ÍNDICE

1 INTRODUCCIÓN 1 1.1 Resumen 1 1.2 Marco Referencial 1 1.3 Objetivos: generales y específicos 1 1.3.1 Objetivo general 1 1.3.2 Objetivos específicos 2

2 PATOLOGÍAS ENCONTRADAS 3 2.1 Eflorescencia 3 2.2 Corrosión 4 2.3 Retracción 6 2.4 Asentamiento 8 2.5 Cambio de Color 9 2.6 Pérdida de Lechada 11 2.7 Desagregación y Disgregación 12

3 ORIGEN DE LAS PATOLOGÍAS ENCONTRADAS 14

4 CONCLUSIONES 16

5 BIBLIOGRAFÍA 18

1 INTRODUCCIÓN

1.1 Resumen

Este es un informe enmarcado en la cátedra de Hormigón, un curso de Construcción Civil en la Universidad Católica de Chile, y trata sobre las Patologías del Hormigón. La relevancia del tema está dada por lo masivo en el uso de dicho material, en obras de todo tipo y bajo diversas circunstancias.

La forma de abordar el tema tiene dos componentes: la investigación y la aplicación. La primera de ellas se concreta cuando, desde fuentes existentes, se obtiene una base desde la cual se puedan determinar las formas gracias a las cuales un hormigón puede presentar patologías; la segunda es cuando dicha base se aplica en la inspección de un edificio, con la correspondiente explicación de su situación y del riesgo que representa para la estructura afectada.

El edificio en cuestión es el Aula Magna del Campus San Joaquín UC, sobre todo en lo que se refiere a los accesos, el teatro y los ornamentos de hormigón.

1.2 Marco Referencial

La investigación categoriza las patologías de acuerdo al momento en el proceso de elaboración de un hormigón en que estas aparecen, y la mejor referencia encontrada para ello es el “Patología y Terapéutica del Hormigón” (Fernández). Las condiciones de los materiales empleados en un hormigón son provenientes de las normas del INN, o de las citas que ellas generan en los textos de la bibliografía. Algunas sugerencias de solución o también la forma de abordar las mismas se extraen de “Tecnología del Hormigón” (Zabaleta). En cuanto a las referencias del “caso clínico”, estas provienen del Edificio Estructural UC y de los registros fotográficos personales del edificio.

1.3 Objetivos: generales y específicos

1.3.1 Objetivo General

En general, el trabajo pretende exponer sobre las patologías del hormigón encontradas en el edificio del Aula Magna.

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1.3.2 Objetivos específicos

- Investigar las dosificaciones de hormigón utilizadas en los distintos elementos hormigonados del edificio escogido.- Investigar sobre las distintas patologías que puede presentar un edificio construido con hormigón.- Registrar los elementos fabricados de hormigón que coincidan gráficamente con las descripciones derivadas del objetivo anterior.- Describir las patologías registradas.- Explicar las posibles causas de las patologías registradas de acuerdo a las variables que justifican su existencia (dosificación, estado de los materiales, estado del hormigón o puesta en obra).- Distinguir entre las patologías que han sido tratadas, y las que no han sido intervenidas. Analizar este comportamiento considerando la relevancia de la patología presente.- Indicar posibles soluciones, o medidas de prevención para las patologías registradas.- Analizar las consecuencias que los hormigones afectados tienen sobre las estructuras a las cuales componen.- Concluir sobre los resultados obtenidos de los objetivos anteriores, enfocándolo en la prestancia del hormigón como material estructural, en sus funciones como material de diseño.

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2 PATOLOGÍAS ENCONTRADAS: EXPOSICIÓN Y EXPLICACIÓN

2.1 Eflorescencia

La eflorescencia corresponde a la aparición de manchas, generalmente blancas y voluminosas, en aquellas partes donde el hormigón fue sometido a humedad, o por donde penetró agua. La siguiente foto corresponde a la eflorescencia encontrada, en el cielo-losa que hay bajo el primer piso del Aula Magna, frente al local Servipag.

(Imagen 3.1, Eflorescencia) (Elaboración Propia)

Es necesario hacer notar que en las fuentes consultadas, la eflorescencia es considerada un síntoma, del cual su explicación es la patología presente.

