Evaluación, Reparación y Rehabilitación de Estructuras de Concreto-_Gustavo_Tumialan

5/9/2018 Evaluación, Reparación y Rehabilitación de Estructuras de Concreto-_Gustavo_Tumialan - slidepdf.com

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D E S I G N

I N V E S T I G A

T E

R E H A B I L I T A T

E

Evaluación, Reparación yRehabilitación de Estructuras deConcreto

Gustavo Tumialan

Simpson Gumpertz & Heger, Inc.

Boston, Massachusetts

www.sgh.com



INTRODUCCION

� Reparación de Concreto: – Ciencia (análisis) + arte (creatividad)

– La combinación de los dos resulta en una estrategia de

rehabilitación exitosa� El costo anual de reparación de edificios y parqueos en

los Estados Unidos es estimado en $2.5 a $3 billones – Fuente: “Vision 2020: A Vision for the Concrete Repair,

Protection, and Strengthening Industry”

� Métodos de evaluación, rehabilitación y reparaciónvarían ampliamente

– Comité 562 del ACI – “Evaluation, Repair, and Rehabilitation of Concrete Buildings” (2006)

– Norma que defina los estándares

© 2009 Simpson Gumpertz & Heger Inc 2



� Objetivo: desarrollar una norma para la evaluación,reparación y rehabilitación de edificaciones de concreto – Definir los estándares de la industria

– Elevar el nivel de la performance de las reparaciones estructurales:

procedimientos para la evaluación y diseño, selección de materiales,inspecciones

� “Building Code Requirements for Repair of Existing Structural

Concrete”

– Ingenieros, contratistas, fabricantes, investigadores – Listo para el 2012

Trabajo del Comité ACI 562

© 2009 Simpson Gumpertz & Heger Inc. 3



� Proyectos de Reparación y Rehabilitación: no se intenta crear una nueva edificación – Lograr que la estructura sea segura, equivalente al de un sistema

estructural nuevo

– Extender la vida útil de la estructura

� Norma prescriptiva no es practica – Difícil que una estructura existente cumpla con normas actuales

– Muchas permutaciones entre materiales nuevos y existentes

� Norma ACI 562: basada en performance – Dar flexibilidad pero asegurando la seguridad de la estructura

– Reconocer la posibilidad de muchas soluciones para un problema

– No limitar la creatividad en el diseño e implementación de lasreparaciones

– La norma enfatizara seguridad mientras que los comentarios citaran otrosdocumentos del ACI, ICRI y otras organizaciones para dar guías ydetalles


Trabajo del Comité ACI 562



� Modificación estructural – Reforzamiento para nuevas cargas muertas o vivas

– Reconfiguración estructural: adiciones, escaleras, ascensores

� Deterioro estructural – Refuerzo: corrosión

– Concreto: reacción alkali-silice (ASR), ciclos de congelamiento-

descongelamiento

� Daño estructural

– Físico: impacto vehicular

– Incendios

� Deficiencia estructural

– Errores de construcción

– Errores de diseño

Cuando se requiere rehabilitación o reparación?




1. Observar y analizar la estructura – Determinar la condición existente

• Trabajo de campo• Ensayos de campo y laboratorio

– Análisis estructural

2. Diagnosticar problemas en la estructura – Encontrar la causa

3. Establecer el tipo y grado de intervención estructural – Flexión, corte, punzonamiento, etc. – Rehabilitación local o global

4. Implementar las acciones para rehabilitar/reparar – Tratar la causa, no solo los síntomas

5. Establecer un programa de mantenimiento – Dependiente del tipo de estructura – Evitar problemas en el futuro

Reparación y Rehabilitación Estructural


Estructura = “Paciente” de concreto, acero, albañilería o madera



INVESTIGACION ESTRUCTURAL

� Investigación inicial

� Evaluación de las condiciones existentes

� Revisión estructural

� Diagnostico del problema

� Estrategia para la rehabilitación




Investigación Inicial

� Revisar información disponible – Planos y especificaciones de la construcción original

– Fotografías

– Reportes pasados

– Proyectos pasados: reparaciones, adiciones

– Historia de mantenimiento

�

Entrevistar personas que conozcan la estructura – Dueños

– Arquitectos o Ingenieros que la diseñaron

– Personal de mantenimiento




Evaluación de las Condiciones Existentes

�

Observaciones visuales – Que esta tratando de decir la estructura

– Signos de deterioro estructural: grietas, delaminación,desconchamientos, deflexiones o deformaciones excesivas

