Metodología de Reparación - Patología ACI UPC

Metodología ACI de Evaluación y Reparación de Estructuras de Concreto

Ing° Luis Flores Tantaleán – Jun’13

ACI- UPC I Ciclo de Conferencias 2013

Contenido

1. Conceptos Generales2. ¿Por qué se deteriora una

Estructura de Concreto?3. Normatividad Existente4. Procedimiento ACI para

reparar una estructura de concreto

5. Casos Prácticos

Conceptos Generales

Parte 1

Vida Util del ProyectoInicio del Propagación Periodo de ColapsoDeterioro del Daño Parcial o Total

Prestación Inicial Nivel aceptable de Deterioro (Tiempo mínimo del proyecto)

Mínimo del falla

Vida útil del proyectoVida útil del servicioVida útil última o total

Tiempo

Com

port

am

ien

to d

e la

estr

uctu

ra

Carbonatación,Penetración de sulfatos, cloruros

Manchas,Degradación superficial,Fisuras, etcDesintegración del recubrimiento

Reducción de la sección del acero,Pérdida de adherencia o fatiga en el concreto, etc

Dete

rioro

(Fractura)

¿Se puede prolongar la Vida del proyecto?

Mantenimiento

Prestación Inicial

Mínimo del falla

Vida última inicial

Vida última total

Tiempo

Comportamiento de la estructura

Rehabilitación

Dete

rioro

Patología del Concreto

Es el estudio sistemático de los procesos, causas y características de las “enfermedades” (defectos, daños y/o deterioro) que puede sufrir el concreto, sus consecuencias y sus remedios (Terapéutica del Concreto)

Durabilidad del Concreto Es la capacidad que tiene el concreto de

resistir la acción del medio ambiente que lo rodea, de los ataques químicos y biológicos, mecánicos y/o de cualquier otro proceso de deterioro.

Muy importante: Relación Agua / Cemento (w/c)

Es el peso de agua presente por unidad de peso de cemento.

“a/c” baja “a/c” alta

Muy importante: Influencia de w/c

Regla de Oro de Durabilidad

Usar la menor cantidad de cemento para lograr la resistencia

especificada: Controlar cantidad. Granulometría correcta de

agregados. Controlar w/c.

Problemas con EL ACERO DE REFUERZOCorrosión: Es la reacción química o electro-química entre un material (el acero) y su medio ambiente, que produce un deterioro del material y de sus propiedades”- Aumento de 2 a 4 veces.- Produce fisuras y descascaramiento

del concreto

Problemas con EL ACERO DE REFUERZOCausa 1: Gases atmosféricos y/o industriales - Acidos- CO2 + = CO3H2

- SO2 + = SO3H2

Frente de Carbonatación

Carbono o Azufre

años

Concreto Durable: La Compacidad del Concreto

13%

16%

6%

26%

39%

CementoAguaAireAgregado FinoAgregado Grueso

La proporción de los materiales en el concreto debe asegurar un concreto compacto (denso y sólido), homogéneo, poco poroso y resistente.

Concreto Durable: La Compacidad del Concreto

Es la capacidad que tienen las partículas sólidas de acomodarse.

Para mejorar la compacidad del concreto:

Uso de cementante de buena calidad. Bajas relaciones agua/cemento. Uso de agregados densos, poco

porosos y bien graduados. La menor cantidad de agua de

mezclado. Adecuado manejo, colocación y

compactación del concreto Adecuado retiro de los encofrados. Protección y curado apropiado.

Concreto resistent

e y durable

Concreto Durable: ¿Qué dice nuestro RNE?

Concreto Durable: Resumiendo…

Factores que Intervienen en el Durabilidad del Concreto:

1. La Compacidad de Concreto2. La Porosidad del Concreto :

Macroporos Poros Capilares Fisuras

3. El Micro-Clima Humedad Temperatura Presión

4. La presencia de Agentes Agresivos

¿Por qué se deteriora una Estructura de concreto?

Parte 2

Fallas en las Estructuras de Concreto

1. Fallas durante la concepción y diseño

2. Fallas por los materiales empleados

3. Fallas por la construcción

4. Fallas por la operación de las estructuras

5. Fallas por falta de mantenimiento.

1. Fallas durante la Concepción y Diseño

1. Ausencia de Cálculos- ingenieros firmones

2. Mal metrado de cargas3. Mala compatibilización de

especialidades4. Falta de juntas de

construcción5. Mal dimensionamiento de

elementos6. Falta de especificaciones.7. Falta de detalles constructivos

2. Fallas por los materiales empleados

1. Selección inapropiada de materiales

2. Falta de control de calidad

3. Falta de diseño y/o dosificación de mezclas

4. Mala granulometría de los agregados

5. Adicionar agua sin control6. Poco o mucho cemento7. Aceros de refuerzo

inapropiados

3. Fallas por la Construcción

1. Mala preparación del concreto

2. Fallas en los encofrados3. Mala colocación del acero

de refuerzo4. No se respetan los

espaciamientos5. Malos procedimientos de

izaje y/o montaje6. Mala interpretación de

planos7. Mal manejo del concreto

4. Fallas en las Operación de las Estructuras de Concreto

1. Por condiciones de “abuso”: cargas no permitidas, impactos, explosiones, inundaciones, fuego, etc.

2. Cambios de uso.3. Materiales inadecuados para las

condiciones de servicio, etc

5. Fallas por falta de Mantenimiento

1. Condiciones de servicio + deterioro+ envejecimiento del concreto = fallas en el concreto.

2. Falta de :Mantenimiento preventivo

Mantenimiento correctivo

Mantenimiento curativo

Normatividad Existente

Parte 3

Normas Nacionales RNE: Norma E-030: Sismo Resistente:

