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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)
