Viguetas con cemento aluminoso: proceso, patología y solucionesAutor:BIA nº 158Julio 1992
Con el cambio de década fuimos sorprendidos con el colapso de un forjado en Barcelona con una víctima, el del Turó de la Peira, cuyas causas fueron atribuidas a la degeneración del cemento empleado (cemento aluminoso) y, consecuentemente, desde 1990 en Barcelona y desde 1987 en la isla de La Palma, Canarias , ya había antecedentes de esta patología, bautizándose inadecuadamente con el nombre de "aluminosis" . Tambíen teníamos antecedentes del hundimiento de la cubierta de una piscina en Inglaterra, en 1973 . Con el paso del tiempo, se han ido conociendo muchos más casos , principalmente en las regiones catalana y canaria. Hoy ya han sido detectados en Madrid varios casos, aunque afortunadamente no de extrema gravedad ... Ya en los años sesenta, cuando estudiábamos el "ORUS" , leíamos las teorías de LAFUMA sobre la descomposición espontánea de los cementos aluminosos debido a la inestabilidad de los aluminatos mono y bicálcicos hidratados hexagonales que tienden, con el tiempo y el aumento de la temperatura, a pasar a otro estado cristalino más estable, el cúbico. También leíamos la teoría de RENGADE sobre la acción catalizadora de los álcalis en la hidrólisis de los aluminatos cálcicos. Todas estas teorías, de un contenido muy técnico químico, quizás no quedaron fuertemente grabadas en nuestro archivo mental de conocimientos pero estaban preconizando la aparición a cierto plazo y según las circunstancias, de una nueva patología. El Instituto Eduardo Torroja, desde la década de los setenta e incluso ya desde los años cincuenta, viene realizando una serie de estudios e investigaciones muy importantes, quizás de los mejores a nivel mundial, acerca de la evolución y estado de la cristalización de los componentes hidratados del cemento aluminoso, así como de su carbonatación y sobre la corrosión, habiendo sido publicados los resultados en monografías y artículos llevados a cabo por científicos tales como: J. Calleja, T. Vázquez, F. Treviño, A. Ruiz de Gauma, R. Talero , C. Andrade, entre otros En Barcelona, dada la creciente aparición de este tipo de patología, nuestros compañeros del Colegio de Aparejadores en estrecha colaboración con la U.P.C. (Universidad Politécnica de Cataluña) y motivados por la necesidad de dar respuesta técnica a las necesidades que la sociedad tiene a este respecto, han desarrollado: trabajos de investigación, jornadas monográficas, reuniendo a los principales especialistas del mundo; y la formación de técnicos, así como la creación de un departamento colegial para conseguir una diagnosis rápida y eficaz que permita pasar rápidamente a la reparación, evitándose así en lo posible llegar a situaciones finales de colapso ... Proceso de transformación y degeneración del cemento aluminoso El cemento aluminoso, procedente de la calcinación conjunta de la piedra caliza y de la bauxita, tras la fase de su hidratación, da lugar a una serie de distintos aluminatos cálcicos (monocálcico CAH10 y bicálcico C2AH8) que cristalizan en agujas hexagonales y que son las que confieren el carácter cementante. También , a causa de la hidratación, el hidróxido de aluminio contenido en el cemento libera un gel amorfo que constituye la consolidación de la estructura cristalina de los aluminatos cálcicos . Este hidróxido de aluminio es el que confiere la basicidad al hormigón de cemento aluminoso para pasivar las armaduras. Como es sabido, todo este proceso se produce en un corto plazo, alcanzándose las resistencias finales a las pocas horas y con un gran desprendimiento de calor. Ahora bien, la estructura cristalina conseguida en esta primera fase es metaestable, es decir, estable provisionalmente a la temperatura ambiente (20-25ºC) ya que al aumentar la temperatura se produce una conversión de los compuestos hidratados dando lugar a aluminatos tricálcicos (C3AH8), transformándose los cristales anteriores de fase hexagonal a fase cúbica, siendo ésta mucho más estable, produciéndose a su vez una liberalización de agua de cristalización que da lugar a un incremento de la porosidad del hormigón y a una pérdida de resistencia. Este fenómeno se puede producir bien durante la fase de construcción dado el gran desprendimiento de calor que se origina durante el amasado y puesta en obra, bien por la temperatura a las que quedan sometidas las piezas fabricadas con este tipo de cemento. No obstante, para que se produzca la transformación o "conversión" de los aluminatos es necesaria la presencia de agua en los poros, desencadenándose más rápidamente cuando en dicha agua exista presencia de iones alcalinos (sodio, potasio, amonio) que actuarán como catalizadores. Por otra parte y en presencia de humedad, los aluminatos que ya están en fase cúbica pueden reaccionar con el anhídrido carbónico del aire y/o con los carbonatos procedentes de la fracción fina de los áridos calizos, dando lugar a carboaluminatos, hidróxido de aluminio y carbonato cálcico (en forma de calcita, aragonito y