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CURSO DE TITULACION ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL REPARACION Y REFUERZO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO Y MAMPOSTERIA MG. ANGEL ALANOCA QUENTA MAYO 2008

REPARACION Y REFUERZO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO Y MAMPOSTERIA CONTENIDO PREFACIO 4 1. Introducción y Conceptos Generales 5 1.1 Terminología Básica 6 1.2 Motivos para una intervención estructural en edificaciones existentes 7 1.3 Origen de los Daños y Fallas 7 2. Normatividad Existente 7 2.1 ACI 364.1R-93 Guía Para Evaluación de Estructuras de Concreto Antes 8 2.2 de su Rehabilitación. 2.3 ACI 437R-03 Evaluación de la Resistencia de Estructuras de Concreto. 10 2.4 ACI 224.1R Causas, Evaluación y Reparación de Grietas en Estructuras 10 de Concreto. 2.5 ACI 546R-04 Guía para la Reparación de Estructuras de Concreto. 11
Reglamento Nacional de Edificaciones Norma E - 0.30 Diseño Sismorresistente (Capítulo VII, Artículo 24). 3. Proceso Secuencial en la Reparación de Edificios. 15 4. Criterios Generales Sobre Intervención Estructural. 17
4.1 Síntomas 17 4.2 Mecanismo 18 4.3 Origen 18 4.4 Causas 21 4.5 Consecuencias y Oportunidad de la Intervención 22 4.6 Terapia 24 4.7 Procedimiento 24 4.8 Proyecto o Diseño Detallado de la Intervención 24 4.9 Materiales de Reparación y Sistema de Protección 24 5. Acciones Sobre las Estructuras 26 5.1 Tipos de Fallas en Elementos 26 5.2 Asentamientos del Terreno 35 5.3 Empujes del Terreno 36 5.4 Corrosión 37 5.5 Cambios de Temperatura y Humedad 42 5.6 Acción del fuego 49 6. Determinación de la Calidad del material 61 6.1 Ensayos Destructivos 61 6.2 Ensayos No Destructivos 64 6.3 Pruebas de Carga 72

7. Acciones sísmicas 81 7.1 Introducción 81 7.2 Razones Para un Mal Comportamiento Sísmico de los Edificios 81 7.3 Criterios Utilizados Para la Evaluación del Riesgo Estructural 82 7.4 Procedimiento de Refuerzo de Estructuras Existentes 85
7.5 Procedimiento de Refuerzo Sísmico 91 7.6 Incremento de la Capacidad Sísmica del Edificio 92 7.7 Pórtico Sísmico Complementario 93 7.8 Método de la Rehabilitación Sísmica Simplificada 97 8. Sistemas de Refuerzo con Compuestos de Polímetro Reforzado con Fibras 100 8.1 Refuerzo con Fibra de Carbono 100 8.2 Refuerzo con Mallas de Polímetro 119 ------ 3

PREFACIO El tema de la Rehabilitación y Reforzamiento de estructuras existentes en el Perú, ha sido tradicionalmente tratado de una manera empírica. Salvo algunas excepciones, las intervenciones han sido realizadas basadas en el buen criterio de los ingenieros que han tenido a su cargo estos trabajos. En este curso se trata de exponer de una manera sistematizada los criterios y procedimientos que se deben seguir para planificar con éxito una intervención de rehabilitación estructural en edificaciones principalmente de concreto armado. El proceso conceptual de intervención estructural en una edificación existente no es muy diferente del proceso de diseño de una estructura nueva, es un proceso fundamentalmente analítico, en el cual, en vez de especificar las características de resistencia de los materiales a utilizar, que es lo que se hace en diseño de obra nueva, se cuenta ya con una estructura con propiedades por lo general desconocidas y con el agravante que en la mayoría de los casos muestran signos de deterioro. Un aspecto importante del proceso es entonces determinar con cierta confiabilidad, las propiedades mecánicas de los elementos estructurales existentes para luego realizar el trabajo analítico de evaluación de acuerdo a las normas aceptadas de diseño. Otro aspecto importante es luego elegir y ejecutar el proceso de reparación, donde la compatibilidad de los materiales antiguos y nuevos juega un papel preponderante en la futura vida útil de la edificación rehabilitada. Referencias importantes en estas Notas de Curso son los Reportes ACI364.1R-93, ACI437R-03, ACI224.1R y ACI546R-04 que tratan sobre temas relacionados con la rehabilitación y reparación de estructuras de concreto. Por otro lado, parte del material del presente curso ha sido extraído de las siguientes publicaciones: - Manual de Rehabilitación de Estructuras de Hormigón. Reparación, Refuerzo y protección. CYTED XV.F Paulo Helene y Fernanda Pereira Editores.2003 - Evaluación de la Capacidad Resistente de Estructuras de Hormigón. INTEMAC J. Fernández Gómez y otros. Madrid 2001. - Repair and Rehabilitation. Compilation from THE INDIAN CONCRETE JOURNAL 2001. Asimismo la contribución de Isabel Díaz en la parte de Corrosión, Wilson Silva en Ensayos No Destructivos y Alejandro Muñoz en Vulnerabilidad Sísmica ha sido importante para completar estas notas del curso. ------ 000 ------ 4

REPARACIÓN Y REFUERZO DE ESTRUCTURAS EXISTENTES. 1. INTRODUCCIÓN Y CONCEPTOS GENERALES INTRODUCCION El objetivo de este curso es conocer las fallas más comunes en estructuras de concreto armado y mampostería, así como sus causas para evitar los errores que conducen a ellas, por otro lado la intervención en reparación de un defecto, sin un conocimiento cabal de sus causas, puede conducir a mayores daños. Además, desarrollar criterios y procedimientos de intervención estructural. Desde los inicios del empleo del concreto, a mediados del siglo XIX, los edificios, las obras de arte, las carreteras, los canales, las presas y tantas otras construcciones civiles en concreto simple, armado o pretensado han resistido las más variadas sobrecargas y acciones del medio ambiente. No obstante el concreto pudiese ser considerado un material prácticamente eterno -siempre que reciba un mantenimiento sistemático y programado - hay construcciones que presentan manifestaciones patológicas de significativa intensidad e incidencia, acompañadas de elevados costos para su rehabilitación. Siempre se comprometen los aspectos estéticos y en la mayoría de los casos, se reduce la capacidad resistente, pudiéndose llegar en ciertas situaciones, al colapso parcial o total de la estructura. Ante estas manifestaciones patológicas se observa en general una actitud que conduce en unos casos a simples reparaciones superficiales, y en otros a demoliciones y refuerzos injustificados. Ninguno de los dos extremos es recomendable, principalmente con la existencia hoy en día de conocimiento tecnológico y gran cantidad de técnicas y productos desarrollados específicamente para ser utilizados en solucionar problemas patológicos. 5 Ruptura de columna de puente vial por corte debido a empuje ocasionado por deslizamiento de tierra (Curitiba, Paraná, Brasil)

Corrosión en la armadura Considerando el grado actual de conocimiento de los procesos y mecanismos destructivos que actúan sobre las estructuras y considerando la gran evolución tecnológica experimentada en estos últimos años - con el desarrollo de equipos y técnicas de observación de las estructuras - es posible diagnosticar con éxito la mayoría de los problemas patológicos. 1.1 TERMINOLOGÍA BÁSICA Para un adecuado intercambio de conocimientos es necesario definir los términos mas utilizados en el campo de la rehabilitación de estructuras. La Patología puede ser definida como la parte de la Ingeniería que estudia los síntomas, los mecanismos, las causas y los orígenes de los defectos de las obras civiles, o sea, es el estudio de las partes que componen el Diagnóstico del problema. PATOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN. El tratamiento sistemático de los defectos de las construcciones, sus causas, sus consecuencias y sus remedios. DEFECTO. Una situación en la cual uno o más elementos no cumplen la función para la que han sido previstos. FALLA. La finalización de la capacidad de un elemento para desempeñar la función requerida. ANOMALÍA. Indicación de una posible falla (desplazamientos excesivos, fisuras, etc) REHABILITACIÓN O REPARACIÓN. Suministrar a los elementos dañados la capacidad que tenían antes de producirse el daño para cumplir su función. REFUERZO. Incremento de la capacidad resistente original de los elementos. El refuerzo se puede realizar en elementos dañados o sin daño. A la Terapia le corresponde el estudio de la corrección y la solución de estos problemas patológicos o incluso los debidos al envejecimiento natural. Para obtener éxito en las medidas terapéuticas, de corrección, reparación, refuerzo o protección es 6

necesario no solo el estudio precedente, es decir el diagnóstico de la cuestión, haya sido bien definido y principalmente que se conozca muy bien las ventajas y las desventajas de materiales, sistemas y cada uno de los procedimientos de rehabilitación de estructuras de concreto, pues a cada situación particular hay una alternativa mejor de intervención. 1.2 MOTIVOS PARA UNA INTERVENCIÓN ESTRUCTURAL EN EDIFICACIONES EXISTENTES Los motivos para una intervención estructural pueden ser muy diversos, sin embargo entre los más comunes se encuentran los siguientes: > Evidencia de anomalías (daños). > Falla de algunos elementos estructurales. > Cambio de uso (incremento de sobrecarga). > Modificaciones arquitectónicas. > Adecuación a reglamentos actuales (nivel de seguridad) 1.3 ORIGEN DE LOS DAÑOS Y FALLAS Según información estadística, el origen de los daños y fallas en estructuras recae en uno de los siguientes: > Errores en el proyecto. > Calidad de los materiales. > Mala ejecución de obra. > Uso y mantenimiento. * El desarrollo de estos puntos se encuentra en el acápite 4.3 En el caso de daños debidos a sismos, se puede dar el caso que ninguno de los anteriores sea la causa de un daño, ya que se trata de una solicitación probabilística que permite la aparición de fisuras en casos de sismos severos. Las fuerzas de diseño de origen sísmico son fuerzas reducidas con la condición que la estructura ingrese en el rango inelástico, y esto, para las estructuras de concreto significa la fisuración de los elementos. 2. NORMATIVIDAD EXISTENTE Pese a que es aceptado internacionalmente que existe un déficit de normatividad con respecto a la rehabilitación de estructuras, y que en nuestro medio ese déficit es aun más notorio, se dispone de guías y recomendaciones para la intervención estructural que provienen de países tecnológicamente mas desarrollados. Si bien esas recomendaciones no se pueden aplicar directamente en nuestro medio, sirven de referencia para una intervención estructural apropiada. A continuación se presenta un resumen de algunos de esos documentos.

