durabilidad del hormigón en túneles

41
1 Durabilidad del Hormigón en Túneles de Alta Montaña Roberto Torrent Materials Advanced Services SRL Buenos Aires, Argentina y Coldrerio, Suiza [email protected] Webinar organizado por AATES, 8 Setiembre de 2020 2 Contenido 1. Conceptos Generales sobre Durabilidad 2. Clasificación de Procesos de Deterioro 3. Casos Reales: Curado Imperfecto del Túnel del Puerto de Miami Investigación Túnel Vial de Naxberg Túnel Ferroviario AlpTransit Impermeabilidad Túnel Línea “H” Subte C.A.B.A. 4. Cómo alcanzar alta durabilidad en túneles? 5. Conclusiones

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1

Durabilidad del Hormigón en Túneles de Alta Montaña

Roberto TorrentMaterials Advanced Services SRL

Buenos Aires, Argentina y Coldrerio, [email protected]

Webinar organizado por AATES, 8 Setiembre de 2020

2

Contenido

1. Conceptos Generales sobre Durabilidad2. Clasificación de Procesos de Deterioro3. Casos Reales:

Curado Imperfecto del Túnel del Puerto de Miami Investigación Túnel Vial de Naxberg Túnel Ferroviario AlpTransit Impermeabilidad Túnel Línea “H” Subte C.A.B.A.

4. Cómo alcanzar alta durabilidad en túneles?5. Conclusiones

2

3

Definición de Durabilidad

Durabilidad: La aptitud de una dada estructura para

desempeñar su función prevista (mantener la

resistencia requerida y su funcionalidad o

“serviciabilidad“) durante la vida útil especificada o

tradicionalmente esperable*, en sus condiciones

específicas de exposición ambiental.

* En general, los reglamentos especifican para 50 años de VU de diseño, 75 para puentes (AASHTO LRFD Specifications)

4

Fases Típicas de los Problemas de Durabilidad

Tiempo

De

teri

oro

Incubación Propagación

Sin deteriorovisible

Deteriorolocalizado

Deterioro generalizado

XC

l/XC

O2

Iniciaciónti

ELU

ELS

��� = �� + ��

[Tuutti, 1982]

Fisuracióntp

3

5

Conceptos de Vida Útil

Niv

el d

e D

esem

peñ

o

Repair 1 Repair 2

Repair 3

0 10 20 30 40 50 60 70

Tiempo (años)

Calidad de Diseño

Nivel de Deterioro Inaceptable

Desempeño Pronosticado

Desempeño Real

Calidad Inicial Real

VU

D

VU

R

6

CO2 Cl-

Acero

“Recubrimiento”de Peor Calidad

Debido a:• Segregación• Compactación• Curado• Exudación• Acabado• Microfisuras

Calidad del Hormigón en la Estructura

Las probetas moldeadas y curadas en forma normalizada,

NOrepresentan la vital calidad del ‘recubrimiento’

Vida Útil = f (penetrabilidad y espesor del Recucreto)

SO42-

4

7

Importancia del Espesor del Recubrimiento

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Vida Útil (años)

Esp

eso

r "R

ecu

cret

o"

(mm

)

Nominal = 50 mm

10% menos espesor de “Recucreto” ~20% menos vida útil

Real = 45 mm

= � · � �� = �

��

8

Pachómetros electromagnéticos

Ferroscanwww.hilti.ch

Profometer 5 Profoscope

Proceqwww.proceq.com

[BS 1881-204:1988; DBV Report 2002 (Alemán)]

5

9

GPR: Ground Penetrating Radar

Hilti PS 1000

10

Hormigón

Cámara de ensayo, presión Pi

Anillo de guarda, presión Pe= Pi

Armadura

Flujo de aire haciala cámara central

Flujo de aire haciael anillo de guarda

1. Se hace vacío en ambas cámaras por t0 = 60 s2. La cámara central que está a Pi ~ 30-50 mbar se aisla de la bomba de

vacío3. Se registra el aumento de presión ΔPi en la cámara de ensayo = f (kT)

