UNIVERSIDAD DE MAGALLANES

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA EN CONSTRUCCION

Ingeniero Constructor

Proyecto de Trabajo de Titulación

“Método de evaluación de patologías en edificaciones de

Hormigón Armado en Punta Arenas”

Alumnos:

Alex Chávez Godoy

Alexis Unquén Villanueva

Profesor Guía: Homero Villegas Núñez

Ingeniero Constructor Universidad de la Serena

Constructor Civil Universidad Austral de Chile

MBA, Universidad de Valparaíso

Punta Arenas, Marzo 2011

1

UNIVERSIDAD DE MAGALLANES

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA EN CONSTRUCCION

Ingeniero Constructor

Proyecto de Trabajo de Titulación

“Método de evaluación de patologías en edificaciones de

Hormigón Armado en Punta Arenas”

Alumnos:

Alex Chávez Godoy

Alexis Unquén Villanueva

Profesor Guía: Homero Villegas Núñez

Ingeniero Constructor Universidad de la Serena

Constructor Civil Universidad Austral de Chile

MBA, Universidad de Valparaíso

Punta Arenas, Marzo 2011

1

INDICE

Página

RESUMEN…………………………………………………………………….….11

ABSTRACT……………………………………………………………………....12

INTRODUCCIÓN………………………………………………………………...13

OBJETIVOS……………………………………………………………………....16

CAPITULO I

1. PATOLOGIAS EN EDIFICACIONES DE ESTRUCTURAS

DE HORMIGON ARMADO

1.1 Patología debido a los componentes del hormigón………………...19

1.2 Patologías de proyecto…………………………………………….…...30

1.3 Patologías debido a la ejecución……………………………………..33

1.4 Influencia producida por el ambiente en la durabilidad

del hormigón………………………………………………………….…39

1.5 Lesiones derivadas de los defectos del acero…………………….…42

1.6 Deterioro del hormigón por agentes externos……………………….46

1.7 Sintomatologías…………………………………………………………64

1.8 Deterioro por acciones sísmicas………………………………………88

2

CAPITULO II

2. PATOLOGIAS COMUNES EN EDIFICACIONES DE HORMIGON

ARMADO EN PUNTA ARENAS

2.1 La Humedad…………………………………………………………... 94

2.2 Hormigonado en tiempo frio………………………………………….101

2.3 El viento…………………………………………………………………109

2.4 Fisuras en losas………………………………………………………..111

2.5 Moldajes……………………………………………………………...…117

2.6 Nidos de piedra………………………………………………….……..120

2.7 Junta de hormigonado…………………………………………….…..123

CAPITULO III

3. METODOS DE REPARACION DE PATOLOGIAS PARA

EDIFICACIONES DE HORMIGON ARMADO

3.1 Resinas epoxis…………………………………………………………130

3.2 Reparaciones de grietas y fisuras……………………………………134

3.3 Reparación y protección de armaduras……………………………..151

3.4 Reparaciones superficiales…………………………………….……..164

3.5 Método de reparación de nidos de piedra…………………………...168

3.6 Reparación de juntas de hormigonado……………………….……..172

3.7 Reparación y protección de humedades……………………………176

3.8 Reparación de los efectos de ciclos de congelamiento

y deshielo……………………………………………………………….186

3

CAPITULO IV

4. METODOLOGIA DE INSPECCION VISUAL POR MEDIO DE

CARTILLAS DE REGISTROS

4.1 Metodología………………………………………………………………191

4.1.1 Inspección preliminar y datos previos………………………….191

4.1.2 Inspección visual…………………………………………………194

4.2 Cartillas de registros de patologías……………………………………195

4.2.1 Descripción de cartillas de registro……………………….…….196

a) Datos generales……………………………………………….196

b) Ubicación y registro fotográfico……………………………...197

c) Datos específicos de patologías a inspeccionar…………...197

4.3 Formato cartillas de registro……………………………………………206

CAPITULO V

5. APLICACIÓN DEL METODO DE INSPECCIÓN VISUAL

DETALLADO EN EL EDIFICIO MAGALLANES

5.1 Inspección preliminar……………………………………………………212

5.1.1 Antecedentes Generales………………………….…………….213

5.1.2 Extracto de especificaciones técnicas del

edificio Magallanes……………………………….…………….216

5.2 Análisis detallado de patologías existentes en el

edificio Magallanes……………………………………….…………….221

5.2.1 Análisis de inspección, Patología Nº 1…………….…………..225

5.2.2 Análisis de inspección, Patología Nº 2.………………….…….227

4

5.2.3 Análisis de inspección, Patología Nº 3………………….……..231

5.2.4 Análisis de inspección, Patología Nº 4...………………………233

5.2.5 Análisis de inspección, Patología Nº 5.……………….……….236

5.2.6 Análisis de inspección, Patología Nº 6.……………….……….238

5.2.7 Análisis de inspección, Patología Nº 7………………….……..240

CONCLUSIONES………………………………………………………….…….244

BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………….…….249

ANEXOS………………………………………………………………………….252

Anexo A……………………………………………………...….……253

Anexo B………………………………………………………………285

Anexo C………………………………………………………………307

5

INDICE DE FIGURAS

Figura 1.1. Tipos de estribo…………………………………………………..35

Figura 1.2. Traslape de barras……………………………………………….36

Figura 1.3. Armaduras con poco recubrimiento…………………………...45

Figura 1.4. Patología superficial por causas del clima frío………………49

Figura 1.5. Fisuración por retracción plástica……………………………...51

Figura 1.6. Influencia de la temperatura sobre la resistencia

a rotura del hormigón……………………………………………53

Figura 1.7. Proceso patológico por daño a la adherencia…………….….56

Figura 1.8. Proceso del efecto spalling o desprendimiento del

hormigón por presión en los poros…………………………….58

Figura 1.9. Movimiento libre, no se fisura……………………………….….68

Figura 1.10. Movimiento coartado, se puede fisurar…………………….….68

Figura 1.11. Fisuras producidas por retracción de viga en pórtico

de pilares de pequeña rigidez……………………………….….69

Figura 1.12. Fisuras producidas por retracción de viga en pórticos

de pilares de gran rigidez…………………………………….….69

Figura 1.13. Fisura de retracción en pórticos con vigas armadas

con cuantías diferentes……………………………………….…70

Figura 1.14. Fisuración en el encuentro de los paños de pavimentos .….70

Figura 1.15. Fisuras por retracción hidráulica en muros de contención…71

Figura 1.16. Fisuras de recubrimiento…………………………………….….72

Figura 1.17. Fisuración superficial por segregación de los áridos…….….72

Figura 1.18. Fisuración en viga mixta…………………………………….…..73

Figura 1.19. Microfisuración por empleo de granulometrías incorrectas…73

Figura 1.20. Fisuración en un pavimento rígido por diferencia

de humedad………………………………………………………74

Figura 1.21. Fisuras de afogarado………………………………………….…79

6

Figura 1.22. Fisuras en las esquinas de los vanos debido a

concentración de tensiones…………………………………….80

Figura 1.23. Fisuras por fuerte concentración de anclajes………………...81

Figura 1.24. Fisuras producidas por el desplazamiento de

las armaduras………………………………………………….….81

Figura 1.25. Desplazamiento de cercos en la cabeza del pilar…………....82

Figura 1.26. Desprendimiento de hormigón por falta de estribos………....83

Figura 1.27. Rotura por tracción…………………………………………….…83

Figura 1.28. Rotura por compresión simple………………………………….84

Figura 1.29. Fisuras de flexión simple………………………………………..85

Figura 1.30. Fisuras de flexión compuesta…………………………………..85

Figura 1.31. Progreso de una fisura por esfuerzo cortante………………..86

Figura 1.32. Fisuración por cortante y fisuración por torsión………………87

Figura 1.33. Colapso en estructuras de Hormigón Armado………………..90

Figura 2.1. Humedad por capilaridad……………………………………….96

Figura 2.2. Humedad de filtración……………………………………...……97

Figura 2.3. Humedad de condensación…………………………………….97

Figura 2.4. Problemas de humedad por condensación…………………..99

Figura 2.5. Problemas de humedad por filtración…………………………100

Figura 2.6. Hormigonado en tiempo frío……………………………………102

Figura 2.7. Uso de polietileno con lana mineral para

la protección del hormigón………………………………...…...108

Figura 2.8. Protección contra el viento del curado del hormigón……….110

Figura 2.9. Nidos de Fisura………………………………………………….113

Figura 2.10. Fisuras por retracción hidráulica en losa, vista

desde la parte inferior…………………………………………..115

Figura 2.11. Marcado de las fisuras encontradas en losa………………...116

Figura 2.12. Problemas ocasionados por la deformación del

moldaje a causa de la carga del hormigón fresco…………..119

Figura 2.13. Nidos de piedras en fondos de viga……………………………121

7

Figura 2.14. Nidos de piedras en muro…………………………...………….122

Figura 2.15. Nidos por altura de vaciado………………………………...…..123

Figura 2.16. Junta de hormigonado en viga……………………………...….124

Figura 2.17. Tratamiento de la junta de hormigonado…………………...…125

Figura 3.1. Uso de la resina epoxi como adhesivo………………..………131

Figura 3.2. Procedimiento de inyección de resina epoxi………………….137

Figura 3.3. Equipo que se puede utilizar en la inyección de

la resina epoxi………………………………………………..…..138

Figura 3.4. Reparación de una fisura mediante perfilado y sellado……..140

Figura 3.5. Costura de una fisura……………………………………………142

Figura 3.6. Orientación de las barras de armadura utilizadas

para reparar fisuras……………………………………………...143

Figura 3.7. Para corregir fisuración en una losa…………………………...144

Figura 3.8. Para corregir fisuración en una viga…………………………...144

Figura 3.9. Reparación de una fisura mediante perforación

y obturación………………………………………..……………..145

