23
UNIVERSIDAD NACIONAL DE ASUNCIÓN. FACULTAD DE INGENIERIA. PATOLOGÍA Y TERAPIA DE LAS CONSTRUCCIONES. TEMA : Patología de las cimentaciones superficiales. GRUPO Nº: 1. Alumnos : - Francisco Javier Munizaga O. - José Maria Molinas R. Campus univ., San Lorenzo. Py. 27/ Agosto /2010.

Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

UNIVERSIDAD NACIONAL DE ASUNCIÓN.FACULTAD DE INGENIERIA.

PATOLOGÍA Y TERAPIA DE LAS CONSTRUCCIONES.

TEMA: Patología de las cimentaciones superficiales.

GRUPO Nº: 1. Alumnos:

- Francisco Javier Munizaga O.- José Maria Molinas R.

Campus univ., San Lorenzo. Py.27/ Agosto /2010.

Page 2: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

INDICE.Introducción.

PATOLOGIA DE LAS CIMENTACIONES SUPERFICIALES.LOS FALLOS: DESCRIPCION Y SINTOMATOLOGÍA.

1- Daños por desconocimiento del comportamiento de los suelos:TIPOS DE ASENTAMIENTOS.

Asientos diferenciales.DISTRIBUCION DE PRESIONES EN EL SUELO BAJO FUNDACION SUPERFICIAL.Aspectos distintos de los asentamientos diferenciales.DAÑOS POR CIMENTACION HETEROGENEA DE UNA CONSTRUCCIÓN.

Asientos totales. Definición. Características.

2- PROBLEMAS QUE PLANTEAN EDIFICIOS VECINOS CONSTRUIDOS EN ÉPOCAS DISTINTAS.

3- DAÑOS POR AGENTES PRESENTES EN EL MEDIO DE LA FUNDACIONSUPERFICIAL.

Durabilidad del HºAº.Ataques sobre el hormigón.Corrosión de las armaduras del HºAº.Carbonatación. Origen. Como evitarla.Test de la fenolftaleína para detectar carbonatación del Hº.Consideraciones finales sobre carbonatación.Ataques por cloruros.

Como evitarlo.Ataques por ácidos.

Como evitarlo.

4- Conclusión.5- Bibliografía.

Page 3: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

INTRODUCCIÓN

PATOLOGIA DE LAS CIMENTACIONES SUPERFICIALES.LOS FALLOS: DESCRIPCION Y SINTOMATOLOGÍA.Puede afirmarse que el 80% de los siniestros en que entra la

cimentación viene del desconocimiento de las propiedades del suelo. (Del libro “Patología de las cimentaciones” de Louis Logeais).

Todo edificio con problemas en la cimentación ofrece, tarde o temprano y de forma más o menos manifiesta, unas lesiones o síntomas apreciables a simple vista.Las lesiones o síntomas de fallos en una cimentación, pueden adoptar la siguiente tipología:

- Asientos uniformes o diferenciales.- Levantamientos.- Desplomes.- Giros.- Ceñimientos de soleras.- Degradaciones de los materiales componentes por ataque del medio.- Colapsos parciales o totales.

Estos síntomas, que a menudo aparecen varios a la vez, necesitan un cuidadoso y metódico estudio, apoyado en una precisa medición de su forma e intensidad.

Los valores absolutos de estos síntomas y su variación en el tiempo son fundamentales para empezar su reconocimiento.

Si se trata problemas en la cimentación, la actuación no solo recaerá en la reparación de los daños producidos por el fallo, si no también por la eliminación de las causas del mismo.

Las fisuras y grietas son, casi sin lugar a dudas, los primeros síntomas de algún fallo en la cimentación.

Al estudiar las grietas y fisuras de una edificación, hemos de hacer las siguientes consideraciones:

- Su situación y forma.- Hacia donde se abren o se cierran.- Si las partes a los costados de la grieta o fisura conservan el mismo

plano, o bien una baja más que la otra, o incluso si se registra una pérdida de la verticalidad.

- Si esta o no estabilizada, o sea, si sigue creciendo o no.

Page 4: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

Fig.: Fisuras y grietas de una estructura debido a asentamientos de la fundación:

a) Muro homogéneo y bien construido.b) Muro homogéneo pero con junta cerca de la abertura.c) La resistencia del ladrillo supera la del mortero.

Page 5: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

1- DAÑOS POR DESCONOCIMIENTO DEL COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS:

ASIENTOS:Es el movimiento más común de un edificio afectado por fallos en la

fundación. Se define por asentamiento o asiento, la consolidación bajo carga de un suelo. Esta consolidación dependerá del tipo de suelo y, por lo tanto, de la deformación máxima a asumir de este, y del tiempo necesario para alcanzar la misma.

