

2.2 Reparacin superficial ! Preparacin del substrato ! Acabado de la reparacin ! Curado 2.3 Reparacin profunda ! ! ! ! ! 3 Encofrado Saturacin del substrato Reconstitucin de la seccin Desmolde, retirada del encofrado y terminacin de la reparacin Curado

MATERIALES DE REPARACIN Y SISTEMAS DE PROTECCIN 3.1 Mortero de Reparacin ! ! ! ! Especificaciones tcnicas Control de recepcin Acopio Cuidados en el manejo, mezcla y preparacin

3.2 Graute ! ! ! ! 4 Especificaciones tcnicas Control de recepcin Acopio Cuidados en el manejo, mezcla y preparacin

EQUIPAMIENTOS 4.1 Disco de corte para hormign 4.2 Demoledor mecnico


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4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5

Chorro de agua Chorro de agua con arena Chorro de aire Pulverizador de agua Mezclador de mortero Mezclador de graute Pulverizador para hidrofugante

MANO DE OBRA 5.1 Distribucin de las etapas del servicio 5.2 Responsabilidades, cargo y calificacin de los profesionales ! Ingeniero ! Encargado General ! Encargado de los servicios ! Encargado de la escarificacin y preparacin del substrato ! Encargado de la terminacin de la reparacin ! Encargado del tratamiento superficial ! Encargado de la aplicacin del sistema de proteccin ! Encargado de los procedimientos especiales ! Tcnico ! Dems profesionales

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LICITACIN 6.1 Planilla de cuantitativos de los servicios 6.2 Elementos para licitacin

Servicios En esta seccin se presentan los tipos y las especificaciones para la realizacin de los servicios de reparacin localizada, tratamiento de fisuras, regularizacin de juntas y proteccin del hormign. Considerando el diagnstico y el pronstico de las manifestaciones patolgicas y las recomendaciones dadas en la primera fase de los trabajos, se define que: ! ! ! las reparaciones debido a las armaduras corrodas, a los nidos de hormigonado y desniveles, sern hechos localizadamente; las juntas de hormigonado sern desbastadas y reparadas, en caso necesario; el tratamiento y proteccin de toda la superficie aparente del hormign, ser especificado con el objetivo de impedir el acceso de dixido de carbono, oxigeno y agua, frenando el avance del frente de carbonatacin y dems factores responsables por el inicio y propagacin de la corrosin de la armadura y por la lixiviacin de la superficie; el tratamiento superficial y la proteccin del hormign aparente no debe alterar el aspecto visual de la edificacin

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Materiales de reparacin y sistema de proteccin En esta seccin son presentadas las caractersticas y propiedades bsicas de los materiales que deben ser empleados en los servicios de reparacin y proteccin. Podr ser empleado cualquier material dentro de aquellos disponibles en el mercado, a pesar que las caractersticas especificadas en este proyecto correspondan a productos ya consagrados por el medio tcnico y con eficacia comprobada en condiciones semejantes de aplicacin y exposicin. La calidad de los materiales y sistemas es de responsabilidad de los fabricantes y proveedores que deben garantirla formalmente. Para cada material y sistema son abordados los siguientes tpicos principales: ! Especificaciones tcnicas: Se hace una descripcin sucinta del material, presentando-se la composicin bsica y establecindose requisitos mnimos de caracterizacin y desempeo. Control de recepcin: Se definen los parmetros y ensayos para control de recepcin de los materiales, establecindose los criterios de aceptacin/devolucin, tamao de los lotes y formas de muestreo

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Acopio: Se indican los cuidados que deben ser tomados en el acopio de los materiales. Cuidados en el manejo, mezcla y preparacin: Son descriptos los procedimientos que deben ser tomados durante el manejo, mezcla y preparacin de los materiales, visando la obtencin de sus mejores caractersticas por la obediencia de los aspectos funcionales y de seguridad

equipamientos En este apartado se presentan los equipamientos bsicos necesarios para la ejecucin de los servicios de reparacin y proteccin de hormign armado. Se indica el uso y las principales caractersticas tcnicas requeridas para el adecuado empleo de los equipamientos. mano de obra En esta seccin se presenta una orientacin para distribucin de los equipos e calificacin de la mano de obra para la ejecucin de los servicios de reparacin y proteccin de las estructuras de concreto armado, teniendo como principales objetivos los de facilitar el control de ejecucin y garantizar la mayor calidad de los servicios. As como las responsabilidades del personal incluyendo la Fiscalizacin. licitacin En esta seccin se presentan subsidios bsicos para la elaboracin del Edital de Licitacin por el Interesado, siendo detalladas las planillas con las estimativas de los cuantitativos de los servicios de rehabilitacin de la estructura. CONTENIDO DE ESTE MANUAL En el Capitulo 1 se presentan, de forma ampla incluyendo los conceptos de durabilidad y vida til, el conjunto de las acciones que actan sobre las estructuras de hormign durante su existencia, considerando cargas y acciones ambientales. El Capitulo 2 fue organizado de forma tal que ayude en la elaboracin del diagnstico ante las manifestaciones patolgicas usuales, indicando tambin las alternativas mas adecuadas para la correccin de los problemas. Por tratarse de una orientacin general, evidentemente no fue posible analizar aspectos especficos de un determinado problema u obra, que debern ser tratados en sus particularidades por el experto responsable. El tema del Captulo 3 es la orientacin para la seleccin de la intervencin que provee las pautas ms importantes que deben de ser llevadas en cuenta durante la eleccin de una solucin. En el Capitulo 4 se presenta una descripcin general de la naturaleza de los principales materiales y sistemas utilizados en reparaciones, refuerzos y proteccin de estructuras de hormign. Al final se resumen los productos existentes, describindose sus caractersticas principales y usos recomendados, con el objetivo de auxiliar a los profesionales en la seleccin del producto o sistema mas adecuado para una determinada situacin. Cabe siempre recordar, que para un mismo problema patolgico puede haber ms de una solucin. Los procedimientos para la reparacin y limpieza del sustrato se presentan en el Capitulo 5. Se considera conveniente destacar la importancia de estos procedimientos, no-solo porque influyen en el proceso de la rehabilitacin, sino tambin porque muchas veces no son del conocimiento de los profesionales. En este captulo son descritos los procedimientos para la eliminacin de grasas, descontaminacin del sustrato, limpieza de placas metlicas o quema controlada de la superficie del hormign. En el Capitulo 6 se presentan los procedimientos usuales para reparar estructuras de hormign. Por razones didcticas las correcciones fueron presentadas considerndose apenas un problema patolgico. En la prctica, la recuperacin de una estructura deteriorada puede abarcar un nmero elevado de problemas y alternativas de soluciones, y por lo tanto, para encontrar la solucin adecuada ser necesario consultar varios puntos, conciliando de manera planificada e inteligente cada uno de los procedimientos indicados. En el Captulo 7 se presentan las alternativas posibles de intervencin en estructuras