Figura 3.10. Llenado por gravedad………………………………………..….146

Figura 3.11. Esquema general de los métodos electroquímicos………….152

Figura 3.12. Extracción electroquímica de cloruro………………………….153

Figura 3.13. Corrosión por ruptura de lámina de resina

epóxica en una armadura……………………………………….160

Figura 3.14. Aplicación de inhibidores por migración……………………….162

Figura 3.15. Película protectora en la superficie de la armadura………….164

Figura 3.16. Aplicación manual de mortero……………………………..…...166

Figura 3.17. Aplicación de mortero proyectado……………………..………167

Figura 3.18. Limpieza de enfierradura……………………………………….170

Figura 3.19. Reparación encuentro pilar-viga……………………………….171

Figura 3.20. Procedimiento de reparación en junta de

hormigonado mediante mortero epóxico…………………...…174

Figura 3.21. Falla por cizalle en unión viga-muro…………………………..175

8

Figura 3.22. Grieta en junta de hormigonado……………………………….175

Figura 3.23. Esquema de impermeabilizante incoloro……………………..181

Figura 3.24. Esquema de impermeabilizante con color……………………182

Figura 3.25. Esquema de protección Hidrorepelente……………..………..183

Figura 3.26. Esquema de bloqueador de humedad………………………..184

Figura 3.27. Esquema de protección de oleo o esmalte sintético………..185

Figura 3.28. Reparación por congelamiento de losas……………………...187

Figura 4.1. Datos generales de la patología……………………………….196

Figura 4.2. Tipo de humedades……………………………………………..198

Figura 4.3. Sub clasificación de las humedades por filtración

y en obra…………………………………………………………199

Figura 4.4. Grado de daño…………………………………………………...200

Figura 4.5. Color de la humedad…………………………………………....208

Figura 4.6. Dirección de la fisura……………………………………………202

Figura 4.7. Patrón de fisuración……………………………………………..203

Figura 4.8. Escala para medir anchos de fisuras………………………….204

Figura 4.9. Desprendimiento………………………………………………...204

Figura 5.1. Elevación edificio Magallanes………………………………....214

Figura 5.2. Patología de humedad en muro y escalera antes

de intervención……………………………………………….….221

Figura 5.3. Patología de humedad en muro antes de

intervención……………………………………………………...222

Figura 5.4. Patología de humedad en escalera antes de

intervención……………………………………………………...222

Figura 5.5. Registro de desprendimiento de hormigón en

sexto piso………………………………………………………....223

Figura 5.6. Canaleta para circulación de aguas lluvias………………….225

Figura 5.7. Identificación de humedades por causas de

infiltración…………………………………………………….…..228

9

Figura 5.8. Problemática de la humedad en la escalera del

decimo piso……………………………………………………231

Figura 5.9. Fisuras en losas 8 y 9 respectivamente……………………234

Figura 5.10. Fisuras en muros y vigas del primer piso………………….237

Figura 5.11. Fisura en la junta entre Edificio Magallanes y

Correos de Chile………………………………………………239

Figura 5.12. Vista exterior de la patología…………………………….…...241

10

INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Requisitos químicos básicos…………………………………….….27

Tabla 2. Requisitos químicos complementarios………………………….…28

Tabla 3. Recubrimientos minimos para barras de acero……………….…..38

Tabla 4. Espaciamiento mínimo entre barras…………………………….….39

Tabla 5. Temperatura mínima de colocación del hormigón………………104

Tabla 6. Temperatura mínima del hormigón al interior de la

hormigonera…………………………………………………………105

Tabla 7. Aspectos generales de un edificio…………………..………………193

11

RESUMEN

El presente trabajo de titulación tiene como objetivo la confección de una

metodología de evaluación de patologías para edificaciones de estructuras

de Hormigón Armado en la ciudad de Punta Arenas.

Para alcanzar este propósito se investigó acerca de las patologías que

afectan a este material constructivo. A su vez, se analizaron las patologías

más recurrentes, que pueden producirse en la ciudad de Punta Arenas.

Por otro lado, se averiguaron las reparaciones y protecciones necesarias

para las lesiones investigadas para edificaciones de Hormigón Armado.

Una vez estudiadas las patologías y reparaciones, se dio paso a la creación

de un método de inspección visual a través del uso de cartillas de registros.

Estas tendrán la finalidad de recopilar los datos necesarios para una

correcta evaluación de daños existentes en la estructura de Hormigón

Armado para una edificación.

Finalmente, por medio del método de inspección creado, se procedió a la

intervención del Edificio Magallanes ubicado en la ciudad de Punta Arenas

(Bories 901), en el cual se aplicó el procedimiento de evaluación propuesto,

logrando elaborar un inventario de daños que afectan la edificación. Estos

daños fueron analizados con el propósito de entregar las recomendaciones

pertinentes para reparar y proteger la estructura dañada.

12

ABSTRACT

The present work attempts to make a methodology for evaluating building

conditions of reinforced concrete structures in the city of Punta Arenas.

To achieve this goal, the pathologies affecting building materials were

studied. In turn, the most frequent pathologies were analized which can occur

in the city of Punta Arenas.

On the other hand, necessary repairs and protections for the researched

damages of reinforced concrete buildings were found out.

After studying pathologies and repairs, a visual inspection method was added

through the use of primers of data. These aimed to collect the necessary

information for a proper damage assessment in the structure of reinforced

concrete buildings.

Finally, through the method of inspection established, there was an

intervention in the “Magallanes Building” located in the city of Punta Arenas

(Bories 901) where the proposed evaluation procedure was applied; thus,

making an inventory of damage affecting the building. These damages were

analyzed in order to deliver relevant recommendations to repair and protect

the damaged structure.

13

INTRODUCCIÓN

El origen etimológico de la palabra patología proviene de los términos pathos

y logos que significan enfermedad y conocimiento, respectivamente, por lo

que se puede definir este término como el estudio de las enfermedades.

Llevado al área de la construcción se puede decir que las patologías de la

construcción se refieren al estudio de las lesiones o fallas en una edificación

después de su ejecución.

Se tiene presente que todo tipo de material constructivo puede presentar

lesiones y/o fallas que afecten su funcionamiento durante su uso, es por esto

que el Hormigón Armado no está ajeno a presentar problemas constructivos,

siendo este material uno de los más utilizados en la ejecución de obras de

edificaciones desde su descubrimiento a mediados del siglo XIX en Europa,

hasta la actualidad.

El Hormigón Armado está, básicamente constituido por hormigón (cemento,

agua, áridos y aditivos) el que se encuentra reforzado con barras de acero,

con la finalidad de entregar mayor resistencia a los elementos constructivos

en una edificación.

En la actualidad se hace cada vez más importante e imprescindible entregar

productos y servicios con la más alta calidad, tratando en lo posible de

aminorar los inconvenientes que puedan desencadenar en posibles lesiones;

pero existen factores y causas, las cuales generan daños o lesiones en una

estructura de Hormigón Armado, que requieren de un tratamiento efectivo y a

tiempo para poder recuperar su funcionalidad y así eliminar la falla y

restablecer su uso como estructura propiamente tal para la que fue creada.

14

Las patologías que pueden afectar a una edificación de estructura de

Hormigón Armado tienen su origen en diferentes factores, los que pueden

ser directos: cuando se trata de agentes físicos, agentes químicos, o

esfuerzos mecánicos, o factores indirectos: criterios de diseño, ejecución,

elección de materiales correctos, entre otros.

En una edificación que presenta daños o lesiones debido a causas tales

como daños o deterioros por agentes externos, defectos o deterioro del

acero, patologías del proyecto constructivo o de la ejecución de éste, entre

otros, se hace inevitable la necesidad de incurrir en reparaciones, ya que se

hace presente una pérdida de la capacidad resistente de la estructura que

afecta a la seguridad del edificio.

En la actualidad se pueden aplicar diferentes técnicas y productos con el fin

de recuperar la capacidad de una estructura de Hormigón Armado, se puede

reparar por medio de inyecciones epóxicas, reemplazar el elemento afectado

o aumentar la sección de éste, entre otras.

La finalidad del presente trabajo de titulación será la de confeccionar una

metodología para evaluar estas patologías en las estructuras de Hormigón

Armado de una edificación, lo cual conllevará tener presente los

conocimientos de las causales para poder establecer una correcta

evaluación de una edificación compuesta del material antes mencionado.

