PATOLOGÍA DE LA EDIFICACIÓN 36 DAÑOS A ELEMENTOS ESTRUCTURALES POR ESFUERZO DE FLEXIÓN (2ª PARTE: PREVENCIÓN Y REPARACIÓN DE LOS DAÑOS) 1.- GENERALIDADES INTRODUCCIÓN En esta segunda ficha sobre la flexión, y como ya adelantamos en la ficha anterior, vamos a tratar las técnicas de prevención y de reparación más empleadas para evitar los daños que pueden producirse debido a este esfuerzo, que ya describimos en la primera ficha, según elemento constructivo. Respecto a la prevención vamos a desarrollar algunos aspectos a tener en cuenta en las fases de diseño y ejecución de las estructuras, para intentar paliar en la medida de lo posible los daños debido a esta solicitación. En cuanto a las técnicas de reparación, haremos referencia a algunas soluciones, consideradas más habituales, debido a la amplia casuística existente. 2.- PREVENCIÓN DE DAÑOS Ya que el comportamiento de las piezas sometidas a flexión depende de manera muy importante de la cuantía mecánica de la armadura de tracción se ha de tener en cuenta siempre en las fases de diseño y cálculo y en la ejecución. En general, se deberá prestar atención a los cálculos y cuidarse la ejecución según el proyecto, evitando errores que puedan suponer daños en nuestra estructura. Durante la ejecución se deberá tener en consideración: - tiempos de desencofrado / descimbrado correctos - tiempos de curado adecuados - mantener el orden apropiado en la retirada de los puntales y encofrados - que las sobrecargas de obra (acopio de material...) no superen las cargas consideradas para el cálculo. VIGAS.- Para evitar la rotura frágil en vigas (u otros elementos sometidos a flexión simple o compuesta), la armadura longitudinal debe ser capaz de absorber un esfuerzo de tracción no menor que el de tracción desarrollado por el hormigón sólo, en el momento que se produce la fisuración. Deberá disponerse la armadura superior e inferior (de negativos y positivos) según los diagramas de momentos obtenidos en base a los cálculos que tienen en cuenta las cargas a que está sometida la estructura. PILARES.- Distribución lógica y con tendencia a la uniformidad, es decir, que forme una malla lo más cuadrada posible, con luces que no difieran de la contigua en 1/5 de la luz menor. Los pilares se calcularán a flexión esviada. FORJADOS.- Para unidireccionales se debe evitar las grandes luces (inferiores a 7 m). Se deberá colocar armadura de reparto en la capa de compresión así como emplear armadura de negativos sobre viguetas (cuidando la ejecución, para que éste no caiga durante el hormigonado y vibrado). VOLADIZOS.- Necesitan siempre armadura para soportar los momentos, sobre todo en el caso de voladizos pequeños (ya que éstos se pueden hundir al entrar en servicio la estructura, pues los grandes voladizos sin armadura partirían al realizar el despuntalado y desencofrado).
Deberán conectarse los negativos a la armadura de la viga, para evitar su caída durante el hormigonado y el vibrado. En vuelos inferiores a 1.20 m las viguetas deben estar totalmente enfrentadas con las del forjado, siendo mejor cuando se consigue continuidad. En el extremo del voladizo llevará como mínimo un zuncho de borde que ate las cabezas de las viguetas (éste suele estar formado por 2 barras de diámetro 12, con un ancho de 10 cm y el canto del forjado). En la unión de las viguetas del vano con la viga se maciza con hormigón o se colocan bovedillas rebajadas. Para voladizos con luz superior a 1.2 m o en el caso del voladizo de la primera planta donde se acumulan parte de las cargas de los voladizos superiores se deberían colocar viguetas pareadas. En caso de necesitar mayor rigidez se pueden macizar las calles de bovedillas alternativamente; si los momentos son elevados, suele ser necesario colocar en el vano contiguo al voladizo viguetas pareadas también. MUROS DE CONTENCIÓN.- Será necesario colocar la armadura necesaria en las esquinas en horizontal y en el trasdós del muro en vertical que es la parte que trabaja en ménsula o voladizo. Un muro aislado necesitará armadura en la cara superior del talón para soportar los momentos que origina el empuje de las tierras. Si más adelante se le coloca un pilar, también necesitará armadura en la base de la cimentación y aumentarán las tensiones del terreno bajo la cimentación. Además de esta armadura el muro necesita también armadura longitudinal. Fig. 1.- Diagramas (en alzado, planta y sección) de momentos y armaduras de muro contención. VIGAS CENTRADORAS.- Las vigas de rigidez que unen zapatas necesitan armadura en la cara superior para absorber los momentos a que están sometidas. Pero si tenemos muros de contención aislados con vigas centradoras en su cimentación, la armadura de éstas es necesaria en su cara inferior.
