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DEBILIDADES DEL CONCRETO REFORZADO EJECUTADO EN LA ACTUALIDAD
Guillermo Bonilla1 – Marlyn Silva2- Yelitza Sirit3
Resumen
La creencia que el concreto reforzado mantiene un comportamiento homogéneo a lo largo de la vida útil de la construcción y que la respuesta ante movimientos sísmicos eventuales dependerá de una resistencia que seguramente será alcanzada, ha constituido una creencia que en la actualidad se puede considerar poco válida.
Pérdida de rigurosidad debido a funciones no claras dentro de las actividades de los ingenieros responsables de obras, junto a falta de experiencia hacen que muchos errores en ejecución sean considerados normales y que terminen embebidos en la masa de concreto. Esto significa que hay desconocimiento general sobre la filosofía que el control de calidad busca mantener márgenes de seguridad contemplados en las normas. Al final, la ausencia de control adecuado de calidad trae como consecuencia que un alto número de edificaciones cuentan con debilidades que las hacen más vulnerables que lo contemplado normativamente.
Introducción
El comportamiento esperado de una edificación durante el periodo de vida considerado en el proyecto, responderá a las condiciones y particularidades con las que fue ejecutada; así una construcción muy bien proyectada, pero deficientemente construida difícilmente podrá cumplir con las condiciones contempladas en proyecto.
Esto es algo que los ingenieros conocen porque durante sus estudios de pregrado son formados en las teorías necesarias para comprender que los cálculos de las estructuras tienen como origen idealizaciones e hipótesis que
1 Ing. Civil. MSc. Profesor de pregrado y postgrado. Laboratorio de Tecnología UCAB Caracas. 2 Ing. Civil. Estudiante Postgrado
Especialización Ing. Estructural. Laboratorio de Tecnología UCAB Caracas. 3 Ing. Civil. Laboratorio de Tecnología UCAB Caracas. Correo [email protected]
2 simplifican un ejemplo lo constituye el principio que el concreto reforzado es un material de constitución homogénea con propiedades bien determinadas.
Por su parte, las normas de proyectos como las relacionadas con la calidad de construcción, también consideran previsiones para que dichas hipótesis tiendan a ser ciertas; esto también es enseñado a los estudiantes. Sin embargo, la realidad muestra que algo está pasando, la calidad en ejecución ha venido mermando paulatinamente y de manera continua en un proceso preocupante por la potencial pérdidas de vidas, cuando un evento sísmico de gran magnitud haga que edificaciones colapsen.
Esta situación que obviamente no sólo es local, por lo que se ha podido ver en el reciente terremoto de Ecuador; responde a la conjunción de distintas circunstancias, donde el principal factor está asociado a la pérdida de la rigurosidad necesaria que debe ser contemplada en la profesión; en otras palabras, se desconoce la responsabilidad real que conlleva esta profesión.
Al respecto, parte de lo que sucede responde a varios aspectos entre los que destacan la confusión en el rol que debe tener el ingeniero responsable de obra, ya sea residente o inspector; el desconocimiento acerca de los materiales que constituyen el concreto; la creencia que el concreto aguanta todo, la falta de planificación en las actividades de control, desconocimiento de las exigencias del proyecto y obviar que los procesos de construcción envuelven incertidumbre ( Nowak y Collins 2000).
3 MEDICIONES, 30% VALUACIONES, 23% CÓMPUTOS, 8% REUNIONES, 15% OTROS, 3% PRUEBAS GENERALES, 8% CALIDAD CONCRETO, 2% ELABORAR CILINDROS, 1% CALIDAD ACERO, 1%
DETALLADO ACERO, 1% REVISIÓN PLANOS, 3% AL PERSONAL, 5% MEDICIONES VALUACIONES CÓMPUTOS REUNIONES OTROS PRUEBAS GENERALES CALIDAD CONCRETO ELABORAR CILINDROS CALIDAD ACERO DETALLADO ACERO REVISIÓN PLANOS AL PERSONAL
Para tal fin, son analizados los resultados de un estudio mediante encuestas recabadas en el Laboratorio de Tecnología del Concreto de la Universidad Católica Andrés Bello entre 2011 y 2014, en el que fue evaluada la efectividad en dedicación de los ingenieros de obra, a la calidad de ejecución. En un segundo punto se presentan una serie de errores que pueden ser observados en la construcción de edificaciones y se termina explicando la filosofía detrás del control de calidad.
