22 oct 13

Ensayos no destructivos para la rehabilitación de una edificación

1 Comentario »
Promedio de valoración
Tiempo de lectura 13 min

*Artículo cortesía de CPA Ingenieros & Cía. Limitada

Cuando se trabaja en rehabilitaciones de edificios existentes, se suele contar con que la estructura antigua se encuentra en servicio, por lo que es importante minimizar la ejecución y actuar en puntos clave (mínimas afecciones).

Uno de las problemáticas habituales en la rehabilitación de edificios es no contar con la información suficiente de los elementos estructurales sobre los que se necesita actuar, circunstancia que se ve agravada con la antigüedad del edificio. No es habitual el disponer de registros con la documentación necesaria, y en el caso de existir, se ha guardado con relativo desorden que dificulta posibles actuaciones posteriores; este caso se ve muy claro en edificaciones urbanas controladas por alcaldías, donde puede resultar más o menos accesible el proyecto aprobado para la ejecución pero no se registran los cambios durante las obras (normalmente en número elevado). Dentro de lo complejo que puede resultar obtener datos in situ de la edificación, en las cimentaciones es aún peor, ya que al resto de elementos o partes de la estructura resulta mucho más sencillo acceder, obtener testigos y realizar ensayos. La cimentación suele estar en zonas de complicado acceso a lo que se añade la complejidad de tomas datos con los medios habituales.

En la Fotografía 1., se muestra como ejemplo el estado de un edificio en el que es necesario realizar una actuación y que puede estar o no en uso. A priori, podría pensarse que resulta más conveniente (económica y funcionalmente) derribarlo, pero en muchos casos no es posible debido a la clasificación urbana. El primer paso entonces a seguir, sería localizar toda la información que suministre datos reales.

Patología de la fachada de un edificio

Patología de la fachada de un edificio.

Los deterioros de la fachada indican que pueden ser debidos a fallos en la cimentación, por lo que si no se actúa sobre ella, difícilmente podrá resolverse el problema.

El ejemplo expuesto sirve como punto de partida de este artículo, cuyo objetivo será dar a conocer los métodos que serían necesarios para obtener datos de los elementos que constituyen la cimentación (siendo los que están más “ocultos” y mayor dificultad de acceso). Con la información obtenida, será posible definir la actuación adecuada y en consecuencia limitar las posibles afecciones que se puedan derivar.

Ensayos

Cuando se intenta actuar sobre una estructura (en este caso un edificio) de la que se desconoce información, lo primero que se debe plantear es la obtención de datos; y en muchas ocasiones no se dispone de planos y/o información de proyectos de edificaciones con cierta antigüedad. En cualquier caso, siempre será necesario realizar un mínimo de ensayos de comprobación y verificación (las propiedades de los materiales cambian a lo largo de su vida), que en algunos casos puede resultar muy complicado e incluso imposible por la dificultad de acceso y maniobrabilidad en el interior.

A continuación se explican los distintos ensayos y actuaciones que se podrían realizar agrupándolos en habituales y no destructivos.

Ensayos habituales

Entre los ensayos que se podrían denominar como habituales y su empleo son los citados a continuación:

  • Calicatas: Se emplean para verificar materiales, espesores, dimensiones, etc. Con las muestras obtenidas es posible la realización de ensayos de laboratorio.
  • Pachómetro: Se utiliza para la detección y cuantificación de armadura.
  • Sondeos: Se emplean para caracterización de capas y materiales atravesados. Este ensayo permite extraer muestras para ensayos en detalle.
  • Extracción de testigos: Permiten determinación de espesores, obtención de muestras e incluso testigos para su posterior rotura en laboratorio.

Es cierto que este tipo de ensayos son más tangibles, es decir, se dispone generalmente de la información en mano sin requerir mucha cualificación para su interpretación; el empleo de otro tipo de ensayos (como los descritos en el punto 2.2. Ensayos no destructivos) no implica que los denominados como habituales dejen de emplearse (normalmente éstos últimos son más económicos), lo que sí se pretende es racionalizar y decidir los ensayos que realmente son útiles para obtener la información necesaria.

