Modelos de los Fallos de los Forjados de Cemento Aluminoso

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NOTA: Este artículo ha sido creado gracias al Instituto de Tecnología de la Construcción de Cataluña - ITeC, y la Direcció General d'Arquitectura i Habitatge de la Generalitat de Catalunya, en el marco del Programa de Afiliados de la Construpedia. Pertenece a la publicación Recomendaciones para el reconocimiento sistemático y la diagnosis rápida de forjados construidos con cemento aluminoso. Puedes descargar gratuitamente la publicación [PDF]. ¡Atención! Este artículo está sujeto a Derechos de Autor. © ITeC.

Modificaciones en las Propiedades de los Materiales

Se sabe que en el proceso de "conversión" se producen, fundamentalmente, las siguientes modificaciones sobre las prestaciones iniciales de los hormigones que contienen aluminoso.

• Pérdida de las resistencias mecánicas hasta un valor residual estable. Este valor depende fuertemente de las condiciones iniciales de fabricación de la pasta (resistencias bajas cuando la relación A/C sea excesiva o cuando contenga poca cantidad de cemento).

Si existe un ataque de tipo químico sobre el conglomerado, favorecido por la porosidad creada después de la conversión, puede iniciarse otro tipo de proceso degenerativo: la hidrólisis alcalina.

Junto con la resistencia a la compresión también se alteran las resistencias al esfuerzo cortante y la adherencia hierro-hormigón, las cuales pueden tener una importancia fundamental en el equilibrio de los elementos sometidos a flexión.

• Aumento de la porosidad (hasta un 18 %) por pérdida de una importante cantidad de agua al pasar de la fase decahidratada a la hexahidratada. Esta modificación es trascendental para la durabilidad, ya que:

- Favorece los ataques químicos en la masa.

- Acelera la carbonatación.

- Facilita el acceso del agua.

Estas tres circunstancias promueven las condiciones características que causan la corrosión de las armaduras.

• El pH inicial se tiene que considerar insuficiente para garantizar que los aceros de armado y de pretesado no se oxiden cuando las condiciones no son favorables (falta de mantenimiento).

Las Modificaciones Implican Pérdidas de Seguridad en la Flexión

• La pérdida de sección de la armadura de tracción, por culpa de la corrosión, implica una evidente pérdida de seguridad. La velocidad con qué se perderá la seguridad estará en función, entre otras cosas, de la relación perímetro/sección, especialmente desfavorable en el caso del hormigón precomprimido . En términos generales, hay que analizar con más prudencia los casos de corrosión de armaduras en las piezas precomprimidas que en las armadas.

• También actúa sobre la seguridad la variación de la adherencia al interponerse, entre el hormigón y el acero, la lámina de óxidos que puede, incluso, reventar el revestimiento de hormigón.

Sobre la adherencia también actúa la pérdida general de las resistencias mecánicas.

La falta de adherencia no permite plantear el equilibrio de secciones frente a un momento flector solicitante. Por otro lado, se presenta una pérdida importante de la seguridad a cortante si, al deslizarse la armadura, se anula la fuerza de pretesado.

• La pérdida de resistencia a la flexión también se puede producir por causa de la merma de resistencia a la compresión de la cabeza comprimida.

• Pérdida de resistencia a la flexión al desorganizarse la cabeza comprimida por causa de la corrosión de los aceros que contiene. Una fisuración longitudinal, por este motivo, puede promover el pandeo individualizado de las bielas de compre sión, dando una resistencia inferior a cuando estaban solidarizadas en una única aleta comprimida .

• Fallos por pérdida de resistencia a cortante (subsidiaria de una pérdida general de las resistencias).

No obstante, hay que recordar que la resistencia a cortante está en función de la raíz cuadrada de la resistencia a la compresión . Por tanto, la influencia de los descensos de resistencia a la compresión que se hayan registrado sólo tendrá un efecto relativo sobre los fallos a cortante.

Sobre la especulación realizada en el ámbito de las propiedades del material que afectan a la resistencia de las piezas a flexión, existe un tema que debe considerarse primordial : mientras que los criterios generales de dimensionamiento de una pieza a flexión se basan en una rotura dúctil, en qué, antes de la caída, se pasa por una etapa de importantes fisuraciones y deformaciones visibles, en el caso de las bajas resistencias residuales ylo de las corrosiones de la armadura, la mayor parte de caídas se presentan por fallos de adherencia, fallos en la zona de compresión o colapsos a cortante . Son caídas de tipo instantáneo . El fallo de la pieza a flexión ha dejado de ser dúctil para pasar a ser frágil, sin previo aviso.