Efectividad de la actividad de los ingenieros responsables de obras
Fueron entrevistados 58 ingenieros responsables de construcciones de edificios en concreto reforzado; el objetivo fue evaluar la eficiencia diaria de sus actividades relacionadas con la calidad de construcción.
Respondieron un cuestionario con base a diferentes preguntas que, sin ser indicado agrupaban entre varias actividades tres (3) tópicos: 1- Actividades propias de Calidad, 2- Actividades administrativas y 3- Logística asociada a Calidad. El resultado puede ser observado en la figura N° 1
.
Figura N°1- Distribución de tiempo en actividades del Ingeniero responsable por período. Fuente propia
4 Entre los principales aspectos que llamaron la atención se encontró que las actividades administrativas constituidas por valuaciones, mediciones, reuniones; ocuparan en término medio un 80% del tiempo de su dedicación al trabajo; por otra parte, las tareas de logística asociadas a calidad (cómputos, revisión planos, reuniones con personal ejecutor, detallado acero) abarcaron el 12% del tiempo; quedando el 7% restante, para tareas relativas al control de calidad propiamente.
Dentro de este contexto, los tópicos relativos a calidad ocuparon un 19% del tiempo de dicado al trabajo; donde la evaluación del concreto lograba ocupar como máximo un 3%, mientras la verificación de la calidad del acero un 1%; en este renglón cabe destacar que calidad de acero estaba referida a la verificación de colocación y diámetros de barras; mientras en el caso de calidad de concreto, todos los encuestados la consideraron asociada únicamente al término resistencia.
Si se distribuyen estos resultados al plazo de una semana; los cinco (5) días entre lunes y viernes, se encontrará que cuatro (4) días eran consumidos entre mediciones y valuaciones; algo más de medio (1/2) día en actividades de logística asociada y el resto, menos de medio (1/2) día, a las actividades propias de calidad.
Claro está que la distribución de tiempos varía en función de la etapa de construcción y de la historia, o conocimiento, de la empresa constructora. Destaca entonces que, en la medida que la estructura sale de las fundaciones y avanza en acabados, la distribución de actividades en el tiempo queda mejor representada por el estudio.
5 profesional no logra implantar la verdadera importancia de sus funciones y del desempeño adecuado de ellas, cuando se trata de asegurar la calidad de ejecución de una construcción. Por otra parte, el rol desempeñado por los ingenieros civiles responsables de las construcciones, tampoco responde a la formación que ofrecen las universidades; al menos las reconocidas.
Este último aspecto debe llevar a pensar si será necesario la creación de nuevas profesiones como ingenieros administradores de obra; tal como existen en otros países; de manera que los recursos consumidos en las carreras clásicas no sean gastados en actividades ajenas a la formación ofrecida.
Errores ocultos durante en las edificaciones en concreto reforzado
Los errores son parte integral de cualquier proceso productivo en especial cuando los procedimientos dependen de la obra de mano; por esto durante la fase de construcción de toda edificación las causas de error son innumerables, algunas asociadas a la calidad de los materiales es especial cementos, agregados y algunas veces aceros; también se presentan errores durante la elaboración del concreto; igualmente en el vibrado e incluso en el curado; actividad que prácticamente ha desaparecido.
6 Dentro de este contexto, cabe destacar que se presentan casos donde el motivo del error puede ser consecuencia de consideraciones inadecuadas de algún estándar, como se verá más adelante en el caso de los empalmes por solape del acero de columnas. En otras oportunidades, resultan del temor a ser suficientemente exigentes y por último, como consecuencia de una realidad local; el uso de cementos no adecuados para las estructuras.