Las manchas blancas, como la que se ve en la imagen, aparecen debido a que el agua, una vez que penetra el hormigón, reacciona y acarrea hasta la superficie sales solubles que contaminaban al hormigón. Existe otra variable de esta situación, que es cuando las sales reaccionan dentro del hormigón (criptoflorescencias), “pudiendo dar lugar a tensiones internas debido al aumento de volumen producido en la formación de los cristales” (Fernández). Si esas tensiones internas son lo suficientemente fuertes, pueden provocar la disgregación del hormigón.

Esas sales, generalmente, son incorporadas junto con el agua de amasado y/o con los áridos: usando agua de acequia o no potable, en el caso de uno; permitiendo que el árido sea usado a pesar de estar contaminado con dichas sales, en algo que puede

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ocurrir desde que el hormigón es despachado desde su fuente, o una vez en obra, cuando es mezclado con tierra. Los contaminantes más peligrosos son los sulfatos presentes en el agua o en los áridos, puesto que “el ión sulfato reacciona con el aluminato tricálcico hidratado -componente del cemento- dando sulfo-aluminato tricálcico” (Fernández), una sal que expande al aluminato tricálcico 2,5 veces su tamaño original.

Como la eflorescencia aparece luego de la puesta en servicio del hormigón, y la contaminación está dentro de él, el tratamiento correspondiente es el lavado constante de las manchas usando una solución en agua de ácido muriático, o el cepillado con escobilla de acero de las mismas.

2.2 Corrosión de armaduras

La corrosión de las armaduras ocurre cuando contaminantes, como gases o agua, logran llegar hasta la armadura del hormigón (a través de sus poros), y corroen a la armadura de acero. Ejemplos se corrosión en las armaduras son los presentes en las imágenes 3.2 y 3.3.

(Imagen 3.2, Corrosión #1) (Elaboración Propia)

Esta fotografía corresponde a una fuente ubicada en el acceso al Aula Magna (ya no está operativa), y muestra cómo la corrosión del hormigón generó presiones tales, que el recubrimiento se desprendió, en un fenómeno llamado disgregación (el cual significa, literalmente, que el hormigón cae a pedazos).

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Por lo observado, en su origen la estructura afectada tenía un recubrimiento de 2 [cm] (lo cual para la NCh170 es suficiente, en cuando al espesor), infiriendo que la humedad no habría entrado fácilmente a no ser que, a su vez, lo hiciera contaminada con dióxido de carbono (un componente constante del aire en Santiago) o que el recubrimiento no fuese lo suficientemente impermeable.

La explicación a la corrosión #1 es básicamente esa: o por carbonatación, o por una alta porosidad, el recubrimiento no tuvo el pH ni la impermeabilidad necesarias para poder proteger al acero de ser oxidado. Por su parte, el efecto observado en el hormigón ya se explicó: el aumento de volumen de la armadura oxidada generó presiones en todas direcciones, colapsando hacia las cuales el espesor del hormigón es menor (correspondiendo al recubrimiento, precisamente.

Para solucionar una situación como esa, y habiendo determinado la responsabilidad del recubrimiento, habría que remover el mismo por completo, cepillar y limpiar de óxido la armadura, y materializar un recubrimiento nuevo, asegurando una alta compacidad, así como la limpieza de los materiales, para lograr en el hormigón un material de pH básico y aislante del agua, con los contaminantes que acarrea

(Imagen 3.2, Corrosión #2) (Elaboración Propia)

En cuanto a la corrosión #2, la corrosión de las armaduras se produjo con éstas estando expuestas a la intemperie, por lo cual las presiones de su óxido difícilmente serán consecuencia de disgregaciones en el hormigón.

El fenómeno de la imagen 3.2 se explica por dos posibles razones: el bajo espesor del recubrimiento (menor a 1 [cm], lo que es inadmisible para un elemento de hormigón a la vista), y por un fenómeno llamado desagregación, el cual tiende a disminuir aún más el espesor del recubrimiento.

