Planeación - .:: ASOCRETO...Nuevo enfoque de la Rehabilitación de estructuras La Normativa sobre...

Metodología Rehabilitación de

estructuras de concreto

EN 1504

Carlos Arcila López

Duralab SAS

Rehabilitación de estructuras de concreto ▪ Contenido

✓Proceso constructivo / Mantenimiento

✓ Protección de las armaduras

✓ Principales patologías

✓ Diagnóstico

✓ Proyecto de recuperación y refuerzo estructural

✓ Ejecución de la reparación

✓ Inyección de fisuras

✓Protección del concreto

Proceso constructivo

Projeto

Uso y mantenimiento

Planeación

Proyecto

Construcción

Ingenieria de Rehabilitación

Metodología para la Rehabilitación

Evaluación estructural

Diagnóstico

Definición de los objetivos de rehabilitación

Definición de la estrategia de rehabilitación

Saneado

Reparación

Refuerzo

Protección

Especificaciones (S.R.R.P)

Programa de mantenimiento

preventivo y correctivo futuro

Intervención de la estructura Control de la aplicación

Control de recepción

Causas más comunes de deterioro del concretoFallas de proyecto

Fallas de ejecución

Espesor de recubrimiento insuficiente

Carbonatación (CO2)

Ataque de cloruros (Cl-)

Sulfatos (SO=4)

Reacción álcali-agregado

Ataque químico

Incendio y altas temperaturas

Cavitación y erosión

Impacto / solicitaciones no previstas

Diagrama de vida útil de Tuutti

Ingreso de agresores

Vida útil de proyecto

Inicio del deterioro

Vida útil de servicio

Nivel de deterioro

permisible

Arribo de:

Cloruros

Frente carbonatación

I Etapa II Etapa

Vida útil de las estructuras

Rehabilitación de estructuras de

Concreto Reforzado

Con base en la EN-1504

Nuevo enfoque de la Rehabilitación

de estructuras

La Normativa sobre rehabilitación de estructuras de concreto en Latinoamérica es muy escasa o simplemente no existe.Algunos países como los Estados Unidos tiene normativa sobre Reparación del Concreto (International Concrete Repair Institute : ICRI)Europa, y en particular los alemanes, han resuelto ya bastante bien el tema, con normativa muy elaborada que cobija todo proceso inherente a la rehabilitación estructural. EN-1504: Concrete Repair.

EN-1504: Nueva Normativa Europea

10 normas principales y cerca de 65 normas anexas para los métodos de ensayo.➢ Parte 1: Definiciones➢ Parte 2: Sistema de protección superficial➢ Parte 3: Reparación estructural y no-estructural➢ Parte 4: Adherencia estructural➢ Parte 5: Inyección del concreto➢ Parte 6: Anclaje de barras de acero➢ Parte 7: Protección del refuerzo contra la corrosión➢ Parte 8: Control de Calidad y Evaluación de conformidad➢ Parte 9: Principios Generales para el uso de productos y sistemas➢ Parte 10: Aplicación en obra de productos y sistemas y QC de los

trabajos.

EN-1504: Nueva Normativa Europea

Principios básicos de la rehabilitación 1. Protección contra el ingreso de agresores2. Control de la humedad3. Reparación del concreto4. Reforzamiento estructural5. Incrementar la resistencia física6. Resistencia a químicos7. Preservar o restituir la pasividad8. Incrementar la resistividad9. Control Catódico10. Protección catódica.11. Control de áreas anódicas

Principio Descripción Método

PRINCIPIO 1

(PI)

Protección contra el ingreso.

Reducir o prevenir el ingreso de

agentes adversos, por ejemplo:

agua, otros líquidos, vapores,

gases, químicos y agentes

biológicos

1.1 Impregnaciones hidrofóbicas

1.2 Impregnaciones

1.3 Recubrimientos

1.4 Puenteo de fisuras

1.5 Relleno de grietas

1.6 Convertir grietas en juntas

1.7 Colocar páneles externos

1.8 Aplicar membranas

2.1 Impregnación Hidrofóbica

2.2 Impregnación

2.3 Recubrimientos

2.4 Instalar páneles externos

2.5 Tratamientos electroquímicos

3.1 Aplicar Mortero a mano

3.2 Reparar con concreto o mortero colados

3.3 Lanzar concreto o mortero

3.4 Reemplazar los elementos (reconstruir)

Tabla No.1: Principios y Métodos relacionados con defectos del concreto

Control de la humedad Ajustar y

Mantener el contenido de

humedad del concreto dentro de

un rango específico de valores

PRINCIPIO 2

(CH)

Reparación del concreto

Restablecer la función y/o el perfil

del elemento de concreto

PRINCIPIO 3

(RC)

• Aplicación de recubrimientos anticorrosivos base acrílica sobre el acero

• Ambiente marino

• Ambiente Industrial

Los recubrimientos deben ser aplicados sobre el acero ya doblado!.