2.1 ACI 364.1 R-93 GUÍA PARA EVALUACIÓN DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ANTES DE SU REHABILITACIÓN Resumen (Adaptación y Traducción de ―Past, present and future‖ Gajanan M. Sabnis, Avanti C. Shroff and Dov Kaminetzky) El Comité ACI 364 sobre Rehabilitación fue creado en 1981 con la misión de desarrollar y reportar información sobre la rehabilitación, renovación y preservación de las estructuras de concreto y albañilería. En 1993, el Comité 364 genero el reporte sobe ―Guías para Evaluación de Estructuras de Concreto antes de su Rehabilitación‖, el cual se presenta aquí en forma resumida. Introducción El informe de la guía para evaluación de estructuras de concreto antes de una rehabilitación, contiene los procedimientos que se pueden utilizar para evaluar dichas estructuras. Los procedimientos están pensados para ser utilizados como guías, y no para sustituir el criterio del ingeniero responsable de la evaluación. El informe no cubre las estructuras sometidas a los efectos sísmicos, ni estructuras especiales tales como puentes, presas y túneles. El informe se presenta como una serie de recomendaciones basadas en la experiencia obtenida de fuentes existentes y de investigaciones anteriores como por ejemplo ACI SP-85 y ACI SCM-21. Las pautas son generales, pero lo suficientemente específicas como para utilizarlas como un formato para modelar un procedimiento de evaluación y se presentan en el orden que una investigación seguiría normalmente. Los capítulos se resumen abajo en el orden que aparecen en el reporte. Investigación preliminar La investigación preliminar es primer y más importante paso en la evaluación antes de rehabilitación. Las metas de la investigación preliminar son proporcionar la información inicial sobre la condición de la estructura, el tipo y la seriedad de los problemas que lo afectan, la viabilidad de realizar la rehabilitación prevista, y la necesidad de la investigación detallada. Se basa en un objetivo establecido el cual es la razón de realizar la rehabilitación según los objetivos del propietario, es necesario entrevistar al propietario o su representante para evaluar completamente sus necesidades y percepción a fin de determinar los objetivos de la evaluación. Se recomienda un acuerdo escrito, indicando los objetivos y el alcance de los estudios. La investigación preliminar es típicamente introductoria y no es exhaustiva, ella identifica la necesidad de un estudio más detallado y más extenso y un alcance adicional de servicios. En algunos casos la investigación preliminar puede determinar que no es deseable proceder con otra investigación detallada, por ejemplo, cuando la integridad estructural no puede ser restaurada económicamente o si los objetivos del dueño no pueden ser razonablemente satisfechos. Investigaciones detalladas. La investigación de campo detallada se debe realizar después de la investigación preliminar si los objetivos del propietario están claramente identificados y se ha 8

determinado al menos tentativamente que son factibles técnica y económicamente. Antes de proceder con la investigación detallada los presupuestos de proyecto y los costos de la investigación detallada deben ser aprobados por el propietario. La investigación detallada se pueden dividir en cinco tareas importantes: documentación; inspección en campo sobre la condición actual; toma de muestras y ensayo de materiales; análisis y evaluación e informe final. Los resultados de las investigaciones detalladas influenciarán directamente el resultado final del proceso de la evaluación, las opciones de los varios métodos de rehabilitación que se considerarán, el costo estimado asociado a cada alternativa de la rehabilitación, y en última instancia la selección del método de rehabilitación apropiado. La investigación detallada se debe planear y ejecutar con gran cuidado. Documentación. Identifica los documentos y las fuentes de la información que serán revisadas normalmente durante la evaluación. Esta revisión reducirá al mínimo las suposiciones que deben ser hechas en la evaluación de la estructura. Los detalles del proyecto de rehabilitación y del tipo de estructura que se trate dictarán la naturaleza y la cantidad de información que debe ser revisada. Inspección de campo sobre la condición actual. Después de haber revisado la información disponible sobre el diseño, construcción, materiales y la historia de servicio de la estructura, se deben realizar observaciones del campo para verificar la información previamente obtenida y definir la condición del edificio tal como esta construido. Las observaciones del campo se pueden dividir en cuatro partes importantes: preparación y planeamiento; verificación de la edificación como esta construida; la condición de la estructura y un reporte sumario. El alcance de cada una de estas partes depende del tipo, tamaño, complejidad, edad, uso futuro, y la naturaleza total de cada proyecto particular. Toma de muestras y ensayo de materiales. El capítulo 6 proporciona la información en prácticas y procedimientos para determinar la condición y características de los materiales estructurales en una edificación existente. Estas prácticas y métodos incluyen la examinación visual, pruebas no destructivas de evaluación, y pruebas destructivas que incluyen trabajo de campo y laboratorio. Evaluación. La evaluación implica el determinar la capacidad de una estructura o de un componente para su uso previsto analizando sistemáticamente la información y los datos obtenidos de revisiones de la documentación existente, de la inspección sobre su condición actual y del ensayo de los materiales. La evaluación no se puede estandardizar en una serie de etapas bien definidas porque el número y el tipo de etapas varían con el propósito específico de la investigación, el tipo y la condición física de la estructura, lo completo del diseño disponible y los documentos de construcción, y la resistencia y calidad de los materiales de construcción existentes. Consecuentemente, el ACI-364 proporciona solamente pautas generales. Se debe tener muy en cuenta que las evaluaciones estructurales se realizan para determinar la capacidad de carga de todos los elementos críticos de la estructura 9

considerada como un todo. Su capacidad de soportar las cargas presentes y anticipadas según requisitos o estándares actuales del código debe ser considerada. Cuando los requisitos del código no se cumplen con la estructura en sus condiciones actuales, se deben determinar los métodos y las técnicas de refuerzo apropiados. La necesidad de cumplir con los requisitos arquitectónicos debe también ser evaluada. Los cambios en la disposición arquitectónica y modificaciones en las fachadas de la estructura deben ser evaluados por ambos profesionales arquitectos e ingenieros. La decisión final sobre el tipo de intervención que se ha de realizar debe ser hecha por el propietario después de evaluar varias alternativas del diseño, las cuales deben incluir una estimación del costo y sus implicancias. Informe final. El informe final presenta los resultados de todo el trabajo de evaluación. Este informe incluye generalmente una breve discusión de los temas fundamentales que se han tratado durante el proceso de la evaluación y el alcance de las revisiones; la revisión de los documentos de construcción existentes; las observaciones del campo y condición de la construcción actual; la toma de muestras y resultados de los ensayos de los materiales y finalmente las recomendaciones pertinentes. 2.2 ACI 437R-03 EVALUACION DE LA RESISTENCIA DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO. Resumen La resistencia de estructuras existentes de concreto armado puede ser evaluada analíticamente o con el auxilio de pruebas de carga. En este reporte se indica cuando es necesaria tal evaluación, se indican los criterios para elegir el método de evaluación y la información necesaria para ello, incluyendo documentos de construcción y datos de campo. Se describen en detalle los métodos para determinar las propiedades mecánicas de los materiales que son necesarios para proceder con la evaluación analítica o de prueba de carga. Se recomienda que la investigación analítica se haga siguiendo los lineamientos del diseño a la rotura del ACI-318 (en nuestro caso seria con la norma NTE-060). Se puede usar el método de los esfuerzos de trabajo para complementar la investigación de esfuerzos de rotura y verificar si el comportamiento observado de la estructura concuerda con la investigación analítica. Se dan recomendaciones para ejecutar las pruebas de carga y criterios para evaluar las deflexiones en el proceso de carga y descarga. 2.3 ACI 224.1R CAUSAS, EVALUACION Y REPARACION DE GRIETAS EN ESTRUCTURAS DE CONCRETO Resumen Este reporte tiene la intención de servir como herramienta en el proceso de evaluación y reparación de estructuras de concreto. Se hace un resumen de las causas de grietas en el concreto juntamente con los métodos de control del agrietamiento. Se consideran tanto el concreto en estado plástico como endurecido y se discute la importancia del diseño, procedimiento de construcción, diseño de mezclas del concreto y propiedades de los materiales. 10

Se describen las técnicas y metodologías para la evaluación de las grietas y se discuten los requisitos del análisis y de evaluación en campo. Se enfatiza la necesidad de determinar la causa del agrietamiento antes de proceder con la reparación. La selección de un procedimiento exitoso de reparación debe considerar la causa de las grietas, si son activas o durmientes y la necesidad de reparación. El criterio para escoger el método apropiado de reparación esta influenciado por el objetivo que se desea con la intervención. Se presentan doce métodos de reparación analizando sus ventajas y desventajas así como su campo de aplicación. 2.4 ACI 546R-04 GUIA PARA LA REPARACION DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO Resumen En este reporte se da una guía para la selección y aplicación de materiales y métodos para la protección, reparación y refuerzo de estructuras existentes de concreto armado. Se define protección como el procedimiento para blindar el concreto contra la acción del medio ambiente y otros daños con la finalidad de preservar la estructura y prolongar su vida útil. Se define la reparación como el procedimiento para reemplazar o corregir materiales, componentes o elementos defectuosos o fallados de una estructura. Se define el refuerzo como el proceso de restituir a los elementos estructurales de concreto su capacidad de resistencia original o incrementar su resistencia. El capítulo de remoción, preparación y técnicas de refuerzo cubre la preparación de la superficie del concreto existente para recibir o anclar el material de reparación El capítulo de materiales de reparación incluye materiales desde el concreto simple hasta los polímeros y epóxicos analizando sus ventajas y limitaciones así como sus aplicaciones más frecuentes. El capítulo de sistemas de protección incluyen procedimientos para proteger el concreto de la corrosión, la abrasión el impacto u otras acciones del ambiente. El capítulo de técnicas de reforzamiento incluye la determinación de las causas del mal comportamiento estructural, si el elemento está sobrecargado o se trata de un diseño defectuosa y si necesita una reparación o reparación mas refuerzo. Se pasa luego a describir varias técnicas aceptadas de refuerzo incluyendo refuerzo interno y externo, los cuales apuntan al objetivo de proveer nuevo refuerzo para resistir las fuerzas de corte, flexión, torsión o axial de acuerdo a los lineamientos del ACI-318. 2.5 REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES NORMA E - 0.30 DISEÑO SISMORRESISTENTE (Capítulo VII, Artículo 24) EVALUACIÓN, REPARACION Y REFORZAMIENTO DE ESTRUCTURAS 11

GENERALIDADES → Las estructuras dañadas por efectos del sismo deben ser evaluadas y reparadas de tal manera que se corrijan los posibles defectos estructurales que provocaron la falta y recuperen la capacidad de resistir un nuevo evento sísmico. → Ocurrido el evento sísmico la estructura deberá ser evaluada por un ingeniero civil, quien deberá determinar si el estado de la edificación hace necesario el reforzamiento, reparación o demolición de la misma. El estudio deberá necesariamente considerar las características geotécnicas del sitio. → La reparación deberá ser capaz de dotar a la estructura de una combinación adecuada de rigidez, resistencia y ductilidad que garantice su buen comportamiento en eventos futuros. → El proyecto de reparación o reforzamiento incluirá los detalles, procedimientos y sistemas constructivos a seguirse. → Para la reparación y el reforzamiento sisrnico de edificaciones existentes se podrá emplear otros criterios y procedimientos diferentes a los indicados en esta Norma, con la debida justificación y aprobación de la autoridad competente. 2.6 REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES NORMA E-0.60 (Capitulo 3, Artículo 4) INVESTIGACIÓN DE LOS RESULTADOS DUDOSOS I) Si cualquier ensayo de resistencia en compresión de probetas curadas en el laboratorio está por debajo de la resistencia de diseño en más de 35 Kg/cm2 o si los resultados de los ensayos de las probetas curadas bajo condiciones de obra indican deficiencias en la protección o el curado, el Inspector dispondrá medidas que garanticen que la capacidad de carga de la estructura no está comprometida. II) Si se confirma que el concreto tiene una resistencia en compresión menor que la especificada y los cálculos indican que la capacidad de carga de la estructura puede estar comprometida, deberán realizarse ensayos en testigos extraídos del área cuestionada. En este caso se tomarán tres testigos por cada ensayo de resistencia en compresión que está por debajo de la resistencia de diseño en más de 35 Kg/cm2. Los testigos se extraerán de acuerdo a la Norma ITINTEC 339,059. III) Si el concreto de la estructura va a estar seco en condiciones de servicio, los testigos deberán secarse al aire por siete días antes de ser ensayados en estado seco. Si el concreto de la estructura va a estar húmedo en condiciones de servicio, los testigos deberán estar sumergidos en agua no menos de 40 horas y ensayarse húmedos. IV) El concreto del área representada por los testigos se considerará estructuralmente adecuado si el promedio de los tres testigos es igual a por lo menos el 85% de la resistencia de diseño y ningún testigo es menor del 75% de la misma. El Inspector podrá ordenar nuevas pruebas a fin de comprobar la precisión de las mismas en zonas de resultados dispersos. 12

