Patología de la edificación/Estructuras de hormigón/Causas materiales y mecanismos de deterioro/Forjados

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FORJADOS DE HORMIGÓN. CAUSAS DE ALTERACIÓN

ABUSOS DE POSESIÓN: DIAGNÓSTICO

Esfuerzos mecánicos no previstos o superiores a los calculados. Transmisión de los esfuerzos mecánicos por deformación desde los elementos estructurales.


DEFECTOS Y MECANISMOS DE LOS MATERIALES Y ELEMENTOS

El hormigón está compuesto por cemento, árido, agua y eventualmente aditivos El acero le aporta la resistencia a tracción formando el hormigón armado. Una mala elección o un defecto de sus componentes puede ser causante de defectos.

HORMIGÓN

1) Cemento

Una mala selección del cemento en función del ambiente en el que se ubicará la edificación puede ser perjudicial.

El cemento Pórtland: es el más utilizado e estructuras de hormigón armado. Causas de su alteración pueden ser los defectos en su cocción, molienda y proceso de fabricación que pueden afectar negativamente al hormigón. Un exceso de temperatura en el proceso de molienda del cemento puede provocar un falso fraguado que se traduce en un incremento de la necesidad de agua y puede provocar una deshidratación parcial del yeso y un falso fraguado, que puede desencadenar una baja resistencia y problemas de retracción en el hormigón.

Los silicatos le otorgan al cemento su resistencia, mientras que el aluminato favorece un endurecimiento rápido en las primeras horas, aunque su presencia es muy negativa.

La proporción relativa de sus componentes en la fase de endurecimiento y en relación al calor de hidratación pueden provocar una reacción importante y causar fisuras. Así mismo una correcta proporción de sus componentes influye en la resistencia de los ciclos hielo-deshielo. La presencia en exceso de cal genera, al hidratarse de forma expansiva, un riesgo de aparición de fisuras superficiales y es atacable por aguas ácidas, puras y carbonatadas. Son cementos inestables y poco durables. Así mismo se debe controlar el exceso de magnesia, la presencia de álcalis que pueden provocar expansión, eflorescencias, aceleración del fraguado e incrementar le retracción hidráulica.

Un tipo de cemento al que se debe presta especial atención es el cemento aluminoso, utilizado sobre todo en los años cincuenta y sesenta. Las alteraciones de hormigones confeccionados con cemento aluminoso pueden ser: conversión, carbonatación e hidrólisis alcalina, provocando una pérdida de resistencia.


2) Áridos

Pueden aparecen defectos derivados de su composición, incorrecta granulometría y la compacidad del hormigón puede verse afectada.

Con respecto a su composición se deben evitar, áridos que presenten actividad en contacto con el cemento y que sean inestables frente a agentes atmosféricos. La presencia de limos, material orgánico o arcillas disminuyen la adherencia con el cemento e influyen en el fraguado, mientras que la presencia en los áridos de algunos tipos de cuarzo generan productos expansivos.


3) Agua

Utilización aguas inadecuadas como las no potables o con presencia de impurezas, como cloruros que generan corrosiones en armaduras y eflorescencias. Así mismo resulta perniciosa la presencia de sustancias solubles, hidratos de carbono o sulfatos.

Las aguas del mar en el proceso de amasado suelen provocar manchas y eflorescencias y no se deben emplear con hormigón pretensazo ni cemento aluminoso

4) Aditivos

Causa de defectos en el hormigón puede ser la utilización de aditivos sin los ensayos y control que garanticen su calidad, en proporciones incorrectas, con deficiencias en su fabricación, una distribución no homogénea en el hormigón o un mal empleo ala hora de de realizar la mezcla. Pueden tener posibles efectos secundarios, como los aceleradores con presencia de cloruro cálcico que favorecen la corrosión de las armaduras y provocan una mayor retracción hidráulica, disminuyendo las propiedades mecánicas del hormigón.

Dosificación:

El contenido de cemento, la relación árido/cemento y la relación agua/cemento son fundamentales en la resistencia del hormigón y en la protección alcalina de las armaduras en el caso del hormigón armado.

Un aumento en la proporción de cemento con respecto a la de referencia favorece la resistencia mecánica , una mayor protección de la armadura y adherencia, aunque dosis excesivas de cemento provocan un fuerte calor de hidratación y aumentan el riesgo de retracción hidráulica y fisuras, sobre todo en ambientes calurosos.