Por lo que hace a los edificios con estructura y cerramiento de materiales con comportamiento pétreo – piedra, bloque de mortero- y a la vez homogéneos, las lesiones típicas son coincidentes con las líneas isostáticas de compresión. Esto nos permitirá, según la situación y la dirección de la lesión, determinar qué tipo de asentamiento la ha provocado.

Por otro lado, en estructuras reticuladas se traducirán en deformaciones y roturas de los nodos. Depende si la estructura esta planteada en forma hiperestática o isostática y del tamaño de las mismas para que estas lesiones puedan ser de mayor o menor envergadura.

Si los asentamientos son de recorrido corto, el esfuerzo predominante es el cortante, sin embargo si el recorrido es largo, el predominante será el esfuerzo normal.

Algunos valores de referencia para proyectos:

Page 6: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

TIPOS DE ASENTAMIENTOS:ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES: Producidos en zonas localizadas del edificio. Son los más problemáticos, ya que el edificio debe deformarse y acomodarse a su nueva posición. Generalmente las estructuras no toleran la deformación y se generan grietas o fisuras.

Page 7: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

El hecho de que las presiones que produce una fundación no quedan localizadas a pocos centímetros debajo de la misma, sumado a que la determinación de la carga admisible de trabajo de un suelo es una ciencia con cierto grado de imprecisión, hace que los asientos sean prácticamente imposible de evitar, aunque si se pueden predecir. Sobre estas predicciones trabajan tanto los estudios de suelos como los cálculos estructurales.Si a nivel estructural no se prevén medidas, los asientos diferenciales provocaran grietas importantes.

DISTRIBUCION DE PRESIONES EN EL SUELO BAJO FUNDACION SUPERFICIAL.La determinación de la carga admisible de trabajo de un suelo desgraciadamente no resuelve el problema de las cimentaciones. Las presiones que provoca la zapata no quedan localizadas a pocos centímetros de la cimentación. Las distribuciones de presión son estudiadas en mecánica de suelos.Mediante la distribución de presiones en este caso, la distribución de Boussinesq nos permite trazar las curvas iso-presion o isotension del suelo en función a la profundidad.

En la cual se observa que la carga de solicitación se ve disipada en un 80% a profundidades superiores de 1,5.B y 2.B, siendo “B” la menor dimensión de la sección de la estructura de fundación.Consecuentemente, la profundidad a la que hay que conocer el tipo de suelo es mínimamente 1.5 B de la profundidad de desplante de la fundación superficial. El desconocimiento del tipo de suelo a esa profundidad bajo la estructura de fundación puede generar asentamientos diferenciales importantes de la estructura en sí.

Page 8: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

En la figura se observa dos zapatas cuadradas a idéntica presion de contacto de 2kg/cm2:

En la figura de la izquierda se observa un caso improbable en que ocurra asientos diferenciales, independiente del tipo de estructura. La de la derecha corresponde a un caso de asiento diferencial inevitable si la estructura es inadecuada.

Page 9: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

Los asentamientos diferenciales pueden exhibir aspectos distintos:a) FISURAS INCLINADAS EN ESTRUCTURAS ENDEBLES.b) ABERTURAS EN LAS JUNTAS DE ESTRUCTURAS RIGIDAS.

Se estima que las grietas aparecen en una pared de ladrillo de reciente construcción cuando sus dos extremos sufren una desnivelación relativa comprendida entre 1/500 y 1/1000 de la luz entre ambos.

Ante la posibilidad de asentamientos diferenciales caven dos soluciones que eviten las fisuras:

1) EMPLEAR ESTRUCTURAS LIGERAS: Como por ejemplo, las estructuras metálicas, si bien no se elimina el asentamientos, se elimina su efecto.

2) CONCEBIR ESTRUCTURAS RÍGIDAS Y RESITENTES: Tales que eviten un asiento de un apoyo respecto a otro, cosa que se consigue conectando los puntos de apoyo de la fundación con vigas de reparto poco deformables. Los muros de sótano de HºAº cumplen esta función satisfactoriamente.

Page 10: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales
Page 11: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

PROBLEMAS QUE PLANTEAN EDIFICIOS VECINOS CONSTRUIDOS EN ÉPOCAS DISTINTAS:

Una vez concluida la obra, el terreno que se halla bajo la cimentación tarda mas o menos tiempo en asentarse definitivamente; los suelos permeables (arenas y gravas) se asientan casi instantáneamente y, en el extremo opuesto de la escala están los suelos finos (arcillas muy poco permeables, sin incluir las tierras de relleno).