Preservar o restituir la pasividad

• Aplicación de recubrimientos epóxico sobre el acero.

• Ambiente marino

• Ambiente Industrial

Los recubrimientos deben ser aplicados sobre el acero ya doblado!.

Preservar o restituir la pasividad

Stanley Bridge, Alejandría (Egipto)

Uso aditivo inhibidor de corrosión

Uso aditivo inhibidor de corrosión

Muelle del puerto de Manzanillo (México)

Control de la Corrosión (3 Principios)Inhibidor de la Corrosion (Base aminoalcoholes)

1 Control Anódico2 Control Catódico

Recubrimientos protectores (acrílicos / epóxicos) 3 Incrementan la resistividad del

concreto

X X

Uso de un inhibidor de corrosión dentro del

esquema de rehabilitación de estructuras de

concreto reforzado

Uso aditivo inhibidor de corrosión

Aplicación de un inhibidor por impregnación

Ánodos de sacrificio

El elemento insertado contiene un ánodo de zinc. El acero se convierte en cátodo y el zinc se oxida ya que actúa como ánodo.

Insertar ánodos de sacrificio

Au 3+ +3e- ---> Au 1,500

Cu 2+ +2e- ---> Cu 0,337

2H +2e- ---> H2 0,000

Fe 2+ +2e- ---> Fe -0,440

Zn 2+ +2e- ---> Zn -0,763

Reacción de reducción Eo / V

Nobles

Mayor susceptibilidad a corroerse

Electrodo de

referencia

Principio: Si hay dos metales en la misma solución acuosa se corroerá el de menor potencial de celda y el otro se protegerá.

Ampliación puente, Vancouver, Canadá

Sulfatos

+

Ca(OH)2 /

Aluminatos

de cálcio

Sulfatos

Etringita

Expansión

Fisuración

Sulfatos

Ataque por sulfatos

Ataque por sulfatos

Ataque por sulfatos provenientes de fuentes externas

AGUA

ALTA

PERMEABILIDAD

SULFATOS DE

UNA FUENTE

EXTERNA

AES

Poros CapilaresAlta a/c, curado pobre

MacroporosPoros por defectuosa compactación, inadecuada manejabilidad de la mezcla

GrietasDefectuoso curado, contracción del material, ciclos de humedecimiento secado, cambios de T°

AES: Ataque Externo

Sulfatos

Acción de los sulfatos

MgSO4 + Ca (OH)2 + H2O --> Ca SO4 + Mg (OH)2

1) Substitución del catión Mg 2+ --> Ca 2+

Yeso secundario

cristaliza

expansión

precipita

2) Acción del yeso secundario

CaSO4 + C3 A+ 32 H2O --> C3A 3 Ca SO4 . 32 H2O

etringita

expansión

Uso humo de sílice para controlar sulfatos

Humo de sílice A 7%

Humo de sílice B

Reacción álcali-agregado

Agregado

reactivo

Gel álcali-

sílica

(expansivo)

Elevada alcalinidad

(OH- asociada con Na+ y K+)

El agua

absorbida

aumenta el

volumen del gel

Fisuración

(mapeo)

Reacción de la sílica

reactiva (agregado)

con el medio

alcalino

(pasta de cemento)

Reacción álcali-agregado (ejemplos)

Cimiento afectado por ASR, nótese el patrón de grietas al humedecerse

Reacción álcali-agregado (ejemplos)

Borde de los agregados

mostrando el gel

• Hay que descartar agrietamiento por otras causas, por ejemplo retracción plástica!

• Importante determinar presencia de un gel rodeando los agregados y fisuración por expansión.