– Verificar información incluida en planos originales





Asentamiento

Deficiencia

Temperatura

Grietas




Deflexión

Delaminación

Desconchamiento




�



– Verificar información incluida en planos originales� Exploración

– Determinar condiciones no ocultas o no visibles

– Obtención de muestras





Losa Postensada

Losa de Acabado

Extracción de Muestras




�

Observaciones visuales – Que nos esta tratando de decir la estructura



– Determinar condiciones no ocultas o no visibles


� Ensayos en el campo – No destructivos

– Pruebas de carga




Ensayos no destructivos


Complejidad Ensayo Respuesta buscada

Simple Visual Cual es la apariencia?

Sondeo Es el concreto delaminado? (superficialmente)

Esclerómetro Cual es la calidad y resistencia del concreto?

(idea general)

Moderado Pacómetro Donde están la varillas?

De que tamaño son?

Potencial de media celda Esta el refuerzo corroyéndose? Donde?

Complejo Velocidad de Pulso

Ultrasónico

Cual es la resistencia del concreto?

Hay cangrejeras? Hay Grietas internas?

Indice de Corrosión Que tan rápido se esta corroyendo el refuerzo?

Prueba de Impacto-Eco

Prueba de Impulso a la Onda

Cual es el espesor?

Son buenos los apoyos?

Radar de Penetración

Terrestre (GPR)

Donde están las varillas?

Que hay dentro del concreto?



Ensayos no destructivos


Impacto-Eco Impulso a la Onda

Indice deCorrosión

Postensado

ParteInferior Losa

ParteSuperior

Losa

Radar




Pruebas de Carga

0

4

8

12

16

20

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

Deflection [in]

L o a d [ k i p ]

1.0 DW+1.6 L

1.2 D+1.6 L

1.15 D+1.5 L

ACI 318

ACI 437




�




– Determinar condiciones ocultas o no visibles


� Ensayos en el campo – No destructivos

– Pruebas de carga

� Ensayos en el laboratorio – Contenido de Cloruro

– Profundidad de Carbonatación

– Petrografía




Ensayos de Laboratorio


1.25 lb/yd3

C a r b o

n a t a c i ó n

Cloruro dentro del concreto destruye lacapa “pasiva” de protección del refuerzo

Carbonatación reduce el ambientealcalino alrededor del refuerzo



Petrografía


Agrietamiento

Efecto de

Retemplado



Revision Estructural

� Objetivo: identificar problemas estructurales

� Análisis estructurales considerando: – Como la estructura fue en realidad construida

– Condición actual

– Propiedades reales de los materiales

� Pruebas de carga

– Complementar análisis estructural – Validar modelos estructurales

– Verificar la efectividad del reforzamiento




Diagnostico del Problema y Estrategia de Rehabilitación

� Evaluación de Alternativas – Ventajas y Desventajas

– Costos iniciales vs. costos a largo plazo

�

Preparación de Documentos – Reportes

– Planos y Especificaciones

� Calendario para la implementación de las reparaciones

– Fondos disponibles, tamaño de la estructura – Fases: una, varias

� Programa de mantenimiento – Inspecciones periódicas




Métodos de Reforzamiento Estructural

� Flexión

– Ensanchamiento de sección

– Post-tensado externo

– Reducción de la luz

– Apoyos suplementarios

– Sistemas FRP: laminados o varillas

� Corte

– Ensanchamiento de sección

– Refuerzo externo (acero, FRP)

� Punzonamiento – Capiteles nuevos de concreto o acero

� Carga Axial

– Encamisamiento de columnas con concreto, planchas de acero o FRP

� Cargas Laterales

– Reforzamiento de placas existentes

– Construcción de placas nuevas

– Arriostramiento de pórticos




Flexión


Vigas Suplementarias

Apoyos Intermedios



Flexión


Planchas de Acero

FRP

Ensanchamiento

Post-tensado Externo



Corte


FRPEnsanchamiento

Estribos Externos



Columnas


Ensanchamiento

FRP



Punzonamiento


Acero

Concreto



Protección contra la corrosión

Reducir o detener deterioro yextender la vida útil de laestructura reparada


Photo Credits: Vector Corrosion Technologies

� Protección Interna – Capas de antioxidante en

el refuerzo

– Inhibidores de corrosión

– Protección catódica

– Protección galvánica

– Extracción de cloruros

– Re-alcalinización



Protección contra la corrosión


� Protección Externa – Selladores

– Membranas impermeabilizantes

– Recubrimientos de anti-carbonatación

Photo Credit: Portland Cement Association

M t d l R ió



Muestras de la Reparación

� Reparaciones estructurales tienen riesgos debido acomplejidad y desconocimiento

