TECNICAS Y ENSAYOS DE EVALUACION DE ESTRUCTURAS AFECTADAS POR PATOLOGÍAS

Angel A. Di Maio

Laboratorio de Entrenamiento Multidisciplinario para la Investigación Tecnológica (LEMIT). Calle 52 e/121 y 122. (1900) La Plata. Argentina. Tel. 4831142/44. Fax: 4250471.

e-mail: hormigones @ lemit.gov.ar

- INTRODUCCION Los problemas patológicos que presentan las estructuras de hormigón armado, hecho que se produce cada vez a más corta edad, es uno de los temas que más preocupa a los ingenieros, investigadores, constructores y fundamentalmente a toda la sociedad, ya que se traduce en una carga económica importante. Por diferentes razones muchas veces es necesario evaluar estructuras construidas con el propósito de determinar las características de los materiales que forman parte de la misma, hecho que en la mayoría de los casos está asociado con alguna de las siguientes condiciones:

a) Cuando hay escasa información acerca de las propiedades de la estructura.

b) Cuando se desea evaluar la vida remanente de la estructura.

c) Cuando surgen patologías en la estructura o en algún sector de la misma. Existen muchos otros motivos por los cuales se requiere evaluar la calidad de

los materiales de una estructura o el comportamiento de alguno de sus elementos estructurales, aunque en este trabajo se tratará solamente el mencionado en último término. Por tal motivo el objetivo es presentar lineamientos generales que pueden ser utilizados para evaluar estructuras de hormigón armado teniendo en cuenta que tipo de datos se necesita relevar y hacer referencia a las diferentes técnicas de ensayo que permiten determinar y/o cuantificar distintos tipos de patologías.

El procedimiento adoptado para la evaluación de estructuras debe seguir un

orden lógico que permita conocer el comportamiento de los materiales en la estructura con el menor esfuerzo en lo que respecta a tiempo y costos. La información a obtener debe ser cualitativa y preferentemente cuantitativa.

- EVALUACIÓN DE ESTRUCTURAS CONSTRUIDAS

El proceso más habitual para evaluar una estructura construida consiste en:

De lo indicado en el cuadro puede apreciarse que la inspección visual, el Ensayo No Destructivo (END) más antiguo, es la que se efectúa en primera instancia y es la que permite tener más rápidamente una noción sobre las condiciones generales y particulares de la estructura y por lo tanto posibilitar realizar un informe en forma inmediata. Además, es el tipo de inspección más económico y si es realizada por un experto, resulta sumamente confiable. En los gráficos siguientes puede observarse que aproximadamente el 80% de la información más relevante puede lograse mediante esta inspección visual la que equivale al 20% del costo total de la inspección.

Figura 1: Importancia de la inspección visual

La inspección visual es entonces el primer paso necesario para evaluar el

estado de una estructura. Por medio de la misma puede tenerse una impresión global de la estructura y de casi todos los síntomas de deterioro, incluyendo las actuales y potenciales causas de preocupación. Casi todas las actividades relacionadas con la elección final para solucionar y rehabilitar una estructura dañada, se inician en esta etapa. En la Figura 2 se presenta un gráfico tipo del momento en que es necesario

Inspección Visual

Propiedades de una estructura

Resistencia Tensiones

Inspección Mediciones

Ensayos No Destructivos

Ensayos Destructivos

Geometría Carga

Evaluación Análisis

Seguridad estructural

80%

20 %

efectuar una evaluación mediante la inspección visual. La Fotografía 1 es una muestra clara del resultado de una inspección visual, en la cual pueden observarse diferentes tipos de degradaciones del hormigón y del acero. Nivel de alarma Inspección visual Fenómeno Tiempo Figura 2: Oportunidad de la inspección visual