Esta clase de evaluación se efectuará a través del análisis que se realizará

por medio del método confeccionado. Esta metodología consistirá en la

creación y aplicación de cartillas de registro de daño y/o lesiones. El método

será aplicado a una edificación de Hormigón Armado existente en la ciudad

de Punta Arenas; el Edificio Magallanes, con una data de más de 35 años de

uso.

15

Este método abarcara de forma más precisa los detalles que generaron una

lesión en la estructura de Hormigón Armado, para finalmente poder dar una

recomendación constructiva que devuelva el uso como estructura para el

cual fue creado por medio de una correcta reparación.

16

I. OBJETIVO GENERAL

1. Confeccionar un método de inspección visual de patologías que

afectan al Hormigón Armado, para su posterior aplicación, y verificar

los tipos de reparaciones necesarios para reparar este tipo de

edificaciones.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

1.1. Investigar acerca de las patologías que afectan a la estructura

de Hormigón Armado en las edificaciones en general.

1.2. Analizar las posibles patologías a la cual se ve enfrentada una

edificación de Hormigón Armado en la ciudad de Punta Arenas.

1.3. Investigar acerca de los métodos de reparaciones de patologías

existentes para edificaciones de Hormigón Armado en general.

1.4. Crear un método de inspección visual detallado por medio de

cartillas de registro.

1.5. Aplicar el método de inspección visual en una edificación de la

ciudad de Punta Arenas.

17

CAPITULO I

“PATOLOGIAS EN EDIFICACIONES DE

ESTRUCTURA DE HORMIGON ARMADO”

18

El Hormigón Armado al igual que todos los materiales constructivos, no están

exento de sufrir daños y/o lesiones. Estas pueden ser supuestas o notorias,

en ambos casos se requiere tener un acabado conocimiento de los orígenes

y causas posibles de la patología para lograr una correcta elaboración de la

evaluación y diagnóstico. El origen de las patologías que pueden afectar una

edificación de Hormigón Armado se clasifica de la siguiente manera:

Patologías debido a los componentes del hormigón

Patologías del proyecto

Patologías debido a la ejecución

Influencia del Ambiente en la durabilidad del hormigón.

Patologías debido a defectos o deterioro del acero

Deterioro del hormigón por agentes externos

Sintomatología

Deterioros por acciones sísmicas

A continuación se detallan cada una de las causas y orígenes más

frecuentes que provocan fallas, lesiones y deterioro en una estructura de

Hormigón Armado para su posterior análisis y estudio, con la finalidad de

efectuar una correcta y detallada evaluación y diagnóstico de una edificación

de Hormigón Armado.

Se debe tener presente que para lograr obtener un ordenado conocimiento,

primeramente se explicará en qué consiste el material a estudiar y sus

componentes.

19

1.1 PATOLOGIAS DEBIDO A LOS COMPONENTES DEL HORMIGON.-

El hormigón es un material que se obtiene de la mezcla homogénea de

cuatro tipos de materiales, los cuales son: agua, áridos, cemento y

eventualmente aditivos y adiciones, en proporciones adecuadas que al

fraguar y endurecer este material, adquiere una consistencia pétrea.

El cemento desempeña la parte activa en el endurecimiento del

hormigón.

El agua se utiliza para hidratar al cemento y conferir propiedades

plásticas a la mezcla.

Los áridos constituyen el cuerpo o esqueleto del hormigón.

Los aditivos y adiciones otorgan propiedades particulares al hormigón

ya sea en su estado plástico o posteriormente endurecido

Una de las características fundamentales que podemos encontrar en este

material es que posee una buena resistencia a esfuerzos de compresión. Sin

embargo, no tiene un buen comportamiento a esfuerzos de cortantes, de

tracción, flexión, entre otros. Es por esta razón que al hormigón se le

incorporo el acero a través de enfierraduras, el cual es conocido como

Hormigón Armado, teniendo este un muy buen comportamiento ante

diferentes solicitaciones de esfuerzos.

A continuación se analizarán de forma más detallada cada una de las

materias primas teniendo presente los tipos de patologías a la que estos

puedan incurrir.

20

1.1.1 CEMENTO

Según la norma NCh 148. Of.68 (cemento – terminología, clasificación y

especificaciones generales) el cemento es un material pulverizado que por

adición de una cantidad conveniente de agua forma una pasta

conglomerante capaz de endurecer tanto bajo el agua como en el aire.

El cemento se crea a través de la molienda a base de clinquer1, yeso y

material específico el cual entrega diferentes características a cada tipo de

cemento. Los cementos se pueden clasificar de la siguiente forma:

a) Cemento portland

Esta clase de cementos es uno de los más utilizados en las estructuras de

Hormigón Armado. Este tipo de cementos se consigue de la molienda del

clinquer y yeso, teniendo presente que puede llegar a aceptar hasta un 3%

de materias extrañas. El clinquer está compuesto por materiales calcáreos2

tales como calizas y arcillas. Este material se crea moliendo y mezclando

minuciosamente en una determinada proporción para finalmente ser

calcinados a elevadas temperaturas en donde este se funde y forma

especies de bolas conocidas como clinquer, el cual a su vez se enfría y es

molido con una cierta cantidad de yeso (alrededor de un 5% de su peso)

hasta obtener un polvo fino el cual será denominado cemento tipo portland.

El cemento tipo portland están constituido químicamente de manera principal

por los siguientes compuestos:

1 Producto constituido por silicatos calcicos (componente químico del cemento) el cual se obtiene por calentamiento a altas temperaturas. 2 Rocas sedimentarias las cuales se forman en orillas de ríos, fondo de barrancos, valles, entre otros.

21

Silicato tricalcico (3 CaO. SiO2), abreviado como C3S

Silicato bicalcico (2 CaO. SiO2), abreviado como C2S

Aluminato tricalcico (3 CaO. Al2O2), abreviado como C3A

Ferroaluminato tetracalcico (4 CaO. Al2O3.Fe2O3), abreviado como

C4AF

A los silicatos se les atribuyen la resistencia mecánica del cemento. Ambos

silicatos tienen con el tiempo la misma resistencia al hidratarse, pero poseen

curvas de endurecimiento distintas, teniendo presente que el silicato

tricalcico obtiene una resistencia inicial mucho mayor que el silicato bicalcico.

Los otros dos componentes restantes no poseen gran importancia en la

resistencia del cemento, el aluminato tricalcico hace más rápido el

endurecimiento del cemento en las primeras horas, pero puede ser atacada

por sulfatos, lo que hace que su presencia no sea tan atractiva para la

durabilidad del hormigón.

b) Cemento siderúrgico

Cemento portland siderúrgico

Esta clase de cementos está constituido por escoria básica granulada de alto

horno3 en una proporción que no deberá superar el 30% del producto

terminado.

3 Se obtiene por enfriamiento inmediato de una masa fundida no metálica que resulta en el tratamiento de mineral de hierro en un alto horno.

22

Cemento siderúrgico

Esta clase de cementos estar compuesto por escoria básica granulada de

alto horno en una proporción que fluctuara entre el 30% y 75% del producto

terminado.

c) Cemento con agregado tipo A

Cemento portland con agregado tipo A

Este tipo de cemento el cual es un producto que se adquiere de la molienda

de clinquer, agregado tipo A (agregado calcáreo-arcilloso) y yeso el cual

puede aceptar hasta un 3% de materia extraña. Este cemento estará

compuesto por una porción no mayor al 30% en peso del producto una vez

terminado.

Cemento con agregado tipo A

Este tipo de cemento esta creado por agregados tipo A, el cual estará

compuesto por una porción de este que fluctuará entre el 30% y 50% en

peso del producto una vez terminado.

d) Cemento puzolánico

Cemento portland puzolánico

Esta clase de cementos están compuesto por clinquer, puzolana y yeso. La

puzolana es un componente silicio-aluminoso, el cual una vez bien dividido

se junta con agua llegando a poseer propiedades aglomerantes, ya que por

23

sí solo no las posee. La puzolana que esta clase de cementos requiere no

superar el 30% en peso del producto una vez finalizado.

Cemento puzolánico

Esta clase de cementos está compuesto por clinquer, puzolana y yeso, pero

se diferencia con el cemento portland puzolánico, ya que el contenido de

puzolana que posee esta clase de cemento fluctuará entre el 30% y 50% en

peso del producto una vez terminado.

e) Cemento con fines especiales

Esta clase de cementos está compuesto por productos que se emplean en la

confección del cemento, cuyos requisitos y propiedades especiales se

estipulan mediante un acuerdo entre las entidad que lo produce y el usuario

propiamente tal para cumplir con un fin especifico.

f) Cementos con propiedades adicionales

Los cementos correspondientes al tipo portland y puzolánico, se clasifican a

su vez de acuerdo a su resistencia en dos grupos:

Cemento corriente.

Cemento alta resistencia.

g) PATOLOGIAS DEL CEMENTO

Entre las principales patologías que se dan en el cemento podemos

encontrar las siguientes:

24

Falso fraguado

Esta clase de patología la cual se da en la fase de confección del hormigón

radica en la formación de un apelotonamiento de la mezcla durante

aproximadamente los 5 minutos iniciales del amasado, debido a la

deshidratación parcial del yeso que se adiciona al cemento, por causa de

altas temperaturas originadas durante la molienda del clinquer.

