CONCRETO ESTRUCTURAL Y FIBRAS

 

Las fibras en el concreto estructural (microfibras, macrofibras, fibras sintéticas y fibras de acero), son adiciones que mejoran las propiedades mecánicas y la durabilidad del material. Las microfibras, con diámetros menores a 0.1 mm, se utilizan principalmente para controlar la fisuración por retracción plástica y térmica, mientras que las macrofibras, de mayor diámetro (por lo general mayores a 0.5 mm), mejoran la resistencia a la tracción y flexión. Las fibras sintéticas, como las de polipropileno, ofrecen esas ventajas ante ambientes altamente corrosivos, y las fibras de acero son eficaces para aumentar la resistencia a impactos y cargas dinámicas.

Entre las ventajas de la incorporación de fibras se incluyen la mejora de la durabilidad del concreto, la reducción de la permeabilidad, lo que contribuye a una mayor resistencia a la corrosión y un aumento tracción. Con la adición de fibra se puede obtener hasta concreto de alto desempeño (HPC) y ultra-alto desempeño (UHPC).

¿La adición de fibras puede influir en los resultados de los ensayos de compresión como el que vemos en el video? En algunos casos y no tanto como podríamos creer, a compresión se puede observar un ligero aumento en la resistencia, mientras que a la flexión y tracción el incremento es más significativo.

Si deseas profundizar en el tema, la norma ACI 544.2R establece pautas para el uso de fibras, mientras que las ASTM C39 y ASTM C1609, nos permiten evaluar la resistencia a la compresión y la flexión del concreto reforzado con fibras. Sin embargo, es fundamental entender que la implementación de este tipo de concreto requiere un conocimiento profundo de los materiales.

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IRREGULARIDADES: ENTREPIO BLANDO Y ENTREPISO DEBIL.

 

Me han enviado muchos seguidores este video. Primero hablemos de los entrepisos blandos y los entrepisos débiles.

Un entrepiso blando es aquel que presenta una rigidez significativamente menor en comparación con los entrepisos superiores o inferiores. Esto puede ser causado por una reducción significativa de las dimensiones de los elementos estructurales o el cambio brusco en la distribución de elementos no estructurales confinados. Su principal característica es que se deforma lateralmente más fácilmente, lo que puede comprometer la estabilidad de la estructura durante eventos como sismos o viento.

Por otro lado, un entrepiso débil se define por su resistencia inferior en comparación con los entrepisos superiores o inferiores. Esta debilidad puede resultar de un dimensionamiento inadecuado de los elementos estructurales, la utilización de materiales con menor capacidad o el no haber estimado adecuadamente las cargas de ese nivel. Un entrepiso débil puede no soportar cargas impuestas, lo que podría llevar al colapso de ese nivel

La diferencia clave entre ambos radica en que una irregularidad es por reducción brusca de rigidez y el otra por reducción brusca de resistencia. Ambas irregularidades son críticas en el diseño estructural y hacen que la ductilidad de la estructura ante un sismo disminuya drásticamente.

En el video vemos un edificio abandonado que presenta su nivel inferior con cambio brusco de rigidez y resistencia al mismo tiempo, además que no se encuentran alineadas las primeras columnas respecto a las de pisos superiores (irregularidad de líneas de transmisión de carga). Toda una obra de arte esa edificación. Esperemos que Paco no haya estado involucrado en ella.

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COLUMNAS DE CONCRETO CON DRENAJE INTERIOR

 En varias ocasiones en mi vida profesional me han preguntado qué opino de dejar embebido un desagüe o bajante de aguas de lluvias en el núcleo de una columna. Esto con el entendido que se ha considerado en el diseño estructural original la existencia de ese vacío dentro de la columna.  Mi recomendación siempre ha sido no hacerlo, pues el hacerlo puede tener varias consecuencias negativas en la durabilidad del elemento estructural, por ejemplo: 

- Filtraciones: Ante un taponamiento del ducto, el agua puede filtrarse a través de la columna, afectando otros elementos estructurales y causando daños en los acabados interiores y exteriores, propiciando también la corrosión del acero de refuerzo, la carbonatación y las eflorescencias en el concreto.  Adicionalmente puede existir constantemente humedad por condensación.