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La desagregación ocurre cuando el cemento hidratado se separa del resto del hormigón permitiendo una erosión acelerada del elemento, con causas tales: como la corrosión del cemento (reacción de sales con componentes del conglomerante), el uso de áridos o agua contaminados con arcillas (dichas arcillas reaccionan con agua y luego vuelven a su estado original, poniendo barreras que disminuyen la adherencia entre el árido y el cemento), o la utilización en ese hormigón de cemento meteorizado (cemento que se humedeció previo a la mezcla del hormigón, lo cual disminuye el rendimiento del mismo, la compacidad de la mezcla y la resistencia a la erosión).

Si la falla es sólo porque el recubrimiento fue fabricado muy delgado, y el hormigón es de buena calidad, la solución pasa por crear un recubrimiento de 2 [cm], procurando una buena superficie para la junta de hormigonado, y unas armaduras sin corrosión.

2.3 Retracción

La retracción es un tema muy amplio, por lo cual sólo se expondrá en la medida que explique la patología encontrada. Al igual que con la eflorescencia, “la retracción hidráulica y térmica son realmente propiedades del hormigón y no patologías, sin embargo se han incluido dentro de la clasificación de patologías debido a su capacidad, cuando se encuentra restringida la libre deformación, de generar tensiones capaces de producir fisuras y grietas” (Solas).

(Imagen 3.4, Retracción #1) (Elaboración Propia)

La fotografía corresponde al antepecho de la explanada que sirve de acceso a Aula Magna, y está diseñado para servir de asiento. Lo que se observa en la misma son

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fisuras transversales a la dirección del elemento, presentes cada aproximadamente 3 [m], en un caso de lo que parece ser retracción hidráulica: los huecos del hormigón, así sean producto de la reducción del volumen del agua debido a su reacción con las partículas de cemento (química), o debido a los poros existentes por la falta de compacidad (física), generan presiones internas del hormigón hacia dichos huecos, alguna vez llenos de agua, generando un impulso de contracción en el hormigón.

El cómo lo anterior deriva en fisuras ubicadas a distancia regular, tiene su justificación en que el elemento afectado es demasiado largo como para poder moverse libremente y ocasionar dicha reducción de volumen. Además, como no existen juntas de dilatación que faciliten la creación de fisuras en dichos cortes, estos ocurren en donde el hormigón es más débil, o cada distancias regulares (como es el caso).

Otra explicación, parecida a la anterior, es la retracción térmica: las expansiones y contracciones a las cuales el elemento está sometido por su estancia a la intemperie y a la oscilación térmica, ocasionan que alcance dimensiones para las cuales necesita movilidad: como no la tiene, se agrieta.

La solución a eventualidades como esta radica en la fabricación de elementos que no tengan esfuerzos tales que superen a su resistencia interna a la tracción, haciendo que tengan dimensiones menores, o juntas de dilatación que permitan al hormigón realizar dichos movimientos.

(Imagen 3.5, Retracción #2) (Elaboración Propia)

La imagen corresponde a la explanada que sirve de acceso al Aula Magna, y bajo la cual se encuentra el teatro del Campus San Joaquín.

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En la bibliografía, los autores coinciden en que, cuando un elemento de hormigón presenta fisuras largas, anchas y poco profundas, se debe a problemas de retracción plástica. Pues, sería esa la única respuesta correcta si efectivamente las grietas fueran poco profundas, ocurriendo en realidad que a través de esas grietas se filtraba suficiente humedad como para haber provocado eflorescencias del otro lado. Entonces, lo que en principio era retracción plástica, se complementó luego con retracción térmica.

La retracción plástica ocurre por pérdidas aceleradas de agua durante el curado del hormigón, y es más frecuente en elementos hormigonados con grandes superficies expuestas a la evaporación del agua (como es el caso de esta losa): la evaporación de dicha agua provoca una contracción en la pasta de cemento que se ubica en la superficie, con la consiguiente aparición de grietas anchas y poco profundas, efecto que puede acentuarse si es que el curado es aún deficiente.

Como se explicó en el caso de la retracción #1, la retracción térmica ocurre por las dilataciones y contracciones que intenta ejercer el hormigón siendo que se encuentra inmovilizado. En el caso de esta losa, se encuentra cercada por todos lados, y es de una gran superficie (en las cuales apenas hay juntas de dilatación, las cuales también presentan fisuras), generando que las contracciones generen rupturas ahí en donde ya las había (las aparecidas por retracción plástica), alargando y profundizando las grietas.