Retracción por exceso de calor de hidratación

Esta condición se debe a la cantidad de aluminato tricalcico que posea el

cemento para la creación del hormigón, siendo este componente químico el

que más calor libera a comparación de los tres restantes, provocándose el

fenómeno de retracción en el hormigón.

Exceso de aluminato tricalcico

El exceso de este componente del cemento hace que la resistencia en ciclos

de hielo-deshielo sea baja.

Exceso de cal libre

Este aumento de cal libre posee características expansivas trayendo como

consecuencia la formación de fisuras en el hormigón las cuales son

superficiales e incluso un debilitamiento y destrucción del mismo.

Exceso de cal liberada en hidratación

Esta clase de aumento excesivo de cal en la hidratación puede ser atacada

por aguas puras, acidas y carbonatadas provocando daños considerables en

el hormigón.

25

Exceso de magnesia

La magnesia al igual que la cal posee características expansivas estas son a

un plazo mayor y con consecuencias más perjudiciales.

1.1.2 ÁRIDOS

La Norma NCh 163 of 1979 “Áridos para morteros y hormigones- Requisitos

generales” define árido como un material pétreo compuesto de partículas

duras, de forma y tamaños estables.

Los áridos constituyen alrededor de un 70 a 80% del volumen del hormigón,

y es fundamental para la resistencia y durabilidad del hormigón ya que actúa

de forma de esqueleto inerte.

El árido puede proceder de canteras como de rocas machacadas o escoria

siderúrgica, dependiendo de las características que se deseen para el

hormigón.

Se debe tener especial cuidado en que los áridos no sean activos con el

cemento generando productos expansivos afectando la resistencia y

durabilidad del hormigón. Por otra parte se debe evitar la presencia de

arcilla, que se origina comúnmente por una limpieza deficiente después de

su extracción, provocando una disminución en la calidad de los hormigones.

La granulometría del árido también es un aspecto importante a tomar en

cuenta, considerándose cada caso, según las necesidades. Por ejemplo, los

áridos finos, por una parte reducen la porosidad, dando mayor durabilidad,

26

pero por otra requieren relaciones agua-cemento mayor, pudiendo implicar

problemas de retracción.

Los áridos se pueden clasificar en arenas y gravas, siendo la primera el

material que pasa por el tamiz de abertura nominal de 5mm y es retenido por

el de 0,08mm, y la segunda el árido que es retenido en el tamiz de abertura

nominal de 5mm.

Los requisitos generales con que deben cumplir los áridos se establecen en

la norma Nch 163 of 1979.

1.1.3 AGUA

Con relación al agua que se ocupará en la confección del hormigón, esta

puede tener defectos originados por la utilización de agua no potable o por

una incorrecta dosificación y la utilización de una elevada relación agua-

cemento en el amasado.

Según la norma NCh 1498. Of.68 (Hormigón – agua de amasado –

requisitos) el agua potable de la red puede emplearse como agua de

amasado siempre que no se contamine antes de su uso. Se debe tener en

claro que el agua que se utiliza en el hormigón en masa, pudiese llegar a

tener pequeñas cantidades de impurezas, estas no serán relevantes a

comparación del Hormigo Armado en donde la existencia de cloruros en el

agua pueden causar corrosión de armaduras, florescencias y manchas.

Con relación al agua de mar, esta se podrá utilizar únicamente en

hormigones simples con resistencia a la compresión menor a 15 MPa en el

caso que no se pueda contar con agua potable en la zona de trabajo.

27

Se debe tener presente que no se utilizará agua que posea azucares tales

como sacarosa, glucosa u otros hidratos de carbono. A su vez, la utilización

de aguas con un alto contenido de ion cloro presentará corrosión en las

armaduras, provocando una baja en la resistencia del hormigón lo cual

desencadenará a la aparición de fisuras y grietas.

Otro agente perjudicial para el uso del agua en la confección del Hormigón

Armado es la presencia de sulfatos4. Este componente que se encuentra en

el agua reacciona con el C3 A que posee el cemento originando la estringita

expansiva la cual genera hinchazón, fisuración y desprendimiento del

hormigón.

Se puede ocupar agua de otra procedencia siempre y cuando cumpla con los

requisitos básicos que aparecen en la norma NCh 1498. Of.82 (Hormigón –

agua de amasado – requisitos) tabla 1 y a su vez tabla 2 si el agua tuviera un

contenido de sólido mayor a 5000 mg/l.

Requisitos químicos Unidad Valores limites

Valores del pH - 6 a 9,2

Sólidos en suspensión mg/l ≤ 2000

Sólidos disueltos mg/l ≤15000

Materiales orgánicos (como

oxigeno con sumido)

mg/l ≤ 5

Tabla 1. Requisitos químicos básicos.

Fuente: Norma NCh 1498. Of.82

4 Sal mineral u orgánica del acido sulfúrico (compuesto químico con una alta propiedad corrosiva)

28

Requisitos químicos Unidad Valores máximos

Cloruros en Hormigón Armado KgCl /m3

hormigón

1,200

Cloruros en Hormigón Armado KgCl /m3

hormigón

0,250

Sulfatos solubles en agua en

todo hormigón

KgCl /m3

hormigón

0,600

Tabla 2. Requisitos químicos complementarios.

Fuente: Norma NCh 1498. Of.82

1.1.4 ADITIVOS

Los aditivos son productos que se agregan al hormigón en el momento de su

elaboración, y tienen por finalidad mejorar ciertas propiedades por acción

física o química.

La norma “Nch 2182 – 1995 Hormigón y mortero. Aditivos. Clasificación y

requisitos.”, clasifica los aditivos que se agregan al hormigón en ocho tipos:

Tipo A. Aditivos plastificantes: material que aumenta la docilidad para

un determinado contenido de agua o, permite reducir el agua libre

requerida para obtener una docilidad dada.

Tipo B. Aditivos retardadores de fraguado: material que disminuye la

velocidad de la reacción química entre el cemento y el agua

retrasando el inicio del fraguado.

29

Tipo C. Aditivos aceleradores de fraguado: material que aumenta la

velocidad de la reacción química entre el cemento y el agua,

acortando el inicio del fraguado.

Tipo D. Aditivos plastificante y retardador: material que combina las

acciones de plastificante y retardador.

Tipo E. Aditivos plastificantes y aceleradores: material que combina

las acciones de plastificante y acelerador.

Tipo F. Aditivos superplastificantes: material que mediante su acción

fluidificante otorga una alta docilidad o, permite una gran disminución

del agua libre para una docilidad dada.

Tipo G. Aditivos superplastificantes y retardadores: material que

combina las acciones de superplastificante y de retardador.

Tipo H: aditivos incorporadores de aire: material que permite que una

cantidad controlada de pequeñas burbujas de aire sea incorporada

durante el amasado y permanezcan después de endurecido.

Es muy importante, en el uso de aditivos, una correcta dosificación según el

fabricante. Hay que recordar que las propiedades no se modifican de forma

proporcional a las cantidades utilizadas.

Estos son algunos cuidados que se deben tomar para evitar problemas en el

hormigón por uso de aditivos:

Se debe procurar una distribución homogénea en la masa de hormigón.

30

Es importante conocer los efectos secundarios y las contraindicaciones de

los aditivos, ya que estos pueden ser de tal relevancia que convenga no

utilizarlos.

Los aditivos más utilizados son los fluidificantes y los plastificantes, producto

de la cantidad de propiedades que mejora e incrementa en el hormigón.

Esto porque al aumentar la plasticidad del hormigón en estado fresco se

puede reducir la relación agua-cemento, aumenta la docilidad, se obtiene

una mezcla más homogénea y favorece la hidratación a fondo del cemento.

En el hormigón endurecido, al usar una menor relación agua-cemento, se

logran mayores resistencias mecánicas, se reducen las retracciones, la

porosidad, la capilaridad, la impermeabilidad, aumentando la durabilidad del

hormigón.

Algunos acelerantes contienen cloruro cálcico, lo que al utilizarse con

Hormigón Armado provoca corrosión en el acero. Además, algunos

acelerantes disminuyen las resistencias mecánicas, aumentando la

retracción hidráulica.

Cuando se utiliza aditivos inclusores de aire, como antiheladizo, se debe

cuidar la compactación para no eliminar un exceso de aire. Se debe recordar

que este tipo de aditivo reduce la resistencia mecánica.

1.2. PATOLOGÍAS DE PROYECTO.-

No se puede analizar de forma detallada las deficiencias en la etapa de

proyecto de una obra dado lo extenso del tema y la variedad de casos

posibles. Pero se pueden mencionar los factores fundamentales en el

proyecto de una estructura que siempre se deben considerar:

31

La necesidad de que se cumplan las condiciones de equilibrio básicas

de la estática, es decir:

ΣR=0 y ΣM=0

Donde:

R = Reacción en una estructura.

M = Momentos en una estructura.

La compatibilidad de las deformaciones de los propios elementos

estructurales y de sus uniones.

La necesidad de representar con todo detalle y a una escala

suficientemente clara, los dibujos de las disposiciones adoptadas,

especialmente las que se refieren a detalles de armaduras, uniones

encuentros, etc.