V) Si no se cumplen los requisitos de la sección anterior y las condiciones estructurales permanecen en duda, el Inspector dispondrá que se realicen pruebas de carga para la parte cuestionada de la estructura o tomará otra decisión adecuada a las circunstancias, de acuerdo a lo indicado en el artículo 23. EVALUACIÓN DE ESTRUCTURAS (Capítulo 6, Artículo 23) I) GENERALIDADES Si existen dudas razonables respecto de la seguridad de una estructura o de alguno de sus elementos o si se necesita información acerca de la capacidad de carga de una estructura en servicio para fijar sus limites de carga, se podrá ordenar que se efectúe una evaluación de la resistencia estructural ya sea por análisis, empleando pruebas de carga o por una combinación de ambos procedimientos. La evaluación será realizada por un ingeniero civil calificado. II) EVALUACIÓN POR MEDIO DEL CÁLCULO a) Si la evaluación de la resistencia se va a hacer por medio del análisis, se deberá realizar una minuciosa evaluación en obra de las dimensiones y detalles de los elementos estructurales, las propiedades de los materiales y demás condiciones propias de la estructura tal como está construida. b) Los cálculos basados en lo indicado en la sección a) deberán garantizar que los factores de carga cumplen con los requisitos y propósitos de esta Norma. III) PRUEBAS DE CARGA GENERALIDADES a) Si la evaluación de la resistencia se hace por medio de pruebas de carga, estas deberán ser realizadas por un ingeniero civil calificado. b) Antes de efectuar las pruebas de carga, se deberán identificar los componentes críticos por medio del análisis, Deberá investigarse especialmente la resistencia al corte de los elementos estructurales cuestionados. c) La prueba de carga deberá hacerse cuando la parte de la estructura que se va a someter a prueba tenga como mínimo 56 días de edad. Sin embargo, si el Inspector, el Proyectista y el Constructor están de acuerdo, se podrá hacer el ensayo a una edad menor, d) Cuando se vaya a probar bajo carga únicamente una parte de la estructura, ésta deberá cargarse de manera que se pueda probar adecuadamente la zona que se sospeche sea débil, e) Cuarenta y ocho horas antes de aplicar la carga de prueba, se deberá aplicar una carga que simule el efecto de aquella porción de las cargas muertas que aún no están actuando, debiendo permanecer aplicadas hasta que la prueba haya concluido. PRUEBAS DE CARGA DE ELEMENTOS EN FLEXIÓN a) Cuando se sometan a pruebas de carga los elementos a flexión de una construcción, incluyendo vigas y losas, se aplicarán las disposiciones adicionales de esta sección. b) Inmediatamente antes de aplicar la carga de prueba se tomarán lecturas iniciales. 13

c) La parte de la estructura seleccionada para aplicar la carga deberá recibir una carga total, que incluya las cargas muertas que ya están actuando, equivalente a 0,8(1,5CM + 1,8 CV). La determinación de la carga viva (CV) deberá incluir la reducción permitida por la Norma E. 020 Cargas. d) La carga de prueba deberá aplicarse gradualmente, con un mínimo de cuatro incrementos aproximadamente iguales, sin ocasionar impacto a la estructura y de manera tal que no se produzca el efecto de arco en los materiales. e) Después de transcurrir 24 horas de la aplicación de la carga de prueba, se tomarán lecturas de la de- flexión inicial. f) La carga de prueba deberá retirarse inmediatamente después de tomadas las lecturas de la de- flexión inicial. Las lecturas de la deflexión final se tomarán 24 horas después de haberse retirado la carga de prueba. g) Si la parte de la estructura sometida a la carga de prueba presenta evidencia visible de falla (fisuración, desprendimiento del recubrimiento o deflexiones de tal magnitud que sean incompatibles con los requerimientos de seguridad de la estructura), se considerará que la estructura no ha pasado satisfactoriamente la prueba, no debiendo autorizarse nuevas pruebas en la parte de la estructura previamente ensayada. h) Si la parte de la estructura sometida a prueba de carga no presenta evidencia visible de falla, se considerará como una indicación de un comportamiento satisfactorio cualquiera de los dos criterios siguientes: —► Si la deflexión máxima medida de una viga, piso o techo es menor de: L2/(20000h) donde h es el peralte del elemento y L la distancia a ejes de los apoyos o la luz libre entre apoyos más el peralte del elemento, la que sea menor Para losas armadas en dos direcciones, L será la luz mas corta. —► Si se excede la condición anterior, deberá cumplirse que la recuperación de la deflexión dentro de las 24 horas siguientes al retiro de la carga de prueba es por lo menos el 75% de la deflexión máxima para concretos no presforzados y de 80% para concretos presforzados. i) En el ensayo de voladizos, el valor de L se considerará igual a dos veces la distancia desde el apoyo al extremo del voladizo y la deflexión deberá ajustarse en el caso de que el apoyo experimente movimientos de cualquier tipo. j) Las construcciones de concreto armado que no recuperen el 75°/a de la deflexión máxima, podrán volverse a probar no antes de 72 horas de retirada la primera carga de prueba. La parte de la estructura ensayada se considerará satisfactoria cuando la parte probada de la estructura no muestre evidencias visibles de falla al someterla a prueba nuevamente y la recuperación de la de- flexión causada por esta segunda carga de prueba es por lo menos el 80% de la deflexión máxima ocurrida en el segundo ensayo. k) En los sistemas de concreto presforzado no se deberán repetir las pruebas. OTROS ELEMENTOS ESTRUCTURALES Los elementos estructurales no sujetos a flexión deberán preferentemente ser investigados por medio del análisis. IV) ACEPTACIÓN DE MENORES CAPACIDADES DE CARGA Si la estructura que está siendo investigada no satisface los requisitos o criterios indicados en las secciones anteriores, según corresponda, se podrá aprobar el empleo 14

de cargas totales menores en la estructura basándose en los resultados de la prueba de carga o en el análisis. V) SEGURIDAD Las pruebas de carga deberán efectuarse de manera de garantizar la seguridad de las personas y de la estructura durante las mismas. Las medidas de seguridad no deberán interferir con el procedimiento de ensayo o afectar sus resultados. 3. PROCESO SECUENCIAL EN LA REPARACIÓN DE EDIFICIOS (Traducción y adaptación de Procedural sequence in the repair of buildings por Noel P. Mailvaganam and Tony Alexander) Este trabajo presenta las pautas para una ejecución paso a paso de cualquier proyecto de reparación. Estos procedimientos pueden hacer que la ejecución del proyecto de reparación sea sistemática, lo que servirá mejor para alcanzar el objetivo deseado. La secuencia de las actividades implicadas en la reparación de edificios va de la identificación del problema, la selección de un consultor, la especificación de los materiales y procedimientos de reparación, elaboración de documentos contractuales, y finalmente, a la ejecución del trabajo. Los participantes principales en un programa de reparación son el propietario y el consultor quienes deciden en común las opciones técnicas y financieras en cada paso. Procedimiento paso a paso para la reparación Ocho pasos se han detallado aquí que presentan los aspectos técnicos y no técnicos que se deben considerar en la formulación de una estrategia de la reparación para las estructuras concretas reforzadas. Identificación del problema Antes de proceder con cualquier proceso de refuerzo, es imprescindible que la causa, el efecto, y el grado de influencia de los problemas identificados estén claramente establecidos. Una vez que las causas son conocidas, los mecanismos del problema pueden ser determinados. La evaluación apropiada del problema y entender la causa, son cruciales y son los factores que deciden entre el éxito y el fracaso de una reparación. Definición de los objetivos. La decisión de reparar o reemplazar una estructura implica decisiones tales como el análisis del ciclo vital de servicio. El ciclo vital de una estructura se determina a menudo por consideraciones financieras más que técnicas. Los objetivos y las restricciones incluyen generalmente aspectos estéticos, financieros, limitaciones en la cantidad de reparación que puede ser realizada, la esperanza de vida de la reparación, y el mantenimiento necesario luego de las reparaciones. Obtención de la experiencia necesaria Una vez que se ha decidido realizar la reparación, el propietario debe decidir sobre el consultor basándose en su experiencia relevante con trabajos similares. El propietario 15

y el consultor deben llegar a un acuerdo mutuo entendimiento sobre los objetivos y restricciones. Diseñar el protocolo de la evaluación La evaluación del problema en una estructura significa obtener la información sobre el grado de deterioro, establecer la causa y el significado de tal deterioro. En base a los objetivos acordados, el consultor debe desarrollar el protocolo de evaluación. La naturaleza y el propósito de las pruebas y análisis se deben repasar y acordar con el propietario antes de que el consultor comience la evaluación. Las evaluación se puede hacer por etapas, minimizando el costo de la evaluación, eliminando algunas de las pruebas que sean innecesarias mientras que se recopila la información. Por otra parte, durante el curso de la evaluación el consultor puede determinar que se necesita información adicional más allá de la convenida, lo cual debe ser también aprobado por el propietario. Realizar la evaluación El objetivo primero es identificar las causas posibles de cualquier anomalia o defecto visible y establecer la integridad estructural, y el funcionamiento satisfactorio de la estructura. Esto requiere a menudo una investigación en detalle que se pueda sintetizar en cinco tareas: • Recopilación de la información. • Establecimiento de las condiciones en servicio. • Visita del campo. • Examen detallado. • Evaluación de datos Durante la visita de sitio, se deben hacer notas específicas y detalladas, preferiblemente en planos especialmente preparados para este fin. Lo que sigue es una lista de las actividades que deben realizar durante la visita de sitio: • observar la condición visual. • observar la condición de las áreas de concentración de esfuerzos. • expediente fotográfico. • identificar los motivos de preocupación. • identificar las grietas y las localizaciones del concreto deteriorado. • realizar mediciones iniciales de ancho y longitud de grietas, etc. Seleccionar una estrategia de la reparación De acuerdo con la evaluación, los métodos alternativos de reparación en armonía con el objetivo del propietario serán considerados. El diagnostico y la estrategia sugerida de reparación se deben revisar conjuntamente por el consultor y el propietario quien debe entonces comprobar el impacto que las reparaciones tendrán en las operaciones en curso y el uso futuro de la edificación para determinar las alternativas más apropiadas para financiar las reparaciones. Se debe asignar nivel prioritario a la reparación de los defectos estructurales para asegurar una condición segura y útil. Cuando los costos de la reparación son altos, el trabajo de la restauración se puede efectuar en varios años dando la prioridad al trabajo esencial. 16

