Manual Rehabilitacion de Estructuras Hormigon Reparacion Refuerzo

beroamérica posee una infraestructura que se está degradando a grandes pasos por efecto del medio ambiente, por diseño equivocado y detalles insuficientes, por problemas congénitos de supervisión ineficaz durante su construcción, por ausencia de mantenimiento y, principalmente, por la edad de las obras construidas hace

años y que vienen sirviendo a nuestra sociedad a lo largo del tiempo.

Este no es un problema aislado de Iberoamérica, sino que también representa unaimportante inversión en los países desarrollados en los últimos 15 a 20 años. Se trata de mantener el patrimonio construido, y además hacerlo de forma consciente, económica y durable. Las últimas estadísticas demuestran que en Estados Unidos más del 31% de la inversión total en construcción civil, es destinada a obras de rehabilitación y no debe de ser diferente de otros países aunque no se disponga, aún, de estadísticas confiables.

Por otra parte, dentro de las diversas materias de la ingeniería tales como diseño, materiales, estabilidad, patología, la rehabilitación quizás sea una de las más retrasadas.No se conoce el material adecuado, ni los mejores procedimientos; tampoco haydocumentos normativos en cantidad y calidad suficientes para ayudar a los responsablespor las tareas de mantenimiento y rehabilitación.

La rehabilitación de estructuras de hormigón armado y protendido es una actividadcompleja que exige un conocimiento profundo del comportamiento de los materiales y delas técnicas ejecutivas. Realizar con suceso una reparación, una protección o un refuerzo estructural representa, en general, un nuevo desafío para los ingenieros y arquitectos.

Siendo la ingeniería una disciplina milenaria, mucho de la práctica constructiva en obrasciviles resulta de la acumulación de experiencias anteriores, en las cuales hubo un cierto suceso. Ocurre que esa experiencia anterior ha sido adquirida a través de la observación del comportamiento de obras nuevas, de obras en fase de construcción o de terminación. Esa experiencia acumulada, sin embargo, no sirve para unir hormigón viejo, endurecido odeteriorado a hormigones nuevos, para entender el proceso de protección de un inhibidorquímico de corrosión de armaduras, para ayudar en la unión de epóxi a hormigones, parallenar vacíos sin retracción, para reforzar una viga a cortante, solo por citar algunasactividades típicas de rehabilitación de estructuras.

Por otro lado, las actividades de operación y mantenimiento de estructuras de hormigón han sido relegadas a un segundo plano debido a una errónea presunción de que loshormigones son eternos. Los currículos de las escuelas de ingeniería aún son tímidos y la mayoría no incluyen los conceptos y las prácticas básicas de inspección, diagnóstico,estudio de alternativas y proyecto de intervención. Modelos de cuantificación y previsión de vida útil de estructuras vienen siendo introducidas en la normalización internacional a partir de la última década y aún dejan mucho que desear.

Sin experiencia anterior acumulada y sin una formación académica sólida y actualizada elresultado ha sido decepcionante; la durabilidad y desempeño de obras antiguas y nuevas y de las propias intervenciones en obras precozmente deterioradas han sido efímeras con costos elevados e intervenciones repetitivas y frecuentes.

Esta situación, que es mundial, ha causado aprehensión en los países desarrollados y con mayor número de obras en edad avanzada. La Comunidad Europea y los Estados Unidoshan destinado montos significativos de los recursos disponibles para investigación en construcción civil al área de patología y rehabilitación de estructuras. En los Estados Unidos es conocido el programa SHRP Strategic Highway Research Program promovidopor la National Science Foundation después del análisis del NMAB-437 en el “Report on Concrete Durability: A Multibillion-Dolar Opportunity” publicado en 1987. De este informehan derivado expresivas inversiones en un plazo de más de diez años, reuniendoUniversidades y Centros de Investigación en la búsqueda de un correcto diagnóstico delos problemas de deterioro natural y precoz de las estructuras de hormigón para viabilizar soluciones seguras y durables.

También en Europa, más recientemente, en el nuevo milenio, fue iniciada la European Thematic Network on Concrete Repair liderada por el BRE en Inglaterra, cuyo principalobjetivo es introducir el concepto de desempeño y vida útil como instrumento de

PROLOGO

I

Página 1 de 3PROLOGO

23/03/05file://C:\Manual%20de%20Rehabilitacion%20de%20Estructuras%20de%20Hormigon\HT...

evaluación de las soluciones de intervención, reuniendo varios centros de investigación, el sector productivo y de consultoría de diferentes países europeos.

La necesidad de unir esfuerzos, conocimientos y experiencias disponibles en centros deinvestigación, de profesionales y también del sector productivo (fue a determinante) determinó la formación de la Red Rehabilitar, que dio inicio a sus trabajos en abril del 2000 en la ciudad de Santiago, Chile. En dicha ocasión reunió delegados representantes de varios países Iberoamericanos que acordaron compartir sus conocimientos yexperiencias para la elaboración de un Manual de Rehabilitación de Estructuras de Hormigón con prácticas, materiales y condiciones propias y comunes a esos países.

Ese intercambio y reunión de forma organizada del conocimiento, ha sido sistemáticamente realizado en los últimos 4 años a través de encuentros anuales y plenarios de los delegados, reuniones parciales y mucho dialogo vía Internet. Uno de los productos de ese conocimiento y trabajo realizado es este Manual. Para la transferenciadel conocimiento, la Red Rehabilitar también ha realizado la formación de profesionales y la divulgación de actividades a través de cursos, conferencias y la participación en eventos nacionales e internacionales. Actividades de esa naturaleza fueron realizadas enlos doce países participantes involucrando alrededor de 521 participantes.

Programas como el de la Red Rehabilitar, que apoya económica, logística, técnica y científicamente, hace posible acercamientos entre los diferentes países contribuyendo sobremanera a:

Conocer mejor el problema en las comunidades de los países participantes

La formación de recursos humanos capacitados para hacer frente al problema

La vinculación con Asociaciones importantes, líderes en el tratamiento del problema para que, conjuntamente, lleguen sus resultados a los usuarios debidos

Despertar interés 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 contribución voluntaria de los mayores expertos Iberoamericanos en rehabilitación de estructuras de hormigón. Reunidos bajo el auspiciodel importante CYTED, Programa Ibero Americano de Ciencia y Tecnología para elDesarrollo, idealizado y gestionado por España desde fines de la década de 80, con apoyo de las CONACYTs de todos los países Iberoamericanos.

Especialmente, en este caso la Red Rehabilitar “Rehabilitación de Estructuras deHormigón – Reparación, Refuerzo y Protección”, tiene destacado aporte presupuestariodel Consejo Superior de Investigación Científica CSIC de España y del Consejo Nacional de Desenvolvimiento Científico e Tecnológico CNPq de Brasil.

La Red Rehabilitar es parte del SubPrograma XV Corrosión e Impacto Ambiental sobre losMateriales, y se compone de 12 delegados representantes de Argentina, Bolivia, Brasil,Chile, Colombia, Cuba, España, México, Perú, Portugal, Uruguay y Venezuela. Además deesos responsables directos por la redacción de este Manual, muchos otros expertos -másde 50-, han intervenido y aportado su experiencia y conocimiento a través de suparticipación en las llamadas Redes Rehabilitar nacionales, que reúnen los expertos decada país con la intención de difundir ese trabajo y a la vez, construirlo mejor.

Este Manual, producto final de este grupo, ha logrado alcanzar el objetivo principal deesta Red Rehabilitar que fue transformar el conocimiento existente y disperso sobremateriales y técnicas de intervención en estructuras de hormigón para corrección deproblemas patológicos, en un Manual práctico y objetivo que pueda ser utilizado por el medio técnico de forma general e irrestricta.

En este Manual, el profesional del área puede encontrar la mayoría de las respuestas asus preguntas sobre qué acciones considerar en los trabajos de rehabilitación; cómo elaborar un primer diagnóstico de los problemas; que analizar para elegir la mejor solución; cuales son los materiales y sistemas de rehabilitación; como proceder parapreparación y limpieza del substrato; cuales son los procedimientos correctos dereparación en general, de protección de armaduras y de refuerzo estructural; comopresupuestar los trabajos; como implantar un sistema de control de calidad y criterios derecepción. Finaliza presentando un glosario de términos técnicos y una relación completa de publicaciones relacionadas al tema para facilitar la vida de aquellos que desean seguirprofundizando sus conocimientos.