Permeabilidad al Aire in situ (Norma Suiza 262/1)

kT =A

ln

2 ε Pa

Vc2

2

µ

Pa + ΔPeff (tf)Pa - ΔPeff (tf)

√ tf - √ to

6

11

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 5 10 15 20 25 30Time (s) - Square Root Scale

Pre

ssu

re P

i (m

ba

r)

0 t0 = 60 tf = 720

Close V2

Open / Close V2

Close V2

Start ΔP

t=0; Pi~1000Close V1

tf = 360Δ

P =

20

Evolución de la presión Pi para distintos kT

12

Instrumento de 4a Generación: PermeaTORR AC

100% made in Argentina

7

13

0

5

10

15

20

25

0.001 0.01 0.1 1 10 100

kT (10-16 m²)

24

-h S

orp

tiv

ity

(g

/m²/

) Laboratory

TunnelBridge

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0.001 0.01 0.1 1 10 100

kT (10-16 m²)

CR

(m

m/y

½)

Torrent u. Ebensperger, 1993

Torrent u. Frenzer, 1995

Kubens et al, 2003

Imamoto et al, 2008

Moro, 2015

0

25

50

75

100

125

150

0.001 0.01 0.1 1 10

kT (10-16 m²)

Ma

x.

Pe

ne

tra

tio

n (

mm

)

CH (EN)

CH (DIN)

SP (EN)

AR (DIN)

UY (DIN)

NL (EN)

Low Moderate HighVery Low

100

1000

10000

100000

0.001 0.01 0.1 1 10 100

kT (10-16 m²)

Cl- M

igra

tio

n (

Co

ulo

mb

s)

05-14 00-03 03-04 05-02 99-04 00-04 95-04 03-06 12-01 ACP PacificACP Atlantic

High (+ Very High)

Moderate

Low

Very Low

Porqué medir la Permeabilidad al Aire kT?

Succión Capilar Carbonatación

Penetración H2O

RCPT Coulombios

Porque correlaciona con otros ensayos de “Durabilidad”

[Torrent et al, 2012]

14

Clasificación de la Permeabilidad kT del Recucreto

8

15

Según el Prof. P.K. Mehta (U. California @ Berkeley):

“En orden decreciente de importancia, las principales causas de deterioro de estructuras de hormigón son:

corrosión de las armaduras de acero

daño por congelación en climas fríos

acciones físico-químicas en ambientes agresivos

Hay un acuerdo general en que la permeabilidad del hormigón, más que las variaciones normales en la composición del cemento portland, es la clave de todos los problemas de durabilidad”

Principales Problemas de Durabilidad

[Mehta, 1991]

Las 3 causas aplican a los túneles de alta montaña

16

CIRSOC 201 – Clases de Exposición

Descripción de la Exposición

CIRSOC 201

ACI 318 EN 206 Túneles

Corrosión por Carbonatación A2, A3 C1 XC1, XC2, XC3, XC4 Todos

Corrosión x Cloruros Marinos M1, M2, M3 C2 XS1, XS2, XS3 Marinos

Corrosión x Otros Cloruros CL C2 XD1, XD2, XD3 A.M.

Congelación y Deshielo C1, C2 F1, F2, F3 XF1, XF2, XF3, XF4 A.M.

Ataque Químico Q1, Q2, Q3 S1, S2, S3 XA1, XA2, XA3 Muchos

Baja Permeabilidad --- P1 --- Subte BA

Reacción Álcali-Agregado OJO!

Incendio Todos

9

17

CIRSOC 201 – Requisitos de Durabilidad

Sulfatos Q3:Cmin = 380 kg/m³ (350 si protegido)

Cumpliendo estos requisitos se espera una Vida Útil de 50 años

[Torrent, 2018]

18

VU que supera 50 años y la “experiencia”

Canal Panamá 100 años

Port of Miami Tunnel 150 años

2nd Gateway Bridge, Brisbane 300 años

Puente Chacao, Chile, 100 años

Túnel S. Gotardo, Suiza 100 años

HK-ZH-M Link, China, 120 años

10

19

?