Por lo tanto si se construye un edificio unido a otro levantado con anterioridad, el efecto de asentamiento del suelo bajo la acción de las cargas del primero puede, por interacción, provocar el descenso del terreno en que descansan los cimientos del segundo, con las subsiguientes consecuencias negativas

A causa de este error ampliamente extendido, son muchos los autores los que opinan que basta con prever una junta de asentamiento entre ambos edificios para soslayar cualquier problema. No es así; la cuestión es mas compleja, es suficiente que la nueva cimentación corra paralela a lo largo de la otra para que se produzcan fisuras en paredes y tabiques contiguos a la medianera.

Si la edificación más antigua tiene cimentación superficial que descansa en terreno compresible, a priori existen dos planteamientos:

- Cimentar el muro limítrofe lo mas lejos posible de la edificación adyacente, medida que influye en aspectos técnicos y económicos, por cuanto la parte del edificio mas allá de los cimientos queda falta de apoyo.

- Cimentar mediante pilotes sin conexión alguna con el edificio antiguo.

DAÑOS POR CIMENTACION HETEROGENEA DE UNA CONSTRUCCIÓN.

En el marco de las construcciones de importancia es frecuente que algunas zonas estén a cotas por debajo de otras, de manera a que se encuentren subsuelos de naturaleza dispar. Por lo tanto, se plantea una heterogeneidad: la correspondiente a terreno y a la propia obra.

Por si fuera poco, es posible tener conjuntamente: - Edificios de gran carga con poca capacidad de deformación, que

requieren cimentaciones profundas si el terreno superficial es de calidad mediocre.

- Edificios muy ligeros poco rentables de cimentar en profundidad, susceptibles de descansar en niveles superficiales si se toma algunas precauciones elementales.

Para ambos casos –terreno heterogéneo y sistemas distintos de cimentación – tenemos una regla de oro que debe respetarse: “entra las distintas construcciones es imprescindible que haya una total independencia”. Esta condición siempre es necesaria, pero no suficiente.En construcciones de menor importancia (edificios pequeños o secundarios) también suelen concurrir cimentaciones heterogéneas: construcciones con sótanos en parte de su planta, construcciones sobre terrenos en pendiente,

Page 12: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

de diferentes características, etc. Las dimensiones de tales obras no permiten por lo general, la inclusión de juntas. Los riesgos de asentamientos diferenciales se palian elevando la rigidez de la estructura.

ASIENTO DEL CONJUNTO:Si por recurrir a alguna de las soluciones anteriores se impide cualquier

asiento diferencial, no hay que olvidarse que la construcción se comportará finalmente como una cimentación única, mas o menos pesada, y por lo tanto, causante de un “asiento de conjunto”.

Si la capa compresible del suelo tiene espesor constante y la construcción no es más pesada en un extremo que en otro, el edificio se asentará regularmente sin perder su verticalidad. En caso contrario, se producirá un asentamiento diferencial y el edificio perderá su verticalidad respecto al suelo (se inclina).

3- DAÑOS POR AGENTES PRESENTES EN EL MEDIO DE LA FUNDACION SUPERFICIAL.

Durabilidad del Hormigón Armado:La durabilidad del hormigón armado depende de varios factores como son:

o Relación A/C

o Consistencia

o Resistencia mecánica

o Curado

o Acabado superficial

o Recubrimiento armaduras

o Agresividad ambiental

Ataques sobre el hormigón.

HORMIGÓN EN MASA

o Ácidos

o Sulfatos

o Aguas puras

o Reactividad alcalina

o Ciclos hielo/deshielo

HORMIGÓN ARMADO

o Carbonatación

o Cloruros

o Ácidos

Page 13: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

CarbonataciónCO2 (g) + Ca(OH)2 (s) CaCO3 (s) + H2O (l)

- Reacción del hidróxido cálcico (portlandita) con el dióxido de carbono

atmosférico. Se forma carbonato cálcico.

- El carbonato formado tapona poros del hormigón y produce un descenso de

pH.

- La carbonatación es inevitable en cualquier lugar.

- La carbonatación avanza como un frente.

Carbonatación - Cómo evitarla- Aumentando el recubrimiento de las armaduras.

- Disminuir la porosidad del hormigón.

- Buena compactación y curado.

- Revestimientos sintéticos.

Hormigón con 300 kg/m3 de cemento y un volumen de poros inferior al 12% hace que el frente de carbonatación se detenga al cabo de 20 años a 13-14 mm.