Para ilustrar lo expuesto, son citados los casos que al parecer de los autores constituyen actualmente, los errores menos controlados en los edificios de concreto reforzado que disminuyen los márgenes de seguridad previstos; se presentan en el siguiente orden: a- Contaminación de acero, b- Limpieza de encofrados, c- Tuberías que atraviesan, d- Problemas de empalmes por solape de acero en columnas y e- El problema del cemento.
a- La limpieza del acero es una condición que no es discutida en el sentido que es conocido como la contaminación puede afectar la adherencia adecuada entre las barras y el concreto; ahora bien, lo que suele obviarse en obra es cómo hacer para que los atados de acero no se contaminen con la arcilla del terreno, ya que por lo general durante el arranque de las obras no hay equipos para descarga, entonces atados son lanzados de la unidad de transporte a la tierra; también durante la ejecución de fundaciones, en especial con pilotes vaciados en sitio; en estos casos la probabilidad de contaminación de las piezas es alta cuando los espacios de trabajo son reducidos.
Si esto sucede en época de sequía, las barras se contaminarán ligeramente; pero cuando ocurre en período de lluvia, la arcilla húmeda pasará a ser una capa adherida firmemente al acero, lo que afectará la trabazón necesaria acero/concreto y contaminará el concreto.
7 Se acostumbra a resolver el problema mediante cepillo de alambre aplicado a mano; lo que en realidad poco solucionará. Retirar arcilla que cubre las barras, requiere espacio libre adecuado, equipos mecánicos y mucha agua; cuando no se resuelve adecuadamente, la situación quedará oculta dentro del concreto. La figura N° 2 ilustra lo planteado.
Limpieza del acero, limpieza encofrado, empalme por solape en entre pisoros
b- La limpieza de encofrados constituye una actividad cuya correcta planificación obligaría a mantener equipos adecuados para tal fin, junto a la previsión de incorporar accesos o trampas en las bases de los encofrados de columnas; además de laterales y fondos de encofrados en vigas y losas.
En este sentido, la limpieza suele ser llevada a cabo con cepillo, agua, equipo soplador de aire y barras imantadas; pero si no hay trampa de salida, la basura, que suele ser aserrín de la madera de encofrados o poliestireno expandido (anime) de bloques de relleno, quedará acumulada en los puntos más bajos de la losa a ser vaciada; pasando a ser una capa contaminante en la junta de concretos viejos y nuevos.
Figura N°2- Izquierda. Contaminación típica por arcilla. Derecha. Barras colocadas luego de recibir
Derecha. Limpieza con cepillo de cerdas metálicas. Observe que la contaminación no fue resuelta.
8 Si bien es cierto que por lo general el problema no queda oculto pues por razones de densidades, el material ajeno al concreto será desplazado hacia la superficie lateral y de fondo, también es verdad que en el mejor de los casos, la solución sólo será superficial y muchas de las veces quedará oculta detrás de un friso.
La figura N° 3 muestra dos (2) casos típicos de este tipo de error; uno en el tope de columnas y a la derecha en el arranque de losa de escaleras; este último caso presenta además errores en la superficie de adherencia del concreto viejo con nuevo, aceros doblados más allá del límite de cedencia y que volverán a ser doblados para cumplir con el detallado de acero.
c- La falta de coordinación entre las distintas disciplinas de proyecto hace que las tuberías de servicio atraviesen vigas de forma indiscriminada en algunos casos, empalmes de conexiones quedan embutidos dentro de la masa de concreto; en otros la densidad de concentración de tuberías en un mismo sector puede afectar el comportamiento esperado del miembro.
Figura N°3- Izquierda. Contaminación tope de columna en junta con vigas. Derecha. Arranque losa de escalera. observe en la fotografía de la derecha que otros errores están presentes.