El exceso de agua puede provocar al evaporarse una porosidad elevada del hormigón que favorece la penetración de agentes líquidos y gases al interior del hormigón y compromete la estabilidad y durabilidad del hormigón. Además aumenta la retracción y disminuye la resistencia mecánica. Los hormigones preamasados suelen presentar en mayor medida este defecto.

Una incorrecta granulometría o relación cemento/árido puede producir asentamientos diferenciales, disgregaciones y falta de adherencia con la armadura.

Archivo:Error dosificación.jpg

La falta de compacidad, con mayor porosidad influye en una menor y durabilidad del hormigón y se traduce en una falta de homogeneidad en la masa del hormigón.

''ACERO:''

En general no ofrecen problemas de garantía de calidad del acero debido a que los ensayos a que están sometidos son exhaustivos. Sin embargo pueden presentarse defectos de fabricación por:

1) Impureza de la aleación: la presencia de fósforo, manganeso y sílice pueden ser perjudiciales si superan determinadas proporciones.

2) Inclusión de sustancias extrañas que poseen un elevado punto de fusión y se encuentran en el acero (óxidos, silicatos, sulfuros), en función de su proporción, distribución y tamaño pueden generar la debilidad del material.

3) Gases retenidos (hidrógeno, oxígeno y nitrógeno). El ataque de hidrógeno que penetra en el acero en ambiente corrosivo provoca una fragilidad y disminución de la resistencia a tracción.

En cuanto a su conformación, el acero corrugado facilita la adherencia al hormigón.

BOVEDILLAS

Defecto en la fabricación de bovedillas, semiviguetas, armaduras. No cumplimiento de las características fisico-químicas que se le supone.

Bovedillas muy peraltadas: impide que penetre el hormigón en los laterales de las viguetas.

Archivo:Fisuracion en vigueta.jpg

AGRESIONES EXTERNAS

- Agentes y mecanismos físicos

- Condiciones atmosféricas con elevada temperatura, humedad relativa bajas o vientos importantes pueden favorecer fisuras superficies de afogarado que se ven favorecidas por un excesivo contenido en agua del hormigón y acabados de pasta de cemento en superficie.

La pérdida de agua por evaporación por sequedad atmosférica: genera riesgo de fisuras de retracción hidráulica. Acompañada de una elevada relación agua/cemento, mayor relación superficie/ volumen de la pieza.

En ambientes marinos el vapor de agua del ambiente contiene cloruros y sulfatos que en contacto con el hormigón pueden cristalizar en sales que pueden llegar a generar disgregaciones en el hormigón y acelerar la corrosión de las armaduras.

- Bajas temperaturas congelan el agua e impiden la hidratación del cemento, lo que implica un incorrecto fraguado que provoca desagregación. En estas condiciones de temperatura se pueden producir fenómenos de heladicidad con un aumento de volumen del agua al transformarse en hielo en el interior de los poros del hormigón lo que genera tensiones internas e incluso disgregaciones.

- Altas temperaturas aumentan las reacciones térmicas posteriores, junto al viento genera la desecación de las superficies exteriores. - El granizo o lluvias fuertes producen el “lavado” de la superficie afectando al recubrimiento de las armaduras

Archivo:Fisuras losa retracc hidr.jpg

El fuego provoca una disminución de resistencia mecánica e incrementos en su deformación de rotura aumentando las tensiones provocadas por las dilataciones. Aunque es menos resistente es a la vez capaz de deformarse antes de romper. Tiene cierta capacidad de recuperación de su resistencia al enfriarse si alcanza menos de 900ºC. El acero si no alcanza los 600ºC puede recuperar prácticamente la totalidad de su resistencia. A elevadas temperaturas se pueden producir desprendimiento de placas de superficie de hormigón debido a las tensiones y deformaciones diferenciales del hormigón y del acero.


- Agentes y mecanismos químicos

La porosidad y las fisuras favorecen la penetración de agentes agresivos en el hormigón afectando a la posible corrosión de las armaduras que quedan desprotegidas. Entre las agresiones por agentes químicos podemos distinguir varios tipos: 1) Ataque de ácidos, generalmente por aguas ácidas que provienen de industrias, las aguas negras y las aguas carbónicas. Se pueden producir a grandes rasgos dos grupos de sales:

- Formación de sales insolubles que actúan de barrera y protección.

- Formación de sales solubles. El ataque progresaría con en el caso del ácido clorhídrico que provoca cloruro cálcico y agua.

2) Ataque aguas puras: Erosión química en superficie por sustancia externa capaz de disolver algún componente del cemento en un proceso de lixiviación.

