Patologías del Hormigón Y Agregados Pétreos
Descripción
PATOLOGÍAS DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN PRESENTADO POR: JEAN CARLO TORRES CALDERON ANYI PATRICIA ORDÓÑEZ CAICEDO A: JAVIER EDUARDO BECERRA UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS FACULTAD INGENIERÍA CIVIL GEOLOGÍA AÑO 2015
ASPECTOS GENERALES DEL DIAGNÓSTICO Y RECONOCIMIENTO DE LESIONES INTRODUCCIÓN Y DEFINICIONES El estudio de los fallos y lesiones en la construcción, es un tema que ha alcanzado el estatus de ciencia: ciencia que estudia, analiza y propone remedios y soluciones para distinguir las situaciones constructivas. Para dicho fin es indispensable realizar una explicación general de los conceptos procesos que atañen a una construcción y pueden causar deterioro, a la vez que se busca la manera de realizar una intervención que devuelva las propiedades arquitectónicas y estructurales a la construcción. ●
Patologías constructivas y procesos patológicos
La patología constructiva de la edificación es la ciencia que estudia los problemas constructivos que aparecen en el edificio posterior a su ejecución. El proceso patológico presenta tres aspectos secuenciales; el origen, la evolución y el resultado final. En el análisis patológico este proceso se recorre de manera inversa, es decir se detecta el resultado de la lesión, luego el síntoma, luego se recorre la evolución de la misma hasta llegar a su origen, con el fin de establecer la estrategia de reparación pertinente. Lesiones Las lesiones son cada una de las manifestaciones del problema constructivo, es decir el síntoma final del proceso patológico. Estas se agrupan en tres categorías; físicas, mecánicas y físicas. Lesiones físicas: Los causantes de problemática son fenómenos físicos como heladas, condensaciones, etc. y normalmente su evolución dependerá también de estos procesos físicos. Son causados principalmente por: ●
Humedad: Presencia de agua en un porcentaje mayor al considerado como normal en un material o elemento constructivo.
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Erosión: es la pérdida o la transformación superficial de un material y puede ser total o parcial.
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Suciedad: es el depósito de partículas en suspensión sobre la superficie de las fachadas.
Lesiones Mecánicas Causadas por factores mecánicos, el cual produce movimientos, desgaste, aberturas separaciones de materiales o elementos constructivos. Entre Ellos se clasifican: ●
Deformaciones: Variación en la forma los materiales constructivos o de cerramiento, durante la obra o cuando esta entre en funcionamiento.
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grietas: aberturas longitudinales que afectan a todo el espesor del elemento constructivo.
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Fisuras: Aberturas longitudinales que afectan a la superficie o acabado de un elemento constructivo. 1
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Desprendimiento: Es la separación entre un material de acabado y el soporte al que está aplicado por falta de adherencia entre ambos.
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Erosiones mecánicas: pérdida de material debido a esfuerzos mecánicos, como golpes o rozaduras.
Lesiones químicas Son causadas por sales., ácidos álcalis que reaccionan provocando descomposiciones que afectan a la integridad del material y reducen su durabilidad. Entre estas lesiones se hallan: ●
Eflorescencias: Los materiales contienen sales solubles y estas son arrastradas por el agua hacia el exterior durante su evaporación y cristalizan en la superficie del material; se debe a la humedad.
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Oxidaciones y corrosiones: son un conjunto de transformaciones moleculares que tiene como consecuencia la pérdida de material en la superficie de metales como el hierro y el acero.
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Organismos: segregan sustancias que alteran la estructura química del material donde se alojan.
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Erosiones: Transformaciones moleculares de los agregados pétreos, a causa de reacciones químicas entre sus componentes.
Causa de la lesión En caso de presentarse una lesión, se debe buscar la causa que origine, ya que el proceso patológico no terminará hasta que sea anulada por completo. Se distinguen: ●
Causa directa: origen inmediato del proceso patológico; esfuerzos mecánicos, fenómenos atmosféricos.
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Causa indirecta: errores de diseño y ejecución.
Intervenciones sobre la lesión. Procesos encaminados a devolverle la funcionalidad estructural y arquitectónica a la edificación ●
Reparación: Conjunto de actuaciones como demoliciones, saneamientos y aplicación de nuevos materiales e inclusive la sustitución parcial o total de la unidad constructiva.
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Restauración: La intervención debe ser la mínima posible, debe respetar la antigüedad de los elementos constructivos; diferenciar lo existente que aún se encuentra en buen estado; salvaguardar su historia, para ello se debe desarrollar un plan de intervención a partir de un análisis estructural.
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Rehabilitación : con base en un análisis técnico e histórico de la construcción, contemplando un proyecto arquitectónico para nuevos usos, un estudio patológico; reparaciones de las diferentes unidades constructivas dañadas; una restauración de los distintos elementos estructurales.
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Prevención: El estudio de los procesos patológicos permite conocer escasas, y desarrollar un marco de medidas preventivas, destinadas a evitar la aparición de nuevos procesos. 2
Estudio patológico A través de la identificación de un proceso patológico, lleva como objetivo la reparación de unidad constructiva dañada para devolverle la funcionalidad constructivoarquitectónica. Se busca adoptar un método sistemático de observación y toma de datos, para evaluar la capacidad resistente, integridad, forma y aspecto de la estructura. Se realizan de manera periódica, con el fin de supervisar el desarrollo del problema y posterior el de la medida de rehabilitación. Es necesario conocerla época de construcción, estilo arquitectónico, sistema de construcción y cimentación, materiales empleados entre otros. El estudio de las causas del problema debe presentar lineamientos establecidos con anterioridad. Este marco de trabajo se realiza con base en una visita previa a la edificación, de este modo establecerán las zonas a tratar, con ayuda de un levantamiento planimétrico de la construcción. Luego de la visita, se necesita realizar la toma de datos. Esta se lleva a cabo con documentación de la historia de la estructura. Una vez se establezca el tipo de lesiones, se inicia la investigación sobre el problema patológico, para ello se realizan diversas pruebas a los elementos constructivos, identificando ●
Material o materiales afectados.