Diseñar las reparaciones De acuerdo con las consideraciones técnicas y económicas, se debe establecer la vida de servicio de una estructura y tomar la decisión de repararla o para sustituirla. Una vez que se toma la decisión de reparar o reforzar, se debe identificar cada elemento estructural que se va a intervenir especificando el tipo de degradación, el tipo de reparación, la metodología y el material de reparación recomendado. El método seleccionado de reparación debe alcanzar uno o más de los objetivos siguientes: • prevenir el ingreso de los elementos que generan la corrosión tales como humedad, cloruros y bióxido de carbono. • recuperar la integridad estructural del elemento restaurando o aumentando tu resistencia y rigidez. • mejorar la durabilidad. • mejorar la apariencia de la superficie del concreto. Si las reparaciones son simples, el dueño puede contratar directamente las reparaciones y la ayuda del consultor puede no ser requerida. Si las reparaciones son complejas, el consultor debe participar de la inspección y supervisión de la obra de reparación. Realizar las reparaciones Una vez que se hayan elaborado las especificaciones y los documentos del contrato, el dueño convoca a una licitación para realizar las reparaciones especificadas. Los contratistas deben necesariamente estar precalificados, es decir, solamente los contratistas que tienen experiencia en trabajos de reparación de un alcance y de un tipo similares deben proporcionar ofertas. 4. CRITERIOS GENERALES SOBRE INTERVENCION ESTRUCTURAL Un diagnóstico adecuado y completo será aquel que esclarezca todos los aspectos del problema, o sea: 4.1 SINTOMAS Los problemas patológicos, salvo raras excepciones, presentan manifestaciones externas características, a partir de las cuales se puede deducir cual es la naturaleza, el origen y los mecanismos de los fenómenos involucrados, así como estimar sus probables consecuencias. Estos síntomas, también denominados lesiones, daños, defectos o manifestaciones patológicas, pueden ser descritos y clasificados, orientando un primer diagnóstico, a partir de detalladas y experimentadas observaciones visuales. Los síntomas más comunes, de mayor incidencia en el concreto son las fisuras, las eflorescencias, las flechas excesivas, las manchas en el concreto arquitectónico, la corrosión de las armaduras, las oquedades superficiales o cucarachas del vertido, o sea segregación de los materiales constituyentes del concreto. En la Figura 1, observamos que ciertas manifestaciones tienen elevada incidencia -como las manchas superficiales - sin embargo, desde el punto de vista de las 17

consecuencias con relación al comprometimiento estructural y al costo de corrección del problema, una fisura de flexión o la de corrosión de las armaduras pueden ser más significativas y más graves que otras. D D □ D D D
1 - Degradación química 2 - Flechas 3 - Oquedades 4 - Corrosión de armaduras 5 - Fisuras activas o pasivas 6 - Manchas Superficiales Figura 1. Distribución relativa de la incidencia de las manifestaciones patológicas en estructuras de concreto arquitectónico. 4. 2 MECANISMO Todo problema patológico, llamado en lenguaje jurídico de vicio oculto o vicio de construcción o daño oculto, ocurre a través de un proceso, de un mecanismo. Por ejemplo: la corrosión de las armaduras en el concreto es un fenómeno de naturaleza electroquímica, que puede ser acelerado por la presencia de agentes agresivos externos, del ambiente, o internos, incorporados al concreto. 4.3 ORIGEN El proceso de construcción y uso puede ser dividido en cinco grandes etapas: planeamiento, proyecto, fabricación de materiales y elementos fuera de la obra, ejecución propiamente dicha a pie de obra, y uso; esta última etapa más larga en el tiempo, involucra la operación y mantenimiento de las obras civiles conforme se presenta en la Figura 3. Si por un lado las cuatro primeras etapas representan un período de tiempo relativamente corto - en general menos de dos años - por otro lado, las construcciones deben ser utilizadas durante períodos largos - en general más de cincuenta años para edificaciones y más de doscientos para presas y obras de arte de importancia social. Los problemas patológicos sólo se manifiestan durante la construcción o después de la ejecución propiamente dicha, última etapa de la fase de producción. Normalmente ocurren con mayor incidencia en la etapa de uso. Ciertos problemas como por ejemplo los resultantes de las reacciones álcali-árido, sólo aparecen con intensidad después de más de seis años. Hay casos de corrosión de armaduras en losas de entrepisos de apartamentos que se manifestaron intensamente inclusive con el colapso parcial, solamente después de trece años de uso del edificio.18

Cjtniun
Figura 3. Etapas de producción y uso de las obras civiles Un diagnóstico adecuado del problema debe indicar en que etapa del proceso constructivo tuvo origen el fenómeno. Por ejemplo, una fisura de momento flector en vigas, tanto pudo ser por un diseño inadecuado, como por la calidad inferior del acero usado; tanto por la mala ejecución con un concreto de resistencia inadecuada, como por la mala utilización que se hace del elemento, con la colocación sobre la viga, de cargas mayores a las previstas inicialmente. Para cada origen del problema existe la terapia más adecuada, aunque el fenómeno y los síntomas puedan ser los mismos. Cabe resaltar que la identificación del origen del problema permite también identificar, para fines judiciales, quién cometió la falla. Así, si el problema tuvo origen en la fase de proyecto, el proyectista falló; cuando el origen está en la calidad del material, fue el fabricante quien falló; si en la etapa de ejecución, se trata de falla de la mano de obra y la fiscalización o la constructora fueron omisas; si en la etapa de uso, la falla es de operación y manutención. Un elevado porcentaje de las manifestaciones patológicas tiene origen en las etapas de planeamiento y proyecto, como se muestra esquemáticamente en la Figura 4. Las fallas de planeamiento y proyecto son en general más graves que las fallas de calidad de los materiales o de mala ejecución. Es siempre preferible invertir más tiempo en el detallamiento del diseño de la estructura, que por falta de previsión, tomar decisiones apresuradas y adaptadas durante la ejecución. Puesto que no existen datos nacionales disponibles sobre las causas de las fallas de estructuras de concreto revisaremos los resultados del análisis de fallas en otros países. Francia La información disponible de los expedientes de las Compañías de Seguro sobre la naturaleza y costo de defectos en edificios revela 37 por ciento de defectos ocurrió en diseño 51 por ciento en la construcción 12 por ciento de debido a otros 19 Fábncanta de A&#nakfD

España El centro de investigación tecnológico, LABEIN, investigó las patologías de los puentes de la región de Vizcaya. 510 puentes fueron examinados, incluyendo 352 puentes de concreto que requirieron reparaciones, las causas del daños por orden de importancia eran: • logro incorrecto del proyecto • carencia de mantenimiento • errores del proyecto. Suiza La información disponible en 800 fallas demostró lo siguiente: • 37 por ciento de defectos ocurrieron en diseño. • 39 por ciento de defectos eran atribuibles al contratista. • 8 por ciento al arquitecto. • 16 por ciento de debido a otros. USA La encuesta sobre ACI de fallas en la construcción de estructuras de concreto en Norteamérica reveló: 57 por ciento de defectos ocurrieron en diseño. 50 por ciento en la construcción.
20 El total de 107 por ciento es debido a los errores múltiples con las mismas faltas. Figura 4. Origen de los problemas patológicos con relación a las etapas de producción y uso de las obras civiles

ETAPAS EN LA VIDA DE UNA EDIFICACIÓN
PLANEAMIENTO DEL PROYECTO ANÁLISIS Y DISEÑO -SUELOS -MATERIALES -ANÁLISIS -NORMAS -M. AMBIENTE -USO
APROPIADO CONSTRUCCIÓN DURABLE
-MAYORES S/C -CAMBIO USO -AMB. AGRESIVO INAPROPTADO POSIBILIDAD DE FALLA (4) Figura 5. Etapas en la vida de una edificación. 4.4 CAUSAS Los agentes causantes de los problemas patológicos pueden ser varios: cargas, variaciones de humedad, variaciones térmicas intrínsecas y extrínsecas al concreto, agentes biológicos, incompatibilidad de materiales, agentes atmosféricos y otros. En el caso de una fisura en viga por la acción de momentos flectores, el agente causante es la carga - si no hubiera carga, no habría fisura - cualquiera que fuera el origen del problema. En el caso de fisuras verticales en vigas pueden ser los agentes causantes tanto las variaciones de humedad - retracción hidráulica por falta de curado. -PLANOS -M. de O. -INSPECCIÓN -SUPERVISIÓN

- como gradientes térmicos resultantes del calor de hidratación del cemento, o movimientos térmicos resultantes de variaciones diarias y anuales de la temperatura ambiente. Evidentemente, a cada causa corresponderá una terapia más adecuada y más duradera. 4.5 CONSECUENCIAS Y OPORTUNIDAD DE LA INTERVENCIÓN Un buen diagnóstico se completa con algunas consideraciones sobre las consecuencias del problema en el comportamiento general de la estructura, o sea, un pronóstico de la cuestión. De forma general acostumbrase a separar las consideraciones en dos tipos: las que afectan las condiciones de seguridad de la estructura (asociadas al estado límite último) y las que componen las condiciones de higiene, estética, etc., o sea, las denominadas condiciones de servicio y funcionamiento de la edificación (asociadas a los estados límites de utilización. En general los problemas patológicos son evolutivos y tienden a agravarse al transcurrir el tiempo, además de arrastrar otros problemas asociados al problema inicial. Por ejemplo: una fisura de momento flector puede dar origen a la corrosión de las armaduras; flechas excesivas en vigas y losas pueden conducir a fisuras en paredes y deformaciones en pisos rígidos apoyados sobre elementos flexionados. Corrosión de armaduras por acción de cloruros en puente viario (Mongagua, Brasil) Se puede afirmar que las correcciones serán más durables, más efectivas, más fáciles de ejecutar y mucho más económicas, cuanto antes fuera ejecutado la intervención. La demostración más expresiva de esta afirmación es la llamada ―ley de Sitter‖ que prevé los costos crecientes según una progresión geométrica. Dividiendo las etapas constructivas y de uso en cuatro períodos, correspondientes al de diseño, al de ejecución propiamente dicha, al del mantenimiento preventivo 22 Rehabilitación de estructura de concreto dañada por corrosión de armadura debido a la carbonatación (Sao Paulo, Brasil)

efectuado antes de los cinco primeros años, y al del mantenimiento correctivo efectuado posterior al surgimiento de los problemas, a cada uno corresponderá un costo que sigue una progresión geométrica de razón cinco, conforme presentado en la Figura 6. Figura 6. Ley de evolución de los costos, ley de Sitter (Sitter, 1984 CEB RILEM) Una interpretación adecuada de cada uno de estos períodos o etapas de obra puede ser la que sigue: Proyecto: toda medida tomada en el ámbito de diseño con el objetivo de aumentar la protección y durabilidad de la estructura, por ejemplo, aumentar el espesor del recubrimiento de la armadura, reducir la relación agua / cemento del concreto, especificar tratamientos protectores superficiales, escoger detalles constructivos adecuados, especificar cementos, aditivos y adiciones con características especiales y otras, implica un costo que podemos asociar al número 1 (uno). Ejecución: toda medida fuera del proyecto, tomada durante la ejecución propiamente dicha, incluyendo en ese período la obra recién construida, implica un costo 5 (cinco) veces superior al costo que se hubiese ocasionado si esta medida hubiera sido tomada en el ámbito de diseño, para lograr el mismo ―grado‖ de protección y durabilidad de la estructura. Un ejemplo típico sería la decisión en obra de reducir la relación agua / cemento para aumentar la durabilidad del concreto y la protección de las armaduras. La misma medida tomada durante el proyecto permitiría el redimensionamiento automático de la estructura, considerando un concreto de resistencia a compresión más elevada, de menor módulo de deformación, de menor deformación lenta y de mayores resistencias a bajas edades. Estas nuevas características del concreto traerían la reducción de las dimensiones de los elementos estructurales, ahorros en encofrados, reducción de cuantía de acero, reducción de volúmenes y peso propio, etc. Esta medida tomada en obra, a pesar de ser eficaz y oportuna desde el punto de vista de la durabilidad, ya no propicia alteraciones que mejoren los elementos estructurales que fueron antes definidos en el diseño estructural y por lo tanto puede representar un costo 5 veces mayor. Mantenimiento preventivo: toda medida tomada con antelación y previsión, durante el periodo de uso y mantenimiento de la estructura, puede ser asociada a un costo 5 (cinco) veces menor que aquel necesario para la corrección de los problemas generados a partir de una intervención no prevista tomada ante una manifestación explícita e irreversible de patología. Al mismo tiempo estará asociada a un costo 25 (veinticinco) veces superior a aquel que habría ocasionado una decisión de proyecto para la obtención del mismo ―grado‖ de protección y durabilidad de la estructura. Como ejemplo puede ser citado la eliminación del moho ácido y la limpieza de la fachada, estucamiento y reestucamiento de las superficies a vista, pinturas con barnices 23

