¿Por qué es importante el estudio patológico en estructuras de hormigón armado?

Por Ing. Lucy Mabel Chacón Aguilar

Los problemas en la construcción se manifiestan de manera permanente en los elementos estructurales de una edificación visualizando la aparición de patologías que afectan el confort de los seres humanos.

La acción y efecto de investigar estructuras de hormigón está dirigida a comprobar su seguridad respecto a la capacidad de carga y la determinación de la durabilidad en servicio. La seguridad de una estructura respecto a las acciones a las que está sometida solo se puede garantizar si existe un coeficiente de seguridad aceptable; mientras que la durabilidad frente a las acciones ambientales será aceptable si la protección física y química de la que dispone, es suficiente para la vida útil restante prevista. Las razones que nos llevan a realizar una inspección en la estructura de hormigón son muy variadas y se deben tener en cuenta para la planificación del trabajo.

Se debe seguir las tres etapas fundamentales de todo proceso de investigación de una estructura que son: informe preliminar o pre-diagnosis, estudios previos o diagnosis, y diagnóstico o dictamen final.

Pre-diagnosis, su objetivo es realizar un primer reconocimiento general del edificio y permite establecer una primera valoración del edificio sobre su seguridad y la durabilidad de la estructura, en el cual se tomará conocimiento del alcance de trabajo, asimismo decidir la necesidad de acceder a la segunda etapa de diagnosis.

Esta etapa estará limitada a reconocer el edificio y establecer el funcionamiento de la estructura del hormigón a analizar. Los planos nos permitirán observar variaciones volumétricas, que conllevan a variaciones en la distribución de cargas; también nos ayudarán a determinar qué zonas ocultas es necesario inspeccionar. Debemos determinar cualitativamente las características de los materiales y localizar los síntomas, las lesiones y sus posibles causas.

La inspección se realizará sin demasiados medios auxiliares, basándose más en la experiencia del técnico especialista. Se intentará determinar de manera visual los defectos del tipo:

  • Deformaciones excesivas en elementos horizontales.
  • Fisuras o grietas en elementos estructurales.
  • Cambios de aspecto en la superficie del hormigón.
  • Fisuras en elementos no estructurales que puedan ser debidas a fallos estructurales.

Diagnosis, es el estudio para el conocimiento de la estructura, recogiendo la información, en todos los campos necesarios mediante ensayos de información complementaria, para determinar el estado con relación a la seguridad y las expectativas de durabilidad, también para determinar las causas de las lesiones y decidir la intervención. Para el análisis de la estructura necesitamos en primer lugar localizar las zonas en mal estado, conocer las características del hormigón y del acero, así como las solicitaciones a las que están sometidos los distintos componentes; obtención de una imagen completa de la geometría de la estructura; determinar los elementos y las zonas que deben ser objeto de estudio profundo, con pruebas in situ y/o en laboratorio; conocer todos los parámetros necesarios para comprobar la seguridad estructural y la durabilidad.

Obtener la información necesaria para conocer la seguridad de la estructura:

  • Dimensiones y geometría de las piezas; armadura, tamaños y disposición; y el sistema constructivo.
  • Valoración de las acciones; tipología estructural; estudiar posibles variaciones respecto del proyecto original.
  • Resistencia a la compresión del hormigón y límite elástico del acero.
  • Fisuras, disgregaciones, deformaciones, corrosión, desplazamientos, textura y color superficial.

La información necesaria para determinar la durabilidad:

  • Recubrimiento de la armadura y la disposición de ésta junto con sus diámetros; el sistema constructivo.
  • Porosidad del hormigón.
  • Características del ambiente; Profundidad de carbonatación; contenido de cloruros; y contenido de sulfatos y sulfuros.
  • Estado figurativo; nivel de corrosión de armaduras y la velocidad de ésta; desplazamientos; textura y color superficiales.

Cuando se plantea una campaña de ensayos debe prepararse un plan de actuación donde se defina el número de ensayos, su localización, el tipo de técnicas a utilizar y todos los datos que sean necesarios para llevarla a cabo. Un proceso importante es la fijación de criterios de muestreo para cada prueba, siendo en cada caso algo particular, en función de la tipología estructural, el volumen del edificio, los parámetros buscados, etc.

Vamos a indicar cada uno de los ensayos que se utilizan según el reconocimiento que deseemos realizar a la estructura.