9 Claro está que es posible compensar en cierta forma el concreto desplazado; lo inadecuado es que por lo general a la inexistente coordinación entre disciplinas se suele agregar la falta de previsión de los responsables de obra que no contemplan pases para tal fin. Atravesar con tuberías la zona a tensiones de tracción es lo recomendable, pero a veces la altura de viga no lo permite.
No es recomendable que la tubería quede embutida en el concreto al igual que conexiones entre ellas; sin embargo es común en las edificaciones residenciales que esto suceda.
d- Uno de los aspectos más cuidados por los ingenieros residentes e inspectores, es la correcta ubicación de los empalmes por solape de las barras que constituyen el acero de columnas. La experiencia demostró la necesidad que dichos empalmes fueran realizados dentro del tercio central de la luz de columna.
Esta ubicación asegura el comportamiento adecuado de los miembros ante las cargas cíclicas consecuencia de movimientos sísmicos; lo que no está previsto en las normas, al menos hasta el momento de ser escrito el artículo es Figura N°4- Izquierda. Tuberías que atraviesan una viga. Derecha. Detalle de tubería de PVC embutida en zona a compresión, cuya sección ocupa alto porcentaje del área de concreto
10 que si, en cada uno de los entrepisos son realizados los empalmes de la totalidad de las barras de todas las columnas, como es costumbre realizar; se está permitiendo llevar a cabo una serie de errores muy graves que afectan directamente la confiabilidad prevista en la norma.
En este sentido, sin contar que el porcentaje de área de acero en los tercios centrales de las columnas pudiera superar los valores normativos, al menos son tres (3) los tipos de errores las que se agrupan detrás de esta inadecuada costumbre. El primero es que en cada entrepiso se está dejando una debilidad de planos con probabilidad falla, que se potencia en aquellos niveles donde se presenten cambios en modos de vibración y también hacia los últimos pisos de los edificios, donde las derivas son mayores.
El segundo error responde a que en muchas oportunidades los aceros de esquina de la columna se encuentran en grupo; Así que cuando se lleva a cabo el empalme por solape sin contemplar la situación, la cantidad de barras agrupadas es tal que si llegara la edificación a incursionar en rangos no elásticos, será imposible que estos grupos puedan trabajar como una unidad dentro de la masa de concreto que las rodea.
El tercer error es que con las dimensiones de las secciones usuales, al llevar a cabo el empalme por solape, el espacio disponible entre barras para que los agregados de la mezcla de concreto puedan pasar entre ellas, se reduce considerablemente constituyendo un efecto cortina de filtro, donde los gruesos se quedarán de un lado mientras los finos pasarán.
11 problemas. A la derecha la misma columna pero vista por dentro, muestra la gravedad del caso.
La solución a este tipo de problema debe estar contemplada en el proyecto, como era costumbre, con detalles del acero a lo largo de toda la altura del edificio y con la ubicación definida de los entrepisos donde deberán ser realizados los empalmes de acero.
Cabe destacar que lo razonable es que sea aprovechado el acero en su máxima longitud posible respetando el solape en el tercio central, además que no todas las barras de una columna sean empalmadas en el mismo entrepiso y, desde luego, que no coincidan que todas las columnas de un nivel tengan la totalidad de las barras solapadas.
Figura N°5- Izquierda. Empalme por solape en tercio central de columna con detalle del grupo de esquina. Derecha. Puede ser observada con mejor claridad lo grave del problema
12 Tabla N° 1- Cementos desarrollados con bajo contenido de clinker. Fuente: Norma COVENIN 3134:2004
e- El problema del cemento no es nuevo; la industria cementera a través
de los años ha venido cambiando las características y propiedades de los
cementos tras la búsqueda de presentaciones más adecuadas a las
aplicaciones y desempeño.
Ahora bien, la gran debilidad de la producción industrial del cemento es que su materia prima la constituyen calizas y arcillas; así que detrás de cada saco de cemento hay una afectación directa a la naturaleza del sitio de extracción y, lo que resulta menos obvio, también al ambiente, pues en el proceso de producción hay gases emitidos con un abanico de elementos químicos, entre ellos el dióxido de carbono (CO2) de acción directa sobre el
efecto invernadero.