Cada capítulo presentado aquí pasó por un proceso de arbitraje de fondo y de forma duro



durante estos últimos años, en cada una de las reuniones plenarias y también por Internet. Aunque bajo un formato general en la escritura de los capítulos, los autores han tenido la libertad de modificar su trabajo, de tal manera, que pudieran representar, de lamejor forma, su contribución. La organización final del Manual ha sido trabajo y responsabilidad de este Coordinador y de la Arquitecta Fernanda Pereira que desde elprincipio de la Red Rehabilitar ha formateado las directrices de cómo deberían ser presentados los textos, las figuras, las fotos, los gráficos, las tablas, aún que no siempre respetadas por la mayoría de los autores.

Cada capítulo es responsabilidad de sus autores en lo que respecta al contenido. La formaes de responsabilidad de los editores. Lo escrito en esos capítulos tampoco representa necesariamente los puntos de vista de las Instituciones a que pertenecen los autores nidel CYTED y CMPC. Debido al carácter de difusión que tiene esta obra, los autores quedan en la libertad de publicar sus resultados usando otro formato (y) ya sea parcial ocompleto, siempre y cuando aparezcan los créditos correspondientes a esta fuente.

De la misma forma, el uso correcto e inteligente de este Manual es un privilegio de losprofesionales que lo utilicen, mientras su uso inadecuado y las consecuencias desastrosasde eso no son de responsabilidad de los autores ni de los editores.

Agradecemos las contribuciones en críticas constructivas que puedan mejorar este trabajoy, en nombre de todos los miembros de la Red Rehabilitar, deseamos proficuas yduraderas rehabilitaciones.

São Paulo, Septiembre de 2003

Paulo Helene Fernanda Pereira

Editores



Introducción

AutoresPaulo Helene

Enio Pazini Figueiredo

l hormigón de cemento Portland ha probado ser el material de construcción mas adecuado para las estructuras, superando con grandes ventajas otras alternativasviables, coma madera, acero o albañilería.

Desde los inicios del empleo del hormigón armado, en mediados del siglo XIX, losedificios, las obras de arte, las carreteras, los canales, las presas y tantas otrasconstrucciones civiles en hormigón simple, armado o pretensado han resistido las másvariadas sobrecargas y acciones del medio ambiente.

No obstante el hormigón pudiera ser considerado un material prácticamente eterno -siempre que reciba un mantenimiento sistemático y programado - hay construcciones que presentan manifestaciones patológicas de significativa intensidad e incidencia,acompañadas de elevados costos para su rehabilitación. Siempre hay comprometimiento de los aspectos estéticos y en la mayoría de los casos, reducción de la capacidad resistente, pudiéndose llegar en ciertas situaciones, al colapso parcial o total de la estructura.

Ante estas manifestaciones patológicas se observa en general una actitud inconsecuente,que conduce en unos casos a simples reparaciones superficiales, y en otros ademoliciones y refuerzos injustificados. Ninguno de los dos extremos es recomendable,principalmente con la existencia hoy en dia de conocimiento tecnológico y gran cantidad de técnicas y productos desarrollados específicamente para solucionar problemas patológicos, 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 actúan sobre las estructuras y considerando la gran evolución tecnológica experimentada en estos últimos años - con el desarrollo de equipos y técnicas de observación de las estructuras - es posible diagnosticar con éxito la mayoría de los problemas patológicos.

Este Manual de Reparación, Refuerzo y Protección de las estructuras de hormigón, fue elaborado voluntariamente, por los mayores expertos del tema en Ibero America, paraservir de guía técnica que proporcione la solución a la mayoría de los problemas queenfrentan los arquitectos e ingenieros en su trabajo de diseñar, construir, diagnosticar,supervisar y conservar las obras civiles, en definitiva, mantener el patrimonio construidoen nuestros países.

No obstante, no pretende despreciar la importancia del especialista en patología, que esquien formula el diagnóstico correcto del problema - clave del éxito de la rehabilitación -ni desea prescindir de los controles de calidad durante la ejecución propiamente dicha, que deben ser efectuados por equipos multidisciplinarios de laboratorios de ensayos ycontroles.

Eso significa decir que este Manual debe ser utilizado y consultado por profesionalesresponsables que conozcan del tema o se asesoren de expertos para efectivamente tenerel mejor resultado en sus intervenciones en estructuras de hormigón que necesitenmantenimiento, correcciones, refuerzos o protecciones al principio o a lo largo de su vidaútil.

E

Página 1 de 12Introducción


Foto 1. Ruptura de columna de puente vial por corte debido a empuje ocasionado por

deslizamiento de tierra (Curitiba, Paraná, Brasil)

Para acertar un lenguaje merece la pena recordar que la Patología puede ser definida como la parte de la Ingeniería que estudia los síntomas, los mecanismos, las causas y los orígenes de los defectos de las obras civiles, o sea, es el estudio de las partes quecomponen el diagnóstico del problema.

A la Terapia le corresponde el estudio de la corrección y la solución de estos problemas patológicos o incluso los debidos al envejecimiento natural. Para obtener éxito en lasmedidas terapéuticas, de corrección, reparación, refuerzo o protección es necesario que no solo el estudio precedente, es decir el diagnóstico de la cuestión, haya sido biendefinido mas principalmente que se conozca muy bien las ventajas y las desventajas demateriales, sistemas y cada uno de los procedimientos de rehabilitación de estructuras de hormigón, pues a cada situación particular hay una alternativa mejor de intervención.

Foto 2. Corrosión de armaduras por cloruros en apoyo de puente rodoviario de hormigón en zona marítima (Recife, Pernambuco, Brasil)



Foto 3. Intervención inadecuada, en la cara inferior de losa, agravando aun más el problema inicial Colector de

Aguas Servidas y Pluviales (Montevideo, Uruguay)

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

Un diagnóstico adecuado y completo será aquel que esclarezca todos los aspectos del problema, o sea:

Síntomas

Los problemas patológicos, salvo raras excepciones, presentan manifestacionesexternas características, a partir de las cuales se puede deducir cual es la naturaleza,el origen y los mecanismos de los fenómenos involucrados, así como estimar sus probables consecuencias. Estos síntomas, también denominados lesiones, daños, defectos o manifestaciones patológicas, pueden ser descritos y clasificados, orientandoun primer diagnóstico, a partir de detalladas y experimentadas observaciones visuales.

El Capítulo 2 de este manual, que presenta una guía para el diagnóstico y corrección de los problemas, indica la correspondiente manifestación típica y especula sobre losposibles diagnósticos.

Los síntomas más comunes, de mayor incidencia en el hormigón son las fisuras, las eflorescencias, las flechas excesivas, las manchas en el hormigón arquitectónico, lacorrosión de las armaduras, las oquedades superficiales o cucarachas del vertido, osea segregación de los materiales constituyentes del hormigón.

Conforme se presenta en la Figura 1, ciertas manifestaciones tienen elevada incidencia



- como las manchas superficiales - sin embargo, desde el punto de vista de lasconsecuencias con relación al comprometimiento estructural y al costo de corrección del problema, una fisura de flexión o la de corrosión de las armaduras pueden ser mássignificativas y más graves que otras.

Mecanismo

Todo problema patológico, llamado en lenguaje jurídico de vicio oculto o vicio de construcción o daño oculto, ocurre a través de un proceso, de un mecanismo. Por ejemplo: la corrosión de las armaduras en el hormigón armado es un fenómeno de naturaleza electroquímica, que puede ser

Figura 1. Distribución relativa de la incidencia de las manifestaciones patológicas en estructuras de hormigón arquitectónico.

acelerado por la presencia de agentes agresivos externos, del ambiente, o internos,incorporados al hormigón.

Por ejemplo, para que la corrosión se manifieste es necesario que haya oxígeno (aire), humedad (agua), y el establecimiento de una célula de corrosión electroquímica (heterogeneidad de la estructura), que solamente ocurre después de la despasivación de la armadura conforme se presenta en la Figura 2.

Figura 2. Célula de corrosión electroquímica en el hormigón armado

Conocer el mecanismo del problema es fundamental para una terapia adecuada. Esimprescindible saber por ejemplo, si es necesario limitar las sobrecargas o cimbrar laestructura antes o mismo durante él refuerzo de vigas cuando las fisuras sonconsecuencias, por ejemplo, del momento flector. En este caso no basta con lainyección de las fisuras, pues estas podrían aparecer nuevamente en posiciones muypróximas a las iniciales.

Origen

7%

10%

20%

20%

21%

22%

123456

- Degradación química- Flechas- Oquedades- Corrosión de armaduras- Fisuras activas o pasivas- Manchas Superficiales



El proceso de construcción y uso puede ser dividido en cinco grandes etapas: planeamiento, proyecto, fabricación de materiales y elementos fuera de la obra,ejecución propiamente dicha a pie de obra, y uso; esta última etapa más larga en el tiempo, involucra la operación y mantenimiento de las obras civiles conforme se presenta en la Figura 3.