hidrofugantes, renovación y construcción de ―brise soleil‖, goteras, pretiles y otras medidas de protección. Mantenimiento correctivo: corresponde a los trabajos de diagnóstico, pronóstico, reparación y protección de las estructuras que ya presentan manifestaciones patológicas, o sea, corrección de problemas evidentes. A estas actividades se les puede asociar un costo 125 (ciento y veinticinco) veces superior al costo de las medidas que podrían haber sido tomadas en el ámbito de proyecto y que redundarían en un mismo ―grado‖ de protección y durabilidad que se estime de la obra a partir de la corrección. Según SITTER, colaborador del fib (CEB-FIP), autor de esta ley de costos tan ampliamente citada en bibliografías específicas del área, aplazar una intervención significa aumentar los costos directos en progresión geométrica de razón 5 (cinco), lo que torna aún más actual el conocido refrán popular ―no dejes para mañana lo que puedes hacer hoy‖, por cinco a ciento y veinte cinco veces menos. 4.6 TERAPIA Las medidas terapéuticas de corrección de los problemas pueden tanto incluir pequeñas reparaciones localizadas, como una recuperación generalizada de la estructura, o refuerzos de los cimientos, columnas, vigas o losas. Es siempre recomendable, que después de cualquiera de las intervenciones citadas, sean tomadas medidas de protección de la estructura, con la implantación de un programa de mantenimiento periódico. Este programa de mantenimiento debe tener en cuenta la vida útil prevista, la agresividad de las condiciones ambientales de exposición y la naturaleza de los materiales, y medidas protectoras adoptadas. 4.7 PROCEDIMIENTO La selección de los materiales y la técnica de corrección a ser empleada dependen del diagnóstico del problema, de las características de la zona a ser corregida y de las exigencias de funcionamiento del elemento que va a ser objeto de la corrección. Por ejemplo: en los casos de los elementos estructurales que necesitan ser colocados en carga después de algunas horas de la corrección puede ser necesario y conveniente, utilizar sistemas de base epoxi o poliéster. En los casos de plazos algo más prolongados (días), pudiera ser conveniente utilizar morteros y grauting de base mineral, y en condiciones normales de solicitación (después de veintiocho días) los materiales podrían ser morteros y concretos correctamente dosificados. 4.8 PROYECTO O DISEÑO DETALLADO DE LA INTERVENCIÓN Se considera que el proyecto o el diseño detallado de una intervención es la principal clave de suceso de una rehabilitación de estructuras de concreto. 4.9 MATERIALES DE REPARACIÓN Y SISTEMA DE PROTECCIÓN Podrá ser empleado cualquier material dentro de aquellos disponibles en el mercado, a pesar que las características especificadas en este proyecto correspondan a productos ya consagrados por el medio técnico y con eficacia comprobada en condiciones semejantes de aplicación y exposición. La calidad de los materiales y 24

sistemas es de responsabilidad de los fabricantes y proveedores que deben garantirla formalmente. Para cada material y sistema son abordados los siguientes tópicos principales: Especificaciones técnicas: Se hace una descripción sucinta del material, presentando-se la composición básica y estableciéndose requisitos mínimos de caracterización y desempeño. Control de recepción: Se definen los parámetros y ensayos para control de recepción de los materiales, estableciéndose los criterios de aceptación/devolución, tamaño de los lotes y formas de muestreo Acopio: Se indican los cuidados que deben ser tomados en el acopio de los materiales. Cuidados en el manejo, mezcla y preparación: Son descriptos los procedimientos que deben ser tomados durante el manejo, mezcla y preparación de los materiales, visando la obtención de sus mejores características por la obediencia de los aspectos funcionales y de seguridad. Referencias: - Manual de Rehabilitación de Estructuras de Hormigón . Reparación, refuerzo y Protección-Editores: Paulo Helene, Fernanda Pereyra - Procedural sequence in the repair of buildings for Noel P. Mailvaganam and Tony Alexander. - ACI 364.1R-93 Guía para Evaluación de Estructuras de Concreto antes de su Rehabilitación. - ACI 437R-03 Evaluación de la Resistencia de Estructuras de Concreto. - ACI 224.1R Causas, Evaluación y Reparación de Grietas en Estructuras de Concreto. - ACI 546R-04 Guía para la Reparación de Estructuras de Concreto. - Reglamento Nacional de Edificaciones Norma E - 0.30 Diseño Sismorresistente (capítulo VII, artículo 24) - Reglamento Nacional de Edificaciones Norma E - 0.60 (Capitulo 3, Artículo 4) 25

5. ACCIONES SOBRE LAS ESTRUCTURAS A continuación se presentaran acciones sobre las estructuras a excepción de las acciones sísmicas que se verán en el acápite 7. 5.1 TIPOS DE FALLAS EN ELEMENTOS A. En columnas a) Aplastamiento Estas son las causas más frecuentes por la que aparece aplastamiento en columnas: 1. Exceso de carga. 2. Sección insuficiente. 3. Concreto de baja resistencia 4. Armadura insuficiente. 5. Estribos muy separados o incorrectos. 6. Aplastamiento en columnas b) Rotura por flexión Estas son las causas más frecuentes por la que aparecen fisuras de flexión en columnas: 1. Concreto deficiente. 2. Armadura insuficiente. 3. Omisión de anclajes en columnas de los últimos pisos 4. Asiento en la cimentación. 5. Mayores solicitaciones que las consideradas. 6. Empuje horizontal del sismo, no previsto. 7. Hinchamiento del terreno por expansividad. 26

Rotura por flexión c) Rotura por tracción. Se indican las causas que originan la falla por tracción: 1. Asiento de la cimentación. 2. Zapatas de menor dimensión que la requerida. 3. Cimientos sobre relleno en ladera. 4. Excavación en terreno adyacente a una cota inferior a la cimentación existente.27

d) Falla por cortante Casos en que las columnas pueden estar sometidas a esfuerzos cortantes elevados: 1. En columnas extremas con poca altura que arrancan de la cimentación y le acometen vigas de grandes luces que le ocasionan fuertes momentos y cortantes. Igualmente sucede en las columnas cortas que arrancan de muros de contención, por estar embebidos en ellos. 2. En columnas sometidas a empujes horizontales, como puede ser empujes de tierra y especialmente de sismo. 3. En columnas de edificaciones situadas en laderas cuando se produce un deslizamiento de tierra. 4. En casos mas aislados, también puede ocurrir que la rotura de cortante sea debido a excesiva compresiones. e) Corrosión de la armadura Las causas más frecuentes que favorecen la corrosión en columnas son: 1. Concreto con escaso vibrado y gran número de poros. 2. Concreto muy fluido con gran número de poros capilares. 3. Armadura con escaso recubrimiento. 4. Columnas ubicadas en ambientes agresivos. 5. Columnas de estanques donde varia su estado (húmedo a seco y viceversa). 28

f) Desagregación del concreto Productos químicos que atacan al concreto y lo desagregan: 1. El ácido láctico, derivado de las industrias lácteas, lo ataca fuertemente. 2. La salmuera, que se utiliza en la industria de la aceituna para su conservación. 3. La glucosa. 4. El azufre que se encuentra en las aguas residuales.
Segregación, mala calidad de concreto B. En Ménsulas a) Rotura por flexión. Las causas de la falla por flexión en ménsulas son: 1. Armadura de flexión insuficiente. 2. Escasa longitud de anclaje. 29

b) Aplastamiento del concreto Las causas de la falla por aplastamiento en ménsulas son: 1. Sección insuficiente para soportar la carga. 2. Cuantía de acero muy elevada.
c) Rotura por cortante Las causas de la falla por cortante en ménsulas son: 1. Estribos muy separados. d) Rotura por tracción Las causas de la falla por tracción en ménsulas son: 1. Insuficiente acero de refuerzo. 30

C. En Vigas a) Falla por flexión Las causas que originan una falla por flexión son las siguientes: 1. Armadura insuficiente o mal situada (se puede haber colocado menor número de barras o de inferior diámetro). 2. Omisión de anclaje en vigas extremas o escasa longitud de anclaje. 3. Sección insuficiente (se debe comprobar en obra sus dimensiones). 4. Sobrecarga excesiva. 5. Concreto de menor resistencia. 6. Desencofrado prematuro o incorrecto. 7. Mayor luz de la considerada en el cálculo. b) Falla por cortante Las causas que originan una falla por cortante son las siguientes: 1. Mayor carga de la prevista. 2. Menor resistencia del concreto. 3. Sección insuficiente de la viga. 4. Armadura transversal insuficiente. 5. Colocación de estribos con menor diámetro o muy separados. 6. Colocar estribos sin cerrar o con escasa longitud de anclaje. 7. Calcular a cortante vigas muy anchas, cuando lo que se produce son punzonamientos. 8. 31

Las causas que producen el fallo por torsión: 1. Sección insuficiente del elemento. 2. Armadura longitudinal y transversal insuficiente. 3. Estribos con escasa longitud de anclaje. 4. Mayor torsor del previsto. 5. Concreto de menor resistencia. 32

d) Aplastamiento del concreto Las causas que pueden producir el fallo por aplastamiento del concreto en una viga: 1. Sección insuficiente con cuantías muy elevadas de armaduras en zona de tracción. 2. Concreto de menor resistencia con abundante armadura en la zona traccionada. 3. Calculo deficiente. 4. Exceso de carga.
e) Corrosión de la armadura. Las causas mas frecuentes que motivan la corrosión de la armadura de las vigas son: 1. Utilización de agua o agregados inadecuados. 2. Concreto con aditivos inadecuados que atacan la armadura. 3. Concretos muy fluidos que dejan gran numero de poros al evaporarse el agua que contienen. 4. Concreto con escaso vibrado y gran número de poros o mal curado. 5. Armadura con escaso recubrimiento por omisión de separadores, quedando las barras en contacto con el encofrado, esto es más acentuado en el centro de la luz de la viga. 6. Vigas situadas en ambientes agresivos, cercanos al mar. 7. Vigas de forjados sanitarios en las que no se han colocado rejillas para ventilación cruzada, o las situadas en el interior de bodegas o depósitos donde existe bastante humedad.
33

f) Concreto de menor resistencia en viga Por la disminución de resistencia del concreto también pueden suceder los siguientes daños: 1. Rotura en las zonas de flexión porque la sección de la armadura es ahora insuficiente. 2. Aplastamiento del hormigón en las zonas más comprimidas. 3. Menor adherencia de la armadura. 4. Mayor peligro de corrosión. Deflexiones Excesivas: 34

5.2 ASENTAMIENTOS DEL TERRENO
Referencias: Diagnosis y causas en patología de la edificación, Manuel Muñoz Hidalgo, Madrid 1994. 35

5.4 CORROSION Definición de corrosión (Norma ISO 8044): ―Interacción * físico-química entre un metal y el medio que lo rodea, implicando modificaciones en las propiedades del metal y, a menudo, una degradación de las funciones del metal, del medio o del sistema técnico constituido por ambos factores‖ *Generalmente, de naturaleza electroquímica. Aspectos que afectan la corrosión del acero de refuerzo > Electroquímicos (termodinámicos —> tendencia, cinéticos —> velocidad) > Metalúrgicos (defectos cristalinos, macrodefectos, efectos de composición química, T.T., etc) > Mecánicos (estáticos y dinámicos)
> Otros (biológicos, químicos, físicos, eléctricos, etc.) Corrosión del concreto (materiales no metálicos) > Mecanismo químico 37