3) Lluvia ácida. Ataque superficial

4) Carbonatación: En atmósferas con dióxido de carbono y humedad pueden producirse reacciones con formación de carbonatos que disminuyen la alcalinidad del hormigón (de pH: 12-13 a pH: 9-9,5), lo que conlleva una menor protección de las armaduras con riesgo de oxidación. Hay un mayor riesgo de estos ataques en hormigones porosos, poco compactos y con recubrimientos deficientes.

5) Otros: ataque por aguas residuales, ataques de sales en ambientes marinos, reacciones álcalis-áridos, ataque por piritas, ataque por sulfatos, etc.

Archivo:Ataque sulfatos.jpg

Corrosión del acero

Se genera óxido expansivo en presencia de humedad que puede provocar la rotura del hormigón que lo rodea.

Hay dos tipos de corrosión: química y electrolítica. La corrosión química afecta a toda la superficie del acero y la electrolítica se caracteriza por puntos que actúan como ánodo, formándose una pila. Es necesaria la presencia de adiciones acuosas de sales, bases o ácidos y oxígeno.

La excesiva porosidad o tamaño de los poros considerable facilitan la penetración de agua y agentes agresivos y disminuyen la resistencia mecánica del hormigón.

Son numerosos los factores que pueden influir en la corrosión: relación agua cemento adecuada, ambientes marinos o industriales, variaciones climáticas.


DESÓRDENES CONSTRUCTIVOS (posicionales o físicos, en el sistema)

- De relación interior entre los elementos del sistema

Ausencia de armaduras de negativos o de positivos cuando son necesarias provocan grietas características de esta causa.

Archivo:Barras de refuerzo.jpg

No contemplar recubrimientos mínimos en losa superior de 3 a 3,5 cm. revisión de separadores en la fase de hormigonado para mantener en posición las barras. Su ausencia provoca un descendimiento de las armaduras con riesgo de corrosión de la armadura de positivos y de la capa de compresión en su cara superior y una pérdida de brazo de armadura de momentos negativo.

Archivo:Fisur prox a pilar.jpg

La ausencia de armadura de reparto, aunque por normativa es obligatoria, genera fisuras en los tendidos de yeso del techo.

Si no se prevé el anclaje de la armadura de reparto en la viga de borde se generan fisuras en la parte superior del forjado paralelas al muro y también a las semiviguetas en la parte inferior. Otro enlace incorrecto se produce cuando ni la semivigueta ni su armadura penetran en la viga de borde.

Esquina.jpg Archivo:Esquina 2.jpg

El cargado de soportes con las bovedillas altera la sección resistente del soporte.

Las viguetas no enfrentadas pueden generar flechas mayores que las previstas y fisuras en el centro de los vanos.

Archivo:Fisuras vigas.jpg

La omisión de armadura de negativos en extremos de viga provoca fisuras y disminución de resistencia a esfuerzo cortante. La falta de atado de la armadura de momentos negativos y su descenso es un defecto muy frecuente y causa de fisuras en vano o rotura en apoyo o vano. Asimismo la ausencia de armadura de reparto causa grietas de retracción en la superficie del forjado y fisuras en el tendido de yeso de a cara inferior.

Archivo:Falta de armaduras.jpg Archivo:Falta de armaduras menor luz.jpg

Una elevada densidad de armaduras en una zona, impide el paso de hormigón produciendo huecos en la masa, falta de compactación del hormigón y recubrimientos insuficientes. También la colocación incorrecta de armadura puede generar huecos en el hormigón, que también pueden estar producidos por usar un hormigón de consistencia bastante seca o con árido grande excesivo.


- De relación externa con otros sistemas

Daños por deformabilidad y del forjado en cerramientos y tabiquerías por deformaciones diferenciales. Puede deberse a no considerar la fecha activa que puede provocar fisuras en tabiquerías y excesiva flexibilidad de los forjados. Los voladizos que soportan muros perpendiculares a la fachada en ocasiones puede ser causa de fisuras en forjados y daños en cerramientos

Se podría evitar construyendo de arriba abajo los tabiques pero actualmente este sistema no resulta económico.

Archivo:Movimtos humedad.jpg

- De concepción o diseño:

Elección del sistema, elementos y materiales

Elección el cemento y la dosificación adecuados de hormigón en función del ambiente al que va a estar expuesto. Valoración de ambientes agresivos (industrias químicas, industrial o marino) y terrenos.

Generalmente medidas protectoras post-edificación en lugar de medidas de proyecto causan mayor coste económico


- Errores de definición técnica de soluciones constructivas. Detalles constructivos.

