Patologias Del Hormigon

Embed Size (px)

Citation preview

  • 1

    DIAGNSTICO Y RESTAURACIN DE LAS ESTRUCTURAS DE HORMIGN ARMADO

    1 INSPECCIN Y TOMA DE DATOS

    Se refiere a las manifestaciones sintomticas de las lesiones de tipo mecnico, por lo general fisuras y de-formaciones, aunque tambin pueden presentarse defectos de la apariencia debidos a su puesta en obra o a la ac-cin del ambiente que las rodea. En las siguientes tablas se mencionan los principales sntomas relacionndolos con sus causas.

    1.1 PRINCIPALES TIPOS DE FISURAS

    El hormign estructural presenta, frente al acero laminado, una caracterstica que puede ser considerada nega-tiva y es su capacidad de fisuracin. Pero bien es verdad que en el hormign armado o pretensado, su capacidad de presentar fisuracin, tambin puede ser juzgado como un indicio positivo, ya que pone de manifiesto, a veces osten-siblemente, su natural comportamiento y en consecuencia permite apreciar, preliminarmente, el nivel de riesgo que presenta el elemento daado.

    Cabe hacer notar que una fisura no puede ser en general asignada a una causa sin un estudio detallado poste-rior, ni evaluar el nivel de riesgo que entraa, pero s puede decirse que la no idoneidad del comportamiento del hor-mign armado puede detectarse mediante la fisuracin, y en consecuencia, dirigir el anlisis ms intenso hacia los tipos de trayectorias de la fisuracin detectada.

    A) Fisuras por retraccin

    Aparecen en elementos lineales o superficiales. Su trazado es inequvoco en vigas, ya que la abertura de fisura puede ser semejante en toda la altura de la seccin, tendiendo a manifestarse en los puntos de corte de barras, cam-bios de seccin o marcando la presencia de estribos, con recubrimiento reducido. Pueden manifestarse en secciones solicitadas a flexin, con armadura insuficiente, pero en tales casos la presencia de sta hace que, a su altura, tenga menos abertura.

    La asignacin de las fisuras a la retraccin debe hacerse descartando otros motivos, y su trascendencia estruc-tural puede ser en ocasiones nula, aunque, incluso en tales ocasiones pueda requerir tratamientos para garantizar la durabilidad. Las estructuras antiguas tienen tendencia a mostrar tal tipo de fisuracin, al no quedar especificada en su normativa la exigencia de armaduras de piel en piezas de gran canto o la de cuantas geomtricas mnimas por con-diciones de temperatura y retraccin.

  • 2

    Fisuras por retraccin Fisura por movimiento del encofrado

    B) Fisuras por movimientos de encofrado

    Su carcter es asistemtico, y a posteriori es difcil definir si se produjo el movimiento que las ocasion. La justificacin de su aparicin est en el hecho de que hubiese movimientos en el encofrado o cimbrado cuando el hormign tenia una cierta rigidez, pero su resistencia era an reducida. En general su ancho suele ser importante, y si coinciden en posicin con una fisura de presumible carcter estructural pueden crear alarma. Su diagnstico debe ser realizado eliminando otras causas principales.

    C) Fisuras por trabajo estructural Pueden ser de varios tipos. Los anchos de fisura en flexin y esfuerzo cortante oscilan entre 0,1 y 0,3 mm, y

    pueden justificarse incluso en situaciones de seguridad aceptables. Aunque se recomiende siempre un estudio deta-llado, puede ser suficiente, ocasionalmente, un sellado o inyeccin, sin precisarse refuerzo del elemento daado

    Las fisuras de aplastamiento son en general poco acusadas, teniendo anchos reducidos. En laboratorio pueden detectarse durante ensayo a compresin de piezas, con niveles de carga prximos al 90-95% de la carga de rotura pero su ancho es muy reducido, a veces menor de 0,05 mm. En consecuencia, tales fisuras son indicio de comienzo del fallo estructural, exigiendo actuacin de emergencia, y precauciones extremas. Las fisuras de anclaje o solapo que se sealan en el croquis, en general son poco accesibles en momentos negativos. En general se producen por fenmenos muy frgiles y cuando se acusan son indicio de que el fallo se ha producido, dejando sin colaboracin la armadura de flexin afectada.

    Fisuras de compresin Fisuras de anclaje o solape

    D) Fisuras por asiento de hormigonado

  • 3

    Se produce con el empleo de hormigones de consistencia fluida o lquida, y mal compactados, en elementos ho-rizontales que incorporan armaduras que han sido bien fijadas en su posicin. El asiento del propio hormign, por consolidacin natural, marca fisuras en los puntos de presencia de barras. En general tales fisuras son aparatosas por su gran abertura, pero en general quedan cortadas a la altura de la armadura. En ocasiones Pueden confundirse con fisuras de retraccin en elementos superficiales.

    E) Fisuras por grifado de armadura o bajada de estribos

    Fisuras que pueden aparecer en pilares como consecuencia de desplazamiento de estribos, una vez descar-tado el fallo a compresin. Puede disminuir su capacidad portante y ser indicio de aplastamiento o de pandeo de las barras.

    Otro tipo de fisuras que se detectan en pilares son las de cabeza o zona superior, localizadas en esquinas; su origen puede encontrarse en grifados de la armadura para conformar la transicin entre tramos de pilar, estando hormigonado el pilar poco tiempo antes. Estas fisuras son en general muy ostensibles y a menudo el dao que repre-sentan tiene mayor incidencia sobre la durabilidad que sobre la resistencia.

    Fisuras por cada de estribos Fisuras por corrosin

    F) Fisuras por corrosin

    Tales fisuras, que puede confundirse por su trayectoria con las de compresin en pilares, se manifiestan con direccin longitudinal siguiendo las barras o marcando estribos. Su ancho puede llegar a ser apreciable, e incluso hacer perder el recubrimiento a la pieza. Su origen est en el estallido de la zona de hormign prximo a la armadura ante los aumentos de volumen que supone la presencia de xido. Para distinguirlas en fase incipiente, no hay ms remedio que descubrir la armadura y observar su estado superficial.

    2 ESTUDIOS PREVIOS Y ENSAYOS

    2.1 PRINCIPALES MTODOS DE ENSAYO DEL HORMIGN (*)

    2.1.1 Ensayos fsicos: - Resistencia:

    - Probetas testigo. Esclermetros. Ultrasonidos. Etc. - Localizacin de huecos o coqueras:

    - Endoscopia. Radiografa. Termografa. Radar. Etc. - Localizacin de barras de armado. - Penetrabilidad del agua. - Difusin de gases. - Entrada de aire. - Tipos de ridos.

    2.1.2 Ensayos qumicos y electro-qumicos: - Constituyentes del hormign. - Contenido de cloruro. - Profundidad de carbonatacin. - Potencial elctrico de las armaduras. - Resistividad.

  • 4

    2.1.3 Ensayos de estructuras: - Pruebas de carga in situ. - Monitorizacin de una estructura. - Ensayos vibratorios. - Pruebas de carga hasta rotura.

    2.2 PRUEBAS DE CARGA.

  • 5

    Constituyen un proceso de investigacin sobre una estructura ya construida mediante la reproduccin de un estado de carga, con el fin de obtener datos experimentales sobre su comportamiento y/o seguridad.

    2.2.1 Tipos de prueba:

    A) En situacin de rotura. B) En situacin de servicio:

    - Segn el nivel de carga: o Carga inferior a la de servicio. o Carga de servicio. o Carga superior a la servicio.

    - Segn la duracin de la prueba: o De duracin reducida (< 8 horas). o De duracin estndar (>2das). o De larga duracin.

    2.2.2 Documentacin de referencia:

    - UNE 7.457 - 86: "Realizacin de ensayos estticos de puesta en carga sobre estructuras de piso en edificacin". - Normativa de estructuras de hormign: Instrucciones espaolas (EHE, EP y EF). Cdigo americano (ACI - 318). - GEHO (B. n1.1988): "Evaluacin de la capacidad port ante de estructuras mediante pruebas de carga"

    3 DAOS POR MALA CALIDAD DE LOS COMPONENTES Y LA FABRICACIN DEL HORMIGN

    A) Cemento - Problemas especficos: * Falta de regularidad (componentes, molturacin, almacenamiento * Impurezas en las adiciones. * Peor resistencia a compresin previsible con filler calizo. - Dosificacin: aumento o disminucin respecto a las de referencia de la EHE (ambientes)

    B) Agua

    - Sulfatos (subsuelo): * Afectan al propio hormign con procesos expansivos (etringita). * Armaduras: destruyen su pasivacin, favoreciendo la corrosin. - Cloruros (mar): cambia el pH del hormign que protege las armaduras (corrosin) . - Puras (deshielo de montaa): elevada capacidad de disolucin.

    C) ridos

    - Compuestos de azufre (del agua o del ambiente): * Dan sulfoaluminatos muy expansivos. * Los de piritas son ms activos. - Arcilla: afecta a la calidad del hormign (adherencia de la pasta). - Cloruros: modifica el pH del hormign que protege las armaduras (corrosin). - Granulometra incorrecta: provoca una disminucin de la compacidad del hormign.

    d) Aditivos

    - Por utilizacin inadecuada. - Por sobre dosificacin o dosificacin insuficiente: * Conviene usar los que posean D.I.T. y realizar ensayos previos. * Aadirlos siempre al agua (excepto colorantes y retenedores de agua). * Necesario premojado de los ridos secos que evite la absorcin del aditivo. * Con inclusores de aire conviene evitar una compactacin excesiva. - Por defectuosa ejecucin.

    4 DAOS POR ERRORES EN LA FABRICACIN DEL HORMIGN

  • 6

    - Manifestacin: * Disminucin de la resistencia a compresin. * Prestancia de mal aspecto. * Por retraccin conjunta (trmica e hidrulica): fisuras en red marcadamente ortogonal.

    - Granulometra: * Debe retomarse la conciencia de su importancia en la dosificacin. * La resistencia del hormign debe tender a la del rido.

    - Amasado: * Escaso: falta de arropamiento del rido. * Excesivo: lavado del rido.

    - Transporte: * Inadecuado: deshomogeneizacin. * Demasiado largo: desecacin y/o principio de fraguado.

    - Vertido:

    * Descuidado: movimiento de armaduras y poca homogeneidad; coqueras. * Mal planificado: juntas mal situadas; uniones defectuosas entre tongadas.

    - Encofrado:

    * Desplomado: piezas torcidas; modificacin de tensiones; defectos de tolerancias.

    * Falta de estanquidad: prdida de lechada; coqueras y cavidades.

  • 7

    * Falta de arriostramiento: derrumbes, desplomes, deformaciones. * Muy seco: absorcin de agua del hormign. * Falta de rigidez: abombamientos, flechas. * Sucio: deterioro superficial, rotura del encofrado; prdida de seccin; manchas.

    - Desencofrado: * Prematuro: deformaciones, flechas, grietas, roturas. * Descuidado: grandes deformaciones instantneas; deterioro superficial.