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Introduccin

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daadas por corrosin de armaduras, discutindose las ventajas y desventajas de cada una de ellas. El Captulo 8 esta totalmente dedicado a presentar soluciones de refuerzo de estructuras de hormign, discutiendo en separado los refuerzos ms comunes a columnas, losas, vigas y paredes de hormign. El Capitulo 9 describe los mecanismos de degradacin de la superficie del hormign, la naturaleza y caracterstica de los principales productos que se utilizan para la proteccin de estas superficies, as coma las tcnicas de aplicacin y los parmetros para el mantenimiento preventivo y correctivo de las fachadas, pisos y dems superficies expuestas de hormign, el llamado hormign arquitectnico. Se presenta tambin una discusin terico-practica de como puede ser planificada una correccin de los problemas patolgicos derivados de la corrosin de las armaduras, que a su vez es actualmente, la manifestacin de mayor incidencia en las obras y sin duda, una de las ms costosas intervenciones en obras terminadas. En el Captulo 10 el especialista podr consultar la lista mas completa de composicin de precios unitarios de los 80 principales procedimientos de rehabilitacin de estructuras. Con esta contribucin la Red Rehabilitar espera estar contribuyendo para valorar y uniformizar los trabajos de rehabilitacin de estructuras a la vez que ayuda a todos a obtener una idea buena del presupuesto de una obra de rehabilitacin de estructuras de hormign. En el Captulo 11 se presentan los conceptos y la prctica con ejemplos de cmo implantar un sistema confiable de control de calidad en un servicio de rehabilitacin de estructuras de hormign. Considerando la deficiente cantidad y calidad de documentos normativos a respecto, se presentan tambin los criterios adecuados para recepcin de materiales, sistemas, servicios y trabajos de rehabilitacin de estructuras. El Captulo 12 presenta un primer esfuerzo de construccin de un glosario en el rea de diagnstico y rehabilitacin de estructuras de hormign. El Manual concluye, reafirmando la importancia de que en todas las intervenciones haya un proyecto o un diseo detallado de la solucin y presentando la bibliografa bsica recomendable para estudios de rehabilitacin de estructuras de hormign.


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Acciones sobre las Estructuras de Hormignn

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CAPTULO 01Acciones sobre las Estructuras de HormignnAutores Ral Husni Alejandra Bentez Anbal Manzelli Claudio Macchi Geraldine Charreau Jorge Risetto Luis Fernandez Luco Nstor Guitelman Walter Morris Introduccin

L

as acciones que actan sobre las estructuras son parmetros fundamentales a considerar en su diseo ya que inciden directamente en la Durabilidad, el Servicio, la Estabilidad y/o la Resistencia.

Por esta razn cuando nos encontramos frente a una deficiencia es esencial determinar la causa que la origina, muchas veces asociada a mas de una accin. Las acciones que actan sobre una estructura pueden ser de origen Externo (E) o Interno (I) a ella, las que, generaran fenmenos o procesos de tipo Fsico (F), Qumico (Q), Mecnico (M) o Biolgico (B) las que pueden afectar o limitar una o mas de las condiciones del comportamiento establecidas en el proyecto. Las Acciones Externas pueden dividirse en: a) Funcionales b) Ambientales Las Acciones Internas pueden dividirse en: c) Intrnsecas d) Inducidas o Impuestas a) Acciones Externas - Funcionales Son consecuencia de la existencia o del uso de la construccin y su manifestacin genrica son las cargas equivalentes que consideramos actuando sobre las estructuras. De acuerdo a su variacin en el tiempo las dividimos en Estticas o Dinmicas, en el primer caso consideramos que su variacin es suficientemente lenta como para no afectar el comportamiento de la estructura, en el segundo no y consecuentemente hay que tener en cuenta el efecto que produce su variacin. Las cargas estticas a su vez pueden ser:!


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Ejemplos tpicos: Las cargas constantes o permanentes son aquellas que actan generando fuerzas de aproximadamente igual magnitud durante toda la vida de la estructura, tales como el peso propio de la estructura y los elementos fijos adosados a ella, contrapisos, paredes, solados, cielorrasos. Como contrapartida las cargas variables son aquellas que pueden estar presentes o dejar de hacerlo pero siempre actuando aproximadamente en la misma posicin, tal el caso de las sobrecargas o cargas tiles de los edificios de vivienda, depsitos, oficinas, empuje de terrenos, presin hidrosttica. Las cargas mviles tambin pueden o no actuar sobre las estructuras, pero cuando lo hacen ocupan distintas posiciones en las estructuras como el caso los puente gra o los trenes de cargas ferroviarios. A su vez las cargas dinmicas pueden ser:!

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Instantneas

Las cargas dinmicas peridicas son aquellas que repiten, en intervalos regulares de tiempo, la intensidad y el sentido de la fuerza que generan, por ejemplo las mquinas rotativas. Las no peridicas precisamente se caracterizan por lo contrario y las cargas dinmicas instantneas son aquellas que se aplican en forma repentina como puede ser el impacto de un vehculo o el golpe de un martinete. Los fenmenos relevantes producidos por las aciones denominadas funcionales son en general de tipo mecnico, generando en la estructura solicitaciones, tensiones y deformaciones de distinto tipo, aunque adems pueden estar asociados a otros fenmenos de carcter, Fsico, Qumico o Biolgico. Casos tpicos de los fenmenos mecnicos son los que originan las cargas, las que en todas las variantes descriptas anteriormente actan sobre las estructuras. La combinacin con otro tipo de fenmenos de podra ser:!

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Fsico, el desgaste sobre la superficie que ocasiona la circulacin de personas, accin clasificada como cargas estticas variables, o de los vehculos, clasificada como carga esttica mvil. Qumico, la degradacin que se produce en el hormign como consecuencia de la presencia de lquidos almacenados (cargas) que contengan cidos. Biolgico, el ataque que sufre el hormign de una estructura destinada a transportar efluentes o contener abonos o materia orgnica en general.

b) Acciones Externas - Ambientales Las acciones ambientales sobre las estructuras de hormign estn bsicamente relacionadas con el entorno donde se encuentra implantada la construccin, slido, lquido o gaseoso y de su interaccin con el medio circundante.