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Elemento constructivo dañado
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sistema y detalles constructivos
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toma de muestras para ensayo
Entre los rasgos más notorios de una lesión se halla: ●
fisuras, inclinación, pérdida de materiales, deterioro diferencial, descamación por presencia de agua, acumulación de suciedad. disgregación granular, eflorescencias
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de igual manera se deben realizar ensayos de carácter físico, para determinar el estado de los materiales:
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densidad aparente y real; porosidad; color; dilatación térmica; conductividad eléctrica; Absorción de agua; capilaridad; expansión por humedad; eflorescencias; permeabilidad. Estos permiten caracterizar el material y predecir el tipo de comportamiento que presentará en determinadas condiciones descarga y ambiente.
●
En otra instancia se tienen los ensayos mecánico: de gran importancia, ya que se realizan sobre elementos de soporte de la estructura, entre los que se encuentran;
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Ensayo de resistencia a la compresión; ensayo de resistencia flexión; ensayo de resistencia a tracción; ensayo de resistencia cohesión; ensayo de adherencia. Estos se enfocan en el comportamiento que presentan los materiales cuando trabajan junto a otros elementos, cargas y condiciones, frente las cuales pueden estar diseñados o no para soportar.
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Los ensayos químicos están orientados a determinar las características propias de la materia que componen los materiales constructivos:
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Método General, busca conocer el contenido de sílice de una muestra; Método ASTM, determinar el contenido de aglomerante; Método de Cliver, separación de componentes de un mortero por gravimetría.
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EL medio ambiente en que se desarrolla la construcción, también tiene su efecto sobre los materiales, de la importancia de su análisis:
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Ensayos de envejecimiento Acelerado, simular agentes ambientales que causan alteración en ciertos periodos de tiempo; Ensayo termo hídrico de los ciclos de humedad sequedad, consiste en hacer pasar una muestra por congelamiento y descongelamiento periódico; Ensayo de heladicidad, temperaturas menores a15° C; Ciclo de cristalización de sales; Ensayo de ciclos de radiación UV; ensayo de niebla salina.
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En última instancia los agentes biológicos también presentan un papel importante en las patologías:
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Ensayos microbiológicos; Ensayos bioquímicos, identificar los productos del metabolismo de los organismos; ensayos histoquímica, identificar proteína; ensayos químicos y físico químico’.
Para llevar a cabo un análisis exhaustivo de los elementos vulnerables, antes y después de su intervención, es necesario poseer ciertas herramientas de menor o mayor complejidad: En primer lugar las fotografías; con el done detectar la tipología del edificio, ubicación, día y hora de la visita; existen una gran variedad de cámaras en la actualidad, las cuales permiten captar un amplio espectro de las problemáticas, entre ellas: la fotografía por infrarrojos, termografía, radiografía, microfotografías; macrografía; endoscopio; Microscopía Óptica de polarización; microscopía óptica de fluorescencia, microscopía electrónica de barrido. Difracción por rayos x; espectrometría de absorción atómica. Con el fin de realizar el análisis del proceso patológico, es decir de la reconstrucción de los hechos, se debe determinar cómo se ha desarrollado el proceso patológico, cual ha sido su origen y causas. Ya sean de tipo físico, químico o mecánica, son indispensables para aislar la lesión y brindarle su correcto tratamiento. 4
Entre estas encontramos aquellas que son ligadas al proyecto, principalmente por error de selección de materiales; de ejecución, sobrecargar o utilizar materiales para soportar cargas esfuerzos para los cuales no estaban diseñados; de mantenimiento, las estructuras deben recibir un mantenimiento oportuno a fin de evitar problemas posteriores. Con las causas del problema detectadas el siguiente paso es actuar sobre la lesión para devolverle su funcionalidad a la unidad constructiva, evitar que la patología aparezca. Entre las propuestas de reparación, se hallan diferentes soluciones que varían de acuerdo al tipo de material afectado, el grado y funcionalidad del mismo. En cuanto la limpieza de la zona, esta puede realizarse con: ●
limpieza quimica, limpieza con agua; limpieza por proyección de áridos; limpieza por medios mecánicos.
A partir de esta se puede presentar cubierta porosidad en el material, que debe ser consolidada con: ●
lechadas de cal; silicatos alcalinos; ésteres de silicato de etilo, mayor penetración; Vinilos; epoxi; siliconas.
Posterior a este tratamiento puede emplearse aislantes o protectores superficiales; como aisladores de humedad. Entre los problemas físicos, se pueden presentar diferentes soluciones: ●
Deformaciones: cuando exceden el nivel permitido es conveniente demoler la zona afectada y restituir.
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grietas: debido a que se presenta en elementos estructurales o de mampostería, no es conveniente repararlos, con grapas, y a que elemento ya no trabaja en unidad, es aconsejable demoler y rehacer.
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Desprendimientos: demoler cambiar
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Eflorescencias; limpiar y estucar.
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Oxidación y corrosión: cepillar y proteger con elementos anticorrosivos.
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Organismos: eliminar y repeler, en dado caso cambiar elemento deteriorado.