Si por un lado las cuatro primeras etapas representan un período de tiempo relativamente corto - en general menos de dos años - por otro lado, las construcciones deben ser utilizadas durante períodos largos - en general más de cincuenta años para edificaciones y más de doscientos para presas y obras de arte de importancia social.

Figura 3. Etapas de producción y uso de las obras civiles

Los problemas patológicos sólo se manifiestan durante la construcción o después de la ejecución propiamente dicha, última etapa de la fase de producción. Normalmente ocurren con mayor incidencia en la etapa de uso. Ciertos problemas como por ejemplolos resultantes de las reacciones álcali-árido, sólo aparecen con intensidad después de más de seis años. Hay casos de corrosión de armaduras en losas de entrepisos de apartamentos que se manifestaron intensamente inclusive con el colapso parcial,solamente después de trece años de uso del edificio.

Un diagnóstico adecuado del problema debe indicar en que etapa del proceso constructivo tuvo origen el fenómeno. Por ejemplo, una fisura de momento flector en vigas, tanto pudo ser por un diseño inadecuado, como por la calidad inferior del acerousado; tanto por la mala ejecución con un hormigón de resistencia inadecuada, como por la mala utilización que se hace del elemento, con la colocación sobre la viga, de cargas mayores a las previstas inicialmente. Para cada origen del problema existe laterapia más adecuada, aunque el fenómeno y los síntomas puedan ser los mismos.

Cabe resaltar que la identificación del origen del problema permite también identificar, para fines judiciales, quién cometió la falla. Así, si el problema tuvo origen en la fase de proyecto, el proyectista falló; cuando el origen está en la calidad del material, fue el fabricante quien falló; si en la etapa de ejecución, se trata de falla de la mano de obra y la fiscalización o la constructora fueron omisas; si en la etapa de uso, la falla es de operación y manutención.

Un elevado porcentaje de las manifestaciones patológicas tiene origen en las etapas de planeamiento y proyecto, como se muestra en la Figura 4. Las fallas de planeamientoy proyecto son en general más graves que las fallas de calidad de los materiales o de mala ejecución. Es siempre preferible invertir más tiempo en el detallamiento del diseño de la estructura, que por falta de previsión, tomar decisiones apresuradas y adaptadas durante la ejecución.

Materiales

Fabricante de Materiales o Componentes Industrializadas

Promotor

Planos Uso

Propietario

Constructor

Ejecución

Proyectista

Diseño Ejecutivo

SATISFACER AL USUARIO

P r o d u c c i ó n

++++ ++++ ≅≅≅≅ 50 años ≅≅≅≅ 2 años

U s o



Figura 4. Origen de los problemas patológicos con relación a las etapas de producción y uso de las obras civiles

Causas

Los agentes causantes de los problemas patológicos pueden ser varios: cargas, variaciones de humedad, variaciones térmicas intrínsecas y extrínsecas al hormigón, agentes biológicos, incompatibilidad de materiales, agentes atmosféricos y otros.

En el caso de una fisura en viga por la acción de momentos flectores, el agente causante es la carga - si no hubiera carga, no habría fisura - cualquiera que fuera el origen del problema. En el caso de fisuras verticales en vigas pueden ser los agentescausantes tanto las variaciones de humedad - retracción hidráulica por falta de curado - como gradientes térmicos resultantes del calor de hidratación del cemento, o movimientos térmicos resultantes de variaciones diarias y anuales de la temperatura ambiente. Evidentemente, a cada causa corresponderá una terapia más adecuada y más duradera.

Consecuencias y oportunidad de la intervención

Un buen diagnóstico se completa con algunas consideraciones sobre las consecuencias del problema en el comportamiento general de la estructura, o sea, un pronóstico de la cuestión. De forma general acostumbrase a separar las consideraciones en dos tipos: las que afectan las condiciones de seguridad de la estructura (asociadas alestado límite último) y las que componen las condiciones de higiene, estética, etc., o sea, las denominadas condiciones de servicio y funcionamiento de la edificación (asociadas a los estados límites de utilización.

Foto 5. Rehabilitación de estructura de hormigón dañada por corrosión de armadura debido a la carbonatación (São Paulo, Brasil)

4% 10%

18%

28%

40%

PlaneaciónUsoMaterialesEjecución Proyecto



En general los problemas patológicos son evolutivos y tienden a agravarse altranscurrir el tiempo, además de arrastrar otros problemas asociados al problema inicial. Por ejemplo: una fisura de momento flector puede dar origen a la corrosión de las armaduras; flechas excesivas en vigas y losas pueden conducir a fisuras enparedes y deformaciones en pisos rígidos apoyados sobre elementos flexionados (vide fotos 5 y 6)

Se puede afirmar que las correcciones serán más durables, más efectivas, más fáciles de ejecutar y mucho más económicas, cuanto antes fuera ejecutado la intervención. La demostración más expresiva de esta afirmación es la llamada “ley de Sitter” que prevé los costos crecientes según una progresión geométrica.

Foto 6. Corrosión de armaduras por acción de cloruros en puente viario (Mongagua, Brasil)

Dividiendo las etapas constructivas y de uso en cuatro períodos, correspondientes al de diseño, al de ejecución propiamente dicha, al del mantenimiento preventivo efectuado antes de los cinco primeros años, y al del mantenimiento correctivo efectuado posterior al surgimiento de los problemas, a cada uno corresponderá un costo que sigue una progresión geométrica de razón cinco, conforme presentado en la Figura 5.

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

Una interpretación adecuada de cada uno de estos períodos o etapas de obra puede ser la que sigue:

Proyecto: toda medida tomada en el ámbito de diseño con el objetivo de aumentar la protección y durabilidad de la estructura, por ejemplo, aumentar el espesor delrecubrimiento de la armadura, reducir la relación agua / cemento del hormigón, especificar tratamientos protectores superficiales, escoger detalles constructivosadecuados, especificar cementos, aditivos y adiciones con características especiales y otras, implica un costo que podemos asociar al número 1 (uno).

Ejecución: toda medida fuera del proyecto, tomada durante la ejecución propiamente dicha, incluyendo en ese período la obra recién construida, implica un costo 5 (cinco) veces superior al costo que se hubiese ocasionado si esta medida hubiera sido tomada



en el ámbito de diseño, para lograr el mismo “grado” de protección y durabilidad de la estructura. Un ejemplo típico sería la decisión en obra de reducir la relación agua / cemento para aumentar la durabilidad del hormigón y la protección de las armaduras. La misma medida tomada durante el proyecto permitiría el redimensionamiento automático de la estructura, considerando un hormigón de resistencia a compresión más elevada, de menor módulo de deformación, de menor deformación lenta y de mayores resistencias a bajas edades. Estas nuevas características del hormigón traerían la reducción de las dimensiones de los elementos estructurales, ahorros en encofrados, reducción de cuantía de acero, reducción de volúmenes y peso propio, etc. Esta medida tomada en obra, a pesar de ser eficaz y oportuna desde el punto de vistade la durabilidad, ya no propicia alteraciones que mejoren los elementos estructuralesque fueron antes definidos en el diseño estructural y por lo tanto puede representar un costo 5 veces mayor.

Mantenimiento preventivo: toda medida tomada con antelación y previsión, 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 corrección de los problemas generados a partir de una intervención no prevista tomada ante una manifestación explícita e irreversible de patología. Al mismo tiempo estará asociada a un costo 25 (veinticinco) veces superior a aquel que habría ocasionado una decisión de proyecto para la obtención del mismo “grado” de protección y durabilidad de la estructura. Como ejemplo puede ser citado la eliminación del moho ácido y la limpieza de la fachada, estucamiento y reestucamiento de las superficies a vista, pinturas conbarnices hidrofugantes, renovación y construcción de “brise soleil”, goteras, pretiles y otras medidas de protección.

Mantenimiento correctivo: corresponde a los trabajos de diagnóstico, pronóstico, reparación y protección de las estructuras que ya presentan manifestaciones patológicas, o sea, corrección de problemas evidentes. A estas actividades se les puede asociar un costo 125 (ciento y veinticinco) veces superior al costo de lasmedidas que podrían haber sido tomadas en el ámbito de proyecto y que redundarían en un mismo “grado” de protección y durabilidad que se estime de la obra a partir dela corrección.

Según SITTER, colaborador del fib (CEB-FIP), autor de esta ley de costos tan ampliamente citada en bibliografías específicas del área, aplazar una intervención significa aumentar los costos directos en progresión geométrica de razón 5 (cinco), lo que torna aún más actual el conocido refrán popular “no dejes para mañana lo que puedes hacer hoy”, por cinco a ciento y veinte cinco veces menos.