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En algunos casos su accin es equivalente a una carga esttica tal el caso del empuje del suelo, del agua en reposo, de la nieve o de las rocas, en otros a una carga dinmica generada por movimiento del aire, en particular las rfagas de viento, o por el suelo, tal el caso de los sismos o del agua en movimiento como el caso de las olas. En estos casos la accin depende no solo del fenmeno que se presenta, sino tambin de las caractersticas de la estructura. De una u otra forma, cuando su accin se interpreta desde el punto de vista de las cargas, los fenmenos que se producen son del tipo mecnico, pero las acciones ambientales tienen adems una importancia singular por que originan otros fenmenos que afectan el comportamiento, la apariencia, la durabilidad y muchas veces hasta la capacidad portante de las estructuras. Veremos los siguientes ejemplos:! ! !

Fsicos: Variacin de temperatura, de humedad, Ciclos de congelamiento y deshielo, etc. Qumicos: Carbonatacin, lluvia cida, ciclos de humedecimiento y secado, corrosin, ataque de cidos, aguas blandas, residuos industriales, fuego, etc. Biolgico: Microorganismos, algas, suelos y/o aguas contaminados, etc.

Todas las acciones mencionadas deberan estar asociadas de acuerdo a su probabilidad de ocurrencia a las situaciones previstas en el diseo. En ambos casos, Aciones Funcionales o Ambientales, pueden ocurrir hechos no previstos o contemplados (Excepcionales o Accidentales) que en caso de actuar alteraran bruscamente el comportamiento de la estructura, tal el caso de explosiones, impacto de aviones, tornados, etc. Una situacin singular la constituyen las acciones que pueden generarse en la etapa constructiva de una estructura, las que muchas veces no son contempladas o especificadas adecuadamente en el proyecto. Casos tpicos son, para las estructuras que se construyen en el lugar, la remocin prematura de los puntales, y en las estructuras prefabricadas las solicitaciones que se generan durante el transporte y/o montaje. En ambos casos suelen aparecer deficiencias o fallas que no responden a la respuesta de la estructura ya terminada bajo la accin de las acciones funcionales o ambientales. Una situacin equivalente se presenta cuando, an habiendo proyectado y especificado correctamente la estructura para la vida til prefijada, se cometen luego errores durante la ejecucin que malogran el objetivo prefijado. Esto es particularmente frecuente y por esa razn analizaremos mas adelante alguno de los errores constructivos ms comunes y sus consecuencias. c) Acciones Internas - Intrnsecas Son cambios volumtricos que se manifiestan y que tienen caractersticas propias segn el tipo de hormign utilizado, contenido y tipo de cemento, cantidad de aire incorporado, cuantas y tipo de armaduras, etc. y/o del proceso de su formacin, curado, proteccin del viento, etc. los que de acuerdo a las restricciones internas o externas se traducen en esfuerzos o tensiones que pueden afectar la durabilidad y an a llegar a modificar el comportamiento de la estructura. Las manifestaciones tpicas son:! ! !

Asentamiento plstico Contraccin plstica Contraccin trmica inicial


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Contraccin por secado Reaccin lcali slice

d) Acciones Internas - Inducidas Son deformaciones impuestas, algunas con el objetivo de mejorar el comportamiento estructural, ya sea en relacin a su capacidad portante, la durabilidad o su condicin de servicio, por ejemplo cuando se emplean las tcnicas del pretensado o del postesado, en todas sus variantes externo, interno con o sin adherencia, otras se producen como consecuencia de movimientos en las fundaciones, fenmeno comnmente conocido como asentamiento del vnculo. En algunos casos las deformaciones aparecen como consecuencia del comportamiento reolgico del hormign que aumenta su deformacin en el tiempo bajo carga constante, fenmeno genricamente conocido como fluencia del material y que en el caso de las estructuras armadas adquiere especial significacin, por su comportamiento como conjunto estructural y como material compuesto. Consideraciones Generales Este es el esquema clasificacin de las acciones que pueden actuar en una estructura de hormign. De acuerdo a su probabilidad de ocurrencia y de la confiabilidad que se establece para la estructura se deber establecer un modelo de cargas equivalentes con sus correspondientes combinaciones y considerarse en el diseo. Las acciones, que por su baja probabilidad de ocurrencia no se tiene en cuenta en las verificaciones de los estados ltimos las agrupamos bajo la denominacin de accidentales o extraordinarias, las que de acuerdo a su magnitud pueden ocasionar graves daos a la estructura e incluso el colapso. Las acciones accidentales en general obedecen a causas naturales, por lo que podran considerarse dentro de las acciones ambientales, casos tpicos son los huracanes, las aludes, las inundaciones y los sismos de carcter extraordinario, fenmenos que en algunos casos se pueden predecir pero que en general son difciles de modelar y cuantificar. Por su naturaleza, las acciones extraordinarias en cambio son prcticamente impredecibles en el momento en que pueden actuar sobre una estructura, si es que alguna vez lo hacen en el lapso de su vida til, y difciles de establecer su accin equivalente. Ejemplos tpico son los impactos de aeronaves, las acciones de guerra, un ataque terrorista o las explosiones de distinto origen como ser por escape de gas, explosin de calderas etc. Queda claro que si bien puede establecerse una clasificacin primaria de las acciones, una misma accin puede responder a mas de un criterio de clasificacin y estar o no, comprendidas dentro de las acciones que tomamos en cuenta en el diseo. De hecho, por mltiples razones interesan particularmente analizar los fenmenos asociados a las acciones de mayor probabilidad de ocurrencia, que son los que en general se tienen en cuenta en el diseo. Muchas de las acciones son sencillas de evaluar, tal el caso de las cargas permanentes, otras estn en general normalizadas con valores en general diferentes segn los distintos pases, como las sobrecargas de uso, la accin equivalente del viento, de la nieve o del sismo. Asi mismo por razones obvias las acciones ambientales estn en relacin directa con el lugar de implantacin, y an mas, del microclima particular que se puede generar


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en circunstancias especficas. Ms all de los valores en s y de la gran cantidad de acciones posibles de actuar en una estructura, son varias las acciones de distinto origen que pueden originar deficiencias, fallas o degradaciones similares. Por ejemplo la que genera la contraccin por secado, considerada una accin Interna - Intrnseca, y una variacin trmica, considerada como accin Externa Ambiental.

Foto 1. Muestra el colapso parcial de una construccin como consecuencia de un atentado terrorista.