Fotografía 1: Evidencias de deterioro en elementos estructurales detectados en una

inspección visual La inspección rutinaria está relacionada con la inspección visual de todas

aquellas partes visibles de una estructura, la que deberá ser realizada por un profesional experto. El propósito fundamental de la inspección rutinaria consiste en conocer en forma constante el estado de la estructura o en algunos casos de ciertos elementos de la misma que se encuentren más comprometidos desde el punto de vista de la seguridad estructural y de su durabilidad. De esta forma pueden determinarse a tiempo daños de significación y por consiguiente realizar trabajos de reparación, hecho que favorece los aspectos de seguridad y economía. Debe mencionarse que muchos de los problemas en las estructuras armadas o pretensadas están relacionadas con la utilidad, durabilidad y un número pequeño debido a defectos provocados por la capacidad de carga de la estructura, a los que podrían sumarse los accidentes o imprevistos, tal el caso de incendios. Como es

conocido una importante variedad de factores influencian el comportamiento del hormigón, entre los cuales pueden citarse el diseño, materiales, construcción, cargas y condiciones de servicio y condiciones de exposición. Muchos de los problemas observados en las estructuras son el resultado de una combinación de los factores indicados. En la Figura 3 se indican los efectos y las causas más comunes que pueden presentarse en las estructuras de hormigón armado, las cuales pueden producirse por diferentes razones y en cualquier etapa de la vida de la estructura :

Figura 3: Efectos y causas de deterioro

Las diferentes técnicas de ensayo a aplicar con el fin de poder determinar el grado de deterioro o bien cuantificar en qué estado se encuentra una estructura o elemento estructural de la misma, va a depender del tipo de patología que presente, ya

CAUSA

EFECTO

Asentamiento

Deformación

Desgaste

Descascaramientos

Desintegración

Fisuración

Delaminación

Deterioro

Daño

Defecto - Diseño - Materiales - Construcción

Sobrecarga

Derrames químicos

Terremoto

Fuego

Cong. y Deshielo

Erosión

Corrosión

RAS

Ataque por sulfato

que cada una de ellas es un caso particular, existiendo una diversidad importante de ensayos como los Destructivos, Semi-Destructivos y No Destructivos, que se utilizan habitualmente para tal fin. En la Tabla 1 se indican algunos de ellos en funció de la característica que se desea evaluar :

Tabla 1: Ensayos para evaluar diferentes propiedades del acero y hormigón

Propiedad que se desea evaluar Técnica de inspección o ensayo

diagnóstico

Resistencia / Dureza superficial

a) Propiedad del hormigón cercana a la superficie : - Testigos : examen visual, rotura, etc. - Resistencia a la penetración (Windsor) - Pull-off - Break-off - Esclerometría b) Propiedad interna del hormigón : - Testigos : exámen visual, rotura, etc. - Ultrasonido

Calidad comparativa / Uniformidad del hormigón

a) Propiedad del hormigón cercana a la superficie : - Testigos : exámen visual, rotura, etc. - Esclerometría b) Propiedad interna del hormigón : - Testigos : exámen visual, rotura, etc. - Ultrasonido - Radiografía

Presencia de armaduras y espesor de recubrimiento

- Pachometer - Extracción de testigos - Radiografía

Profundidad de carbonatación - Ensayo con fenolftaleína

Presencia de cloruros y su difusión Presencia de sulfatos

- Extracción de testigos para realizar análisis en laboratorio

Corrosión de armaduras - Potencial - Resistividad

Existencia de fisuras y defectos visibles

- Inspección visual / fotografía

Delaminación - Sonido - Evaluación en testigos - Ultrasonido

Propiedades del hormigón o acero - Ensayos de laboratorio : mecánicos, físicos, químicos, durabilidad, etc.

Reacción álcali-sílice - Análisis petrográfico - Ensayos de expansión en laboratorio

Permeabilidad / Absorción - Absorción superficial - Permeabilidad a gases o agua

Congelación y deshielo - Análisis petrográfico - Ensayos de laboratorio

- Inspección de elementos de hormigón

Los defectos más comunes que presentan los elementos de hormigón armado incluyen: fisuras, delaminación, desprendimientos, eflorescencia, abrasión, corrosión, deformaciones, etc.

a) Detección de fisuras

La inspección visual permite, como fue comentado, la detección de patologías como la fisuración, la cual puede ser observada a ojo limpio, siendo recomendable el empleo de una lupa a fin de poder efectuar una medición de la misma y de esta forma poder cuantificarla y clasificarla, ya que pueden poseer diferentes espesores. Además, las fisuras pueden ser agrupadas en dos tipos: fisuras estructurales y fisuras no estructurales. Las primeras deben ser inmediatamente solucionables ya que afectan directamente a la seguridad de la estructura mientras que las fisuras no estructurales, debidas principalmente a expansiones térmicas o contracciones del hormigón, no afectan la capacidad de carga de la estructura pero producen serios inconvenientes durante el proceso de mantenimiento ya que posteriormente pueden originar problemas de durabilidad ya que resultan vías directas de ingreso de sustancias agresivas.