Terapia

Las medidas terapéuticas de corrección de los problemas pueden tanto incluir pequeñas reparaciones localizadas, como una recuperación generalizada de la estructura, o refuerzos de los cimientos, columnas, vigas o losas. Es siemprerecomendable, que después de cualquiera de las intervenciones citadas, sean tomadas medidas de protección de la estructura, con la implantación de un programa de mantenimiento periódico. Este programa de mantenimiento debe tener en cuenta la vida útil prevista, la agresividad de las condiciones ambientales de exposición y la naturaleza de los materiales, y medidas protectoras adoptadas.

Procedimiento

La selección de los materiales y la técnica de corrección a ser empleada depende del diagnóstico del problema, de las características de la zona a ser corregida y de las exigencias de funcionamiento del elemento que va a ser objeto de la corrección. Por ejemplo: en los casos de los elementos estructurales que necesitan ser colocados encarga después de algunas horas de la corrección puede ser necesario y conveniente, utilizar sistemas de base epoxi o poliéster. En los casos de plazos algo más prolongados (días), pudiera ser conveniente utilizar morteros y grauting de base mineral, y en condiciones normales de solicitación (después de veintiocho días) los materiales podrían ser morteros y hormigones correctamente dosificados (vide foto 7 y 8)



PROYECTO O DISEÑO DETALLADO DE LA INTERVENCIÓN

Se considera que el proyecto o el diseño detallado de una intervención es la principal clave de suceso de una rehabilitación de estructuras de hormigón.

A título de ejemplo, un correcto diseño o proyecto detallado de intervención deberíaconsiderar las siguientes etapas:

1 INTRODUCCIÓN

2 SERVICIOS

2.1 Reparaciones localizadas

! Localización y definición de las áreas para muestreo ! Retiro de las armaduras de piel ! Escarificación del hormigón y delimitación con disco de corte ! Limpieza de las armaduras ! Reconstitución de la sección de la estructura

2.2 Reparación superficial

! Preparación del substrato ! Acabado de la reparación ! Curado

2.3 Reparación profunda

! Encofrado ! Saturación del substrato ! Reconstitución de la sección ! Desmolde, retirada del encofrado y terminación de la reparación ! Curado

3 MATERIALES DE REPARACIÓN Y SISTEMAS DE PROTECCIÓN

3.1 Mortero de Reparación

! Especificaciones técnicas ! Control de recepción ! Acopio ! Cuidados en el manejo, mezcla y preparación

3.2 Graute

! Especificaciones técnicas ! Control de recepción ! Acopio ! Cuidados en el manejo, mezcla y preparación

4 EQUIPAMIENTOS

4.1 Disco de corte para hormigón 4.2 Demoledor mecánico

Foto 7. Reparación localizada en viga de fachada

dañada por corrosión de armadura debida a la carbonatación (Mérida, México)

Foto 8. Reparación localizada en base de pilar dañado por corrosión de armadura debida a

cloruros(La Habana, Cuba)



4.3 Chorro de agua 4.4 Chorro de agua con arena 4.5 Chorro de aire 4.6 Pulverizador de agua 4.7 Mezclador de mortero 4.8 Mezclador de graute 4.9 Pulverizador para hidrofugante

5 MANO DE OBRA

5.1 Distribución de las etapas del servicio 5.2 Responsabilidades, cargo y calificación de los profesionales

! Ingeniero ! Encargado General ! Encargado de los servicios ! Encargado de la escarificación y preparación del substrato ! Encargado de la terminación de la reparación ! Encargado del tratamiento superficial ! Encargado de la aplicación del sistema de protección ! Encargado de los procedimientos especiales ! Técnico ! Demás profesionales

6 LICITACIÓN

6.1 Planilla de cuantitativos de los servicios 6.2 Elementos para licitación

Servicios

En esta sección se presentan los tipos y las especificaciones para la realización de los servicios de reparación localizada, tratamiento de fisuras, regularización de juntas y protección del hormigón.

Considerando el diagnóstico y el pronóstico de las manifestaciones patológicas y las recomendaciones dadas en la primera fase de los trabajos, se define que:

! las reparaciones debido a las armaduras corroídas, a los nidos de hormigonado y desniveles, serán hechos localizadamente;

! las juntas de hormigonado serán desbastadas y reparadas, en caso necesario; ! el tratamiento y protección de toda la superficie aparente del hormigón, será

especificado con el objetivo de impedir el acceso de dióxido de carbono, oxigeno y agua, frenando el avance del frente de carbonatación y demás factoresresponsables por el inicio y propagación de la corrosión de la armadura y por lalixiviación de la superficie;

! el tratamiento superficial y la protección del hormigón aparente no debe alterar el aspecto visual de la edificación

Materiales de reparación y sistema de protección

En esta sección son presentadas las características y propiedades básicas de los materiales que deben ser empleados en los servicios de reparación y protección. Podráser empleado cualquier material dentro de aquellos disponibles en el mercado, a pesarque las características especificadas en este proyecto correspondan a productos ya consagrados por el medio técnico y con eficacia comprobada en condiciones semejantes de aplicación y exposición. La calidad de los materiales y sistemas es deresponsabilidad de los fabricantes y proveedores que deben garantirla formalmente.

Para cada material y sistema son abordados los siguientes tópicos principales:

! Especificaciones técnicas: Se hace una descripción sucinta del material, presentando-se la composición básica y estableciéndose requisitos mínimos de caracterización y desempeño.

! Control de recepción: Se definen los parámetros y ensayos para control derecepción de los materiales, estableciéndose los criterios deaceptación/devolución, tamaño de los lotes y formas de muestreo



! Acopio: Se indican los cuidados que deben ser tomados en el acopio de losmateriales.

! Cuidados en el manejo, mezcla y preparación: Son descriptos los procedimientos que deben ser tomados durante el manejo, mezcla ypreparación de los materiales, visando la obtención de sus mejores características por la obediencia de los aspectos funcionales y de seguridad

equipamientos

En este apartado se presentan los equipamientos básicos necesarios para la ejecución de los servicios de reparación y protección de hormigón armado. Se indica el uso y las principales características técnicas requeridas para el adecuado empleo de losequipamientos.

mano de obra

En esta sección se presenta una “orientación” para distribución de los equipos ecalificación de la mano de obra para la ejecución de los servicios de reparación yprotección de las estructuras de concreto armado, teniendo como principales objetivoslos de facilitar el control de ejecución y garantizar la mayor calidad de los servicios. Así como las responsabilidades del personal incluyendo la Fiscalización.

licitación

En esta sección se presentan subsidios básicos para la elaboración del Edital de Licitación por el Interesado, siendo detalladas las planillas con las estimativas de loscuantitativos de los servicios de rehabilitación de la estructura.

CONTENIDO DE ESTE MANUAL En el Capitulo 1 se presentan, de forma amplía incluyendo los conceptos de durabilidad yvida útil, el conjunto de las acciones que actúan sobre las estructuras de hormigón durante su existencia, considerando cargas y acciones ambientales.

El Capitulo 2 fue organizado de forma tal que ayude en la elaboración del diagnóstico ante las manifestaciones patológicas usuales, indicando también las alternativas masadecuadas para la corrección de los problemas. Por tratarse de una orientación general, evidentemente no fue posible analizar aspectos específicos de un determinado problema u obra, que deberán ser tratados en sus particularidades por el experto responsable.

El tema del Capítulo 3 es la orientación para la selección de la intervención que provee laspautas más importantes que deben de ser llevadas en cuenta durante la elección de unasolución.

En el Capitulo 4 se presenta una descripción general de la naturaleza de los principales materiales y sistemas utilizados en reparaciones, refuerzos y protección de estructuras dehormigón. Al final se resumen los productos existentes, describiéndose sus característicasprincipales y usos recomendados, con el objetivo de auxiliar a los profesionales en la selección del producto o sistema mas adecuado para una determinada situación. Cabesiempre recordar, que para un mismo problema patológico puede haber más de una solución.

Los procedimientos para la reparación 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 rehabilitación, sino también porque muchas veces noson del conocimiento de los profesionales. En este capítulo son descritos los proce-dimientos para la eliminación de grasas, descontaminación del sustrato, limpieza deplacas metálicas o quema controlada de la superficie del hormigón.

En el Capitulo 6 se presentan los procedimientos usuales para reparar estructuras dehormigón. Por razones didácticas las correcciones fueron presentadas considerándose apenas un problema patológico. En la práctica, la recuperación de una estructura dete-riorada puede abarcar un número elevado de problemas y alternativas de soluciones, y por lo tanto, para encontrar la solución adecuada será necesario consultar varios puntos, conciliando de manera planificada e inteligente cada uno de los procedimientos indicados.

