Ingeniería

Daños en el concreto:
apuntes de cómo evaluarlos

Las grietas en el concreto, en función de su tiempo de aparición son manifestaciones de que algo no ha estado bien en el proceso de construcción o de operación de una estructura.

Muchas son las clasificaciones que se definen para las grietas en el concreto; de acuerdo a su ancho de abertura, a su tiempo de aparición, a su origen, e incluso a su naturaleza de desarrollo. Así, de acuerdo a su ancho de abertura, es común diferenciar una grieta de una fisura cuando la abertura es mayor a 0.30 mm. obviamente, cuando las aberturas no sobrepa-sen los 0.30 mm, podemos hablar de fisuras, clasificación estrecha-mente relacionada con la manera de repararlas. Mención aparte, es el caso en que el daño fragmenta en partes independientes la es-tructura o partes de la misma; en este caso se estaría en presencia de lo que generalmente se conoce como fractura.

De acuerdo al tiempo de apa-rición, las grietas se pueden de-sarrollar en el concreto en estado plástico, las cuales se desarrollan durante el periodo de fraguado del concreto, así como durante el estado endurecido. tal y como su nombre lo indica son las que se desarrollan una vez que el concreto posee toda o gran parte de su resis-tencia a la compresión de proyecto.

en lo que respecta a su origen, las grietas se suelen clasificar en las de origen físico, químico, mecánico y biológico. las de ori-gen físico son aquellas asociadas a diferenciales de humedad y temperatura. Por su parte, las de origen químico son las asociadas a procesos químicos que relacio-nan al concreto (carbonatación, ataque de cloruros y sulfatos), o a cualquiera de sus componentes (reacción álcali agregado o álcali carbonato), e incluso al acero de refuerzo (corrosión) con los efectos medioambientales.

las grietas de origen mecánico son aquellas que aparecen debido a la interrelación del ente formado por la estructura y el material, con las acciones mecánicas que la soli-citan. las biológicas son las menos estudiadas; sin embargo no menos importantes. no son más que la acción de organismos o microorga-nismos de origen vegetal o animal sobre las estructuras de concreto. en la Fig. 1, se presenta un diagra-ma que describe la clasificación de las grietas en función de su origen.

en este escrito se describen de manera general algunos de los puntos de especial importancia a considerar para la evaluación de una estructura dañada, en donde el daño se caracterice por la existencia de grietas, fisuras o fracturas de naturaleza y caracte-rísticas variadas.

Muchas son las causas del desarrollo de una grieta, unas evidencian proble-mas estructurales y otras problemas de durabilidad; sin em-bargo, de acuerdo a la importancia de una construcción, las características de una grieta, puede ser mas o menos importante, en dos construccio-nes que difieren de acuerdo a su grado de importancia. Una gráfica muy represen-tativa de lo anterior la desarrolló Denison Campbell-Allen, en la Universidad de sidney en Australia (Cam-pbell-Allen, D (1979): “the reduc-tion of cracking in concrete”); la grafica de referencia expuesta en la Fig. 2, la presentó posteriormen-te el profesor José Calavera en su obra: Patología de estructuras de hormigón armado y pretensado”, editada por InteMAC, en Madrid.

en la figura se visualiza que un mismo ancho de grieta puede no tener la misma importancia en dos tipos de construcciones diferentes, cuando la observamos desde una determinada posición, en este caso asociada a la magnitud de la separación entre la grieta y el punto de observación. Por ejem-plo, en un edificio destinado a estacionamiento, si asumimos una posición distante a 2.0 m respecto al daño, es aceptable ver una grie-ta con un ancho de abertura de aproximadamente medio milíme-tro. si por el contrario hacemos el mismo ejercicio en un edificio con un mayor grado de importancia, por ejemplo un edificio histórico, entonces la abertura de la grieta tolerable, considerando el mismo punto de observación, no será mayor a 0.05 mm.

Algo similar a lo anterior –en este caso relacionado con el régi-men de operación de la estructu-ra–deberá considerar la tolerancia en la abertura de las grietas; de ahí que en una estructura de retención de líquidos los niveles permisibles de agrietamiento serán mucho meno-res que en una es-tructura cualquiera. lo mismo sucede en estructuras de concreto sometida a ambientes agresi-vos, en donde por razones de dura-bilidad, se deberá cuidar el ancho de la abertura de grietas respecto a construc-ciones que se cons-truyan en ambientes poco agresivos. en la tabla 1, extraída de la norma ACI 224r-01 (Control of Cracking in Concre-te structures), se presentan los anchos de grietas tolerables de acuerdo a las características del elemento de concreto a evaluar.