Control de la Reacción álcali-agregado

Se controla de varias maneras:

1. Reduciendo los álcalis del cemento (cementera)

2. Usando puzolanas como reemplazo de cemento (forma indirecta de bajar álcalis)

3. Evitando agregados potencialmente reactivos (obra)

4. Impermeabilizando la estructura5. Aislando el concreto del agua

(membranas, recubrimientos asfálticos, epóxicos)

Uso de puzolanas reactivas para controlar el fenómeno

Ataque químico

Cárnicos

Ataque químico

Lácteos

Sustancias químicas industria

Ataque por gases en chimeneas

Sin impacto de los gases sobre la superficie de

concreto

Agresivos para el concreto

H2O, CO2SO2, NOX

Viento horizontal hace que impacte el gas de

combustión por sotavento

Ataque por gases en chimeneas

Incremento de daños por

sotavento

Incremento de daños hacia

arriba

Ataque por gases en chimeneas

Metodología para la reparación

EN 1504: A Guide to the Concrete Repair

Resistencia física

Ataque físico

Hielo-deshielo AbrasiónIncendio

Efecto de la temperatura

Mejora del concreto contra la abrasión• Uso de endurecedores

Efectuar un coronamiento en losas de bodegas, parqueaderos, zonas de producción, zonas de alto tráfico y humedad

Ensayos de abrasión ASTM C 1138

Mejora del concreto contra la abrasión

• Coronamiento (uso endurecedores)

A través de la conversión del hidróxido de calcio en compuestos insolubles se logra incrementar la resistencia a la abrasión.

Se puede repetir periódicamente el tratamiento

Consolidación de un piso polvoriento

Muy fácil de implementar!

Aplicación de un recubrimiento protector al Concreto

Acabado

▪ Aplicar morteropolimérico para la regularización de la superficie

▪ Sin acabado

Metodología para la reparación

EN 1504: A Guide to the Concrete Repair

•Protección contra el ingreso de sustancias

•Morteros impermeables a aplicar en bajo espesor

(3-6mm)

Aplicación del sistema de protección

▪ La pintura protegeráotras áreas del concreto,sometidas a ataques futuros

Aplicación de un recubrimiento protector al Concreto

Iniciación Propagación

Límite aceptable de deterioro

Retardo de la iniciación del deterioro

Vida útil de servicio

Tiempo

Det

erio

ro

Eva

luac

ión

Extensión de la vida útil

Protección del concreto

El concreto en cierta forma aguanta muchos ataques!

Pero las condiciones en que se dan influyen mucho!

Planta de bombeo de agua negra, Rio Bogotá.

Olvidamos proteger después de reparar.

Rehabilitación de Estructuras

Hidrófugos :

No controlan entrada de agua a

presión,sales disueltas, ni CO2

Protección del concreto

Recubrimientos

acrílicosAlgunos controlan entrada de CO2

Impiden el ingreso de humedad

Recubrimientos

epóxicosControlan entrada de

sales y de CO2

Impiden el ingreso de humedad, incluso en

forma de vapor

Protección del concreto

Recubrimiento acrílico

barrera de CO2

• Reduce la velocidad de carbonatación

• Estabilidad de color expuesto al medio ambiente

• Puenteo de fisuras (555W)

• Controla el paso de humedad

Protección contra la carbonatación

Barrera de CO2

Impermeables al agua lluvia y barrera para el CO2

Gran resistencia al intemperismo

Metodología para la reparación

EN 1504: A Guide to the Concrete Repair

•Protección contra el ingreso de sustancias

• Recubrimientos barrera de CO2

Recubrimiento acrílico elástico de altos sólidos.Capaz de puentear fisuras inactivas (hasta de 0,7 mm) y fisuras activas (hasta 0,4 mm).Alta durabilidad a la intemperie.Barrera de CO2.

Protección de fachadas de concreto, estructuras con concreto a la vista (puentes, silos, estadios, chimeneas.)

Protección contra la carbonatación

Impermeables al agua lluvia y barrera para el CO2

Puenteo de grietas

Planta Tratamiento Aguas Negras

Reparaciones superficiales

Aplicación de un mortero de regularización, barrera transitoria de vapor, antes de aplicar un recubrimiento

protector

El recubrimiento epóxico extiende la vida útil de servicio de la estructura

s Aplicación de recubrimiento epóxico, libre de solventes, insensible a la humedad.

s APROBADO PARA CONTACTO

CON AGUA POTABLE

Reparaciones superficiales

Aspecto final de la estructura

Metodología para la reparación

Muelle Maltería Bavaria. Cartagena

•Protección contra el ingreso de sustancias

• Recubrimientos epóxicos

A veces se usan como parte de la estrategia de construcción de estructuras durables

Metodología para la reparación

EN 1504: A Guide to the Concrete Repair

•Protección contra el ingreso de sustancias

• Pisos epóxicos

• Protegen contra ataque químico, abrasión, ingreso de humedad.