En el Capítulo 7 se presentan las alternativas posibles de intervención en estructuras



dañadas por corrosión de armaduras, discutiéndose las ventajas y desventajas de cada una de ellas.

El Capítulo 8 esta totalmente dedicado a presentar soluciones de refuerzo de estructuras de hormigón, discutiendo en separado los refuerzos más comunes a columnas, losas, vigas y paredes de hormigón.

El Capitulo 9 describe los mecanismos de degradación de la superficie del hormigón, la naturaleza y característica de los principales productos que se utilizan para la protección de estas superficies, así coma las técnicas de aplicación y los parámetros para el mantenimiento preventivo y correctivo de las fachadas, pisos y demás superficies expuestas de hormigón, el llamado hormigón arquitectónico. Se presenta también una discusión teórico-practica de como puede ser planificada una corrección de los problemas patológicos derivados de la corrosión de las armaduras, que a su vez es actualmente, lamanifestación de mayor incidencia en las obras y sin duda, una de las más costosas intervenciones en obras terminadas.

En el Capítulo 10 el especialista podrá consultar la lista mas completa de composición de precios unitarios de los 80 principales procedimientos de rehabilitación de estructuras. Con esta contribución la Red Rehabilitar espera estar contribuyendo para valorar y uniformizar los trabajos de rehabilitación de estructuras a la vez que ayuda a todos a obtener una idea buena del presupuesto de una obra de rehabilitación de estructuras de hormigón.

En el Capítulo 11 se presentan los conceptos y la práctica con ejemplos de cómo implantar un sistema confiable de control de calidad en un servicio de rehabilitación deestructuras de hormigón. Considerando la deficiente cantidad y calidad de documentos normativos a respecto, se presentan también los criterios adecuados para recepción de materiales, sistemas, servicios y trabajos de rehabilitación de estructuras.

El Capítulo 12 presenta un primer esfuerzo de construcción de un glosario en el área de diagnóstico y rehabilitación de estructuras de hormigón.

El Manual concluye, reafirmando la importancia de que en todas las intervenciones hayaun proyecto o un diseño detallado de la solución y presentando la bibliografía básica recomendable para estudios de rehabilitación de estructuras de hormigón.



Como medida orientativa podríamos decir que si no es posible atribuir el daño a otras causas más sencillas de evaluar (secado prematuro, fisuración plástica, efectos de congelamiento, ataques por sulfatos, etc.), deberá iniciarse una investigación profunda tomando muestras del hormigón para efectuar exámenes petrográficos y mineralógicos del agregado.

Recién entonces, si se considera que éstos fueran potencialmente reactivos, secompleta la batería de ensayos con métodos complementarios, los que deben ser conducidos e interpretados por especialistas.

1.4.6 Abrasión y desgaste

Las acciones asociadas a esfuerzos que provocan un desgaste de la superficieexpuesta del hormigón se pueden agrupar como fenómenos de abrasión y desgaste, aunque más específicamente se considera abrasión cuando hay una acción mecánica por arrastre de sólidos sobre la superficie.

El arrastre de sedimentos en un canal revestido, la acción de neumáticos protegidos con cadenas o clavos para la circulación sobre superficies congeladas,el transporte de sólidos en una tubería de conducción y la situación de un vertedero de una presa son situaciones típicas donde se produce la erosión.

En general, salvo estructuras particulares como las mencionadas, están particularmente sujetos a desgaste los pisos industriales y los pavimentos engeneral. La acción de las ruedas macizas de los autoelevadores para el manipuleo de pallets es sumamente enérgica y puede provocar el deterioro progresivo de lasuperficie de rodadura.

La Foto 1.4.12 ilustra el desgaste de un pavimento en zona fría, por acción de las cadenas y clavos de los neumáticos. Se ve claramente la huella de desgaste quecoincide con el tránsito.

Foto 1.4.12 Desgaste de un pavimento en zona fría

En rasgos generales, la resistencia al desgaste está asociada a la resistencia intrínseca del hormigón, pero es particularmente importante la calidad y dureza del agregado empleado y la eficiencia del curado superficial. Las operaciones determinación y acabado superficial deben realizarse sin el agregado de agua adicional y evitando remezclar el agua exudada. Para mejorar la resistencia a laabrasión se pueden usar endurecedores minerales y/o químicos o emplear hormigones especiales (con fibras de acero, por ejemplo).

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En muchos casos, la acción mecánica se suma a ataques químicos que debilitan la pasta de cemento, haciendo mucho más severo el ataque.

La Foto 1.4.13 muestra la superficie del hormigón de una defensa de río sometida a la abrasión, la erosión y ataque químico.

Foto 1.4.13 Superficie de hormigón sometida a abrasión y erosión

En las superficies de hormigón en contacto con agua en rápido movimiento se pueden presentar sectores donde la corriente tienda a separarse, creando en ellaszonas de baja presión que producen picaduras las que posteriormente conducen a un desprendimiento progresivo del hormigón.

1.4.7 Lixiviación y eflorescencia

Las eflorescencias, ilustradas en la Foto 1.4.15 , ocurren frecuentemente en lasuperficie del hormigón cuando el agua tiene posibilidad de percolar a través del material, ya sea en forma intermitente o continua, o cuando una cara expuestasufre el proceso de humedecimiento y mojado en forma alternativa.

Las eflorescencias consisten en el depósito de sales que son lixiviadas fuera delhormigón, las que se cristalizan luego de la evaporación del agua que las transportó o por la interacción con el dióxido de carbono de la atmósfera. Entre las sales típicas podemos citar los sulfatos y carbonatos de sodio, potasio o calcio.

El que generalmente se encuentra en mayor proporción, es el carbonato de calcio.

Las eflorescencias perjudican la estética, pero en sí mismas, no constituyen un problema específico de durabilidad; sin embargo, nos indican que existen procesosde solubilización y transporte de sales desde el interior de la masa, revelando fenómenos de lixiviación (Foto 1.4.14 ) Esto puede llevar a un incremento de la porosidad, disminuyendo la resistencia, aumentando la permeabilidad , haciendo alhormigón más vulnerable a otros ataques y consecuentemente afectarindirectamente la durabilidad.

Se pueden citar casos de estudiados donde una disminución de un 25 % del contenido de hidróxido de calcio del hormigón produjo hasta un 50 % de reducción de su resistencia original.

Influye en el proceso la capacidad de las aguas de solubilizar los compuestosexistentes y su solubilidad relativa.

Las aguas puras originadas por la condensación de la niebla o el vapor de agua, y



el agua blanda de lluvia o proveniente de la nieve o del hielo son las más agresivaspues no contienen iones calcio y actúan principalmente sobre el hidróxido de calcio que es el más soluble de los compuestos presentes en la pasta de cemento hidratada. Las aguas duras, con alto contenido de iones calcio, son menospeligrosas.

La temperatura del agua es un factor que incide ya que la solubilidad del hidróxido de calcio se incrementa con la disminución de la temperatura.

La lixiviación es mayor especialmente cuando el agua pasa a través del hormigón a presión. Cuando el agua circula sobre la superficie, el hormigón puede presentarlixiviación en la cara opuesta o en el caso de tuberías en las zonas próximas al pelo libre de agua.

El hidróxido de calcio disuelto reacciona con el dióxido de carbono del aire y genera carbonato de calcio que es una eflorescencia color blancuzco. Una forma dedetectar la presencia de esta sal es verter algunas gotas de ácido clorhídrico, las que en caso de existir formarán un burbujeo.

Los fenómenos de lixiviación de los hidróxidos alcalinos conducen también a una reducción del pH del hormigón y, eventualmente, a una redistribución interna del contenido de álcalis. Estos cambios pueden inducir la ocurrencia de otros fenómenos, dependiendo de las condiciones de exposición y las características delos materiales componentes. Entre estos fenómenos, los más severos son la corrosión de las armaduras de refuerzo y las expansiones en la masa de hormigón por reactividad alcalina de sus agregados.

Foto 1.4.14 muestra un proceso de lixiviación con formación de estalactitas



Foto 1.4.15 muestra eflorescencias generalizadas con pérdida de alcalinidad y corrosión de armaduras.

1.5 Acciones inducidas

1.5.1 Fluencia

La fluencia es un fenómeno que se presenta con distinta magnitud de acuerdo al material que se analice y básicamente consiste en el incremento de la deformación de la pieza cargada aún manteniendo el elemento solicitado a tensión constante.