La conveniencia de redactar un Pliego de especificaciones técnicas

particulares de la obra lo más detallado posible y en el cual se

contemplen todas las características de los materiales a emplear,

forma de realizar el control de los mismos, penalizaciones, etc. Este

documento, al que en ocasiones se le presta poco interés, es

totalmente fundamental y de gran importancia con vista a conseguir

una obra sin defectos y de calidad, y es un documento de gran valor

en el caso de litigio.

En adelante se detallarán algunos de los factores que influyen en las

patologías que ocurren en la etapa de proyecto, y que se pueden deber a

subestimaciones en las cargas aplicadas a la estructura y de las formas en

que pueden actuar, defectos en la canalización de los esfuerzos o errores en

la organización del proyecto.

32

1.2.1 Cargas

Se distinguen las siguientes:

a) Cargas gravitatorias

Dependen del uso del edificio y su acción varia muy poco respecto del

tiempo, se pueden mencionar: peso de los elementos estructurales,

instalaciones, recubrimientos, terminaciones, rellenos, pavimentos, empujes

de tierra, líquidos y sobrecargas de uso.

El error consiste en subestimar las cargas antes mencionadas, por lo que se

recomienda que a la hora de calcular la estructura se tomen en cuenta las

condiciones más desfavorables.

b) Acciones climáticas

Es una carga de complejo análisis dada la incertidumbre de su forma de

actuar, como es el caso del viento en que nunca se sabe cuándo y que

dirección va a actuar. Otro caso es el de la nieve, que por sus características

puede acumularse y causar grandes desequilibrios.

c) Acciones accidentales

Para ejemplarizar esta carga se puede dar el caso de un muro de

contención, donde se deben tomar las medidas para eliminar el agua que se

puede acumular detrás de él, sin esta precaución los empujes serán

superiores a los previstos corriendo serio riesgo de colapsar el muro.

Otra carga accidental que no se puede obviar es la causada por los sismos,

pero será material exclusivo de análisis en otro ítem.

33

1.2.2 Modelación estructural

Un problema que también es muy significativo y que puede ocurrir en la fase

de proyecto es la modelación estructural a través de los elementos

estructurales, horizontales o verticales, hasta la cimentación, y luego al

terreno.

Es importante que en esta etapa, en que se están distribuyendo los

elementos estructurales, se cuente con un equipo multidisciplinario, en que

arquitectos y calculistas logren una estructura equilibrada en los aspectos

arquitectónicos y estructurales.

1.2.3 Organización

El paso intermedio entre la fase de proyecto y la fase de ejecución es la

organización, que se relaciona con la comunicación entre la Dirección

Técnica y la Dirección propiamente tal. En este paso se pueden generar

muchos errores que se traducen en fallas y defectos en la obra.

Hay que recalcar que estos errores no se originan por deficiencia en el

proyecto, ni en la ejecución, sino por falta de comunicación, lo que acusa una

organización inadecuada.

1.3 PATOLOGÍAS DEBIDO A LA EJECUCIÓN.-

Uno de los factores que influye en la generación de lesiones en edificaciones

de Hormigón Armado es la etapa de fabricación y ejecución. Las causas

principales de los defectos en esta etapa pueden ser falta de conocimiento y

calificación de las personas a cargo de la ejecución, negligencia, carencia de

control y supervisión en la ejecución.

34

Aun cuando el proyecto estructural este perfectamente definido y

determinado, hasta en los mínimos detalles, se puede dar la situación en que

se presenten problemas en la ejecución, debido quizás a una mala

interpretación del mismo. Estos problemas derivarán en futuras patologías.

Si el proyecto no es de buena calidad, la probabilidad de ocurrencias de

inconvenientes durante la ejecución aumenta considerablemente.

Es decir una patología en la ejecución puede ser resultado de una patología

de proyecto, si están relacionadas. Sin embargo, sería equivocado asegurar

que si no se presentan errores en el proyecto no existirían inconvenientes en

su ejecución.

Se sabe que siempre existirán errores, pero éstos pueden aminorarse si la

ejecución se realiza siguiendo un buen proyecto y una inspección adecuada.

Los defectos más comunes en la fase de ejecución se relacionan con el

armado del elemento. Algunos de ellos se muestran a continuación:

1.3.1 Errores en el armado

Las causas principales, que se pueden atribuir al armado, que pueden

generar fallas en la estructura son las siguientes:

Defectos en los planos de armado, con empleo de escalas

insuficientes.

Falta de una correcta verificación en la colocación de las barras para

la armadura.

35

Debido a errores originados por el desplazamiento de las armaduras,

durante el proceso de hormigonado, como consecuencia de falta de

amarre, pisado de barras horizontales, golpes con el vibrador,

desplazamiento de estribos, etc.

1.3.2 Estribos y refuerzos

Los estribos tienen como función absorber los esfuerzos cortantes y de

torsión, mantener la armadura principal en su lugar, evitando el pandeo en el

caso de armaduras comprimidas. Puede tener forma de L, de U o de formas

rectangulares, y situados perpendicularmente o en ángulo, con respecto a la

armadura longitudinal.

Para cumplir con su función, el estribo debe tener una sección, forma y

colocación y distancia de separación apropiada, según las especificaciones.

Figura 1.1. Tipos de estribo

Fuente: Manual de Armaduras Aza

36

1.3.3 Anclaje de armaduras

Las fallas por una mala disposición de los anclajes son muy comunes. La

longitud del anclaje varía para cada caso y está basado en el esfuerzo de

adherencia logrado a través de la longitud de las barras con resaltes o

ganchos embebidos en el hormigón.

1.3.4 Traslape de barras

Las longitudes para el empalme entre barras con resaltes, se clasifican

según el tipo de solicitación a la cual estén sometidas las barras, tracción o

compresión, a la calidad del acero y grado del hormigón utilizado, se pueden

efectuar mediante el traslape de las barras fijándolas con alambre, que es lo

más habitual en Chile, o utilizando soldadura o conexiones mecánicas, si así

lo permiten las especificaciones, los planos y el ingeniero responsable del

proyecto.

Figura 1.2. Traslape de barras.

Fuente: Manual de Armaduras Aza

37

1.3.5 Armaduras de suspensión

A veces es necesario suspender las cargar en la parte inferior de las vigas,

generando momentos flectores y esfuerzos cortantes muy importantes, las

cuales se absorberán por medio de armaduras adicionales, transmitiendo

estas cargas a la armadura principal.

Por ejemplo, en el caso de vigas en T invertida, se deben colocar armaduras

transversales a la sección de la viga, que unan el alma con las alas de la

viga, absorbiendo los esfuerzos de tracción y de corte que aparezcan en la

sección.

1.3.6 Recomendaciones generales

Se pueden resumir algunas recomendaciones y precauciones que se deben

tomar cuando se utilicen armaduras, con el fin de evitar la aparición de

efectos patológicos:

a) Armaduras.

Los aceros a emplear estarán limpios de oxido no adherente, pintura,

grasa o sustancias perjudiciales.

Las armaduras deben atarse bien para impedir su movimiento o

deformación durante el hormigonado.

No es recomendable el empleo de aceros de diferentes características

mecánicas dentro de una misma pieza.

b) Recubrimientos.

Para los casos más comunes normalmente usados en Chile y que en la

práctica no han dado origen a problemas de corrosión, salvo en ambientes

38

muy agresivos, en la tablas N° 3 se muestran los recubrimientos mínimos

recomendados para condiciones normales y severas, destinados al hormigón

vaciado en obra y al hormigón prefabricado producido en condiciones de

control de planta, respectivamente.

Recubrimientos mínimos para hormigón vaciado en obra (no pretensado)

Hormigón y elementos

Barras y armaduras

Recubrimiento mínimo

mm

Condiciones

normales

Condiciones

severas

a) hormigón colocado contra el suelo y permanentemente

expuesto a el.

50

70

b) hormigón expuesto al suelo o al aire libre.

Barras db 18 a db 36

Barras db 16 y menores

40

30

50

40

c) Hormigón no expuesto al aire libre ni en contacto con el suelo

Losas, nudos, nervaduras:

Barras db 16 a db 36

Barras db 12 y menores

Vigas y columnas:

Armadura principal

Amarras, estribos y zunchos

Cáscaras y placas plegadas:

Barras db 18 y mayores

Barras db 16 y menores

20

15

30

20

20

15

20

20

40

30

20

15

d) Elementos de confinamiento en albañilerías

Armaduras principal db 10 y menores

Amarras, estribos y zunchos db 8 y menores

20

15

30

20

db = Diámetro nominal de la barra

Tabla 3. recubrimientos minimos para barras de acero

Fuente: Norma NCh 430 Of. 2007

39

c) Espaciamiento mínimo entre barras

El espaciamiento libre mínimo entre barras, o entre un traslape y los

empalmes o barras adyacentes, tiene por objeto permitir un flujo rápido y una

buena penetración del hormigón dentro de los espacios comprendidos entre

las barras y el encofrado sin crear nidos o huecos, pero en la práctica ocurre

que un espaciamiento insuficiente puede impedir la entrada libre de la aguja

del vibrador, ya que tiene un diámetro mínimo de 45 milímetros en los

eléctricos y de hasta 70 milímetros en los de aire comprimido, lo que puede

ocasionar el atascamiento de la aguja, imposibilitando a veces el sacarla,

teniendo que cortar la manguera.

