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Control de calidad enRehabilitación de estructuras de

concreto

Carlos Arcila López

Duralab SAS

Control de calidad de trabajos de rehabilitación

Ing. Carlos Arcila LópezDURALAB [email protected]

Introducción

• Rehabilitar una estructura es un trabajo más demandante que construir una nueva.

• No estamos educados para rehabilitar, solo para diseñar y construir estructuras nuevas.

• Rehabilitar implica el trabajo conjunto de diseñadores, patólogos y técnicos con experiencia en sistemas de rehabilitación y una mano de obra calificada; para no hablar del equipamiento requerido, que en ocasiones no es de uso común en construcción.

Metodología para la Rehabilitación

• Y sin meternos con el tema de la intervención de estructuras que son patrimonio arquitectónico, y que causan tantos dolores de cabeza a los técnicos por las restricciones de tipo estético y patrimonial.

Metodología para la RehabilitaciónEvaluación 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

Problemática de la Rehabilitación

• Escoger materiales para una exitosa rehabilitación y aplicarlos correctamente es también una ardua tarea.

• No existe mucho material técnico que abarque el control de la aplicación y la recepción de la obra de rehabilitación terminada.

• El equipamiento requerido para efectuar los controles y pruebas tanto de laboratorio como de obra, es escaso, costoso y su manejo requiere experticia, en especial a la hora de interpretar los resultados.

• Muy poca investigación se adelanta en nuestros países sobre este tema.

Metodología racional: algunos consejos

• Usar productos de rehabilitación que cumplan con una normativa internacional, ante la carencia de normativa local.

• EN 1504 es una muy buena alternativa como guía para saber qué evaluar o qué pedir como prestación a un producto o a un sistema.

• International Concrete Repair Institute(ICRI) es también una buena alternativa en sistemas de preparación de superficie, reparaciones superficiales, reparaciones profundas, inyección de grietas. etc.

• Asesorarse por expertos en materiales y sistemas de rehabilitación

Pasos comunes en Rehabilitación

• Supongamos, para facilitar la introducción al tema, que vamos a rehabilitar una estructura afectada por corrosión.

• Es muy importante que se haya adelantado una buena evaluación donde se haya determinado la causa del problema y el grado de deterioro, para encontrar así una adecuada estrategia de rehabilitación y no terminar unos años después “reparando” la reparación.

Se encuentra por ahí….• “El 25 % de los propietarios y gestores de

infraestructuras quedan descontentos con el comportamiento de los materiales de protección y reparación empleados en un plazo de 5 años después de su aplicación, el 75% quedan descontentos después de 10 años !”

Fuente: CONREPNET, Noviembre 2004.“

http://www.bre.co.uk/

Pero es sólo la culpa de un producto?

• Inadecuada preparación de superficie

• Equivocada escogencia del sistema o del producto

• Ausencia de un adherente cuando se requiere o mal uso del mismo

• Deficiente aplicación del producto de reparación

• Ausencia de curado

• Aplicación mientras la estructura está en servicio

Fuente Vector Technologies

Confundimos “reparar” o hacer “parcheos” con “rehabilitar”

ReparacionesNuevas zonas a intervenir

Dónde se origina el problema?

➢Métodos de levantamiento de lesiones con el que se pretende cuantificar, al terminar la labor de campo, las cantidades de obra necesarias para reparar, reforzar, proteger.

Levantamiento de lesiones


1. Sanear concreto y proveer un adecuado perfil de anclaje.

2. Proteger el acero nuevo contra la corrosión

3. Reestablecer la sección4. Sellar fisuras5. Reforzar la estructura6. Proteger contra ataques

posteriores


1. Sanear concreto y proveer un adecuado perfil de anclaje.

elosa

e reparar

Sanear concreto :

➢ Puede ser necesario retirar una capa de concreto contaminada con sales!

➢ En la evaluación debió haber quedado definido el contenido de cloruros a diferentes profundidades (perfil de cloruros) y debe tener claro el especialista cual es contenido de cloruros remanente admisible para determinar el espesor a retirar.

➢ Esto dependerá de si va a haber o no recarga de cloruros!