    - Compactado: * Insuficiente o inadecuado: prdida de compacidad y/o homogeneidad; coqueras no eliminadas. * Excesivo: prdida de homogeneidad. * Descuidado: prdida de adherencia hormign / acero.

    Fallo de vertido y compactado Fisuras de retraccin hidrulica por insuficiente curado

    - Curado: * Insuficiente: desecacin; fisuras de afogarado y retraccin; prdida de resistencia superficial. 5 DAOS POR LA FABRICACIN, COLOCACIN Y PROTECCIN DE LAS ARMADURAS

    5.1 DEFECTOS DE FABRICACIN Y ACOPIO DE LAS BARRAS

    A) Por impurezas del acero - Metlicas: de P, S, Mn, Si, en porcentaje superior a un lmite perjudicial. - Inclusiones: * Sustancias extraas de alto punto de fusin: xidos, silicatos, sulfuros, etc. * Provocan discontinuidad de la masa metlica, concentracin de tensiones, etc. - Gases retenidos: oxgeno, nitrgeno, hidrgeno disueltos en el acero lquido.

    B) Por defectos superficiales - Pliegues por laminacin incorrecta: constituyen el principio de la formacin de grietas. - Desgarramientos: por deformacin excesivamente rpida, o sobre material ya fro.

  • 8

    C) Por oxidacin o corrosin superficial - Por almacenamiento en ambientes corrosivos. - Armaduras en espera: * Expuestas a la intemperie demasiado tiempo. * Acentuado por los doblados para evitar molestias.

    5.2 CORROSIN DEL ACERO

    - Las armaduras estn protegidas por el hormign: * Debido a su elevada alcalinidad forma una pelcula de pasivacin del acero. * Su reducida permeabilidad (con buena calidad) evita el paso de aire y humedad.

    - Oxidacin interna: cuando el oxgeno es capaz de penetrar en ausencia de humedad. * Se produce una merma de resistencia mecnica segn dimetro de armadura. * El mayor volumen del xido provoca expansin que agrieta el hormign: ms oxidacin.

    Niveles de daos por corrosin de armaduras

    - Requisitos de la corrosin electroqumica: a) Presencia de electrolito: agua con sustancias o gases disueltos

    b) Diferencia de potencial electroqumico c) Presencia de oxgeno en el nodo para formar el xido

    * Destruccin de la delgada pelcula de oxgeno pasivadora (por pH > 13) si: - El hormign es permeable: penetra el CO2 y reacciona con el Ca(OH)2 - La alcalinidad del medio desciende por debajo de 11,5 - Se dan las condiciones a), b) y c). - Existe presencia de cloruros.

  • 9

    - Acritud del acero por absorcin de hidrgeno: * No es importante en armaduras ordinarias, pero s en cables de pretensado. * Se debe a la introduccin del hidrgeno en el acero por diversas vas: - Decapado del hierro con cidos - Exposicin a un ambiente con determinados gases (cianhdrico, sulfrico, etc.) * El acero se vuelve frgil y puede romper con cualquier solicitud de traccin (acritud)

    - Manifestacin de las lesiones: * Fisuras debidas a corrosin (y expansin del xido): paralelas a la direccin de las barras.

    * En las barras sometidas a compresin: misma direccin que las de origen tensional. * Fisuras de corrosin de armadura principal: prximas a los vrtices y labios en distinto plano.

    5.3 DEFECTOS DE COLOCACIN DE LAS ARMADURAS

    - Transversales y longitudinales: * Dbilmente trabadas: movilidad de la jaula. * Soldadas: prdida de resistencia de aceros de alta adherencia.

    - Diagonales y transversales: * De cortante o de rigidizacin de jaulas: deshomogeneizacin al verter contra ellas.

    - Doblado de las barras: * Radio excesivamente pequeo: grietas. * Por calentamiento: prdida de resistencia.

    - Colocacin: * Mal aplomado: recubrimientos excesivos o insuficientes. * Sin separadores: escaso recubrimiento, cambio de posicin de barras (y tensiones).

  • 10

    * Desviacin barras sueltas: inefectividad; modificacin peligrosa de tensiones.

    - Ausencia de armaduras de piel: * Fisuracin de afogaramiento y retraccin.

    - Exceso de armaduras: * Falta de compacidad; recubrimientos insuficientes; prdida de adherencia; coqueras. * En piezas a flexin: riesgo de plastificacin de las zonas solicitadas por compresin.

    - Manifestacin de lesiones: * En fallos de adherencia (falta de longitud de anclaje, etc.): fisuras normales a la armadura acompaadas en ocasiones de fisuras paralelas.

    6 DAOS CAUSADOS POR AGENTES EXTERNOS

    6.1 Influencia del ambiente en la durabilidad

    - Las dosificaciones que plantea la EHE para ambientes I y II son insuficientes. - Las relaciones a/c son excesivamente bajas (mayor docilidad en edificacin). - Criterio general: aumentar la compacidad y, con ello, la impermeabilidad. - No se determinan ni el criterio de composicin granulomtrica ni el mtodo para obtener la impermeabilidad.

    6.2 Tipos de daos

    A) Por agentes fsicos (agua, viento, temperaturas extremas, etc.) - Sobre el hormign fresco: * Lavado de los finos, disminuyendo el recubrimiento. * Congelacin: impide la hidratacin y destruye la micro estructura cristalina * Desecacin: hidratacin incompleta; resistencia insuficiente; fisuras - Sobre el hormign endurecido: * Bajas temperaturas: roturas por heladicidad, al hincharse el agua en los poros.

  • 11

    * Abrasin: poco frecuente, salvo en usos especficos. * Roturas por dilataciones / contracciones trmicas, al carecer de juntas.

    Rotura por contraccin trmica Erosin debida a la agresin qumica

    - Manifestacin de las lesiones por heladicidad: * Progresivo desprendimiento de trozos en forma de escamas, paralelas a la superficie. * Antes suelen presentarse sntomas en otros materiales menos resistentes a la helada.

    B) Por agentes qumicos:

    Otras substancias perjudiciales para el hormign, adems de los sulfatos de Na, K, Mg, etringita, por su hidra-tacin expansiva, son ciertos xidos del cemento prtland, como la cal libre que pasa a hidrxido, el xido de magne-sio y el trixido de azufre, responsable del fenmeno del falso fraguado. Y la oxidacin de las armaduras, al formarse un material alterado ms poroso y voluminoso que el acero original.

    Adems de las reacciones expansivas, el hormign suele ser atacado por causa de la disolucin de com-puestos hidratados del cemento, principalmente los clcicos. Por la formacin de sales solubles arrastradas por el agua, como es el caso de los ataques por aguas puras, cidos orgnicos e inorgnicos, agua de mar, etc. Las subs-tancias que poseen carcter agresivo sobre los hormigones son:

    - Gases cidos: el ataque slo reviste importancia cuando se trata de gases de concentracin elevada y en ambiente hmedo, salvo el CO2 que tambin acta en ambiente seco.

    - Aguas agresivas: del subsuelo u otros orgenes, como las cidas, puras, sulfatadas o selenitosas, residua-les, con detergentes, etc., cuya accin se incrementa al estar en movimiento.

    - Lquidos que desprenden burbujas, cidos, aceites vegetales y otros compuestos orgnicos. Tierras y sue-los con humus y sales cristalizadas.

    7 DAOS CAUSADOS POR ERRORES DE PROYECTO O FALLO ESTRUCTURAL

    7.1 En pilares

    A) Aplastamiento del hormign:

    * Sntomas: Rotura rpida y muy grave: fisuras en las caras opuestas del pilar o en las esquinas. Pandeo de las armaduras longitudinales. * Causas: Errores de dimensionado o clculo; exceso de carga.

  • 12

    B) Cortante:

    * Sntomas: Rotura rpida y muy grave: fisuras a 60 en dos caras opuestas y horizontal en las otras. * Causas: Seccin o armadura transversal insuficientes; empujes o momentos excesivos; deslizamiento de la

    cimentacin.

    C) Traccin:

    * Sntomas: Rotura grave o muy grave segn la causa: fisura o grieta horizontal en toda la seccin. * Causas: Asiento del terreno; omisin o insuficiente viga centradora; excavacin cercana; acortamiento de las

    cabezas de pilares inferiores por fluencia o recrecido defectuoso.

    Rotura por traccin Roturas por flexin

    D) Flexin:

    * Sntomas: Rotura grave: fisura fina horizontal en la cabeza o pie del pilar.

  • 13

    * Causas: Error de clculo; armadura insuficiente; aumento del momento por asiento; empuje.

    7.2 En vigas y viguetas:

    A) Flexin:

    * Sntomas: Roturas graves: grietas o fisuras ortogonales a la directriz en las zonas traccionadas. * Causas: Seccin o armadura insuficiente; sobrecarga excesiva; escasa longitud de anclaje; clculo errneo;

    omisin de patillas; luz mayor de la prevista.

    Ensayo de rotura a flexin de una viga Colapso por cortante

    B) Cortante:

    * Sntomas: Rotura muy grave, a veces instantnea: fisuras cerradas a 45-75 hacia el pilar. * Causas: Seccin o armadura transversal insuficientes; sobrecarga excesiva; error de clculo.

    C) Aplastamiento del hormign:

    * Sntomas: Rotura muy grave: fisuras horizontales. * Causas: Seccin pequea y exceso de armaduras de traccin; carga excesiva; clculo errneo.

    Rotura por aplastamiento Grietas y fisuras por torsin

    D) Torsin:

    * Sntomas: Rotura grave y rpida con escasa armadura; forma red a 45-75 en el contorno. * Causas: Seccin o armadura insuficiente; sobrecarga excesiva; clculo deficiente; con brochales.

    E) Aluminosis:

    * Sntomas: Lesin grave: oscurecimiento del hormign y a veces fisuras en el sentido de las barras. * Causas: Empleo de cemento aluminoso; transformacin de los aluminatos; humedad y temperatura elevadas;

    carbonatacin del cemento; ubicacin en la costa o en baos.

  • 14

    F) Cortante en viguetas:

    * Sntomas: Lesin muy grave en la que pocas veces surgen fisuras pues la rotura es instantnea. * Causas: Seccin insuficiente; sobrecarga excesiva; omisin armadura transversal; luz excesivas.

    G) Deformacin de vigas y viguetas en voladizo:

    * Sntomas: Lesiones leves o medias: fisuras horizontales o inclinadas a 45. * Causas: Falta de rigidez de vigas y viguetas; acumulacin de cargas de plantas superiores.

    7.3 En forjados

    A) Cada de forjados en voladizo:

  • 15

    * Sntomas: Rotura muy grave: fisura de flexin y desprendimiento del voladizo . * Causas: Omisin de la armadura de negativos o colocarla muy baja; falta de continuidad.

    B) Apuntalamiento incorrecto:

    * Sntomas: Rotura muy grave a 45 por cortante en forjado inferior y superior. * Causas: Colocar perfiles slo en la planta afectada donde el pilar carece de resistencia.