Ensayos no destructivos

En el mercado existen varios tipos de ensayos no destructivos, aunque desde el punto de vista de la edificación, con las particularidades que esta presenta, trataremos la impedancia mecánica, sísmica paralela e impact-echo test.

Impedancia mecánica

El ensayo consiste en excitar la estructura a analizar (normalmente pilotes) mediante el golpe con un martillo y registrar la respuesta con un geófono situado en la estructura a estudiar. El geófono debe estar adecuadamente apoyado en la estructura a ensayar para permitir un buen registro, por ello se prepara la zona e incluso se dispone silicona bajo el geófono, lo cual facilita el contacto.

Esquema de trabajo del sistema

Esquema de trabajo del sistema.

Caso práctico del funcionamiento del sistema

Caso práctico del funcionamiento del sistema.

Las gráficas siguientes representan los registros de los equipos que posteriormente hay que tratar, normalmente se hace una FFT (transformada rápida de Fourier) que permita resaltar los “picos” y con ello facilitar la interpretación.

Registros obtenidos con el ensayo de impendacia mecánica

Registros obtenidos con el ensayo de impendacia mecánica.

Registros obtenidos con el ensayo de impendacia mecánica

Registros obtenidos con el ensayo de impendacia mecánica.

La utilidad de este tipo de ensayo será determinar la longitud o canto del elemento ensayado e incluso el comportamiento (respuesta) de las distintas capas que atraviesa. En el caso de un pilote seríamos capaces de determinar la longitud, así como la mayor o menor coacción de las capas por las que atraviesa.

Un problema de emplear este sistema es que requiere personal con una experiencia considerable ya que en caso contrario la interpretación podría ser errónea. En el caso de que el pilote atraviese una capa dura podría perderse la señal, es decir, está tan coaccionado que no le excita a mayor profundidad; esto impediría conocer la longitud real, aunque sí asegurar que está empotrado.

Sísmica paralela

En este caso el proceso consistirá en excitar el elemento o estructura a ensayar y registrar la propagación de la onda mediante una sonda receptora. Registra el recorrido de la onda en la estructura y en el terreno lo que permitirá su evaluación. El sondeo también sirve para evaluar el terreno, aunque únicamente sea por la testificación.

A grandes rasgos para poder realizar el ensayo es necesario:

  1. Ejecutar un sondeo en el que se dispone un tubo de PVC
  2. Introducir la sonda receptora en el sondeo previamente relleno de agua para facilitar la propagación de la onda
  3. Golpear el elemento a ensayar con un martillo (comenzando el registro de datos desde ese instante)
  4. Ir subiendo la sonda a lo largo del sondeo, lo que permitirá tener registros en toda la longitud.
Esquema del funcionamiento de la técnica del ensayo de sísmica paralela

Esquema del funcionamiento de la técnica del ensayo de sísmica paralela.

Datos obtenidos del registro de la sonda receptora

Datos obtenidos del registro de la sonda receptora.

Cuando en el registro se observa un quiebro de propagación, ese punto refleja un cambio de material (punta del pilote, terminación de la pantalla, etc.).

Este proceso nos permitirá conocer las dimensiones (longitud principalmente) del elemento a estudiar, y en el caso de tener alguna referencia de velocidad de propagación, obtener características del material empleado así como del terreno que lo rodea. Por otra parte, un tratamiento adecuado de los datos podría dar información sobre la integridad del material ensayado comparando la velocidad de propagación con la de un elemento sano, y teniendo una de las velocidades de propagación sería posible determinar las del resto de elementos que aparecen en los ensayos, como ejemplo la velocidad de propagación en el terreno perimetral a la cimentación. Conocidas las velocidades de propagación de una capa no resulta complicado determinar otros parámetros de materiales o terreno necesarios para el cálculo.

Impact-echo test

Normativa de Referencia: ASTM C1383, 2004 (2010). Standard Test Method for Measuring the P-Wave Speed and the Thickness of Concrete Plates Using the Impact-Echo Method.

Este tipo de ensayo es más adecuado para losas, muros, etc., es decir, elementos planos de longitud o espesor limitado. Consiste en excitar el elemento a ensayar mediante una bola metálica de tamaño adecuado y registrar la respuesta analizándola posteriormente empleando una transformada rápida de Fourier.

