Reparación de Estructuras de Hormigón Armado: Causas, Diagnóstico y Soluciones

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Apuntes de Clases - UTFSM - 1984

Enrique Capone Maggio

El Hormigón y su Comportamiento en el Tiempo

El hormigón ha demostrado ser un material de excelente comportamiento a lo largo del tiempo, incluso frente a solicitaciones severas como:

  • Sobrecargas
  • Sismos
  • Ambientes inhóspitos

Hoy en día, gracias a los avances tecnológicos, es posible:

  • Recuperar estructuras mediante reparaciones.
  • Garantizar la seguridad sin necesidad de demoliciones.
  • Reforzar elementos estructurales.
  • Utilizar procedimientos y equipos de avanzada.

Fallas Comunes en Estructuras de Hormigón

Las fallas en una estructura de hormigón se pueden clasificar en:

  1. Deterioro superficial: Se caracteriza por su poca profundidad (espesor menor a 5 cm) y una extensión considerable.
  2. Discontinuidad local y profunda: Presenta una profundidad mayor a 5 cm, con una extensión variable (pequeña a grande). Puede afectar armaduras y suele estar asociada a nidos de piedras.
  3. Grietas: Son causadas por tensiones internas del hormigón que sobrepasan su resistencia, provocando la rotura del elemento.
    • Grieta muerta: Si la causa desaparece, la grieta no presenta movimiento.
    • Grieta en movimiento: Si la causa persiste, la grieta continúa en movimiento y requiere una solución diferente.

    Diferencia entre fisura y grieta: Se relaciona con el ancho. Si es menor a 0.5 mm se considera fisura, si es mayor, se considera grieta.

  4. Fractura de un elemento: Corresponde a una o varias fallas que se manifiestan con mayor intensidad, llegando a cortar o deformar las armaduras.
  5. Corrosión de las armaduras: Se inicia con la aparición de fisuras sobre las armaduras, seguida de un aumento del volumen del acero al oxidarse. Se observan manchas de óxido y una reducción del diámetro del acero.

Causas de las Fallas

  • Diseño: Falta o insuficiencia en los estudios de suelo, ambiente y dimensionamiento.
  • Ejecución: Errores en las especificaciones técnicas de construcción, disposición de armaduras, colocación del hormigón, juntas y curado.
  • Usos: Condiciones imprevistas que aparecen cuando la obra está en servicio.

Efectos de las Fallas

  1. Sobre la estabilidad
  2. Durabilidad
  3. Seguridad (razón psicológica)
  4. Aspectos estéticos

Nota: Es fundamental conocer el problema, determinar la causa y el efecto, ordenar y clasificar las fallas para luego seleccionar el procedimiento de recuperación adecuado. Se debe verificar el personal, los equipos, los modos y los sistemas de supervisión.

Tipos de Fallas y sus Características

Grieta por Flexión

Reconocimiento: Se observan grietas perpendiculares al eje de la pieza, generalmente en la zona de tracción.

Causas:

  • Sobrecargas no previstas.
  • Deformación excesiva con cuantías normales.
  • Cuantías insuficientes.
  • Mala adherencia de las armaduras al hormigón.
  • Mala disposición de las armaduras.

Reparación:

Evaluar la situación del elemento y determinar:

  • a. Recuperación monolítica
  • b. Refuerzo del elemento

a. La recuperación del monolitismo se realiza mediante la inyección de resinas epóxicas.

b. Para el refuerzo del elemento, se verifican las armaduras existentes. En caso de ser necesario, se puede reforzar de las siguientes maneras:

  • Colocar insertos a través de perforaciones y rellenar con resinas epóxicas.
  • Picar y colocar armaduras adicionales, hormigonar o rellenar con mortero epóxico.
  • Reforzar con armaduras externas, como platabandas adheridas con resinas epóxicas.
  • En casos extremos, demolición o reemplazo de la estructura.

Grieta por Esfuerzo de Corte (Tracción Diagonal)

Reconocimiento: Se observan grietas inclinadas, aproximadamente a 45 grados, en la zona de mayor esfuerzo cortante.

Causas:

  • Sobrecargas no previstas.
  • Armaduras transversales insuficientes.
  • Baja calidad del hormigón.

Rotura por Compresión

Reconocimiento: Se observa un aplastamiento del hormigón en la zona de compresión.

Causas:

  • Cuantía de armadura a la tracción alta y/o baja resistencia del hormigón a compresión.

Rotura por Pandeo del Alma (Vigas de Alma Delgada, T e I)

Reconocimiento: Se observan grietas diagonales en el alma de la viga, indicando un pandeo por compresión.

Causas:

  • Diseño insuficiente.
  • Tensiones principales de compresión que superan la resistencia del hormigón.