    C) Cortante en nervios que entregan en el baco:

    * Sntomas: Rotura muy grave a 45 difcil de observar por su poca capacidad de aviso. * Causas: Clculo errneo; omisin de armadura transversal; sobrecarga imprevista.

    Rotura por cortante de viguetas Grietas de punzonamiento del pilar en el baco

    D) Punzonamiento:

    * Sntomas: Rotura rpida y muy grave con fisuras cerradas que se sitan alrededor del pilar. * Causas: Poco espesor del forjado; armadura transversal insuficiente; baja de resistencia.

    E) Aplastamiento de la base de bovedillas:

    * Sntomas: Se aplastan y desprenden las bases de bovedillas de una calle de viguetas.

  • 16

    * Causas: Asiento de la cimentacin; deformacin excesiva del forjado.

    8 ACTUACIN EN ESTRUCTURAS DE HORMIGN

    8.1 Reparacin de fisuras

    Cuando aparecen fisuras con abertura fuera de los lmites aceptables para al ambiente en que se encuentra la obra hay que intervenir con objeto de restaurar el monolitismo, proporcionar impermeabilidad para evitar la pene-tracin de sustancias qumicamente agresivas, adems de mejorar el aspecto de la obra.

    Antes de la actuacin es preciso obtener cierta informacin sobre las lesiones: - Tipos de fisuras: trayectoria, localizacin, agrupamiento, etc. - Estado de las fisuras: vivas (con movimiento), o estabilizadas. - Diagnstico: causa de las roturas.

    A continuacin habr que elegir el mtodo de reparacin, para lo que se dispone de varias opciones: - Inyeccin. - Vaciado y sellado de la fisura. - Formacin de junta y recubrimiento. - Otros: Cicatrizacin. Ocratizacin. Grapado. etc.

    A) Inyeccin de fisuras.

    La inyeccin permite hacer estanco un hormign fisurado e incluso restablecer su continuidad mecnica. El re-lleno podr ser parcial o total, con un material para simple compactacin o para pegado adicional de la zona fisurada. La inyeccin es una tcnica apropiada para "fisuras estabilizadas". En "fisuras con movimientos pequeos" podra utilizarse siempre que los materiales de relleno sean flexibles.

    Los materiales de inyeccin pueden estar basados en resinas epoxdicas, aerificas, u otras. Ser conveniente conocer y prescribir el grado de penetrabilidad y adherencia, resistencia y durabilidad.

    El procedimiento a seguir puede ser: - Sellado extremo de la fisura. - Colocacin de tubos de inyeccin (en rellenos someros) o realizacin de "taladros" (en rellenos profundos). - Limpieza del hueco mediante agua a presin y posterior secado con aire caliente. - Aplicacin de presin en la resina:

    o Baja (0'1 a 0'4 Mpa) en rellenos someros. o Alta (1 a 2 Mpa) en rellenos profundos.

    El material de relleno a emplear, segn la anchura (w) de la fisura, puede ser: - W < 0'6 mm: Resina pura.

  • 17

    - W: 0'6 a 3'0 mm: Resina con polvo de vidrio. - W > 3'0 mm: Mortero de resina y arena fina.

    Los tipos de inyeccin ms utilizados son: a. Relleno parcial de la fisura b. Relleno total c. Pegado de la zona fisurada

    a b c Una opcin al relleno dentro de la misma tcnica de reparacin de fisuras es el sellado externo, que puede ha-

    cerse por de los tres siguientes procedimientos a. Cordn de masilla b. Cajeado y posterior relleno de masilla c. Banda de tejido adherido

    a b c

    En cuanto a los procedimientos de inyeccin, puede optarse por la inyeccin desde la superficie, o por la inyeccin interna, que a su vez puede ser con relleno total o con relleno parcial.

    Inyeccin desde la superficie Inyeccin interna

    B) Formacin de juntas

    Esta solucin es aplicable a "fisuras vivas" con movimiento de cierta entidad. Se trata de convertir la fisura en una junta controlada y estanca. Para ello, el procedimiento a seguir consta de las siguientes etapas:

    - Vaciado o cajeado de la cabeza de la fisura.

  • 18

    - Recubrimiento con materiales adecuados.

    En el caso de elementos verticales como muros de cierre o contencin las soluciones posibles son: a. Con material de sellado elstico, que se coloca cuando la fisura est ensanchada, de modo que el sellante

    tendr menos posibilidades de desgarramiento. b. Sellado con neopreno predeformado. c. Banda flexible pegada en bordes, no siendo necesario el cajeado.

    Para elementos horizontales como soleras: a. En el caso de que no soporten trafico: vale la solucin (a) anterior. b. Si soportan trafico, se usa una banda metlica (seccin "en avin") y materiales de recubrimiento.

    8.2 Reparacin de hormigones disgregados

    Los principales deterioros del hormign de las estructuras por razones no estrictamente mecnicas pueden atri-buirse a alteraciones qumicas por la accin de la contaminacin del ambiente o impurezas de los componentes, o bien son debidos a los fenmenos de corrosin electroqumica de las armaduras. En la mayora de los casos se pro-ducen prdidas de hormign o ste se encuentra disgregado.

    Los requisitos del hormign a reparar son: a. Resistencia de la superficie: ensayo de arrancamiento de disco adherido (se exige, en general, mayor

    der5n/mm2). b. Estado de humedad de la superficie:

    - Saturado: sin encharcamiento, cuando se van a adherir morteros tradicionales. - Seco mxima humedad del 6% en peso), si se van a colocar resinas o materiales polimricos.

    La actuacin consistira en una fase previa de proteccin y apeo, si fuera necesario, y luego unas operacio-nes de saneamiento del material deteriorado. Se requiere una superficie saneada y rugosa con objeto de obtener mayor adherencia y uniones ms eficaces y duraderas. Debe eliminarse la capa superficial de lechada, as como el hormign que se halle deteriorado, disgregado o contaminado. Los procedimientos pueden ser:

    a. Mecnicos: - Chorro de arena: debe reducir el espesor no ms de 5 mm. Se caracteriza por su rapidez y obtencin de buena rugosidad, pero resulta caro. - Chorro de agua a presin: con10/40 atmsferas se obtiene una simple limpieza; 40/120 atm. Da buenas rugosidades; con120/240 atm. se llega a cortar (hidrodemolicin). - Pistolas de agujas mecnicas. - Martillos de percusin. - Granalladoras: granalla de acero. - Escarificacin: agujas de diamante. - Lijado: disco de esmeril.

    b. Mtodos qumicos: - Limpieza con desengrasantes o decapantes. - Chorro de vapor con aditivos de limpieza. c. Mtodos trmicos:

    - Lanza trmica de oxigeno (oxicorte): corte de hormigones de grandes espesores (50 a 150 cm).

    A continuacin debe conformarse la superficie de la pieza de tal modo que se favorezca la conexin con las prtesis o nuevo material que se dispondr junto al preparado. Por lo general se usan formas caractersticas, como cajeados, cola de milano, etc. Adems es recomendable, no slo con problemas de corrosin, dejar descubiertas las armaduras para permitir su limpieza y proteccin, as como favorecer la conexin entre materiales viejo-nuevo. Para finalizar la preparacin se colocar un adhesivo que har la unin con el nuevo hormign.

    La siguiente etapa es la unin del material de reparacin, para lo cual puede usarse alguna de las siguientes soluciones:

    - Recubrimiento con hormign nuevo colocado mediante encofrado. - Hormign proyectado. - Enfoscado con mortero.

  • 19

    Por ltimo, cuando se quiere garantizar una durabilidad suficiente tras la reparacin, suele recurrirse a una pro-teccin adicional de la superficie del hormign.

    8.3 Refuerzo de elementos estructurales

  • 20

    La reparacin mediante refuerzo de las estructuras de hormign armado es una intervencin clsica, bien conocida y experimentada desde hace varias dcadas, contndose para ello con variados materiales y tcnicas, co-mo son los recrecidos de hormign armado, la implementacin de perfiles de acero laminado, el uso de bandas de acero laminadas con resinas, el relleno y arriostramiento, pretensado y postensado, etc.

    Antes de llevar a cabo una actuacin de refuerzo sobre una estructura de hormign habrn de considerarse una serie de condiciones previas, relativas al comportamiento mecnico, rapidez y seguridad de la ejecucin, y otras de tipo econmico y esttico, no menos importantes.

    No obstante, las primeras son decisivas, dada la naturaleza de los elementos a reforzar, por lo que habr de te-nerse en cuenta la posible alteracin de rigideces de los componentes de la estructura, la futura coexistencia de anti-guos y nuevos materiales con capacidad mecnica y deformabilidad distintas.

    As mismo, es muy importante resolver transferencia de esfuerzos entre el elemento original y el refuerzo, segn que la unin entre ambos sea con adhesivos, conectadores, etc. Y plantear la necesidad de descarga parcial de elemento estructural afectado y su posterior entrada en carga.

    8.3.1 Seguridad en la estructura

    No es fcil saber cundo ser ineludible proceder a reforzar la estructura, pero parece prudente que sea siem-pre que el coeficiente de mayoracin de acciones haya sufrido un decremento superior al 10%. Debe hacerse un estudio a fondo de la estructura que disminuya la probabilidad de aparicin de otros defectos para cuyo fin se destina el coeficiente de seguridad (errores o desajustes del clculo, variabilidad de la geometra o de cargas permanentes, etc.).

    8.3.2 Tipos de refuerzo

    Los refuerzos que pueden introducirse en una estructura pueden ser de dos tipos, segn el momento en que los nuevos elementos que se incorporan entran en carga.

    - Refuerzos activos: son aquellos cuya colaboracin resistente se alcanza desde el momento de la entrada en servicio de la estructura.

    - Refuerzos pasivos: los que entran en carga ante condiciones especficas del material que originalmente con-forma la estructura (fluencia, retraccin, etc.) o bien ante un fallo del mismo.

    En general, los refuerzos activos, son adecuados para aliviar situaciones se seguridad precaria en elementos originales, siempre que las caractersticas del material de base que conforma la estructura original no sea capaz, mediante reologa, deformabilidad, o plasticidad, de movilizar las capacidad resistente del refuerzo. En general re-quiere cimbrados costosos y el empleo de gatos u otros procedimientos auxiliares para descargar el elemento que se refuerza.

    Los refuerzos pasivos son en general adecuados para elevar los niveles de seguridad ante situaciones en que, aun sin riesgo de ruina, quiere mejorarse la garanta de un comportamiento estructural. Asimismo son adecuados en los casos que hemos citado al hablar de los refuerzos activos, es decir cuando la deformabilidad de la estructura, garantiza la entrada en carga del refuerzo, bien inicialmente o a largo plazo, y todo ello sin llegar a situaciones de carga en el elemento original que puedan considerarse crticas. Este tipo de refuerzo requiere un mejor conocimiento del comportamiento de la estructura a reforzar tanto desde el punto de vista del material que la integra como de sus condiciones de deformabilidad; el ahorro en medios auxiliares se logra en base a un anlisis ms profundo.