1. Reconocimiento de la estructura: Fisurómetro y Pachómetro

2. Caracterización de la masa de hormigón: Esclerómetro y Ultrasonidos

3. Aproximaciones a la durabilidad: Profundidad de carbonatación y corrosímetro.

Diagnosis – Laboratorio. En laboratorio solo tiene lugar la fase de diagnosis ya que aquí se realizan ensayos para determinar características del material. Los ensayos de información complementaria en la masa del hormigón se pueden clasificar en ensayos destructivos y no destructivos.

  1. Caracterización de la masa de hormigón (Ensayos destructivos)
  • Probetas cilíndricas testigo de hormigón (extracción de núcleos)
  • Toma de muestras de armaduras
  • Profundidad de carbonatación

Caracterización de la masa de hormigón (Ensayos no destructivos)

  • Estudio esclerométrico
  • Estudio Pachométrico
  • Corrosímetro
  • Higrómetro
  • Determinación de la fisuración mediante ultrasonido
  1. Aproximaciones a la durabilidad (Ensayos de laboratorio)
  •  Densidad y Porosidad
  •  Contenido de Cloruros
  •  Contenido de Sulfatos y Sulfuros
  1. Prueba de carga de servicio
  • Prueba de carga estática

La prueba de carga estática se trata de ensayos destinados a verificar el comportamiento de estructuras sometidas a la situación de carga de servicio para determinar la seguridad de los elementos. Consiste en cargar un elemento que trabaje a flexión (como la losa) con unas cantidades y situaciones de carga que permitan reproducir las solicitaciones deseadas con los márgenes previstos. Se miden las deformaciones en varios puntos, se procede a la descarga, y se vuelven a medir las deformaciones. Si el elemento soporta las acciones sin figuraciones inadmisibles, con flechas máximas admisibles y recuperando sensiblemente la situación inicial, la prueba se considera satisfactoria.

Diagnóstico final: En esta etapa debemos analizar la información recogida en las dos etapas anteriores que permita determinar cuáles son los motivos de la patología de la estructura, para llegar a unas conclusiones respecto a las medidas a adoptar. El técnico especialista debe tomar decisiones y plantear las intervenciones necesarias en caso de que la conclusión final sea intervenir en la estructura para solucionar el problema que puede ser la reparación, refuerzo o sustitución. Es importante realizar la evaluación e interpretación de los resultados para comprobar de qué manera las patologías de la estructura han afectado a la edificación en la seguridad respecto a la capacidad de carga y la durabilidad en servicio.

Cuando una estructura presenta patologías es posible que su seguridad estructural se haya visto reducida, por tanto es labor del técnico plantearse si esta hipótesis es cierta y en qué medida afecta. Generalmente cuando las causas de las patologías de la estructura son por defectos de comportamiento estructural (baja resistencia de los materiales, defectos de cálculo o dimensionado, defectos en la ejecución, etc.) resulta obligatorio una evaluación de la seguridad; pero cuando los daños estructurales son por causas ajenas a la propia estructura (presencia de humedades, ambientes agresivos, etc.) no es preciso una evaluación y bastaría con intervenir las zonas que provocan el daño.

La comprobación de la seguridad de la estructura se puede realizar a través de tres métodos distintos:

Comprobación analítica: Consiste en un recálculo de los esfuerzos, conocidas las características mecánicas de los materiales y los valores de las acciones sobre los elementos estructurales, de forma que en función del dimensionado existente se valora el nivel de seguridad con respecto a la normativa.

Comprobación experimental: Consiste en la realización de pruebas de carga sobre elementos estructurales cuya seguridad se quiere evaluar. Es el procedimiento más fiable, pero no el más operativo puesto que su costo técnico y económico es elevado; además de que tiene poca representatividad el elemento comprobado con el resto de la estructura.

Comprobación empírica: Esta forma de comprobación es la más operativa, pero a la vez la menos fiable. Consiste en aplicar el sentido común a la estructura, de tal forma que si una estructura con diez años de vida útil no ha sufrido lesiones por deficiencias de comportamiento estructural ha demostrado su eficiencia; por tanto si no varían las solicitaciones sobre la misma no es necesario evaluar su seguridad.

Respecto a la durabilidad de una estructura de hormigón se puede definir como su capacidad para soportar, durante la vida útil para la que ha sido proyectada, las condiciones físicas y químicas a las que está expuesta, y que podrían llegar a provocar su degradación como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el análisis estructural. Para conocer la durabilidad de una estructura con patologías el técnico tendrá que realizar una valoración de la misma en función de los resultados de los ensayos obtenidos en la diagnosis, y en función también de la situación a la que está sometida (tipo de ambiente, resistencia del hormigón, etc.).

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