Concreto contaminado con sales

Contenido de cloruros: ➢ La toma de muestras se hace

despreciando el primer milímetro de concreto y luego tomando al menos dos muestras: una que cobije hasta la mitad del recubrimiento y la otra hasta la profundidad del recubrimiento de acero principal.

➢ Nota: Debe recordarse que el contenido de cloruros y sulfatos se relaciona siempre al peso del cemento de la mezcla, por lo que debe incluirse también esta determinación al hacer evaluaciones.

Concreto contaminado con sales

• Sanear concreto y proveer un adecuado perfil de anclaje.

Perfil de anclaje

Fuente: ICRI

• ICRI’s CSP Profiles 1-9

Métodos de preparación de superficie y las rugosidades que se obtienen (ICRI)

Lavado con agua a baja presión

Requerimientos de rugosidad dependiendo del tipo de material a aplicar a la estructura (ICRI)

• Proteger el acero nuevo contra la corrosión y repasivar el acero viejo

ASTM E488 / E488M - 15

Standard Test Methods for Strength of Anchors in Concrete Elements

Rehabilitación de un elemento de concreto

• Proteger el acero nuevo contra la corrosión.


Ampliación de un puente en Vancouver Vector Technologies

• Reestablecer la sección


< 7,5cm >


➢Más de 7,5cm: concreto lanzado.

Ensayo de tracción directaValor a alcanzar?10-15-20 kg/cm2

Tipo de falla:➢ Por la pega➢ Falla del

concreto

Nota: Con concreto lanzado no se requiere puente de adherencia



➢Más de 7,5cm, Concreto autocompactante)



concreto

Nota:Si se va a reparar la cara inferior de una losa con Concreto Autocompactante o con grout no se debe aplicar puente de adherencia epóxico. La exudación puede impedir la pega.

Substrato

Concreto fluido o grout


➢Más de 7,5cm, Concreto autocompactante, grout)

Nota:Nunca dejar sobresalir un relleno con grout de contracción controlada (expanden). Lo que sobresalga tiene alto riesgo de fisurarse por falta de restricción a la expansión (confinamiento)

Five stars

expertosengrouts


➢Capa de concreto sobre un concreto existente.

➢Espesor<7,5cm

➢Uso de un mejorador de adherencia epóxico Ensayo de

compresiónValor a alcanzar?15-20 kg/cm2


concreto➢ Falla mixta

ASTM C882 / C882M - 13a

Standard Test Method for Bond Strength of Epoxy-Resin Systems Used With Concrete By Slant Shear

ENSAYO DE LA PEGA EPÓXICA

Puente de adherencia epóxico

Prueba del adherente

Epóxica : 130%Sin adherente: 100%


➢Capa de concreto sobre un concreto existente.

➢Espesor<7,5cm

➢Uso de un mejorador de adherencia epóxico

Ensayo de tensión directaValor a alcanzar?15-20 kg/cm2


concreto➢ Falla mixta

Prueba para recepción

• Reestablecer la sección➢Menos de 7,5cm:

mortero

➢ Gran adherencia al soporte

➢ Fraguado rápido➢ Alta resistencia al

fisuramiento (fibras)➢ Alta resistencia a la

flexión➢ Capacidad de usarse en

estructuras sometidas a cargas dinámicas (en uso)

➢ Baja permeabilidad➢ Baja contracción

• Reestablecer la sección➢Menos de 7,5cm:

mortero



concreto

Pull off Test

ASTM C1583 / C1583M - 13

Standard Test Method for Tensile Strength of Concrete Surfaces and the Bond Strength or Tensile Strength of Concrete Repair and Overlay Materials by Direct Tension (Pull-off Method)

Resistencia a tracción o al arrancamiento

20 kg/cm2 o hasta la falla del concreto

Falla Cohesiva sustrato

Falla Mixta

Falla Adherencia sustrato-adhesivo

Material a adherirPuente de Adherencia

Sustrato

Importante en esta prueba de adherencia a tracción:➢ Tipo de falla➢ Nivel de esfuerzo

Preparación de superficie

➢Una inapropiada preparación de superficie, aunque “al ojo este bien”, puede significar pérdida de adherencia

• Sellar fisurasEntender la causa de la fisura primero, después intervenirla!

