Patologia En Puentes De Concreto E Importancia De Su Inspeccion.docx

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INDICE 1.

INTRODUCCION............................................................................................................................... 1

2.

OBJETIVO......................................................................................................................................... 2

3.

PATOLOGIAS Y ANOMALIAS FRECUENTES EN LOS PUENTES ........................................................ 2 3.1 Aspectos de durabilidad ....................................................................................................... 2 3.2 Aspectos Estructurales ........................................................................................................ 4 3.3 Aspectos funcionales ........................................................................................................... 4

4.

METODOLOGIA Y DESARROLLO (ESTUDIO DEL CASO) .................................................................. 5 4.1 Descripción de la obra ......................................................................................................... 5 4.2 Áreas de estudio para ensayos .......................................................................................... 6 4.3 Ensayos de Campo y Laboratorio ...................................................................................... 8

5.

RESULTADOS OBTENIDOS............................................................................................................. 11

6.

CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 14

7.

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................... 15

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1. INTRODUCCION Según el concepto de durabilidad de estructuras, una estructura de concreto debe ser proyectada, construida y operada de tal forma que, bajo condiciones ambientales esperadas, ella mantenga su seguridad, funcionalidad y apariencia aceptables durante un periodo de tiempo, sin la necesidad de elevados costos y reparo. Entendiéndose que la durabilidad de una estructura es función de ciertos parámetros básicos, como: características constructivas, que son traducidas por las diversas etapas de ejecución de una estructura (planeamiento/proyecto, especificación de materiales, ejecución correcta y establecimiento de procedimientos de mantenimiento específicos); de la agresividad ambiental; de los criterio de desempeños deseados para la construcción, los cuales dependen de su finalidad y del tiempo de vida útil requerida para una estructura en particular. La conciencia y la preocupación con la durabilidad

de

las

estructuras

de

concreto

son

cuestiones

razonablemente recientes en la industria de la construcción civil que modifican la creencia del pasado de que tales obras podrían ser eternas. Las acciones ambientales y de utilización asociada a las factores inherentes a la concepción y al proyecto de la estructura, a los materiales y a las condiciones de ejecución provocan los procesos de envejecimiento, daños y/o obsolescencia que reducen la capacidad de las obras de arte de atender los requisitos de utilización, o sea, funcionalidad, seguridad estructural y durabilidad.

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PATOLOGIA EN PUENTES DE CONCRETO E IMPORTANCIA DE SU INSPECCION 2. OBJETIVO 



Mostrar las patologías más significativas que se presentan en los puentes de concreto armado y protendido a pos construcción con foco específico en los aspectos de durabilidad y de forma general en algunos aspectos estructurales y funcionales visualizando el porqué de la importancia de su inspección. Como objetivo específico se busca evaluar las manifestaciones patológicas existentes y definir diagnóstico, pronóstico y recomendaciones de intervención de un estudio de caso.

3. PATOLOGIAS Y ANOMALIAS FRECUENTES EN LOS PUENTES 3.1

Aspectos de durabilidad a) Corrosión de las armaduras El consumo de las barras de acero afectadas por corrosión provoca la reducción de la sección resistente de las barras y su ductilidad. Los productos de corrosión producen la fisuración y el deterioro del cubrimiento del concreto que reduce la sección resistente de la pieza y la adherencia entre el acero y el concreto; tales consecuencias pueden reducir la capacidad portante de la obra, causando fisuras frágiles, especialmente en obras de concreto protendido. Las principales causas de la despasivación de las armaduras de acero y consecuente corrosión son la reducción del pH del concreto por carbonatación, lixiviación, lluvias acidas y el ingreso de iones cloratos llagando a la armadura.

Corrosión severa en vigas

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b) Fisuración del concreto Las fisuras son problemas patológicos más frecuentes en estructuras de concreto y puede ser a causa de otros problemas (como la corrosión localizada en barras atravesadas por la fisura), también se da por retracción plástica e hidráulica generada por los esfuerzos de tracción, provocada en la superficie de concreto en las primeras edades, cura deficiente, variación de temperatura, ataques químicos, sobrecargas, errores de proyecto y de ejecución, recalques diferenciales.