• Mejoran apariencia

Tratamientos protectores

Recubrimientos

epóxicos

Impermeables al agua, incluso a presión, a los

agresores disueltos y al CO2

Forman barrera de vapor!

Tanque agua potable de Aguas de Manizales

Metodología para la reparaciónReforzamiento estructural

Caso de estudio

Tanque de aguas residuales y negras en la industria

Descripción del problema

Tanque de aguas residuales y negras en la industria

La estructura es un tanque de almacenamiento de las aguas negras y residuales de proceso en una planta industrial (cervecería)

Desde el diseño el tanque contaba con varios puntos de ventilación

La construcción de un conjunto de viviendas en las cercanías de la planta, y la demanda de sus moradores pon los olores despedidos por el tanque, genero una ordenanza a la planta para cerrar la mayoría de los puntos de aireación del tanque.

Resultado: se acabaron los olores para los habitantes y empezaron los problemas para el tanque!

Procesos biológicos en el concreto

En condiciones anaeróbicas (sin oxígeno) puede formarse sulfuro de hidrógeno a partir de los sulfatos o de las proteínas de las cloacas.Si se oxida el sulfuro se convierte en ácido sulfúrico que atacará el concreto que está por encima del nivel del agua.

Formación de ácido

sulfúrico

Formación de sulfuro

de hidrógeno

El tipo más importante de ataque biológicose da en las redes del alcantarillado y en los tanques de aguas negras.

v

Ataque ácido

Situación del tanque al momento de la inspección

Tanque de aguas residuales y negras en la industria

Vista de la cara exterior de los muros del tanque

Vista de la cara exterior de la losa y ventana de inspección

Evaluación del tanque

Tanque de aguas residuales y negras en la industria

Verificación del estado del refuerzo en muros

Evaluación del tanque

Tanque de aguas residuales y negras en la industria

Verificación del refuerzo de columnas

Ensayos de carbonatación

Situación del tanque al momento de la inspección

Tanque de aguas residuales y negras en la industria

Más de 7 cm de concreto gravemente afectado por la cara inferior de la losa

Casi 1 m de concreto gravemente afectado en los extremos superiores de columnas y muros

Situación del tanque al momento de la inspección

La losa de 30 x 15 m y de 17 cm de espesor había perdido 7 cm por su cara inferior, además tenía un mortero de nivelación por su cara superior que la sobrecargaba.

Se contaba con un par de meses máximo para rehabilitar la estructura!

Tanque de aguas residuales y negras en la industria

Estrategia de Rehabilitación

Solución:

•Retirar el mortero

•Demoler la losa

•Demoler la altura afectada de columnas y muros

•Construir una nueva losa

Tanque de aguas residuales y negras en la industria

Rehabilitación del tanque

Demolición de la losa

Tanque de aguas residuales y negras en la industria

Se destaparon las barras longitudinales de los muros y se reemplazaron las secciones deterioradas

Tanque de aguas residuales y negras en la industria

Colocación del nuevo refuerzo en muros y columnas

Tanque de aguas residuales y negras en la industria

Anclaje del refuerzo nuevo con epóxico

Tanque de aguas residuales y negras en la industria

Tanque de aguas residuales y negras en la industria

El nuevo refuerzo entró protegido ya contra la corrosión

SikaTop-Armatec 108

Tanque de aguas residuales y negras en la industria

El refuerzo de columnas también entró protegido contra la corrosión

SikaTop-Armatec 108

Colocando testeros antes de colar el concreto de altas prestaciones

Tanque de aguas residuales y negras en la industria

Muros y columnas al desencofrar

Tanque de aguas residuales y negras en la industria

Nuevas vigas protegidas contra la corrosión

Tanque de aguas residuales y negras en la industria

El emparrillado

Tanque de aguas residuales y negras en la industria

Tanque de aguas residuales y negras en la industria

La nueva losa

La nueva losa

Tanque de aguas residuales y negras en la industria

Tanque de aguas residuales y negras en la industria

Adicionalmente….

•Se protegió la estructura con un recubrimiento epóxico resistente al ataque ácido….

Cumpliendo con una ley importante de la rehabilitación:

“SI NO ES POSIBLE QUITAR LA CAUSA DEL DETERIORO…HAY QUE PROTEGER LA ESTRUCTURA “

Compresión

Flexión

Gracias por su atención!