Celda de corrosión electroquímica en el concreto armado Desde hace más de un siglo se conoce que el acero embebido en los materiales de construcción a base de cemento se encuentra en estado pasivo y que tal tipo de estructuras tienen, por lo tanto, una durabilidad prácticamente ilimitada. Sin embargo, en circunstancias excepcionales, debido a la ignorancia o incorrecta aplicación de los conocimientos ya existentes, se produce la corrosión de los refuerzos en estado activo, limitando drásticamente la durabilidad de las estructuras. La consecuencia es que, sorprendentemente, persisten una serie de cuestiones muy importantes que siguen planteando controversias entre los ―especialistas‖ en el sector de construcción, que se tratan de sintetizar en una que las englobe a todas, la siguiente: ¿Se pueden repasivar las estructuras ya corroídas? Importancia de la corrosión en el sector de la construcción y enumeración de algunas cuestiones conflictivas Frecuentemente se han promocionado las estructuras de concreto armado como construcciones con una vida en servido ilimitada y con mínimas exigencias de mantenimiento. Sin embargo, en ciertas circunstancias especialmente desfavorables, esto deja de ser cierto, pues existen algunos factores de corrosión capaces de despasivar al acero embebido en el concreto, dando lugar a velocidades de corrosión que pueden plantear serios daños en pocos años. Es el caso de los tableros de puentes contaminados con sales de deshielo, de las plataformas offshore, o de las estructuras expuestas a climas cálidos en ambientes marinos, como las del Golfo Arábigo. En estas condiciones los deterioros conducen a la adopción de medidas preventivas, de costosas reparaciones, o incluso a la demolición, en pocos años, dependiendo de que se hayan realizado inspecciones a tiempo, a destiempo, o excesivamente tarde. Cuando los daños afectan a una parte importante de la estructura, el procedimiento convencional de reparación implica la eliminación del concreto carbonatado o contaminado con cloruros hasta detrás de las armaduras, la limpieza de éstas en todo su perímetro, el reemplazamiento de concreto afectado y, frecuentemente, la aplicación de algún tipo de protección que evite nuevas reparaciones. El proceso es 38 > Mecanismo microbiológico > Otros (físicos)

muy caro y nocivo para los trabajadores y para el entorno ambiental. Agrava la magnitud del problema, la importancia técnica, económica y social del sector de la construcción, uno de los que más contribuye a establecer el nivel de bienestar de una sociedad. Por ejemplo los costos anuales en España debido a la corrosión en el sector de la construcción son de 200.000 millones de pesetas (1.202 millones de euros). La situación dista mucho de ser satisfactoria. Contribuye a ello el hecho de que a pesar de las enormes cantidades de trabajo y de dinero dedicadas al estudio de la corrosión de los refuerzos embebidos en materiales a base de cemento y a la búsqueda de soluciones adecuadas, permanezcan aún como objeto de controversia cuestiones muy importantes para adoptar decisiones. Paradójicamente, a menudo tales cuestiones son elementales y deberían desaparecer si se hiciera un uso correcto de los conocimientos ya adquiridos. Se pretende proponer respuestas adecuadas a algunas de estas cuestiones. Concretamente a las siguientes: > ¿Es posible detener una corrosión ya iniciada? > ¿Se pueden repasivar las estructuras de concreto ya corroídas? > ¿Son eficaces los Métodos Electroquímicos de Rehabilitación (MER) de las estructuras de concreto; cuándo? > ¿Existe una relación entre el grado de precorrosión de las armaduras y su posibilidad de repasivación? > ¿Es suficiente eliminar las causas de la corrosión para detener el ataque en las estructuras ya corroídas? > ¿Pueden considerarse los MER como un Fin en si mismos? > ¿Puede una simple medida de potenciales determinar el estado activo o pasivo de las armaduras? > ¿Tienen el mismo significado las velocidades de corrosión medidas antes y después de aplicar los MER? > ¿Siguen siendo los cloruros necesarios para continuar una corrosión ya iniciada? La corrosión de las armaduras genera productos voluminosos que desarrollan grandes tensiones de tracción en los recubrimientos, provocando manchas de óxido, fisuras y grietas, desprendimientos, pérdida de sección de los refuerzos y de la adherencia entre ellos y el material cementicio. Esto explica que, también hoy, se estén construyendo estructuras de concreto que habrá que reparar o demoler en 10-20 años. 39

Procesos clásicos de corrosión A. Proceso de carbonatación: Si se trata de reparar una estructura que ha sufrido daños por corrosión, lo que se determina fácilmente porque la fisuración producida va siguiendo la ubicación de las armaduras de refuerzo, produciendo a veces la delaminación de superficies de recubrimiento de las armaduras, debe establecerse si se ha producido la carbonatación del concreto y cual es su profundidad de avance. El concreto protege naturalmente al acero de refuerzo porque lo envuelve en un ambiente alcalino con un pH entre 12 a 14 y forma una capa pasivante, recubierto por una capa de óxidos transparentes, compacta y continua que lo mantiene inalterado por tiempo indefinido y que impide que se presente la corrosión. Sin embargo, el dióxido de carbono del aire penetra a través de la red de poros del concreto y produce reacciones químicas con el cemento y una reducción del valor del pH del concreto, lo que constituye el proceso de carbonatación. Cuando el pH desciende a valores del orden de 8, el concreto de recubrimiento deja de proteger a las armaduras y se puede iniciar un proceso de corrosión. La medida de la carbonatación se hace picando en seco el concreto de recubrimiento en la zona que se esta investigando. Se pulveriza la zona con una solución de fenoltaleína al 1% en alcohol etílico y se espera un momento a que tome un color definido. Para valores superiores a 9.5 toma un color rojo púrpura y para valores inferiores a 8 es incolora. De esta manera visualmente se aprecia la profundidad de la capa carbonatada. La manera de reparar estas zonas es eliminando el concreto de recubrimiento que este carbonatado, reemplazando las armaduras que sean necesarias por pérdida del área debido a la corrosión y volviendo a aplicar un nuevo concreto o mortero de recubrimiento. La experiencia de la aplicación de estos tratamientos muestra que esto es una solución de duración limitada, y que en muchos casos entre 5 ó 10 años después se vuelve a presentar el problema de corrosión. Por esta razón puede ser conveniente considerar la aplicación de inhibidores de la corrosión, que son productos que se aplican en la superficie del concreto y penetran hasta el nivel de las armaduras aumentando el pH alrededor de ellas, inclusive en presencia de cloruros, recuperando de esta manera su capa pasivante. 40 Efecto de la Carbonatación Edificio cerca de la plaza de armas de Iquitos del concreto

B. Presencia de sales y cloruros en la masa de concreto: Acción de iones despasivantes: el Ion Cloruro Principal efecto: ataque localizado de película pasivante por iones Cl- ―libres‖. Se requiere concentración mínima (―critica‖). Gran exceso de Cl- : corrosión generalizada.
Valor crítico de iones cloruro en concreto reforzado: PAÍS NORMA LIMITE MAX. DE cr REFERIDO USA ACIJIH áa 04596 «Támbame ele Cl rpmenro ■ USA ÁC1316 < a 0.3% en ambiente nomut cemento USA AQ31S á a 19i en ambiente SETO cemento INGLATERRA CP-110 é a ¡¿5% n'. menos en un %% cemento AUSTRALIA AS&DO < M.m, cemento NORUEGA NSJ474 < al U% cemento cemento ESPAÑA EH91 < al 0.43"^ EUROPA EURQCODIG02 i al 0.22% cemento JAPOK JSCE-SP2 í alCiKg/mJ Hormigón BRASJl NBRÍ11S Sal 0.05% 3glÍ3 Perú (Norma E60) < 0.10% (cemento) si va estar expuesto a cloruros, < 0.02% (concreto). Referencias: -Reparación y refuerzo de edificaciones - Luis Zegarra C. -La corrosión del concreto armado – Isabel Díaz Tang – Instituto de Corrosión y Protección (ICP-PUCP) -Posibilidades de repasivación de las estructuras corroídas de hormigón armado - José Antonio González (Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas, CENIM-España), 41

Juana María Miranda (Instituto de Metalurgia –uaslp - España), Alfonso Cobo (Escuela Universitaria de Arquitectura Técnica de Madrid) 5.5 CAMBIOS DE TEMPERATURA Y HUMEDAD Para realizar el análisis del efecto de los cambios de temperatura y/o humedad sobre el concreto endurecido, es necesario acotar el enfoque a los rangos habituales que pueden presentarse, excluyendo situaciones excepcionales como puede ser un incendio y la acción de heladas. Estos casos se tratan en forma separada. Analizaremos los cambios térmicos en el rango -3 °C a + 70 °C y las variaciones en el contenido de humedad por procesos de mojado / secado al aire. Lo que particularmente interesa conocer es la influencia de los cambios térmicos invierno-verano y día-noche y los efectos de los procesos de secado y los ciclos de humedecimiento-secado sobre la estabilidad volumétrica y la posibilidad de fisuración. También se hará mención al caso de los concretos masivos. La razón de analizar en forma conjunta estos dos fenómenos es que en situaciones reales se producen gradientes de humedad y/o temperatura marcadamente no lineales, cuyo tratamiento analítico y conceptual es similar. Efectos de los cambios en la temperatura y el contenido de humedad sobre la estabilidad volumétrica. Los cambios de temperatura ocasionan variaciones de volumen, en forma similar a lo que ocurre con cualquier sólido, es decir, se dilata cuando se calienta y se contrae cuando se enfría. Algo similar ocurre con los cambios en el contenido de humedad: el concreto se ―hincha‖ cuando se humedece y se contrae a medida que se seca. En primera instancia, considerando que estos fenómenos se manifiestan en forma homogénea en toda la sección, sólo aparecerán tensiones si los vínculos, externos o internos, impiden la libre deformación, tal como se ilustra esquemáticamente en Figura 1. Como vínculos externos se pueden citar otros elementos estructurales vinculados, la fricción (en el caso de losas apoyadas sobre el piso), apoyos fijos, etc. y como interno, la presencia de barras de armadura, cambios bruscos de sección, etc. Agrietamientos o fisuramientos de las estructuras La morfología de las fisuras es simple, son aproximadamente paralelas entre sí, sin entrecruzamientos y se orientan perpendiculares a la tensión principal de tracción. Dado que el hormigón se seca lentamente, este tipo de fisuras no aparece sino después de varias semanas o incluso meses. Siendo el hormigón mucho menos resistente a la tracción que a la compresión, es evidente que interesa más evaluar las contracciones que las dilataciones, pues es raro que un elemento falle porque su dilatación ha provocado la aparición de tensiones de compresión excesivas. 42

Figura 1 Fisuración por efecto de la contracción impedida Prácticamente no hay recursos para evitar la contracción del hormigón, solo puede minimizarse, por lo tanto si el hormigón está limitado en su contracción, la ausencia total de fisuras es prácticamente imposible. Con el objeto de aliviar estas tensiones y evitar la aparición de fisuras, usualmente se diseñan juntas (de contracción o de dilatación) espaciadas convenientemente. Aserrado de una junta Sin embargo, en muchas circunstancias puede generarse la fisuración sin que intervengan vínculos aparentes. Esto ocurre cuando la distribución de humedad o temperatura no es uniforme en el elemento, existen gradientes marcadamente no lineales y se generan tensiones que pueden exceder la capacidad de deformación y la resistencia a la tracción del material. La distribución ―no lineal‖ de temperatura o humedad introduce mayores diferencias en las deformaciones de capas adyacentes cercanas a la superficie, constituyendo una causa potencial de fisuras, aun cuando el análisis de las condiciones ―promedio‖ no indiquen condiciones de riesgo. 43