    En los casos de seleccin de un refuerzo pasivo, es preciso conocer una serie de caractersticas del material de la estructura, y de la propia estructura en general, ya que las mismas pueden condicionar, bien el dimensionado del refuerzo o, en algunos casos, incluso su tipologa estructural. En lo referente a las estructuras de hormign, es parti-cularmente importante un anlisis detallado de las siguientes variables.

    a) Deformabilidad de la estructura

    En general deben conocerse en detalle, los aspectos de deformabilidad de la estructura original, tanto ante apli-cacin de cargas instantneas como valorando los incrementos que en las deformaciones instantneas tienen las cargas de larga duracin. Particularmente esto es importante ante la introduccin de elementos metlicos, en los que su colaboracin se logre por procesos que parten de la hiptesis con compatibilidad de deformaciones.

    b) Las caractersticas mecnicas del material a reforzar

  • 21

    Es asimismo fundamental conocer las capacidades ltimas de resistencia del material tanto original como del que conforma el refuerzo. Asimismo es importantsimo conocer sus caractersticas de fluencia y los mdulos de de-formacin.

    Para los refuerzos de hormign, es importante poder cuantificar asimismo los efectos de la retraccin, bien para aprovecharlos desde un punto de vista resistente, en lo referente a la solidarizacin o bien para prevenir una fisura-cin indeseable o despegues entre partes de la estructura ya reforzada.

    c) Adherencia entre materiales originales y de refuerzo.

    Para los casos que se pretende llegar a una colaboracin plena entre diferentes partes de la estructura, original y refuerzo, es importante conocer la adherencia que es posible lograr entre materiales a fin de evaluar tanto el lmite de los estados de solicitacin tangencial que podemos admitir, como para mejorar la conexin entre ambos mediante el uso de conectores o resinas epoxdicas en los casos que se precise.

    En algunos casos ser preciso analizar otras variables del material o la estructura, tales como sus condiciones de estabilidad dimensional, aspectos ligados al comportamiento ante humedad y temperatura, y todos aquellos que tiendan a crear estados de tensin tangencial o de solidarizacin entre elementos, o que afecten a las condiciones supuestas de deformabilidad de los elementos.

    Por otro lado, si una estructura de hormign precisa ser reforzada, es preciso tener conciencia de que hay que solucionar un problema grave y ante ello, tanto el control de materiales como la inspeccin deben ser intensos, sin que los coeficientes de seguridad deban ser reducidos en funcin del empleo de tales niveles de control. A la vez, los coeficientes de clculo, dada la imprecisin de los esquemas de comportamiento que conlleva una obra reforzada, deben ser tomados bien en su valor mximo, o bien incluso incrementados frente a los empleados en un anlisis normal.

    8.3.3 Refuerzos de hormign

    Se trata, en realidad de recrecidos a base de hormign armado, con las ventajas de ser soluciones eficaces y econmicas que pueden ejecutarse con rapidez y, en general, sin introducir efectos secundarios. Los inconvenientes son: aumento notable de dimensiones, introduciendo cambio de rigidez y problemas de espacio, estticos, etc.). Adems, se requiere un cierto tiempo hasta alcanzar la resistencia adecuada. Son, en general, idneos para elemen-tos en compresin centrada o excntrica.

    A) Refuerzo de pilares:

    Se crea en el elemento una nueva seccin envolvente adicional. La entrada en carga del refuerzo se realiza a travs de los nudos de encuentro con vigas y forjados y de la transferencia tangencial de esfuerzos en la unin pilar original-refuerzo. Por otro lado, el refuerzo slo recoge las cargas introducidas despus de su ejecucin, por lo que debe contemplarse la descarga y/o apeo de su zona tributaria.

    Se trata, con esta solucin, de dar continuidad estructural a los elementos del refuerzo, prestando especial atencin a la zona de paso entre forjados. Para ello hay que estudiar la extensin o longitud del refuerzo, por lo que se recomienda, en general, prolongar el refuerzo desde la planta afectada hasta la cimentacin. Adems, con el fin de asegurar su entrada en carga, algunos autores proponen iniciar el refuerzo una planta por encima de la afectada. El tipo ms comn es el encamisado mediante una corona de hormign, que incorpora nueva armadura, la cual per-mite dar continuidad al soporte y conectar, elsticamente, el nuevo elemento con los elementos horizontales.

  • 22

    Refuerzo de pilares con hormign armado

    Estos refuerzos por sus dimensiones prcticas de ejecucin permiten anular la contribucin resistente del ele-mento original, el cual, mediante fluencia, transmitira incluso parte de la carga que inicialmente tuviese a la corona. Requieren ser cimentados, en unos casos, o analizar la transmisin de la carga al elemento original en caso en que el refuerzo no alcance al tramo adyacente de la cimentacin.

    Abujard. Armad. Horm. fluido Horm. seco

    Existe otro tipo de refuerzo de hormign que consiste en mejorar las caractersticas resistentes del material existente en la pieza comprimida mediante zunchado; el clculo de estos elementos se recoge en la Instruccin EHE, siendo en general condicionante la geometra del elemento y las altas cuantas de armadura transversal. En algunos

  • 23

    casos pueden resultar interesantes tcnicas especiales de hormigonado (hormign proyectado, etc.), para estructuras en compresin.

    Zunchado con hormign in situ, o gunitado Zunchado por retraccin

    Sealaremos otro tipo de refuerzo, aunque no especfico para elementos en compresin, pero que si permite transmitir cargas directamente a un pilar de hormign, o, por ejemplo, mejorar la situacin a corte o punzonamiento de forjados sin vigas. Se trata de una especie de zunchos anclados por retraccin, cuyo di-seo est basado en las compresiones que al retraer se ejercen entre una corona de hormign y un elemento poco deformable, las cuales garantizan la absorcin de cargas verticales, que crearan estados tangenciales en la unin entre el elemento original y el de refuerzo.

    B) Refuerzo de vigas y forjados:

    Se usan, en general, dos grupos de refuerzos destinados a incrementar la capacidad flectora y a mejorar la re-sistencia a cortante. En las vigas se producen importantes concentraciones de esfuerzos en algunas zonas de con-tacto entre pieza original y refuerzo, por lo que deben cuidarse los mecanismos de transferencia. Esto es menos criti-co en forjados, pero en ellos, al actuar sobre grandes superficiales, existen dificultades constructivas y de coste, mu-chas veces por tener que demoler tabiqueras y solados.

    Existe la posibilidad de reforzar elementos en flexin, frente a momentos flector y esfuerzo cortante, mediante hormign. En las figuras siguientes se presenta la tipologa aplicable a casos de vigas y forjados, en los que el re-fuerzo, en su caso, puede incorporar armaduras de flexin y corte, mientras en el forjado se incrementa la capacidad de la cabeza comprimida. En este ltimo caso es necesario garantizar la absorcin de las tensiones rasantes en la unin, y evaluar la incidencia de los incrementos de carga permanente.

    Refuerzo de vigas con hormign armado Refuerzo de forjado aumentando a capa de compresin

    En todos los casos de refuerzo de hormign es necesario proceder a un picado superficial del hormign para mejorar la adherencia entre hormigones, dejando a la vista el rido del hormign original. En algunos casos puede mejorarse la unin mediante el uso de resinas epoxi.

    Hay que advertir sobre las alteraciones que puede sufrir un hormign en el cual se realiza un picado superficial. Investigaciones realizadas al efecto muestran la posibilidad de que sea afectada la adherencia entre el rido y la pas-ta de cemento, pudiendo quedar alterada una capa de hormign equivalente al tamao mximo del rido, aspecto de importancia frente a garanta de solidarizacin entre hormigones.

    8.3.4 Refuerzos metlicos

  • 24

    El refuerzo con perfiles de acero requiere prestar atencin a la transferencia de esfuerzos, por la aparicin de posibles efectos secundarios no deseados. Tambin es importante el estudio de las soldaduras, para aprovechar su retroceso. Existe la posibilidad de precalentar presillas. Y sin olvidar la adecuada proteccin contra el fuego.

    Mediante elementos metlicos pueden ser reforzados pilares o elementos comprimidos, pero, en general, no tan fcilmente como se piensa. Un refuerzo metlico del tipo que sealamos en la figura siguiente requiere un anlisis detallado, tanto de la entrada en carga del refuerzo, como de la resolucin de los nudos a nivel de piso. Ello conlleva a que, generalmente, si no se conecta al elemento existente al original, deba llevarse el refuerzo hasta cimentacin, y a la vez que deban disponerse verdaderas placas de asiento a nivel de piso o asegurar su continuidad.

    Por otra parte, estos elementos deben ser chapados, requiriendo uno espesores similares a los que en su caso se obtendran con forros de hormign. En principio, y aunque su disposicin sea usual, consideramos que los refuer-zos metlicos deben disponerse una vez agotados los recursos para disponer refuerzos de hormign, llamando en tales casos la atencin sobre la necesidad de un estudio de detalle de los nudos y de las transmisiones de carga entre la estructura original y la reforzada, si se quiere garantizar su eficacia.

    En lo referente al refuerzo de elementos solicitados a flexin y esfuerzo cortante, cabe la posibilidad de dis-poner elementos metlicos adosados como refuerzo activo o refuerzo pasivo, en los cuales el condicionante de di-mensionado sera su tipo de deformabilidad.

  • 25

    Tambin pueden reforzarse estructuras o elementos convirtiendo una seccin del hormign existente en mixta, adosando un perfil metlico, que incorpore los conectores, al original, como se ve en la figura siguiente. Los conecto-res se introducen en alojamientos que con posterioridad son inyectados o rellenados. Esta solucin, aplicable a los casos de forjados planos, en losa maciza o de viga plana, se complementa con collarines de chapa adheridos a los pilares, a los que se suelda el alma del perfil.

    Entre las tcnicas con elementos metlicos existe los refuerzos con bandas de acero encoladas con resinas epoxi, basadas en la gran adherencia que dichas resinas tiene con el hormign y el acero.

    Es una solucin eficaz, cmoda, rpida y econmica, interesante para refuerzos de piezas que trabajen a flexin y a cortante. Para ello es importante la preparacin de superficies, por ejemplo mediante limpieza con chorro de arena. Se requiere la planeidad de las superficies de contacto. Adems, hay que vigilar el espesor de la capa de adhesivo , que suele tener aproximadamente 1 mm, as como proteger el refuerzo contra incendios.

    BIBLIOGRAFA UTILIZADA

    - ACI Lessons from Failures of Concrete Structures 1964 - ASCE. Guide to Investigation of Structural Failures - BLEVOT, J. Patologa de las construcciones de hormign armado. Edit. Tcnicos Asociados. Barcelona, 1977.