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Erosión química: proteger
Se debe prestar especial atención y revisión periódica a: ●
cimentaciones, revisando integridad mecánica;
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contenciones, analizar pandeos y deformaciones; muros de carga, arco, bóvedas, integridad mecánica, así como ataques biológicos
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Pilares y vigas: revisando fisuras y grietas que debiliten la estructura. 5
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Forjado y losas: posibles flechas y roturas en el vano central.
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Membranas tensadas: revisar anclajes, nodos y telas.
En fachadas, se debe revisar en periodos de 2 a 5 años, y realizar cambios preventivos cada 15 años. ●
zócalo; paño ciego; ventanas y protecciones; balcón; molduras
Cubiertas, ya sean de tipo planas o inclinadas, se debe realizar una limpieza en periodos de 6 meses, evitando acumulaciones de suciedad. Cuidadosamente comprobar la existencia de alguna lesión. Tabiques y acabados: se revisa posibles humedades, pandeo, deformaciones grietas y fisuras posibles, a lo largo de su vida útil. Es conveniente revisar cada dos años. Algunos experimentan otro tipo de problema: Tabiques,
condensación;
puertas}, pintura periódica;
suelos, desprendimientos; paredes,
desprendimientos; techos, filtraciones. Se anexan tablas que aclaran los elementos, el tipo de material, periodicidad del mantenimiento, comprobación de luisones, acción para reparar y acción de mantenimiento preventivo.
Figura 1, Plan de mantenimiento de los elementos constructivos, Broto. Ahora se detallarán las causas físicas, entendidos los cambios o alteraciones generadas por la afectación de humedades, erosiones, los procesos biofísicos y la suciedad. Una vez cesa el efecto del agente, el material tiende recuperar su estado inicial. Entre los agentes más destacados, se hallan: ●
Humedades: Es la presencia de agua en estado líquido en lugares o periodos variables. Originando problemas estructurales y estéticos (olores, manchas, decoloración). 6
Las humedades propiedad de los materiales, que en mayor o menor medida la presentan en su estructura química. El problema surge cuando el agua comienza adentrarse en lugares donde no debía hallarse, ocasionando problemas patológicos. En cuanto a la tipología de la humedad, puede hallarse en ambientes: De obra: Depósitos de agua que no pudieron evaporarse una vez finalizaron los procesos constructivos. Capilar: El agua presente en el terreno puede ascender por capilaridad, al edificio, esto sucede cuando no se ha realizado una correcta impermeabilización del elemento estructural. De filtración: la combinación de agua y viento conlleva que el agua ingrese elemento constructivo, a través de sus cerramientos. De condensación: en la atmósfera el contenido de vapor de agua varía en función de la temperatura ambiente, en este caso se puede hablar de humedad absoluta (g de vapor de H2O. por metro ^3 de aire), humedad relativa (gramos de vapor de agua por 100%). Cuando masas de aire caliente se encuentran con bajas repentinas de temperatura, el aire más caliente se condensa, hasta el punto de saturación donde se produce rocío. Esto puede producirse en el interior de los edificios.
Humedad accidental: son aquellas que provienen de accidentes, fallos, roturas o averías puntuales de las redes de abastecimiento o extracción de agua. Este problema, cuando se presenta cerca de cimientos, puede y generar asentamientos de suelos arcillosos y posteriormente fallas estructurales.
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∙ Erosiones : comprenden los agentes que degradan el material disgregandolo y provocando su pérdida superficial. Entre estos se encuentran:
Agua: en cuanto se presenta en diferentes condiciones, agua, nieve o hielo. Provoca desprendimientos y arrastre de partículas del material. De igual manera los cambios de temperatura producen humedad y de secamiento en el material ocasionando expansión y contracción del mismo.
Sol: Principalmente la exposición provoca variaciones de temperatura y pérdida de humedad en los materiales, esto a su vez genera la expansión y contracción de ciertos elementos en el edificio, generando inconvenientes serios en la estructura. Este proceso se conoce como dilatación higrotérmica
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viento: su importancia radica, en la combinación que presenta con otros agentes erosivos, como el agua y partículas que puede lanzar contra las fachadas de la edificación.
●
Procesos biofísicos: Alteraciones producidas en materiales orgánicos como el caso de la madera en contacto con hongos e insectos.
Hongos: en presencia de humedad pueden desarrollarse estos organismos que pueden pudrir y afectar el material.
Insectos: principalmente termita, carcoma, sus larvas producen agujeros en el material. ●
Suciedad: corresponde al depósito y acumulación de partículas y sustancias contenidas en el aire atmosférico, tanto en fachadas como en el interior de los poros de las mismas. Entre los factores que inciden en el incremento de este problema: Partículas contaminantes: resultantes de la contaminación la combustión de diferentes materiales. Viento : puede traer material y depositarlos sobre las fachadas y cubiertas.
Agua : puede ocasionar ensuciamiento debido a las partículas que transporta, el material dependiendo de su porosidad puede absorber esta humedad y con ella partículas que van a deteriorar la superficie del material.
Porosidad del material: En concreto cuanto más compacto sea el material de fachada la duración las fases de mojado dura menos al igual que la penetración de la capa de agua. Los ladrillos presentan una rápida absorción de agua, (2 segundos) mientras que materiales como el hormigón revestido con pintura tarda mucho más (3600 segundos.)
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Geometría de la fachada: esta influye en la velocidad y el camino que puede tomar el agua durante las lluvias, provocando humedades y depósitos en algunos rincones ”muertos”.
