1 introducción a la rehabilitación
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Rehabilitación de estructurasTRANSCRIPT
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Advanced Concrete Repair
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Corporate Source: Advanced Training Concrete Repair Version: March / 2011
El concreto es usado para construir grandes estructruas
Torres Petronas2004
450 m Acero: 11,000 ton
Concreto: 80,000 m3
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Con frecuencia debe lidiar con ambientes agresivos
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Las estructuras de concreto tarde o temprano tienen que ser rehabilitadas
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Producción mundial de cemento 2009
3.0 billion tons3.0 billion tons
Source: Cembureau
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Demanda global de cemento
Tonn
es 1
,000
M
illio
n
20 12
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Illustration of World Concrete Production
Cemento a 2009 - 3,000,000,000 ton
Con un promedio en el concreto de ~300 kg/m3
= 900,000,000 m3 mortero/concreto por año
Torres petronas ~80,000m3 concreto
Es equivalente a ~5,600 Petronas por año
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Razones para usar concreto
1. Estructuralmente eficiente
2. Buena resistencia
3. Versatilidad de formas
4. Resistente al fuego
5. Térmicamente eficiente
6. Acústicamente adecuado
7. Económico
8. Brinda seguridad
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Razón 9. No interfiere con Wi-fi
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Tipo de daño?, Causa ?
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Tipo de daño?, Causa ?
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Tipo de daño?, Causa ?
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Tipo de daño?, Causa ?
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Tipo de daño?, Causa ?
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Tipo de daño?, Causa ?
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Reparar una muela es similar a reparar el concreto
Con el dentista
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Step 2
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Step 5
Pasos con el Dentista
Revisión visual
Investigación adicionalej. Rayos X ?
Opciones ej. extraer, rellenar, limpiar ?
Selección de la reparación ej. Amalgama de plata, oro, compuesto?
Manteniemiento futuro ej. limpieza regular
Step
1
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Step 2
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p 3Step 4
Step 5
5 Etapas en Reparaciones
Evaluación de la estructura
Diagnóstico del deterioro
Opciones y objetivos de la reparación
Selección y ejecución
Mantenimiento futuro
Step
1
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Evaluación del concreto
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Step 2
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p 3Step 4
Step 5
5 Etapas en Reparaciones
Evaluación de la estructura
Diagnóstico del deterioro
Opciones y objetivos de la reparación
Selección y ejecución
Mantenimiento futuro
Step
1
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Tres objetivos
Identificar la causa
Determinar el efecto
Pronosticar las consecuencias
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Contenido de la evaluación
Revisar el pasado, presente & futuro uso
Inspección visual
Pruebas no destructivas
Pruebas destructivas
Análisis del laboratorio
1
2
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Parte 1 – Inspección visual
Influencias ambientales
Influencias de servicio
Daños visuales
Observar lo obvio
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Inspección visual
Desprendimientos
Decoloración
Manchas de humedad
Eflorescencias
Grietas
Oquedades
Textura de la superficie
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Parte 2 – Inspección detallada
1. Propiedades mecánicasi. Dureza superficial
ii.Prueba Windsor iii.Núcleos de concretoiv.Resistencia a tensión superficialv.Velocidad de pulso ultrasónico
2. Propiedades químicas3. Propiedades físicas
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i. Esclerómetro
• Determina la dureza de la superficie
• Muestra la uniformidad general
• Identifica potenciales problemas
• No determina la resistencia a compresión
EN 12504
ASTM C805
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i. Sondeo acústico
Golpeteo de la superficie del concreto para determinar la presencia de delaminaciones o irregularidades
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ii. Prueba de Winsor
Puede dar un resultado aproximado de la resistencia a compresión
Pistola
Punta de penetración
Aparato de medida
e.g. ASTM C803
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iii. Extracción de núcleos
Cilindros extraídos del concreto para determinar resistencia a compresión, tensión, densidad, módulo elático, etc.
e.g. EN 12390-1
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Resistencia y módulo a compresión e.g. EN 12504-1 ASTM C39 / C42
e.g. ASTM C469 ISO 6784
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Prueba de profundidad de carbonatación
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iv. Resistencia superficial a tensión
Prueba de Pull Off Nos indica la calidad de la superficie
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v. Ultrasonido
Transmite una onda de frecuencia conocida a través de un transmisor y un receptor
La velocidad de onda es un indicador de la calidad del concreto
e.g. EN 12504-2
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•Uniformidad del concreto•Presencia de oquedades, grietas, irregularidades.•Espesor de un elemento•Monitoreo de reparaciones
Ultrasonido
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Parte 2 – Inspección detallada
1. Propiedades mecánicas
2. Propiedades físicasvi. Medición de profundidad del
recubrimientovii. Prueba de permeabilidad viii. Prueba de difusión ix. Prueba de absorción
3. Propiedades químicas
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vi. Medición de profundidad del recubrimiento
Procedimiento sencillo mediante uso de imanes
Puede medir la ubicación y profundida del acero de refuerzo. En algunos casos el diámetro.