vaterita) . Esta carbonatación mejora sensiblemente la resistencia del hormigón cuando se haga en fase cúbica pero es la causante de la pérdida de basicidad del hormigón y por tanto produce la corrosión de sus armaduras al no quedar pasivadas. Tras conocer este proceso degenerativo del cemento aluminoso, cabe preguntarse ¿dónde estará empleado? Por las características de su mayor costo, de la necesidad de su empleo en piezas de poca sección dado el alto calor de hidratación, y de las altas resistencias iniciales alcanzadas, así como la experiencia habida, se puede casi garantizar que su mayor empleo fue en la fabricación de piezas prefabricadas tales como vigas, cerchas y principalmente en viguetas de forjado, siendo la mayor parte de éstas pretensadas, con armadura de muy poca sección... . No obstante, en los diversos casos estudiados hasta el momento, se ha observado la existencia de viguetas de cemento portland entremezcladas en un mismo forjado con viguetas de aluminoso, debido a la época de escasez lo cual hace que el número de metros cuadrados afectados sea mayor... No todos los elementos fabricados con cemento aluminoso degeneran de igual forma ya que cuando su fabricación se realizó con una alta dosificación (>400 Kg/m3) cuidando que su relación agua cemento fuera baja, la temperatura de curado menor o igual de 30ºC, su compacidad y el recubrimiento de las armaduras fueran los adecuados, a igualdad de condiciones ambientales, la degeneración es mucho más lenta que cuando no se tuvieron en cuenta estas precauciones. En el caso de nuestra región contamos con que gran parte de las viguetas habían sido fabricadas en una factoría que contaba con un buen nivel de calidad. Si a todo esto le sumamos las condiciones del ambiente seco de Madrid y la poca presencia de álcalis (Na y K) en él y por supuesto la casi inexistencia de ión cloro en el ambiente, hace que el proceso de conversión sea aún mucho más lento por lo que nos encontramos en situación ventajosa con respecto a Cataluña y Canarias. Unicamente en aquellos casos puntuales donde se hubiera producido una fuente de humedad por rotura de instalaciones, fallos en las cubiertas e impermeabilizaciones o condensaciones en cuartos húmedos, es donde se puede desarrollar con una cierta celeridad el proceso de corrosión y por tanto aparecer un factor de riesgo. Si, tal como se predice por los científicos, la evolución del fenómeno de reconversión cristalina y calcificación de los fabricados con cemento aluminoso oscila entre los 10 y los 30 años aproximadamente, según las condiciones medioambientales y como el empleo del aluminoso en forjados fue principalmente entre los años 1950 a 1970-74, es de esperar que durante los próximos años nos toque afrontar este tipo de patología para los cual, como técnicos, debemos estar preparados para su detección temprana y tratamiento adecuado y evitar así los casos lamentables de colapso... Detección y diagnóstico El Colegio de Arquitectos Técnicos de Barcelona, pioneros en este tema, han desarrollado un "Test de Aluminosis" a cumplimentar por los colegiados especializados en este tipo de patología que facilita y sobre todo homogeiniza, la toma de datos e inspección, consistente en : un historial; croquis y descripción del aspecto general del edificio y en particular de los forjados, con principal hincapié en el estado de las armaduras ; toma de una pequeña muestra para posterior análisis en laboratorio de la U.P.C. ; y por último recoge, en el mismo impreso, los resultados cualitativos del laboratorio. De esta forma se va estableciendo un banco de datos que permite su procesamiento estadístico. Cabe destacar que de los casos observados con problemas de patología, sólo el 60% corresponden a forjados realizados con cemento aluminoso, estando el 40% restante realizado con cemento portland pero también con una ejecución de obra deficiente. Una vez realizado este primer test u otro similar y en el supuesto de resultar afirmativa la presencia de cemento aluminoso, cabe ampliar los ensayos para determinar más exhaustivamente el grado de transformación de los hidratos y de su carbonatación mediante difracción de rayos X, espectroscopia de infrarrojos o termoanálisis, para lo cual es necesario la extracción de nuevas muestras en el conjunto del edificio. Esto se debe acompañar con la determinación "in situ" de la posible pérdida de sección de las armaduras debido a.la corrosión y la medida de la velocidad con que ésta progresa. Con los resultados obtenidos, debe hacerse un recálculo de la estructura para poder determinar la pérdida de seguridad y así estimar la vida residual del edificio. Puede darse el caso y de hecho ocurre con bastante frecuencia, como hemos visto antes, que el resultado del test sea negativo y que no estemos ante un caso de cemento aluminoso sino ante uno de hormigón de cemento portland carbonatado, con poco espesor de recubrimiento de armaduras y, probablemente, con baja dosificación en cemento y gran porosidad debido a una relación a/c grande, con lo que la humedad