Modelación de Cl- y CO2, cuál método elegir?

Exp-Ref

20

CIRSOC 201 – Clases de Exposición

Descripción de la Exposición

CIRSOC 201

ACI 318 EN 206 Túneles

Corrosión por Carbonatación A2, A3 C1 XC1, XC2, XC3, XC4 Miami

Corrosión x Cloruros Marinos M1, M2, M3 C2 XS1, XS2, XS3

Corrosión x Otros Cloruros CL C2 XD1, XD2, XD3

Congelación y Deshielo C1, C2 F1, F2, F3 XF1, XF2, XF3, XF4

Ataque Químico Q1, Q2, Q3 S1, S2, S3 XA1, XA2, XA3

Baja Permeabilidad --- P1 ---

Reacción Álcali-Agregado

Incendio

11

21

Carbonatación en TúnelesLa concentración de CO2 aumenta con el tiempo y depende del microclima:

Condición Description CO2 ppmv

Severa Autopistas, áreas industriales o cercanas a emisiones de CO2

700 - 900

Moderada Centro ciudad, áreas urbanas de alta densidad 500 - 600Suave Áreas rurales y urbanas de baja densidad 390 - 450

Muy Severa Túneles 1000 - 1700

[fib, 2006; Salvoldi, 2010; De Fré et al, 1994; Bertolini, 2013;

= � · �

� =2 · � · ��

1.5 ppmv/año

Caso Real: Túnel del Puerto de Miami

Túnel del Puerto de Miami: 1’000 millones USD. VU Proyectada = 150 años

Anillos de 8 segmentos de ~ L = 4.8 m, W = 1.7 m, e = 0.6 m[Torrent et al, 2013]

12

23

Planta Prefabricación: 32 moldes de acero

24

Moldeo de los Segmentos

13

25

Desmolde del extradós y compuesto de curado

26

Desmolde intradós (18 h) + compuesto de curado

El compuesto de curado no se aplicó al intrados!!

14

27

Curado especificado del intradós

1. Curado 72 h en los moldes

2. Desmolde a 18 h + 2 días de curado con agua

3. Desmolde a 18 h +aplicación de compuesto de curado aprobado

No aplicado dada la alta calidad del concreto:a/cm = 0.32; ASTM Type II + GGBFS + Class F PFA

188 + 236 + 47 = 471 kg/m³

Propietario (FDOT) pidió evidencias del cumplimiento de VU (150 años) antes de aceptar los 623 elementos ya producidos

28

623 elementos en vilo + demoras en el proceso de perforado del túnel $$$ + ecología

Elementos cuestionados

15

29

10 elementos de ~ = edad (4 meses) muestreados

E1 E3 E5 E7 E9

E2 E4 E6 E8 E10

72h

18h

Lona colocada 2 días antes del ensayo

30

31 (18-h) + 33 (72-h) ensayos en 2 days, ~ 6 ensayos por elemento

PermeaTORR

Medidor de humedad

Celda

Bomba

Esquema de Ensayo

Sombrillas

16

31

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

Coef. Permeabilidad al Aire kT [10-16 m²]

Fre

qu

en

cia

[-]

72 h (N=33)

18 h (N=31)

kTgm=0.027, sLOG= 0.27

kTgm=0.057, sLOG= 0.24

Análisis estadístico: Log-Normal, mismo sLOG pero KTgm significativamente diferente

32

Significado práctico de la diferencia

0.001 0.01 0.1 1 10 100

Coeff. Air-Permeability kT (10-16 m²)

Permeability Rating

E2

E1

E4

E6

Very Low Low Medium High

Tes

ted

Ele

men

t

72 h

18 h

E5

Very High

E3

E10

E8

E9

E7

kTgm=0.027

kTgm=0.057

17

33

Conclusiones

Los segmentos curados solamente 18 h mostraron valores de kTsignificativamente mayores, en términos estadísticos, que los curados 72 h.

