Refuerzo
Estructural
MBrace
BASF Obras
Barrio de Trinitat Nova - Barcelona
Datos de la obra:
Lugar:
Fecha:
Productos empleados:
Aplicador:
Refuerzo forjados de viguetas aluminosas.
Barrio de la Trinitat Nova. Barcelona.
Año 2005. MBrace laminado LM 50/1,4. MBrace PRIMER Mbrace ADHESIVO Concresive 4000 Masterflow 952 Polyfix N. Contracta.
1. INTRODUCCIÓN
A partir de los años 50, se empezó a emplear el cemento aluminoso. Una de sus particularidades era un endurecimiento rápido y, por tanto, una rápida fabricación y puesta en obra de los elementos como pueden ser viguetas pretensadas, entre otros.
En el barrio de Trinitat Nova, se empleó este tipo de prefabricados en base a cemento aluminoso. Pero su rápido endurecimiento e importante adquisición de resistencias inicial contrasta con el también corta durabilidad debido a un cambio de la estructura química. Este cambio, que se acentúa en zonas húmedas (baños, cocinas, cercanía al mar,…), provoca un aumento de la porosidad en el hormigón (se puede perder hasta el 40% del volumen de hormigón) desembocando en una fácil penetración de los agentes que oxidan el armado y, por tanto, mermando la capacidad resistente del elemento, pudiendo disminuir en un 75%.
Son diversos los motivos que generan actuaciones sobre las estructuras, tales como, cambio de uso de las mismas, ampliaciones o deterioros de sus elementos constructivos.
Asimismo, e independientemente de las causas que generen el refuerzo, las actuaciones que se apliquen deberán restablecer la respuesta estructural del forjado, de forma colaborante (recrecido de la sección y adhesión del carbono) o de forma autoportante (sección mixta acero-mortero). La propuesta del refuerzo óptima dependerá del grado de deterioro existente, y optimizará: rendimiento estructural, durabilidad, afectación geométrica y coste económico/tiempo.
2. LA
ALUMINOSIS
La aluminosis detectada en las viguetas de los forjados fue la causa que generó la actuación en la estructura, y como se podrá ver a continuación puede resultar peligroso para las estructuras del edificio y de sus moradores.
El cemento aluminoso es un material cuya base cementante son los aluminatos cálcicos en lugar de los silicatos cálcicos como es el caso de los cementos tipo Pórtland.
Este tipo de cementos para cumplir estas condiciones deben contener un mínimo del 36% de alúmina (Al2O3) y un máximo del 55%.
No se debe confundir con los cementos altamente refractarios cuya contenido alcanza aproximadamente el 90% de (Al2O3).
El uso de cemento aluminoso en piezas o elementos estructurales de hormigón armado aparece en Francia en 1908 como resultado de unas investigaciones para aumentar la resistencia de los cementos tipo Pórtland al ataque por sulfatos. En nuestro país su fabricación y explotación comenzó a partir del la década de los 40, siendo más frecuente en el periodo comprendido entre los años 1952 y 1970.
Inicialmente este cemento se utilizó bastante debido a que su rápido endurecimiento le permitía alcanzar en dos días la misma resistencia que el cemento Pórtland en dos
semanas. Este hecho provoca que se produzcan muchas viguetas (prefabricadas o fabricadas “in-situ”) con cemento aluminoso, aprovechando el gran ahorro de tiempo y a su vez la grandemanda del mercado provocado por el enorme crecimiento que se produjo en la construcción de viviendas.
Por el contrario, este tipo de cemento apenas se utilizó en pilares o muros, por lo que la aluminosis afecta a suelos y techos de las viviendas en las que pueda existir.
La aluminosis consiste en una serie de cambios que se producen en el cemento aluminoso utilizado para la fabricación de elementos de hormigón armado.
Se comprobó que los aluminatos cálcicos no eran estables (temperatura y humedad) y que evolucionaban con el tiempo produciendo aumentos de porosidad y pérdida de resistencias mecánicas al modificar su sistema de cristalización.
Además de la pérdida de resistencia, también se detectó que las armaduras se podían corroer, no solo por el aumento de porosidad de los elementos constructivos, sino por quedar desprotegidas de la alcalinidad natural de los cementos.
Por tanto, se debe diferenciar entre vigueta de cemento aluminoso y vigueta con aluminosis. Una vigueta con aluminosis es una vigueta que ha estado expuesta a un grado muy alto de humedad y temperatura. Por el contrario, una vigueta de cemento aluminoso que se haya conservado seca puede estar en perfectas condiciones de conservación de resistencias y de pasividad de las armaduras
.
Los datos que permiten determinar sí la estructura está construida con cemento aluminoso y sí padece aluminosis:
- Fecha de construcción del inmueble.
- El cemento aluminoso suele ser de color marrón, claro u oscuro, pero hay veces que este color no aparece en el exterior de la vigueta por los encofrados o los áridos utilizados. Es más denso que el Pórtland.
- Los elementos más sensibles en una estructura construida con cemento aluminosos suelen encontrarse en sótanos, cerca de bajantes de agua que hayan podido producir humedades, viguetas de la última planta en cubierta donde la impermeabilización puede no haber sido muy buena y en los forjadosde cocinas y baños, donde la posibilidad de escapes y fugas de agua es mayor, forjados sanitarios sin ventilación, bodegas, depósitos, invernaderos, etc.