La medición del ancho de las fisuras puede realizarse mediante una lupa

graduada o elemento similar. Las fisuras más anchas pueden ser medidas por comparación con una escala graduada la cual es visible a través de un ocular.

b) Detección de delaminaciones

Las delaminaciones ocurren cuando láminas de hormigón se separan de la superficie de un elemento estructural o bien cuando se producen desprendimientos en zonas cercanas a las armaduras, siendo las expansiones y la corrosión del acero empotrado las causas más comunes para que se produzcan. Para la detección de capas de hormigón delaminado, se utiliza un martillo mediante el cual y a través del sonido que se produce cuando se golpea sobre el hormigón, puede establecerse si

existen delaminaciones, ya que sonidos fuertes estarían indicando una buena calidad del material en comparación con sonidos huecos que indicarían una falta de adherencia entre la superficie del hormigón y su masa interna.

c) Inspección de elementos metálicos

La patología más habitual de los elementos metálicos es la corrosión, debiéndose tener mucho cuidado respecto a la causa, localización y extensión, datos que deberán ser registrados y evaluados respecto a las características del elemento como así también para adoptar medidas de precaución a fin de minimizar futuros deterioros. El dato más importantes a considerar es la disminución de sección de las barras respecto a su medida original.

Para detectar si existe corrosión en las armaduras empotradas en el hormigón,

habitualmente se determina el potencial de corrosión. Las medidas del potencial deberán ser correctamente interpretadas considerando una serie de factores como las condiciones de humedad, contaminación, calidad del hormigón, etc. Para su determinación se utiliza un potenciostato el que está relacionado con un electrodo de referencia, el cual puede ser de Cu/CuSO4. Una vez que se selecciona la superficie a evaluar, se debe tener libre acceso a una sección de la armadura, la cual si se encuentra empotrada en la masa del hormigón deberá descubrirse, debiendo existir al realizar las mediciones una continuidad eléctrica del acero.

Como puede observarse en la Figura 4 el electrodo de referencia se conecta al

positivo del voltímetro mientras que el acero de la armadura se conecta al negativo. Para mejorar el contacto entre el electrodo y el hormigón, se coloca el electrodo sobre una esponja húmeda y así se obtiene la determinación, la que generalmente, al realizarse en distintos sectores del elemento estructural, permite elaborar un plano de la superficie y representar los valores resultantes, trazando las líneas isopotenciales y de esta forma elaborar un mapa de potenciales.

Figura 4: Esquema de medición del potencial de corrosión

En muchos casos resulta necesario la realización de estudios de laboratorio a fin de determinar la composición química, metalográfica y el comportamiento físico-

mecánico del acero, hecho que no solamente permitirá conocer diferentes características del mismo sino además ayudar a determinar, en ciertas ocasiones, el origen del proceso corrosivo.

d) Inspecciones más profundas

Este tipo de acción se realiza cuando en las inspecciones visuales efectuadas en una estructura de hormigón armado se detecta algún tipo de patología, hecho que conduce a tomar conocimiento de las propiedades actuales que poseen los distintos materiales que conforman la misma (acero y hormigón), pudiéndose determinar de esta forma las causas que originaron la patología en cuestión y su posible reparación y/o refuerzo.

* Corrosión de armaduras Tal como fuera indicado anteriormente, la corrosión de armaduras es la

patología más habitual que se presenta en las estructuras de hormigón armado y la que ha adquirido en los últimos tiempos mayor importancia e interés a nivel internacional. Frente a un caso de este tipo de patología es necesario realizar un programa de ensayos para profundizar sobre el conocimiento de las propiedades que tienen los materiales que componen la estructura y poder evaluar las posibles causas que han originado dicha patología. Dentro de este programa generalmente se incluye la extracción de testigos de hormigón, mediante los cuales se podrá determinar su resistencia a compresión, el contenido de cloruros, profundidad de carbonatación (valor del pH), absorción capilar, etc. Se debe tener en cuenta que algunas de estas determinaciones pueden ser realizadas “in situ”, mientras que para poder cuantificar otras propiedades es necesario efectuar ensayos de laboratorio.