  • 26

    - CALAVERA, J. Influencia de diferentes variables en la seguridad de secciones de hormign armado. Monografa del IETCC - COAM. Colegio Oficial de Arquitectos de Madrid:: "Curso de Rehabilitacin" .Tomo 5: La estructura. Madrid 1985. - COOK, G.K -HINKS, AJ "Apraising building defects: Perspectives on stability and hygrothermal performance". Longman Scientific Technical. England, 1992. - COMIT EURO-INTERNATIONAL DU BETON. Bulletin n. 162 . Agosto, 1983. - CP-110 B.S.I. 44. The structural use of concrete. - CHANDLER I. "Repair and refurbishment of modern building". B.T. Batsford Ltd. London, 1991. - GONZLEZ VALLE E. Informes de la construccin:: No 333 (1981). "La flexibilidad de los forjados de hormign de edificacin: Evaluacin de la situacin actual". - DEL RIO, A.-ORTIZ, J. "Rehabilitacin de estructuras de hormign". ANCOP. Madrid, 1991. - FERNANDEZ CNOVAS M. "Patologa y Teraputica del hormign armado" (3 ed.). C.O.I.C.C.P. Madrid, 1994. - GEHO. Grupo Espaol del Hormign. (B. 14.1994). "Reparacin y refuerzo de estructuras de hormign. Gua FIP de buena prctica". - HOWSONL-YUENG. "Building maintenance technology". Mac Millan Press Ltd. London, 1993. - JIMNEZ MONTOYA, MESSEGUER, MORN Hormign armado G.Gili, Barcelona, 2000 - MONJO CARRI, J., MALDONADO RAMOS, L. Patologa y tcnicas de intervencin en estructuras arquitectnicas Ed. Munilla-Lera. Madrid, 2001. - NEVILLE, A. M. Properties of Concrete. Pitman Publishing. 2.a Edicin, 1973. - VILLEGAS L. "Calidad y patologa en la construccin: Aplicacin a las obras de hormign". GTED (Grupo de Tecnologa de la Edificacin - Universidad de Cantabria). Santander, 1997.

    DIAGNSTICO Y RESTAURACIN DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO

    1 LESIONES DEBIDAS A FALLOS DE LOS MATERIALES 1.1 Rotura frgil

    Por lo general, los aceros de construccin son tenaces y plsticos. Gracias a esta plasticidad, que se traduce por la gran deformacin que se produce entre el comienzo de la plastificacin y la rotura, las estructuras metlicas tienen una gran reserva de seguridad que evita casi siempre que se rompan. Por el contrario, el proceso de deforma-ciones continuadas anuncia la posibilidad de ruina.

    Slo en algunos casos, bajo ciertas condiciones, los aceros se comportan frgilmente, rompiendo bruscamente sin que se hayan producido deformaciones apreciables.

    En el acero, al contrario que en la fundicin, la rotura slo puede ser frgil en ciertos casos. No hay actual-mente criterios intrnsecos que permitan definir el lmite de la rotura frgil al igual que el valor de la tensin ltima en el caso de rotura dctil, pero existen recomendaciones fiables para hacer una seleccin adecuada: tales son las re-cogidas, en el Anejo no 3.1 de la Norma NBE-EA-95, que hacen alusin a las circunstancias que pueden causar la citada rotura frgil.

    1.2 Rotura por fatiga

    La fatiga es un trmino que describe de una forma general el comportamiento de los materiales y, en particular, de los metales, cuando estn sometidos a esfuerzos variables en el tiempo. Se puede definir con ms precisin como el proceso de deformacin irreversible, pequea, localizada y progresiva de un metal hasta que se produce la rotura, total o parcial, como consecuencia de la repeticin de esfuerzos que producen unas tensiones inferiores al lmite elstico.

  • 27

    La rotura por fatiga se inicia a partir de anomalas superficiales, como son los ngulos entrantes y las entalladu-ras o inclusiones, produciendo unas fisuras que se propagan hacia el interior de la pieza, hasta que la seccin sana es incapaz de resistir los esfuerzos aplicados y rompe bruscamente

    Aunque la fatiga es un proceso progresivo, la rotura se produce bruscamente sin apenas modificacin apa-rente de la forma de la pieza, es decir, sin deformaciones plsticas apreciables. Esto se debe a que la fisuracin es un proceso localizado que afecta a un volumen pequeo de material y, aunque se ha comprobado que hay plastifica-ciones en los bordes de las fisuras, las deformaciones que inducen son despreciables con respecto a las dimensio-nes de las piezas. De aqu la peligrosidad de este proceso porque las fisuras pueden ser difciles de detectar.

    En casi todas las estructuras los esfuerzos varan a lo largo de su vida en servicio pero, para que se pueda producir la rotura por fatiga, es preciso que el nmero de variaciones y la magnitud de la variacin de los esfuerzos sean suficientemente elevados.

    1.3 Desgarro laminar

    El desgarro laminar es una alteracin que se produce en estructuras soldadas a consecuencia de deformacio-nes en la direccin del espesor de las capas, provocadas por la retraccin del material de aportacin, y que puede ocasionar una rotura frgil.

    Las deformaciones producidas por la retraccin del material de aportacin son, a menudo, varias veces superio-res a las correspondientes al lmite elstico del material base y muy superiores a las producidas por las cargas exte-riores.

    Al tener el metal de aportacin un lmite elstico superior al del material base, las deformaciones se producen nicamente en ste. Por otra parte los aceros normalmente empleados tienen una elevada ductilidad en la direccin longitudinal y en la transversal pero muy pequea en la direccin perpendicular a la del laminado, como consecuen-cia de las inclusiones no metlicas. La combinacin de estos dos factores pueden producir el desgarro laminar. La seccin de rotura es escalonada, siendo los tramos horizontales mucho mayores que los verticales.

    Durante el proceso de soldadura, las deformaciones producidas por la retraccin en cada pasada, aumentan segn se enfra la soldadura hasta un grado tal que produce la descohesin en la superficie comn a los cristales de hierro y a las inclusiones no metlicas

    Cuando ms material se deposita mayor es el nmero de grietas que se producen. Dado que las inclusiones estn distribuidas de forma irregular, los desgarros se producen tambin de forma irregular. El enfriamiento consi-guiente hasta la temperatura ambiente aumenta la deformacin hasta que las grietas se unen, como consecuencia de una rotura por cortadura, formndose los escalones.

    El mecanismo de formacin del desgarro laminar pone en evidencia las tres condiciones necesarias para que se produzca este fenmeno:

    1. El material base ha de ser sensible a este fenmeno. Esta susceptibilidad se debe a la existencia de inclu-siones en la direccin del laminado. Estas inclusiones pueden detectarse mediante ultrasonidos.

  • 28

    2. Una unin muy coartada provoca una gran deformacin plstica en el material base cercano a la junta. Es-tas deformaciones son mayores cuanto mayor es la coaccin y el volumen de metal de aportacin en la junta.

    3. La probabilidad de desgarro laminar aumenta cuando la forma de la unin permite que se produzca la re-traccin perpendicularmente al plano de laminacin (uniones en T, en esquina y en cruz).

    1.4 Corrosin

    La corrosin de los materiales se define como la destruccin o deterioro de las propiedades de un material por reaccin (qumica o electroqumica), en su medio ambiente. El trmino corrosin puede designar tanto el proceso en s como el dao por l causado).

    Comportamiento de diferentes aceros frente a la corrosin

    Este fenmeno se debe a una ley natural de estabilidad. Los materiales como el acero existen en su forma til a consecuencia de su transformacin por el hombre a partir de los minerales existentes en la naturaleza y que requieren la aportacin de energa. Por tanto, son materiales inestables frente a los agentes atmosfricos, y tendern a regresar a su estado original, o al menos a estados ms estables y, por ello, menos tiles. Si se quiere conservar los materiales en sus estado til es preciso impedir o, al menos, retardar la tendencia natural a la degradacin.

    Por la naturaleza de las reacciones que intervienen en la corrosin, puede clasificarse en qumica y electroqu-mica.

    La corrosin qumica es consecuencia del ataque del metal por reacciones qumicas en el medio ambiente. Este medio puede ser gaseoso o lquido, a condicin de que no se trate de un electrolito. Las reacciones qumicas se desarrollan en la interfase entre el metal y el medio corrosivo.

    La corrosin electroqumica es consecuencia de la aparicin de corrientes elctricas, entre dos zonas del me-tal que tienen potenciales diferentes cuando se ponen en contacto a travs del medio de ataque, sin que exista una fuente exterior que los produzcan. Las potenciales ms negativas corresponden a las regiones andicas, donde el metal se disuelve en forma de iones hidratados.

  • 29

    Hay una diferencia esencial entre ambos procesos. En el proceso qumico los productos de corrosin se deposi-tan y ejercen una cierta accin protectora, aunque no total, porque el depsito forma una capa porosa. En el proceso electroqumico los productos insolubles de la corrosin se forman fuera del nodo y no pueden oponerse a la prose-cucin del ataque, por lo que es ms peligroso que el proceso puramente qumico.

    El aspecto que presentan las superficies corrodas es, en general, diferente segn se trate de uno u otro pro-ceso. El proceso qumico se desarrolla en toda la superficie expuesta lo que se traduce en una disminucin regular del espesor del metal.

    El proceso electroqumico, al ser un proceso localizado hace que la corrosin se efecte en ciertos puntos de la superficie del metal formando crteres que aumentan en profundidad pudiendo llegar a la perforacin de la estruc-tura.

    Sea cual sea el proceso de corrosin, sus efectos se traducen en una disminucin progresiva de la seccin resistente que puede llegar hasta la perforacin o rotura.

    Los xidos producto de la corrosin ocupan un volumen muy superior al del material sano inicial por lo que se pueden abombar las piezas e incluso romper las uniones. El aumento de volumen es del orden de diez veces lo que nos puede servir para evaluar de forma aproximada la prdida de seccin.

    De entre los materiales frricos tradicionales, el orden de resistencia a la corrosin sera: fundicin, hierro forjado y acero de bajo contenido en carbono (suave). En general, si no estn protegidos, los metales de hierro se oxidan o corroen rpidamente expuestos al aire y la humedad.

    A partir de 65% de H.R. puede iniciarse el proceso; o hasta con 20% en caso de exposicin a lluvia cida, atmsfera contaminada o presencia de sales.

    En la oxidacin se forma xido ferroso o frrico que se hincha al captar humedad y transformarse en hidrxido. Si existen contaminantes como cloruros, carbonatos o sulfuros, pueden formarse productos de corrosin: cloruro y oxi-cloruro frrico, sulfuro de hierro, etc.

  • 30

    En piezas de hierro enterradas, la corrosin puede formar una costra de cloruro ferroso tetrahidrato. Si despus el metal se expone al aire hmedo, se forma un oxihidrxido frrico con una gotas de solucin de cido clorhdrico (exu-dacin) con un pH muy bajo (0,4-0,9) que aceleran la corrosin.

    Las capas de escoria (grafito) del hierro forjado retardan la corrosin, salvo en atmsferas muy contamina-das, en que material se corroe descamndose por los bordes de las capas de carbono.