Habr que analizar detalles o singularidades que se presentan para individualizar a que fenmeno en particular corresponde a fin de conocer su origen y aplicar la medida correctiva adecuada. Por esta razn y a los efectos de facilitar la comprensin del problema patolgico y consecuentemente adoptar la solucin apropiada, agruparemos los fenmenos tpicos de acuerdo al origen de la accin o segn la similitud de la respuesta de la estructura. Fenmenos o problemas tpicos: 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Corrosin de armaduras Accin de las cargas exteriores. Procesos mecnicos Accin de los cambios de humedad y temperatura Acciones que generan desintegracin del concreto Acciones inducidas Fallas tpicas del proceso constructivo Accin Ssmica


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Foto 2. Muestra el colapso de un depsito como consecuencia de las sobrecargas excesivas.

1.1 Corrosin de ArmadurasLa corrosin de armaduras es un proceso electroqumico que provoca la degradacin (oxidacin) del acero en el hormign. Los factores que afectan a este fenmeno estn asociados fundamentalmente a las caractersticas del hormign, al medio ambiente y a la disposicin de las armaduras en los componentes estructurales afectados. Los daos causados por corrosin de armaduras generalmente se manifiestan a travs de fisuras en el hormign paralelas a la direccin de los refuerzos, delaminacin y/o desprendimientos del recubrimiento. En componentes estructurales que presentan un elevado contenido de humedad, los primeros sntomas de corrosin se evidencian por medio de manchas de xido en la superficie del hormign. En la Foto 1.1.1 se presentan distintos casos de estructurales afectados por corrosin de armaduras. Los daos por corrosin pueden afectar la capacidad portante de los componentes estructurales afectados, debidos fundamentalmente a la disminucin de seccin transversal de las armaduras, la prdida de adherencia entre el acero y el hormign y a la fisuracin de ste. As mismo, el progresivo deterioro de las estructuras por corrosin provoca desprendimientos de material que pueden comprometer la seguridad de personas. En la Figura 1.1.1 se muestran en forma esquemtica las fallas tpicas observadas en vigas afectadas por distintos niveles de deterioro por corrosin de armaduras. En la figura se presentan valores estimativas de disminucin de seccin transversal de armaduras () para los cuales sera factible observar este nivel de deterioro asumiendo un hormign de calidad estndar.


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a)

b)

c)

Foto 1.1.1 Daos en estructuras de hormign armado causados por corrosin. a) Corrosin por cloruros en fachada de edificio, b) Corrosin por carbonatacin en estructura de hormign armado, c) Corrosin por cloruros en pilote pretensado

1.1.1 El proceso de corrosin La corrosin es un proceso que ocurre en fase acuosa, en el caso del hormign armado, el fenmeno tiene lugar en la solucin existente en los poros interiores. El fenmeno se observa con frecuencia en hormigones de baja calidad, elaborados con altas relaciones agua cemento y por consiguiente que presentan elevada porosidad, as como en componentes estructurales afectados por humedad o ciclos de mojado.

Figura 1.1.1. Representacin esquemtica de las patologas tpicamente observadas en vigas de hormign armado afectadas por corrosin

La elevada alcalinidad que presenta la solucin de los poros del hormign (pH > 12/5) le provee al acero de un medio protector en el cual su velocidad de corrosin (VC) es prcticamente nula. Esta condicin se denomina pasividad siendo que los valores de VC de las armaduras son inferiores a 1 m/ao. El estado pasivo de las armaduras puede perderse debido fundamentalmente a la accin de dos mecanismos; ataque por cloruros y prdida de la alcalinidad en el hormign. 1.1.2 Ataque por cloruros La presencia de una concentracin crtica (Cc) de iones cloruro en contacto con la superficie de la armadura provoca la despasivacin del acero y la corrosin localizada de ste. El valor de Cc depende de diversos factores tales como: el pH, el contenido de aluminato triclcico (C3A) en el cemento y en casos del contenido de humedad en el hormign.


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El valor de contenido crtico de cloruros (expresado como cloruros totales o solubles en cido) generalmente adoptado en la prctica es Cc = 0.4 % en peso respecto del contenido de cemento en el hormign. El ingreso de los iones cloruros al interior del hormign puede deberse a la interaccin con el medio ambiente, al empleo de sales para el deshielo o a la utilizacin de aditivos y/o agregado conteniendo este tipo de iones durante la elaboracin del hormign. 1.1.3 Prdida de alcalinidad en el hormign La disminucin del pH en el hormign (pH 9), provoca la prdida de la pasividad del acero. Este proceso puede ocurrir como resultado de la lixiviacin de las sustancias alcalinas existentes en los poros del hormign o bien debido al proceso de carbonatacin. La carbonatacin ocurre como resultado de la reaccin qumica entre el hidrxido de calcio Ca(OH)2 y otros lcalis (Sodio y Potasio) presentes en la solucin de los poros con el dixido de carbono (CO2) atmosfrico. Como resultado de esta reaccin se forma carbonato de calcio (CaCO3) y se acidifica el hormign. Este fenmeno avanza hacia el interior del hormign a una velocidad que es generalmente proporcional a t1/2, siendo t el tiempo. El proceso de carbonatacin ocurre con mayor rapidez en hormigones de baja calidad y en ambientes cuya humedad relativa vara entre 50 y 70 %. Sin dudas, uno de los procesos de corrosin ms difciles de identificar y predecir en la prctica es el que ocurre ocasionalmente en el acero de alta resistencia utilizado en las estructuras de hormign post y pretensadas. Este fenmeno se denomina Corrosin Bajo Tensin CBT y se caracteriza por ser de tipo localizado y no presentar prdida de masa significativa. En consecuencia, la CBT puede provocar la falla de elementos estructurales sin que se observen signos visibles de corrosin en la estructura. El fenmeno esta asociado a la aparicin de fisuras que se propagan con relativa rapidez, provocando una rotura de tipo frgil del material. La susceptibilidad a la CBT depende en gran medida de la alcalinidad del hormign y del contenido de iones cloruro. Este fenmeno puede ocurrir en hormigones que presentan valores de pH < 12.8 y concentraciones de cloruros an menores a los niveles establecidos como lmite para el inicio de la corrosin del acero en el hormign armado. En consecuencia, los componentes estructurales construidos con hormigones de baja calidad, elaborados con aditivos que disminuyen su alcalinidad o expuestos a ambientes con cloruros sern ms propensos a presentar problemas de CBT. 1.1.4 Proceso de corrosin Todo proceso de corrosin electroqumica requiere de la presencia de al menos cuatro elementos, a) un nodo, donde ocurre la oxidacin del acero, b) un ctodo, donde ocurre la reaccin de reduccin, c) un conductor elctrico por donde circulan los electrones liberados en el nodo y consumidas en el ctodo y d) un electrolito, donde ocurren dichas reacciones. En la Figura 1.1.2 se representa esquemticamente el proceso de corrosin de armaduras en el hormign. Los productos de corrosin del acero ocupan un volumen que es varias veces


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superior al del metal de origen. La acumulacin de estos productos en la interface entre el acero y el hormign genera tensiones de traccin en este ltimo que provocan la fisuracin y el posterior desprendimiento del recubrimiento.