El hormigón armado presenta una marcada tendencia a manifestar este fenómeno, en cambio el acero se presenta con valores prácticamente despreciables, por esta razón en las piezas de hormigón armado las armaduras longitudinales limitan ladeformación

La fluencia del hormigón se atribuye al efecto producido por la carga actuante en el elemento de hormigón, sobre el agua contenida en el gel y los capilares.

A los efectos de evaluar su incidencia en el comportamiento de la estructura dehormigón armado o pretensado y sus posibles deficiencias, se pueden hacer las siguientes consideraciones:

La deformación por la fluencia del material, analizada en un mismo intervalo de tiempo, es proporcional a la tensión, es decir que para tensiones altas esta se pondrá de manifiesto con mayor intensidad.

Un hormigón cargado a edad temprana presenta una fluencia mayor que si el proceso de carga se demora en su inicio. La razón entre otras es, el bajo módulo



de elasticidad que conduce a deformaciones elásticas mayores y consecuentemente mayores deformaciones por fluencia.

El fenómeno de la fluencia del material hace que a veces se presenten daños en edificios de altura, al cabo de un cierto tiempo se produce la rotura de los tabiques de ladrillo. Esto se produce porque con el tiempo las columnas tienden a acortarse, pero los tabiques de albañilería lo impiden por ser menos deformables, lo que implica una transferencia de carga que en determinado momento no pueden soportar y se produce su rotura, a veces acompañados de estallidos, pues se trata de un material frágil.

Esta situación se presenta también en estas edificaciones cuando existen columnasproyectadas para soportar exclusivamente cargas gravitatorias fuertemente solicitadas y tabique proyectados para soportar las cargas gravitatorias y del viento, los que en general están solicitados en forma permanente por tensiones mucho menores. Esto origina deformaciones elásticas y diferidas marcadamente distintas en ambos elementos estructurales y consecuentemente la flexión y a veces la fisuración de las vigas y/o las losas así como roturas en los cerramientos adosados.

Bajos contenidos de humedad y una mayor relación agua/cemento favorecen la fluencia, lo mismo que el hecho de poner en carga la estructura cuando el hormigón cuenta aún con una baja maduración.

En función de los factores mencionados la deformación final debido al fenómenos de fluencia, el que se desarrolla en su totalidad en un plazo comprendido entre 2 y 5 años, puede alcanzar de 1 a 3 veces el valor de la deformación elástica. En general en el primer año se desarrolla aproximadamente el 80%. de la deformación total.

En la mayor parte de los casos la fluencia del hormigón sólo modifica la deformación de la estructura y la distribución de los esfuerzos entre el hormigón y el acero. Si se trata de una pieza de hormigón armado con la armadura simétrica, el fenómeno es equivalente a una disminución del módulo de elasticidad.

Por ejemplo en una columna de hormigón armado cargada axialmente , tanto el hormigón como el acero están comprimidos, sin embargo con el transcurso deltiempo y como consecuencia principalmente de la fluencia y además por la contracción, el hormigón trata de acortarse, pero no así el acero. Como consecuencia de la adherencia se produce una transferencia de esfuerzos, el acero se recarga, en cambio el hormigón, disminuye su solicitación.

En general la fluencia favorece el comportamiento de la estructura cuando las acciones son internas como la contracción por secado, los cambios de temperatura o por el asentamiento o el giro de una fundación.

Como contrapartida su influencia puede ser negativa, por ejemplo cuando se impone una deformación en forma voluntaria, tal el caso del pretensado, aplicado con la idea de mejorar la distribución de los esfuerzos internos, ya que parte del objetivo se pierde como consecuencia de la deformación por fluencia.

1.5.2 Asen tamientos

Entre las causas más frecuentes que generan la aparición de fisuras y daños en las estructuras de hormigón armado, están los denominados asentamientos diferenciales.



Figura 1.5.1 Asentamiento diferencial

Cuando todos los apoyos de una estructura presentan los mismos desplazamientosverticales, en general la estructura no se ve sometida a ningún estado tensional adicional, en cambio si estos alcanzan valores sensiblemente diferentes, lasconsecuencias sobre la estructura pueden ser significativas, tanto desde el puntode vista de su resistencia como de su durabilidad.

Estas diferencias en el comportamiento de los apoyos de la estructura dehormigón provocan en las estructuras un estado tensional adicional que, de no ser considerado en el proyecto, puede producir un cuadro de fisuras no deseado eincluso la rotura de algún elemento ya sea estructural o de cerramiento (Figura 1.5.1 ).

Genéricamente este corrimiento diferencial se lo denomina “descenso de apoyo”.

Los asentamientos diferenciales pueden ser provocados por distintas causas,algunas de las cuales - las más importantes- se mencionan a continuación:

# Errores en el proyecto o en la ejecución de las fundaciones. # Cargas no previstas en el proyecto original. # Deformación excesiva del suelo de fundación, no considerado en el proyecto

por desconocimiento o información errónea de sus características. # Deformación excesiva localizada del suelo por la aparición de alteraciones

no previstas (inundación, vibración, erosión, socavación, etc.). # Fundación sobre pozos mal cegados, rellenos mal ejecutados, alteraciones

del terreno desconocidas, etc. # Fundación de una misma estructura sobre distintos tipos de suelo y/o

utilización de distintos sistemas de cimentación o niveles de la fundación. # Alteraciones por construcciones vecinas. # Existencia de suelos expansivos. # Inyección del terreno en zonas próximas, que genere un importante empuje

vertical sobre la superficie de apoyo de la fundación (ascensos de los apoyos).



El diseño de estructuras de hormigón teniendo en cuenta las solicitaciones originadas en los descensos o ascensos de los apoyos no es común en la práctica de la ingeniería aplicada en edificaciones comunes.

Esto se debe al hecho generalizado de considerar a las estructuras de hormigón armado, formadas por placas y elementos lineales, suficientemente flexibles comopara absorber pequeños ascensos o descensos de los apoyos sin solicitaciones adicionales importantes. Cuando los asentamientos diferenciales se pueden prevery cuantificar, las solicitaciones que se generan en la estructura como consecuenciade su existencia deberían ser evaluadas y tenidas en cuenta, considerándolos en el diseño o, modificando las condiciones existentes que generarían dichos asentamientos con el fin de eliminarlos o disminuir su magnitud.

En los casos de estructuras muy rígidas, como las formadas por vigas de gran altura, tabiques apoyados en columnas, etc., se hace imprescindible el análisis estructural considerando la interacción suelo-fundación-estructura en forma conjunta. Las solicitaciones generadas por los asentamientos diferenciales en estetipo de estructuras rígidas en general dejan de ser despreciables y por lo tanto deberían ser consideradas en el diseño.

En la actualidad, tanto el cálculo de solicitaciones por corrimiento de los apoyos así como el análisis del conjunto suelo-fundación-estructura se ven notablemente facilitados con la utilización de programas de análisis estructurales que permiten modelarlos teniendo en cuenta las características mecánicas de cada uno de ellos y su resolución mediante ordenadores.

En algunos casos prácticos, se puede determinar el grado de riesgo de aparición de fisuras por asentamientos diferenciales si se obtienen los valores de dichosasentamientos. Una medida del riesgo de la aparición de tales fisuras se puede obtener a través del valor de la distorsión angular, conociéndose como tal a la relación entre el asentamiento diferencial entre dos puntos y la distancia entre losmismos (Figura 1.5.2 ):

Distorsión angular = (S1 – S2) / L



Figura 1.5.2 Distorsión angular

Numerosos autores y reglamentos recomiendan valores límites de estas distorsiones, en función del tipo de estructura, con el fin de evitar las consecuencias ya vistas que genera este problema. En general, y para disponer de cierto grado de seguridad, se proponen como límite admisible los siguientes valores de la distorsión angular:

# 1/500 para estructuras hiperestáticas de hormigón armado del tipo flexible (pórticos formados por placas y elementos lineales).

# 1/200 para estructuras de hormigón armado isostáticas.

Estos valores límites deben ser compatibles con los cerramientos empleados en la construcción ya que aunque no se produzcan daños visibles en la estructura, pueden aparecer daño en los cerramientos, que afectan la estética, la impermeabilidad, etc.

Al estar un muro enmarcado en la estructura, cuando desciende un apoyo más que otro, éste se ve solicitado por esfuerzos rasantes perimetrales, lo que equivale auna distorsión angular, donde una diagonal se alarga y la otra se acorta con esfuerzos principales de tracción y compresión inclinados 45°. En la dirección de la diagonal que se alarga aparecerán en el muro esfuerzos de tracción que si alcanzan valores equivalentes a su resistencia máxima, originaran fisuras en dirección perpendicular a dicho esfuerzo.



