patologias del hormigon

Área de ConstrucciónConstrucción Civil

Sede Talca

Laboratorio de Suelos y Hormigones II(TTLB02/5-CC-P2-60/D 2015/O Talca CC)

1°Semestre - 2015

Patologías del Hormigón

Nombre Docente:

Pablo Esteban Toloza GonzálezAlumnos:

Omar Alejandro Balboa Cáceres

Fecha Entrega:

01 de Julio de 2015


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I N T R O D U C C I O N

El hormigón es uno de los materiales más nobles para obras de construcción y, como cualquier material, las construcciones con este material que están bien proyectadas y construídas, en condiciones de uso y ambientes normales, permiten asegurar que responderán adecuadamente a la acción del tiempo.

Sin embargo, un inadecuado diseño y, por lo general fallas durante la construcción, hacen que en el corto, mediano y largo plazo, se puedan presentar daños o defectos que, frecuentemente, tienen origen en un exceso de porosidad del hormigón, bajo recubrimiento de la armadura, fisuras, entre otras patologías.

En el siguiente cuadro se muestra, estimativamente, el porcentaje de daños que tienen su origen en las diferentes etapas de una obra.

Porcentaje(%)

Proyecto 42

Ejecución 28,5

Materiales 14,2

Utilización 9,6

Causas Naturales 5,7

Este tipo de fallas, que se manifiestan en aspectos que vemos cotidianamente como: permeabilidad, oxidación de armaduras, desgaste prematuro, bajas resistencias mecánicas, fisuras y otros, que finalmente reducen la vida ùtil; hace necesario el evaluar las posibilidades de reconstituir, reparar o demoler las estructuras deterioradas.

Antes de materializar una protección o reparación de una estructura de hormigón, es recomendable y necesario conocer su estado, las causas que originaron su deterioro e, indudablemente, el costo que implicará dicha intervención, ya que esta evaluación puede determinar incluso la factibilidad de demoler.


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O B J E T I V O

El objetivo del presente informe es indicar las causas que provocan patologías en el hormigón, identificarlas, evaluarlas y sugerir métodos de reparación


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Patologías del Hormigón

GENERALIDADES

PATOLOGIA: Ciencia que estudia los problemas constructivos que aparecen en el edificio o alguna de sus partes (con posterioridad a su ejecución), su proceso y sus soluciones.

Para afrontar un problema constructivo se debe conocer su proceso, sus causas, su evolución, sus síntomas y su estado. Estos aspectos conforman un proceso patológico.

El proceso patológico tiene tres etapas: origen, evolución y resultado final. El estudio del proceso sigue la secuencia inversa: Observar el resultado de

la lesión, luego el síntoma y siguiendo su evolución, llegar a su origen: la causa.

La rehabilitación de un edificio implica la recuperación de sus funciones principales por medio de distintas actuaciones sobre aquellos elementos que han perdido su función constructiva, sufrido un deterioro en su integridad o aspecto.

LESIONES

FISICAS Humedad Erosión Suciedad

MECANICAS Deformación Grietas Fisuras Desprendimientos Erosiones Mecánicas

QUIMICAS Eflorescencias Oxidaciones y corrosiones Organismos Erosiones

LESIONES FISICAS


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HUMEDAD DE OBRA: generada durante el proceso constructivo, cuando no se ha

propiciado la evaporación mediante un elemento de barrera. CAPILAR: agua que procede del suelo y sube por los elementos

verticales. DE FILTRACION: procedente del exterior y que penetra a través de

fachadas o cubiertas. DE CONDENSACION:

o Superficial Interior, en el interior de un cerramientoo Intersticial, en el interior de la masa de cerramiento o entre sus capaso Higroscópica, dentro de la estructura porosa del material que

contiene sales. ACCIDENTAL: producida por roturas de conducciones y cañerías, suele

provocar focos puntuales de humedad.

EROSION ATMOSFERICA: generalmente se trata de la METEORIZACION de

materiales pétreos, debida al agua succionada que se congela, que al dilatarse rompe laminas superficiales del material.

SUCIEDAD POR DEPÓSITO, sedimentación de partículas atmosféricas. POR LAVADO DIFERENCIAL, partículas ensuciantes que penetran en

los poros superficiales del material por acción del agua de lluvia, produciendo las marcas de chorreras en las fachadas urbanas.