� Muestras de la reparación son cruciales para evaluar

cuestiones especiales relacionadas a la rehabilitación/reparación – Capacidad del contratista

– Constructabilidad

– Aspecto

– Costo

– Interrupciones


ESTUDIO DE CASOS



ESTUDIO DE CASOS

� Edificio de Parqueo

� Estadio de Futbol

� Muro de Contención




EDIFICIO DE PARQUEO – KANSAS CITY


� Dos parqueos para complejosde departamentos

� Parqueo en 4 niveles,construido en 1999

� Losas post-tensadas en dosdirecciones (15 cm)

ió i i i





� Inspección de todos los elementos estructurales – Losas (partes superiores e inferiores)

– Columnas

�

Determinar la ubicación real del refuerzo y el espesor real de las losas usando ground penetrating radar –

GPR

� Medir las deflexiones en las losas

� Extracción de cilindros de concreto para ensayos delaboratorio




Delaminación

GrietasGrietas

Grietas

R i ió E t t l



Revisión Estructural


� Análisis estructural considerando las condiciones existentes:

� Ubicación del refuerzo

� Espesor de losa

Resultados de la Investigación y Diagnostico




� Profundidad de los tendones mayor que la especificadaen las áreas de momento negativo – 3 cm (especificado) vs 8 cm (construido)

� Capacidad a la flexión significativamente reducida en

muchas áreas de momento negativo y algunas demomento positivo – 70% de las áreas de momento negativo requerían reforzamiento

para satisfacer las demandas de carga

� Resistencia al corte por punzonamiento reducida enmuchas áreas – Areas en columnas interiores e exteriores

�

Petrografía: agrietamiento hasta 8 cm de profundidad� Contenido de cloruro: aceptable

� Problema Estructural


Estrategia de Reparación y Rehabilitación




� Reforzamiento por flexión de áreas de momento negativo – Sistemas FRP

– Capiteles de concreto

� Reforzamiento al corte por punzonamiento – Capiteles de concreto

– Sistemas FRP (solo hasta deficiencias de 30%)

– Nuevas vigas para las rampas

� Pruebas de carga para verificar que el reforzamientofunciona – Capiteles vs. FRP (efectividad, costo)


Pruebas de Carga



Pruebas de Carga


4to. Nivel

3er. Nivel

2do. Nivel

1er. Nivel

Instrumentación

Losa Ensayada

Nivel usado comocontrapeso

Nivel usado comocontrapeso

Método del ACI 437

Pruebas de Carga




0

4

8

12

16

20

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

Deflection [in]

L o a d [ k i p ]

1.0 DW+1.6 L

1.2 D+1.6 L

1.15 D+1.5 L

0

4

8

12

16

20

0 0.007 0.014 0.021 0.028 0.035

Crack Opening [in]

L

o a d [ k i p ]

Crack Opened

1.0 DW+1.6 L

1.15 D+1.5 L

1.2 D+1.6 L

1.0 D+1.0 L

Crack Opening

Carga-Deflexión

Carga-Espesor de Grieta

Pruebas de Carga

Reparación y Rehabilitación





Varillas de FRP






Capiteles de Concreto






Vigas de Concreto

Laminados de FRP




p y


Reparación de la Losa

Laminados de FRP

ESTADIO DE FUTBOL – UNIVERSITY OF NOTRE DAME




� Estructura de concreto reforzado

construida entre 1929 y 1930(Capacidad: 59,075)

� Estructura aporticada soportando lasgraderías con rellenos de albañileríaen el exterior.

� Estadio ampliado en 1995 conestructura de concreto precolado.(Capacidad: 21,150)

Condiciones Existentes



1. Deterioro del concreto:


Ciclos de congelamientoy descongelamiento





2. Posible debilitamiento del sistema resistente a fuerzas laterales

del estadio por renovaciones de 1995 – Estudio anterior: reforzamiento debido a cargas laterales causadas por

el movimiento del público: 24 lb/ft (36 kg/m) – IBC 2003

– Ensanchamiento de elementos estructurales, construcción dearriostres – $$$

Section 9 Section 8

Alteración de Muros




Ensanchamiento deVigas y Columnas

Instalación de

Arriostres

Antecedentes de la Carga Lateral (Sway Load = 24 lb/ft)