Esta es la razón por la cual los asentamientos originan en general en los muros un cuadro de fisuras inclinadas aproximadamente 45°. (Ver Figura 1.5.3 )

Cuando se presenten asentamientos en muros con aberturas, éstas se constituyen en una perturbación que genera una fuerte concentración de tensiones en las esquinas de los huecos.

Allí las isostáticas de tracción se desvían generando grietas que nacen en esquinas opuestas en sentido diagonal, configuración típica de los asientos diferenciales como lo muestran la Foto 1.5.2 y Foto 1.5.1 .

Foto 1.5.1 Vista exterior de los daños

Foto 1.5.2 Fisuras en columnas y paredes interiores producidas por el

asentamiento de una de sus columnas



Figura 1.5.3 Asentamiento en l muros

1.5.3 Pretensado

El pretensado de estructuras de hormigón es un método constructivo que permite obtener elementos más durables, eficientes, esbeltos, etc. El elemento de hormigón es comprimido por medio de cables de acero especial de alta resistencia los que son tensados desde uno de sus extremos por medio de gatos hidráulicos.

En el caso del pretensado con cables no adheridos, estos se encuentranengrasados para favorecer el deslizamiento. Su empleo es muy común en las construcciones de edificios.

El pretensado materializado con cordones adheridos tiene su mayor campo deaplicación en la fabricación de viguetas para entrepisos, en este caso los cables son tensados antes de hormigonar el elemento. Otras veces se dejan incorporadasa la masa de hormigón vainas, generalmente metálicas y corrugadas, donde se alojan las barras o los cordones, que se tensan una vez que el hormigón adquirió suficiente resistencia, para finalmente inyectar con mortero de cemento



usualmente con el agregado de un aditivo expansor, con el fin de recuperar laadherencia.

En este último caso o cuando se emplean cables engrasados el tensado se hace con el hormigón endurecido, razón por la cual comúnmente se lo denomina postensado.

El acortamiento generado en el acero tensado comprime el hormigón de la pieza de manera tal de contrarrestar las tensiones de tracción generadas por las futuras cargas de servicio para las que ha sido proyectado. La eliminación, tal el caso del pretensado total, o la disminución de las tensiones de tracción en el hormigón, por ejemplo cuando se aplica un pretensado parcial, elimina o reduce sensiblemente laposibilidad de aparición de alguna de las fisuras típicas del hormigón armado.

En el caso particular de las estructuras con pretensado parcial es fundamental lapresencia de las armaduras pasivas de manera tal de distribuir las fisuras conseparaciones mas pequeñas y de dimensiones capilares. La armadura pasiva además, permite aumentar la seguridad a la rotura del elemento.

Por efectos del pretensado, el hormigón comprimido se acorta. El acortamiento que se produce inmediatamente después de aplicar las fuerzas de pretensado es debido a la deformación elástica del hormigón. Este primer acortamiento dependedel módulo de elasticidad del hormigón (E), en el momento de aplicación de las fuerzas y de las tensiones de compresión generadas en el hormigón por efecto del pretensado.

Posteriormente a este acortamiento inicial, se produce otro debido al fenómeno reológico del hormigón conocido como deformación diferida o fluencia lenta (“creep”).

La deformación diferida del hormigón sometido a esfuerzos de compresión permanentes llega a estabilizarse después de aproximadamente 4 años.

La suma de estas deformaciones (acortamientos elásticos y diferidos) debe ser tenida en cuenta en el diseño con el fin de impedir la formación de fisuras no deseadas ya que ambas reducen los esfuerzos de compresión en el hormigón.

En el caso de pórticos con columnas denominadas “cortas” o con rigideces importantes, el efecto del acortamiento de los travesaños por acción delpretensado, puede generar fisuras en las columnas, si en el diseño no se considera dicha acción correctamente (ver Figura 1.5.4 ).



Figura 1.5.4 Fisuras en pórticos por acción del pretensado

Algunas precauciones clásicas de adoptar tanto en el proyecto como en laconstrucción de las estructuras pretensadas facilitan la interpretación de posibles deficiencias posteriores;

# La compresión del hormigón solo se produce si es posible su acortamiento. # Los cambios de dirección del cable generan fuerzas transversales de

tracción o compresión. # Verificar que las dimensiones resultantes permitan lograr un buen llenado

de los moldes. # Controlar las armaduras pasivas, en particular en la zona de los anclajes. # Verificar la posición de los cables, su fijación y la estanqueidad de las

vainas. # Controlar la resistencia del hormigón endurecido antes de tesar los cables

ya que en general es en esa instancia donde se generan las mayoressolicitaciones.

Precisamente la Foto 1.5.3 muestra la falla de la viga prefabricada comoconsecuencia de haber realizado el tesado sin que el hormigón cuente con la resistencia suficiente; en la Foto 1.5.4 se ve un detalle del aplastamiento de lazona inferior, donde se alojan las vainas con sus cables y las solicitaciones decompresión son máximas.



Foto 1.5.3 Falla en viga prefabricada postensada

Foto 1.5.4 Detalle, zona de aplatamiento

En la Foto 1.5.5 se muestra la rotura de una viga como consecuencia de la falla enuna junta de hormigonado y en la Foto 1.5.6 los trabajos previos a su reparación.

Foto 1.5.5. Falla de junta de hormigonado en una viga

Foto 1.5.6. Procedimiento de Reparación de la misma viga



1.6 Fallas Constructivas Típicas

El proceso de diseño y construcción de una estructura de hormigón comprende una serie de instancias que en general podemos resumirlas en las siguientes:

# Diseño general y anteproyecto. # Cálculo, documentación y especificaciones técnicas. # Replanteo y nivelación. # Provisión de materiales. # Construcción de encofrados y colocación de puntales. # Corte doblado y colocación de armaduras. # Elaboración y transporte del hormigón. # Colocación y curado del hormigón. # Remoción de moldes y puntales.

Cualquiera de las etapas descriptas puede constituirse en el origen de fallas odeficiencias que pueden afectar el comportamiento de la estructura.

Analizaremos algunas de las que suelen presentarse con mayor frecuencia.

1.6.1 Deficiencias en el detalle y/o posicionado de la armadura.

Las barras de acero que por error de proyecto o construcción resultan inadecuadas en su conformación o en su posición final terminan afectando la durabilidad o la capacidad portante de la estructura.

En principio en los elementos típicos solicitados a flexión, vigas y losas, las barras de armadura se colocan para tomar los esfuerzos de tracción. La Figura 1.6.2 muestra como una colocación inadecuada puede originar la disminución del brazo elástico interno y como consecuencia la sección contará con una menor capacidad portante y seguramente aparecerán las fisuras.

Figura 1.6.1 Fisuras en elementos solicitados a flexión

En las fotos siguientes Foto 1.6.1 y Foto 1.6.2 se puede observar el colapsoparcial de estructuras en voladizo y las fisuras paralelas a la viga de apoyo, Foto1.6.3 , como consecuencia de tener las armaduras colocadas por debajo de laposición correcta.



Foto 1.6.1 Colapso parcial de la Estructura

Foto 1.6.2 Detalle voladizo

Foto 1.6.3 Detalle fisuras paralelas a la viga de apoyo

Lo Gráfico 1.6.1 y lo Gráfico 1.6.2 ilustran la situación en que se encuentran los balcones de una serie de edificios estudiados por presentar algún tipo de deficiencia.



Gráfico 1.6.1 Distribución de frecuencias de alturas

Gráfico 1.6.2 Distribución de frecuencias vs Madm/Madm de diseño

En el Gráfico 1.6.1 se puede ver la distribución de frecuencias de las alturas, solamente un 20 % de los casos estudiados cuenta con el brazo elástico adecuado, es decir las armaduras en su posición correcta y en el Gráfico 1.6.2 la distribución de frecuencias con respecto a la relación Madm / Madm de diseño. Menos del 10 % tiene como corresponde una relación igual a 1 o superior y más del 20 % se encuentra por debajo de la relación 0,6 es decir aproximadamente en el límite convencional de rotura.

La Figura 1.6.2 y la Figura 1.6.5 ilustran otro tipo de fallas que se originan por unmal posicionado de las armaduras;



Figura 1.6.2 Fallas por mal posicionado de las armaduras

Una deficiencia habitual es no mantener la separación adecuada entre las barras de modo que el hormigón pueda ser colocado y compactado adecuadamente, sin que se formen nidos de abeja. De este modo se ve afectada tanto la capacidadportante como la durabilidad (Figura 1.6.5 ). Una situación particularmente sensible a este problema la constituyen las zonas de empalme de las armaduras.