LESIONES MECANICAS

DEFORMACIONES (cualquier variación en la forma del material como consecuencia de esfuerzos mecánicos). FLECHAS: consecuencia directa de la flexión de elementos horizontales

por un exceso de carga. PANDEOS: por esfuerzo de compresión que sobrepasa la capacidad de

deformación de un elemento vertical. DESPLOMES. por empujes horizontales sobre la cabeza de elementos

verticales. ALABEOS: por la rotación de elementos debida a esfuerzos horizontales


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GRIETAS (aberturas longitudinales que afectan todo el espesor de un elemento) EXCESO DE CARGA: debido a cargas que sobrepasan la capacidad de

diseño DILATACIONES Y CONTRACCIONES HOGROTERMICAS: cuando no

se prevén juntas de dilatación FISURAS (aberturas longitudinales que afectan a la superficie o el acabado

de un elemento constructivo, con un origen y evolución distinto al de las grietas, siendo a veces una etapa previa) REFLEJO DEL SOPORTE: se produce sobre el soporte cuando se da

una discontinuidad constructiva, por una junta, por falta de adherencia o por deformación, cuando el soporte es sometido a un movimiento que no puede resistir.

INHERENTE AL ACABADO: producida por movimientos de dilatación- contracción en el caso de chapados, y por retracción en el caso de morteros.

DESPRENDIMIENTO (separación entre el material de acabado y el soporte, por falta de adherencia)

EROSIONES MECANICAS (pérdidas de material superficial debidas a esfuerzos mecánicos tales como golpes o rozaduras)

LESIONES QUIMICAS

Se originan por la presencia de sales, ácidos o álcalis, que reaccionan provocando descomposiciones que afectan la integridad del material.

EFLORESCENCIAS (disolución de sales por la humedad,migración, y cristalización debida a la evaporación en la superficie del material) SALES CRISTALIZADAS QUE NO PROCEDEN DEL MATERIAL: las

sales proceden de otros materiales situados detrás, tales como ladrillos. SALES CRISTALIZADAS BAJO LA SUPERFICIE DEL MATERIAL: las

sales cristalizan dentro de oquedades, produciendo, a la larga, desprendimientos. Se llaman CRIPTOFLORESCENCIAS

OXIDACIONES Y CORROSIONES (transformaciones moleculares que involucran la pérdida del material en la superficie de metales) OXIDACION: transformación de un metal en óxido al entrar en contacto

con el oxígeno. CORROSION: pérdida progresiva de partículas de la superficie del

metal, debida a la formación de una pila electroquímica en la que el metal actúa como ánodo.

ORGANISMOS


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ANIMALES: los insectos se alimentan de algunos materiales y las aves y mamíferos pequeños causan lesiones erosivas.

VEGETALES:o Plantas grandes, lesionan por su peso o con sus raíces,o Mohos, se encuentran en materiales porosos y desprenden productos

químicos que producen mal olor, cambios de color, erosiones.o Hongos, atacan y destruyen la madera.

EROSIONES, por reacciones químicas con los materiales, produciéndose transformaciones moleculares en la superficie

CAUSA DE LA LESION

Un proceso patológico no se resolverá mientras la causa que le originóno sea anulada.

CAUSAS: DIRECTAS, las que son el origen inmediato del proceso patológico,

tales como esfuerzos mecánicos, agentes atmosféricos, contaminación. INDIRECTAS, cuando se trata de errores y defectos de diseño o

construcción.

INTERVENCION SOBRE LAS LESIONES

REPARACION: demoliciones, saneamientos, aplicación de nuevos materiales, para recuperarla funcionalidad original.

RESTAURACION: reparación de elementos concretos o de decoración. REHABILITACION: cambios y transformaciones para nuevos usos, que

pueden generar aumento en las cargas. PREVENCION: eliminación de causas indirectas en las etapas de proyecto

y ejecución.

EL ESTUDIO PATOLOGICO

La detección de un PROCESO PATOLOGICO suele ser seguida por la búsqueda y ejecución de actividades que implican la reparación de la unidad dañada.


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Un ESTUDIO PATOLOGICO es el análisis exhaustivo del proceso patológico, con el objetivo de alcanzarlas conclusiones que permitan proceder a la reparación.

Se debe adoptar un METODO sistemático de OBSERVACION y TOMA SE DATOS, limitando las ideas preconcebidas dictadas por la intuición profesional.

OBSERVACION

Las lesiones se presentan como síntoma de un proceso patológico, luego, se hace necesario: DETECTAR LA LESION (en realidad, el estudio se inicia porque se ha

detectado una lesión). DENTIFICAR LA LESION, para poder dar los pasos adecuados. AISLAR LESIONES y procesos patológicos distintos, para hacer el

seguimiento adecuado en cada caso, tomando en cuenta que puede haber imbricación entre ellos.

