Ficha de Patología de la Edificación

Transcripción

1 INTRODUCCIÓN. EL HORMIGÓN PRETENSADO. Una de las consecuencias del desarrollo del hormigón pretensado ha sido la notable evolución en el diseño de las formas de los puentes, en los que se han aplicado nuevas técnicas constructivas que han aumentado las posibilidades para salvar vanos de grandes luces, acortando los plazos de ejecución y proporcionando una serie de ventajas relativas a la durabilidad, seguridad y economía. En la edificación, generalmente el uso del hormigón pretensado no ha influido en el aspecto exterior de los edificios, debido a que la estructura resistente queda integrada en el conjunto, pero si ha intervenido en la disposición interna. La diafanidad en el interior de los edificios y la disminución del espesor de los forjados aporta un valor añadido que suele compensar sobradamente el sobrecoste de construcción que implica el aumento de luces en los edificios. El hormigón genéricamente pretensado se puede diferenciar en dos categorías: - El hormigón pretensado con armadura pretesa. La armadura se tesa antes de hormigonar, es decir en fábrica. - El hormigón pretensado con armadura postesa. La armadura se tesa después de hormigonar, es decir en obra. Ficha de Patología de la Edificación El hormigón pretensado, bien preteso bien posteso, nace con la idea de mejorar el hormigón, dotándole de una resistencia a tracción de la que carece. Esta capacidad se agrega con un concepto espectacularmente sencillo: Previamente a la puesta en servicio, se comprime el hormigón consiguiendo que las tracciones provocadas por la flexión disminuyan. Fig. 1.- Sección tipo sometida a momentos flectores. Fig. 2.- Diagramas de tensiones debidas al postesado. Un segundo punto, que mejora mas el comportamiento, es comprimir excéntricamente de tal forma que además de la compresión, se genere una flexión contraria a la de las cargas provocando en la pieza un estado de flexión menor. HORMIGÓN POSTESADO Los elementos que constituyen el sistema son: - Tendones: Son los elementos que le dan funcionalidad al sistema, pueden estar constituidos por uno o por varios cordones. Existen dos tipos fundamentales de tendones que dan lugar a las dos variantes en estructuras postesadas: Abril /7

2 - Armadura adherente: El cordón, o cordones, trabaja embebido en una vaina metálica o de plástico, rellena de una lechada de cemento. Se consigue que los elementos trabajen como un todo. - Armadura no adherente: Se utiliza un único cordón recubierto por una vaina de plástico que evita que el cable se adhiera al hormigón. Los cordones se replantean antes de hormigón y una vez fraguado se tesan, permitiendo que puedan estirarse libremente. - Vainas: Es el conducto que se embebe en el hormigón de la losa, por el interior del cual discurren los cordones de pretensado. - Anclajes: Son los terminales del tendón y son capaces de retener el cordón en su estado de deformación y transmitir la carga de los cordones a la estructura. Principalmente se diferencian: - Anclaje activo: Aquel en el que se aplica la fuerza del gato - Anclaje pasivo: Retiene la fuerza que ejerce el cordón en el extremo opuesto don se aplica el gato. PRINCIPIOS TEÓRICOS BÁSICOS Fig. 3.- Ejemplo de cordones, vaina y anclaje. A partir del concepto de suma de compresión y flexión, y suponiendo un comportamiento lineal de los materiales la presencia del pretensado suele mejorar el comportamiento del elemento y la sección. Las condiciones que admiten un comportamiento lineal son: La fisuración se ve disminuida por que el nivel de tracciones es mucho menor, tanto que a veces la sección ni siquiera alcanza tracciones, o aún alcanzándolas, no se supera la resistencia del hormigón a tracción y, por tanto, no fisura. En Estados Límite Últimos, es decir en rotura, los efectos del pretensado también suelen ser beneficiosos, fundamentalmente porque la compresión (cuando ésta puede considerarse) mejora el comportamiento de la sección y porque la sección ya tiene armadura activa (postesada) que es de gran resistencia. La colocación de los cordones se realiza siguiendo la deformada teórica que sufriría la estructura de hormigón armado tradicional. Fig. 4.- Esquema fuerzas en postesado Abril /7