Figura 1.1.2. Representacin esquemtica del proceso electroqumico de corrosin de las armaduras en el hormign

El tiempo de aparicin de fisuras depende fundamentalmente de la calidad y el espesor del recubrimiento de hormign, as como del dimetro y la ubicacin de la armadura y del tipo de producto de corrosin generado. A modo de ejemplo, una barra # 4 con un espesor de recubrimiento de aproximadamente 4 cm provocar fisuras en el hormign luego de producirse una disminucin del 1 % en su seccin transversal.

1.2 Accin de las Cargas Exteriores. Procesos MecnicosLa accin de las cargas exteriores, como las definidas anteriormente, generan en el hormign armado un estado tensional complejo. Si analizamos un elemento cualquiera de una estructura de hormign armado, comprobamos que cada una de sus secciones est sometida a una solicitacin simple o, a una compuesta por varios tipos de solicitaciones simples. Las solicitaciones simples son las denominadas de traccin, de compresin, de flexin, de corte y de torsin. De existir alguna deficiencia en una estructura de hormign armado, sta se manifestar en la mayora de los casos a travs de una configuracin de fisuras que depender del tipo de solicitacin actuando en ese sector. Por lo tanto, la interpretacin de las fisuras observadas en una estructura de hormign armado nos puede guiar, con cierta certeza, a encontrar las causas del problema (ver Figura 1.1.1 y Figura 1.2.2 ). En base a la experiencia adquirida, podemos afirmar que en general en pocas ocasiones es una nica causa el origen de un determinado problema estructural; en la mayora de los casos, son varias las causas que lo generan. Entre las causas ms comunes y en general asociadas a un mayor compromiso estructural, estn aquellas ligadas a las cargas exteriores. La deficiencia puede tener su origen en la etapa del proyecto, la construccin o la utilizacin, segn veremos a continuacin: Errores de proyecto:


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Omisin de algn estado de carga. Subvaluacin de las acciones de las cargas. Deficiencia en la combinacin de los estados de carga. Modelacin errnea de la estructura resistente, tanto para cargas estticas como dinmicas.

Errores de ejecucin:" " "

Cargas prematuras sobre la estructura. Cargas no previstas en el proyecto. Deficiencias en el transporte y/o montaje de elementos premoldeados.

Errores de utilizacin:" " "

Cargas no previstas o superiores a las de diseo Cambios de uso que implican sobrecargas mayores. Maquinarias o instalaciones que generan cargas dinmicas no previstas

En los puntos siguientes se analizan las configuraciones de fisuras generadas en estructuras de hormign armado por distintas solicitaciones, ya sean simples o compuestas, que surgen como consecuencia de las acciones externas, funcionales o ambientales, que se traducen en cargas (estticas o dinmicas) que generan procesos mecnicos.

Figura 1.2.1 Representacin esquemtica de las patologas tpicamente observadas en vigas de hormign armado afectadas por corrosin


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Figura 1.2.2

1.2.1 Traccin axial Este tipo de solicitacin es poco frecuente en elementos de hormign armado y puede originar, si no se han realizado las verificaciones correspondientes a los estados ltimos de utilizacin, a numerosas e importantes fisuras, de configuracin perpendicular a las barras de acero principales (ver Figura 1.2.3 ). Estas fisuras se forman prcticamente en forma simultnea, atraviesan generalmente toda la seccin del elemento estructural y suelen ubicarse en coincidencia con la posicin de la armadura transversal, como pueden ser los estribos y la armadura de reparticin. El hormign posee un buen comportamiento mecnico cuando est solicitado a la compresin pero no ocurre lo mismo si se lo solicita a la traccin. Las tensiones que puede resistir un hormign traccionado estn en el orden del 10 % de las de compresin. Por esta razn y por la dificultad en contar con un hormign sin fisuras, se desprecia, en los clculos de secciones de hormign armado, la pequea resistencia a la traccin. Sin embargo esta pequea resistencia del hormign a la traccin debe ser tenida en cuenta en las verificaciones de fisuracin y deformacin, que forman parte de lo que denominamos estados lmites de utilizacin o servicio. Existen pocos casos en que un elemento de hormign armado se proyecte con una solicitacin simple a la traccin. Podemos mencionar entre ellos a los tensores verticales en los entrepisos, tensores horizontales en fundaciones y sectores de tanques de seccin circular alejados de las zonas con perturbaciones de borde, como son la base y la tapa.


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Figura 1.2.3

Figura 1.2.4

1.2.2 Compresin axial Un elemento de hormign sometido a esfuerzos de compresin axial puede manifestar distintas formas de fisuracin que dependen de su esbeltez y del grado de coaccin transversal existente en sus extremos. Estos efectos se pueden observar en los ensayos de laboratorio realizados con probetas sencillas de hormign simple. Si se pudiera eliminar totalmente el rozamiento entre las caras de la probeta y los platos de la prensa utilizados para introducir los esfuerzos, la compresin pura que se obtendra sobre dicha probeta provocara una rotura con fisuras paralelas a la direccin del esfuerzo, formando bielas o columnas en esa misma direccin (ver Figura 1.2.5 a). Si existe rozamiento, como generalmente ocurre, las fisuras adoptan una forma distinta al estar coartada la deformacin transversal en los extremos; cuya configuracin se indica en la Figura 1.2.5 b. En elementos estructurales ms esbeltos se obtienen otras configuraciones de fisuracin (Figura 1.2.5 a, b y c) debido a otros factores como ser la posible heterogeneidad del hormign a lo largo del elemento, distribucin no uniforme de las tensiones de compresin debido a excentricidades de las cargas, etc. Resulta importante indicar que las figuras muestran posibles estados de fisuracin en el momento de la rotura y no en condiciones de servicio. Una configuracin como la indicada en la Figura 1.2.5 d, formada por fisuras finas (anchos de aproximadamente 0.1 mm) ubicadas juntas en una de las caras de una columna esbelta, estara indicando una situacin peligrosa debido al pandeo del elemento estructural. La forma habitual de colapso de columnas de hormign armado es la indicada en la Figura 1.2.5 e y consiste en un estado de fisuracin muy fina (fisuras del orden de 0.05 a 0.15 mm), paralela a la directriz del elemento y no coincidente, en general, con la ubicacin de las armaduras. Estas fisuras aparecen en un estado previo a la rotura cuando las cargas tienen un valor del orden del 85 al 90 % de la capacidad resistente de la columna. Para cargas cercanas a la de rotura en columnas con zunchos en espiral, primero se desprende el recubrimiento pero el elemento puede an seguir resistiendo ms pero a costa de grandes deformaciones. En la prctica, los anchos de fisuras que pueden aparecer en las columnas en situaciones previas a la rotura, pueden ser mayores si se aumenta la armadura, en especial la transversal. Es decir, al aumentar el ancho de las fisuras previas al colapso estamos aumentando su ductilidad y por ende la capacidad de aviso del estado de agotamiento de la columna. Este es un aspecto muy importante a tener en cuenta ya que las columnas de hormign armado, por su naturaleza, tienen