- Humedad y moho: La presencia de agua en la columna puede generar un ambiente propicio para el crecimiento de moho y hongos, lo que no solo es perjudicial para la estructura, sino también para la salud de los ocupantes.

- Congelación: En climas fríos, el agua atrapada puede congelarse, lo que expande el líquido y puede causar grietas o roturas en la columna.

- Costos de mantenimiento: Las reparaciones y el mantenimiento de una columna afectada internamente por agua pueden ser costosos y complicados, especialmente si se necesita acceder a la parte embebida.

Como puede notarse, todos estos problemas pueden minimizarse con un adecuado plan de mantenimiento, esto para evitar posibles obstrucciones o taponamientos.

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MOMENTO DE INERCIA DE UNA SECCIÓN

El momento de inercia es una propiedad fundamental en la mecánica de materiales y estructuras que describe la resistencia de una sección transversal de un miembro estructural a la flexión y torsión. Se define matemáticamente como la integral de la distancia al cuadrado desde el eje neutro de la sección hasta cada elemento de área. Su unidad de medida es cm4 o in4, es decir, unidades de longitud a la cuatro.

Al aumentar la inercia de una sección transversal de igual área, se aumenta significativamente la resistencia a la flexión y la rigidez. Esto se debe a que la inercia distribuye la masa o área de la sección de manera más eficiente, alejando los elementos de área del eje neutro y reduciendo el estrés en el miembro. Recordemos que el eje neutro de una sección transversal es ese eje donde se ubica igual área por encima que por debajo del mismo.

Por ejemplo, una sección en “I” (Secciones tipo IPE, IPN, HEA, WF) o una sección rectangular hueca tienen una mayor inercia que una sección rectangular sólida de igual área, lo que las hace más resistentes a la flexión y torsión con la misma cantidad de material. Por eso también es que la sección tipo “I” o “H” se usa tanto en las estructuras metálicas.

En el video vemos varios ejemplos. Sin embargo, esto no lo sabía Paco, el cual pensó que una vigueta rectangular de madera colocada con su parte más larga paralela en el eje vertical iba a funcionar igual de bien que colocándola con su parte más larga paralela al eje horizontal.

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CORROSIÓN DEL ACERO ESTRUCTURAL

La corrosión es un proceso químico que deteriora las propiedades de los elementos metálicos especialmente del acero estructural; comprometiendo su integridad y durabilidad. Este fenómeno se produce por la reacción del acero con su ambiente. Para que exista corrosión básicamente tiene que existir un ánodo (material que pierde electrones) un cátodo (material que recibe electrones) y un electrolito que es el medio de conducción de esos electrones. El oxígeno es un acelerante de la reacción de corrosión, siendo en algunas ocasiones la oxidación el paso previo para la corrosión.

Las causas de la corrosión son múltiples y pueden incluir la presencia de cloruros, la carbonatación del concreto, la exposición a ambientes agresivos, defectos en la fabricación o en la ejecución de la obra, y la falta de protección adecuada del acero. Para prevenir la corrosión, es fundamental seleccionar materiales adecuados, diseñar elementos estructurales con protección adecuada, aplicar recubrimientos anticorrosivos adecuados, controlar la humedad y realizar inspecciones periódicas. Existen muchas maneras de proteger al acero como las pinturas, la galvanización, el cromado y la protección por ánodo de sacrificio.

Podríamos hacer un curso semestral sobre este tema de la corrosión de lo extenso que es.  A nivel de normativa también es muy extenso. Normas como las NACE (Asociación Nacional de Ingenieros de Corrosión) NACE SP0178, NACE SP0284, NACE SP0492; la Norma ISO 12944 (Protección contra corrosión), la Norma ASTM D1654 (Método de Prueba Estándar para la Evaluación de Especímenes Pintados o Recubiertos Sujetos a Ambientes Corrosivos), API 653 (Inspección, Reparación, Alteración, y Reconstrucción de tanques API 650)  y las normas SSPC (La Sociedad para Recubrimientos Protectores) son normas internacionales que deberías leer si quieres profundizar el tema, y eso solo por citar solo algunas y no las locales de cada país.