A continuación se detallan las causas mecánicas , implican todas aquellas acciones que presentan esfuerzo mecánico sobre un elemento, provocando roturas, movimientos, deformaciones. Estas aparecen cuando se pone en funcionamiento el edificio, resultando de gran consideración dependiendo del grado del problema. De manera general se engloban: ●
Deformaciones : todo cambio de forma sufrido por algún elemento estructural del edificio como por un cerramiento como consecuencia de un esfuerzo mecánico; flecha, alabeos, pandeos, desplomes:
Deformaciones mecánicas: son producto de esfuerzos sobre la estructura causando flexiones, que pueden resultar en el colapso de la estructura. Deformaciones por movimientos generalizados: principalmente por descenso del nivel de la zona, debido a un asentamiento diferencial del suelo sobre el que se cimenta el edificio. Ene especial sobre suelos arcillosos, en ocasiones generados por rupturas de elementos de conducción hidráulica.
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●
Grietas y fisuras: son aberturas longitudinales incontroladas en un material constructivo o de cerramiento. Están relacionadas en gran medida con el tipo de material y el esfuerzo al cual se ven sometidas. Acciones mecánicas: aplicación de cargas directas. Esfuerzos higrotérmicos: expansión y contracción del agua en el material. En concretos es de 6(10^6 m/°C) Deficiencias del proyecto: exceso de carga. Deficiencias de los materiales de construcción.
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Desprendimientos: Comprenden la separación de un elemento de su base, por acciones previas de de fisuras o grietas. Debido a su posición son riesgosos, cuando se precipitan a tierra sobre zonas transitadas. Principalmente se originan por: dimensiones incorrectas, mal anclaje debilitamiento del elemento, movimientos del elemento,
penetraciones agua. ∙
Erosiones mecánicas: la porosidad de materiales producido por esfuerzos mecánicos que actúan sobre estos elementos, como golpes, roces, abrasión, entre otros.
En última instancia tenemos las causas químicas: principalmente reacciones químicas de sales, ácidos o álcalis que descompone la materia, se presentan cuatro tipos principales: ●
Eflorescencias: la cristalización en la superficie de un material de sales solubles contenidas en el mismo, producida por la evaporación del agua interna del material. Entre ellas estas. Sulfato cálcico: interviene poco debido su baja solubilidad. Sulfato de magnesio a pesar de su baja concentración y aparición, es la más agresiva de todas. Sulfato potásico: cristalización en casa provocando desgaste del material. Carbonato cálcico: en piedras calizas.
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Oxidación y corrosión: es la transformación y pérdida de material en la superficie de los metales.
Este fenómeno depende del tipo de atmósfera en el lugar, un ambiente seco favorece el proceso. ●
Erosión química: alteración o destrucción de la superficie de un material debido a ciertos procesos de reacciones químicas de sus componentes con otros agentes exteriores atacantes:
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●
Procesos bioquímicos: fomentados por la interacción de organismo vivos en la edificación, como consecuencia se producen acogidos que degradan la superficie
Patologías del Hormigón 1. Causas de alteración. “Es el caso en que una alteración, con el tiempo, deriva en otra má grave y más profunda” .El conocimiento de estas es fundamental en cualquiera de las etapas de una construcción que emplee hormigón como material. El conocimiento de las causas de las alteraciones determinará tanto la ejecución como la elección de los materiales correctos y su dosificación. Para construcciones existentes, en casos en que se supone el deterioro o que este ya es manifiesto, la deducción y elaboración de un correcto diagnóstico y de su consecuente reparación, requerirá un conocimiento exhaustivo de los posibles orígenes y causas de dichas alteraciones. Es posible realizar una clasificación de las causas según su origen:
P. Derivadas de los componentes del hormigón.
El hormigón se compone de una mezcla íntima de cemento, áridos, agua y eventualmente aditivos. La incorporación del acero le brinda la fibra resistente a la tracción que necesita para ser usado de forma estructural. Una gran parte de los defectos en las obras de hormigón armado se deben a la poca calidad de los materiales empleados en ella, a los diferentes ambientes a los que pueden estar expuestos o al uso indebido de estos materiales en función del fin buscado. Los defectos del hormigón están ligados a los defectos de sus componentes, por tanto estos deben cumplir con una serie de características, las cuales son: a. Cemento: Es el factor que incide directamente en la resistencia, que está en función de la relación agua/cemento . Pero a la vez, su protección alcalina que requieren las armaduras incorporadas a los elementos de hormigón armado. Por tanto, la relación de agua/cemento como el contenido en cemento condicionan la resistencia y durabilidad de los elementos de hormigón. 12
Existen diversos tipos de cemento y es necesario tener en cuenta el nivel de agresividad ambiental ya que existen casos en los que por ataques de sulfatos en agua ocurren estos daños. Hay que saber elegir que tipo de cemento es el adecuado. Cemento muy restrictivo a su uso es el aluminoso, todavía se ven construcciones en la década de los 40 y 50. Composición y tipos de cemento. Son conglomerantes hidráulicos que al mezclarlos con agua fraguan y endurecen. Los cementos se pueden clasificar en: ●
Cementos Pórtland. Es el más utilizado a excepción cuando el suelo es muy rico en sulfatos o la estructura de hormigón está sometida a la acción de determinados agentes agresivos. Patologías: Los defectos en la dosificación, cocción y molienda, las adulteraciones durante su fabricación o posterior a ella, son algunos de los factores que pueden incidir negativamente tanto en la resistencia como en la estabilidad del cemento y los hormigones. La mala conservación o un mal empleo del cemento en la fabricación del hormigón se presentan como otros de los factores que inciden en sus defectos. La fabricación se basa en una mezcla hasta la sintetización. Luego se procede a la molienda del producto resultante son una pequeña adición de yeso con un grado de finura elevado. Componentes principales o activos: Le proporcionan cualidades técnicas.