➢Ancho de la fisura, longitud➢Atraviesa la sección?➢Es de esquina?➢Ambiente: marino?➢Ambiente industrial, urbano?➢Manchas de óxido?

Fuente: Concrete Repair, R. Engelfriede

• Sellar fisuras

NTC 5551: Durabilidad estructuras de Concreto

Clase Tipo exposición Subclase Tipo de procesoAncho máx Grieta (mm)

1 Ningún riesgo 1.1 0,4

2 Corrosión por carbonatación 2.1 Humedad alta 0,3

2.2 Humedecimiento-secado 0,32.3 Humedad media 0,3

3 Corrosión por cloruros 3.1 Sumergida 0,3

3.2 Aérea 0,33.3 Zona de cambio de marea 0,2

4Corrosión por cloruros de origen no marino

4.1 Humedad moderada 0,3

4.2 Humedad alta 0,34.3 Humedecimiento-secado 0,2

5 Ataque por hielo -Deshielo 5.1 0,2

6 Ataque químico 6.1 Débil 0,26.2 Medio 0,26.3 Fuerte 0,2

7 Erosión/ Desgaste 7.1 0,4

Ancho máximo permisible de grietas dependiendo del tipo de exposición

Medidores de fisuras

0,15mm igual a 0,25mm?

Algunos comentarios

• Fisuras por debajo de 0,2 mm no tienen incidencia en la durabilidad de las estructuras convencionales, ni siquiera en ambiente marino.

• En estructuras pretensadas el agrietamiento siempre será un asunto serio y se requiere análisis de especialistas sin importar el ancho de la fisura

• En tanques las fisuras afectan la funcionalidad (estanqueidad!) y con el tiempo conducen a corrosión localizada.

• Sellar fisuras

ACTIVAS?➢ Sellar con material

deformable que acompañe el movimiento

➢ Importante la preparación de la zona a sellar, la escogencia del material de sello, ver si requiere o no un imprimante.

➢Definir la vida útil y el programa de mantenimiento. La mayor parte de los materiales de sello no duran más de 5 años!

• Sellar fisuras

SIN MOVIMIENTO, NO CONTINUA?➢ Reparar mediante regata y

reparación con material cementoso

• Sellar fisuras

SIN MOVIMIENTO Y CONTINUA?➢ Inyectar con resinas epóxicas

de baja viscosidad, metacrilatos, etc

➢ Importante la preparación de la fisura, la escogencia del material de inyección, la presión de inyección y el equipo a usar.


• Sellar fisuras

PROCEDIMIENTO➢ Perforar a intervalos de 30cm aprox

e instalar los puertos de inyección➢ Sellar la superficie superior e inferior

de la fisura con gel o mortero epóxico

➢ Hacer circular aire para confirmar continuidad

➢ Inyectar desde el unto más bajo e ir cerrando puertos a medida que se llena la fisura

• Sellar fisuras

• Control de la aplicación con ultrasonido

➢ Lecturas de velocidad de pulso antes de sellar

➢ Después de sellar➢ La velocidad tendrá

que aumentar considerablemente si el sello fue efectivo.

➢ Si se requiere un testigo se mide en otro lugar de la misma estructura no fisurado

Mediciones de velocidad de pulso ultrasónico

NTC 4325 – INGENIERIA CIVIL Y ARQUITECTURA. METODO DE ENSAYO PAR LA DETERMINACION DE LA VELOCIDAD DE PULSO ULTRASONICO A TRAVES DEL CONCRETO. Antecedente BS 1881 Parte 203

Mediciones de velocidad de pulso ultrasónico

1 1´

2 2´

3 3´

25

Tiempo Distancia Velocidadms cm m/s

1-1´ 149 60 4,027

2-2´ 298 60 2,013

3-3´ 152 60 3,947

1-3´ 420 78.1 1,860

1´-3 389 78.1 2,008

Trayectoria

60

25

c= 150(4T12 – T2

2)/ (T22 – T1

2)

T1= tiempo para X=150mmT2= tiempo para x=300mm

X=150mmX=300 mm

Nota: puede volverse a usar esta técnica después de inyectar para corroborar que quedó llena la fisura. En este caso C tiende a cero.