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escasa capacidad de aviso ya que presentan una rotura de tipo frgil. Por su funcin en el conjunto estructural, el colapso de columnas solicitadas a compresin simple, o con pequeas excentricidades, es la principal causa de derrumbes generalizados de estructuras. Las cargas de compresin concentradas, como por ejemplo la introduccin de la carga de una columna en una base, la introduccin de una fuerza de pretensado, etc., pueden generar fisuras de traccin de direccin paralela a los esfuerzos de compresin. El efecto es similar al fenmeno de hendimiento que provoca la rotura de las probetas cilndricas en el ensayo denominado brasileo (ver Figura 1.2.6 ).

Figura 1.2.5

Figura 1.2.6


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1.2.3 Flexin y corte Las fisuras generadas por flexin son las ms frecuentes y, por lo tanto, las ms conocidas. Pueden aparecer a partir de una solicitacin de flexin pura o por una combinacin de flexin y corte. Segn la importancia relativa de ambos esfuerzos ser la posicin e inclinacin de las fisuras (ver Figura 1.1.1 y Figura 1.2.2 ). En los casos de preponderancia de las solicitaciones de flexin, se obtienen las configuraciones de fisuracin indicadas progresivamente en la Figura 1.2.7 a, b y c. En estas configuraciones, la fisuracin por flexin se inicia en la armadura, progresa en vertical hacia la fibra neutra y, en ciertos casos, al final se orienta buscando el punto de aplicacin de la carga detenindose al alcanzar la zona de compresin. En general y cuando la armadura ha sido correctamente adoptada, los elementos solicitados a flexin dominante tienen una gran capacidad de aviso a travs de un cuadro pronunciado de fisuracin lo que le confiere caractersticas de ductilidad. En los casos de preponderancia de las solicitaciones de corte, se obtienen las configuraciones de fisuracin indicadas progresivamente en las figuras 1.2.8.a, b y c. En estos casos, la fisuracin por corte puede comenzar en el alma de la pieza o en el cordn traccionado, avanzar por sus dos extremos o por el superior, respectivamente, y llegar a afectar toda la altura de la pieza, dividindola en dos partes. Este proceso puede ser muy rpido dependiendo de la cuanta de armadura existente, especialmente la transversal. De all la necesidad de adoptar la armadura correcta con el fin de aumentar su ductilidad permitiendo que se desarrolle ntegramente la capacidad a flexin. Las caractersticas principales de las fisuras generadas diferenciarlas de las generadas por corte son las siguientes:! ! ! !

por

flexin

para

No afectan a toda la altura de la pieza, sino que llegan aproximadamente hasta el eje neutro. Aparecen en cierta cantidad y bastante cerca entre ellas, especialmente si el acero utilizado es de alta adherencia. Las fisuras tienden a desaparecer cuando se retiran las cargas que las generan. Son perpendiculares al eje del elemento y se inclinan en funcin del valor del esfuerzo de corte.

Otro tema de inters es el denominado punzonamiento, esfuerzo con cierta similitud con el de corte propio de los elementos lineales. A diferencia de la solicitacin por corte, el punzonamiento se genera en una estructura superficial, en general plana, por introduccin de una carga concentrada perpendicular a su plano medio. Los ejemplos tpicos donde se presenta solicitacin por punzonamiento son las plateas de fundacin, las bases aisladas y los entrepisos sin vigas. Las deficiencias en la consideracin de esta solicitacin se manifiestan en configuraciones de fisuracin como las indicadas en la Figura 1.2.9 .


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Figura 1.2.7

Figura 1.2.8

1.2.4 Flexin compuesta Dentro de los casos de solicitaciones de flexin compuesta, es decir piezas sometidas simultneamente a un esfuerzo axial y un momento flexor, consideramos dos comportamientos segn la importancia relativa de ambas solicitaciones. Cuando se tienen piezas sometidas a momentos flexores significativos junto con esfuerzos axiales reducidos, es decir piezas solicitadas a flexin dominante o gran excentricidad relativa, el comportamiento es parecido al que se presenta en flexin simple, tratado anteriormente.

Figura 1.2.9

En cambio, cuando las piezas estn sometidas a un esfuerzo axial de compresin importante y a un momento flexor reducido, es decir piezas solicitadas a compresin dominante o pequea excentricidad relativa, el comportamiento es similar al de compresin centrada. En este caso, como ya se ha indicado, se producen fisuras finas y paralelas entre s y a la directriz de la pieza. El ancho de las fisuras no supera en general 0.1 mm, y por lo tanto los pilares con excentricidades de este tipo cuentan con poca capacidad de aviso de su estado cercano a la rotura. Para el caso de piezas sometidas a un esfuerzo axial de traccin importante y a un momento flexor reducido, es decir piezas con traccin dominante, el comportamiento tiene similitud al de traccin axial, ya descripto. Si bien no es un caso muy comn, puede presentarse en aquellos tensores horizontales con