Como consecuencia el protocolo de Kioto, al que Venezuela se adhiere en 2004 ha exigido cambios, entre los cuales el principal ha sido la necesidad de generar cementos con menor dependencia del Clinker y entre ellos, a nivel mundial se inició la producción del cemento tipo I CPCA2 que puede tener hasta un 30% de contenido calizo. Lo que lo hace inadecuado para desarrollar concreto estructural dada la dificultad para que pueda alcanzar altas resistencias de manera continua. La tabla N° 1 contiene la clasificación normativa de los distintos tipos de cementos con bajo contenido de Clinker; donde los CPCA 1 y CPCA 2 son distribuidos de forma rutinaria en el mercado nacional.
13 Sucede que la aparición de este tipo de cemento en el mercado nacional no debería generar problemas debido a que su aplicación estaría restringida a los casos específicos donde correspondiera; pero la situación de la industria nacional ha logrado que otros tipos de cementos, como los tipo I y tipo III sean prácticamente inaccesible; a lo que se suma que debido al problema de escasez, la distribución del cemento sigue un comportamiento local, donde cada sector suele recibir una sola marca y tipo de cemento.
Para que se tenga idea de la profundidad del problema, la Figura N° 6 muestra la relación de madurez para morteros de cemento obtenida de ensayos realizados en el laboratorio de Tecnología del Concreto UCAB, donde puede ser observado que los cementos tipo CPCA 2 desarrollan las menores resistencias. Sobra expresar que la resistencia de los morteros es proporcional a la establecida por cilindros de concreto.
Esta situación resulta complicada porque no depende directamente de los responsables de obra; sin embargo, cabe destacar que en laboratorios es posible alcanzar resistencias mayores a 250 kgf/cm2 con estos cementos; pero
Figura N°6- Relación resistencia contra días calendario de morteros con base a distintos cementos
14 una construcción no es cuenta con las condiciones ideales; dentro de este contexto, es recomendable que los ingenieros responsables de obra lleven registro del tipo de cemento que vayan recibiendo a lo largo de la construcción, mejoren los controles de calidad y resistencia; utilicen aditivos reductores de agua; además de aplicar con mayor frecuencia y criterio adecuado, el cono de Abrams. Sin embargo, lo recomendable es no hacer uso de estos cementos.
La filosofía detrás del Control de Calidad
Es posible que uno de los principales motivos que afectan la calidad de
las edificaciones de concreto reforzado sea que los Ingenieros Civiles han sido
adecuadamente formados en lo que respecta a parámetros de cálculo y control;
pero no en lo que debe ser entendido por calidad en el sentido de ser un
proceso continuo de acciones metódicas, planificadas y sistemáticas para
asegurar un objetivo, que en el caso del concreto reforzado, más que alcanzar
una resistencia, es controlar un conjunto de incertidumbres, para que lo
construido mantenga el comportamiento previsto normativamente a lo largo del
período de vida útil de la edificación. La figura N° 7 ayuda a conceptualizar la
idea.
Figura N°7- Esquema de lo que debe ser la calidad de ejecución. Fuente propia
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Indicar que son acciones significa establecer que la calidad responde a
un conjunto de actividades desarrolladas para una finalidad específica, por
consiguiente consumen recursos y como tal deben ser contempladas como un
costo; además la razón del deber ser implica que siguen un orden
preestablecido dejando poco al azar durante su ejecución; esto a su vez permite
destacar que el control de calidad debe iniciar antes que se desarrolle la
construcción; en otras palabras los ingenieros responsables deberían estudiar
el proyecto antes de comenzada la obra, con suficiente antelación para contar
con el conocimiento necesario de los detalles a prever y contemplar durante la
ejecución.