Test de la fenolftaleína para detectar carbonatación del Hº.- Se emplea fenolftaleína al 0.1% en etanol/agua 7/3.- Color rojo-rosado: Soporte no carbonatado.- Incoloro: Soporte carbonatado.

Page 14: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

Corrosión de las armaduras del HºAº:

Esta patología se manifiesta primero mediante el desprendimiento del hormigón

de una forma puntual o longitudinal, dejando las armaduras próximas a la

superficie, sin protección, por lo que con el tiempo quedan recubiertas por una

película de oxido que se manifiesta mediante la aparición de manchas en la

zona afectada.

Las elementos de hormigón armado a la intemperie, balcones, cornisas, son los

lugares donde con mas frecuencia donde aparecen daños debidos al

desprendimiento del hormigón, que tienen su origen, la mayoría de las veces,

en la corrosión de sus armaduras. Estas patologías se manifiestan primero

mediante el desprendimiento del hormigón de una forma puntual o longitudinal,

dejando las armaduras próximas a la superficie, sin protección, por lo que con

el tiempo quedan recubiertas por una película de oxido que se manifiesta

mediante la aparición de manchas en la zona afectada.

El armado superficial de los elementos de hormigón esta destinado a minimizar los efectos de fisuración por retracción del mismo.

Como es sabido, una barra de acero en contacto con un medio húmedo acabará por oxidarse, pero en nuestro caso, los redondos de acero se encuentran recubiertos por un material denso como lo es el hormigón.

En efecto, el hormigón es un medio denso, pero que presenta oquedades a escala microscópica. Estas oquedades están unidas entre sí por poros muy finos, formando una red interna que pueden llegar hasta la superficie.

En el hormigón, durante su primer año de vida, estas oquedades son ocupadas por partículas de cal que provienen del cemento y que son el residuo de las reacciones químicas que dan lugar a la solidificación del hormigón, algunos

Page 15: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

días después de su vertido. Esta cal es de gran utilidad porque es la que origina la formación en las armaduras de una película protectora contra la formación del Óxido. Se dice entonces que el acero es pasivo.

Pero con el tiempo, esta situación varia, primero con la lluvia, que puede penetrar en el hormigón hasta 2 ó 3 cms de profundidad en ciclos alternos de humedad-secado.

Por otra parte el aire del ambiente contiene un gas carbónico y oxigeno que siguen el mismo camino que el agua, penetrando a través de los poros delhormigón.

Humedad, gas carbónico, oxigeno: Todos los ingredientes necesarios para desencadenar el proceso de oxidación.

El gas carbónico en primer lugar, va a producir lo que se llama la carbonatación del hormigón reaccionando químicamente con los residuos de cal libre. Como consecuencia de esto, la capa pasiva y protectora de los aceros va a romperse.

A partir de este estado el oxigeno, podrá atacar al acero siempre que el ambiente sea húmedo. Entonces, se desarrolla la reacción de corrosión propiamente dicha, dando lugar a la formación de sales de hierro en capas superpuestas en el acero.

La particularidad de estos compuestos es la de formarse con un importante aumento de volumen, con lo que la reacción produce la fisuración y después el desprendimiento de la delgada capa de hormigón que recubre la armadura.

Este proceso que ilustramos con el siguiente croquis, puede manifestarse rápidamente en el caso de que las armaduras estén recubiertas de forma deficiente, porque la carbonatación es capaz de alcanzar varios cm de profundidad a partir del primer año en determinados hormigones. Esta progresa después lentamente, el primer carbonato formado frena la difusión del gas. Pero a veces puede alcanzar el nivel del acero en un plazo de pocos años, incluso en hormigones de buena calidad. Las fases de degradación del hormigón armado:

Ambiente húmedo y agresivo

Page 16: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

La carbonatación avanza en dirección del acero que pronto se hará pasivo.

La corrosión comienza (en presencia de humedad) Se produce la primera

fisuración.

Fase final. Oxidación importante del acero con formación de sales expansivas.

Fragmentación y manchas de óxido.

Page 17: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

Origen

Las principales causas son:

1. La mala calidad del hormigón2. El insuficiente recubrimiento de las armaduras.

Page 18: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

1.- La causa principal del desencadenamiento rápido de este proceso es por lo

tanto, después de lo que acabamos de ver, la porosidad excesiva del hormigón,

cuyo origen se encuentra:

· En su composición (si la proporción entre arena y grava no es la adecuada)

· En su preparación y puesta en obra (por ejemplo exceso de agua en el vertido o una insuficiente vibración en la ejecución, en un secado demasiado rápido en del hormigón joven, debido al calor o aun tiempo demasiado seco sin o se han tomado las precauciones de proteger la superficie con un producto de curado apropiado)

2.- La colocación de las armaduras sin precaución respecto a las distancias

mínimas a la superficie.