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grandes esfuerzos axiales que tambin actan como vigas que soportan pequeas cargas que le generan flexin. 1.2.5 Torsin En las estructuras de hormign armado cuando la resistencia a torsin de la pieza no es necesaria para su equilibrio o la de otros elementos ligados a ella, generalmente no se la tiene en cuenta, solo se contempla una armadura mnima, y por tal razn se la considera una solicitacin secundaria Es decir, la torsin se considera como secundaria cuando la estructura puede resistir con aceptable seguridad an en el supuesto de que la rigidez a la torsin de uno o ms elementos de dicha estructura sea prcticamente nula. Si esto no ocurre, la torsin pasa a ser una solicitacin principal. La torsin se presenta casi siempre acompaada por solicitaciones de flexin y corte, generando tensiones tangenciales en la pieza, en forma similar a las originadas por los esfuerzos de corte. De esto se desprende que la identificacin de los problemas de solicitaciones de torsin reviste an mayores dificultades que los planteados para las solicitaciones de corte. Es importante mencionar que en la mayora de los casos, las secciones con mayor solicitacin a la torsin coinciden con la de mayor solicitacin al corte; de lo que se desprende que en estos casos, la verificacin se hace contemplando la superposicin de las tensiones generadas por los dos tipos de solicitaciones simultneamente. La torsin en s, genera en las piezas de hormign armado fisuras a 45 en cada una de las caras con una configuracin de tipo helicoidal como la indicada en la Figura 1.2.10 . Este tipo de fisuras suele observarse cuando no se han tenido en cuenta los efectos de la torsin como solicitacin secundaria o se ha tratado en forma incorrecta la torsin como solicitacin principal. En el primer caso no se afectara mayormente la seguridad de la estructura; en el segundo caso, torsin como solicitacin primaria, estaramos ante la posibilidad de falla de la pieza.

Figura 1.2.10

1.2.6 Impacto El impacto de un cuerpo sobre una estructura puede tener distintas consecuencias segn sean las respectivas masas, las deformabilidades y la velocidad del elemento que impacta.


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Impacto severo

Impacto Leve Impacto Moderado Foto 1.2.1

Cuando el objeto es pequeo y poco resistente e impacta a baja velocidad las consecuencias para una estructura rgida sern insignificantes y en general solo se traducen en roturas locales o descascaramientos. En caso inverso es decir objetos de gran tamao y rgidos desplazndose a gran velocidad pueden provocar daos de consideracin, como ser prdida de rigidez, de resistencia, e incluso su colapso. Los casos ms comunes de daos leves son los impactos de vehculos en columnas o tabiques de estacionamientos, playas de maniobras o depsitos, donde los elementos estructurales son rgidos y las velocidades de circulacin son relativamente bajas. Los casos tpicos donde se producen daos importantes son los impactos de camiones o vehculos de carga en general, sobre elementos estructurales de poca rigidez como pueden ser los tirantes o las defensas de los puentes. Las fotos ilustran las consecuencias de impactos de distinta importancia.

1.3 Cambios de temperatura y humedadPara realizar el anlisis del efecto de los cambios de temperatura y/o humedad sobre el hormign endurecido, es necesario acotar el enfoque a los rangos habituales que pueden presentarse, excluyendo situaciones excepcionales como puede ser un incendio y la accin de heladas. Estos casos se tratan en forma separada. Analizaremos los cambios trmicos en el rango 3 C a + 70 C y las variaciones en el contenido de humedad por procesos de mojado / secado al aire. Lo que particularmente interesa conocer es la influencia de los cambios trmicos invierno-verano y da-noche y los efectos de los procesos de secado y los ciclos de humedecimiento-secado sobre la estabilidad volumtrica y la posibilidad de fisuracin. Tambin se har mencin al caso de los hormigones masivos.


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La razn de analizar en forma conjunta estos dos fenmenos es que en situaciones reales se producen gradientes de humedad y/o temperatura marcadamente no lineales, cuyo tratamiento analtico y conceptual es similar. 1.3.1 Efectos de los cambios en la temperatura y el contenido de humedad sobre la estabilidad volumtrica. Los cambios de temperatura ocasionan variaciones de volumen, en forma similar a lo que ocurre con cualquier slido, es decir, se dilata cuando se calienta y se contrae cuando se enfra. Algo similar ocurre con los cambios en el contenido de humedad: el hormign se hincha cuando se humedece y se contrae a medida que se seca. En primera instancia, considerando que estos fenmenos se manifiestan en forma homognea en toda la seccin, slo aparecern tensiones si los vnculos, externos o internos, impiden la libre deformacin, tal como se ilustra esquemticamente en Figura 1.3.1 . Como vnculos externos se pueden citar otros elementos estructurales vinculados, la friccin (en el caso de losas apoyadas sobre el piso), apoyos fijos, etc. y como interno, la presencia de barras de armadura, cambios bruscos de seccin, etc. La morfologa de las fisuras es simple, son aproximadamente paralelas entre s, sin entrecruzamientos y se orientan perpendiculares a la tensin principal de traccin. Dado que el hormign se seca lentamente, este tipo de fisuras no aparece sino despus de varias semanas o incluso meses. Siendo el hormign mucho menos resistente a la traccin que a la compresin, es evidente que interesa ms evaluar las contracciones que las dilataciones, pues es raro que un elemento falle porque su dilatacin ha provocado la aparicin de tensiones de compresin excesivas.


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Figura 1.3.1 Fissuracin por efecto de la contraccin impedida

Prcticamente no hay recursos para evitar la contraccin del hormign, solo puede minimizarse, por lo tanto si el hormign est limitado en su contraccin, la ausencia total de fisuras es prcticamente imposible. Con el objeto de aliviar estas tensiones y evitar la aparicin de fisuras, usualmente se disean juntas (de contraccin o de dilatacin) espaciadas convenientemente. La Foto 1.3.1 muestra el aserrado de una junta.

Figura 1.3.2

La Figura 1.3.2 y la Figura 1.3.3 muestran una fisura de contraccin provocada por el efecto de la contraccin impedida.


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Foto 1.3.1

Sin embargo, en muchas circunstancias puede generarse la fisuracin sin que intervengan vnculos aparentes. Esto ocurre cuando la distribucin de humedad o temperatura no es uniforme en el elemento, existen gradientes marcadamente no lineales y se generan tensiones que pueden exceder la capacidad de deformacin y la resistencia a la traccin del material.

Foto 1.3.2

Foto 1.3.3. Detalle de la fisura

La distribucin no lineal de temperatura o humedad introduce mayores diferencias en las deformaciones de capas adyacentes cercanas a la superficie, constituyendo una causa potencial de fisuras, aun cuando el anlisis de las


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condiciones promedio no indiquen condiciones de riesgo. La Figura 1.3.2 seala la diferencia entre ambos encuadres.