TOMA DE DATOS

FASES: Obtener DOCUMENTACION referida al edificio, tal como datos

históricos, planos de construcción e instalaciones, documentos administrativos, etc.

Realizar una INSPECCION PREVIA, en la que se deben recoger datos referidos a la propiedad, al constructor y al inmueble. Se deben observar los estados de conservación y mantenimiento, y los daños existentes, documentando la inspección con croquis y fotografías.

Hacer un LEVANTAMIENTO PLANIMETRICO del edificio, incluyendo planta, alzados, secciones, detalles constructivos, mapas de lesiones, etc.

Realizar INSPECCIONES TECNICAS, que implican realizar análisis, ensayos, pruebas de carga, con la participación de especialista.

IDENTIFICACION DE LA LESION

ENSAYOS SOBRE LOS ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS ENSAYOS FISICOS ENSAYOS MECANICOS ENSAYOS QUIMICOS


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ENSAYOS MEDIOAMBIENTALES ENSAYOS BIOLOGICOS ENSAYOS DE EVALUACION Y CONTROL DE LOS TRATAMIENTOS DE

CONSERVACION ENSAYOS AMBIENTALES

ENSAYOS SOBRE LOS ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS

Localización de la lesión en el edificio Materiales afectados Elemento constructivo dañado Sistema y detalles constructivos Toma de muestras para ensayo Fisuras y grietas Distorsión e inclinación Perdida de materiales Deterioro diferencial De placado, exfoliación y descamación Alteración cromática Patinas de suciedad película y moteado Arabización y disgregación granular Pulverización Deposito superficial Eflorescencias Alveolizacion

ENSAYOS FISICOS

Densidad aparente y real Porosidad Color Dilatación térmica Conductividad eléctrica Absorción de agua Capilaridad Expansión por humedad Eflorescencias Permeabilidad al agua Distribución del contenido de agua en el muro


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ENSAYOS MECANICOS

Ensayo de resistencia a compresión Ensayo de resistencia a flexión Ensayo de resistencia a tracción Ensayo de resistencia a cohesión Ensayo de adherencia

ENSAYOS QUIMICOS

Método general: disolución de la muestra en ácido clorhídrico para determinar sílice insoluble y otros componentes.

Método ASTM: determinación del contenido de cemento en hormigones. Método Jedrzejewska: estudios comparativos entre distintos tipos de

morteros. Método de Cliver: determinación gravimétrica de fracción soluble en acido,

fracción residuo fino, contenido de cal. Método de Dupas: solubilizacion de la sílice constitutiva de los silicatos

hidráulicos, para caracterizar los distintos tipos de cales utilizadas en la preparación de morteros.

ENSAYOS MEDIOAMBIENTALES

Ensayos de envejecimiento artificial acelerado Ensayo termo hídrico de los ciclos de humedad-sequedad Ensayos de helacidad Ciclo de cristalización de sales Ensayo de ciclos de exposición a radiación ultravioleta Ensayo de niebla salina

ENSAYOS BIOLOGICOS

Ensayos morfológicos y estructurales, con el uso de estero microscopios.

Ensayos microbiológicos, determinación de grupos microbianos.


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Ensayos bioquímicos, cuantificación de productos de metabolismo de la micro flora.

Ensayos histoquímicas, determinación de ácidos nucleicos, lípidos y mucopolisacaridos.

Ensayos químicos y fisicoquímicos, para determinar las especies químicas que son producto de la actividad microbiana.

ENSAYOS DE EVALUACION Y CONTROL DE LOS TRATAMIENTOS DECONSERVACION

Ensayo para evaluar el cambio de color Velocidad de evaporación, con agua absorbida por capilaridad y por

inmersión. Comportamiento frente al desarrollo de microorganismos Comportamiento frente a dilataciones térmicas

ENSAYOS AMBIENTALES

Identificar y localizar la lesión en el edificio, con indicación del sistema constructivo afectado.

Situar la orientación de la fachada Determinar el nivel de exposición del punto de aparición del síntoma con

respecto al nivel de la calle ya la proximidad a otros edificios. Determinar el nivel de contaminación del entorno del edificio

.