Es muy común observar un ―mapeo‖ o ―cuarteado‖ de superficies de concreto, en las que el ancho de fisuras es muy pequeño pero abarcan prácticamente toda la superficie. Este defecto puede manifestarse cuando el hormigón se ―seca‖ muy rápido (tiempo seco y ventoso) o cuando se ―enfría‖ muy rápido (retiro del encofrado en tiempo frío). Otra situación que puede darse con cierta frecuencia es que un elemento estructural sea de sección variable. Una vez que se desmolda, las partes delgadas se secan más rápido que las partes gruesas, contrayéndose antes. Las partes gruesas constituyen un vínculo interno y se pueden originar fisuras que arrancan justamente en el encuentro entre las partes gruesas y delgadas. En una sección como la que se esquematiza en la Figura 2, el ala se seca más rápido que el alma, contrayéndose. El alma actúa como vínculo ―interno‖, provocando fisuras en el ala, que arrancan desde el alma. Figura 2. Fisuras en elemento estructural de sección variable Un efecto similar ocurre cuando se desmolda un elemento de hormigón y hay una gran diferencia entre la temperatura del hormigón y la del aire (hormigón caliente y aire frío). La superficie expuesta del hormigón se enfría rápidamente, contrayéndose y la parte interna no, imponiéndole consecuentemente una restricción a la libre deformación. Esto genera tensiones de tracción sobre el hormigón externo que pueden generar una fisuración superficial con aspecto de mapeo. Un caso particular y sobre el que hay mucha bibliografía es el del ―hormigón masivo‖, armado, y en cuyo caso el control de las causas de fisuración suele ser un tema crítico. El problema puede resumirse en forma sencilla como sigue: los grandes volúmenes de hormigón tienen gran dificultad para disipar el calor, por lo que la temperatura aumenta a causa del calor generado en las reacciones de hidratación del cemento. La condición final de equilibrio térmico podría asociarse a la temperatura 44

media anual. En el proceso de enfriamiento se pueden producir tensiones, tanto por vínculos externos o internos, que fisuran el concreto. Con este objetivo pueden adoptarse distintas acciones: reducir al máximo el contenido de cemento, emplear un cemento de bajo calor de hidratación, reducir la temperatura de colocación del hormigón o, incluso, emplear técnicas de post-enfriado. En estructuras cuya menor dimensión supera los 70-80 cm., deberían contemplarse estos fenómenos, aunque si existe armadura, ésta puede diseñarse además para el control del ancho de las fisuras, mejorando aún más la solución del problema. Fisuras por enfriamiento prematuro y con- Fisuras por contracción impedida de origen tracción por secado de una losa térmico de un muro Fisuras o grietas por acción de la variación térmica ambiental (estacional y diaria) • Losas • Marquesinas • pared-cortina Diagnóstico: • Variación de temperaturas • Contracción y dilatación volumétrica • Generación de esfuerzos de tracción • Formación de fisuras activas Pronóstico: • Propagación de las fisuras • Disminución del camino de los agentes agresivos hasta las armaduras o partes más internas del hormigón • Carbonatación , deterioro del hormigón y corrosión de las armaduras 45

Actuaciones correctivas: • Aislamiento térmico del elemento fisurado • Uso simultáneo de: o técnica de inyección de fisuras o proyecto de junta de dilatación con mastiques/ sellantes Fisuración debido al cambio térmico ambiental • Pórticos (vigas, losas, columnas). (Emmons, P Diagnóstico: • Gradiente de temperatura interno y externo • Dilatación del elemento que está expuesto (coeficiente de dilatación térmica del hormigón 9x10-6 m/m/oC) • Fisuración de los elementos que no se dilatan con el aumento de temperatura Pronóstico: • Dilatación de los elementos sujetos al aumento de la temperatura • Fisuración de los elementos que restringen el aumento de la dilatación • Carbonatación, deterioro del hormigón • corrosión de armaduras • colapso parcial o total de la estructura Actuaciones correctivas: • Aislamiento térmico del elemento sujeto a variación térmica o Sellamiento de fisuras 46

Fisuración por retracción hidráulica y térmica • Vigas • Losas • Columnas • Paredes-cortina Diagnóstico: • Alta relación agua/cemento; • Alto calor de hidratación; • Exceso de vibración; • Cura mal hecha; • Disminución del volumen del hormigón; • Surgimento de fisuras que atraviesan el elemento. Pronóstico: • Aumento de la porosidad • Transporte de agentes agresivos • Carbonatación • Corrosión de las armaduras • Colapso de la estructura Actuaciones correctivas: • Analizar la actividad de las fisuras y clasificarlas como activas o pasivas; • Eliminar cuidadosamente el hormigón comprometido, limpiando bien la superficie • Efectuar protección térmica conveniente; • Técnicas de inyección o sellantes o base epoxica o base cementicia Fisuración por retracción hidráulica Son fisuras que surgen durante las primeras horas, después del vaciado del concreto, producto de la perdida de su agua por evaporación. Esta disminución de volumen se produce en el hormigón aun en estado plástico, sin que haya finalizado el proceso de fraguado. También suelen aparecer fisuras de retracción durante el proceso de endurecimiento, si el elemento se encuentra coartado no puede tener libre retracción, por lo tanto las 47

tensiones superan la resistencia a tracción del hormigón apareciendo fisuras que la seccionan. *Hay que diferéncialas de las fisuras por desecación superficial. Las cuales no atraviesan el elemento.
Diagnóstico: • Secado prematuro del hormigón por curado inadecuado • Alta relación agua - cemento • Elemento con escasa cuantía de acero de retracción • Elementos muy coartados • Exceso de cemento o finos • Exceso de vibrado Pronóstico: • Corrosión de armaduras • Posibles futuras deformaciones • Acortamiento de la vida útil de la viga y la estructura Actuaciones correctivas: • Analizar la actividad de las fisuras y clasificarlas como vivas o muertas • Determinar el ambiente en que se encuentran el elemento a reparar • Técnica de inyección Fisuración por desecación superficial • Vigas • Losas • Columnas • Paredes-cortina Diagnóstico: • Alta relación gua/cemento, . Exceso de vibración. Viga Losa

• Exudación • Evaporación del agua de amasado • Exagerada absorción del agua por parte de los áridos o por los encofrados • Surgimento de fisuras en las primeiras horas Pronóstico: • Fisuras superficiales y pasivas; • No ocurrencia de problemas estructurales; • En caso de pisos de industriales, ocurrencia de pérdida de recubrimiento y consecuente disminución del camino de los agentes agresivos a las armaduras: o Aumento de la porosidad o Transporte de agentes agresivos o Corrosión de las armaduras o Colapso de la estructura Actuaciones correctivas: • Eliminar cuidadosamente el hormigón comprometido, limpiando bien la superficie • Determinar el ambiente en que se encuentra el elemento a ser reparado • Efectuar protección térmica conveniente
• Técnicas de inyección o base epóxica o sellante • Reparo superficial generalizado o mortero polimérico de base cemento o mortero de base epóxica 5.6 ACCION DEL FUEGO DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA AL FUEGO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO Por: Wilson Silva, Daniel Torrealva y Luis Zegarra Departamento de Ingeniería, Pontificia Universidad Católica del Perú RESUMEN La resistencia al fuego de los elementos estructurales de una edificación de concreto armado se determinan por: - Métodos racionales de cálculo basados en estudios e investigaciones de las propiedades del material a altas temperaturas - El comportamiento de la estructura durante el fuego - Principios básicos de ingeniería estructural [1]. Es importante determinar el tiempo que soportarían los elementos estructurales, expuestos a la acción severa de un incendio sin que se afecte la seguridad de la estructura. Se describen las consideraciones generales y los parámetros que deben considerarse en el estudio, un método de cálculo y se estima el potencial de riesgo asociado al incendio. Finalmente, se presenta el caso particular del estudio de la resistencia al fuego que tendría un edificio de concreto armado -de uso comercial en cuyo depósito se albergan materiales inflamables-, expuesto a un eventual incendio. El 49

estudio surgió ante la necesidad -del propietario- de contar con una certificación técnica exigida por compañías aseguradoras, con la finalidad de establecer una cobertura o valor de reposición de riesgo de incendio. Las pruebas se realizaron en Mayo de 1996, por personal del Laboratorio de Estructuras Antisísmicas de la Pontificia Universidad Católica del Perú, y del Instituto de Corrosión y Protección-PUCP. A. INTRODUCCIÓN El fuego es un agente agresor de las estructuras en general, y en particular de las de concreto armado. El ataque del fuego es un fenómeno muy complejo, ya que actúa sobre un material compuesto de acero y de concreto, los mismos que tienen comportamiento y reacciones muy diferentes ante temperaturas elevadas. La evaluación del problema requiere estudios experimentales y sobre todo cierto grado de especialización, en el que se deben considerar fundamentalmente los siguientes aspectos [2]: • Alteraciones producidas en las propiedades mecánicas del concreto y del acero de refuerzo. • Efecto sobre la adherencia entre el concreto y el acero • Efecto de las deformaciones generadas como consecuencia de las dilataciones parcial o totalmente restringidas. • Esfuerzos producidos por gradientes de distribución de temperaturas. El espesor del recubrimiento de las armaduras es esencial en la resistencia de las estructuras al fuego. B. ASPECTOS ESTRUCTURALES FUNDAMENTALES La fig.1[2], muestra la variación del calor especifico del concreto en función de la temperatura. El calor específico presenta una elevación gradual con un pico muy pronunciado debido a la absorción del calor al evaporarse el agua. Desafortunadamente, este aspecto positivo va acompañado de una dilatación y evaporación del agua de los poros aislados, lo que produce un desprendimiento explosivo del recubrimiento. La fig.2[2] muestra la distribución de temperaturas en una viga sometida a fuego por su cara inferior, donde se puede apreciar el incremento mas rápido en las esquinas, afectadas por ambas caras. De ahí el riesgo, comparativamente mas elevado, para las barras de esquina. Con los agregados mas comunes -calizos o silíceos-, el concreto puede verse afectado por el fuego y según las temperaturas alcanzadas sufre una serie de cambios de coloración, que se recogen el la fig.3 [2]. La resistencia y el módulo de elasticidad del concreto disminuyen al aumentar la temperatura, pero van acompañados de importantes aumentos de deformación de rotura (fig.4[2]). Esto permite al concreto absorber los esfuerzos de compresión derivados de las dilataciones restringidas sin gran daño en muchos casos. La resistencia residual del concreto enfriado después de haber sido sometido a una temperatura determinada (fc,res), en función de la resistencia del concreto antes de ser sometido a temperaturas superiores a la ambiente (f'c), se muestra en la fig.5[2]. El fuego afecta al comportamiento de las armaduras de refuerzo, aunque de forma diferente al caso del concreto. La variación del diagrama esfuerzo-deformación del acero de dureza natural, para diversas temperaturas, se muestra en la fig.6[2]. El alargamiento repartido bajo carga permanece prácticamente estable en valores del orden del 2.5%, independientemente de la temperatura. 50

Básicamente, la adherencia entre la armadura y el concreto es debida al incremento del momento flector entre dos secciones próximas de un elemento. El incremento de la tracción en la barra (y por tanto el esfuerzo de adherencia) es proporcional al esfuerzo cortante. La alteración de la adherencia entre armaduras y concreto es un aspecto crítico en el caso de incendios; la perturbación de esta característica es mayor después del incendio que durante la máxima temperatura alcanzada. En la fig.7[2], se muestra la relación del esfuerzo de rotura de adherencia (τu,inc) después del incendio y la anterior al mismo (τu), donde puede apreciarse que el deterioro es muy rápido para temperaturas superiores a 300 °C. La provisión de seguridad al fuego en edificios consiste básicamente en seleccionar o diseñar elementos de suficiente resistencia al fuego. Los requisitos de resistencia al fuego son especificados en algunos códigos de edificación. Esos requerimientos están basados principalmente en valores tradicionales o en duras aproximaciones de severidad (potencial destructivo) esperada del fuego, asumiendo que es proporcional a la cantidad de material combustible presente en el edificio. C. RESISTENCIA AL FUEGO DE VIGAS Y LOSAS DE CONCRETO a) Vigas y Losas Simplemente Apoyadas, Sin Restricciones En los extremos libres de estos elementos puede ocurrir rotación y expansión sin restricción alguna; el refuerzo consiste en barras rectas ubicadas cerca del fondo del elemento. Si la cara inferior de la losa está expuesta al fuego, ésta puede expandirse más que la cara superior, resultando una deflexión de la losa. La resistencia al cambio de temperatura, del concreto y del acero cerca de la cara de la base disminuye conforme la temperatura aumenta. Cuando al aumentar la temperatura, la resistencia del acero (Mnθ) se reduce a menos que la resistencia de diseño (M), puede ocurrir el colapso por flexión. La Fig.8[1] muestra el diagramas de momento flector de vigas o losas simplemente apoyada antes y durante la exposición al fuego. Mn = As.Fyd - a 2)……(1) M = ------ …….(2) Donde: Mn, M: momento resistente nominal de la sección, momento de diseño As, fy: área del acero de refuerzo, esfuerzo de fluencia del acero, respectivamente d, l : distancia del centroide del refuerzo a la fibra más comprimida, luz entre ejes AsFy a : profundidad del rectángulo comprimido de esfuerzos, equivalente a = 0.85 fe J> w : carga total (muerta + viva). Se asume que durante el fuego la carga muerta y viva permanecen constantes. Sin embargo, la resistencia de los materiales se reducen hasta que el momento nominal resistente de la sección a elevadas temperaturas sea (0 representa el efecto de las elevadas temperaturas): Mne =As.Fy0(d-a0/2)………(3) Nótese que As y d no están afectados, pero fyey ae están reducidos. La falla por flexión ocurre cuando Mnese reduce a M. Puede notarse que la resistencia al fuego depende de la intensidad de la carga, de las características de resistencia a la temperatura del acero y del recubrimiento del mismo. 51