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Ferroscan
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Ferroscan
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vii. Permeabilidad del concreto
Determine la permeabilidad de la superficie del concreto
Celda de vacío
Celda de vacío
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viii. Prueba de difusión
Determina la absorción inicial de la superficie del concreto
Tasa de flujo de agua dentro de la superficie del concreto sujeta a una columna constante de agua de 200 mm
e.g. BS 1881-208
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ix. Prueba de absorción
Mide la profundidad de penetración de agua después de 3 días a 5 bar de presión
e.g. DIN 1045
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Parte 2 – Inspección detallada
1. Pruebas mecánicas
2. Pruebas físicas
3. Pruebas químicasx.Prueba de carbonataciónxi.Prueba de contenido de clorurosxii.Exámen petrográficoxiii.Potenciales con media celda (Corrosión)xiv.Polarización lineal (Corrosión)
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x. Prueba de carbonatación
Indicador de ph entinta el área que no está carbonatada
e.g. EN 14630
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Muestras de polvo colectadas del concreto para el análisis del contenido de cloruros•Disueltos en agua•Disueltos en ácido
Chloride test kit
xi. Contenido de cloruros e.g. EN 14629
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xii. Análisis petrográfico
Examinación detallada y microscópica del concero
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Análisis petrográfico
Núcelo de concreto de un muro con profuso agrietamiento visto con luz fluorescente
Etringita en pososidad vista con luz polarizada en placa de yeso.
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xiii. Potenciales con media celda
Mide la potencial actividad corrosiva en el acero
Identifica el riesgo de corrosión en edades tempranas
No determina la velocidad de corrosión
No determina el grado de corrosión
e.g. ASTM C876-87
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Equipo
Porous sponge (transducer)
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Potential Field Mapping
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Potential Field Mapping – Graphical Interpretation
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Car Park Example
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xiv. Resistencia a la polarización lineal
Indica la tasa de corrosiónValido para carbonatación o
cloruros
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Equipo…
2 electrodos con pequeña diferencia de potencial (aprox. 20mV)
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Limitaciones
Se afecta por condiciones externas
Se afecta por la humedad superficial
No es preciso para bajas tasas de velocidad de corrosión
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Resumen
Un diagnóstico debe ser la base para una rehabilitación
No hay un estándar para una diagnósis
La diagnosis arroja mayor información para la toma de
decisiones
Normalmente se hace cuando el daño es obvio pero lo mejor es
hacerlo cuando los daños no han aparecido o apenas empiezan
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Corporate Source: Advanced Training Concrete Repair Version: March / 2011
Step 2
Ste
p 3Step 4
Step 5
5 Etapas en Reparaciones
Evaluación de la estructura
Diagnóstico del deterioro
Opciones y objetivos de la reparación
Selección y ejecución
Mantenimiento futuro
Step
1
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Corporate Source: Advanced Training Concrete Repair Version: March / 2011
Exposición del concreto armado
Cl-
CO2
H2O NOx
Freeze /Thaw
SOx
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Daño mecánico Impacto Sobrecargas Movimientos o asentamientos Vibración Explosión / Fuego
Daño químico Reacción álcali-agregado Sulfatos y otras sales Ácidos y bases Ataque biológico
Daño físico Ciclos hielo/deshielo Cambios térmicos Erosión o Abrasión Contracción
Daños y defectos
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Ataque químico Carbonatación Ácidos
Contaminantes corrosivos
Chlorides
Corrientes eléctricas extraviadas
Corrosión en el acero
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Protección natural del acero en el concreto
Concreto pH 12.5 - 13.5
El ambiente alcalino genera una micro película que protege al acero de refuerzo de la corrosión
Barra de refuerzo
Capa pasiva de protección(espesor de 1.0 nanómetro)
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Dióxido de carbono
Cloruros
Oxígeno
Agua
Bajo espesor de recurbiemiento
Permeabilidad del concreto:
Alta porosidad
Mala compactación
Falta de curado
Juntas mal tratadas
Grietas
Ambiente agresivo
Alta humedad relativa
Influencias que despasivan la capa de protección
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Condiciones para la corrosión del acero
Etapa 1Rotura de la capa de protección por:• Carbonatación• Cloruros
Etapa 2Formación del electrolito• Humedad en el concreto
Etapa 3Formación de la pila de corrosión(ánodo y cátodo)
Catodo
Anodo
Cloruros/Carbonatación
HumedadOxígeno
-
Óxido-
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Concreto con pH = 12.5-13.5El acero está protegido
El CO2 o los cloruros entran y alcanzan el acero
La película de protección se despasiva (inicio)
La humedad y el oxígeno alimentan la corrosión (propagación)
Corrosión en el acero
Concreto contaminado por carbonatación o cloruros
Humedad / Oxígeno
Formación de óxido
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Corrosion del acero en el concreto
Niv
el d
e co
rros
ión
Tiempo
Máximo nivel de deterioro
Fase de incio Fase de propagación
Ingreso de contaminantesa través del recubrimeinto(cloruros, carbonatación)
Vida total de servicio