Rotura por Deslizamiento de Armaduras

Reconocimiento: Se observa un deslizamiento de las armaduras principales, generalmente en zonas de anclaje.

Causas:

  • Diseño o construcción inadecuados.
  • Fallas de anclajes y/o de armaduras transversales.

Rotura en Antepechos, Antepechos y Vigas Invertidas

Reconocimiento: Se observan grietas horizontales en la unión entre el elemento y la estructura principal.

Causas:

  • Defectos en la junta de hormigonado.
  • Defectos de anclajes.
  • Inadecuada colocación de armaduras.
  • Diseño estructural insuficiente.

Nidos en Fondos de Vigas y Nudos

Reconocimiento: Se observan zonas con falta de hormigón y áridos sueltos, especialmente en la parte inferior de vigas y en nudos.

Causas:

  • Inadecuada composición del hormigón (segregación).
  • Tamaño del árido excesivo.
  • Procedimiento de colocación inadecuado (falta de compactación).

Falla en Encuentros de Vigas y/o Cadenas

Reconocimiento: Se observan grietas en la intersección de vigas y/o cadenas.

Causas:

  • Defectos de anclajes y empalmes de armaduras.

Fallas por Cizalle en la Unión

Reconocimiento: Se observan grietas en la junta de hormigonado entre dos elementos.

Causas:

  • Junta de hormigonado defectuosa.

Grietas por Flexión en Losa de Hormigón Armado

Reconocimiento: Se observan grietas en la superficie de la losa, generalmente en la zona de tracción.

Causas:

  • Sobrecargas no previstas.
  • Armaduras insuficientes o mal colocadas.
  • Espesor reducido.
  • Descimbre prematuro.

Grietas en Juntas de Hormigonado

Reconocimiento: Se observan grietas a lo largo de las juntas de hormigonado.

Causas:

  • Mala adherencia por suciedades (aserrín, virutas, tierra).
  • Nidos de piedras, formación de lechadas.

Nidos de Piedras en Columnas y Muros (Coincidentes con Juntas de Hormigonado)

Causas:

  • Inadecuada composición del hormigón (baja docilidad, segregación).
  • Excesivo tamaño máximo del árido.
  • Alta densidad de armaduras, dificultad de acceso al hormigón.
  • Procedimiento de hormigonado inadecuado.
  • Segregación y falta de compactación.
  • Pérdida de mortero por lechadas en uniones de encofrados.
  • Inadecuado tratamiento de las juntas de hormigonado (falta de limpieza, no se colocó capa de mortero).

Grietas por Esfuerzo de Corte

Reconocimiento:

  • 1. Fracturas localizadas: Eventual colapso del hormigón y pandeo de las armaduras.
  • 2. Fracturas generalizadas: Se observan múltiples grietas inclinadas en la zona de corte.

Causas:

  • Mala distribución o insuficiencia de estribos.
  • Esfuerzo superior a lo previsto.
  • Impactos.

Punzonamiento

Reconocimiento: Se observa un hundimiento o perforación de la losa alrededor de una columna o apoyo.

Causas:

  • Concentración de tensiones.
  • Diseño inadecuado (armaduras y/o espesores insuficientes).
  • Sobrecargas no previstas.
  • Baja calidad del hormigón.

Grieta en Junta de Hormigonado de Muros de Hormigón (Fallas por Esfuerzo de Corte)

Reconocimiento: Se observan grietas horizontales en la junta de hormigonado entre muros.

Causas:

  • Esfuerzos superiores a los previstos.
  • Inadecuado tratamiento de las juntas (suciedades).
  • Insuficiencia de armaduras.
  • Asentamientos diferenciales.

Agrietamientos Generalizados en Muros de Hormigón

Reconocimiento: Se observan múltiples grietas en diferentes direcciones en el muro.

Causas:

  • Defectos de diseño o construcción.
  • Armaduras insuficientes o mal colocadas.
  • Calidad del hormigón inadecuada.

Fallas por Esfuerzos de Corte en Pilares Cortos de Hormigón Armado o Columnas

Reconocimiento: Se observan grietas diagonales en pilares cortos o columnas.

Causas:

  • Mal diseño. El muro redujo la luz libre de las columnas, convirtiéndolas en pilares cortos.

Grietas en la Unión entre Muros Estructurales y Elementos de Hormigón Armado (Albañilería Armada)

Reconocimiento: Se observan grietas en la interfaz entre el muro y el elemento de hormigón.

Causas:

  • Muros mal conectados a la estructura.

Falla por Esfuerzo de Corte en Muros de Albañilería (Grieta Escalonada)

Reconocimiento: Se observa una grieta que sigue un patrón escalonado a través de las juntas de mortero.