Es importante destacar que la corrosión del acero es un fenómeno complejo y que su prevención requiere un enfoque integral que combine el conocimiento técnico de un ingeniero estructural con la experiencia de un patólogo de la construcción y del mantenimiento de estructuras. En mi experiencia, de 24 años en el tema, la escogencia de un método adecuado de protección para el tipo de estructura y su ambiente de exposición, así como un plan de mantenimiento preventivo que implique inspección especializada periódica para la detección temprana de los signos de corrosión es la clave para garantizar la seguridad y durabilidad de las estructuras de acero.

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DEMOLICIÓN DE MUROS NO ESTRUCTURALES

La demolición de muros no estructurales, exige un enfoque metódico y riguroso para garantizar la seguridad y la integridad del edificio. Antes de iniciar cualquier actividad, es importante realizar una evaluación estructural que confirme que el muro en cuestión no contribuye a la estabilidad del sistema estructural. Esta evaluación debe incluir también la identificación de servicios eléctricos, hidráulicos y de telecomunicaciones que puedan estar embebidos en el muro.

Una vez confirmada la naturaleza no estructural del muro, se debe prepararse el área de trabajo. Esto incluye la instalación de barreras de seguridad y señalización para restringir el acceso no autorizado, así como la reubicación de elementos que puedan ser afectados. Además, es fundamental desconectar todos los servicios que atraviesen el muro. El uso de equipo de protección personal (EPP) es esencial para mitigar riesgos.

El método recomendado para la demolición es comenzar desde la parte superior del muro y trabajar hacia abajo. Este enfoque permite un control efectivo del proceso, minimizando el riesgo de colapsos incontrolados. Es crucial mantener el área de trabajo despejada para evitar accidentes y facilitar la remoción de escombros.

Demoler de abajo hacia arriba presenta serios riesgos, incluyendo el colapso repentino del muro superior que puede resultar en daños significativos y comprometer la seguridad de las personas. Este método también puede afectar la estabilidad del muro y elementos adyacentes y dificultar el control del proceso de demolición. Por lo tanto, seguir un enfoque descendente es fundamental para asegurar un procedimiento seguro y eficiente. Siempre se debe consultar a un ingeniero civil al realizar este tipo de procedimientos, aunque la demolición sea pequeña.

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SISTEMAS DE PROTECCIÓN SÍSMICA DE EDIFICACIONES

La disipación de energía sísmica en estructuras se puede lograr a través de diferentes métodos.

El enfoque clásico o disipación por daño implica que los elementos estructurales, como vigas y columnas, se deforman plástica y permanentemente durante un evento sísmico.

Por otro lado, los disipadores/amortiguadores son dispositivos diseñados específicamente para transformar la energía durante un evento sísmico (generalmente generan calor, deformación de materiales o fricción en el proceso). Estos dispositivos, que pueden ser pasivos o activos mejoran el desempeño sísmico sin dañar los elementos estructurales.

El aislamiento en la base es otra técnica efectiva para mejorar el desempeño sísmico y que consiste en colocar dispositivos aislantes entre la estructura y su fundación. Este método permite que la superestructura se mueva adecuada e independientemente del movimiento del suelo, reduciendo las fuerzas sísmicas que se transmiten a la estructura.

Cada uno de estos métodos tiene ventajas y desventajas según el tipo de estructura y su ubicación. La elección entre disipación por daño, uso de amortiguadores o aislamiento en la base dependerá de factores como el tipo de estructura, su importancia de uso, zona sísmica, costo y los requisitos normativos de cada país. Comprender estas diferencias es crucial para los ingenieros civiles al momento de diseñar estructuras eficientes, seguras y resilientes.

