Els forjats ceràmics a revisió

Algú deuria tenir la primera idea i molts d’altres la van copiar i recrear al seu aire. La prova n’és, que a l’hora de rehabilitar edificis, ens trobem molts models diferents de seccions ceràmiques. Cada bòbila creava els seus models de cassetons, tenia les seves taules de càlcul de cara a poder satisfer els requeriments dels projectistes i dels contractistes i evidentment, oferia els seus serveis per a dissenyar les estructures als clients que compraven els seus cassetons ceràmics, perquè ells eren ceramistes i el producte que oferien eren els cassetons. No calia transportar les bigues des de les bòviles, només els cassetons, perquè els mateixos operaris les “fabricaven” a peu d’obra.

En la majoria de parets de càrrega i sostres ceràmics, només estan malmesos els forjats a les zones humides

De fet, aquests sostres han complert en escreix les expectatives que els seus dissenyadors tenien. És ara, que l cap de quaranta o cinquanta anys, comencem a mirar- los amb certa desconfiança a causa de moltes patologies i lesions que hi hem trobat i perquè fins i tot alguns han col·lapsat. A més, a l’hora d’haver de certificar la seva solidesa o la seva aptitud de servei, no ens resulta fàcil fer
“números” que ens deixin suficientment tranquils.

El Codi Tècnic contempla bàsicament l’obra nova, però hi ha un annex (D), pel que fa a les estructures al DB-SE, que contempla l’estudi de les estructures existents. Concretament parla de com i quan cal fer (i potser n’hi ha prou) una “avaluació qualitativa” i quan convé fer una “avaluació quantitativa”. En el primer cas no cal “fer números” i en el segon sí que cal fer-ne. No parla de cap tipus d’estructura en concret, sinó de forma genèrica.

Avaluació qualitativa
Plantegem-nos el cas que ens ocupa dels forjats ceràmics. Ens els podem trobar en edificis d’habitatges (molt sovint) però també en altres tipus d’immobles. Una avaluació qualitativa feta a fons, ens pot donar molta informació, més, si ja anem predisposat a trobar els punts febles d’aquest tipus de sostre. Tot seguit, miro de fer una descripció de les patologies que ens podem trobar i les causes.

• Les humitats persistents, a sota terrasses, en banys i cuines, sota coberta, ràfecs, canelons i baixants en mal estat de conservació. Les humitats han arribat a les armadures que s’han oxidat, s’han inflat, han rebentat la ceràmica i s’han anat desprenent.
• En la majoria dels casos, aquests sostres estan enguixats per sota. Com sabem, el guix és higròfil, i concentra la humitat.
  Moltes vegades apareix tacat. Molt probablement, està tapant un forjat lesionat. Caldrà escatar el guix per poder-lo observar. I en tot cas, cer conscients que l’enguixat no protegeix el forjat ceràmic sinó tot el contrari.
• En molts habitatges sense calefacció i sovint mal ventilats, han fet front al fred de l’hivern a base d’estufes de butà. Un m3 de combustió d’aquest gas allibera 800gr d’aigua a l’ambient. La humitat i la concentració d’anhídrid carbònic (CO2) ha accelerat la carbonatació del formigó de recobriment de les armadures, un formigó pastat a obra, normalment de poca qualitat, molt porós. El carbonat de calci ja no s’adhereix ni protegeix l’acer com ho feia l’hidròxid de calci (del ciment) i en conseqüència es produeix l’oxidació de les barres d’acer. Sovint ens trobem amb recobriments “mínims” cosa que fa que la carbonatació de seguida arribi a l’acer.
• En edificacions properes a la costa, aquest fenòmens de deteriorament dels sostres s’agreuja a causa de l’acció dels clorurs marins. L’acció conjunta de la carbonatació i de les sals marines acceleren els processos de degradació estructural.
• Deformacions excessives i vibracions que es noten en caminar al damunt d’aquests sostres. En sostres de poc gruix això és freqüent, però no necessàriament “alarmant”. Els dimensionats de l’època no sempre tenien cura del que ara coneixem com a límits de servei. Una ltra cosa és si apareixen esquerdes transversals a mitja llum que podrien ser indicatives d’excessiva tensió deguda al moment flectors que ha de suportar el forjat. Cal revisar l’estat de càrregues real: si s’han fet nous envans d’obra o hi ha nous equips d’instal·lacions, o banyeres o piscines desmuntables, o nous paviments al damunt dels originals, etc.
• En el cas d’edificis industrials, el moviment de maquinària, o les vibracions de motors, afecten aquest tipus de sostre, produint fatiga dels materials i en conseqüència minva del límit elàstic.
  
  Col·lapses
  Els col·lapses en aquests tipus de forjats acostumen a produir-se perquè la secció estructural no pot absorbir o bé la compressió oblíqua o bé els esforços tallants. Rarament per un dimensionat erroni a flexió. Val a dir però, que si això arriba a succeir és perquè els components estructurals s’han deteriorat, o bé perquè l’estructura s’ha sobrecarregat.
  