Causas:

  • Mortero de pega de mala calidad.
  • Resistencia insuficiente del conjunto para absorber el esfuerzo de corte.
  • Ladrillos de mala calidad.

Grieta entre Tabique y Cadena

Reconocimiento: Se observa una grieta horizontal en la unión entre un tabique y una cadena.

Causas:

  • Solidaridad entre elementos de distinta rigidez.

Grietas por Esfuerzo de Corte en Albañilería (Escalonadas o Rectas)

Reconocimiento: Se observan grietas escalonadas a través de las canterías o rectas, cortando los bloques.

Causas:

  • Falta de armadura horizontal y/o vertical.
  • Falta de adherencia mortero-bloque por deficiente calidad del mortero o mala ejecución de la albañilería.
  • Mala calidad de los bloques.

Comportamiento de las Estructuras y Predicción de Vida Útil

Muestreos y Ensayos

Se deben realizar ensayos de terreno y laboratorio para determinar:

  1. Propiedades físicas y mecánicas del hormigón.
  2. Recubrimiento, posición y estado de las armaduras.
  3. Presencia de sustancias nocivas en el hormigón.
  4. Profundidad de carbonatación.
  5. Zonas de corrosión de armaduras.
  6. Proyección de vida residual de la estructura.
  7. Análisis estructural por el proyectista o propietario.

Ensayos de Terreno

  • Estudio de planos y documentos de la obra.
  • Inspección visual de la estructura.
  • Extracción de testigos.
  • Dimensiones, dirección y movimiento de grietas.
  • Recubrimiento aproximado de las armaduras.
  • Medición del índice esclerométrico.
  • Medición de impulso ultrasónico.
  • Toma de muestras para determinar contenido de cemento, materia orgánica, cloruros, sulfatos y otros.
  • Verificación del estado del acero de refuerzo.
  • Medición de corrosión, carbonatación.
  • Resistencia superficial y adherencia por tracción directa.
  • Absorción de agua.

Ensayos de Laboratorio

  1. Lectura del impulso ultrasónico a las probetas testigo.
  2. Resistencia a compresión de los testigos extraídos.
  3. Evaluación de la presencia de cloruros.
  4. Evaluación de la presencia de sulfatos.
  5. Evaluación de la cuantía de cemento.
  6. Evaluación de la cuantía de materia orgánica.
  7. Evaluación de la densidad.
  8. Evaluación de la porosidad del hormigón.
  9. Ensayo de permeabilidad y coeficiente de absorción.

Evaluación de Resultados e Informe

Se realiza para cada elemento estructural de hormigón muestreado. El informe comprende:

  1. Evaluación de resultados.
  2. Cuantía y posición de las armaduras.
  3. Presencia de sustancias nocivas.
  4. Características físicas y mecánicas del hormigón.
  5. Esquema de los elementos muestreados, con posición relativa de las armaduras.
  6. Recubrimiento de las armaduras.
  7. Proyección de la vida residual de la estructura.
  8. Establecer modos apropiados de reparación.
  9. Determinar tipo de reforzamiento y materiales apropiados para ello.

Sistema de Reparación de Hormigón

Reparación

  • Cementicios
  • Resinas
  • Grouting
  • Shotcrete

Reforzamiento

  • Lámina CFRP
  • Adhesivos
  • Anclajes

Protección

  • Epóxico, acrílico y cementicio

Centro de Diagnóstico del Hormigón

1. Muestreo

2. Ensayos en terreno y laboratorio

1. Evaluación de la estructura

2. Vida residual

1. Especificación de la solución

1. Control y seguimiento

Productos para Reparación, Reforzamiento y Protección

Reparación de Hormigón

  1. Morteros cementicios modificados: SIKA TOP
  2. Morteros de resina: SIKA DUR, SIKA PRONTO
  3. Inyección y unión de hormigones: SIKADUR, COLMAFIX
  4. Anclajes y grouting: SIKADUR, SIKAGROUT
  5. Morteros aplicados mecánicamente (Shotcrete): SIKASHOT, SIKACEM GUNITE

Sistema de Reforzamiento

  1. Lámina CFRP: SIKA CARBODUR
  2. Adhesivo (para placas metálicas): SIKADUR
  3. Anclajes y unión de hormigones: SIKADUR, COLMAFIX

Sistema de Protección

  1. Revestimientos epóxicos: SIKAGUARD, SIKAFLOOR
  2. Revestimientos acrílicos: SIKA COLOR
  3. Revestimientos cementicios: SIKA TOP

Procedimiento de Reparaciones

Inyección de Grietas

Se explicará en detalle en una sección posterior.

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