3 2. VENTAJAS E INCONVENIENTES. Las cargas transmitidas por el postesado se resumen en fuerzas concentradas en las zonas de anclajes que precomprimen la estructura y en fuerzas de desviación, inducidas por el trazado curvo de los tendones, que pueden llegar a equilibrar el peso propio de la estructura e incluso las cargas permanentes y parte de las sobrecargas de uso. Ventajas según el sistema constructivo: Fig. 5.- Distribución de los tendones La estructura se encuentra permanentemente comprimida, y por consiguiente no fisura, por lo que resulta ser más rígida, durable y estanca que una estructura de hormigón armado convencional. La deformabilidad instantánea queda además enormemente reducida, pudiéndose dar incluso contraflechas. La compresión del forjado, en su plano, mejora sensiblemente su comportamiento frente a esfuerzos tangenciales (corte y punzonamiento). Tiene un mejor comportamiento frente al fuego que los forjados reticulares y que las alveoplacas. Es posible, gracias al efecto de cosido, construir por tramos, reutilizar equipos y solidarizar posteriormente los elementos construidos. Al completar el tesado de una planta (generalmente al tercer día del hormigonado) la estructura ya es auto-resistente y por lo tanto se puede descimbrar completamente el forjado y quitar el 100% de los puntales. Todo lo anterior conduce a la posibilidad de reducción de cantos, espesores, cantidad de armaduras pasivas y, en general de peso propio del hormigón armado, lo que permite a su vez, aumentar las luces a cubrir y reducir los plazos de ejecución. Ventajas según la tipología edificatoria: En Edificios de media a gran altura, donde se produce la repetición de forjados idénticos se presenta la posibilidad de reducir el canto de forma considerable (hasta un 40 %), manteniendo las luces o incluso aumentándolas ligeramente, puede permitir en algunos casos construir una planta más sin superar las limitaciones de altura, en otros casos se puede disminuir la altura total del edificio, manteniendo la misma cantidad de plantas y la altura libre interior, con el consiguiente ahorro en cerramientos. En Edificios de baja altura pero con una gran superficie en cada planta, el espesor y el peso del forjado no juegan un papel tan importante como en el caso anterior. En este caso es primordial la simplicidad del encofrado y el armado que se traduzcan en una gran velocidad de avance. Los inconvenientes principales son: Es necesario mano de obra especializada para su ejecución, tanto durante el proceso de colocación de las vainas o tendones, como durante el proceso de tesado. La mayor esbeltez a la hora de construir exige un control mas cuidado de las deformaciones. Estructura poco flexible a la hora de asumir cambios en proyecto y ejecución. Los huecos y taladros que se hagan en la losa acabada para paso de instalaciones, deberán realizarse con un control exhaustivo, para que no se produzcan daños en los tendones que puedan dar lugar al colapso de la estructura. Abril /7

4 3. DESCRIPCIÓN Y ORIGEN DE LOS DAÑOS Los principales daños que se presentan en este tipo de estructuras se diferencian entre los sufridos en el hormigón o los de los cordones de acero. - Relativos al hormigón: Rotura del hormigón detrás de la zona de anclajes. Esto puede producirse si se procede al tesado de la estructura sin que el hormigón haya obtenido la resistencia suficiente, y por tanto sin tener capacidad para absorber la compresión solicitada. También puede afectar la presencia de vacíos detrás de las placas de apoyo, o que el hormigón utilizado sea de una resistencia insuficiente. Perdida de capacidad portante. Si el hormigón se tesa cuando su resistencia aún es baja, o en condiciones de exposición muy secas o muy húmedas, las pérdidas de pretensado pueden variar significativamente por encima o por debajo de los valores indicados, y por tanto dejar de realizar su labor. - Relativos al acero: Corrosión del armado. Al igual que en una estructura de hormigón armado convencional pueden presentarse problemas de corrosión. Este caso suele darse en estructuras postesadas utilizando cables no adherentes, los cuales están mas expuestos que los encerrados en vainas. La corrosión puede producirse por la filtración de agua a través de fisuras prematuras previas al postesado, debidas a un curado inadecuado del hormigón. Dicha corrosión también puede se debida a una protección inadecuada o inexistente en la zona de anclaje. Rotura de cordones. A medida que el cordón se corroe y disminuye su sección transversal, la tensión en la sección restante aumenta mas allá de su resistencia última a la tracción y el alambre falla. Si la losa tiene poco recubrimiento de hormigón, al fallar un cordón éste puede estallar y salirse del hormigón, tanto superior como inferiormente, provocando el levantamiento o rotura de los revestimientos que presente dicha losa. También pueden presentarse daños provocados por un sobretesado de los cordones. 4. PREVENCIÓN DE LOS DAÑOS Figura 6.- Cables postesados expuestos inferiormente. Para evitar daños similares ha de tenerse en cuenta algunas pautas, que enumeramos a continuación: Abril /7