  Podem detectar esquerdes transversals a una certa distància de les parets de recolzament (o jàsseres si és el cas). Probablement són esquerdes de “tallants”. Caldrà fer les cales que ens permetin observar l’estat de les bigues. Si hi ha esquerdes d’aquest tipus, el sostre pot col·lapsar. Caldrà estintolar i descarregar al màxim el forjat.
  Però també hi pot haver unes esquerdes que gairebé són imperceptibles, just a l’angle de contacte entre el forjat i la paret de càrrega. Poden ser ocasionades per la compressió oblíqua. És el que en el cas de forjats o lloses d’estructures amb pilars, es coneix com a “punxonament”. El problema és que, quan un sostre falla per aquest motiu acostuma a col·lapsar sense avisar. Pot ser degut a què s’ha sobrecarregat, o perquè a més hi ha hagut vibracions degudes a maquinària o per utilització “indeguda” (aglomeracions de persones, balls ritmats, etc.).
  
  A la figura (FIG 01) es pot veure en esquema el flux de tensió quan una biga està sotmesa a sol·licitacions de flexió. Simplificant, a mitja llum la zona inferior acumula traccions (que haurà d’assumir l’armat) i la part superior, compressions. Però a mesura que ens anem aproximant als punts de recolzament, les compressions tendeixen a formar una “arc” descendent, i les traccions ascendents. Això fa que a la “pell” del pla de recolzament vertical, s’acumulin les compressions que tendeixen a cisallar la superfície de contacte en el pla vertical. És el “punxonament” de què parlava més amunt. Aquesta sol·licitació l’ha d’absorbir el formigó del forjat ceràmic. Si els cassetons arriben a la mateixa paret o fins i tot s’hi recolzen, la superfície de formigó entre cassetons podria ser insuficient. Si en fer el muntatge, la zona a tocar la paret la van formigonar tota (deixant de posar el primer cassetó) aleshores aquest sostre té menys problemes pel que fa a la compressió oblíqua.
  
  Referent a la tracció d’ànima, té la màxima tensió a una certa distància del punt de recolzament. L’ha d’absorbir el formigó i la ceràmica. Hi ajuda la col·laboració de les armadures inferiors, si estan ben ancorades (normalment amb ganxos) als extrems, que fan com de “corda” que tanca l’arc de les compressions obliqües tot ajudant al formigó a treballar a tracció i a contenir les fissures. Les esquerdes dels esforços tallants travessen la secció sempre en angle, entre 30 i 45 graus. Per això, si es produïa un col·lapse per causa dels tallants, la superfície de ruptura estaria allunyada de la paret (o del pilar) i seria inclinada. En canvi, si és degut a la compressió oblíqua, la superfície de ruptura està enrasada a cara de la paret (o del pilar) i és vertical. Molt sovint els forjats ceràmics col·lapsen per “punxonament” i sense avisar. O bé per excés de càrrega, o mala utilització com deia més amunt o bé perquè els materials de la zona de recolzament estan malmesos.
  
  Restitució funcional
  Un cop feta l’avaluació qualitativa amb les cales corresponents, de les zones més humides i menys humides, s’ha de concretar si cal fer alguna reparació, alguna restitució o algun estintolament o no s’ha de fer res o només actuar en unes determinades zones amb afectacions.
  
  En la majoria d’habitatges de parets de càrrega i sostres ceràmics, només estan malmesos els forjats ceràmics a les zones humides, per aquesta raó, normalment només caldrà actuar en unes superfícies determinades, no en tots els sostres d’altres dependències. A les FIG 02-03 s’hi pot veure el projecte de restitució funcional del forjat malmès d’uns habitatges, en què es va poder comprovar que a les zones “seques” el forjat estava en perfecte estat de servei.
  
  Bàsicament, es preveu decapar i sanejar les zones afectades, eliminant les barres despreses o bé raspallant-les i passivant l’oxidació, abans de refer la base de suport del teixit de fibra de carboni previst per a substituir la funció de l’armat de tracció malmès. A les zones més humides, per tal d’evitar el cisallament, es col·loquen uns perfils de suport ancorats a la paret. Sempre és aconsellable en aquests edificis, de decapar els enguixats dels sostres i arrebossar-los amb morter de ciment portland, per tal d’evitar els guixos que absorbeixen i concentren les humitats.
  
  
  Avaluació quantitativa
  Seguint el criteri de l’Annex D, pot ser que calgui fer “números” per verificar l’adequació del forjat a les sol·licitacions requerides, per raó d’un canvi d’ús, perquè cal fer un certificat de solidesa, etc. Parlem d’un forjat sense lesions ni patologies. El primer que cal és disposar de la secció exacta del forjat (FIG 04), tenint en compte que es tracta d’una estructura mixta de tres components: la ceràmica, el formigó i l’acer. La secció pot ser amb dos tipus de cassetons, uns per armar i els altres per a l’entrebigat. Caldrà fer les cales pertinents per poder dibuixar la secció que volem estudiar.
  