Control de la inyección

Extracción de núcleos sobre la zona inyectada (f=2”)

Prueba de los núcleos en campo

Prueba de los núcleos en laboratorio

Protección de una estructura de concreto

Existen numerosos tipos de recubrimientos, calidad, durabilidad

➢ Se busca aislar el concreto de su entorno

➢ Protegerlo del ingreso de agua➢ Protegerlo del ingreso de gases➢ Protegerlo del ingreso de sales➢ Protegerlo del ataque de ácidos➢ Protegerlo de la abrasión➢ Decorarlo de paso

Protección superficial• Recubrimiento

Água

Cl -

SO3-

CO2

Cuál de los agresores pasa dependerá del tipo de recubrimiento, de su composición química, de su estructura, del vehículo que emplee y del espesor.

Iniciación Propagación

Límite aceptable de deterioro

Retardo del inicio del deterioro

Vida útil de servicio

Tiempo

Det

erio

ro

Eva

luac

ión

Extensión de la vida útil

Tratamientos protectores

Daños en Recubrimientos poliméricos. Dr. Robert Engelfried, Universidad de Dortmund

Repelente de agua

Recubrimiento acrílico

Recubrimiento epóxico

Hidrofugante Revestimiento Barrera

Tratamientos protectores• Aplicación de hidrófugos :

Ensayo de absorción con la pipeta de Karsten

No controlan entrada de agua a presión,sales disueltas ni CO2

Tratamientos protectores

Las siliconas no modifican la red porosa del concreto, por

dicha razón tampoco se modifican su permeabilidad ni su

resistencia a la difusión de gases (O2, CO2,etc)

Daños en Recubrimientos poliméricos. Dr. Robert Engelfried,

Universidad de Dortmund

Repelente de agua

Tratamientos protectoresAplicación de hidrófugos :

No controlan entrada de agua a presión,salesdisueltas, ni CO2

La Técnica de proteger el concreto

Recubrimiento asfáltico modificado

Proteger el concreto contra el ingreso de agresores

Reparaciones superficiales

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

protector

Puenteo de grietas

Planta Tratamiento Aguas Negras

Estructura donde el frente de carbonatación está llegando al acero

Capacidad de un recubrimiento para evitar o frenar la penetración de agua y de gases

La normativa europea considera que un recubrimiento protege de la carbonatación si su espesor equivale a 50 m de capa de aire

Factor μ = indica, para cierto espesor de recubrimiento, cuántas veces más grande es la resistencia a la difusión de un gas.

Multiplicando el factor μ (adimensional) por el espesor del recubrimiento se encuentra el espesor de la capa de aire equivalente, que tendría que atravesar el CO2 para alcanzar el concreto.

Ea = μCO2 x Erecubrimiento

Esto indica que basta un espesor de película seca de 50 micras de un producto con μ de 1,0 x 106 para controlar carbonatación.

Capacidad de un recubrimiento para evitar o frenar la penetración de agua y de gases

Valores del factor μ de algunos recubrimientos y materiales

Material μCO2 μH2ORevoque de mortero de cemento 64 15Placa de fibrocemento 500 50Pintura mate de polimeros acrílicos en dispersión 1,4.105 290Barnizmate de polimeros acrílicos en dispersión 3,4.106 3500Esmalte de poliuretano de 2 componentes 21,0.106 12850Esmalte Epóxico de 2 componentes 17,0.106 135000Revestimiento epoxi 2 componentes 100% sólidos 17,0.106 168000

Tomado de “Protección y Reparación de estructuras de Hormigón” de Manuel Carbonell Masy

Debe observarse que a medida que aumenta el μCO2 aumenta también el μH20 es decir empieza a presentarse dificultad para la difusión de vapor de agua!

Ensayos de Carbonatación Acelerada

Ante la imposibilidad de probar en vivo la estructura en corto tiempo podemos probar el concreto y el concreto recubierto

Ensayos de Carbonatación

Acelerada

Concreto recubierto con una barrera de CO2.