∗ Resistencia a compresión del hormigón Cuando se desea conocer la resistencia a compresión del hormigón, la

metodología más habitual y confiable para su determinación es la extracción y posterior ensayo de testigos, a pesar que en algunas recomendaciones se establece el empleo de diferentes Ensayos No Destructivos (esclerometría, ultrasonido) o Semi-Destructivos (pull-out, pull-off, break-off). Esta última situación lleva a tener incertidumbres en la evaluación, ya que mediante su empleo no puede determinarse en forma directa la resistencia a compresión del hormigón, sino que se la estima a partir de correlaciones obtenidas en laboratorio sobre hormigones de similares características al que se desea evaluar, pero bajo diferentes condiciones de servicio. Una alternativa válida consiste en determinar correlaciones entre el ensayo no destructivo aplicado al elemento en estudio y la resistencia a compresión de testigos extraídos de los mismos. Además, debe tenerse en cuenta que muchas de las técnicas recomendadas permiten conocer solamente la calidad del hormigón superficial, siendo prácticamente imposible poder estimar la resistencia del mismo.

∗ Profundidad de carbonatación

Para evaluar una de las posibles causas de existencia de corrosión de las armaduras en una estructura, es necesario determinar si el hormigón está carbonatado, ya que se produce una disminución del pH, y por lo tanto favorece el inicio y desarrollo de la corrosión. Considerando que dicha patología se produce desde la superficie externa del elemento, por la existencia en la atmósfera de un elevado contenido de CO2, se debe cuantificar la profundidad de la misma. La determinación puede efectuarse mediante la rotura de un pequeño trozo de hormigón del elemento estructural (Ver Fotografía 2) o bien en el caso de extraer testigos, determinarla sobre los mismos, mediante el empleo de una solución alcohólica al 1% de fenolftaleina, la cual se aplica mediante un spray sobre la superficie de rotura y de acuerdo a la coloración que adopte el hormigón se verifica si se encuentra carbonatado y hasta qué profundidad.

Fotografía 2: Determinación de profundidad de carbonatación en elemento estructural Existen modelos matemáticos simplificados para predecir la velocidad de

carbonatación del hormigón, siendo el más utilizado el que relaciona la profundidad de carbonatación con la raíz cuadrada del tiempo de exposición.

XCO2 = K CO2 . √ t

De todos modos los resultados que se obtienen son parámetros predecibles del

posible proceso a través del tiempo, existiendo algunos valores indicativos que consideran que cuando la constante de carbonatación (K CO2) alcanza valores de 2 a 3 mm/año0.5, el material posee un buen comportamiento frente a este efecto mientras que valores de K CO2 mayores de 6 mm/año0.5 estarían indicando una calidad deficiente del hormigón respecto a la carbonatación.

∗ Contenido de cloruros y su difusión

La existencia de porcentajes elevados de iones cloruro en la masa del hormigón, conduce inevitablemente a problemas de corrosión de las armaduras. Para cuantificar el porcentaje existente como así también la difusión que se ha producido, es necesario extraer muestras de hormigón del elemento en estudio, las cuales pueden ser pequeños cilindros o bien polvo extraído mediante un taladro. En el caso de los testigos, los que según algunas recomendaciones deberán mantener una relación de 3 a 1 entre su diámetro y el tamaño máximo del agregado, serán extraídos de la estructura empleando la menor cantidad de agua posible y posteriormente colocados en una bolsa plástica a fin de protegerlos del medio ambiente. Una vez en laboratorio, los mismos serán aserrados en seco a partir del extremo en contacto con la atmósfera, en rodajas de pequeño espesor (5 a 10 mm), las que deberán ser pulverizadas y sometidas a una solución ácida. El contenido de cloruros puede ser referido al peso de

la muestra o al peso de cemento en el hormigón, para lo cual deberá conocerse su composición.