    En la fundicin aparece una superficie alterada escamosa pero muy resistente a posterior corrosin. En los casos de piezas de fundicin sumergidas en agua de mar o expuestas a lluvia cida por tiempo prolongado, tiene lugar un tipo de corrosin galvnica. Entonces, las laminillas de grafito actan como ctodos y la matriz de perlita como nodo, corroyndose hasta el punto de que slo queda una masa quebradiza negra y esponjosa de grafito sostenida con productos de la corrosin.

    Ancla y arcn de fundicin rescatados de un barco hundido

  • 31

    Algunos defectos y grietas de elaboracin o colado de la fundicin, como burbujas, poros, inclusiones, pueden confundirse con la corrosin. Las grietas pueden deberse a lesiones de enfriamiento heterogneo, suelen ser puntos de origen del proceso corrosivo.

    La corrosin y formacin de productos supone ms volumen que puede inducir el astillamiento y destruccin de la pieza ya ahuecada, as como el estallido o rotura de la albailera en que la pieza metlica se encuentra embe-bida.

    Tipos de ambientes corrosivos: agua de mar; aire marino salino; cidos; terrenos, en especial los que contienen cloruros o sulfatos; pasta de yeso; cementos con oxicloruro de magnesio; cenizas y escorias; muchos compuestos sulfu-rosos.

    2 LESIONES DEBIDAS A FALLOS DE DISEO

    2.1 Imprevisiones y errores de clculo

    El proyectista tiene que ser consciente de que no se puede encontrar todo en las Normas; debe ser capaz de interpretarlas y, en los casos necesarios, salirse de ella. Esta accin comporta un riesgo, ya que, en caso de existir responsabilidades judiciales, ser un agravante, pero si se tiene plena conciencia de lo que se hace y el nivel tcnico suficiente, el riesgo es prcticamente nulo.

    Por el contrario, mantenerse dentro de los lmites de las Normas no es una garanta frente a posibles acci-dentes, ya que es perfectamente posible proyectar y construir estructuras que se caigan respetando escrupulosa-mente cualquier Norma.

    - Ausencia de prescripciones sobre cargas

    No existe actualmente Norma alguna relativa a las sobrecargas producidas por las aguas pluviales, y que son el origen de numerosos hundimientos, aunque, en general, y por fortuna, se limitan a las inmediaciones de las bajantes. No obstante, en el caso de cubiertas de gran superficie y pequea pendiente, un defecto en el sistema de desage o cualquier otra causa fortuita puede hacer embalsar la suficiente cantidad de agua como para llegar a producir el hun-dimiento de extensas superficies de la misma. Este fenmeno es, adems progresivo, ya que pequeas cantidades de agua embalsada hacen deformar la estructura, aumentando su capacidad de embalse, multiplicando el efecto.

    Otro tipo de sobrecarga no computado en la Norma es la producida por el polvo procedente de ciertas indus-trias que se deposita sobre las estructuras de la propia industria y de los edificios cercanos, sobrecarga que puede llegar a ser considerable si el material tiene una densidad elevada o puede aglomerarse por efecto de la humedad. Ha provocado ya numerosos hundimientos.

    - Prescripciones inadecuadas sobre cargas

    En la Norma de acciones se trata con detenimiento las cargas producidas por las acciones de viento. En los casos normales, que son mayora, esto es suficiente. En los casos excepcionales, las prescripciones son insuficien-tes. A este respecto es interesante sealar que los resultados de los estudios realizados en tnel de viento de la Uni-versidad de Ontario, habiendo concluido el gran desconocimiento real de la accin del viento. Depende en gran ma-nera del entorno de la construccin.

  • 32

    En unos casos se obtuvieron presiones menores a las prescritas por las normas, mientras que en otros, y esto es grave, mucho mayores. Como la accin del viento es la suma de todas las presiones sobre las fachadas, estos valores mximos localizados no influyen excesivamente sobre la estabilidad del conjunto pero s sobre los elementos localizados, como ventanales, aleros, elementos de borde, etc. Como ejemplo, lo ocurrido en la torre John Hancock de Boston en el que fall el muro cortina, porque se proyectaron las lunas para las cargas especificadas en la Norma correspondiente, pero no resistan las cargas reales.

    La accin de la nieve tambin ha sido la causa de numerosos problemas. As sucedi a final de los 70 en Es-tados Unidos, donde grandes nevadas produjeron numerosos hundimientos de cubiertas en ciudades como Chicago. Inmediatamente despus de estos accidentes, los proyectistas consideraron sobrecarga de nieve un 20% mayor que la prescrita por las normas, adems de tener en cuenta aludes de nieve desde otras cubiertas ms elevadas. Tam-bin hay que considerar que los accidentes se multiplican por el efecto de formacin de hielo y la acumulacin de agua en zonas bajas entre el hielo, que se aumenta en las cubiertas bien aisladas, pues reducen la prdida de calor.

    - Ausencia de definicin de estados lmites

    Las normas vigentes prescriben que deben comprobarse todas las estructuras para los estados lmites lti-mos y para los de servicio. Los estados lmites ltimos suelen estar adecuadamente definidos, aunque existen algu-nas lagunas, porque afectan a la seguridad de las personas. Los estados lmites de servicio, en general, no estn definidos porque afectan a criterios ms subjetivos, como puede ser el confort de los usuarios o la duracin del edifi-cio y pueden variar entre amplios lmites.

    Entre estos casos se puede citar la limitacin de los desplazamientos horizontales de las estructuras, que se de-jan al criterio de los proyectistas excepto en algunos casos concretos, como vigas carril de puentes-gra o torres de comunicacin hertzianas. El no limitarlos no suele acarrear accidentes catastrficos, pero puede dar origen a proble-mas importantes, como vibraciones de edificios de gran altura por la accin del viento o rotura de cerramientos por deformaciones de la estructura, producida por los temporales, el viento, etc. Tampoco existe ninguna limitacin de los estados lmites de vibracin y de durabilidad, entendiendo sta como proteccin de la estructura metlica.

    Dentro del estado lmite ltimo de estabilidad, tenemos el caso de abollamiento del alma producida por la aplicacin de cargas concentradas. Para evitar el abollamiento producido por los esfuerzos internos (axil, flector, cor-tante), suele prescribirse que colocar rigidizadores transversales en las secciones de apoyo y en todas aquellas en que acten cargas concentradas. Lo mismo habra que considerar frente al abollamiento del alma producido por car-gas concentradas mviles, como en el caso de las vigas-carril o el producido por cargas cuasi concentradas aplica-das en las zonas de las vigas comprendidas entre rigidizadores transversales.

    Lo mismo puede acontecer con estructuras estreas constituidas por barras a base de perfiles huecos de pequeo espesor.

    2.2 Errores de proyecto

    - Planos incompletos

    Sino estn suficientemente definidos cada uno de los elementos de la estructura, se pueden producir errores de interpretacin de la base de fabricacin y construir una estructura diferente de la proyectada.

    - Planos no conformes al anejo de clculo

    Los errores de trascripcin producidos al pasar a los planos los resultados del dimensionamiento efectuado en el Anejo de Clculos hace que la estructura representada sea diferente de la proyectada.

    - Uniones incorrectas o irrealizables

  • 33

    Las uniones deben proyectarse de tal forma que resistan al hacer el ensamblaje de la estructura. Aunque puede parecer obvio, en muchos casos se proyectan uniones que, satisfaciendo todas las prescripciones, no son posibles o son tan difciles de realizar que generan serias dudas sobre su calidad.

    Los anclajes de la estructura en los zcalos o cimientos de hormign pueden a veces ser insuficientes frente a esfuerzos de succin de viento o de deformacin de la estructura.

    3 LESIONES DEBIDAS A LA FABRICACIN Y PUESTA EN OBRA

    3.1 Defectos de fabricacin y montaje

    La fabricacin en taller de los elementos de la estructura metlica, consiste en la materializacin de lo que es-t definido en los planos, de acuerdo con el Pliego de Condiciones del Proyecto, las Normas vigentes correspondien-tes y las reglas de buena prctica de construccin. Por consiguiente, los defectos de la estructura sern originados por alguna de las tres causas que se citan en los apartados siguientes.

    - Fabricacin no conforme a los planos

    A consecuencia de modificaciones de la forma y tamao de los perfiles, de la posicin de los elementos, de la situacin o las longitudes de los cordones de soldadura y de las posiciones de las uniones atornilladas.

  • 34

    - Fabricacin fuera de tolerancia

    Este defecto no es grave en s pero acarrear problemas al ensamblar las distintas piezas, durante el mismo proceso de fabricacin o durante el montaje.

    - Errores en el proceso de fabricacin:

    Por ejemplo, en el taladrado de agujeros, lo que obliga a forzar las piezas a unir, para poder confrontar los agujeros, o lo que es peor, a agrandarlos mediante soplete u otra prctica viciosa.

    En las uniones soldadas un error que puede tener graves consecuencias, es el de emplear una secuencia de soldadura inadecuada, lo que producir tensiones residuales elevadas al retraer la pieza durante su enfriamiento.

    El montaje de las estructuras metlicas, dadas las peculiares caractersticas del acero, se efecta a base de yuxtaponer elementos y es una de las fases ms delicadas y comprometidas. Como corroboracin de lo anterior, diremos que, segn las estadsticas, un tercio de los accidentes registrados en Estructuras Metlicas se han produci-do durante la fase de montaje.

    Esto es as por dos razones. La primera porque la estructura no ser completa hasta que est totalmente montada. Durante el montaje podrn existir numerosas fases del mismo en que la estructura ser inestable o no re-sistir lo suficiente, en cuyo caso necesitarn arriostramientos provisionales y pueden faltar o ser insuficientes. Y, porque los diferentes elementos de la estructura estarn solicitados por primera vez de forma apreciable, lo que re-presenta una cierta prueba de carga, y se evidenciarn los errores cometidos en anteriores fases del proceso.

    En el caso de obras importantes o cuyo montaje sea delicado, se elaboran planos o instrucciones precisas con el fin de que ste se efecte en condiciones ptimas de seguridad. Desgraciadamente, estos documentos no se realizan, en la prctica, para aquellas obras en las que se consideran corrientes las operaciones de montaje.

    - Montaje no conforme a los planos. - Montaje fuera de tolerancia.

  • 35

    - Estabilidad insuficiente - Falsas maniobras

    3.2 Alteraciones de la estructura

    Un hecho muy frecuente, al que no se le suele dar la debida importancia, es el aprovechar la estructura para apoyar cualquier objeto, como conducciones, letreros, etc, con sus correspondientes fijaciones. Independientemente de que aumenten los esfuerzos de la estructura; estas disposiciones suelen ser puntos de almacenamiento de agua y suciedad que producen una aceleracin de la corrosin.

    Por otra parte, al colocar las fijaciones, se levanta la proteccin anticorrosiva de esas zonas que debe ser re-puesta si no se quiere dejar desprotegido al acero.