Silicato tricálcico : Resistencia mecánica inicial
Silicato bicálcico
Aluminato tricálcico: Acelera el endurecimiento del cemento durante las primeras horas, pero su presencia es muy vulnerable por el ataque de los sulfatos.
Ferrito aluminato tetracálcico. Con el tiempo ambos silicatos adquieren con el tiempo al hidratarse las mismas resistencias.
Componentes secundarios:
Cal libre 13
Magnesia libre
Sulfato
Álcalis.
Fraguado y endurecimiento del cemento: Los primeros en reaccionar con el agua durante la fase de fraguado son los aluminatos y posteriormente los silicatos. Falso Fraguado (Efecto patológico) : Apelotonamiento de la pasta durante los cinco primeros minutos. Es un efecto que se presenta por la deshidratación del yeso, producto de un exceso de temperatura durante la molienda del cemento. El falso fraguado suele inducir a incrementar la proporción de agua, lo que genera problemas de baja resistencia y retracción. Endurecimiento: Es una fase diferente a la del fraguado y se caracteriza por el desarrollo progresivo de las resistencias. Cada componente actúa en tiempos diferentes dándole mayor durabilidad al silicato tricálcico.A partir de los 28 día cuando se debilita el aluminato tricálcico, el silicato bicálcico y tricálcico adquieren resistencia. Posee propiedad de incidencia con la cantidad de temperatura que desarrolle el calor de hidratación. Este es importante conocerlo para no generar fisuración en la masa. Los ciclos hielo/Deshielo, los proporciona la cantidad de aluminato. Los componentes secundarios después de hidratarse generan efectos destructivos en el hormigón:
La cal libre al hidratarse es expansiva, dando lugar a la formación de fisuras superficiales en el hormigón o incluso al debilitamiento y destrucción del mismo. A la vez la cal liberada en la hidratación es atacable por aguas puras, cidad y carbonatadas. En consecuencia, los cementos ricos en cal no solo son inestables, también son poco durables.
la magnesita es expansiva, pero a más largo plazo, y la cantidad máxima tolerada en un cemento Portland es del 5 por 100.
Los álcalis del cemento pueden tener reacciones con algunos áridos de naturaleza silícea afectando la durabilidad. Con naturaleza silícea en necesario un cemento con bajo contenido de álcalis. Pueden ser peligrosos por producir eflorescencias, acelerar el fraguado del cemento, 14
aumentar la retracción hidráulica y poder corroer determinados vidrios puestos en contacto con el Hormigón. Se clasifica según su resistencia a la compresión mínima en kg/cm2 a 28 días, determinado en probetas. Están:
P350
P450
P550
●
Cementos Pórtland con adiciones activas. Compuesto por clinker de cemento Portland y regulador de fraguado en un 80% del peso, como mínimo, y máximo de 20% de escoria o puzolana. Las adiciones aportan cualidades positivas al material. Algunas escorias como las puzolanas poseen propiedades hidráulicas al fijar la cal en presencia de agua forman compuestos con estas propiedades. Se clasifica en:
PA350
PA450
PA550
●
Cementos siderúrgicos Formado por clinker de cemento Portland y regulador de fraguado entre un 20 y 80% y escoria siderúrgica en la proporción restante, con un 20% como mínimo.
●
Cementos puzolánicos Formado por clinker de cemento Portland y regulador de fraguado máximo en un 80% y puzolana en una proporción mínima del 20%. Hay dos clases: PUZI sin cenizas volantes y PUZ II con cenizas volantes.
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Cementos compuestos Formado por clinker de cemento Portland y regulador de fraguado en un mínimo de 65% de peso y adiciones inerte en proporción restante. No es apto para estructuras resistentes.
●
Cementos naturales: Se obtienen de la molturación de clinker de cemento natural. NL30 , NL80 (lentos) y NR20 15
●
Cemento aluminoso: Molturación de clinker aluminoso.
●
Cemento con propiedades adicionales: Poseen muy buena resistencia: como lo son Cemento Portland de alta resistencia inicial (ARI), Cemento Pórtland resiste a los yesos (Y), Cemento de Bajo calor de hidratación (BC), generan calor a los 7 días de 65 cal/g y a los 28 de 75.