El contenido de cloruros determinado en cada una de las rodajas puede ser graficado, permitiendo obtener el perfil de penetración que se ha producido. Como puede observarse en la Figura 5, si en la gráfica se obtiene una línea constante, estaría indicando que los cloruros que se han determinado estaban presentes inicialmente en la mezcla introducidos por alguno de los materiales componentes del hormigón mientras que si la curva es de tipo decreciente, significa que los mismos han penetrado desde el exterior, hecho que permite calcular el coeficiente de difusión aparente aplicando la segunda ley de Fick.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 1 2 3 4 5 6

Distancia (mm)

Po

rcen

taje

de

Clo

ruro

s

Figura 5: Distintas formas de ingreso de cloruros en el hormigón DIFERENTES CASOS DE EVALUACIÓN DE ESTRUCTURAS CON PATOLOGIAS - Estructuras afectadas por la reacción álcali-sílice (RAS). Esta reacción se caracteriza por presentarse en cualquier tipo de estructura construida, tal como edificios, puentes, presas, pavimentos, etc. Las manifestaciones más frecuentes son la fisuración del hormigón, exudación a través de las fisuras, reventones localizados, deformaciones, etc. En todo tipo de evaluación se deben investigar las causas que originaron la patología, hecho que en muchos casos resulta dificultoso dado que la misma puede haber sido generada por una sumatoria de causas. En el caso de la RAS se pueden encontrar estructuras que presentan evidencias claras de su desarrollo (aparición de fisuras, existencia de geles o exudación, etc.) mientras que en algunos casos la reacción existe, sin evidencias visibles y la estructura sigue funcionando en forma eficiente.

En la Figura 6 se presenta una metodología de trabajo a aplicar en aquellos casos en que se desea investigar si la causa de una patología observada en una estructura de hormigón armado se debe a la reacción álcali-sílice.

Advertencia de la necesidad del estudio

Intervención de un especialista

El especialista: - Examina antecedentes - Realiza inspección "in situ" - Anota todas las causas posibles de deterioro

Se encuentra la RAS entre las posibles causas de

deterioro ?

Analizar antecedentes Inspeccionar el lugar Extraer muestras Ensayos de laboratorio Determinaciones "in situ"

- Se descarta la RAS - Se investigan otras

Está ocurriendo ó ha ocurrido la RAS ?

- Ha contribuido la RAS al deterioro ? - Podría contribuir la RAS a futuros deterioros ?

Investigar otras

causas de deterioro

Es la RAS la única causa del deterioro ?

Combinar la investigación de la

RAS con otras causas posibles

Realizar estudios adicionales a fin de prever el comportamiento futuro de la estructura

Informe

NO

NO SI

SI

SI

NO

SI

INFORME

NO

Figura 6: Metodología para verificar en una estructura la existencia de la RAS Como datos importantes para considerar si la patología corresponde a la RAS, es necesario determinar las condiciones higrotérmicas ambientales en donde se encuentra emplazada la estructura y relacionar de esta forma la posible afluencia de humedad hacia ella. Además, se deberán conocer las características del suelo, agua y otros medios de contacto con la estructura. Todos los datos que surjan de los ensayos deben conducir a una conclusión precisa sobre la existencia de este tipo de patología, ya que si se dictamina solamente con lo evaluado durante la inspección visual, pueden cometerse errores debido a que existen otras patologías de similares características como por ejemplo fisuraciones causadas por un secado rápido.

Existen casos de estructuras con RAS que han sido evaluadas mediante el

método ultrasónico, a fin de determinar si la masa interna del elemento se encontraba sin deterioros o bien si poseía un grado de fisuración importante. A modo de ejemplo se informa respecto a una base de hormigón sobre la que se apoya una torre de alta tensión, la cual presentaba a simple vista síntomas de la reacción y en la que se realizaron mediciones del tiempo de pasaje de la onda ultrasónica (Ver Fotografía 3). En este caso, el empleo del mencionado método no resultó adecuado para la evaluación, ya que al momento de realizar la misma, la base presentaba interiormente un deterioro muy importante debido a la reacción, motivo por el cual el número y dimensiones de las fisuras provocaba una dispersión de la onda, hecho que impedía recibirla en el transductor receptor, imposibilitando por lo tanto el registro del tiempo de pasaje de la misma.