produce los mismos estragos en las armaduras que cuando se trata de aluminoso. Esto es muy frecuente en los casos de forjados "in situ" aligerados con ladrillo hueco o con bovedillas, los denominados tipo "autárquico" y que cronológicamente coinciden en parte con la época en que se inició el empleo del cemento aluminoso en viguetas, por lo que puede dar lugar al no experto a una posible interpretación errónea a primera vista... Decisiones a tomar: ¿reparación o demolición? El técnico con los resultados finales en la mano , a la hora de realizar el informe final, se encuentra siempre con el difícil dilema de si cabe recomendar la reparación o la demolición del edificio, máxime cuando, en general, los costos de reparación son altos e incluso, está sometido a una cierta presión psicológica por las partes impicadas, sin olvidar la "espada de Damocles" que supone la legislación vigente en cuanto a responsabilidad, inadecuada a este tipo de problemas. Como antes se comentó , la patología suele presentarse en su primer fase de forma puntual en zonas afectadas por la humedad . En este caso, por supuesto, pese al coste , parece claro que debe procederse a la reparación inmediata de la parte afectada y proceder a una revisión de todos los sistemas de impermeabilización e instalaciones para preservar al máximo la estructura de la humedad, sin olvidar la comprobación del perfecto funcionamiento de la ventilación de cocinas y baños, principales causantes de las condensaciones. Si se diera el caso de que la zona afectada fuera muy considerable y por tanto que el coeficiente de seguridad fuera muy pequeño o que la vida residual del inmueble fuera muy corta, próxima al colapso, sólo en este caso estaría justificada la recomendación de su demolición. ... Soluciones actuales al problema de la "Aluminosis" ... Como puede deducirse de lo expuesto hasta el momento, lo que se viene denominando inadecuadamente "aluminosis" , se puede resumir en una pérdida de la resistencia a compresión de la pieza y en una pérdida de su resistencia a tracción debida a la corrosión de las armaduras. A la hora de proceder a la reparación hay que tener en consideración que el hormigón realizado con cemento aluminoso, aún transformados sus cristales y no habiendo humedad, la resistencia final es lo suficiente , en el peor de los casos, para servir de capa intermedia entre pavimento y otro elemento resistente. También hay que considerar que los problemas de aluminosis, en general , afectan a viviendas ocupadas y en lo posible es necesario realizar las reparaciones sin el desalojo de las mismas, dado el problema social que esto conllevaría. Consecuentemente, la reparación de forjados afectados por aluminosis se realiza desde dos perspectivas: - La sustitución de los elementos resistentes del forjado dañado, operación muy traumática y que en general puede requerir del desalojo de la vivienda. - La sustitución funcional de los elementos resistentes del forjado mediante la implantación inferior de otro elemento que realice las funciones de los dañados. ... En síntesis, los sistemas consisten en nuevas viguetas que con distintas soluciones telescópicas o no, se apoyan en las jácenas o muros de carga y, por decirlo de alguna manera, recalzan a las piezas afectadas intercalándose entre ellas una espuma de poliuretano de alta densidad, inyección de mortero u otro material que realice la interfase de contacto y transmisión de cargas verticales de un elemento a otro. Los sistemas se pueden clasificar:
Acero inoxidable Perfiles de chapa galvanizada Aluminio extrusionado Prefabricados de hormigón - Por su forma de montaje:
Acoplables en obra Modulares acoplables por medio de husillos roscados. Sistemas telescópicos - Por su sistema de apoyo
Mediante distintos sistemas de estribos fijados por medio de ancljes mecánicos Empleando un sistema de cerrojo que se aloja en el elemento resistente - Por su colocación
Embebida en las piezas de relleno Embebida en la propia vigueta dañada por fresado de la misma Todos estos sistemas requieren, en general, la colocación de un falso techo tanto por motivos estéticos como por protección al fuego en el caso de sistemas metálicos. Desde el punto de vista económico las distintas soluciones oscilan entre las 15.000 y las 25.000 ptas/m2, incluido el falso techo requerido. En las fotografías, pertenecientes a los distintos paneles instalados en la exposición de soluciones a la aluminosis, se pueden apreciar los distintos sistemas antes descritos. No obstante, a la hora de elegir la realización de una reparación con este tipo de soluciones el técnico debe tener en cuenta la poca experimentación habida al respecto y la necesidad de proceder a un recálculo del conjunto de la estructura del inmueble. En la actualidad se han planteado algunos problemas con las soldaduras en aluminio, así como la posible incompatibilidad de deformaciones de los forjados con los nuevos elementos metálicos. Está en estudio la posibilidad de crear un DIT (Documento de Idoneidad Técnica) para estos sistemas. |