No obstante, la diferencia no fue significativa en términosprácticos, ya que los resultados de ambas muestras cayeron en el ámbito de la misma clase de “Baja Permeabilidad”

Estimación de la profundidad de carbonatación (mm) a 150 añospor distintos métodos:

Dado que en todos los casos la carbonatación estimada << que los 76 mm de recubrimiento, la VU del intradós está asegurada.

CuradokT [10-16 m² ]

Parrott Estructuras existentes

‘Exp-Ref’

72 h (kT= 0.027) 14 38 38

18 h (kT = 0.057) 19 48 57

No se tuvo en cuenta la mayor Cs

34

Conclusiones

Los 623 segmentos ya producidos con 18 horas de curado fueron finalmente aceptados por el Propietario

No obstante, el contratista debió aplicar el compuestode curado al intradós de los elementos fabricadosposteriormente

[Torrent et al, 2013]

18

35

CIRSOC 201 – Clases de Exposición

Descripción de la Exposición

CIRSOC 201

ACI 318 EN 206 Túneles

Corrosión por Carbonatación A2, A3 C1 XC1, XC2, XC3, XC4 Naxberg

Corrosión x Cloruros Marinos M1, M2, M3 C2 XS1, XS2, XS3

Corrosión x Otros Cloruros CL C2 XD1, XD2, XD3 Naxberg

Congelación y Deshielo C1, C2 F1, F2, F3 XF1, XF2, XF3, XF4

Ataque Químico Q1, Q2, Q3 S1, S2, S3 XA1, XA2, XA3

Baja Permeabilidad --- P1 ---

Reacción Álcali-Agregado

Incendio

36

Túnel Alpino de Naxberg (Cantón Uri, Suiza)

Túnel de Naxberg (1980) sobreAutopista A2,

L = 375 m, Altitud ~1’000 msnmCerca de Wassen

19

37

Túnel Naxberg (Clima)

• Por su altitud, el túnel soporta inviernos largos y fríos• La T media anual dentro del túnel es de 8°C• Por ausencia de radiación solar, no hay variaciones

extremas diarias• Por el contrario la HR, con una media anual de 70%,

sufre fuertes variaciones diarias• Esto se debe a la influencia del fuerte viento cálido del

Sur (Föhn), que hace caer fuertemente la HR.

38

T del H

ormigón

a 10 mm

(°C)

Con

sum

o de

sal

(kg/

m²)

Túnel Naxberg (Solicitación ambiental)

[Schiegg et al, 2017b]

20

39

Túnel Naxberg (investigación in situ)

En 1990, a ~ 50 m de la salida N, se abrió un nicho de 4.0x2.5x0.18 m (LxAxE), donde se montaron 32 losetas de 0.5x0.6x0.1 m, fijadas con acero inoxidable, sellando herméticamente las juntas entre losetas.

Las losetas estabanarmadas (con acero común e ‘inoxidable’) y fueroninstrumentadas para su monitoreo.

[Schiegg et al, 2017b]

40

Túnel Naxberg (Tipos de hormigón)

CP

N;

a/c

= 0

.50

CP

N;

a/c

= 0

.35

CP

N+

CV

; a

/c =

0.5

0

CP

N+

HS

; a

/c =

0.5

0

CP

N+

EA

H;

a/c

= 0

.50

CPN; a/c = 0.50

[Schiegg et al, 2017b]

Hid

rófo

bo

21

41

Permeabilidad kT a ~2,5 (EPFL) y 3,5 años (TFB) de exposición

Extracción de testigos entre 1,5 y 13 años de exposición

Túnel Naxberg (Investigación in situ)

42

Túnel Naxberg (Permeabilidad al Aire kT)

Hi

0.001 0.01 0.1 1 10 100

Pla

ca

kTgm±sLOG (10-16 m²)

H1

H4H3H2

G1

F3F1

E1

D3D1

A2A1

Moderada Alta Muy AltaMuy Baja Baja

Hi

[Maître et al, 2002; Jacobs, 2006]