    3.3 Mantenimiento insuficiente

    La estructura proyectada debe ser resistente, no solo en el momento de su construccin sino que debe conser-var sus propiedades a lo largo de su vida en servicio. La estructura de acero no es insensible al paso del tiempo, como suele creerse, sino que puede deteriorarse o empezar a funcionar mal.

    Es pues necesario inspeccionar peridicamente la estructura con el fin, no slo de evitar que se produzcan ac-cidentes graves a consecuencia de los defectos, sino tambin de detectarlos lo antes posible para reducir al mnimo el coste de la rehabilitacin.

    La periodicidad de las inspecciones puede variar entre amplios lmites dependiendo de las condiciones de traba-jo de las estructuras y de la gravedad de los daos que se pueden ocasionar en el caso de que se produzca la ruina. Puede oscilar entre no efectuar ninguna, como es el caso de edificios en los que la estructura est totalmente aislada o sea inaccesible, hasta hacerlo diariamente en el caso de que el deterioro progrese con rapidez.

  • 36

    Como no todos los elementos de una estructura tienen las mismas sensibilidades a la deterioracin, ni las con-secuencias de la ruina tienen la misma gravedad, pueden establecerse distintos tipos de inspeccin con una intensi-dad y periodicidad especficos.

    Los deterioros fortuitos engloban aquellos hechos que tienen una probabilidad muy pequea de que se pro-duzcan. En unos casos, como los incendios, existen Normas relativas a la resistencia de las estructuras frente a ellos, pero en otros como las explosiones, los choques, etc., no existen; salvo en casos muy concretos, ya que es pequea la probabilidad de que se produzcan, y muy elevado el coste que representa su prevencin.

    En cuanto a los incendios, si la estructura o algunos de sus elementos se han derrumbado o se han deforma-do de forma apreciable, puede seguir cumpliendo su misin sin ningn menoscabo. Si el acero no ha alcanzado la temperatura de transformacin conserva su estructura cristalina, y si no se ha deformado de forma apreciable, sigue comportndose elsticamente, en cuyo caso, una vez enfriado, vuelve a ser el mismo material que antes del incen-dio. Si la deformacin es apreciable, la estructura ha plastificado y es inservible, debiendo ser sustituida.

    4 PROBLEMAS ESPECFICOS DE FORJADOS HISTRICOS Y PIEZAS ROBLONADAS

    Los forjados antiguos de perfiles de acero laminado pueden haber experimentado deformaciones excesivas, es decir, manifestar una flecha importante por causa de una escasa rigidez para soportar cargas normales, o bien por sufrir tensiones elevadas debidas a cargas superiores a las calculadas.

    Adems de la flecha no admisible y sus consecuencias para los elementos ms rgidos apoyados, otro efecto perjudicial es el cimbreo de la estructura horizontal, percibido al paso de las personas. El estado lmite de servicio se toma para frecuencias > 2 Hz (paso humano). Hasta los aos '60 se construa con acero de lmite elstico de 2.400 Kp/cm2, lo que conduca a un clculo de la carga de servicio (tensin caractersti-ca), de < 1.200 Kp/cm2.

    Interesa hacer un reclculo que mantenga las condiciones iniciales originales: as, considerando un L.E. me-dio de unos 2.200 Kp/cm2, coeficiente de minoracin del acero = 1,25 (sin ensayos ni control), se obtendra una tensin ltima admisible de unos 1.800 Kp/cm2. Con coeficiente de mayoracin de acciones de 1,45, se llega a una tensin admisible de 1.200 Kp/cm2, que conserva la seguridad del proyecto original.

    Por otro lado, en los casos de piezas roblonadas, puede darse la situacin de grandes separaciones entre ro-blones con riesgo de que se formen gruesas capas de herrumbre entre los palastros que componen la seccin.

    El xido (y posterior hidrxido) ocupa mayor volumen, obligando a las piezas a separarse y creando as ten-siones que llegan a romper los roblones por traccin.

    5 ACTUACIN EN ESTRUCTURAS DE ACERO

    La reparacin o modificacin de una estructura de acero, por motivo de haber sufrido una merma de su resis-tencia como resultado de procesos de corrosin, incendio, deformaciones imprevistas, etc, o simplemente por la ne-cesidad de aumentar su capacidad mecnica, debe plantear el objetivo de alcanzar una situacin aceptable desde el punto de vista de la resistencia y estabilidad, cuando mediante mtodos de clculo recogidos en la norma, con la combinacin de acciones ponderadas ms desfavorables para la estructura, se compruebe que sta y los elementos

  • 37

    que la integran son estticamente estables y las tensiones calculadas no sobrepasas las correspondientes condicio-nes de agotamiento incluida la seguridad.

    Algunos de los principales problemas que debe enfrentar el proyecto de reparacin o rehabilitacin de estruc-turas metlicas es la gran capacidad mecnica del material, que conduce a grandes esbelteces de las piezas y su consiguiente penalizacin por pandeo. Y tambin la necesidad de arriostramiento complementario a que obliga a usual escasa rigidez de los nudos. Tambin habra que recordar que los aceros no normalizados de las construccio-nes de la primera mitad del siglo XX obligaran a realizar ensayos previos de caracterizacin de dichos materiales.

    Antes de proyectar el refuerzo de una estructura debe llevarse a cabo una verificacin lo ms completa posi-ble de las caractersticas y capacidades de la estructura existente. Deben controlarse, al menos:

    - Las cotas originales y las reales. - El grado de corrosin de los componentes. - Las modificaciones habidas en las cargas. - Las nuevas situaciones de carga previstas. - El estado de las uniones y su forma de trabajo. - El estado de los roblones, soldaduras y tornillos.

    Otras precauciones a tener en cuenta se refieren a la necesidad de prever uniones posibles de los elementos de refuerzo. La necesidad de proteger el acero existente y el que se coloque como refuerzo, teniendo especial aten-cin a las superficies en contacto con soldaduras o tornillos, sin olvidar que la imprimacin de taller no puede consi-derarse definitiva, sin una adecuada terminacin en obra. Las bases de pilares y elementos de la estructura que va-yan a estar en contacto con el terreno deben preverse embebidos en hormign para evitar su posible corrosin.

    5.1 Refuerzo de elementos estructurales

    Se lleva a cabo cuando la peritacin de la estructura existente indica su incapacidad de asumir las cargas ponderadas previstas por su nuevo uso, o por su estado de deterioro. En dicha peritacin debe considerarse el fen-meno de la fatiga que afecta a los elementos estructurales que hayan sufrido un nmero de ciclos de carga y descar-ga superior a 104.

    Por otro lado, la reparacin de estructuras con uniones roblonadas presenta ciertos inconvenientes que obli-gan a que los refuerzos deban estar soldados:

    - La prdida de seccin por los agujeros de los roblones aumenta el peso necesario de estructura. - La menor rigidez y uniones anelsticas de dichas estructuras. - Los plazos de ejecucin de refuerzos suele ser ms prolongados. - Existencia de mayor riesgo de corrosin.

    El refuerzo slo colabora en las cargas que se apliquen despus de su colocacin, normalmente las sobre-cargas de uso. Por tanto existe un desaprovechamiento del material de refuerzo, ya que no puede trabajar al lmite de sus posibilidades. En general no tiene importancia este hecho pero puede existir casos en los que el ahorro de mate-rial pueda justificar que el refuerzo colabore tambin transmitiendo la carga permanente. Para ello ser preciso apear el elemento a reforzar y descargarlo, dndole un esfuerzo igual y de sentido contrario mediante gatos o cualquier otro procedimiento.

    La misin de toda estructura es transmitir al terreno las cargas que actan sobre la construccin, por lo que, no slo hay que estudiar el refuerzo del elemento directamente implicado sino todos los que puedan resultar afecta-dos, incluidas las uniones y empalmes. Adems de los efectos que producen las cargas hay que tener en cuenta los posibles efectos que el mismo refuerzo ejerce sobre la estructura primitiva, como excentricidades, transformacin de articulaciones en empotramientos, etc.

    Las operaciones de refuerzo son, en general, caras, por lo que el coste del material tiene una incidencia ms bien pequea. En consecuencia, en el proyecto de un refuerzo no hay que tratar slo de hacer un dimensionamiento afinado sino, sobre todo, estudiar una solucin de refuerzo que sea lo ms econmica posible.

    Durante la ejecucin del refuerzo se tendr un cuidado especial de no producir en la estructura, o en sus elementos, debilitamiento que puedan conducir a su rotura. Es el caso de la retirada de roblones o tornillos de una unin, y la de platabandas de una viga armada para su sustitucin. En las soldadura hay que tener un cuidado espe-cial de no calentar excesivamente las piezas ya que la resistencia del acero disminuye con la temperatura y si la car-ga permanente es suficientemente elevada se puede producir el colapso de la pieza.

    5.1.1 Refuerzo de vigas

    Es requerida con objeto de aumentar su capacidad de carga pero sin incrementar la flecha. Esto suele resol-ver aadiendo elementos de acero a las secciones, debiendo operar generalmente sobre la estructura existente por

  • 38

    lo que hay que desmontar las piezas para efectuar correctamente las soldaduras. Si la estructura se encuentra en servicio, las operaciones deben hacerse sin desmontaje, lo que complica los trabajos a la vez que aumenta el riesgo de corrosin.

    Hay que comprobar si el acero existente es capaz de admitir soldaduras, lo que obliga a comprobar su cali-dad mediante ensayo. Conviene tener en cuenta que los antiguos hierros dulces son escasamente soldables y, ade-ms, quebradizos y agrios.

    Cuando las vigas requieren aumento de su resistencia a traccin en los nudos para absorber un momento mayor, pueden reforzarse los perfiles existentes mediante dos platabandas que tendrn una seccin que un momento de inercia adicional para el incremento necesario. Dicha solucin suele acompaarse con la disposicin de rigidizado-res en la viga que garanticen la estabilidad del nudo. Los cordones longitudinales de soldadura para unir los nuevos elementos deben hacerse al tresbolillo.

    A) Refuerzo de las alas

    El mtodo de refuerzo ms eficaz es la colocacin, en las cabezas, de platabandas en una longitud suficien-te. Esta longitud ser la terica "l ms una longitud, a cada lado, del orden de la anchura de la chapa, cuya misin es de anclaje.

    Si encima de las vigas hay otros elementos como forjados, cubiertas, correas, etc., esta solucin no es eco-nmica por lo que habr que limitarse a colocar el refuerzo por debajo del ala superior de alguna de las formas indi-

  • 39

    cadas en la figura siguiente. Si el aumento de carga es pequeo, o slo se necesita el refuerzo por razones de de-formabilidad puede ser suficiente colocar slo la platabanda inferior.

    Cuando el acero no sea soldable, puede unirse la pieza mediante tornillos, lo que a veces complica el refuer-zo de la cabeza superior. Una opcin en tal situacin es la sustitucin de algn elemento de la seccin por otro de mayor rea, siempre que la seccin restante sea capaz de resistir las cargas existentes en el momento de efectuar esta operacin o se haya apeado previamente la viga.