Las consecuencias de fisuras como estas son parecidas a las observadas en los puntos 3.1 y 3.2. “Las fisuras y grietas se reparan normalmente mediante inyecciones a baja presión” (Zabaleta), las cuales se realizaron cubriendo las grietas actuales, con resina, aunque generando unas grietas nuevas, por retracción térmica.

De acuerdo a la clasificación del Comité Europeo del Hormigón, todas las fisuras vistas en la retracción #2 son macro-fisuras.

2.4 Asentamiento

La imagen siguiente corresponde a una fuente para agua, ubicada en el acceso al Aula Magna.

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(Imagen 3.6, Asentamiento) (Elaboración Propia)

Esas fisuras siguen las líneas que llevan la armadura que conforma la pieza, y lo hacen así porque la falla observada es por asentamiento.

El asentamiento ocurre cuando el hormigón está en estado plástico (es decir, comenzando el fraguado), y es un descenso del nivel del hormigón, lo que reduce el espesor del recubrimiento y genera grietas arriba de los elementos que no se asentaron (en este caso, las armaduras).

Esto es, porque las reacciones de hidratación, así como el aumento de la compacidad de la mezcla una vez ubicada en el molde, y la evaporación del agua superficial, producen un descenso del nivel del elemento recién hormigonado.

La solución de esta patología pasa por, durante el hormigonado, realizar una compactación que reduzca los asentamientos posteriores, asegurar un recubrimiento del espesor indicado y evitando la pérdida de agua durante el endurecimiento.

2.5 Cambio de Color

La imagen en cuestión pertenece a uno de los accesos de las Aulas Lassen, enmarcado dentro del Aula Magna.

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(Imagen 3.7, Cambio de Color) (Elaboración Propia)

Lo que se observa es un cómico cambio de color en el elemento de la imagen. Los cambios de color se deben, cuando se habla de una pieza que fue confeccionada usando una misma carga de hormigón, frecuentemente a pérdidas en la lechada de cemento o a exceso en la aplicación de líquido desmoldante. En caso de ser la primera de ellas, se notaría la falta de lechada en las orillas de los cantos del hormigón, con franjas oscuras y que evidenciarían el árido que hay por debajo. Como no es así, lo más probable es que se trate de manchas producto del desmoldante.

El desmoldante es, generalmente, algún aceite del cual se garantía que prácticamente no reacciona con los componentes del hormigón, ni tampoco con el agua. Sin embargo, una vez que el hormigón endurece, el líquido desmoldante tiende a secarse también, formando una película imperceptiblemente gruesa, pero que permitirá evitar la adherencia entre el hormigón y su molde.

El problema ocurre cuando, en exceso de desmoldante, queda una cantidad de aceite libre, que no forma parte de la película del molde y presiona contra el hormigón, secándose junto a él y produciendo manchas en aquellas partes donde se concentró (y esas manchas son oscuras).

Los cambios de color, mientras no sean causa de la corrosión de la armadura, o de eflorescencias, o de otros ataques químicos o biológicos (musgo), no son más que un problema estético. Como es un elemento a la vista, la solución pasa por no volver a usar excesivo desmoldante en futuros hormigones.

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2.6 Pérdida de lechada

La pérdida de lechada se puede identificar por manchas como la observada en la imagen 3.8.

(Imagen 3.8, Pérdida de lechada)

La pérdida de lechada ocurre por la falta de estanqueidad en los moldes de hormigón, a través de los cuales se fuga la misma. Dicha fuga no alcanza a ser muy masiva, puesto que tanto el molde como la compactación del hormigón le impiden fugas mayores.

La pérdida de lechada tiene como consecuencia aristas de distinto color, con menor adherencia (por la falta de pasta), y con altas probabilidades de descantillarse (o perder el canto), además de ser más penetrables a la humedad y al dióxido de carbono.

Estas fallas, aunque superficiales, podrían conectar a los contaminantes con poros más largos y profundos, los que podrían llevar a dichos intrusos hasta la armadura.

La solución de problemas como este pasa, más que nada, por proteger al elemento de la excesiva humedad y de agentes químicos agresivos, puesto que las reparaciones, hechas a cemento puro, tienden a empeorar la estética del hormigón a la vista.