5 Los cables deberán colocarse siguiendo la disposición especificada y respetando las tolerancias recomendadas. Cualquier curvatura local invertida se deberá corregir antes de proceder al hormigonado. El perfil de los cables se mantendrá atándolos con alambres a las barras de armadura, caballetes u otros apoyos. Estos alambres se deberán instalar de manera que no dañen las vainas de polietileno o polipropileno. Se deberán considerar las desviaciones de los cables en el plano horizontal que pudieran ser necesarias para evitar interferencias tales como aberturas, huecos pasantes, etc. debido a la potencial fisuración. Las medidas que se pueden aplicar para evitar o controlar la fisuración incluyen utilizar radios de curvatura suficientemente grandes, distancia suficiente entre los cables y el borde de una abertura y prolongar los cables en forma recta más allá de las esquinas de la abertura Fig. 7.- Desviaciones horizontales de los cables. Correcta e incorrecta. El hormigón se colocará de manera tal que no afecte la alineación de los cables ni la posición de las armaduras. Se debe tener particular cuidado al vibrar el hormigón en la zona de anclaje de los cables para asegurar que en estos puntos la compactación sea uniforme. Antes de las operaciones de tesado se deberían reparar cualquier vacío que hubiera detrás de las placas de apoyo. Se efectuará el tesado cuando las probetas representativas de la resistencia del hormigón en la proximidad inmediata de los anclajes indiquen que el hormigón ha logrado una resistencia especifica en torno al % de la resistencia a 28 días. Se comprobará el estado del equipo de tesado y se realizará éste de acuerdo con las recomendaciones del fabricante del sistema utilizado. En particular, se cuidará que el gato se coloque perpendicularmente y centrado respecto al anclaje. Se ha de seguir estrictamente el programa de tensado, teniendo en cuenta: - El orden de tensado de las armaduras. - La fuerza que ha de hacer el gato - El alargamiento y las deformaciones previstos - El momento de retirada de cimbras durante el tesado - La resistencia del mortero de apoyo de las placas antes del tensado Abril /7

6 Fig. 8.- Tesado de cordones. Para poder tomar lectura de los alargamientos, la carga del tesado se introducirá por fases. Como mínimo, una primera hasta conseguir un 10% de la fuerza máxima, y una segunda hasta la carga prevista. Estos escalones de tesado deberán guardar una estrecha relación con la resistencia del hormigón, puesto que si se produce una bajada de resistencia no serian validos para tesar la estructura. En el caso de tendones adherentes, antes de inyectar el cemento fluido que rellena las vainas, se limpiará el conducto con aire a presión. No se inyectará si se prevén heladas, ni cuando la temperatura de la pieza sea inferior a 5 C. Los apuntalamientos deben permanecer en su lugar hasta que se hayan completado las operaciones de tesado. Los anclajes deberán protegerse adecuadamente contra la corrosión y contra el fuego, embebiéndolos completamente en el hormigón o recubriéndolos con pintura o grasa resistente a la corrosión. Dicha protección debería proveer una resistencia al fuego como mínimo igual a la requerida por el resto de la estructura. 5. REPARACION DE LOS DAÑOS En caso de que junto a los anclajes se produzcan fisuras o rotura del hormigón, puede plantearse un refuerzo en toda la zona de acción de dichos anclajes a base de chapas de acero. La solución al igual que la aplicada en refuerzos en pilares, consigue aumentar la capacidad resistente del hormigón mediante el confinamiento de éste. Además se imposibilita la penetración del anclaje en el hormigón y un mejor reparto de tensiones por unidad de superficie. Si el daño se produce en los cables por corrosión, habrá que valorar si es necesario la sustitución de parte o de la totalidad del cordón. En todo caso será preciso reparar el motivo de dicha corrosión, ya sea sellando las fisuras que se hayan producido en el hormigón o cualquier otro motivo que las genere. Debido al elevado coste que supone la sustitución de los cables de la estructura se pueden utilizar sistemas de postesado aplicados externamente. Estos sistemas consisten en agregar cables rectos a lo largo de la zona traccionada de la losa. Esta solución tiene la ventaja de que no interfiere en las instalaciones existentes y que supone una mínima perturbación de la funcionalidad de la estructura. Habrá que tener especial atención a la protección contra incendio y contra la corrosión. Abril /7

7 5. CONSIDERACIONES FINALES Aun siendo un sistema enormemente extendido en edificación en gran parte del mundo, en España todavía sigue sin tener un gran desarrollo salvo en obra civil. Al realizar el estudio de las posibles patologías, concluimos que la ejecución del sistema cobra una gran relevancia y que ésta debería llevarse a cabo de manera precisa. Se deberá tener especial atención en el curado del hormigón, con anterioridad al postesado de los cables, para así prevenir tanto posibles fisuras como que el hormigón no alcance la resistencia suficiente para soportar la compresión de los cordones. BIBLIOGRAFÍA Estructuras Varias I. Ud 2. Hormigón Pretensado Luis Felipe Rodríguez Martín Patología de la Edificación. El lenguaje de las grietas Francisco Serrano Alcudia Proyecto y calculo de estructuras de hormigón Jose Calavera Ruiz ª Sesión técnica monográfica: Losas postesadas en edificación Acies Abril /7