· Debido a que la obra se han interpretado mal los planos.

· Debido a que los separadores previstos para asegurar la distancia requerida de recubrimiento son insuficientes, las armaduras son susceptibles en estos casos de deformarse en el interior del encofrado y tender hacia el mismo bajo la presión del hormigón.

Consideraciones Finales

Este tipo de patologías bastantes frecuentes ponen en peligro la solidez de los

elementos afectados y necesitan a menudo reparaciones costosas por la

repetición de un gran numero de elementos idénticos (fachadas, cornisas...)

Destacar la necesidad de una correcta y clara definición del armado en la

documentación gráfica y control de la ejecución, aunque hemos de apuntar la

existencia de revestimientos o pinturas aptas para proteger las fachadas de

ambientes húmedos.

Ataque por cloruros- Los cloruros (Cl-) actúan como electrolitos catalizadores de la reacción de oxidación del acero de las armaduras (son promotores de la reacción).- El efecto de los cloruros es independiente del pH del hormigón. Actúan incluso a pH>12.- Forman puntos de óxido (corrosión por picaduras).- Las armaduras oxidadas expanden su volumen y originan tensiones que rompen el hormigón.

COMO EVITARLO:- Aumentar el recubrimiento de las armaduras- Disminuir la porosidad del hormigón- Compactar y curar- Inhibidores de corrosión- Revestimientos sintéticos

Page 19: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

Ataque por ácidos- Reacción de un ácido con la pasta de cemento endurecida, formando sales solubles en agua.- Lavado de áridos por destrucción del aglomerante.- Típico de ambientes industriales (vapores nitrosos, sulfurosos, etc.) y lluvia ácida.

Como evitarlo:- Proteger con recubrimientos sintéticos- Disminuir porosidad del hormigón- Mejorar compactación y curado

Page 20: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

CONCLUSION.Desconocer el comportamiento de los terrenos es algo que, habitualmente, tiene consecuencias graves y se presenta bajos diversos aspectos:

- Olvidar el problema de los asientos, prestando únicamente atención a la carga de trabajo del suelo: esta actitud conduce a la falta de interés por la presencia de capas de terreno compresible y la ausencia de estudios geotécnicos. Entre los suelos compresibles tenemos los suelos de acarreo o relleno.

- Olvidar que el terreno arcilloso y compacto sobre el que se construye en periodo seco, corre riesgo de ver sustancialmente modificadas sus características por posibles intervenciones del agua, a no ser que se tomen precauciones.

- Olvidar que las zapatas separadas unas de otras no ejercen solicitaciones en igual espesor de suelos que las zapatas próximas. Este descuido podría llevar a evaluar los asientos con sumo optimismo, o cuando se trate de una capa resistente de apoyo que descanse sobre otra capa compresible.

Se deduce que bastaría practicar un somero estudio geotécnico para evitar la mayoría de los errores que se producen en cimentación. El estudio comprende la investigación de los suelos (in situ y en laboratorio) y la interpretación de resultados a la luz del proyecto que impulsó estos trabajos; además, para que sea verdaderamente eficaz informará al constructor respecto a la clase de estructura mas adecuada a la edificación, según la naturaleza del terreno sobre el que se levantará.

Page 21: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

ANEXO.En el libro de Jiménez Montoya, de HºAº, nos ofrece un diagrama de flujo que resume el proceso de actuación en casos de figuración patológica de estructuras de hormigón armado.

Page 22: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

Encerrado en círculos se observa los valores de recubrimientos mínimos de las armaduras en el Hormigón Armado, para el caso de elementos enterradoscomo es el caso de zapatas o fundaciones superficiales de HºAº en función a la resistencia característica del mismo, estos valores garantizan o son los que llevan en cuenta la durabilidad de la estructura.En construcciones del Paraguay podría utilizarse un recubrimiento mínimo de 3.0 cm para resistencias menores de 25 Mpa.

Page 23: Grupo1- Patologia de Las Cimentaciones Superficiales

BIBLIOGRAFÍA:

o http://www.construmatica.com/

o http://www.concretonline.com/

o http://civilgeek.blogspot.com/

o “Patología de las cimentaciones” de Louis Logeais.o Enciclopedia Broto de Patologías de la Construcción.o Hormigón armado, Jiménez Montoya - Meseguer – Moran. 14ª. Edición.