Espaciamiento o separación Mínima entre barras (mm)

Elemento 8 10 12 16 18 22 25 28 32 36

Columnas

Vigas

40

25

40

25

40

25

40

25

40

25

40

25

45

30

45

30

50

30

50

30

Tabla 4. Espaciamiento mínimo entre barras

Fuente: Manual de armadura de refuerzos para hormigón. Gerdau Aza

1.4 INFLUENCIA PRODUCIDA POR EL AMBIENTE EN LA

DURABILIDAD DEL HORMIGON

El medio ambiente en el cual se verá expuesta la estructura de Hormigón

Armado puede presentar diversos tipos de condiciones de agresividad las

cuales se verán relacionada a un origen físico, químico o físico-químico las

cuales atacarán al Hormigón Armado. Según sea el nivel de dicho ataque y a

su vez la velocidad con que esta se produce, nos podemos encontrar con

estructuras que cumplan parcialmente o no cumplan su funcionalidad para la

cual fue construida.

40

Con relación a los tipos de ambiente que existen y afectan a la estructura de

Hormigón Armado, se pueden clasificar de la siguiente manera, según su

nivel de agresividad:

Ambiente suave o débil agresividad.

Ambiente moderado o de mediana agresividad.

Ambiente severo o agresivo.

Ambiente químicamente agresivos.

1.4.1 Ambiente Suave o débil agresividad

En el ambiente suave o de débil agresividad se entenderá por él a aquel

entorno interior o semi interior de una edificación que se localice en un

ambiente fresco.

1.4.2 Ambiente moderado o de mediana agresividad

Esta clase de ambiente tendrá por característica principal el contacto con

agua o con terreno de nula agresividad, sin presentar mayores

complicaciones como las que se presentan en ambientes de superior nivel.

1.4.3 Ambiente severo o agresivo

Con relación al ambiente severo o agresivo, se entiende por éste a aquel

ambiente en donde la estructura de Hormigón Armado se encuentra en

contacto con aguas salinas y/o con un cierto grado de acidez.

41

1.4.4 Ambiente químicamente agresivos

Esta clase de ambiente se encuentra localizado en sectores donde el

Hormigón Armado es utilizado para la creación de industrias, celulosas,

almacenamiento de fertilizantes, industrias químicas, etc.

A medida que se va incrementando el nivel de agresividad en el ambiente se

debe tener en consideración que se tendrá que utilizar un hormigón que

posea mejores características de durabilidad y resistencia. Para ellos se

deberá tener presente que al aumentar la agresividad se impermeabilizará de

mejor manera el hormigón.

Lo que habitualmente se realiza en la confección de hormigones en

ambientes adversos es disminuir la relación agua/cemento y aplicar aditivos

plastificantes para poder otorgar mayor plasticidad al hormigón, pero sin

embargo, se debe tener presente que esto puede resultar desfavorable ya

que puede afectar a la durabilidad de la estructura y disminuir su resistencia

producto de segregaciones que pueda originar este plastificante.

Una de las causales de patologías habituales en ambientes adversos son

aquellas que son provocadas por la acción de aguas agresivas. Estas

provienen de aguas sucias, pantanosas y subterráneas las cuales contienen

una cierta cantidad de sulfato procedente de la tierra, causando daños

considerables en la estructura de hormigón. Estos sulfatos al reaccionar con

el hormigón forman aluminatos y yeso en el hormigón lo cual perjudica

considerablemente su condición de uso.

Otra causal de patologías en ambientes agresivos lo son el ataque de

lluvias acidas, las cuales poseen como característica principal el contener un

pH de 4 e incluso menor a este valor el cual genera daño en el hormigón por

42

el hecho de tener acido sulfúrico (compuesto químico muy corrosivo) que

condensan las gotas provocando daño en la estructura de hormigón.

1.5 LESIONES DERIVADAS DE LOS DEFECTOS DEL ACERO.-

Sin duda, el Hormigón Armado debe ser uno de los materiales estructurales

más utilizados en las construcciones. Esto por la cantidad de beneficios que

otorga la unión acero-hormigón, con la participación fundamental de acero

para soportar los esfuerzos de tracción en los elementos estructurales de

Hormigón Armado.

Se pueden nombrar tres características en el comportamiento de estos

materiales que los hacen compatibles para su uso:

Módulo de dilatación térmica: es similar en ambos materiales, 11 x 10-6

en el acero y 10 x 10-6 en el hormigón.

Módulo de deformación elástico: el del acero es mayor, 2,1 x 10-6

kp/cm2 y para el hormigón 2,5 x 10-5 kp/cm2.

pH alcalino del hormigón: funciona como capa protectora frente a la

corrosión del acero.

1.5.1 Defectos del acero

Los principales defectos que puede presentar el acero son:

Impurezas

Defectos superficiales

Corrosión superficial

43

Se deben a impurezas en la aleación, inclusiones de sustancias extrañas o

gases retenidos.

Las impurezas de aleación están compuestas por azufre, fósforo,

manganeso y silicio. El azufre y el fósforo no deben superar el 0,04% sino

puede llegar a ser muy peligroso.

Se pueden generar defectos superficiales por una deformación demasiado

rápida, ocasionando desgarramientos superficiales.

La corrosión superficial, a diferencia de los defectos anteriores que se

generan durante el proceso de fabricación, ocurre como consecuencia de un

inadecuado almacenamiento donde se expone el acero a un ambiente

corrosivo.

1.5.2 Corrosión del acero

En el proceso de corrosión del acero se produce oxido laminar, que al ser

expansivo puede dañar seriamente el hormigón que lo rodea.

La corrosión del acero afecta su aspecto y sección, por lo que disminuirá su

resistencia.

Dado que para que se produzca corrosión debe haber presencia de agua o

humedad, que son factores dados por el medio ambiente.

Se puede clasificar la corrosión del acero en dos tipos: corrosión química y

corrosión electrolítica.

44

Química: se deben a reacciones producidas por la acción del medio

ambiente (agua, ambientes marinos, gases industriales, etc.). Los aceros

expuestos a estos ambientes sufren los efectos corrosivos debido a la

acción de cloruros, que son arrastrados por el viento y depositados en el

acero.

Electroquímica: ya que en un mismo metal hay áreas de diferente

potencial eléctrico. La corrosión no se distribuye de manera uniforme

sobre la superficie del acero, sino que queda localizada en determinadas

zonas (ánodos) de las que fluye una corriente eléctrica hacia las zonas

protegidas (cátodos), al darse corrientes eléctricas entre dos zonas del

material con diferentes potenciales. Este tipo de corrosión es la más

peligrosa.

1.5.3 Deficiencia en la ejecución de las armaduras

Al igual que en el hormigón, con las armaduras también se pueden originar

errores en el proceso de ejecución.

Los errores en el corte de las barras no tienen mayor trascendencia, desde el

punto de vista estructural, solo en casos en que se han sobrepasado las

tolerancias de forma amplia.

Los errores en el doblado de las barras se deben, generalmente por usar

radios menores a los que se especifican. Además a veces se generan

roturas en los codos de las armaduras por doblados mal realizados.

Se debe tener especial cuidado en la etapa de colocación de las armaduras,

principalmente con lo referente al recubrimiento de hormigón, el que de

presentar problemas puede llega a afectar la durabilidad de la estructura.

45

Figura 1.3. Armaduras con poco recubrimiento.

Fuente: Enciclopedia Broto de Patologías de la Construcción. Broto, Carles

Otro problema en la colocación de las armaduras es generar zonas densas

de armaduras, las que no permiten el paso del hormigón entre ellas,

generando oquedades. Aunque este defecto se debe generalmente a

errores de proyecto.

1.5.4 Factores que facilitan la corrosión en las armaduras

Durante las etapas de amasado y fraguado del hormigón, se pueden producir

defectos que derivarían en la formación excesiva de poros o un tamaño

mayor de los mismos.

46

Si los poros son de gran tamaño estos se pueden intercomunicar formando

cavidades, facilitando que la humedad del medio ambiente penetre en la

masa y llegue hasta las armaduras, acelerando los procesos de oxidación.

También existe un alto peligro de deterioro del hormigón en las zonas

expuestas a ciclos hielo-deshielo.

Las fisuras igual representan un peligro de oxidación para las armaduras,

pero solo en casos en que su ancho supere cierto límite. Para atmósferas no

agresivas las fisuras de anchos menores a 0,2 mm no constituyen riesgo de

oxidación. Si el ambiente donde se encuentre el hormigón es de una

atmósfera marina o industrial, las fisuras no deben superar los 0,1 mm.

1.6 DETERIORO DEL HORMIGON POR AGENTES EXTERNOS.-

Cuando se habla de destrucción del hormigón por agentes externos se

deben tener presente las dos grandes causas por las cuales se

desencadenará una patología en una edificación, en primer lugar nos

encontraremos con el ataque de agentes físicos y por el ataque de agentes

químicos.