Fotografía 3: Base de hormigón afectada por RAS. Esquema de medición con el método ultrasónico

En el caso de estructuras de las cuales no existen datos relacionados con las características de los materiales utilizados para la elaboración del hormigón, resulta necesario efectuar un muestreo riguroso en distintos elementos estructurales, para lo cual se deberán extraer testigos, a fin de realizar en laboratorio estudios sobre los materiales componentes y sobre los productos expuestos que pudieran ser extraídos de las fisuras, oquedades, etc. Para determinar en laboratorio en forma eficiente que la patología existente puede ser atribuida a la RAS, en primer término se debe realizar un cuidadoso análisis del hormigón, principalmente mediante corte delgado, identificando las características petrográficas de los agregados, existencia de geles producto de la reacción y detección de microfisuración. En algunos casos se puede recurrir a estudios mediante microscopía electrónica.

Posteriormente se deberán determinar las características de los otros materiales componentes del hormigón (contenido de agregados, tipo y contenido de cemento, existencia de sustancias contaminantes, etc.). La evaluación comparativa de la absorción de agua, resistencia a compresión y tracción, módulos de elasticidad estático, etc. del hormigón correspondiente a testigos extraídos de zonas visiblemente afectadas y de otras sin signos de deterioro, conducen a la obtención de información confiable.

Además, es necesario determinar si la reacción está agotada o si existe

posibilidad de que la misma continúe en el tiempo, para lo cual deben realizarse ensayos de expansión comparativos en testigos extraídos de la estructura. Debe mencionarse que la existencia simultanea de un contenido elevado de álcalis y agregados potencialmente reactivos, no significa que la RAS haya sido la causa que originó los daños en la estructura, salvo que este hecho sea reafirmado por observaciones realizadas "in situ" en forma conjunta y coincidente con los resultados de ensayos obtenidos en laboratorio. Con relación a esta temática, la que puede extenderse a otras relacionadas con la aptitud de los materiales, deben realizarse algunas reflexiones respecto a los resultados obtenidos en ensayos acelerados de laboratorio que se efectúan previo a la ejecución de los hormigones, los cuales han sido fuertemente cuestionados ya que modifican sensiblemente las condiciones de exposición y consecuentemente la velocidad de los procesos y afectaciones de los mismos. Este hecho lleva a que dichos ensayos pierdan validez ya que se alteran los mecanismos de degradación, pudiéndose plantear que los resultados que con ellos se obtienen son válidos para aceptar un material pero no para su rechazo. Por tal motivo en aquellos casos en que, principalmente los agregados finos o gruesos, no cumplen con los límites especificados en las normativas correspondientes a ensayos acelerados que se realizan habitualmente en laboratorio, la aprobación de los mismos puede efectuarse considerando su comportamiento en estructuras

construidas, hecho que se encuentra estipulado en el nuevo Reglamento CIRSOC 201-2002, actualmente en discusión pública. La necesidad de contar con información confiable sobre el comportamiento del material bajo condiciones reales de servicio lleva a que se definan esquemas sobre las metodologías a aplicar para evaluar la vida en servicio. En primer término, tal como fuera indicado anteriormente, se deben estudiar las características de los materiales, principalmente la de los agregados (análisis petrográfico) y luego se deberá evaluar el comportamiento de estructuras construidas que cumplan con las siguientes condiciones:

a) Posean hormigones con agregados de similares características al que se va a estudiar.

b) Igual tipología estructural y destino que la del proyecto actual. c) Características del emplazamiento similares en cuanto a contenido de humedad

ambiente y temperatura. d) Edad mínima, 15 años.

El relevamiento de la estructura consistirá en:

a) Análisis visual y registro fotográfico. b) Relevamiento de fisuras, ampollamientos, descascaramientos, etc. c) Ensayos necesarios para definir las patologías detectadas. d) Informe sobre las causales de deterioro y zonificación de la estructura de

acuerdo a las patologías detectadas.

En base a las conclusiones que surjan de estos relevamientos, se podrá definir sobre la aceptación o rechazo de los materiales que se desean emplear para la elaboración de hormigones. - Estructuras de hormigón armado afectadas por altas temperaturas.