Adicionalmente, la calidad debe ser sistemática o sea, se ajusta a un
conjunto organizado de reglas que se encuentran contenidas en el proyecto y
soportadas en estándares o normas asociados a las actividades de control
propiamente; esto incluye que debe ser continua y además, por estar regida por
normas, también es precisa en el sentido de la rigurosidad que obligan los
procesos estandarizados
Lo anterior puede ser claramente comprendido por muchos, aunque lo
difícil de captar sea que el objeto final es restringir incertidumbre; pero sucede
que todo proyecto estructural es resultado de un sistema (Véase figura N° 8)
donde un conjunto de acciones (Q) determinadas por agentes externos e
internos (cargas permanentes, variables, sísmicas, entre otras) actúan sobre el
objeto idealizado a ser proyectado. Las hipótesis de comportamiento
soportadas en dimensiones y propiedades de los materiales, son manejadas
con la herramienta del computador y al final se obtienen respuestas de
comportamiento (R).
Estas acciones, desde el punto de vista de magnitudes no son
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materiales; todas mantienen comportamientos aleatorios; por consiguiente,
responden a procesos estocásticos, donde las acciones (Q en la figura N° 9)
están representadas por funciones de probabilidad; al igual que las respuestas
(R figura N° 9) son regidas también por funciones de probabilidad, que no son
necesariamente las mismas.
Se busca que durante el período de vida útil con las condiciones
previstas de servicio, la probabilidad que la respuesta (R) supere determinado
límite o frontera, sea muy baja (probabilidad de falla baja), lo que ofrecerá el
margen de seguridad previsto, como es mostrado de manera sencilla en la
Figura N° 9 tomada de Nowak y Collins. 2000.
Figura N°8- Sistema que constituye el proceso de generar un Proyecto Estructural. Fuente propia
Figura N° 9 – Representación sencilla del Margen de Seguridad (Nowak – Collins. 2000)
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Entonces cuando los ingenieros residentes e inspectores de obras,
buscan cuidar la ejecución controlando proporciones, calidades de agregados y
cementos; cuando buscan disminuir fallas tomando las previsiones necesarias
con tiempo para que los errores disminuyan; en realidad están actuando sobre
el nivel de incertidumbre, haciendo que la probabilidad de falla disminuya y que
el margen de seguridad se ubique dentro de lo previsto por las normas.
En consecuencia, el control de calidad requiere de organización y
preparación y su objetivo final, es cuidar que el margen de seguridad
considerado en el proyecto, se cumpla.
Conclusiones
En la actualidad el control de calidad de la construcción en general, pero
específicamente en las edificaciones de concreto reforzado presenta una serie
de debilidades como resultado de cambios en las funciones de los ingenieros
residentes e inspectores de obra; ya que el tiempo dedicado a las actividades
relativas a la administración superan fuertemente a las dedicadas al control.
Esto lleva a a considerar si será necesario pensar en la formación de ingenieros
administradores de obra.
Por otra parte, esta situación lleva a que errores de ejecución que
afectan la durabilidad del concreto reforzado y el comportamiento adecuado de
las edificaciones ante fuerzas sísmicas; algunos de estos errores no llaman la
atención y al final quedan sumergidos dentro de la masa de concreto. En este
sentido, contaminación de las barras de acero, falta de limpieza de encofrados,
tuberías que atraviesan vigas, la costumbre de hacer empalmes por solape de
barras de acero en cada entrepiso y problemas del cemento utilizado;
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En definitiva el control de calidad consiste en una serie de acciones
planificadas y sistemáticas que tienen como finalidad restringir la incertidumbre;
esto hace más importante la responsabilidad de los ingenieros responsables de
obra dado que las dimensiones de miembros, las propiedades de los materiales
y las acciones que actuarán sobre la edificación durante su período de vida útil,
no son determinísticos; sino que responden a procesos estocásticos.
REFERENCIAS
Nowak A., Collins K. “Reliability of Structures”, Mc Graw Hill Higher Education, 2000.
NORMA VENEZOLANA 3134: 2004. FONDONORMA CEMENTO PORTLAND CON ADICIONES.