22

43

Túnel Naxberg (variables investigadas)

Periódicamente, sobre testigos o destrucción de las placas:• Profundidad de Carbonatación• Perfil de Cloruros• Corrosión de las barras de acero

[Schiegg et al, 2017b]

Se monitoreó:• Temperatura del Hormigón• T y HR dentro del túnel• Resistividad eléctrica del Hormigón• Potencial de corrosión• Intensidad de corriente de corrosión

44

Túnel Naxberg (Tasa de Carbonatación Kc)

Hi

[Schiegg et al, 2017a]

= � · �

0

1

2

3

4

5

6

A1 E3 G1 G4 H1 H3 H4

Car

bo

nat

ació

n K

c(m

m/a

½)

xc @ 13 años

10 10

5 5

2

5

17

23

45

Túnel Naxberg (Ingreso de Cloruros)

Hi

[Bisschopp et al, 2016]

0

50

100

150

200

250

300

350

A1 D1 E1 F1 G1 H1 H3

Ingr

eso

Clo

ruro

s (

kg/m

²) @ 13 años

46

Túnel Naxberg (% área corroida de barras)

[Schiegg et al, 2017a]

d = 10 mm

0

10

20

30

40

50

60

70

A1 E3 G1 G4 H1 H3 H4

Áre

a C

orr

oíd

a (%

)

@ 13 años

24

47

CIRSOC 201 – Clases de Exposición

Descripción de la Exposición

CIRSOC 201

ACI 318 EN 206 Túneles

Corrosión por Carbonatación A2, A3 C1 XC1, XC2, XC3, XC4

Corrosión x Cloruros Marinos M1, M2, M3 C2 XS1, XS2, XS3

Corrosión x Otros Cloruros CL C2 XD1, XD2, XD3

Congelación y Deshielo C1, C2 F1, F2, F3 XF1, XF2, XF3, XF4

Ataque Químico Q1, Q2, Q3 S1, S2, S3 XA1, XA2, XA3 NEAT

Baja Permeabilidad --- P1 ---

Reacción Álcali-Agregado NEAT

Incendio NEAT

Caso Real: Proyecto AlpTransit (NEAT)

25

49

Localización Geográfica

Túnel de base del Gottardo

Largo: 57 km (record)

Inversión total estimada: CHF 9’700 Millones

Duración: 1999-2017

• Proyecto ferroviarioAlptransit Gottardo

• Zürich-Milan viajeacortado en 1h

• Costo total estimadoCHF 13’200 Millones, 100% fondos públicos

50

Perfiles del Túnel y Hormigones utilizados

ø~9.40m (Faido) / ~9m (Bodio)1)

~1.90m

2 tubos paralelosEstabilización de rocas

1) Diameter of TBM was changed due to increasing pressure inside the mountain

• Shotcrete• ~200’000 m3

• Hormigón Clase B 35/25 y B 40/30

• CEM II/A-L 42.5 R, CEMII/A-D 52.5 R

Banco:• Hormigón In situ• ~100’000 m3

• Clase B 35/25• CEM II/A-L/ 42.5 R

Revestimiento:

• Hormigón In situ• ~560’000 m3

• Clase B 40/30• CEM II/A-D 52.5 R

Piso:• Hormigón In situ• ~350’000 m3

• Clase B 40/30• CEM II/A-D 52.5 R

26

51

Vista de la Planta de Faido

Planta Árido

Planta Hormigón

Clasificación Materiales

52

La cantidad de roca extraída es enorme, unos 23 mio t, de los cuales un 25% se procesan en Amsteg y Faido/Bodiopara uso en el hormigón de la obra

Procesamiento de la roca extraída del túnel

Volumen extraído

equivalente a

unas 5 pirámides

de Cheops

27

53

Rocas muy variables (algunas reactivas) a ser procesadas para su uso en los hormigones