3.- REPARACIÓN DE DAÑOS Como ya comentamos en fichas anteriores (ver ficha 31) se deberá analizar la capacidad resistente de la estructura para plantear la intervención más adecuada y considerar el tipo de refuerzo más idóneo para el elemento y su patología. Debido al alto coste que presentan estas operaciones se ha de realizar un estudio lo más detallado posible. Podemos distinguir entre refuerzos activos, aquellos de los cuales depende la estabilidad del elemento ya que se introducen acciones en éstos mientras se encuentran en carga y los refuerzos pasivos, que trabajan conjuntamente con el elemento dañado mejorando sus características resistentes y entran en carga cuando la estructura continúa deformándose tras su ejecución (de este tipo suelen ser mediante elementos metálicos o recrecidos de hormigón, envolviendo o no armaduras). Existen multitud de técnicas de reparación, combinándose técnicas tradicionales con otras más modernas. Así tenemos: bandas de acero encoladas, con hormigón proyectado, o mediante fibra de carbono, los cuales requieren unas condiciones de ejecución y de diseño de mayor calidad en cuanto a condiciones de aplicación, etc (sumándose además la ausencia de normativa que regula este aspecto de las estructuras) VIGAS Vigas de hormigón armado En el caso de que no se haya dispuesto en la parte inferior armadura suficiente, se pueden realizar las siguientes soluciones: - Si el momento no es muy elevado y no se somete al hormigón de la zona de compresión a aplastamiento, en la cara inferior de la viga se podría añadir armadura en forma de platabandas, cuya unión con el hormigón se realizará mediante conectores cada cierta distancia, pudiéndose aplicar mortero de resina epoxi que mejore el trabajo conjunto y proteger a su vez la platabanda contra la corrosión. - Ejecución de un refuerzo indirecto, aumentando el canto de la viga hasta que la armadura existente sea la suficiente (a mayor canto menor cuantía de armadura). Los estribos se dejan en forma de horquilla, uniendo los dos hormigones. Previamente se picará la parte superior de la viga y se aplicará resina epoxi. De esta forma se aumenta la rigidez de la viga y la resistencia a rasante, aunque no se puede realizar en el interior de la edificación, por el recrecido de hormigón, que quedaría a la vista, pero si en plantas de cubiertas y en vigas de cerramientos de fachadas, donde es posible ocultar la parte añadida. - También se puede colocar un perfil metálico sujeto a la viga mediante conectores, formando una viga mixta.
Fig. 2.- Refuerzo mediante perfil metálico y conectores. - En el caso de vanos extremos puede aumentarse la rigidez de los pilares, con lo cual se estaría reforzando directamente la armadura. - Una solución que se puede realizar para el caso de vigas que quedan en el interior de las edificaciones, es mediante la rotura de bovedillas que están en contacto con la viga para ampliar las dimensiones de ésta, colocando la armadura necesaria envuelta por estribos y hormigonar. De esta forma se aumenta la rigidez y también la resistencia a cortante de la viga, pero el inconveniente que surge es la aparición de un cuelgue de unos 5 cm. Fig. 3.- Refuerzo de hormigón en viga que puede incorporar armadura. - Otra solución posible sería la de apoyar la viga de hormigón en perfiles metálicos, unidos a collarines que se colocan sujetos con perno en las cabezas de pilares. Se puede mejorar el sistema colocando al perfil metálico conectores unidos al hormigón con mortero expansivo de forma que se obtiene una viga mixta, consiguiendo mayor resistencia y rigidez. Si la armadura superior es insuficiente, podemos aplicar las siguientes soluciones: - Se puede añadir a la viga armadura adicional a la ya existente, picando la parte superior de la viga a reforzar, colocando la armadura necesaria (si es preciso, perforando el pilar para pasar la armadura), aplicar resina epoxi y hormigonar. Se pueden sustituir las barras por pletinas sujetas con resina epoxi (armadura a colocar con las mismas características que la de la estructura). - Si la viga tiene dimensiones pequeñas en relación con la armadura que necesita, se puede apuntalar y romper las bovedillas de los laterales de la viga, picar la viga en su parte superior, se coloca la armadura necesaria y sobre éstas estribos en U con patillas y se hormigona sobre la viga y la zona de las bovedillas en los laterales de la viga. Por la falta de patillas en vigas extremas, podemos realizar las siguientes soluciones: 1º.- Apuntalar la viga, picar el hormigón, realizar taladros y colocar la armadura necesaria con sus patillas (es mejor emplear mayor número de barras con diámetro inferior que pocas barras y diámetros mayores, ya que suelen quedar mal ancladas), se aplica resina epoxi para mejorar la adherencia y se hormigona. 2º.- Puede realizarse también con placas de acero. Vigas metálicas - En el caso de vigas metálicas, se pueden reforzar soldándole en la parte inferior de la viga una platabanda, medio perfil o un perfil completo. - Si disponemos de estructuras metálicas ligeras, como en el caso de una nave, se