Cap.07: Evaluación, reparación y reforzamiento de estructuras

Norma E-060 : Concreto Armado Cap. 04: Requisitos de Durabilidad Cap.05: Calidad del Concreto

Cap.5.6 : Evaluación y Aceptación del Concreto

Cap.20: Evaluación de la Resistencia de Estructuras

Normas Internacionales

ACI 221: Guía para la Durabilidad del Concreto

ACI 222: Guía de Diseño y Construcción para mitigar la Corrosión

ACI 435: Control de Deflexiones en Estructuras de Concreto

ACI 437: Evaluación de la Resistencia del Concreto en Edificaciones Existentes

ACI 546: Guía de Reparación del Concreto

ACI Perú: www.aci-peru.org

ACI: www.concrete.org

Procedimiento recomendado por el ACI para reparación de estructuras de concreto

Parte 4

Procedimiento ACI para la Reparación de Estructuras de Concreto

ACI 546R-04: Guía para la

Reparación de estructuras de

concreto

¿En qué casos podemos aplicar este método?

Estructuras con daños por sobrecarga, explosiones, vibraciones, fuego, etc.

Estructuras con evidente estado de deterioro como fisuración, delaminación, corrosión, deflexiones excesivas, etc.

Estructuras con errores durante el diseño, detallaje, materiales o construcción.

Estructuras que requieran ensayos, reparación y/o reforzamiento.

Adecuación sísmica de estructuras (seismic retrofit)

Cambios de uso, etc.

Metodología ACI de Reparación

1.

EvaluaciónPreliminar

2. Causas del

Deterioro

3. Método

de Reparaci

ón y Material

es

4. Planos y especificac

iones

5. Ejecución de la Obra

1. Evaluación Preliminar

Revisión de:1. Expediente Técnico de la obra (Planos, MD,

ET, etc)2. Memorias de cálculo.3. Cuaderno de Obra, Ocurrencias, etc.4. Registro de cambios durante la obra.5. Pruebas y ensayos durante la obra6. Inspección visual de la estructura.7. Pruebas destructivas y no destructivas.8. Ensayos químicos, análisis petrográficos,

1.1 Pruebas y ensayos al concreto

1.1 Pruebas y ensayos al Concreto

1.2 Evaluación de los Materiales El Concreto:

Extracción de muestras Análisis petrográfico: densidad, tipo de

cemento, cantidad de puzolanas, proporciones del agregado, porosidad, contenido de aire, etc.

Análisis químico: sales, sulfatos, profundidad de carbonatación

Resistencia f’c

1.3 Evaluación de los Materiales El Acero de Refuerzo:

Determinación del Esfuerzo de Fluencia “fy”

Toma de muestras (ASTM A-370) Presencia de corrosión – área afectada

1.3 Evaluación de los Materiales

SECCION AFECTADA

SE SABE QUE LA RESISTENCIA COMIENZA A CAER CON

MÁS DE 1.5% DEL AREA CORROIDA

CON 4.5% DE LA SECCION CORROIDA, LA CAPACIDAD DE

CARGA ULTIMA EN VIGAS BAJA HASTA EN UN 12%

2. Determinación de las Causas del Deterioro

Desperfectos Causas

Defectos - Diseño- Materiales,- Construcción

Daños - Sobrecarga,- Derrame

químico,- Sismo, - Fuego

Deterioro - Congelación,- Erisión,- Corrosión,- Sulfatos

3. Selección del Método de Reparación y materiales

A tener en cuenta:1. Buscar soluciones para anular las

causas del deterioro: exposiciones a sustancias, sobrecargas, vibraciones, etc.

2. Considerar restricciones: operación en caliente, clima, costo/beneficio, etc.

3. Si no se puede anular la causa del daño, se buscará extender su vida útil.

4. PROS y CONTRAS de reparaciones permanentes vs. temporales

3. Selección del Método de Reparación y materiales

5. Mantener la seguridad estructural antes, durante y después de la reparación.

6. Si se incorporar elementos que cambian la configuración Nuevo análisis estructural.

7. Verificar hasta dónde ha avanzado el deterioro (p.e. corrosión del acero)

8. Información actualizada de materiales, aditivos, equipos: revisar la Hoja Técnica

9. Experiencia del Contratista Reparador

4. Preparación del Expediente Técnico de Reparación

Planos, Especificaciones Técnicas, Procedimientos, etc.