Geólogos seleccionan la roca apta para uso como agregado

Antes del procesamientoDespués del procesamiento

Agregados procedentes de la excavación

54

Modernas Plantas de Hormigón

�2 plantas nuevas de hormigón, vinculadas directamente al sistemaferroviario de transporte

�Plantas gemelas complejas (4 mixers) que requirieron ocuparpersonal altamante capacitado

�Tres turnos de trabajo, 24 horas, 7 días a la semana

28

55

Transporte y Distribución a cargo del Constructor

El sistema de transporte estábajo control del contratista

56

Colocación del hormigón en la solera

29

57

Porqué un sistema de precalificación de mezclas?Condiciones extremas combinadas nunca antes encontradas!

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Kilometer von Erstfeld

2 km de cobertura de la rocaAltas temperaturas

Expectativa de vida útil: 100 años!

Largas distancias de transporte (hasta 20 km)

100 % del agregado proveniente de excavación

Agua fuertemente agresiva para el hormigón y acero

(SO42- y Cl-)

58

Temperatura de la roca en el túnel San Gotardo

Pronóstico

Norte Sur

Realidad

30

59

Sulfatos en el agua en el túnel San Gotardo

AnálisisPronóstico de SO4

2-

LímiteC

on

cen

trac

ión

[pp

m]

Sev

ero

Mod

erad

o

ACI 318

60

Resistencia a los Sulfatos - Concepto

Resistencia

Física

Hormigón de Baja Permeabilidad

Relación agua/cemento máxima Mínimo contenido de cemento Curado efectivo

Resistencia

Química

Cemento resistente a los sulfatos

Se desarrolló un cemento especial para el proyecto, que cumple con todos los requisitos exigidos

31

61

Determinación de la resistencia a los sulfatos

Immersión enNa2SO4 (5 %)

Medición de la expansión

Norma Suiza SIA 262/1-D

62

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Exposición [ días ]

Exp

ansi

ón

[m

m/m

]

Resistencia a Sulfatos de distintos Hormigones

4 años!!

720

32

63

Requisitos básicos de los Productos

Propiedades Hormigón OB1/OB 2

Shotcrete SB1/SB 2

Relación a/c 0.50 0.50

Resistencia temprana a 4h

a 12h

-

5 MPa

3 MPa

-

Resistencia (cubos) a 28 d.

Resistencia (núcleos) a 28 d.

45 MPa

40 MPa

-

36 MPa

Succión Capilar

Penetración de agua a presión

12 g/m2.h

-

-

25 / 20 mm

Resistencia a los Sulfatos (OB2/SB2)

(Prismas y Núcleos)

Sin deterioro a 90 días

0.5‰ (720d)

Sin deterioro a 90 días

0.5‰ (720d)

Requisitos adicionales para prevenir los efectos de la reacción álcali-árido

64

Resultados de Control – OB2 Bodio (2009)

Succión Capilar

33

65

Resultados de Control – OB2 Bodio (2009)

Resistencia a Sulfatos

66

Ensayos de resistencia al fuego a 1350°C

A B

CD

Comparación de Shotcrete con diferentes tipos de agregados

34

67

Prueba de incendio y extinción a escala real

Túnel experimental de Hagerbach

68

CIRSOC 201 – Clases de Exposición

Descripción de la Exposición

CIRSOC 201

ACI 318 EN 206 Túneles

Corrosión por Carbonatación A2, A3 C1 XC1, XC2, XC3, XC4

Corrosión x Cloruros Marinos M1, M2, M3 C2 XS1, XS2, XS3

Corrosión x Otros Cloruros CL C2 XD1, XD2, XD3

Congelación y Deshielo C1, C2 F1, F2, F3 XF1, XF2, XF3, XF4

Ataque Químico Q1, Q2, Q3 S1, S2, S3 XA1, XA2, XA3

Baja Permeabilidad --- P1 --- Subte ‘H’

Reacción Álcali-Agregado

Incendio

35

Caso Real: Línea ‘H’ Subte de Bs.As.