Esta patología adquiere mayor importancia en uno de los hechos más habituales y accidentales que puede ocurrir en estructuras de edificios, como es el caso de incendios. Ante un acontecimiento de este tipo se deberá tomar una rápida intervención, evaluando el nivel de daño que se ha producido, con el fin de determinar si la estructura continúa manteniendo las condiciones de seguridad adecuadas.

La intensidad del fuego en las estructuras varía principalmente con la relación

tiempo-temperatura, la cual depende de un número importante de factores, como por ejemplo la existencia y tipo de combustibles en la estructura afectada, sus características de combustión, las dimensiones del ambiente, las propiedades térmicas de los materiales componentes y el nivel de ventilación como así tambien del efecto del viento.

Los factores mencionados no solamente son diferentes entre distintas

estructuras sino que generalmente son distintos en una misma estructura. Todos estos

hechos llevan a que resulte dificultosa la evaluación del estado de cada uno de los elementos estructurales, ya que en cada uno de ellos seguramente la relación tiempo-temperatura es diferente y por lo tanto la temperatura máxima alcanzada en el interior de cada uno de ellos será también diferente.

En los casos de incendio de estructuras de hormigón armado, la temperatura en el ambiente puede llegar a los 1000 ºC, hecho que afecta la capacidad de carga al producirse cambios físicos y químicos en los materiales componentes (hormigón y acero), la interacción entre los materiales y por consiguiente la de los elementos estructurales que ellos componen. Las altas temperaturas provocan diferentes tipos de daños, siendo la fisuración, desprendimientos, cambio de coloración, etc., los más notables a simple vista.

Para realizar una evaluación del daño producido en una estructura afectada por

fuego, se deberán cuantificar los siguientes parámetros : • Temperatura alcanzada durante el incendio • Duración del incendio • Temperatura alcanzada en el interior de los elementos afectados • Efecto sobre las propiedades del hormigón y el acero de las temperaturas

durante el calentamiento y después del enfriamiento • Evaluación de cambios importantes y permanentes en las propiedades de los

materiales que puedan hacer peligrar la vida útil de la estructura o de los elementos afectados

• Posibilidad técnica y costos de reparación a fin de recuperar la resistencia, rigidez, durabilidad y otras propiedades de los elemento estructurales afectados o de toda la estructura

Debe considerarse que a pesar, como fue indicado, que la temperatura puede

alcanzar niveles elevados, en el caso del hormigón al ser un material con una baja conductividad térmica, solamente las capas exteriores de los elementos son las que sufren los efectos más importantes, ya que en el interior la temperatura del hormigón es muy inferior. Este fenómeno está directamente relacionado con el tiempo de exposición, las condiciones de exposición, la forma de la sección y tipo de elemento. En la Figura 7 se presenta el comportamiento de una columna de hormigón de 38 cm de lado, la que estuvo en contacto con temperatura a través de todas sus caras, pudiéndose observar que para mayores tiempos de exposición se alcanzan en el elemento estructural mayores profundidades de afectación.

Figura 7: Relación entre la temperatura, tiempo de exposición y profundidad de

afectación

En el caso de incendios severos se produce la carbonatación en la zona superficial de los elementos estructurales expuestos, al poco tiempo de ocurrido, pudiendo alcanzar profundidades de hasta 3 cm en estructuras de edad avanzada, hecho que si no es debidamente considerado puede provocar la posterior corrosión de las armaduras. A modo de ejemplo puede indicarse que en aquellos casos en que se desee evaluar la calidad de hormigones afectados por temperatura mediante algún método No Destructivo o Semi-Destructivo, como podría ser el martillo de rebote, si no se tiene en cuenta el hecho indicado pueden realizarse apreciaciones de la calidad erróneos, ya que la carbonatación produce un endurecimiento superficial y dado que dicho método evalúa la dureza de las capas superficiales el resultado no es representativo del hormigón.

En elementos de hormigón armado debido a las diferentes velocidades de

expansión térmica del acero y el hormigón, la elevación de la temperatura produce la rotura de la adherencia entre las armaduras y el hormigón. Esta situación también puede originarse entre los agregados y la matriz.

En aquellos casos en que el hormigón es enfriado con chorros de agua, el

"shock" térmico que se produce conduce a un incremento de la fisuración. Por consiguiente el enfriamiento rápido con agua causa mayores daños que la temperatura en si misma, formándose infinidad de fisuras las que provocan desprendimientos de las capas exteriores del hormigón.