TECNICAS INSTRUMENTALES

Fotografía y fotogrametría Fotografía ultravioleta Fotografía infrarroja Termografía Radiografía Microfotografía Macrofotografía Endoscopia Análisis digital por imagen Microscopia Óptica de polarización Microscopia óptica de fluorescencia Microscopia electrónica de barrido


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Microscopia electrónica de transmisión Microsonda electrónica Difracción de rayos X Análisis Térmico Porosimetria por inyección de mercurio Espectrometría de absorción atómica

CAUSAS FRECUENTES QUE GENERAR LAS PATOLOGIAS CON FISURAS EN EL HORMIGÓN ARMADO

Generación de Sales Expansivas:

Durante el fraguado en la hidratación del cemento el aluminato tricálcico produce una sal compleja en la intercara árido-pasta denominada etringita de alto poder de expansividad, aumenta su volumen en un 227% pero como esta etringita se produce en estado fresco no da ningún problema, a esta etringita se le denomina primaria. Esta etringita se produce por la inclusión de yeso en el cemento para regular el tiempo de fraguado. Un proceso similar a este se puede dar en zonas con aguas selenitosas al combinarse con la cal libre, dando problemas de roturas, lo que conocemos como “desconchones” en las capas exteriores de hormigón.

En las imágenes se puede ver: cristales de etringita rellenando un poro (izq) y etringita rompiendo una partícula de árido (dcha).

Conversión del Cemento Aluminoso:

Otro gran problema conocido del cemento, fue la conversión del cemento aluminoso. El cemento aluminoso se empezó a producir en Francia a principios del

http://www.google.cl/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRw&url=http://eadic.com/blog/el-post-de-los-seguidores-patologiashormigon/&ei=NgOPVf7FB4fDggSR5rPYCg&bvm=bv.96783405,d.eXY&psig=AFQjCNGAAYOJlhp7s_UY38aw0dkxy658EQ&ust=1435522215405821


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siglo XX en la búsqueda de cementos resistentes a los sulfatos. Además de esta propiedad, los cementos aluminosos son refractarios. Los problemas del cemento aluminoso empiezan con una relación a/c de en torno a 0,5 para la cual, la alúmina (hexagonal) producida en el proceso de hidratación es muy inestable y a los 28 días empieza a transformarse en aluminato tricálcico (cúbico) que ocupa menos volumen dejando huecos y por lo tanto perdiendo resistencia. Para que la alúmina se transforme totalmente es necesario una relación a/c de en torno a 0,5, si esto no ocurre, queda alúmina sin hidratar que rellenará los huecos dejados por la hidratada y el problema será menor. Los daños como consecuencia de este problema han dado lugar a importantes siniestros no solo únicamente en zonas con alta temperatura y alta humedad, si no que además se han registrado casos en otras zonas muy distintas.

Viga de cemento aluminoso, inicio de oxidación de armaduras

Reacción Árido-Álcali:

Quizás uno de los problemas más importantes que puede dar un árido es la reacción con los álcalis del cemento, conocida como reacción árido-álcali.

La reacción árido-álcali, se produce al utilizar arena con sílice amorfa reactiva produciendo expansión y fisuración del hormigón, generalmente, se produce con


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la fracción fina ya que la cantidad de sílice que reacciona depende de la superficie específica del grano. Los álcalis del cemento disueltos en los poros pueden reaccionar con la sílice reactiva. Por otro lado cuando se combina un árido fino con un árido grueso inocuo, la porosidad de éste afecta a la reacción, pues cuanto mayor es la porosidad menor es el daño que produce, ya que los poros actúan como cámara de expansión no generando tensiones adicionales.

Ciclos Hielo – Deshielo:

La resistencia de un hormigón a estos ciclos crece con: el tipo de árido, la edad del hormigón, la dosificación de cemento y la reducción de la relación a/c. El agua es dirigida a los canales capilares, donde la temperatura de congelación es más baja, cuando se congela el hormigón aumenta su volumen en un 9%.

Carbonatación de la Pasta de Cemento:


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El principio básico de este problema es que el CO2 del ambiente se combina con el hidróxido de calcio de la matriz cementicea formando CaCO3 que en principio no da ningún problema, es más en la zona se produce un aumento de resistencias, pero lo que de verdad importa es que al reducirse la cantidad de hidróxido de calcio se produce una disminución del pH que despasiva el medio y desprotege a las armaduras contra la corrosión.

En la siguiente foto se observa la caracterización de un testigo de hormigón, se ve con gran claridad la zona sin carbonatar coloreada en rosa y sin carbonatar la zona sin colorear al principio de la probeta, esto ocurre porque la solución de fenolftaleina cambia de color (rosa – transparente) en torno al pH 9.

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