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TIPOS DE VARILLA DE REFUERZO PARA EL CONCRETO-HORMIGÓN ARMADO-REFORZADO

Vemos en el video un cargamento de varillas de acero que nuestro “Paco” pidió por “Temu”, tuvo que devolverlas porque no pasó los ensayos de tracción XD.

Ahora ya en serio, hablemos de las barras de refuerzo de concreto armado, las cuales deben cumplir las normas ASTM A615 o ASTM A706 (o sus equivalentes en sus respectivas regiones del mundo).

El acero A706 a veces es menos conocida pero es una especificación introducida desde lo años 70, que garantiza propiedades de fluencia controladas y soldabilidad, especialmente para estructuras sismo resistentes. Según el código ACI 318, se exige su uso en elementos estructurales sismo resistentes, a menos que las varillas A615 cumplan ciertos requisitos.

Entre las diferencias entre A706 y A615 tenemos:

Control de calidad: A706 tiene composición química específica y un mejor control entre la fluencia y la tensión máxima.

Ductilidad vs. Resistencia: A706 es más dúctil, pero ligeramente menos resistente. Sin embargo, su menor resistencia no afecta el diseño sismo resistente convencional.

No es incorrecto usar A615 pero si estas cumplen con las especificaciones mínimas que exige la ACI 318. Esas especificaciones son: Que La resistencia real a la fluencia basada en ensayos realizados por la fábrica no sea mayor que el fy (esfuerzo de fluencia) en más de 125 MPa y que la relación entre la resistencia real de tracción (rotura) y la resistencia real de fluencia no sea menor de 1.25.

En muchos países se exige el uso del A706 para evitar problemas en obra al utilizar al mismo tiempo unas varillas adecuadas para elementos sismo resistentes y otras que no, pues se prestaría a la confusión y problemas en el control de calidad de los materiales. ¿Sabes si en tu país exigen obligatoriamente el uso de acero A706 en edificaciones?

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ACABADO DE PISO QUE FALLA

Muchas veces vemos videos como los anteriores, sin explicación alguna de lo que realmente pasa. Paco nos envió algunos y acá explicamos lo que realmente sucede para que entre otras cosas, nunca te suceda a ti.

Los levantamientos, fisuras, roturas o estallidos espontáneos en baldosas de origen pétreo (azulejos, porcelanato, cerámicas, enchape) como vemos en el video, pueden tener diversas causas.

La calidad de la instalación es un factor crítico, pueden haber defectos como: una aplicación incorrecta del mortero de pega (con vacíos o colocado solo en ciertas zonas de la pieza) o no haber dejado juntas de dilatación.

La calidad del material juega otro papel fundamental. Problemas como: defectos en la fabricación, grietas microscópicas o una composición química inadecuada, pueden debilitar la baldosa, que absorba humedad o hacerla susceptible a romperse más fácilmente.

Pero lo que puede desencadenar esas “explosiones” o levantamientos espontáneos del material es cuando alguna de las condiciones anteriores (o ambas) se junta con la variación de las condiciones ambientales tales como: cambios de temperatura o humedad lo que genera la dilatación o contracción de la pieza y a su vez tensiones internas en la baldosa y en el adhesivo, provocando su deterioro brusco y en cadena si no cuenta con juntas adecuadas.

Finalmente, existe una posible causa adicional, los asentamientos diferenciales, pero en ese caso se fisuran también otros elementos y no solo las piezas de acabado.

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INTEL Y SU 13° Y 14° GENERACIÓN - PROBLEMAS

Uno de mis hobbies es la informática y he visto como en muchos canales de ingeniería se ha dejado pasar sin mención alguna un problema muy grave que nos atañe a los ingenieros y arquitectos por ser usuarios obligados de equipos de cómputos y microprocesadores. Ese problema es la crisis de calidad de los procesadores de una marca hasta ahora con una excelente reputación: INTEL®

 Las generaciones 13 y 14 (Raptor Lake 2022 y Meteor Lake 2023) de Intel enfrentan actualmente problemas críticos que afectan su rendimiento y competitividad en el mercado. En particular, la generación Alder Lake (12° generación) ha sido “estirada” sin innovaciones significativas, lo que ha llevado a problemas de oxidación, estabilidad (pantalla azules y “crasheos”), altas temperaturas de trabajo y degradación en los procesadores.