    Otro mtodo de refuerzo es colocar sobre la viga una cabeza de compresin de hormign, con sus conecto-res correspondientes convirtindola en viga mixta. En vigas de edificios sobre las que se apoya el forjado, esto se puede hacer con relativa facilidad, eliminando las bovedillas, colocando los conectadores entre las viguetas de forja-do y, hormigonando el conjunto. El espesor del forjado ser el espesor de la cabeza de hormign.

    B) Refuerzo de las almas.

    El sistema corriente para reforzar las almas frente al esfuerzo cortante es el de adosar chapas del espesor necesario. Conviene colocar dos chapas, a cada lado del alma de forma que se siga conservando la simetra, pero es ms cmodo poner una sola chapa de espesor doble ya que as slo hay que acceder a la viga por un solo lado, lo que puede ser decisivo a veces, reducindose a la mitad la longitud de los cordones de soldadura.

    Si el acero no fuese soldable es preciso que las dos caras del alma sean accesibles, al menos para introducir los tornillos y, a menos que una de las caras sea poco accesible, lo lgico ser colocar dos, una a cada lado del al-ma. Otra solucin posible es el de convertir la viga en doble T, en un cajn con dos o tres almas, segn se coloque una o dos chapas. Esta solucin tiene el inconveniente de que las uniones de apoyos pueden ser difciles, adems de ocultar las originales y, si la viga est a la intemperie, tiene el inconveniente adicional de que hay que hacer estancos los cajones ya que no son accesibles para pintarlos.

  • 40

    Con excesiva esbeltez de las almas, el refuerzo consiste en aumentar su espesor, como en el caso anterior o, mejor solucin, colocar rigidizadores. Se dispondrn preferentemente por un slo lado, por la misma razn ya apuntada para el refuerzo a cortante. Cuando la unin sea atornillada, ambas caras deben ser accesibles. Si los rigi-dizadores se colocan para absorber cargas concentradas aplicadas en el ala superior hay que unirlos a ella.

    C) Refuerzo de la seccin

    Una solucin econmico y eficaz, cuando el uso del edificio lo permita, es el aumento del canto de la viga con un perfil en T, obtenido a partir de una doble T, o mediante armado con chapas. Si el acero no es soldable habr que usar perfiles en doble T para poder hacer la unin.

    Cuando no se pueda aumentar el canto, habr que recurrir a colocar al lado de la actual, otra viga o, si es preciso conservar el mismo plano de actuacin de la carga, colocar una a cada lado. Entonces hay que comprobar no slo que la viga o vigas de refuerzo son capaces de resistir el incremento de carga sino que poseen rigidez suficiente para poder absorberlo. O se podra hacer un apeo para rebajar tensiones en la viga original.

    D) Entrega de vigas a muros

    Al modificar o sustituir parte de una estructura de acero apoyada sobre fbricas de ladrillo o de piedra, sin te-ner que demolerlas, se requiere una unin entre ambos de tal manera que se garantice una transferencia de carga hacia el muro siempre de modo repartido y nunca puntual; que el enlace permita el movimiento de la viga, cuando se trata de apoyo mvil. El muro debe admitir carga excntrica debida al apoyo de la viga. Adems, deben aislarse los perfiles de acero de las posibles humedades del muro.

  • 41

    Cuando los muros existentes no poseen capacidad para resistir la carga de las nuevas vigas, pero deben mantenerse (edificios histricos o complejidad de la obra), existe la opcin de disponer una estructura paralela que se encarga de asumir toda la carga del edificio, adems de asegurar la estabilidad de los muros conservados. Este mismo puente puede hacerse en la cimentacin.

    E) Uniones a vigas de hormign

    Obra tpica de las reformas, en que se puede aprovechar la tcnica del taladro a gran velocidad para colocar spit roots o barras ancladas al hormign y recibidas con resina epoxi, que permiten a su vez el anclaje de una capa de acero a la que se soldar la cabeza de la nueva viga metlica.

  • 42

    5.1.2 Refuerzo de soportes

    La solucin usual de refuerzo consiste en adosar chapas o perfiles que proporciones la seccin y estabilidad adecuadas. Aunque es difcil evitar la modificacin del aspecto, este procedimiento sigue siendo el ms competitivo por su rapidez de ejecucin, garanta del material y de elaboracin, acabado y ligereza.

    La posicin de refuerzo depender de la forma de la seccin transversal y, sobre todo, de la posicin de las vigas. Cuando las que apoyan en el soporte estn colocadas en una sola direccin, lo indicado ser colocar los re-fuerzos en las caras paralelas a esa direccin, lo que, normalmente, no representa ningn problema.

    Si hubiera vigas en las dos direcciones habr que recurrir a colocar el refuerzo en las zonas que no interfie-ran con las vigas y, si esto es posible, ser preciso dar continuidad al refuerzo a su paso por la viga, aunque esto suele complicar la solucin.

    Cuando exista gran diferencia en la esbeltez de la pieza respecto a su dos planos principales, el refuerzo es mucho ms eficaz, colocndolo de forma que se reduzca la esbeltez mxima, reduciendo el radio de giro

  • 43

    Otros procedimientos de refuerzo de soportes son:

    - Mediante hormigonado, embebiendo o rellenando el soporte, lo que constituye el soporte mixto. - Mejor, recubierto por el hormign, para protegerlo del fuego. El hormign H-250, con recubrimiento mayor de 50 mm, separacin de estribos no mayor de 200 mm, anclados a los perfiles. Se requieren conectores para asegurar la transmi-sin de esfuerzos rasantes del acero al hormign; o bien la colocacin de una placa de reparto en la cabeza de los so-portes.

    5.1.3 Refuerzo de piezas con uniones roblonadas y atornilladas

    Cuando se trata de estructuras con uniones a base de roblones o tornillos ordinarios el mtodo de refuerzo ms sencillo es el sustituirlos por tornillos de alta resistencia del mismo dimetro. Este mtodo es aplicable siempre que el aumento de la carga pueda se absorbida, tanto por los tornillos de alta resistencia como por el material base.

    Si la unin es con tornillos de alta resistencia o el aumento de la carga es superior a la admisible por el mto-do anterior, puede efectuarse el refuerzo colocando un dimetro de tornillo mayor, aumentando el dimetro del aguje-ro, o aumentando el nmero de tornillos. Este mtodo es aplicable siempre que la separacin entre los agujeros sea la suficiente como para cumplir las limitaciones de las Normas y que la carga pueda ser absorbida por el material base.En todas estas operaciones, debe hacerse la sustitucin de forma escalonada con el fin de que, en todo mo-mento, la unin pueda transmitir los esfuerzos existentes, a menos que se apee convenientemente la estructura des-cargando la unin.

    En uniones viga-soporte puede efectuarse el refuerzo aumentando el canto del alma por debajo del ala infe-rior, haciendo all la unin al soporte, o colocando una consola.

    Cuando el acero sea soldable, puede reforzarse la unin mediante cordones de soldadura. En este caso, los roblones o tornillos resisten las cargas aplicadas en el momento del refuerzo, y las cargas aplicadas con posterioridad debern transmitirse exclusivamente en la unin tornillos de alta resistencia.

    2.1.4 Refuerzo de piezas con uniones soldadas

    Cuando la soldadura de los perfiles de la estructura sea en ngulo, el procedimiento de refuerzo habitual es el aumento de la longitud del cordn y el del espesor de garganta, respetando las limitaciones que se fijan en las Normas. En algn caso podra ser mejor hacer el refuerzo mediante tornillos de alta resistencia con las ventajas que reporta el no tener que llevar los aparatos necesarios para la soldadura.

    Las uniones viga-soporte pueden reforzarse del mismo modo que las uniones atornilladas, aumentando el canto del alma por debajo del ala inferior efectuando all la unin al soporte o colocando una consola.

  • 44

    5.1.5 Refuerzo de celosas

    La celosa es un tipo de estructura en que sus elementos estn solicitados sobre todo por esfuerzos axiles. Por ello puede aplicarse todo lo expuesto anteriormente: los elementos fraccionados se reforzarn con aumento de seccin mientras que los elementos comprimidos, adems, disminuyendo sus luces de pandeo mediante arriostra-mientos adecuados. En todos esos casos habr que reforzar tambin las uniones siguiendo lo indicado anteriormen-te.

    La siguiente figura muestra la rehabilitacin de Puente de Toro sobre el ro Duero, donde en lugar de reforzar las piezas, se duplic la celosa. As no hubo que actuar en los nudos ni reforzar barras, ya que la disminucin de las luces de pandeo de cabeza superior y la triangulacin proporcionaban la rigidez y resistencia necesarias.

    5.1.6 Refuerzo de forjados

    Para reforzar forjados deformados por se muy esbeltos, es preciso aumentar la inercia, ya que la flecha es ex-cesiva y aumentar el mdulo resistente, para asumir las tensiones excesivas.

    La solucin ms conocida consiste en reforzar las viguetas mediante platabandas soldadas al ala inferior, o bien la adicin de medios perfiles I o H, con la misma disposicin.

    En vigas apoyadas, o continuas con problema exclusivo de flecha, el suplemento slo es necesario en la zona de momentos positivos, es decir, los 3/4 de la luz centrales. En vigas continuas con problemas tensionales los puntos desfavorables son los apoyos: se refuerzan las zonas contiguas, en 1/5 L a cada lado.

    El mtodo opcional es el refuerzo mediante losa de hormign mnimamente armada, de 10 a 15 cm de espesor, H-250, enlazada mediante conectores, preferentemente pernos Nelson colocados a pistola, o bien trozos de perfiles UPN 80 o L 80.8, soldados manualmente.

    En cualquier caso es necesario un estudio de soldabilidad que incluya al menos un anlisis qumico del material existente, y un ensayo de dureza. Se requiere tambin sopandado del forjado y/o las viguetas, durante la operacin.

    5.1.7 Reparacin de estructuras de fundicin

    No existen estructuras de fundicin para edificios aunque si columnas de fundicin en el interior de edificios del siglo pasado. Tambin existen muchos elementos de fundicin: barandillas, pretiles, kioscos... La fundicin es un material que resiste bien a compresin y no tan bien a traccin. Es frgil por lo que es sensible a la fatiga y a la rotura frgil. Las columnas clsicas de fundicin suelen estar sometidas a solicitaciones de compresin centrada y no sue-len tener problemas de fatiga y muy pocos casos de rotura frgil. Por tanto es un elemento que puede ser reutilizable en cualquier rehabilitacin.

    Cuando existe alguna fisura o grieta puede repararse con facilidad: se sanea la grieta totalmente con la pie-dra de amolar redondeando su iniciacin. El relleno de la grieta se debe hacer con electrodos de nquel, precalentan-do la zona y siempre siguiendo las indicaciones del fabricante de los electrodos.

    5.2 Prevencin del desgarro laminar

    - En el mbito de diseo de la estructura, reduciendo al mnimo los esfuerzos en la direccin perpendicular al plano de laminacin. La norma DIN 410 prohbe que