La dosificación de referencia es necesaria pero depende de las condiciones y cualidades a las que se exigirá el hormigón. El aumento de esta sobre la dosificación de referencia conlleva un aumento proporcional sobre la protección de la armadura. Así como mayor adherencia y un ligero aumento de la retracción hidráulica. Si aumentamos la dosificación del cemento en relación a la referencia obtendremos mayores referencias mecánicas. En esta tabla se muestra las porciones de materiales necesarios para preparar hormigones resistentes. El agua, arena y grava, se miden en tobos, (baldes), que equivalen a 19 L. obras
resistencia
muros y
cemento
arena
grava
agua
volumen
(kilogramos)
(tobos)
(tobos)
(tobos)
(litros)
100 kg/cm²
42 kg
6
8
2
180 L
vigas
150 kg/cm²
42 kg
5.25
7.5
1.75
165 L
zapatas
200 kg/cm²
42 kg
4.5
6
1.5
145 L
250 kg/cm²
42 kg
2.75
5.5
1.25
130 L
alta resistencia 300 kg/cm²
42 kg
3
4.75
1
112 L
plantillas
(emparrillados) columnas y techos
Tabla 1. Dosificación del concreto. 16
un correcto almacenamiento es fundamental para conservar sus cualidades. b. Áridos: Condicionan la durabilidad y resistencia. Se tendrán en cuenta cualidades de composición de los finos, la granulometría y la compacidad. No deben ser activos en contacto con el cemento. A la vez deben mantenerse estables a la acción de los agentes externos con los que va a estar relacionado. El contenido de limos, arcillas, materia orgánica, limitan su adherencia a la pasta de cemento y debilita las reacciones de fraguado y endurecimiento del hormigón. No deben emplearse áridos procedentes de de rocas blandas, friables o porosos. Algunos ejemplos que provocan estos efectos nocivos son el cuarzo amorfo, tales como ópalos, cristobalitas, andesitas, tridimitas, que al combinarse con los álcalis del cemento producen compuestos de mayor volumen que destruyen al hormigón. Los compuestos de azufre combinados con agua pueden dar lugar también a la formación de sulfoaluminatos expansivos. La presencia de áridos es un factor frecuente de los hormigones. Su presencia se debe, en general, a la falta de limpieza en explotaciones de mina o río, lo que genera problemas en los laboratorios. Las Piritas y otros sulfuros en contacto con la atmósfera, pueden oxidarse dando sulfatos que reaccionarán con el aluminato tricálcico del cemento, produciendo ettringita expansiva. En la fabricación del cemento, se adiciona yeso al clinker en el molino. Este yeso añadido reacciona antes de las 24 horas con parte del aluminato tricálcico la otra parte del aluminato queda libre para reaccionar, si posteriormente encuentra sulfatos. Esto puede aparecer en las aguas con las que va a estar en contacto el hormigón, dando lugar a la producción de más ettringita, que es expansiva. Esto se reduce a las grietas, fisuras y en definitiva desintegración del hormigón. Existen tres variedades de pirita: Marcasita: Muy inestable Pirrotita: Es magnética Pirita Amarilla: Acompañada de impurezas. La resistencia del hormigón viene dada por una relación directa con la Compacidad del árido utilizado en su fabricación. (Volumen real y aparente). A mayor compacidad menor será el volumen de huecos y por consiguiente menor será también la cantidad de pasta de 17
cemento a emplear, con lo cual el hormigón resulta más económico. A su vez se necesita una buena compacidad en los áridos. Es importante para el hormigón y los áridos que entran en su composición. Granulometría: De los áridos es una variable importante, ya que este le da la propiedad y facilidad de compacidad en el hormigón. Se solucionan de 2 formas comúnmente, la primera es utilizar cemento como relleno para disminuir el grado de compacidad en el hormigón y el segundo es aplicar una compactación más energética. Se consigue una superficie lisa,, dando un aspecto de mayor compacidad.La primer genera costos mayores y produciendo una temperatura elevada de hidratación; la segunda genera la deshomogeneizacion de la masa. Coeficiente de Forma: La forma del árido grueso tiene una incidencia muy marcada en la calidad del hormigón. Este coeficiente relaciona el volumen de un grano y el volumen de la esfera. Este no debe ser inferior a 0.15. No solo su forma es importante, sino que también lo es la densidad. Ya que un árido con densidad baja indica áridos porosos y poco resistentes. Su importancia es grande ya que en proporción estos áridos ocupan entre el 70 y el 80 por 100 del volumen del mismo. Los áridos finos inferiores a 0.08 mm son perniciosos para el hormigón, ( especialmente las que tienen una finura comparable a la del cemento). Estos gránulos generan discontinuidades perjudicando la adherencia entre la pasta cementante por un lado y los áridos gruesos y las armaduras por el otro. Al tener una superficie específica grande, necesitan mucha agua para su mojado, provocando que el cemento se hidrate incompletamente debilitando el hormigón. Para evitar que se debilite el hormigón, se suele recurrir a aumentar la relación agua/cemento a fin de conseguir la misma docilidad. De esta manera debido al exceso de agua, disminuyen las resistencias mecánicas y se producen efectos patológicos debido a la mayor retracción y mayor porosidad de estos hormigones que puede acelerar acelerar la destrucción de los mismos por los ambientes agresivos. Por otro lado el exceso de agua que no combine químicamente con el cemento sale de la masa, al hacerlo va dejando poros y capilares que hacen que el hormigón más permeable cuanto mayor sea el agua que tenga que salir.
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c. Agua: Se originan por dos causas los efectos negativos de este componente en el hormigón los cuales son: La utilización de aguas no potables (debe usarse para hormigón en masa, ya que con el armado la existencia de cloruros por la contaminación de esta agua genera corrosión.) y la segunda tiene que ver con la relación en altas proporciones de agua/cemento en el amasado. Las aguas deben analizarsen, si se tiene algún tipo de duda ya sea con el estudio de su PH, las sustancias disueltas, contenidos en sulfatos, ion cloro, hidratos de carbono y sustancias solubles. Agua del Mar: Puede emplearse para el armado del hormigón en masa, pero disminuye la resistencia que puede llegar al 15%. El hormigón pretensado y el cemento aluminoso no deben utilizarse con el agua de mar. El contenido de ion cloro debe ser de 6 g/l , no habrá ningún peligro si se amplía el margen hasta 20 g/l pero en el hormigón en masa. Para el pretensado se debe reducir a 0.25 g/l. Sulfatos: Produce expansión de la ettringita, dando como resultado la fisuración, hinchazón y desprendimiento progresivo del hormigón. Hidratos de Carbono: Impide el Fraguado del hormigón. No se emplea el agua que venga de azucareras. Aguas Selenitosas: Se presenta por el contacto de subsuelos con cimentaciones. d. Aditivos: Son añadidos en el momento de su elaboración. Su finalidad es modificar ciertas propiedades del mismo de forma positiva, tanto en estado fresco como una vez fraguado y endurecido. Para los aditivos o existen normas o especificaciones, por lo que dependen en gran medida de la confianza en la calidad que garantice e cada fabricante. Defectos: Deficiencia en la fabricación ( Calidad del material, el cloruro cálcico en algún tipo de aditivo produciría corrosión ): Retracción hidráulica ( Fisuras ), empleo inadecuado ( Estudio sistemático ), sobredosificación o dosificación insuficiente. Debe evitarse el uso de estos aditivos cuando las propiedades anteriormente mencionadas se presentan en un 100% cumplidas con la mejor calidad. A su vez se debería hacer un control sobre su dosificación. Tener en cuenta: ●
Fecha de vencimiento
●
Experiencia del producto. 19
●
Distribución homogénea.