¿ Cómo… Apuntalar y sostener la estructura existente? Retirar el concreto ? Preparar la superficie ? Habilitación del refuerzo ? Colocar los materiales de reparación. ? Anclajes, concreto de reparación, aditivo

para pegar concreto nuevo con concreto viejo…

5. Ejecución de la ObraA considerar:1. “Los trabajos de reparación requieren más

atención a los detalles y buena práctica constructiva que una obra nueva”

2. Selección del Contratista Reparador – Experiencia.

3. Verificar la seguridad estructural antes de empezar la obra.

4. La reparación puede alterar la distribución de fuerzas y cargas sobre la estructura. Es esencial que se verifique el apuntalamiento necesario en la obra.

5. Ejecución de la Obra

5. Al remover el concreto deteriorado prestar mucha atención al “sonido hueco del concreto” para determinar la extensión del trabajo.

6. Especial cuidado con los equipos de remoción.

7. Controles de seguridad y calidad durante la reparación.

8. Mantenimiento preventivo luego de la reparación.

02 Casos Prácticos de Intervenciones Patológicas

Parte 5

1. Daños en el Concreto por Variaciones Térmicas

Centro Comercial en Lima

Antecedentes

1. La losa estructural del CC viene presentando procesos de corrosión en el acero y desintegración del concreto.

2. Sobre esta parte de la losa existen los hornos de la panadería que se prenden intermitentemente, apoyados directo a la losa.

3. Se observan filtraciones del agua de refrigeración hacia la parte inferior.

Fotos debajo de la losa

Fotos encima de la losa

1. Investigación de la Estructura 1. Inspección Ocular 2. Ensayos y Pruebas al concreto:

Medición de temperatura 04 diamantinas de concreto Ensayos de sales, sulfatos y Cloruros Ensayo de Alcalinidad

Estudio Patológico Estructural 1. Respecto a la Resistencia del Concreto: Se obtuvo valores de f’c= 365 kg/cm2. a/c baja.2. Respecto al Contenido de Cloruros, Sulfatos y

Sales: Dentro de los límites3. Respecto a la Alcalinidad del Concreto: Pese a su antigüedad, se estimó que el pH concreto

estaba en el orden de 10 (color del reactivo) 4. Respecto a la Temperatura: Se están generando esfuerzos térmico

extraordinarios (90° a 240°C) que producen fisuras en la losa

Estudio Patológico Estructural 5. Respecto al estado del Refuerzo: Algunas barras presentan un avanzado

estado de corrosión

Pronóstico Optimista : Problema puntual localizado Ejecutar una Terapia de Rehabilitación

estructural

Terapia EstructuralSe recomendó a Cliente:1. Demoler el concreto en la

zona deteriorada (solo losa).2. Restituir el acero deteriorado.3. Vaciar un concreto de alta

resistencia y de fraguado rápido.

4. Impermeabilizar la superficie de la losa sobre la panadería.

5. Elevar la zona de los hornos para crear una circulación de aire.

6. Mantenimiento preventivo.

2. Deterioro en el Concreto por Ataque de Sales

Sede Administrativa en Moquegua

Antecedentes

1. Obra construida (casco) entre el 2008 y 2009.2. Ubicada en la ciudad de Ilo: Medio Ambiente

Severo, Humedad relativa promedio 80%, temperatura promedio 22° con picos de fluctuaciones mayores de 10° por día.

3. Fue paralizada por temas administrativos cuando estaba en casco.

4. Durante esta paralización, la obra comenzó a mostrar daños en el concreto (fisuras, resquebrajamientos, etc).

5. El GRM convoca un Estudio para determinar las causas de este deterioro prematuro.

Fotos de la obra

Alerta: Reparaciones previas

Fisuras y Grietas

Toma de muestra de agregado

1. Investigación de la Estructura 1. Inspección Ocular 2. Ensayos y Pruebas al concreto:

10 ensayos de diamantinas. Pruebas de esclerometría. 08 muestras para Ensayos de sales,

sulfatos y Cloruros Ensayo de Alcalinidad Verificación de grado de corrosión en el

acero de refuerzo

Ensayos practicados al Concreto

Auscultación de la cimentación

Estudio Patológico Estructural 1. Respecto a la Resistencia del Concreto: En general, el f’c concreto > 210 kg/cm2. 2. Respecto al Contenido de Cloruros,

Sulfatos y Sales: Sales solubles: Muy alto: Exposición

severa y muy severa a sales3. Respecto a la Alcalinidad del Concreto: Se estimó que el pH concreto estaba en el

orden de 10 (color del reactivo) 4. Respecto al Acero de Refuerzo: En su mayoría, comenzando el proceso de

corrosión.

Estudio Patológico Estructural

Estudio Patológico Estructural

Pronóstico : PESISMISTA Todas las muestras de concreto

presentaban altos índices de sales. HUMEDAD + SALES = CORROSIÓN Vida útil muy afectada Se contemplaron 03 alternativas en

función del costo / beneficio: Demolición total, Rehabilitación parcial de elementos y

plan de mantenimiento. Intervención total (costoso)

¡ Gracias por su atención !

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