Esquema de trabajo del equipo

Esquema de trabajo del equipo.

Al igual que ocurría con la impedancia mecánica, suele ser necesario realizar una FFT de las ondas registradas para poder interpretar correctamente, sobre todo cuando existen varias capas y la adherencia entre ellas es alta. También requiere de un personal cualificado para poder obtener una información fiable.

Realización de ensayo sobre una pared

Realización del ensayo sobre una pared vertical, donde el equipo cónico metálico que se observa es el encargado de producir y registrar la propagación de la onda.

Como se ha comentado anteriormente, el impact-echo test es más adecuado para elementos planos como son las losas y los muros, permitiendo determinar sus espesores y estado interno (presencia de coqueras, deterioros, etc.) e incluso adherencia entre distintas capas. Realmente este ensayo podría quedar separado de los dos ensayos expuestos anteriormente (impedancia mecánica y sísmica paralela) debido a que requiere un acceso más directo a los elementos a ensayar, sin embargo, se ha incluido en este artículo no por el ensayo en sí mismo sino por los datos que permite obtener.

Mediante el equipo empleado para este ensayo, sería posible evaluar la velocidad de propagación de cualquier testigo y con este valor apoyar otros ensayos pudiendo determinar el espesor de la capa, la existencia de coqueras o deterioros internos, el estado del material comparando la velocidad de propagación con testigos o material sano (valores que se pueden obtener o estimar), verificar y evaluar la adherencia entre capas en caso de existir más de una (análisis de conjunto e individual).

Tratamiento de la información obtenida

A continuación, se procederá a comentar para cada uno de los tipos de cimentación habituales en edificación, los resultados que es posible obtener con los ensayos expuestos anteriormente y su utilidad en la determinación de las soluciones adoptadas.

Tipologías de cimentación

Es importante tener en cuenta qué tipo de ensayo es recomendable disponer tanto para las cimentaciones más habituales en edificación como para muros, así como la manera de trabajar con ellos.

a. Cimentación directa. De forma habitual se emplean zapatas aisladas o combinadas y losas de cimentación. Se trata de la cimentación más sencilla, a la cual en algunos de los casos es posible acceder pero con ciertos problemas.

Para este tipo de cimentación, los ensayos no destructivos a emplear serían el impact-echo test e incluso la impedencia mecánica, permitiendo obtener información del canto de las zapatas o de la losa*, características del concreto empleado y estado de conservación (deterioros).  conseguir datos del terreno de apoyo es más complejo, aunque sí se obtendrán valores orientativos.

b. Cimentación profunda. Se hace relación a pantallas perimetrales, pilotes y micropilotes así como el encepado que apoya sobre ellos. En este caso el proceso se complica debido a que se podría tener solamente acceso al encepado (y no siempre es factible).

El siguiente cuadro indica para cada uno de los ensayos expuestos anteriormente, la información que es posible obtener:

Ensayo Información obtenida
Sísmica Paralela - Longitud de los pilotes e incluso encepado- Velocidad de propagación en el hormigón y terreno atravesado (litología y características)- El sondeo para disponer de la sonda receptora servirá para obtener datos complementarios del terreno (litología, características de las capas, etc.)
Impedancia Mecánica - Longitud de los pilotes e incluso encepado, aunque en el caso de empotramiento en alguna capa superior, a partir de esta se perderá la señal- Velocidad de propagación en el hormigón- Estimación de dimensiones de pilotes- Estimación de las capas por las que atraviesa, así como su rigidez y comportamiento en función de los pilotes
Impact-echo Test - Espesor del encepado- Velocidad de propagación en el hormigón y, en consecuencia, características de este- Estado del encepado (integridad)

c. Muros de sótano perimetrales. Realmente englobaría todo tipo de muros.

Deben distinguirse dos tipos de muros en función del material empleado: muros de concreto reforzado (ya sea muros en “L” o en voladizo, así como pantallas, que se ejecutan más comúnmente desde mediados del siglo XX) y muros de concreto en masa, de concreto ciclópeo e incluso de mampostería, que eran habituales hace ya algunos años.