●
No emplear áridos absorbentes,
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Los agentes de retención de agua y los colorantes deben ser mezclados en seco con el cemento.
●
Vigilar la compactación
P. Derivadas de la fabricación y ejecución. (Compacidad y homogeneidad)
●
Dosificación mal realizada: Deficiencia en equipos de medida.
●
Transporte y Vertido: No se asegura la homogeneidad de la masa.
●
Compactación Deficiente
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Forma del Molde: Disposición de separación de las armaduras. Construcción correcta del cofre.
●
Fisuras del Hormigón: A partir de las tensiones generadas por alguna acción durante la fase de elaboración originan las fisuras: Se pueden relacionar con el contenido de humedad del material denominadas lesiones. Se darán a conocer algunas de estas fallas antes y después del endurecimiento, esto es: ○
Fisuras, fase anterior al endurecimiento: InicioFraguado (Estado plástico): Fisuras de asentamiento plástico y de retracción plástica. El fenómeno que ayuda a su origen es la Exudación (Agua que asciende a la superficie). Esto produce: Altas relaciones de agua/cemento; evaporación superficial alta, fisuras encima de las armaduras horizontales, fisuras horizontales en elementos verticales, fisuras coincidiendo con cambios bruscos de sección y con secciones delgadas de hormigón.
○
Fisuras, fase posterior al endurecimiento: Estas son : Fisuras por contracción térmica inicial y las fisuras de afogarado (Retracción Hidráulica, salto térmico), aparecen entre el primer y quinto dia. Los factores que influyen son: Temperatura inicial de los materiales y la temperatura ambiente, piezas de gran espesor (calor), a mayor cantidad de cemento mayor es el calor producido. Recomendaciones: Utilizar un encofrado de madera, mayor cantidad de armaduras para reducir las fisuras.
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Influencia del ambiente. Depende del tipo de cemento y del medio al cual será expuesto. Es factible tener conocimiento de un buen uso de los materiales que intervienen en la fabricación del cemento ya con anterioridad a su ejecución, pues es mucho más económico, que aplicar un estudio control a la estructura periódicamente. Así tenemos como débiles o poco agresivos lo que corresponden a elementos interiores o semi interiores de edificios en ambiente fresco. En los exteriores se encuentra el agua ácida, que por su PH genera la caída de recubrimiento en ciertas estructuras.
Deterioro del hormigón por agentes Externos:
Químicos: Se producen tanto en el hormigón como en el acero. Es más propenso a los ataques en medios húmedos. Los ataques a través del agua líquida se dan en aquellos elementos que están en contacto con el suelo (muros, cimentaciones). Si las aguas agresivas están en movimiento, aumentará también el ataque. En gran medida la durabilidad del material dependerá del grado de compacidad que posea. Erosión química: Se da cuando el compuesto químico externo está en condiciones de disolver alguno de los componentes de la pasta de cemento. Resulta entonces la lixiviación del componente disuelto : El hormigón disminuye su acción respecto a la armadura. Existe un:
Ataque ácido: Superficie de contacto, debido a las soluciones.
Reacción Álcaliárido: Dependerá de la cantidad de agua y de los coeficientes disueltos de iones alcalinos.
Ataques por sulfatos o cloruros.
Lixiviación: Permeabilidad y difusión.
Carbonatación: Difusión de moléculas gaseosas a través de los poros vacíos.
Físicos: Pueden darse sobre el hormigón fresco como sobre el endurecido. Procesos destructivos como:
Lavado
Congelación
Heladicidad: Gracias a la porosidad.
Acción del fuego
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Las bajas temperaturas pueden congelar el agua del hormigón fresco, impidiendo la hidratación de los componentes del cemento, y destruyendo la microestructura cristalina de los ya hidratados, al aumentar el volumen. por otro lado la temperatura ambiental excesiva se suma al efecto de calor desprendido en las reacciones de hidratación, incrementando las posibles reacciones térmicas posteriores. El efecto conjunto de la alta temperatura ambiental y el aire en movimiento genera la desecación de las superficies exteriores del hormigón. Importante analizar en caso de incendios en las estructuras. 500700 en el hormigón y en el acero 550. 1. Tratamiento de los elementos del Hormigón En los hormigones, la corrosión se produce en las barras de acero, por lo cual la protección de las mismas es de gran importancia. Esta se realiza por medio del recubrimiento u por la incorporación de productos industriales que impidan el paso de humedad por capilaridad interior de la masa del hormigón. la protección de las estructuras de hormigón por medio de la aplicación de sistemas eficaces constituidos por pinturas, barnices y revestimientos, ofrecerán resistencia química y física a las acciones de la atmósfera, u otras agresiones a la que la obra estará sometida. Se pueden tratar las patologías de dos formas: Revestimientos conformado por elementos de gran espesor: Base bituminosa, vinilicas, asfálticas, neopreno, goma butílica, cerámica, ladrillos anticorrosivos. Pinturas de protección: Tienen como función tanto la reducción del riesgo de contaminación del hormigón, como la finalidad estética: Revestimientos hidrófugos de poro abierto e impermeabilizantes con formación de película. Patología de Agregados Pétreos. Materiales rocosos o pétreos, haciendo referencia a las rocas que se usan en las obras de construcción como las argamasas elaborada con materiales naturales sometidos a distintos tipos de tratamientos. Estas rocas son materiales poco homogéneos. Presenta discontinuidades y desigualdades a diferentes escalas. Sin embargo se consideran como los materiales con mayor uso en la historia gracias a la gran resistencia y durabilidad que presentan estas. Sus patologías 22
dependen en gran parte de su localización en el edificio y del tipo de piedra como sillares, como parte de juntas y rellenos, como revocos y tratamientos superficiales y como ornamentación. La capacidad de respuesta en los agregados dependen principalmente a sus características mecánicas, hídricas, térmicas y dinámicas. El estudio de las patologías de los materiales pétreos es imprescindible a la hora de conocer y prevenir las causas de alteración y de intervenir en su cura, mantenimiento y conservación. Tipos de Alteración: Están relacionados con la degradación del material por estar expuestos a medios externos. Las rocas sufren reajustes estructurales y composicionales tendientes a encontrar un nuevo equilibrio. También pueden sufrir alteraciones originadas en propiedades intrínsecas del material, en la formas en que se extrajo el material, de la cantera, en su utilización en la obra y en su cuidado posterior. Pátinas: Son las películas o capas delgadas que cubren las piedras, a nivel superficial. Constituyendo una alteración y modificación de los materiales, pero no implica necesariamente un proceso de deterioro.