[Di Pace & Calo, 2008]

70

Especificación de Estanqueidad del HormigónEl hormigón usado en las estaciones y en algunosrevestimientos de túneles deben presentar una penetración máxima de 50 mm según el ensayo (EN 12390-8:2000, ‘Testing hardened concrete – Depth of penetration of water under pressure’), similar a IRAM 1554

a/c= 0.4; f’c28 = 31.5 MPa

a/c= 0.6; f’c28 = 23.0 MPa

[Villagrán Zaccardi et al, 2016]

5 atm

36

71

El Problema

Durante el avance de la excavación a profundidadescrecientes, la presión de agua freática resultó superior a lo esperado y surgieron preocupaciones sobre la estanqueidad efectiva del hormigón en las estaciones

Hubo una necesidad urgente de medir la permeabilidadreal del hormigón colocado en las estaciones y revestimiento de túneles

A esos efectos, se decidió efectuar mediciones de permeabilidad al aire kT in situ sobre varios elementosya construidos para verificar su estanqueidad.

72

Ensayos de Permeabilidad al Aire

1a ETAPA

Se efectuaron 130 mediciones de kT

(coeficiente de permeabilidad al aire) en puntos seleccionados al azar de 3 tipos de estructuras:

Soleras Vigas Canales de agua

37

73

130 resultados de kT obtenidos in situ

0.001 0.01 0.1 1 10 100

Coeff. Air-Permeability kT (10-16 m²)

Clase de Permeabilidad

N2

N1

E2

E1

E4

E3

E6

Muy Baja Baja Moderada Alta

Ele

me

nto

En

say

ado

1a Etapa

2a Etapa

E5

Muy Alta

kTgm±sLOG (10-16 m²)

Resultados decepcionantes (sólo 1 elementopresentó en promedio ‘Baja’ Permeabilidad)

74

Ensayos de Permeabilidad sobre probetas

PropiedadMedida

ValorMedido

Caracterización del Hormigón

Máx. Penetraciónde Agua (mm)

47Cumple con las

especificaciones (< 50)

Permeabilidad al Aire kT (10-16 m²)

0,198Clase de Permeabilidad

‘Moderada’

Se detuvo la colocación de hormigón hasta mejorar la situación. Se rediseñó la mezcla que, ensayada sobre probetas de laboratorio, dió:

Se mejoraron las prácticas de colocación y curado y se reinició la construcción, con el objetivo de no superar kT = 0,20 (10-16 m²)

38

75

0.001 0.01 0.1 1 10 100

Coeff. Air-Permeability kT (10-16 m²)

Clase de Permeabilidad

N2

N1

E2

E1

E4

E3

E6

Muy Baja Baja Moderada Alta

Ele

men

toE

ns

aya

do

1a Etapa

2a Etapa

E5

Muy Alta

kTgm±sLOG (10-16 m²)

27 nuevos resultados de kT obtenidos in situ

Sólo 2 de los 27 resultados de la 2a

Etapa superaron el límite buscado de 0,20 10-16 m², resultando en una mejora significativaen la estanqueidad.

76

Línea ‘H’ inaugurada en Set. 2007.

Después de 4 años bajo presiónde agua, no se registraron percolaciones

Comentarios Finales

39

77

Cómo alcanzar alta durabilidad en túneles? Resistencia a la corrosión:• Especificación por prestaciones (modelación > 50 años)• Diseño correcto de la mezcla• Técnicas de ejecución adecuadas, eventualmente

usando Hormigones Especiales (Autocompactantes, Autocurantes)

• Tratamientos superficiales: hidrófobos, barreras al CO2, membranas permeables de encofrado, selladores de poros (p.ej. cristalización)

• Colocación precisa de las armaduras, correctamente fijadas

• Inhibidores de corrosión• Aceros de alta resistencia a la corrosión (‘inoxidables’)• Armaduras no metálicas (problemas propios de

durabilidad)

78

Cómo alcanzar alta durabilidad en túneles? Control de Fisuras:• Hormigones de retracción compensada• Hormigones con fibras• Hormigones conteniendo bacterias que facilitan la

‘cicatrización’ de fisuras

Resistencia al Fuego:• Uso de fibras sintéticas en hormigones ‘impermeables’

Ensayos de Precalificación!!! Especificaciones por prestaciones en Laboratorio e in situ

Temas de un posible futuro Webinar!!