Una insuficiente definición de los planos del proyecto pueden generar confusiones y ejecuciones inadecuadas. Especialmente se deben cuidar los planos de detalles constructivos y de armaduras. En estos últimos es frecuente que la ausencia de cotas de desarrollos de las barras y la falta de especificación precisa en la definición de los solapes generen luego problemas en la puesta en obra.


- De fabricación

En viguetas postensadas, las fisuras en la cara inferior pueden estar provocadas por subestimación de las pérdidas totales del pretensazo, tensado real inferior al normal, ascenso de tendones y transferencia prematura. Una transferencia errónea o una situación no simétrica de tendones pueden ser el origen de fisuras situadas en un solo lado de la pieza.

En viguetas postensadas las fisuras por asientos plásticos por debajo de la unión de alma y cabeza superior pueden estar causadas por exceso de exudación de agua, de finos, el uso de cemento inadecuado de armaduras con poco recubrimiento. El choque térmico al quitar el encofrado y entrar el hormigón con la temperatura ambiente más fría puede desencadenar grietas por contracción térmica inicial paralelas a la sección. Mientras que la transferencia realizada a temperatura próxima al ambiente puede provocar fisuras después de la transferencia de la carga. Las fisuras transversales pueden estar provocadas por una baja resistencia del hormigón al transferir, sobrestimación de las pérdidas de tensión hasta la transferencia, sobretesado, descenso de tendones y ausencia o posición incorrecta o insuficiencia de armadura en la cara superior.

En viguetas pre y postensadas el exceso de armadura en el talón inferior e insuficiente en la zona de transmisión de los tendones provocan fisuras horizontales en la cabeza inferior. Pueden estar causadas además por un homigón con resistencia insuficiente al tesar y/o un orden de tesado incorrecto. Estas dos últimas causas también pueden ser el origen de fisuras verticales en piezas huecas por situación excéntrica de los apoyos respecto a las almas provocadas también por una elevación de la posición de los tendones e infravaloración de las pérdidas por tensión. Archivo:Vigas premoldeadas.jpg

Las fisuras inclinadas de cortante debidas a tendones curvos en la parte inferior de piezas de sección celular son debidas a una insuficiente armadura para transmitir la carga y no estar posicionados los apoyos en el plano medio de las almas.


- Errores de manipulación, almacenamiento o transporte.

En el transporte de elementos prefabricados una colocación deficiente en el camión puede provocar un vuelo excesivo de vigas y en piezas con estribos salientes puede ocasionar el desdoblamiento de estribos y por tanto una disminución de su resistencia a esfuerzos rasante y cortante. También se puede producir un doblado de armaduras en el desplazamiento o almacenamiento.

Un almacenamiento inadecuado y prolongado puede producir la exposición del acero a agentes agresivos y generar una corrosión superficial. En el almacenamiento en terrenos irregulares, se pueden producir apoyos inesperados de las vigas o viguetas prefabricadas y provocar figuraciones. Asimismo se debe procurar un correcto almacenamiento del cemento en lugar seco para que no se alteren sus propiedades.


- Errores de transformación y ejecución

Una mala ejecución del hormigón puede provocar pérdida de resistencia mecánica y lesiones varias.

Transporte

Un incorrecto transporte y vertido pueden derivar en un hormigón poco homogéneo, de porosidad variable y zonas poco compactadas.

Mezcla y vibrado defectuoso

La separación de los elementos más gruesos hacia la parte inferior y elevación de la pasta hacia la parte superior provocan una falta de homogeneidad. Esta también puede estar motivada por una incorrecta elección y dosificación del cemento, exceso de agua y aditivos no convenientes.

Archivo:Fisuras retracc.jpg

La suciedad superficial influye en una disminución del esfuerzo rasante y si no se limpia adecuadamente una pérdida de adherencia. Un insuficiente compactado origina la falta de homogeneidad y la disminución de la adherencia del hormigón al acero. Más importante en piezas prefabricadas. Esta falta de adherencia también puede ser producida por composición deficiente, no humectación previa de las piezas o debido a defectos de ejecución peligrosos.

Fase de fraguado

Ambientes calurosos con altos índices de evaporación, favorecen una rápida exudación (que puede verse incrementada a su vez por altas relaciones agua/cemento, evaporización superficial elevada, espesor del elemento y uso de retardadores de fraguado) pudiendo provocar fisuras por retracción plástica, frecuentes en losas planas y soleras. Una elevada exudación puede ser la causa también de fisuras de asentamiento plástico en lugares donde se impide el movimiento del hormigón: encima de armaduras horizontales, en pilares por la actuación de los estribos que impiden el ascenso del hormigón y dan lugar a fisuras horizontales, en cambios bruscos de sección por asentamiento diferencial del hormigón, o en secciones delgadas de hormigón por un recubrimiento insuficiente.