Foto 1.6.4 Fallas por mal posicionado de las armaduras

Foto 1.6.5 Fallas por separación inadecuada de las armaduras

Cuando las dimensiones de los pases son importantes con relación al elemento estructural se origina congestión de armaduras que dificulta un llenado adecuado

Figura 1.6.3 Fallas por congestionamiento de armaduras



de los moldes.

Figura 1.6.4 Fallas por congestionamiento de armaduras

Es preciso recordar que las barras deben contar, además, con un recubrimiento adecuado según el tipo de ambiente y el elemento estructural del que se trate.

La falta de recubrimiento adecuado, resta protección a las armaduras disminuyendo el tiempo en que se ven afectadas por distintos factores queproducen corrosión de las armaduras.

Figura 1.6.5 Fallas por recubrimiento inadecuado

Figura 1.6.6 ) o armaduras activas mal colocadas (Figura 1.6.7 ).



Figura 1.6.6 Armaduras pasivas con fallas de diseño

Figura 1.6.7 Armaduras activas mal colocadas

1.6.2 Deficiencias en la construcción o remoción de los encofrados

Asentamientos de los encofrados apoyados inadecuadamente o en terrenos debaja capacidad portante, o muy deformables generan deformaciones y/o fisuración de la estructura.

Figura 1.6.8 Fallas por asentamientos de los encofrados

La separación excesiva de los puntales en elementos flexados o de los anillos en las columnas origina elementos estructurales con deformaciones iniciales.



Figura 1.6.9 Fallas por diseño inadecuado de los encofrados

La remoción de los puntales cuando aún el concreto no alcanzó la resistencia suficiente puede originar sobretensiones, fisuración y aún el colapso de la estructura. Este problema, ilustrado en la Figura 1.6.9 , se agudiza en las situaciones que se mantienen los puntales en varias plantas sin realizar reapuntalamientos o cuando se colocan cargas importantes sobre los entrepisos en construcción.

1.7 Acción sísmica

Origen de la acción

Los sismos o terremotos son vibraciones de la corteza terrestre, generadas porfenómenos diversos. Para la ingeniería estructural, los más importantes son los de origen tectónico, provocados por bruscos desplazamientos de las grandes placas de la corteza terrestre.

La energía liberada en un sismo se propaga, principalmente como ondas vibratorias, através de la roca de la corteza y llega a la fundación de las construcciones luego de atravesar los estratos superficiales del suelo.

Estas ondas vibratorias constituyen la acción directa del sismo sobre las construcciones.

Otro tipo de acciones Foto 1.7.1, denominadas indirectas, tienen su origen en elcomportamiento del suelo de fundación y dependen del tipo y la geometría del depósito que lo conforma, estos son, los deslizamientos, los asentamientos, lasavalanchas, la licuefacción del suelo.



Foto 1.7.1 Efecto local indirecto: asentamiento

Las vibraciones debidas a los terremotos se transmiten a la construcción a través de sus fundaciones. La intensidad de la vibración inducida en una construcción depende tanto de las características del movimiento del terreno como de las propiedades dinámicas de su estructura (amortiguamiento propio de la edificación y relación entre los períodos propios de la estructura y el periodo dominante del suelo).

Estas propiedades cambian con el aumento de la intensidad de la excitación aplicada; tanto el amortiguamiento como los periodos propios tienden a aumentar.

Vulnerabilidad estructural

Las vibraciones inducidas en una construcción por la acción sísmica generan fuerzas de inercia en correspondencia con sus masas. Esas fuerzas tienen dirección preponderantemente horizontal cuando las masas descansan en elementosestructurales horizontales de luces moderadas; en cambio, su dirección dominante es vertical cuando las luces de esos elementos son importantes o en el caso losvoladizos.

Las fuerzas de inercia se transmiten a la fundación a través de su estructura, siguiendo trayectorias que dependen de su configuración. En su trayecto pueden provocar los siguientes efectos:

Generar deformaciones y esfuerzos que provoquen daños en elementos no estructurales: instalaciones, elementos de cierre y de división.

Comprometer la estabilidad de la totalidad o de partes de una construcción consideradas como cuerpo rígido (deslizamiento, vuelco).

Hacer que en alguno de sus elementos estructurales, se superen los estados límites de fisuración, de estabilidad elástica – efectos de segundo orden-, de resistencia y/o de ductilidad.

Influencia de elementos no estructurales

Las mamposterías enmarcadas por los pórticos, representadas en la Figura 1.7.1 , usualmente no se las considera en los modelos de cálculo, y sin embargo tienen una influencia considerable en el comportamiento de las estructuras durante un sismo,dado que incrementan su rigidez e inducen mayores fuerzas sísmicas.



En las superficies de contacto de la estructura con las paredes se desarrollan fuerzasde interacción, que por un lado mejoran el comportamiento de la estructura durante el sismo, pero frecuentemente, causan serios daños, incluso el colapso de columnas, haciendo más vulnerable al sistema estructural.

Figura 1.7.1 Fuerzas de interacción en mamposterías enmarcadas.

También son dañosas las fuerzas debidas al impacto de una construcción con otras adyacentes separadas por juntas de abertura insuficiente.

Tipos de daños en elementos de estructuras de hormigón armado

En general las construcciones con un adecuado diseño estructural y una ejecución cuidadosa, aún bajo sismos severos, sufren daños leves. Ellos se manifiestan como grietas verticales e inclinadas en las columnas y en las vigas, Figura 1.7.2 .

Las grietas verticales en las vigas son causadas por el momento flexor y ocurren en laproximidad de los nudos, por ejemplo en la conexión con las columnas, y en los centros de tramo.

Las grietas inclinadas se producen por los esfuerzos de corte.

Figura 1.7.2 Grietas de flexión (a), (b) y corte (c)

Los daños se pueden agrupar según el motivo de la falla en:

# Por compresión del hormigón # Por corte del hormigón. # Escasez de armadura o pérdida de su anclaje.



Se producen en tabiques, columnas, vigas, losas y nudos cuando el hormigón está excesivamente solicitado, caso 1) o 2), o mal reforzado, caso 3), lo que da lugar a uncomportamiento estructural insuficientemente dúctil.

El modo de falla de los tabiques en ménsula depende de la relación entre su altura y las dimensiones en el plano. En tabiques cortos (H<B) predomina el efecto delesfuerzo de corte, produciéndose grietas diagonales (grietas-X), Figura 1.7.3 . (a); si no lo son (H>B) predomina el efecto del momento flexor, produciéndose grietas horizontales. Figura 1.7.3 (b).

(a) (b)

Figura 1.7.3 Modos de falla de tabiques en ménsula

En las vigas y las columnas con fuerzas longitudinales relativamente pequeñas prevalece la influencia de la flexión, Figura 1.7.4 .

Figura 1.7.4 Progreso de la falla por flexión en un extremo de columna

Las columnas gruesas, como las vigas cortas (Figura 1.7.5 ) son vulnerables a lasfallas típicas originadas por los esfuerzos de corte.

Figura 1.7.5 Falla de corte en columna gruesa (izq) y Falla por corte en viga corta



Foto 1.7.2 Falla en nudo de unión viga-columna

Debido a los complejos estados de tensión en los nudos, pueden ocurrir diferentes modos de falla (Foto 1.7.2 ).

El debilitamiento de la unión acero-hormigón representa una falla frágil y su consecuencia es similar a una excesiva deformación de la armadura.

Los daños expuestos pueden deberse a defectos de proyecto o también a fallas de construcción. Los errores en la concepción estructural son especialmente peligrosos, pero una mala ejecución de detalles también puede causar graves daños.

Las causas más comunes de daños y colapsos de construcciones porticadas son:

Error en la concepción de la estructura o de su fundación

Un pórtico poco rígido con grandes deformaciones (desplazamientos horizontales) causa daños severos en tabiques divisorios.

Los balcones, los aleros y las escaleras en ménsula son elementos particularmente vulnerables.

Detalles inadecuados, especialmente de armado y en las uniones de lasbarras

Casos típicos son las juntas mal dimensionadas que causan la colisión entre las partes de la construcción y la pobreza de ejecución de detalles de armado en la zona de los nudos.

Pobre calidad del trabajo realizado y del hormigón incorporado

Pueden ser causas de daños graves los cambios en la posición de las armaduras respecto al diseño original, malos cortes constructivos, corte de estribos en columnas durante el hormigonado, etc.

Son raros los daños causados por la calidad de los materiales incorporados (pobre calidad del hormigón, segregación, etc.).

(der)



Sobrecargado de la estructura con cargas gravitatorias

Incrementan las solicitaciones debidas a la acción gravitatoria y a las fuerzas de inercia (por incremento de la masa) provocadas por el sismo.



Manual Rehabilitacion de Estructuras Hormigon Reparacion Refuerzo

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