 Es decir, que la generación 13° y 14° simplemente es la misma 12° pero con esteroides, como que si a un automóvil lo mantuvieras funcionando con el acelerador al máximo absolutamente siempre.  Esto ha resultado en la necesidad de múltiples actualizaciones de BIOS y en una extensión de garantías de 3 a 5 años.

 ¿Al día qué ha hecho Intel? Ha filtrado resultados de sus nuevos procesadores “Ultra” (mal llamada 15° generación por algunos) para calmar la mala publicidad que está teniendo con tantos problemas, pues al parecer ocultó los problemas de la generación 13 y 14 hasta que pudo.

 No se puede predecir el futuro, pero lo importante de esto es que si tienes un procesador de la 13° y 14° generación de Intel y tienes problemas de altas temperaturas, congelaciones de pantalla e inestabilidad debes reportarlo a tu vendedor. También esperemos que pronto Intel se recupere de todos esos problemas, pues la competencia entre empresas es la que beneficia al usuario final.

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LA TERMOGRAFÍA Y SU APLICACIÓN EN LA INGENIERÍA

La termografía es una técnica de inspección que utiliza cámaras infrarrojas para detectar la radiación térmica de los materiales, permitiendo visualizar y medir la temperatura sin contacto físico. Esta técnica es especialmente útil para la detección temprana de fugas en tuberías, ya que identifica problemas antes de que se conviertan en situaciones críticas, previniendo daños estructurales y pérdidas económicas.

Entre sus ventajas, la termografía es rápida y no invasiva, lo que significa que no interrumpe las operaciones y ahorra tiempo y recursos. Además, permite identificar puntos calientes en sistemas eléctricos, lo que ayuda a localizar conexiones defectuosas y prevenir fallos. Esta versatilidad la hace aplicable en diversas industrias, desde la construcción hasta la manufactura y el mantenimiento de edificaciones y equipos electromecánicos.

En el video vemos cómo mediante una cámara térmica pudo detectarse fácilmente una fuga de una tubería, pudiendo hacer la intervención de la manera menos invasiva y localizada posible. 

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TANQUES y FUERZAS HIDRODINÁMICAS ACI 350

Los tanques o reservorios son estructuras que permiten el almacenamiento de líquidos. El diseño de tanques requiere que se garantice la resistencia y durabilidad de este. En su diseño, siempre se debe considerar temas como la fisuración, el diseño de juntas y todos los empujes o fuerzas que pueden experimentar interna y externamente.

Bajo cargas estáticas el tanque suelo tener que resistir el empuje estático del suelo (externo) y del líquido (interno), se deben analizar todas las situaciones de nivel de agua posible. Pero cuando hay un sismo, se debe considerar presiones hidrodinámicas adicionales las cuales ocurren por los efectos inerciales de acelerar o desacelerar un líquido. Esas componentes hidrodinámicas son:

🗿La Componente Impulsiva: Se refiera a la producida por el líquido que se mueve en conjunto con las paredes del tanque, actuando como una masa conectada rígidamente a las paredes del tanque (como si fuera un sólido parte del tanque).

🌊La Componente Convectiva: Se refiere al movimiento del líquido en la parte superior del tanque, que se desplaza en un movimiento de oleaje de período largo (sloshing) y que no se mueve al unísono con el resto del tanque.

En el video vemos magistralmente manifestada la parte convectiva de un líquido contenido en un tanque al ser acelerado, el líquido está inicialmente en equilibrio (velocidad constante, aceleración cero) y al momento de frenar se desacelera (similar en lo que ocurre en un sismo). El documento ACI 350-20 (Code Requirements for Environmental Engineering Concrete Structures) plantea ecuaciones para poder determinar el porcentaje de líquido que participará como convectivo y poder estimar los esfuerzos reales sobre las paredes del tanque.

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