Archivo:Fisuras retraccion hidr.jpg

Archivo:Retracc plastica.jpg

Fase de endurecimento

Los saltos térmicos como consecuencia del calor de hidratación del cemento por la diferencia de temperaturas de los materiales y el ambiente, una cantidad elevada de cemento y el regado del hormigón en la fase de curado que puede aumentar la diferencia de temperatura del interior y la superficie, pueden ser factores que influyan en la aparición de fisuras por contracción térmica inicial, especialmente en elementos de espesor considerable. Este fenómeno se puede ver favorecido en los casos en los que se impida o dificulte la disipación de calor en alguna de sus superficies, como por ejemplo, la existencia de hormigones puestos en obra con anterioridad

Esta diferencia de temperaturas puede verse favorecida por aceleradores del fraguado y desencofrados tempranos.


- De ejecución

El asentamiento diferencial de espesores en el hormigón provoca como ya se ha mencionado en la mezcla del hormigón puede producir una pérdida de adhesión y puede estar ocasionada por la puesta en obra inadecuada, debiéndose hormigonar los senos primero y a continuación la capa de compresión.

La colocación y desplazamiento de armaduras, su incorrecta posición, la desviación en los ejes de las armaduras. Los solapes insuficientes por un lado y excesivos en otro pueden ser causa de futuras lesiones. Así como una longitud de anclaje insuficiente.

Archivo:Armaduras 3.jpg Archivo:Armaduras cortante.jpg Archivo:Armaduras.jpg

La ausencia de separadores en la fase de hormigonado puede provocar un recubrimiento insuficiente y una falta de protección de la armadura frente a la corrosión.

Montaje

Enlaces incorrectos cuando viguetas no penetran en vigas, así como ausencia de patillas, dan lugar a deslizamientos y fisuras.

Una excesiva concentración de ganchos y anclajes en un punto puede producir fisuras de el hormigón al entrar en carga.

En las armaduras longitudinales y transversales se puede producir la movilidad de las jaulas si están débilmente trabadas.

El doblado de las armaduras por calentamiento puede ocasionar una disminución de su resistencia y un radio de giro excesivamente pequeño provoca grietas.

Encofrado

Las fugas de lechada en el encofrado que se traduce en zonas poco compactas e insuficiente contenido de cemento en recubrimiento. Encofrados muy secos generarán desecación del hormigón y si están sucios aparecerán probablemente manchas con riesgo de pérdida de masa.

El cedimiento de los encofrados laterales puede provocar grietas paralelas al encofrado y fisuras superficiales, deformaciones en al intradós, coqueras internas e hundimientos puntuales.

'Sopandas' En lo referente a las sopandas si están por encima del nivel teórico pueden generar fisuras e incluso roturas en las semiviguetas. Igualmente nocivo son las sopandas por debajo del nivel teórico. En ambos casos provocan luces dobles a las previstas.

Separaciones excesivas de apeos o apoyo de grupos de bovedillas sobre viguetas provocan deformaciones del forjado entre sopandas.

Desencofrado

Con temperaturas ambientales bajas es frecuente el descimbrado prematuro. Puede provocar deformaciones, flechas, grietas y roturas, y si se realiza con descuido pueden aparecer deterioros superficiales. También se pueden producir lesiones por un descimbrado no ejecutado en el orden adecuado. Deben retirarse las sopandas del centro a los extremos de la viga. En caso de voladizo el orden para retirar los puntales será desde el borde exterior del voladizo hacia el interior.

La falta de resistencia del hormigón puede ser consecuencia de numerosos factores: dosificación incorrecta, deficiente vibrado, agua agresiva, aditivos inadecuados e impurezas en áridos.

Los esfuerzos que debe soportar el forjado a cortante, flexión y compresión pueden generar grietas características de cada lesión e incluso rotura del forjado.

Archivo:Fisuras Torsion.jpg Archivo:Fisuracion torsion.jpg

- Errores de uso

Sobrecargas, cambios de uso, almacenaje, aglomeraciones de personas

Archivo:Jerusalem accidente forjado.jpg

En la foto, vista interior del edificio cuyo forjado se desmoronó por sobrecarga de personas en una celebración en Jerusalem.