Este cambio en la calidad de la rotura ha sido poco estudiado : su consideración tendría que afectar al alza el valor de los coeficientes de seguridad que hay que adoptar.

Aspectos Colaterales de Gran Influencia

Aunque no tengan relación directa con la "conversión" del hormigón, sí la tienen con el posible comportamiento anómalo de las piezas prefabricadas de la época: la deficiente calidad técnica de la época y la mala calidad de los aceros.

• El dimensionamiento de los forjados se realizaba para solicitaciones muy inferiores a las actuales (350 kg/m2 totales frente a los 600/650 kg/m2 actuales) . Si se hicieran cálculos basados en las teorías habituales para determinar el coeficiente de seguridad de las piezas, se encontraría, en el caso de que no se haya producido la "transformación" ni la corrosión, que el valor de la seguridad sería inferior a 1 (concretamente en el caso de la calle Cadí 33 se determinaron unos valores de c=0,67, según los peritos).

• Mala calidad de los aceros de la época. Eran aceros reciclados que suelen presentar rotura frágil, sin relajamiento de los extremos ni rotura "en copa".

• Errores constructivos importantes y baja calidad de las soluciones constructivas de la época.

-Los elementos portantes principales (paredes de ladrillo, pórticos) tenían, respecto a los parámetros actuales, baja seguridad, problemas de estabilidad de todo el sistema por falta de riostras, etc.

-Los forjados no atendían a los criterios "de encadenado y monolitismo" ; no había zunchos en todas las plantas; no había losa de compresión de hormigón; no se colocaban aceros superiores de continuidad sobre las paredes (negativos).

Por falta de hiperestatismo de todo el sistema, el fallo de una única sección suele provocar la caída de todo el conjunto y no sólo esto: frecuentemente se presenta una caída en cadena que afecta a todo el edificio.

Un mejor arriostrado de todos los elementos del sistema permite redistribuciones inesperadas de las entregas en el sentido de que, aunque sea mediante grandes fisuras y deformaciones, el sistema tenga recursos para evitar caídas generalizadas.

Modelos de Rotura

A partir de las consideraciones anteriores es posible especular sobre los modelos de rotura que se pueden presentar con mayor probabilidad.

• Caídas por falta de resistencia a la tracción de la armadura. Sea por pérdida de sección del acero, sea por falta de adherencia. La "tercera rótula" se presenta en la zona comprimida del hormigón, en la zona de mayor deformación.

• Fallos de elementos a flexión por compresión de la cabeza comprimida o por desorganización de esta cabeza al producirse la corrosión de un redondo situado en aquel punto.

Este tipo de fallo se suele presentar bajo cubiertas que tienen pérdidas endémicas de agua.

• Rotura instantánea por causa del fallo al cortante de uno de los extremos. Este tipo de rotura se suele producir en función de la modificación de diferentes parámetros:

- la resistencia del hormigón a cortante.

- el nivel de pretesado de las secciones más solicitadas a cortante que suele estar en función del valor de pretesado inicial, de la resistencia residual del hormigón y de la adherencia en la entrega de las viguetas a las paredes.

La caída se puede presentar sin ninguna modificación previa aparente de la pieza.

El efecto del pretesado puede ser ponderado a partir de los dos círculos de Mohr siguientes:

Estos sistemas de rotura se pueden combinar y producir un tipo de caída más complejo, como el que ilustra el esquema siguiente, de la calle Cadí 33, correspondiente a un forjado bajo cubierta.

A A pared de 0,15 de ladrillo hueco.

B pared de fachada de 0,30, de dos hojas paralelas de 0,15 de ladrillo hueco. La entrada de las viguetas en la fachada era considerable y determina un cierto empotramiento.

1 rotura por compresión al oxidarse un redondo de la aleta superior.

2 rotura por movimiento negativo y cortante . El redondo inferior falló de manera frágil y promovió el impacto sobre los forjados inferiores y la caída "en cadena".

3 descuelgue del extremo

En general, se constata que, en el caso de elementos precomprimidos, el riesgo de una caída instantánea es mucho más alto que en el caso de piezas armadas, sobre todo si no se emplean estribos para soportar el esfuerzo cortante .