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2.7 Desagregación y Disgregación

A través del capítulo, las desagregaciones y las disgregaciones han sido mencionadas como consecuencias de las patologías tratadas, aunque son patologías también. En este punto sólo se busca mostrar ejemplos de las patologías, puesto que las causas posibles ya fueron expuestas.

(Imagen 3.9, Desagregación) (Elaboración Propia)

Lo anterior es una desagregación: la descomposición del hormigón debido a la incapacidad del mismo para mantener unidos a los áridos. Dentro de las diversas posibles causas (exceso de árido fino, o grueso; contaminación del árido o del agua; uso de cemento defectuoso; erosión), la causa más probable parece ser la erosión ejercida por el agua, el viento y el tránsito sobre esta fisura. Como además suele tener basura cuando esta se moja deposita sobre el hormigón del orificio agentes que pueden reaccionar con el hormigón.

Si bien es evidente el uso de árido rodado en esa pieza, es poco probable que la desventaja que este tiene en adherencia con el cemento sea lo causante de la desagregación.

En la figura a continuación, se observa la disgregación:

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(Imagen 3.10, Disgregación) (Elaboración Propia)

Como anteriormente se dijo, la disgregación ocurre cuando el hormigón “se desarma”, producto de que no tiene la resistencia suficiente para aguantar las cargas de uso, ni las de expansión de las barras de acero, en caso de presentar corrosión.

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3 ORIGEN DE LAS PATOLOGÍAS ENCONTRADAS

Las causas probables de cada una de las patologías fueron expuestas en sus respectivos puntos. Ahora, corresponde atribuir ésas fallas a alguna parte del proceso de materialización de la obra: Diseño de Hormigón, Condiciones de los Materiales, Fabricación, Transporte, Colocación, Vibrado, Curado y/o Protección.

-EFLORESCENCIA: Como la eflorescencia mostrada es de un interior, y dicha losa no sufre de inundaciones, sabiendo además el cómo ocurren estas patologías, se puede atribuir el defecto a las Condiciones de los Materiales (por haber estado contaminados con sales, probablemente los áridos), y a la Protección de la losa. Está en un interior, el cual debería permanecer seco.

-CORROSIÓN: Se determinó que la corrosión #1 era debido a la penetración de agua a través del recubrimiento, el cual tenía las dimensiones correctas, y que el hormigón lucía poroso, y sin adherencia entre el cemento, la arena y la grava. Cuando un hormigón resulta poroso, es generalmente porque su granulometría no le garantizó la compacidad necesaria, y la pasta de cemento no era apta para cubrir los huecos. Así que se puede atribuir la falla al Diseño del Hormigón, a las Condiciones de los Materiales y a la Protección.

En cuanto a la corrosión #2, esta fue debido a que el recubrimiento era insuficiente, con un cemento que no se adhería lo suficiente a los áridos ni a las armaduras, produciendo un adelgazamiento del recubrimiento a través de los años. Cuando un cemento no se adhiere a los áridos, suele ser porque, dado este caso: el cemento era insuficiente o los áridos estaban contaminados con arcillas. Así, es que las fallas se atribuyen al Diseño del Hormigón, las Condiciones de los Materiales y a la Colocación.

-RETRACCIÓN: Al ser la retracción #1 del tipo hidráulica, y sabiendo que las grietas se forman en los primeros días, o semanas, del hormigón se puede aseverar que ocurren por un problema de Curado, y de Protección, si se considera como parte de la misma la elaboración de juntas de retracción.

La retracción #2, al ser plástica, tiene sus orígenes en el Curado. Por su parte, la retracción térmica, ocurrió por un problema de Protección, puesto que esas grietas aparecieron sobre las pequeñas grietas de retracción plástica, por no tener mejores juntas a través de las cuales ser.

-ASENTAMIENTO: Las grietas de asentamiento tienen su origen durante la Colocación, porque no hubo certeza de dotar a la estructura de un recubrimiento lo suficientemente grueso y de Vibrado, por no dotar al hormigón de la compacidad necesaria e impedir así que el nivel del hormigón bajara.

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-CAMBIO DE COLOR: Asumiendo que el cambio de color se produjo por el excesivo desmoldante, es un error de Colocación.