En el primer grupo de ataques físicos, estos pueden aparecer tanto en

hormigón fresco como endurecido. Los ataques provenientes de agentes

químicos, pueden producirse en el hormigón y a su vez en el acero.

A continuación se analizaran los dos tipos de ataques que pueden afectar al

hormigón, aclarando los agentes más perjudiciales para la estructura de este

material.

47

1.6.1 AGENTES FISICOS CAUSALES DE PATOLOGIAS

Los agentes físicos más frecuentes que pueden originar efectos adversos en

el hormigón son los siguientes:

Temperaturas ambientales bajas y altas.

Daños ocasionados por la presencia del fuego.

A continuación se analizaran estos dos agentes físicos los cuales provocan

fallas en el hormigón de gran consideración.

A) TEMPERATURAS AMBIENTALES BAJAS Y ALTAS

Dentro de los agentes físicos más comunes a localizar en una obra de

edificación, se encuentran las condiciones climáticas en las cuales se estime

el frío y el calor. Estos inconvenientes se pueden hallar en los casos del

hormigonado en tiempo frío y caluroso.

Desde un punto de vista patológico, las fallas que se puedan presentar

en uno u otro tipo de condición climática serán prácticamente diferentes y los

síntomas y tratamientos serán también distintos, tanto en ambiente frío como

en ambiente caluroso.

A continuación se explicarán estas dos condiciones ambientales a la

cual se puede ver enfrentado el hormigón.

48

HORMIGÓN EN TIEMPO FRÍO

Uno de los principales inconvenientes en el cual se puede ver enfrentada una

faena de hormigón en tiempo frío, tiene relación con el congelamiento que

pueda sufrir el agua que posee la masa de hormigón. Es por esta razón que

una de las preocupaciones fundamentales que se debe tener al dosificar en

esta clase de obras las cuales se ven enfrentadas al frío, es utilizar una baja

dosis de agua/cemento y utilizar incorporador de aire, lo cual será tema a

tratar en capítulos posteriores.

La acción que genera el frío sobre un hormigón en tiempo de fraguado o

comienzos de endurecimiento, hace retardar e incluso cancelar su

endurecimiento al existir una disminución en la velocidad de hidratación de

los componentes del cemento, lo que desencadena en un tiempo de

fraguado y una tasa de ganancia de resistencia mucho más lenta.

En temperaturas que fluctúen entre 10 y 20 º C se debe tener presente que el

cambio de un 1 º C puede hacer variar en aproximadamente 1 hora el tiempo

de fraguado del hormigón ocasionando inconvenientes en los procesos de

desmoldes.

Otro punto importante a tener en cuenta, es el hormigonado a temperaturas

inferiores a 0 º C el cual genera complicaciones en su resistencia mecánica y

durabilidad, aunque posteriormente se efectúe el hormigonado a

temperaturas normales.

El hormigonado en tiempo frío puede sufrir patologías si este trabajo se

efectúa teniendo presente la existencia de una diferencia de temperatura las

cuales excedan los 20 º C entre la superficie y la masa interior de hormigón,

la cual puede producir agrietamiento.

49

El aislamiento o protección en el hormigonado se deben quitar gradualmente

para evitar un choque térmico en el hormigón y así no sufrir fallas las cuales

sean generadas por el congelamiento a edades tempranas como se ve

reflejado en la figura 1.4.

Figura 1.4. Patología superficial por causas del clima frío

Fuente: http://ich.cl/detalle_faq.php?id_faq=20&id_cat=todas

HORMIGÓN EN TIEMPO CALUROSO

No solo las bajas temperaturas pueden ocasionar patologías de gran

consideración en el hormigón. El calor también es otro agente del cual, si no

se tiene cuidado en el proceso de fraguado y posterior endurecimiento,

puede desencadenar en fallas irreversibles para la estructura.

50

Para que existan patologías por causas del calor en el hormigón, se debe

tener en consideración que la temperatura a la que da lugar el calor debe ser

elevada y a su vez que el hormigón este envuelto en una atmosfera de muy

baja humedad relativa. Generalmente al producirse un elevado aumento de

la temperatura en el ambiente, la humedad relativa que envuelve al hormigón

disminuye a valores muy bajos, por consiguiente, el hormigón pierde el agua

que tanta falta le hace en la etapa de fraguado y endurecimiento,

desencadenando en una gran sequedad superficial, provocando deficiencias

en la hidratación de los componentes activos del cemento produciendo una

disminución en su resistencia mecánica, aumento de la retracción plástica y

desecado superficial con desintegración del hormigón.

Según lo estipulado por la norma NCh 170 Of. 1985, esta indica que cuando

las condiciones ambientales induzcan una evaporación igual o mayor que 1

kg de agua por m2 por hora, la temperatura del hormigón en el momento de

ser colocado debe ser menor que 30° C en elementos corrientes, y menor

que 16° C en elementos cuya menor dimensión exceda de 0,80 m.

Para no sufrir efectos patológicos los cuales podrán inducir a fallas en el

hormigón, se deberá tener presente que la temperatura del hormigón a la

salida de la hormigonera deberá estar entre 10° C y 16° C para elementos

corrientes y entre 5° C y 10° C para elementos masivos.

Una de las patologías más habituales que puede desencadenar las altas

temperaturas, es la de fisuración por retracción plástica. Esta clase de

patología se presenta cuando el hormigón se encuentra en su estado

plástico, en la cual posteriormente se presentan fisuras en la superficie

expuesta del elemento, esto ocurre desde las primeras horas de colocación

del hormigón hasta que alcanza el término de fraguado. La causante de esta

problemática se debe a una pérdida rápida de agua que exuda a la superficie

51

durante la etapa de sedimentación de las partículas en suspensión de la

mezcla, cuando todavía no se ha finalizado el fraguado del hormigón. Estas

fisuras se provocan cuando existe una elevada temperatura del aire o del

hormigón, baja humedad relativa y viento. Esto provoca secamiento en la

capa superficial expuesta antes de que finalice el proceso de fraguado como

se mencionó con anterioridad. (Ver figura 1.5)

Figura 1.5. Fisuración por retracción plástica

Fuente:http://www.construmatica.com/construpedia/Caracter%C3%ADsticas_

de_los_Morteros

Generalmente las fisuras causadas por la retracción plástica aparecen en las

superficies de losas y pavimentos de hormigón, siendo estas habitualmente

fisuras cortas y paralelas, separadas una de otra entre 30 a 90 cm, y de poca

profundidad.

B) DAÑOS OCASIONADOS POR LA PRESENCIA DEL FUEGO

Cuando ocurre un incendio, la estructura de Hormigón Armado en un edificio

está sujeto a absorber calor, el cual se traduce en una expansión térmica.

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Las elevadas temperaturas pueden afectar considerablemente la resistencia

de la estructura del hormigón incluyendo las armaduras de acero.

El aumento de la temperatura provoca en la estructura de Hormigón Armado

una baja en la resistencia mecánica a la compresión y a la tracción, un

aumento en su deformación por rotura y una baja considerable en su modulo

de elasticidad.

Las alteraciones que puedan ocurrir por causas del fuego con relación a la

variación de las características físico-mecánicas se encuentra relacionado a

los materiales utilizados en su elaboración y a la temperatura que estuvo

sometida la masa de hormigón. Los hormigones confeccionados con áridos

silicios poseen una mayor conductividad térmica y poseen mayor capacidad

de dilatación que los elaborados con áridos calizos. Siendo este último tipo

de árido, más vulnerable en caso de incendios.

Con relación a la acción del fuego propiamente tal, este al alcanzar su punto

crítico de ignición el cual se estima a 273º C, en este periodo solo la

estructura de aluminio se ve afectada. Desde la temperatura mencionada en

adelante se comienza a desarrollar el fuego equivalente o normalizado.

El hormigón comienza a deteriorarse a temperaturas mayores de 380º C en

periodos prolongados de tempo. A temperaturas entre 400 y 800º C se

presenta una ligera pérdida de la resistencia, la cual al pasar los 400º C

puede disminuir entre 15 a 25% su resistencia dependiendo si el hormigón

está compuesto con áridos calizos o silicios. Pasados los 800º C deja de

poseer una resistencia a la compresión.

El hormigón en el periodo de aumento de temperatura va sufriendo una serie

de cambios de coloración que puede inducir a perdidas de resistencia y del

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cambio de condiciones experimentales (Ver figura 1.6); es así como a 200º C

el color del hormigón es gris y no existe cambios notorios de condiciones. De

300 a 600º C el color cambia a rosa o rojo permaneciendo el hormigón

prácticamente sano. Entre los 600 y 900º C el hormigón cambia a un

segundo color gris con partículas rojas que indican friabilidad con altas

succiones de agua. De 900 a 1200º C el color cambia a amarillento teniendo

una gran baja en su resistencia.

Figura 1.6. Influencia de la temperatura sobre la resistencia

a rotura del hormigón.

Fuente: Patología y terapéutica del Hormigón Armado. Fernández M.

Efectos del fuego sobre la estructura de Hormigón Armado

Los daños producidos por un incendio en el Hormigón Armado pueden ser

muy variables, las cuales pueden ir desde la simple decoloración o

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manchado producto del humo hasta la total destrucción de una edificación,

por combustión o, por perdida de la resistencia de los elementos

estructurales.