Evidentemente el tratamiento en cada caso debe ser diferente, eso sin pensar en la información que se puede obtener de cada uno. Analizando cada uno de los ensayos por separado los resultados a obtener serían:

Ensayo Información Obtenida
Sísmica Paralela - Longitud del muro- Velocidad de propagación en el hormigón u otro material y terreno atravesado (litología y características)- El sondeo para disponer la sonda receptora servirá para obtener datos complementarios del terreno (litología, características de las capas, etc)
Impedancia Mecánica (Recomendable únicamente en Elementos de Hormigón Armado) - Longitud de la pantalla o muro- Velocidad de propagación en el elemento ensayado- Estimación de dimensiones- Estimación de las capas por las que atraviesa, así como su respuesta a la excitación generada
Impact-echo Test - Espesor del alzado de muro y de la zapata correspondiente (en caso de que exista. Es importante recordar que en algunos casos, muros muy antiguos no disponen de este elemento estructural)- Velocidad de propagación en el hormigón y, en consecuencia, características del mismo- Integridad de los elementos ensayados

La sísmica paralela sería realmente útil en estos casos, sobre todo en los muros antiguos con materiales poco homogéneos.

Ensayos complementarios

En el caso de la cimentación profunda y los muros, es necesario complementar los ensayos anteriormente expuestos con los tradicionales, como:

  • Catas para completar o verificar la geometría,
  • Testigos para determinar la velocidad de propagación de referencia (en el caso de los muros solamente se determina en el concreto) y obtener el valor de la resistencia a compresión simple (en el caso de muros es independiente del material),
  • Pachómetro para estimar el armado únicamente en los elementos de concreto reforzado y zonas accesibles (este ensayo no se podría utilizar en los pilotes)
  • Penetrómetros o sondeos para determinar la litología y las características de cada una de las capas atravesadas (en el caso de cimentación profunda) o caras atravesadas si es el caso de muros (los penetrómetros y sondeos podrían sustituirse por el sondeo necesario para la sísmica paralela si es que se realiza este ensayo).

Cálculo

Con toda la información obtenida, ya sea mediante ensayos y/o documentación (geometría, material empleado e inclusive la litología, con excepción de los armados del que únicamente podría tenerse una orientación), es posible realizar modelos de cálculo para determinar las cargas que soportan cada uno de los distintos elementos de cimentación y decidir la actuación idónea en cada caso.

Para la cimentación directa realizar los refuerzos adecuados, para la cimentación profunda recalcular e incrementar el armado de los encepados si fuera necesario, incrementar el número de pilotes pudiendo recurrir a ejecutar micropilotes complementarios y unirlos al encepado (esto es extensible para cimentación ejecutada con pantallas, aunque con ciertas interrelaciones con muros), y en el caso de los muros se podrían realizar recalces mediante micropilotes e incrementos de cuantía de armado ya sea con micropilotes (pensando en el tubo metálico) o adosando armadura.

Conclusión

Es importante tener en cuenta que conseguir datos adecuados en un primer momento puede suponer un incremento económico en el proceso de toma y tratamiento de estos, pero a largo plazo se traduce en un ahorro considerable, dado que:

  • La actuación se realiza sobre elementos conocidos prácticamente en su totalidad (geometría y materiales), por lo que se optimiza la solución propuesta.
  • Se limitan las zonas de actuación y en consecuencia las afecciones.
  • La idoneidad de la solución propuesta será más acertada cuantos más datos reales se disponga.

Todo lo expuesto se traduce en una optimización tanto económica como de la actuación propuesta.



* La geometría de la cimentación es recomendable obtenerla con alguna cata, sirviendo las mismas que se han ejecutado para acceder a la cara superior de la misma. En el caso de losas se emplearía el mismo ensayo en varios puntos.

Nota aclaratoria de responsabilidad: Las observaciones contenidas en este documento son de carácter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados.  


Promedio de valoración

Sobre el autor


Una Respuesta a Ensayos no destructivos para la rehabilitación de una edificación

    avatar
    Responder a este comentario

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos necesarios están marcados *

 


Artículos relacionados

Archivo

Asesor virtual en línea
Inicia sesión o regístrate para poder contactarte con nuestro asesor técnico en línea