Preservar la pasividad

Algunas precauciones con el uso de recubrimientos

➢Tener en cuenta que algunos pueden frenar la difusión de humedad

➢NO debo encapsular concreto que está húmedo, aparecen ampollas

➢ Sólo puedo recubrir, entonces por un solo lado, donde está el agua, la otra cara debe poder “respirar”

Recubrimiento con alta resistencia a la difusión de CO2

No hay obstrucción, porque no hay difusión de vapor de agua

Puente autopista

Fuente: R. Engelfriede

Recubrimiento con alta resistencia a la difusión de CO2

Existe el riesgo de obstrucciónLa resistencia de difusión puede ser limitada


Protección contra la carbonatación y puenteo de fisuras

Planta Tratamiento Aguas Negras (estructura fisurada)

Puenteo de fisuras (no se calcan)Protección contra la carbonatación y el ingreso de humedad

Recubrimiento

Concreto original

Medición del espesor de película húmeda

Algunos ensayos en recubrimientos

ASTM D7234 - 12

• Standard Test Method for Pull-Off Adhesion Strength of Coatings on Concrete Using Portable Pull-Off Adhesion Testers

La adherencia del recubrimiento es también importante.Por eso es bueno evaluar su poder de pega!

Medida del espesor de película seca en la superficie del concreto

Galga de inspección de pinturaPIG


Prueba de cuadrícula

Prueba adherencia en X

Adherencia a tracción

Cuadrícula: recubrimientos flexiblesCorte en X: recubrimientos rígidosTracción: grandes espesores

Cuando aplicarlas?


Reacción anódica

Fe ----> Fe +2 + 2e-

Despasivación del refuerzo

CARBONATACIÓN

CLORUROS

ANODO CATODO

Ingreso de Oxígeno y agua

O2 H2O

Reacción catódica1/2 O2+ H2O + 2e- --->2OH-

e-

Casa de máquinas hidroeléctrica

Rehabilitación corrosión por cloruros

Medición del Potencial de corrosión

Interpretación de mediciones de resistividadResistividad

eléctrica ohmios.m

superior a 1000 Despreciable

entre 500 y 1000 Pequeño

entre 100 y 500 Moderado

inferior a 100 Elevado

Riesgo corrosión

RCPT: Prueba de permeabilidad rápida cloruros

•Útil para comparar diseños de una manera rápida (6 H) y confiable

•No permite la interacción cemento y cloruros por su rapidez

•La probeta entra a la prueba saturada, no hay absorción!

•La fuerza impulsora es la diferencia de potencial eléctrico entre electrodos

ASTM 1202-97 “Electrical indication of Concrete´s Ability to Resist Chloride Penetration”Es una prueba de conductibilidad eléctrica, si pasa agua pasan cloruros y pasa la carga eléctrica al otro lado

Interpretación de resultados de permeabilidad rápida cloruros (RCPT)

Carga que pasó en (Coulombios)

Facilidad de penetración de

clorurosCorrespondencia

> 4000 Alta a/c>0,62000-4000 Moderada a/c>0,4 a 0,51000-2000 Baja a/c<0,4 100-1000 Muy Baja Recubrimiento acrílico

<100 Despreciable Recubrimiento epóxico

ASTM 1202-97 “Electrical indication of Concrete´s Ability to Resist ChloridePenetration”

Carga que pasó en (Coulombios)

Facilidad de penetración de

clorurosCorrespondencia

> 4000 Alta a/c>0,62000-4000 Moderada a/c>0,4 a 0,51000-2000 Baja a/c<0,4 100-1000 Muy Baja Recubrimiento acrílico

<100 Despreciable Recubrimiento epóxico

Comentarios finales…..Rehabilitar estructuras es una tarea ardua, para especialistas!Armas para enfrentar es atarea:Muy buen conocimiento del concreto y sus problemasMuy buenos conocimientos de materiales de rehabilitaciónMuy buen asesoramiento cuando hay dudas…no meternos solos!Tener un buen estructural al lado!Y pensar mucho!!!!

Alternativas, costo, plazos, riesgo de falla y consecuencias!Tratar de instrumentar muy bien la fase previa de patología y la final de recepción.

ENSAYAR soluciones, ver su adaptabilidad al proyecto.

Y aprender de las fallas….y contarlas para que otros no las repitan….de eso se trata este negocio!

Compresión

Flexión

Gracias por su atención!

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