Los efectos de patologías en la estructura de Hormigón Armado por causa

del fuego comienzan a partir del comportamiento de los materiales. El

hormigón pierde menos capacidad de resistencia que el acero a altas

temperaturas.

El hormigón por el hecho de estar expuesto al fuego, su evaluación posee

mayor complejidad a diferencia del acero. Estas evaluaciones de daños en la

estructura de hormigón poseen diferentes tipos de variables las cuales van

desde las variaciones de la densidad, la porosidad, el tipo de árido y el

método de vibración durante la ejecución.

Los principales efectos del fuego en una estructura de Hormigón Armado,

podrían acotarse en:

Deterioro a la adherencia por salto térmico entre la armadura de acero

y el hormigón.

Pérdida considerable del espesor de recubrimiento del hormigón,

debido al desprendimiento por explosión del hormigón o efecto

spalling.

Baja en la resistencia del hormigón, cuando su temperatura supera los

380º C durante extensos periodos.

Baja en la resistencia de las armaduras de acero cuando la

temperatura supera los 250º C.

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Deterioro o destrucción de las juntas y sellados, pudiendo

desencadenar un colapso del edificio.

A continuación se explicarán de forma más detallada los efectos más

relevantes, por lo cual, el fuego puede producir patologías.

Deterioro a la adherencia

La existencia de porosidad permite que las elevadas temperaturas atraviesen

el hormigón y lleguen a las armaduras de forma muy rápida. El acero por el

hecho de ser buen conductor, hace que se caliente toda la barra pero no el

hormigón. Es por esta razón que el acero tiende a dilatarse y el hormigón no,

produciendo compresiones y fisuras. A continuación se produce el

enfriamiento y la rotura, la adherencia se ve afectada por el salto térmico que

ocurre en el interior del Hormigón Armado (ver figura 1.7).

Esta clase de patología se produce por un aumento de la temperatura brutal

o bien por un enfriamiento brusco.

La rotura por adherencia en el hormigón se produce en el proceso de

enfriamiento, es decir, cuando el hormigón ya no se encuentra con la

presencia de humo. Por tanto las grietas aparecidas así son blancas, porque

la superficie interior no se encuentra ahumada.

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Figura 1.7. Proceso patológico por daño a la adherencia.

Fuente: http://ingenieria-civil2009.blogspot.com/2010/09/patologias-efectos-

de-incendios-en.html

Desprendimiento por explosión del hormigón o efecto spalling

Esta clase de patología por causa del fuego se origina cuando la temperatura

del fuego se encuentra entre los 100 y 150º C, por causas del impacto

térmico y el cambio de estado del agua que posee la estructura en su

interior.

A medida que el agua se va transformando en vapor y debido a la densa

estructura del hormigón, este vapor no puede salir a través de este y la

presión aumenta. Cuando esta presión en el hormigón es mayor que su

resistencia, es en este punto en donde comienza el proceso de

desprendimiento o spalling.

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Estas oquedades que se producen dejan al descubierto al hormigón, el cual

queda expuesto a un calor intenso, lo que produce un desprendimiento

mayor en menos tiempo.

El desprendimiento en esta clase de fallas es rápido, por lo que el hormigón

de recubrimiento salta durante el incendio por lo cual la superficie interior

permanece expuesta al humo y el hollín, quedando oscura las grietas.

Si se habla de un incendio en el interior de una edificación, la sección de una

estructura más expuesta al fuego y también la más sensible es la cara

inferior de las losas. Es aquí en donde las tensiones son de tracción y

principalmente soportadas por la estructura de acero. De modo tal que si

éstas se ven directamente afectadas por altas temperaturas producidas por

la presencia del fuego, la disminución de su resistencia se traduce en la

transmisión de esfuerzos al hormigón, ya sobretensionado interiormente.

Desencadenando en la rotura por esfuerzos de corte del hormigón y el

colapso de las losas.

El desprendimiento por explosión del hormigón o efecto spalling depende de

gran medida de la proporción de agua/cemento que posea el hormigón. Se

debe tener presente que con contenidos de humedad menores al 3% no

existiría ningún riesgo en la estructura de Hormigón Armado.

A continuación, a través de las siguientes ilustraciones se dejará en claro el

proceso de el desprendimiento por explosión del hormigón o efecto spalling

por causas de la presencia del fuego.

58

El vapor de agua es un componente

estable e integral en el hormigón con

carácter previo a su calentamiento

Con el fuego, el vapor de agua emigra a

través de capilares mientras sube la

temperatura

En la parte caliente, el vapor de agua

emerge como vapor en la parte caliente,

y como liquido en la parte fría

El hormigón se deseca y comienza a

desprender

El desprendimiento se hace más grave a

medida que el fuego avanza, dejando

expuesto los refuerzos

Figura 1.8. Proceso del efecto spalling o desprendimiento del hormigón por

presión en los poros.

Fuente: Análisis del articulo “effect of fire on concrete structures”.

Castillo Jáquez. E

59

1.6.2 AGENTES QUIMICOS CAUSALES DE PATOLOGIAS

El hormigón se considera como un sistema heterogéneo y poroso, el cual se

encuentra rodeado en algunos casos de un medio el cual está propenso a

reaccionar con alguno de sus componentes que lo constituyen. El hormigón

es inmune a ataques en seco de sustancias químicas, pero también puede

ser atacado por ácidos, causando gran daño en él.

La durabilidad que puede mostrar el hormigón dependerá del grado de

compacidad que este posea. Ya que el grado de porosidad que tenga el

hormigón, será el medio por el cual puedan penetrar los gases y humedad.

Un hormigón endurecido presentará un nivel de porosidad constituidos por

diferentes tamaños de poros. Un hormigón que posea una porosidad de

hasta el 10% se puede denominar como un material de baja porosidad. Si el

hormigón posee más de 15% se considerará un hormigón con alta porosidad,

teniendo por consecuencia una alta probabilidad de sufrir problemas por

durabilidad.

Las redes capilares que se forman por los poros en el hormigón, son los

conductos que permiten el trasporte de líquidos y gases por el interior de

esta masa. Estos conductos o medios hacen posible que exista la posibilidad

de que el hormigón pueda ser atacado por agentes químicos los cuales se

analizaran a continuación.

a) Ataque por ácidos al hormigón

Se debe tener presente que el hormigón es un material de características

básicas, el cual posee un pH que se aproxima a 13, es por esta razón que

este material puede ser atacado por sustancias acidas cuyo pH sean menor

60

a 7. Cabe señalar que ningún hormigón puede resistir durante mucho tiempo

el ataque de agua fuertemente acida, la cual posea un pH igual o menor a 3.

Al existir un líquido agresor de tipo acido este reacciona con los hidratos del

cemento los cuales son de tipo básico, formando sal más agua. Esta

reacción se produce en las superficies de contacto entre el fluido y los

hidratos del cemento, es por esta razón, que la porosidad tomará un rol

fundamental para su desarrollo como ataque químico.

Podemos identificar y diferenciar en los ataques por acido dos casos

específicos. El primero de ellos se da cuando la sal formada en el contacto

entre el acido y el hidrato del cemento no es soluble, cuando ocurre esto,

esta sal forma una barrera y actúa como protección del desarrollo del propio

acido. El segundo caso, si la sal que se forma es soluble, esta no forma

protección y el ataque seguirá su proceso. De estos dos caso se puede

concluir que el peligro que posee el ataque de ácidos dependerá de la

solubilidad de sus sales cálcicas.

Un ejemplo concreto se da en el acido clorhídrico cuando ataca al hormigón,

en el cual se produce cloruro de cálcico y agua, la sal que este ataque forma

es soluble haciendo que no se forme barrera y por ende el ataque es

peligroso. Caso contrario se puede ver en el acido fosfórico cuando ataca al

hormigón, acá se genera fosfato de calcio y agua, la sal que se forma por

este ataque es insoluble y forma una barrera de protección frente al ataque.

b) Ataque de aguas puras

Esta clase de ataques consiste en una erosión química en la superficie del

hormigón por sustancias externas capaces de disolver algún componente del

61

cemento en un proceso de lixiviación5. El principal efecto es la disolución de

la portlandita, dado que su solubilidad es considerablemente elevada.

Se conoce el agua pura como aquella que lleva muy pocas cantidades de

sales disueltas, como las que provienen de deshielos.

c) Lluvia acida

Este fenómeno se debe al carácter acido del agua que ataca al hormigón y

son esencialmente superficiales. Las lluvias acidas atacan al hormigón

puesto que pueden alcanzar un pH de 4, e incluso menor.

d) Carbonatación

La Carbonatación consiste en un proceso en el cual la alcalinidad de un

hormigón se ve alterada por los efectos de las reacciones causadas por la

atmosfera que puede estar contaminada por anhídrido carbónico.

Este caso especial de ataque acido se origina en hormigones porosos, pocos

compactos y con recubrimientos deficientes.

Las armaduras de un hormigón están protegidas al riesgo de oxidación por

su recubrimiento y por la presencia de hidróxido de calcio. Pero el hecho de

no poseer un recubrimiento adecuado tienen otras deficiencias como las

mencionadas con anterio