P. Envejecimiento
P. Decoloración
P. Cromáticas
P. Bióticas
P. Suciedad, P. Negras.
Depósitos Superficiales: Elementos depositados ya sea de hollín Excremento de aves, el humo o cualquier organismo biológico. Escamas: Son películas o láminas superficiales que se caracterizan por tener un espesor de alrededor un milímetro. Las escamas pueden llegar a desprenderse constituyendo una alteración de Descamación. Costras: Láminas que se forman que se forma en parte externa de las rocas. Descamaciones: Levantamiento y separación de las escamas formadas en la superficie. Estriadura: Excavaciones acanaladuras largas y delgadas. Fisuras: Discontinuidades planares, o fracturas. Erosión: Es la abrasión o el desgaste que se produce en los materiales pétreos y que comportan una pérdida de volumen y una desaparición de las formas. 23
●
Alteraciones de las Rocas: Causas de alteración: Es fundamental escoger las rocas de la manera más adecuada en una obra constructiva, ya sea para decidir acerca de su disposición en la obra y para llevar a cabo un buen trabajo de restauración. En términos generales se pueden nombrar como agentes agresores de los materiales:
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Agua
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Sales solubles
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Organismos vivos
●
Contaminantes atmosféricos
Por otro lado y en combinación con estos agentes, las rocas pueden sufrir degradaciones debidas a sus características inherentes o a los sistemas de extracción. Los contextos involucrados son: ●
Características intrínsecas del material: Dependen de las caracteristicas petrograficas de las rocas, entre las que se debe destacar la porosidad y configuración del sistema poroso, la superficie específica y las propiedades hídricas, que están relacionadas con el movimiento de fluidos al interior del material. Encontramos las degradaciones producidas por: ○
Compuestos de óxido de hierro: En general, en los mármoles, piedras calizas con frecuencia en areniscas y pizarras se pueden encontrar componentes de óxido de hierro. Al actuar con la humedad, se transforma en un mineral denominado goetita, el cual es un óxido de hierro hidratado. Esto produce un aumento de volumen, el cual conlleva a generar fisuras y grietas. Esta topoquímica o acción puntual del asentamiento con compuestos ferruginosos incrementa la degradación de materiales.
○
Compuestos Piritosos: Encontrados en calizas, mármoles, pizarras, muy raramente en granitos.
○
Procesos de Caolinización y Cloritización: Suceden en aquellas rocas que están compuestas por los feldespatos y micas, el proceso de caolinización disgrega a los feldespatos y los fragmenta en partículas pequeñas. El proceso de cloritización afecta a las micas, que liberan óxido de hierro de forma lenta hasta que se transporta en goetita.
●
Factores Químicoambientales: La fuerza que ejerce se basa en su poder de disolución. El agua penetra en diferentes puntos hasta distintas profundidades, lo que resulta en superficies que se hacen paulatinamente desiguales y cada vez más corroídas. Son importantes: ○
Óxidos de azufre
○
Óxidos de carbono
○
Óxidos de nitrógeno y de compuestos de nitrógeno
○
Cloruros y fluoruros 24
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Factores FísicoAmbientales: Las agresiones están representadas fundamentalmente por cuatro agresores: El hielo, el viento, las vibraciones y la temperatura.
●
Factores Biológicos: Existen determinados organismos que se asientan sobre los materiales rocosos y que juegan un papel importante en la alteración química y física de los mismos. Principales organismos: ○
Microorganismos.
○
Algas y musgos
○
Líquenes
○
Árboles y plantas superiores
○
Animales.
En general se considera al agua como el peor enemigo de los materiales pétreos. Es cierto que el agua juega un papel en ocasiones definitivo en la actuación de los procesos químicos y de algunos procesos físicos y biológicos, esto conlleva a que el agua no es mala para las rocas siempre y cuando esté limpia. Sin embargo el agua, también es el vehículo que transporta la mayor parte de los agentes destructivos. No se ha encontrado una forma de garantizar una protección total de las piedras contra el agua sin alterar su apariencia. Tratamiento: Se compone de Protección, Sustitución, Reintegración, Mantenimiento y conservación preventiva. Referencias Bibliográficas ●
Enciclopedia broto de patologías de la construcción.
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