• Verificació de tallants: Normalment els tallants els ha d’absorbir el formigó que entre cassetons pot tenir una secció de tipus “T”. La verificació és convencional, per a seccions d’aquest tipus, en què treballa bàsicament l’ànima de la T. Cal treure mostres del formigó per conèixer-ne les característiques. De cara a una primera aproximació, els formigons pastats a obra i picats amb barra tenien resistències d’entre 100 i 150 K/cm2. De totes maneres, si és possible, val la pena afinar més i extreure mostres per analitzar a laboratori.
  
• Verificació de compressió oblíqua: Cal confiar-la a la secció de formigó del cap de les bigues i calcular de forma convencional. En les bigues de formigó, si la tensió supera la capacitat resistent del formigó, l’única solució és augmentar el gruix de la secció. Això només és possible en fase de projecte de l’obra quan es dissenya la biga. En el cas de forjats ceràmics, caldrà pensar
  en alguna mena d’escòcia estructural. Per analogia, en estructures de lloses o de reticulars amb pilars, sovint al cap dels pilars hi ha un àbac de més gruix que la llosa: aquesta és la raó: que a la llosa li manca gruix per absorbir el punxonament i potser també els tallants.
  
• Verificació a flexió: Normalment si es pot justificar un disseny adequat a flexió, gairebé sempre la secció compleix a tallants i compressió oblíqua. En tot cas, sempre és millor verificar tots tres aspectes. Si una biga està mal dimensionada i està molt flectada, també és molt possible que tingui problemes de tallants i de compressió oblíqua.
  A la FIG 05 es mostra la manera de procedir per calcular el moment flector per al qual pot treballar (es va calcular) la biga. En definitiva un forjat ceràmic és un conjunt de bigues col·locades una al costat de l’altre. Gairebé és un sistema gràfic de càlcul.
  
  Els passos són els següents:
• Dibuix (autoCAD) de la secció amb els seus elements. Va bé dibuixar en mil·límetres i emprar escala anotativa.
• Determinar (per separat) els paràmetres de la secció de formigó i de la ceràmica i de l’armadura d’acer: profunditat de la fibra neutra, moment d’inèrcia i superfície de cadascuna. Cal convertir el dibuix de la secció en “Regió”, consultant les “Propietats físiques i de regió”
• El conèixer la superfície exacta de cada element, ens permet saber el valor del pes propi.
• Tot seguit s’ha d’ajuntar tot plegat per a dibuixar la secció homogeneïtzada (respecte al formigó). Per això cal primer calcular els factors d’homogeneïtzació que són la relació entre els mòduls elàstics (de Young) de la ceràmica respecte al formigó i de l’acer respecte al formigó. El coeficient de la ceràmica pot ser de l’ordre de ŋf=0,15 i el de l’acer ŋs=7. Aquest factors aplicats als moments d’inèrcia corresponents donen el valor de la inèrcia equivalent de la ceràmica i de l’acer. Aquests moments d’inèrcia es converteixen en unes seccions rectangulars equivalents (d’inèrcia Ix=bh3/12), d’alçada (h) segons geometria de la secció per a cadascun d’ells per tal de disposar d’una secció fàcil de treballar, i ja homogene ïtzada. El conjunt de “rectangles”
  annexats convenientment pel comanament “Union” es converteix en una sola secció homogeneïtzada.
• Per a deduir “forats”, cas del cassetó ceràmic, cal emprar el comanament “Diferència”
• Conèixer els paràmetres d’aquesta secció consultant les “Propietats físiques i de regió” per poder situar la (profunditat) fibra neutre al seu lloc (x).
• Fet això, aplicant el mètode de la “paràbola rectangle” i reduint el cap de compressió a un rectangle que té la base a una profunditat respecte de la fibra més comprimida de 0,8*x, es dedueix que la resultant de la component de compressió es situa a l’eix d’aquest rectangle a una profunditat 0,4x.
• Acotant la distància entre la resultant de tracció i de compressió, y multiplicant el valor per la capacitat mecànica de l’armat, sabem el moment flector per al qual es va dissenyar el sostre.
• Cal tenir en compte, que l’acer llis que s’emprava normalment era de límit elàstic fy=2400 K/cm2. Aplicant-li un factor de minoració de l’ordre de k=1.05, estarem treballant amb un límit de càlcul a l’entorn de fd=2200 k/cm2. Aquest valor multiplicat per la secció d’acer ens donarà l’esforç de tracció de l’armat T (capacitat mecànica en K). Aquest valor per la distància respecte a la component de compressió, com deia, ens donarà el moment “característic”. Cal tenir cura de les unitats amb què treballem. Actualment ja no s’empra en el càlcul estructural el sistema MKS sinó l’Internacional.
• Si estem fent la verificació d’aquest forjat, haurem calculat prèviament la sol·licitació requerida, que referida a aquest valor que hem deduït, ens donarà el valor del coeficient de seguretat amb què estem treballant.
  
  Tot això pot semblar feixuc, però en realitat és senzill. El secret: tenir pràctica en el dibuix en CAD. Abans, el més complicat era calcular els paràmetres de les seccions aplicant el teorema d’Esteiner. Les possibilitats d’equivocar-te eren enormes. Ara el CAD ho fa més fàcil.
  Només cal treballar amb ordre, fer números per calcular els coeficients d’equivalència i les seccions rectangulars corresponents i poca cosa més (FIG 05).