Degradación acelerada del acero
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t69
El volumen de los productos de la corrosión es 3 veces mayor al acero → se generan tensiones → desprendimiento del concreto
Corrosión en el acero
CONCRETO (Electrolito)
cátodoánodo
óxido
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pH más bajo:
El concreto no se deteriora
Se desestabiliza la capa de protección del acero
La película se vuelve porosa y permeable
Se activa la corrosión
Bicarbonato de cálcio:Ca(HCO3)2 pH aprox. = 9
El CO2 reacciona con la cal libre del concreto en presencia de H2O, formando carbonatos
Concreto: pH aprox. = 13
Carbonatación del concreto
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Influencia de la calidad del concreto
10 30
Edad en años
Pro
funi
dad
de c
arbo
nata
ción
(m
m)
150 kg /m3
250 kg /m3
350 kg /m3
450 kg /m3
15
20
25
30
5
10
20
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Corporate Source: Advanced Training Concrete Repair Version: March / 2011
Influencia de las grietas
La carbonatación ocurre en el plano de la grieta a una velocidad mayor
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Corporate Source: Advanced Training Concrete Repair Version: March / 2011
Velocidad de corrosión
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14pH
CaCO3
pH 9
Ca(OH)2
pH 12.6
pH
Sin corrosiónModerada corrosión
Fuerte corrosiónV
eloc
idad
de
corr
osió
n
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t77
Desprendimiento del concreto
Barras con corrosión
Bajo recubrimiento
Corrosión por carbonatación en una trabe
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t78
Perdida de acero: aprox. 2/100 a 2/10 mm por año
Corrosión por carbonatación
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Corporate Source: Advanced Training Concrete Repair Version: March / 2011
Cloruros, de dónde vienen ?Sales de deshielo
Agua de mar
Industria (agente suavizante, agente blanqueador)
Sal comestible (producción de alimentos)
Plantas de tratamiento
Tratamiento de albercas
Combustión del PVC
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t80
Ingreso de cloruros
Sales para derretir hielo
Agua de mar
1. Los cloruros se transportan a través de los poros del concreto
2. Cuando alcanzan el acero de refuerzo: Destruyen totalmente la capa pasiva Incrementan la conductividad eléctrica del concreto
Concentración crítica de cloruros al alcanzar al acero:
Concreto reforzado: 0.4 % sobre el peso del cemento
Concreto con presfuerzo: 0.2 % sobre el peso del cemento
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Corrosión causada por cloruros
Características:• Áreas pequelas del ánodo; áreas grandes del cátodo• Corrosión más agresiva que la causada por carbontación• Muy rápida pérdida de acero
Concreto / electrolito acelerado por los cloruros
Daños puntuales en forma de picaduras
Concreto contaminado con cloruros
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t83
Corrosión causada por cloruros
Pérdida de acero: Approx. 1 a 10 mm por año
En concreto carbonatado:Aprox. 2/100 a 2/10 mm por año
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Corporate Source: Advanced Training Concrete Repair Version: March / 2011
Cloruros/Carbonatación
Source Building Research Establishment (BRE), UK Digest 444
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t85
Corporate Source: Advanced Training Concrete Repair Version: March / 2011
Lixiviación / Eflorescencias
Hidróxido de calcio soluble transportado por el agua a través del concreto
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t86
Corporate Source: Advanced Training Concrete Repair Version: March / 2011
Ataque de sulfatos
Soluciones de sulfatos reaccionan con con los aluminatos de calcio del concreto (C3A)
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t87
Corporate Source: Advanced Training Concrete Repair Version: March / 2011
Reacción álcali/agregado
Algunos agregados naturales con sílice reaccionan químicamente con las sustancias alcalinas del cemento
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t88
Corporate Source: Advanced Training Concrete Repair Version: March / 2011
Ejemplo
Estructura de concreto fuertemente dañada.Oquedades en azul
Example from polarising microscope
Thin-Section Cut of ASR-Damaged Concrete, Showing ASR Gel and Typical Crack Pattern (Through Aggregate and into Surrounding Matrix).
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t89
Agrietamiento restringido en una dirección por las varillas
del refuerzo longitudinal
Agrietamiento profuso
Daños por reacción Álcali/Agregado
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t90
Destrucción de la superficie que progresa hacia el interior
Daños por ciclos de hielo/deshielo
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t91
Contracción por secado del concreto: 0.08 a 0.1%
Contracción
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t92
Coeficiente de dilatación térmica del concreto ≈ 1 x 10-5 mm/mm/°C
Cambios volumétricos por temperatura
8 m de longitud5°C
45°CDef = 3.2 mm
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Daños por fuego
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Errores constructivos
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Errores constructivos
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Errores constructivos
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Errores constructivos
Juntas Frías Pendiente inadecuada
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Errores constructivos
Tolerancias
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t99
Sistemas de protección vs CarbonataciónNivel 1: Reperfilado: Sika Monotop 723Protección : Sikagard 550W
Nivel 2: Inhibidor de corrosión: Sika Ferrogard 903Reperfilado: Sika Monotop 723Protección : Sikagard 550W