Figura 1.3.3. Fissuracin por efecto de la contraccin impedida

Grandes diferencia en el contenido de humedad o de temperatura entre capas adyacentes cercanas a la superficie pueden generar fisuras.

Pequeas diferencias en el contenido de humedad / temperatura entre capas adyacentes cercanas a la superficie no conducen a la figuracin.

Figura 1.3.4. Fissuracin por efecto de la contraccin impedida

Es muy comn observar un mapeo o cuarteado de superficies hormigonadas, en las que el ancho de fisuras es muy pequeo pero abarcan prcticamente toda la superficie. Este defecto puede manifestarse cuando el hormign se seca muy rpido (tiempo seco y ventoso) o cuando se enfra muy rpido (retiro del encofrado en tiempo fro). Otra situacin que puede darse con cierta frecuencia es que un elemento estructural sea de seccin variable. Una vez que se desmolda, las partes delgadas se secan ms rpido que las partes gruesas, contrayndose antes. Las partes gruesas constituyen un vnculo interno y se pueden originar fisuras que arrancan justamente en el encuentro entre las partes gruesas y delgadas. En una seccin como la que se esquematiza en la Figura 1.3.5 , el ala se seca ms rpido que el alma, contrayndose. El alma acta como vnculo interno, provocando fisuras en el ala, que arrancan desde el alma.


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Figura 1.3.5 Fissuras en elemento estructural de seccin variable

Un efecto similar ocurre cuando se desmolda un elemento de hormign y hay una gran diferencia entre la temperatura del hormign y la del aire (hormign caliente y aire fro). La superficie expuesta del hormign se enfra rpidamente, contrayndose y la parte interna no, imponindole consecuentemente una restriccin a la libre deformacin. Esto genera tensiones de traccin sobre el hormign externo que pueden generar una fisuracin superficial con aspecto de mapeo. Un caso particular y sobre el que hay mucha bibliografa es el del hormign masivo, armado, y en cuyo caso el control de las causas de fisuracin suele ser un tema crtico. El problema puede resumirse en forma sencilla como sigue: los grandes volmenes de hormign tienen gran dificultad para disipar el calor, por lo que la temperatura aumenta a causa del calor generado en las reacciones de hidratacin del cemento. La condicin final de equilibrio trmico podra asociarse a la temperatura media anual. En el proceso de enfriamiento se pueden producir tensiones, tanto por vnculos externos o internos, que fisuran el hormign. Con este objetivo pueden adoptarse distintas acciones: reducir al mximo el contenido de cemento, emplear un cemento de bajo calor de hidratacin, reducir la temperatura de colocacin del hormign o, incluso, emplear tcnicas de postenfriado. En estructuras cuya menor dimensin supera los 70-80 cm., deberan contemplarse estos fenmenos, aunque si existe armadura, sta puede disearse adems para el control del ancho de las fisuras, mejorando an ms la solucin del problema.

Foto 1.3.4. Fisuras por enfriamiento prematuro y contraccin por secado de una losa

Foto 1.3.5. Fisuras por contraccin impedida de origen trmico de un muro


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1.3.2 Efecto de la repeticin de ciclos trmicos o ciclos de mojado-secado La accin cclica de cambios trmicos o de mojado y secado provoca una accin perjudicial por acumulacin de efectos. Las fisuras pueden no ser importantes en relacin al deterioro, pero ciertamente sirven de vas de acceso a distintos agentes agresivos (aguas, sales, cidos, aire, etc.) y consecuentemente afectar su durabilidad.

1.4 Acciones que Generan Desintegracion del Hormingn1.4.1 Accin de las bajas temperaturas sobre el hormign Efecto de ciclos de congelamiento y deshielo La accin de las bajas temperaturas debe considerarse en dos situaciones que pueden o no coexistir: Ocurren en el momento de la elaboracin, colocacin y compactacin del hormign y horas posteriores, hormign joven, cuya resistencia a la compresin es inferior a 4 MPa. Constituyen una condicin de servicio durante la vida til del hormign, por la repeticin de ciclos de congelamiento y posterior deshielo, estando saturado el hormign. En ambos casos, la causa bsica del deterioro puede asociarse con la expansin de volumen que sufre el agua al congelarse, pero los mecanismos de prevencin del deterioro y las consecuencias del dao son diferentes. Para el caso a) el hormign fresco o muy joven se congela con temperaturas cercanas a 0C, debiendo tenerse presente situaciones particulares que agravan la situacin, tales como la presencia simultnea de viento, pequeas dimensiones del elemento estructural, el bajo contenido de cemento o la reducida temperatura inicial de la mezcla. No hay mecanismo alguno para proteger al hormign joven del deterioro por congelamiento, el nico recurso prctico es evitar que se congele calentando los componentes, previniendo la prdida de calor, utilizando mayores contenidos de cemento, evitando secciones muy delgadas, etc. El caso b) es ms interesante desde el punto de vista de la condicin de servicio de la estructura, pues las bajas temperaturas constituyen una condicin de exposicin particular. Como ya se mencion, de una manera simplista puede asociarse el dao a la aparicin de tensiones provocadas por la formacin y expansin de hielo dentro de la estructura del hormign endurecido. Surge as, en forma natural, la primera de las condiciones de ocurrencia de dao: que la temperatura sea lo suficientemente baja como para provocar el congelamiento del agua ubicada en los capilares (de variados tamaos). Dado que el agua no est a la presin atmosfrica sino que est sometida a diferentes grados de tensin en funcin del dimetro del capilar que ocupa, las temperaturas para provocar su congelamiento son inferiores a 0 C y los cristales de hielo no se forman simultneamente en todo el volumen. Como dato prctico, podemos preocuparnos por temperaturas inferiores a -5 C.


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La Figura 1.4.1 ilustra estos conceptos. Otra consideracin til es la condicin de humedad del hormign en el momento del congelamiento. Existe un contenido de humedad crtica por debajo del cual no ocurren daos, que se designa saturacin crtica. Para comprender este concepto, retomaremos la simplificacin de que las tensiones son provocadas por el aumento de volumen del agua al congelarse. Este aumento de volumen es de aproximadamente el 10 %, por lo que si el hormign tuviera un 10 % de poros capilares con aire (saturacin menor al 90 %), al congelarse el agua ocupara el vaco disponible, sin introducir tensiones perjudiciales en el material. En distintas experiencias de laboratorio se ha demostrado que ese nivel crtico es de aproximadamente el 92 % para morteros, pudiendo variar algo para hormigones, tal como se visualiza en Figura 1.4.2 .

Figura 1.4.1

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