- Estructuras en zonas costeras o próximas a ríos y zonas con nivel freático elevado se produce la degradación con mayor rapidez.
3. DIFERENCIAS
ENTRE CEMENTO ALUMINOSO
Y PORTLAND
Como conclusión, puede afirmarse que la diferencia fundamental entre el cemento aluminoso y el cemento Pórtland es que:
- El cemento portland desprende en su hidratación cal liberada.
- El cemento aluminoso desprende en su hidratación alúmina gelatinosa. La reacción de hidratación se completa prácticamente a los cinco días, no existiendo un posterior aumento de resistencias, como sí ocurre en la hidratación del cemento portland.
Por tanto, las pastas resultantes de amasar con agua los cementos aluminosos carecen de portlandita (cal liberada, hidróxido cálcico) y el pH de la fase líquida de dichas pastas (del orden de 9 a 10) es más bajo que el de las pastas resultantes de amasar con agua los cementos a base de clínker Pórtland (del orden de 12 a 13).
Cabe destacar que al construir elementos de hormigón armado se solicita un recubrimiento mínimo con el fin de aportar a las armaduras una protección frente a la carbonatación que pueda sufrir el hormigón, por lo que este aspecto es muy importante a la hora de plantearse la longevidad de una estructura.
Por el contrario los morteros y hormigones aluminosos también han encontrado su lugar ya que al carecer de portlandita (que es el compuesto más sensible a la descomposición por efecto de las altas temperaturas) resisten mejor a la acción del fuego, por lo que son refractarios. Asimismo, el rápido desarrollo del calor de hidratación, permite su utilización a bajas temperaturas (hasta -10ºC), por ejemplo en climas fríos.
También se han encontrado utilidades a mezclas de cemento aluminoso con cemento portland, como son morteros de fraguado rápido.
Como conclusión, los efectos más importantes son la regresión de resistencias y la insuficiente protección de las armaduras. Estas se dan como consecuencia de la conversión de los aluminatos hexagonales en cúbicos, afectando a la porosidad y a las resistencias mecánicas del mortero u hormigón, lo que permite la corrosión de las armaduras provocada por la carbonatación de las fases cúbicas la que da origen a problemas de accidentes o colapso. Mientras no hay carbonatación y humedad no hay riesgo.
4. ACTUACIONES DE REFUERZO
Debido al mal estado del forjado compuesto por viguetas de cemento aluminoso, se propuso una actuación en función del nivel de degradación. De este modo, se compaginó el refuerzo colaborante (adhesión de MBrace LAMINADO LM) y el refuerzo autoportante (sección mixta acero-hormigón).
El refuerzo deberá de contribuir de forma que la capacidad resistente del forjado sea como mínimo igual a la sección original.
La elección del tipo de refuerzo, se hará en función del ensayo de resistencia a tracción superficial del paramento a reforzar.
4.1. REFUERZO CON MBrace LAMINADO
Mediante la adhesión de MBrace laminado de fibra de carbono, aumentamos la sección de armado del forjado incrementando la respuesta frente a esfuerzos flectores. Este refuerzo, aumenta la capacidad resistente mediante el sistema de adhesión, garantizando una colaboración perfecta entre el refuerzo y la vigueta existente. Por este motivo, debe de asegurarse una buena preparación del paramento y una resistencia a tracción sobre el paramento mínima de 1,5MPa.
Si no se cumpliera la resistencia a tracción mínima, podría ejecutarse unos anclajes mediante chapas de acero ancladas en zonas firmes fuera del elemento.
El diseño de este tipo de refuerzos, tiene en cuenta la posible pérdida del mismo debido a incendios, así como situaciones accidentales estado límite último y de servicio, etc. Si dichos factores no se cumplieran, (soporte muy degradado, con insuficiente resistencia frente a pérdida de refuerzo, etc) debería de optarse como alternativa al sistema de refuerzo de viguetas aluminosas, certificado con DIT.
Debido a la composición (resina epoxídica armada con fibra de carbono), no se precisa de un mantenimiento periódico.
4.2. SISTEMA DE REPARACIÓN DE FORJADOS DE VIGUETAS CON CEMENTO ALUMINOSO.
Este sistema es una sustitución funcional de la vigueta existente que se requiera reforzar. De este modo obtenemos una viga de sección mixta (acero plegado, puente de unión más mortero de alta resistencias).
El puente de unión evitará el contacto entre mortero nuevo y el aluminoso que compone la vigueta. De este modo evitaremos incompatibilidades entre ambos.
Entre la chapa y la vigueta, se rellena con mortero fluido tipo MASTERFLOSW 922. De este modo obtenemos un elemento que su fibra más traccionada es de acero.
Las características resistentes se pueden obtener en el DIT 281-A.
5. LA
OBRA
La actuación de refuerzo deberá de restablecer la respuesta estructural original del forjado.
A la hora de realizar los trabajos de refuerzo primó reducir al máximo las molestias que se podían ocasionar a los vecinos.
La elección de los materiales se basó en diferentes aspectos:
• Separar cemento aluminoso de cemento Pórtland, • Realizar los trabajos en el menor tiempo posible, • Que el refuerzo afectara en lo mínimo la pérdida
de altura de las viviendas,
5.1. Características de los trabajos:
5.1.1. Descubrir viguetas y preparación del soporte:
5.1.2. Determinación de los valores de resistencia de tracción del hormigón de las viguetas a reforzar:
5.1.5. Instalación de las placas de cartón-yeso como acabado cosmético:
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