En las Figuras 8 y 9 se presentan experiencias realizadas en hormigones

elaborados con dos tipos de agregados gruesos diferentes (Piedra partida granítica y Canto rodado silíceo) los cuales fueron sometidos a distintas temperaturas de exposición y formas de enfriamiento. En los gráficos se informan los resultados porcentuales de las velocidades del pulso ultrasónico y las resistencias a compresión, relativas a hormigones de iguales características tecnológicas que no sufrieron ningún tipo de afectación.

Figura 8: Variación de la velocidad Figura 9: Variación de la resistencia

con la temperatura y tipo de enfriamiento con la temperatura y tipo de enfriamiento Se puede observar que las velocidades ultrasónicas decaen sensiblemente y en

porcentajes considerables respecto a los valores iniciales, hecho que es más notorio a medida que se incrementa la temperatura de exposición y la forma de efectuar el enfriamiento. Las disminuciones de las resistencias a compresión también son significativas pero, principalmente para temperaturas de 500 ºC, de menor magnitud que la velocidad.

Lo indicado anteriormente debe ser tenido en cuenta cuando se quiera evaluar,

mediante el método ultrasónico, el estado interno de elementos estructurales que han estado expuestos a altas temperaturas, ya que puede llegarse a una conclusión errónea respecto a la estimación de la resistencia a compresión. Por lo tanto en aquellos casos en que se desee evaluar elementos estructurales que fueron afectados por altas temperaturas, como es el caso de incendios, el método ultrasónico podría ser empleado para diferenciar en la misma estructura, elementos que no sufrieron ningún tipo de afectación y los que fueron afectados.

Si se desea conocer la resistencia efectiva a compresión de elementos

afectados, el método ultrasónico conduciría a errores importantes ya que como fue indicado anteriormente, se ve más afectada la velocidad que la resistencia. En tal sentido debe recurrirse a la extracción de testigos de los elementos afectados a fin de determinar su resistencia a compresión como así también determinar otras características de los materiales que lo componen. CONCLUSIONES El resultado de diferentes evaluaciones realizadas sobre estructuras de hormigón armado que han presentado diferentes tipos de patologías, permite efectuar las siguientes consideraciones: Ø La inspección visual, realizada fundamentalmente por un experto, es la

metodología a emplear en primera instancia para evaluar una estructura que presenta patologías, lo cual permite obtener rápidamente una noción sobre las condiciones generales y particulares en que se encuentra. En estructuras de características complejas, desde el punto de vista de su diseño estructural o de las condiciones de agresividad del medio de exposición, la inspección visual resulta mucho más efectiva si se realiza en forma rutinaria, dentro de un plan de inspecciones preestablecido.

Ø Existen diferentes técnicas de ensayo (Destructivos, Semi-Destructivos y No

Destructivos) que se pueden aplicar con el fin de determinar el grado de deterioro que presenta una estructura o elemento estructural de la misma. La elección del mismo depende del tipo de patología y de las propiedades de los materiales que se desea evaluar.

Ø La corrosión de las armaduras empotradas en el hormigón es una de las patologías que debe ser evaluada cuidadosamente debido a los problemas de seguridad estructural que la misma puede ocasionar. La determinación del potencial y espesor de hormigón carbonatado, son los ensayos que habitualmente se realizan "in situ" a fin de determinar la existencia de corrosión de las barras. En estructuras ubicadas en ambientes marinos, la extracción de muestras para la determinación en laboratorio del contenido y difusión de los cloruros, es otra de las técnicas a utilizar. En ciertos casos también es aconsejable extraer barras de acero para su posterior evaluación en laboratorio.

Ø En elementos estructurales que presentan un grado de deterioro importante, tal

el caso de RAS o altas temperaturas, es recomendable para su evaluación la extracción de muestras para su estudio en laboratorio. El empleo de algún END en forma individual, como por ejemplo el ultrasonido, puede conducir a evaluaciones erróneas. Es imprescindible que el mismo sea utilizado con exclusividad para evaluar comparativamente el estado interno de elementos afectados respecto a otros de iguales características sin ningún tipo de afectación.

REFERENCIAS

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