Para desarrollar trabajos de reparación de grietas, previamente es necesario desarrollar trabajos de evaluación que entre otras cosas determinen si el daño no se seguirá desarrollando (daño “muerto” o estático), o si por el contrario éste sí continuará su desarrollo (grietas “vivas” o diná-micas). este primer elemento es importante dado que permitirá definir si directamente un proce-so de reparación es aplicable o si previamente hay que desarrollar otros trabajos de evaluación más sofisticados; que quizá conlleven a que se realicen labores de refor-zamiento en la estructura. este re-forzamiento será el que garantizará entonces el buen desempeño de los trabajos de reparación, de ahí que es definitorio el conocimiento previo de la clasificación de las grietas en “vivas” o “muertas” pues el desconocimiento de este particular podría incidir en que se desarrollen procesos de reparación que resulten inútiles, que en mu-chos casos suelen ser sumamente costosos.

en función de las características de las grietas, se deberán definir los trabajos de evaluación a llevar a cabo; sin embargo, especial im-portancia tiene en cualquier caso el conocimiento de la naturaleza físico mecánica de los materiales de la construcción, la estimación de los niveles de seguridad de la estructura ante acciones de posi-ble ocurrencia, y por supuesto el conocimiento de la estructuración y de los niveles de reforzamiento de la construcción.

la naturaleza físico mecánica de los materiales es posible es-timarse mediante pruebas des-tructivas o ensayes de muestras representativas extraídas direc-tamente en la construcción. es importante referir que para el caso del concreto actualmente ya exis-ten procedimientos de evaluación no destructivos que pueden ser usados cuidadosamente, siempre y cuando, los resultados sean co-rrelacionados con los resultados de las pruebas destructivas conven-cionales. Algunas de estas pruebas son la esclerometría y la velocidad de pulso ultrasónico.

los niveles de seguridad (Fs) podrán ser evaluados por medio de la correlación entre los niveles de capacidad (C) (función de las ca-racterísticas de los materiales), de las propiedades geométricas de los elementos estructurales que componen la edificación, de los niveles de reforzamiento y de la estructuración de la edificación) y de los niveles de demanda (D) asociados a las acciones de posible ocurrencia, que pueden solicitar a la construcción. tanto la capaci-dad como la demanda estructural podrán ser estimadas y evaluadas, todo lo detallado que se quiera, interpretando los resultados de modelos matemáticos previa-mente analizados en programas de computadoras especializados. Por supuesto que la magnitud del factor de seguridad (Fs), es un parámetro obtenido al relacionar la capacidad contra la demanda. (Ver ec. 1).

De la interpretación de la ecua-ción anterior se puede referir, que una magnitud superior a la unidad, indicará que la estructura es adecuada; por lo que es posible que se proceda directamente al desarrollo de trabajos de repa-ración. obviamente, la condición contraria indicará que se necesitan labores previas de reforzamiento, que eliminen los orígenes de las patologías existentes; para una vez eliminados se pueda proceder al desarrollo de los trabajos de reparación.

Un elemento de especial im-portancia, asociado a la obtención de la capacidad, sin dudas es la estimación del nivel de daño que presenta la construcción a evaluar, pues de acuerdo a dichos niveles se podría reducir significativa-mente la capacidad; de ahí que es importante que se evalúen los niveles de daño por medio de va-riados trabajos de campo. Dos de los posibles trabajos a desarrollar en campo para la evaluación de los niveles de daño de referencia son las determinaciones de los niveles de corrosión y de carbo-natación. en las fotografías que se presentan en las figuras 3 y 4, se observa un equipo de medi-ción de los niveles de corrosión en estructuras de concreto y el proceso cualitativo de medición en campo de la profundidad de carbonatación en especímenes de concreto endurecido previamente extraídos, por medio de la fenolf-taleína. en función de los niveles de daños que se registren, se de-berá considerar el efecto de éstos sobre la capacidad resistente de la estructura. Actualmente existen programas de cálculo estructural de elementos finitos que incluyen formulaciones no lineales, tanto para el material como para la geo-metría, que permiten estimar con suficiente exactitud y precisión, los niveles de capacidad resistente en estructuras que tienen importantes niveles de daño.

respecto a la estimación de los niveles de reforzamiento y de la estructuración de la edificación, se refiere que deben de ser obtenidos por medio de la revisión de toda la información disponible. especial importancia tienen el proyecto estructural, la memoria de cálculo estructural e incluso el reporte de mecánica de suelos desarrollado para la validación o recomendación de la solución de la cimentación. es común que la información dispo-nible quede complementada por medio de detallados y laboriosos trabajos de levantamiento, en donde se suelen emplear sofisti-cados equipos de evaluación. en la fotografía que se presenta en la Fig. 5 se muestra uno de estos equipos.

TEXTO: E. Vidaud

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