puede colocar un puntal telescópico graduable y unos cables que actuarían como tensores. PILARES En caso de que aparezcan las fisuras comentadas debido a la flexión, si éstas se encuentran estabilizadas y no aparecen ni se detectan daños en otros elementos y la zona comprimida de las secciones fisuradas se encuentra intacta, podemos limitarnos a inyectar las fisuras sellándolas y mantenerlas en observación durante un año con el objeto de asegurarnos que se zanja el problema. Si las fisuras progresan y se ven síntomas de que el hormigón a compresión comienza a fisurarse, se apeará y se procederá a reforzar el pilar de alguna de las siguientes maneras, entre otras, y una vez se hayan evaluado los momentos que pueden estar solicitando al pilar: - Mediante un encamisado metálico - Por medio de un encamisado de hormigón Estos sistemas se basan en unos elementos verticales que resisten la carga vertical y unos elementos de atado o zunchado transversalmente que transfiere la carga a los elementos verticales y confinan el hormigón, lo que se traduce en un aumento de la resistencia del hormigón y un aumento del módulo de elasticidad lo que proporciona mayor plasticidad al hormigón. Los encamisados de hormigón se resuelven adosando unas armaduras verticales y estribos como zunchado. Se prepararán las superficies de contacto para que haya una correcta adherencia entre el hormigón del elemento dañado y el mortero de reparación gunitado. Se emplearán además elementos auxiliares (platabandas donde soldar las armaduras de refuerzos, barras pasantes, anclajes, etc). El encamisado metálico consiste en colocar unos angulares en sus esquinas zunchados contra el pilar mediante presillas transversales, también se puede zunchar transversalmente mediante un tubo metálico, en el caso de pilares circulares. Fig. 4.- Encamisado metálico: Pilar reforzado mediante angulares y presillas. FORJADOS.- Si el forjado no tiene armadura de negativos, se procederá a retirar el solado, con un cepillo de alambres se cepilla a ¼ de la luz de cada tramo y se coloca un mallazo con la armadura longitudinal y transversal necesaria y se aplica una capa de mortero para dar recubrimiento a los alambres de la capa superior de la malla. En la unión de dos viguetas sobre un perfil es conveniente colocar armadura de negativos, se colocarán conectores metálicos, soldados en la parte superior de la viga de carga y se macizará como mínimo el ancho de la misma.
También se pueden realizar cortaluces para darle mayor resistencia al forjado. Fig. 5.- Detalle del recibido del forjado en cortaluces. En el caso de forjados reticulares, donde los nervios no disponen de armadura suficiente, se puede variar su comportamiento, pasando a ser éste bidireccional con viga. Para ello se apuntalará el forjado, se rompen piezas aligeradas y se limpian con cepillo de alambre o similar y se colocan las barras necesarias, por debajo de los nervios existentes, con una distancia no inferior a la distancia entre ábacos, se aplica resina epoxi en las zonas de máximo momento y se hormigona. Se macizan las calles de piezas aligeradas entre pilares aumentado el espesor del forjado en esas zonas. Para evitar el cuelgue que aparece con esta solución, una vez macizadas las calles de piezas aligeradas, se abren rozas hasta llegar a las armadura inferior de los nervios transversales y se colocan pletinas sujetas con resina epoxi. VOLADIZOS.- Se apuntala el voladizo intentado recuperar flecha, se vacían las calles de bovedillas alternativamente y se pica la capa de compresión que precede al voladizo, en una longitud mayor o igual al vuelo de éste. Se coloca la armadura negativa necesaria y sobre la misma se coloca un mallazo en la zona de la capa de compresión donde se ha picado, se aplica resina epoxi y se hormigonan la zona de la capa de compresión donde se coloca la malla y las zonas de bovedillas que se han vaciado en el voladizo. MUROS DE CONTENCIÓN.- En el caso de disponer de armadura insuficiente, si no se tiene acceso al terreno medianero, se puede realizar un refuerzo indirecto aumentando el espesor del muro por la cara interior, hasta que la armadura colocada sea suficiente para absorber el momento a que está sometido. Se picará la pared y se aplicará resina epoxi con el fin de aumentar la adherencia entre los dos hormigones. Se colocará una armadura longitudinal en el muro a construir para evitar fisuras. El muro se apuntalará, retirándose los puntales una vez haya adquirido la resistencia suficiente. NOTA: la resina epoxi pierde sus características mecánicas expuesta a temperaturas fácilmente alcanzables (alrededor de los 50-60ºC) y requiere además unas condiciones de ejecución y mano de obra especializada. Bibliografía: Diagnosis y causas de patología en la edificación. Manuel Muñoz Hidalgo. Prevención y soluciones en patología estructural de la edificación. Manuel Muñoz Hidalgo. Evaluación de la capacidad resistente de estructuras de hormigón y métodos de rehabilitación y refuerzo. Curso INTEMAC. Hormigón armado. Montoya-Meseguer-Morán.