-PÉRDIDA DE LECHADA: Como la pérdida de lechada es debido a que el molde no pudo retener la misma, es un error de Colocación.

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4 CONCLUSIONES

El capítulo anterior bien pudo servir como conclusiones, considerando que establece las posibles causas de las patologías mostradas en base al análisis de las condiciones en que éstas se llevaron a cabo. Así es que estas conclusiones tratarán sobre la importancia en la prevención, o diagnóstico y tratamiento de las patologías; la conclusión sobre el estado del edificio y un último párrafo con las limitaciones del trabajo.

De las seis patologías a las cuales se les explicó su origen, al menos dos de ellas pudieron ser justificadas como problemas del diseño de la mezcla, y éstas fueron los dos tipos de corrosión encontrados. Por ejemplo, en el libro de Fernández se explica que para distintos cementos, dependiendo de su contenido de aluminato tricálcico tiene diversas dosis mínimas de cemento. Y sabiendo que la compacidad depende de cómo una correcta granulometría consigue ser unida por el conglomerante con la mínima cantidad de aire posible, la elección de una correcta dosis de cemento para la granulometría disponible es importante, y además, necesario.

Otras formas de prevenir patologías son evitando que ciertas situaciones se presenten durante diversos procesos del hormigón, que son simples y evitan problemas:

- Procurar no mezclar el árido con tierra, o asegurando su lavado antes del uso. Es decir, que cumpla con la NCh163.

-Usar agua que cumpla con la NCh1498, en cuanto a sus contenidos de impurezas (esto es porque, en el caso particular del Campus San Joaquín UC, existen lagunas o acequias que podrían tentar al uso de aguas contaminadas, o al menos sobre las cuales no hay claridad).

-Revisar constantemente la granulometría de los áridos, de modo tal que la dosis de pasta de cemento diseñada sirva de unión útil y se logre un hormigón de alta compacidad y baja permeabilidad.

-Evitar que los hormigones que fueron diseñados para estar protegidos de ambientes agresivos o de alta oscilación térmica sean objeto de humedad o de dichos cambios de temperatura, aunque sea de manera artificial.

El diagnóstico de las patologías, por su parte, es realmente fácil de hacer. A simple vista, y habiendo estudiado medianamente las patologías que podían haberlo afectado, se pudo reunir una variedad suficiente de defectos en el edificio estudiado. Sigue siendo un aspecto importante, a pesar de su simplicidad, y facilita enormemente las posibilidades de tratamiento, al haber constatado que el hormigón presenta patologías

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que pueden diferenciarse claramente unas de otras, tomando en cuenta las capturas expuestas.

En cuanto al tratamiento, hay patologías que no necesitan ser reparadas. El criterio para ello debería ser el siguiente: consecuencias posibles para la estabilidad, valor y durabilidad del edificio; aspectos funcionales que se ven afectados por la patología; efectos estéticos sobre el conjunto del edificio. De eso, se puede comentar lo siguiente:

- Las patologías presentes en el Edificio del Aula Magna no necesariamente exigen ser reparadas, puesto que ninguna de ellas compromete al edificio, siendo las más graves las corrosiones que podrían, en el peor de los casos, destruir pequeñas fuentes de agua que ni siquiera están en uso.

- Las reparaciones hechas con resina en las grietas del frontis del edificio, fueron hechas sólo porque la humedad producían goteras y eflorescencias en el piso inferior (el del teatro). Es decir, las fisuras deben ser reparadas sólo si comprometen la aislación de las armaduras del edificio o de aislación para pisos inferiores.

En cuanto a las limitaciones, sólo una: la información sobre la dosificación de los hormigones del edificio no pudieron ser colocadas, puesto que se pudo cometer la imprecisión de asignar una dosis a un elemento que fue materializado usando otra.

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5 BIBLIOGRAFÍA

- M. Fernández (1977). “Patología y Terapéutica del Hormigón Armado”, Editorial Dossat, 1ª Edición. Madrid, España.

- H. Zabaleta (1976). “La Tecnología del Hormigón y su Aplicación a las Obras de Ingeniería Civil”. Empresa Nacional de Electricidad, (s.e.). Santiago, Chile.

- R. Giani y A. Solas (2001). “El Hormigón y su Tecnología”, (s.e.). Santiago, Chile.

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