La estimación de la resistencia al fuego se muestra en la Fig.9[1] y está afectada por el tipo de refuerzo, tipo de concreto (con agregados calizos, silíceos o ligeros), intensidad del momento y el espesor del recubrimiento entre el centroide del refuerzo y la superficie expuesta al fuego"u". b) Vigas y Losas Continuas Las estructuras continuas -de alguna manera estáticamente indeterminadas-experimentan cambios en los esfuerzos cuando están expuestas al fuego. Tales cambios resultan de gradientes de temperatura en los elementos estructurales, o cambios en la resistencia de los materiales a altas temperaturas, o ambas. La Fig.10[1] muestra una viga continua, cuya cara inferior está expuesta al fuego. El fondo de la viga llega a calentarse más que la parte superior y tiende a expandirse más que el borde superior. Esta diferencia de calentamiento causa que los extremos de la viga tienda a levantarse de sus apoyos incrementándose así la reacción en al apoyo interior. Esta acción genera una redistribución de momentos, i.e. el momento negativo en el apoyo interior aumenta, mientras el momento positivo decrece. Durante la acción del fuego, el refuerzo para momento negativo permanece más frío que el refuerzo para momento positivo, por estar más protegido del fuego. Así, el incremento del momento negativo puede ser redistribuido. Generalmente la redistribución que ocurre es suficiente para producir fluencia del refuerzo para momento negativo. La reducción del momento positivo significa que el refuerzo para momento positivo puede ser calentado a altas temperaturas antes que la falla ocurra. Esto muestra que la resistencia al fuego de una viga continua de concreto armado sea generalmente más significativa que la de una viga similar, simplemente apoyada solicitada con momentos de la misma intensidad. Puede notarse que la cantidad de redistribución que ocurre es suficiente para causar fluencia en el refuerzo para momento negativo. Puesto que al incrementarse la cantidad de refuerzo negativo, puede ser atraído un gran momento negativo, por lo que debe cuidarse el diseño del elemento para asegurarse que la tracción por flexión gobierne el diseño. Para evitar la falla por compresión en la región de momento negativo, la cantidad de refuerzo para momento negativo podría ser lo suficientemente pequeña tal que w, (w = As fy / (b d f'c)) es menor que alrededor de 0.30, iguales reducciones posteriores debido a temperatura en fy, f'c, b, d son tomadas en cuenta. Además las barras de refuerzo para momento negativo deben ser lo suficientemente largas para permitir una completa redistribución de momentos y cambiar la ubicación la ubicación de punto de inflexión. Es recomendable que al menos 20% de refuerzo para momento negativo máximo se extienda a lo largo del paño. La estimación de la resistencia al fuego puede hacerse usando las Fig.9[1], determinando primero el momento negativo en los apoyos, tomando en cuenta la temperatura del acero para momento negativo y de el concreto en la zona comprimida, cerca a los apoyos. Entonces estimar el máximo momento positivo después de la redistribución. La fig.10[1] ilustra el diagrama de momento para la mitad de una viga o losa continua de tres paños antes y durante la exposición al fuego. Puede esperarse el colapso cuando Mnθ(+) es reducido i.e. cuando el momento aplicado en el punto x1 del soporte externo Mx1 = Mnθ(+). 52

c) Vigas y Losas Simplemente Apoyadas Restringidas Si existe restricción a la expansión térmica (fig.11[1]), debe considerarse que es similar al efecto de una fuerza externa de preesfuerzo que incrementa el momento resistente nominal ("reforzamiento ficticio"). La fig.11[1] muestra el diagrama de momento para una viga con restricción axial durante una exposición al fuego. Nótese que a 3 horas, Mnees menor que M y que efectos de la restricción axial permiten que la viga continúe soportando carga. d) Transmisión de Calor Adicionalmente a los requerimientos de integridad estructural para losas de espesor delgado, ASTM E-119 limita el aumento de temperatura de la superficie no expuesta (superior) de los pisos o techos a 250 F (139C) durante las pruebas de fuego estándar. El ascenso de temperatura de la cara superior de las losas de concreto depende principalmente del espesor, peso unitario, contenido de humedad y tipo de agregado. Otros factores que afectan el aumento de temperatura son el contenido de aire incluido, contenido de humedad del agregado, tiempo de mezclado, tamaño máximo del agregado, relación agua-cemento, y slump. D. COLUMNAS DE CONCRETO ARMADO Las columnas de concreto armado tienen buen funcionamiento durante la exposición al fuego. A columnas cuadradas de 30cm de lado y 3m de largo, muchos códigos en América, le asignan 3 a 4 horas de resistencia al fuego, en base a pruebas de fuego estándar realizados en especímenes de esas características. E. PROPIEDADES DEL ACERO Y DEL CONCRETO A ALTAS TEMPERATURAS La influencia de la temperatura en la resistencia del acero se muestra en la Fig.12[1], la resistencia del acero disminuye con el aumento de temperatura al igual que el módulo de elasticidad. La influencia de la temperatura en la resistencia del concreto se presenta en la Fig.13[1] para diferentes tipos de agregados, la resistencia del concreto disminuye con el aumento de temperatura, al igual que el módulo de elasticidad y de Poisson. F. EJEMPLO: Determinación de la Resistencia al Fuego de la Estructura del Sótano de un Edificio a) Alcances del Estudio - Inspección de la estructura y constatación de las armaduras según los planos existentes. 53

- Identificación de las zonas de mayor inflamabilidad en el sótano, para determinar el potencial de riesgo asociado a un posible incendio, y la temperatura máxima alcanzable. - Determinación (metrado) de cargas actuales sobre el techo. - Determinación experimental de la resistencia del concreto, mediante testigos - diamantinos y pruebas con esclerómetro. - Determinación del tipo de agregado utilizado en el concreto de la estructura, mediante pruebas químicas - Estimación del tiempo de resistencia al fuego ,antes de ejecutar la parte experimental del trabajo, se realizó una inspección del mencionado sótano para determinar las zonas de mayor inflamabilidad, y se eligieron zonas representativas para tal fin. b) Características de la Estructura La estructura del sótano del edificio (escenario más desfavorable, elegido para el estudio) es de concreto armado con una losa de techo maciza de 0.30 m de espesor tipo flat-slab sin vigas soportada por columnas de 0.50 x 0.50 m cada 7.90 m en una dirección (ejes de números) y 7.30 m en la otra dirección (ejes de letras). El estudio se efectuó en forma analítica basándose en la información obtenida de los ensayos realizados (Tablas 1 y 2) y la que se encuentra en los planos estructurales. c) Inspección In-Situ Para determinar el estado actual de la estructura y la potencialidad de un incendio en el sótano, se inspeccionó el lugar, y se determinó que el estado de conservación de la estructura es bueno, sin mostrar signos de deterioro por corrosión, fisuras u otros efectos. Asimismo se verificó que el 40% del área es utilizada para oficinas mientras que el resto funciona como almacén para prendas de vestir y otros enseres; esta última zona sería la que produce mayor intensidad de fuego en caso de un incendio en el sótano. d) Ejecución de Ensayos Es necesario contar con información real sobre la resistencia del concreto, el tipo de agregado que se utilizó en su elaboración, así como los recubrimientos reales que tienen las armaduras, ya que la estructura no posee protección al fuego por tarrajeo u otro recubrimiento. Los resultados aparecen en las tablas 1 y 2. e) Resistencia al Fuego de una Columna Típica Se tomó como espécimen de verificación la columna F-4, de la zona de almacén de ropa en dos niveles. Metrado de Cargas Area tributaria: 7.90 x 7.30m: 57.7 m2 Peso del techo del sótano: 77,700 kg Peso de techos del 1er y 2do piso: 77,700 kg y 47,900 kg Peso total en servicio: 203,300 kg De acuerdo a la información obtenida de los ensayos y los planos estructurales, la columna tiene: 54

Dimensiones: 0.50 x 0.50m Refuerzo longitudinal: 13 barras de 1"de diámetro Refuerzo transversal: espiral de 3/8" @ 0.10 m Recubrimiento mínimo: 6 cm al estribo Resistencia a la compresión del concreto: f'c = 403 kg/cm2 Resistencia a la fluencia del acero: fy = 2,800 kg/cm2 Tipo de agregado del concreto: calizo En estas condiciones, la resistencia última a la compresión está dada por la referencia [3] como: P máx = 0.8 x 0.75 (0.85 x 2,435 x 403 + 65 x 2,800) = 609, 650 kg. lo que implica un Factor de Seguridad de tres (F.S = 3.0) en la columna. El efecto del fuego es reducir la resistencia a la compresión en el concreto y el nivel de fluencia en el acero, por lo tanto para una duración de fuego de cuatro (4) horas con una temperatura superficial de 900C, la resistencia de la columna se puede calcular como sigue: En agregados calizos para temperaturas menores a 600C no se presenta reducción de la resistencia, por lo tanto de acuerdo a la referencia [1], solamente 5 cm del contorno de la columna se ven afectados por el fuego. La zona central de 40 x 40 cm, mantiene su capacidad al 95% de la resistencia original. La temperatura que alcanzan las barras de refuerzo con 6 cm de recubrimiento es de 500C y su punto de fluencia disminuye al 75% del valor original, según la referencia [1]. La resistencia a la compresión de la columna al cabo de cuatro (4) horas de duración del fuego es: f'c0 = 95% (403): 383 Kg/cm2 fy0 = 75% (2,800): 2,100 kg/cm2 P máx 0 = 0.8 x 0.75 x (0.85 x 1535 x 383 + 65 x 2100): 409,000 kg Carga que es mayor en 100% a la carga actuante de servicio, con lo que su resistencia al fuego sería mayor que las cuatro (4) horas calculadas. Para el colapso de la columna la temperatura debe penetrar dentro del corazón (núcleo) de la columna haciendo que el acero disminuya su resistencia sensiblemente al 20% del valor original (750C) y se reduzca la zona central sana a 30 x 30 cm, lo que se alcanzaría en aproximadamente seis horas y media (6½ horas). f) Resistencia de la Losa del Techo del Sótano Se tomó como patrón de análisis el paño adyacente a la columna estudiada previamente. Dimensiones del paño a ejes de columnas: 7.90 x 7.30 m Metrado de cargas: Peso propio losa maciza de 0.30 m de espesor: 720 kg/m2 Piso terminado: 100 kg/m2 Sobrecarga de diseño: 500 kg/m2 Carga total en servicio: 1,320 kg/m2 en estas condiciones, los Momentos Flexionantes actuantes (en kg x m / metro de ancho) son: Mto. Positivo ejes numéricos: 1,302 kg x m / m 55

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