40

79

La Durabilidad de las Estructuras de Hormigón es un tema que afecta y debe preocupar a toda la Industria de la Construcción

Proyectista Contratista

Proveedores de Materiales

Propietario/Usuario

SOCIEDAD

Conclusiones

80

• Bertolini, L., Elsener, B., Pedeferri, P., Redaelli, E. and Polder, R. (2013), "Corrosion of Steel in Concrete: Prevention, Diagnosis, Repair", John Wiley & Sons, 475 p.

• Bisschop, J., Schiegg, Y. and Hunkeler, F. (2016). "Modelling the corrosion initiation of reinforced concrete exposed to deicing salts". Bundesamt für Strassen, Report No. 676, February, 91 p.

• BS 1881-204 (1988). “Testing concrete. Recommendations on the use of electromagnetic covermeters”.

• DBV (2002). "Merkblatt Betondeckung und Bewehrung. Sicherung der Betondeckung beim Entwerfen, Herstellen und Einbauen der Bewehrung sowie des Betons“, DBV Merkblatt, Juli, 32 p.

• De Fré, R., Bruynseraede, P. and Kretzschmar, J.G. (1994), " Air pollution measurements in traffic tunnels", Environ. Health Perspect. 1994 October; 102(Suppl 4): 31–37.

• Di Pace G. and Calo D.(2008). “Assessment of concrete permeability in tunnels”, SACoMaTIS2008, v1, 327-336.

• fib (2006), " Model Code for Service Life Design", fib Bulletin 34, 116 p.

• Jacobs, F. (2006). “Luftpermeabilität als Kenngrösse für die Qualität des Überdeckungsbetons von Betonbauwerken” (in German), Office Fédéral Suisse des Routes, Rapport n. 604, September, 100 p.

• Maître, M. (2002). "Tunnel de Naxberg - Perméabilité à l’air du béton d'enrobage (méthodeTorrent)", EPFL, Rapport d'essais n° MCS 02.09-01, Lausanne, Nov., 9 p.

• Mehta P.K. (1991). “Durability of Concrete – Fifty Years of Progress?”, ACI SP-126, Vol. I, 1-30.

• Salvoldi, B.G. (2010), "Modeling the carbonation of concrete using early age oxygen permeability index tests", MSc Thesis, Univ. Cape Town, South Africa, Dec 2010, 177 p.

Referencias

41

81

• Schiegg, Y., Bisschop, J. and Von Greve-Dienfeld, S. (2017a). “Monitoring rebar corrosion propagation in concrete – Results of the Naxberg field experiment after 12 years”. EUROCORR

2017.

• Schiegg, Y., Hunkeler, F. and Keller, D. (2017b). “Massnahmen zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit –Fortsetzung des Feldversuchs Naxbergtunnel“. ASTRA Bericht Nr. 683, Bern, Schweiz, 159 p.

• Torrent, R.J. (2018). “Bridge durability design after EN standards: present and future”. Struct. & Infrastruct. Engng., DOI: 10.1080/15732479.2017.1414859, 14 p.

• Torrent, R., Armaghani, J. and Taibi, Y. (2013). "Evaluation of Port of Miami Tunnel Segments: Carbonation and service life a-site air“. Concr. Intern., May, 39-46

• Torrent, R., Denarié, E., Jacobs, F., Leemann, A. and Teruzzi, T. (2012). "Specification and site control of the permeability of the cover concrete: the Swiss approach", Materials and Corrosion , v63, n 12, December,1127–1133.

• Tuutti, K. (1982). “Corrosion of steel in concrete”. Research report No.4.82. Swedish Cement and Concrete Research Institute (CBI), Stockholm.

Referencias