Basado en la fuerza desarrollada por nueve o tres personas “a las que les

pidieron desarrollar su máximo esfuerzo al unísono para crear la máximafuerza horizontal posible”





� Inspección de todos los elementos estructurales – Graderías (partes superiores e inferiores)

– Vigas, columnas y muros de albañilería

� Determinar el deterioro interno en las graderías deconcreto usando Impulse Response

� Revisión Estructural – Análisis Estructural

– Pruebas de carga:

• Carga Vertical: relacionar el deterioro a la seguridad de la

estructura

• Carga Lateral: evaluar la resistencia a cargas laterales





� Los ensayos no destructivos mostraron un grado de deterioro

variable. – Algunas secciones con areas extensas de deterioro





� Pruebas de carga vertical demostraron que las graderías podían

soportar la carga de diseño.

Pruebas de Carga Lateral




98

Gatos

Hidráulicos

8 9

� Pruebas de carga lateral demostraron que las graderías podían

resistir la carga lateral de diseño.

0.000

0.010

0.020

0.030

0.040

0.050

0.060

0.070

D E F GColumn Line

D i s p l a c e m e

n t ( i n )

Load Test Results

Analytical (With Wall)

Analytical (Without Wall)




�

Graderías de concreto – Reparación de espesor parcial y total

– Protección:

• Membrana impermeabilizante en la parte superior

• Capa de anti-carbonatación en la parte inferior

� Muestras de Reparación (Mockups) – Investigar procedimientos para demolición del concreto, métodos

de reparación

– Afinar los costos y programa de construcción

� Desarrollar una estrategia de reparación y mantenimientopor 65 años

– Estimar cantidades a reparar y costos para los siguientes 65 años – Desarrollar varios tipos de reparación






Reparación – espesor total

Hydrodemolition





Reparación – espesor parcial

Ensayos de Adherencia





Impermeabilización

MURO DE CONTENCION – WORLD TRADE CENTER, NEW YORK

� Muro original parte del nuevo




� Muro original parte del nuevo

complejo� Museo a la Memoria mostrara

una sección del muro

Construcción Original

M t ll t id i d t 1970 Sl W ll




� Muro pantalla construido aproximadamente en 1970 – Slurry Wall

Method � Contención de suelo y agua para la construcción de las Torres Gemelas

� Soportado lateralmente por las losas de los parqueos.





� Muro en malas condiciones después del 11 de Setiembre del 2001

– Incendios

– Fuerzas equivalentes a un sismo de magnitud 2.3

� Soporte lateral de las losas del parqueo desapareció por el colapso

� Expuesto a la intemperie desde el 2001

� Instalación de anclajes temporales (tiebacks) en 2003

– Anclajes sin protección contra la corrosión





� Inspección del muro – Deterioro

– Indicación de movimiento lateral

– Ensayos de la adherencia entre el refuerzo

� Ensayos no destructivos – Ensayos de corrosión del refuerzo y el concreto

� Pruebas de laboratorio

– Contenido de cloruro

� Petrografía – Daños debido al fuego y la intemperie


� Muro estable pero con bastante deterioración




Muro estable pero con bastante deterioración

�

Muro no era adecuado para resistir las cargas laterales – Vida de servicio del museo = 100 años

Estrategia de EstabilizaciónVista en Planta



� Sección no expuesta a la vista:(60 m.) – Construccion de un muro delante

(1.20 m de espesor), anclado al

terreno (roca) con tiebacks y – Muro soportado verticalmente con

pozos de cimentación (caissons)

� Sección expuesta a la vista:

(20 m.) – Construcción de muro detras

– Excavación para instalar pilastras deconcreto anclados a la roca.

– Construcción de muros entre laspilastras

– El muro es soportado verticalmentecon caissons


Sección noexpuesta

Secciónexpuesta

Estrategia de Estabilización




Sección no expuesta

S ió t

Estrategia de Estabilización




Sección expuesta

Vista en Planta

Construcción – Sección Expuesta a la Vista




Instalación decolumnas de acero

Colocación delconcreto en alzadas

Construcción – Sección Expuesta a la Vista




Instalación de anclajes

Muro acabado

Construcción – Sección No Expuesta a la Vista



Liner Wall

Third lift underway

26 June 2008

Excavación para laspilastras (20 m. aprox.)

Encofrado


Construcción – Sección No Expuesta a la Vista



Third lift underway

26 June 2008

Concreto colocado




PREGUNTAS ?

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