Fisuración viga principal de un puente

c) Lixiviación y eflorescencia de concreto La lixiviación del concreto es el proceso de disolución de los productos solubles (principalmente protlandita) de la matriz del cemento hidratado para superficie externa del elemento de la estructura debido a la infiltración del agua. Ocurre preferentemente donde hay acumulo de agua por deficiencia de drenaje y concretos muy porosos o fisurados. Las infiltraciones de agua por las fisuras lixivian las superficies del concreto dejando manchas blancas en la superficie externa resultando de la reacción del hidróxido de calcio del cemento hidratado con el gas carbónico de la atmósfera.

Lixiviación en el tablero del puente

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d) Reacciones expansivas en el concreto Ataque por sulfatos, el concreto en contacto con suelos que estén contaminados por iones sulfatos puede sufrir reacciones expansivas. La reacción álcali-agregado, agregados con constitución mineralógica potencialmente reactiva tales como algunos silicatos, silica y carbonatos con estructura cristalina deformada pueden estar relacionados a reacciones expansivas al concreto en medio alcalino y con disponibilidad de humedad.

Reacción álcali agregado

3.2

Aspectos Estructurales Principales ocurrencias:  Fisuración del concreto por esfuerzos de tracción, cizallamiento, flexión, torsión, esfuerzos combinados, deformaciones lentas de las armaduras y del concreto, sobrecarga, perdida de protensión, etc.  Vibración excesiva y/o deformaciones excesivas del tablero.  Deterioración de los neoprenes: esmagamiento, distorsión, rasgado, placas corroídas, obstrucción o bloqueo por concreto.

Fisuras de flexión

3.3

Aspectos funcionales Principales ocurrencias:  Deterioro del pavimento: fisuración del pavimento debido a la deformación excesiva de la superestructura o la movimentación (recalque) de los terraplanos en los encuentros, fallas ejecutivas, sobrecargas, etc.  Deterioro de las juntas de dilatación: fallas de la instalación y mantenimiento. CONSTRUCCION DE EDIFICACIONES II

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Drenaje del tablero deficiente, dañificadas, o inexistentes: buzinotes cortos y/o obstruidos, caimientos insuficientes, etc. Inestabilidad y/o erosiones de los taludes y terraplenos de los encuentros. Recalque de los terraplenos debido al adensamiento o pérdida de suelo confinado debajo de las cortinas y muros de ala.

4. METODOLOGIA Y DESARROLLO (ESTUDIO DEL CASO) 4.1

Descripción de la obra La inspección detallada fue realizada en el puente sobre el rio Bubú de luz 70 m, que se sitúa en el kilómetro 07+250 del ramal de Porto Velho de la estrada de Ferro Vitória-Minas, en el municipio de Cariacica-Espirito Santo, Brasil. Superestructura: Sistema estructural longitudinal en viga continua, sistema estructural transversal en losa sobre dos vigas; número de tramos cuatro; losa monolítica con balanzos laterales; vigas principales sección transversal constante en los tramos y aumento de altura en los apoyos intermedios; vigas secundarias de apoyo con alturas iguales que las vigas principales, y vigas transversales secundarias en los tramos con menores alturas que las vigas principales. Meso-estructura: dos pilares por apoyo, tres apoyos; vigas de travamento (ligación) en los pilares de casa apoyo; apoyos en los extremos (estribos) de articulación fija tipo péndulo, apoyos en los pilares intermedios articulación móvil tipo placa de chumbo. Infra-estructura: Tubulones de apoyo uno sobre cada pilar; cuatro tubulones en cada extremo (dos sobre los apoyos extremos de la superestructura y dos para la sustentación de los muros de arrimo y de alas). Obra con superestructura, meso-estructura e infra-estructura, de concreto armado moldado “in loco” con formas brutas.

Perfil longitudinal, planta de la estructura

Vista lateral, Noroeste

Vista lateral, Sudeste

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4.2

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Áreas de estudio para ensayos La corrosión de las armaduras tiene ocurrencia preferencial en las fases externas (expuestas al sol, lluvia viento, etc.) de las vigas principales y en la fase inferior de las mismas (tramos y apoyos). Por esto identificaron las regiones que presentan más deterioración para el estudio y que permita el acceso para la realización de los ensayos. El plano de regiones propuesto caracterizo los parámetros que condicionan la termodinámica y la cinética de los procesos corrosivos y se identificó los limites en que se sitúan los resultados de las áreas dañificadas y sanas. Las áreas seleccionadas para estudio son indicadas a continuación, (tabla No 1):

Localización de las áreas seleccionadas de estudio detallado

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AREA

LOCAL

DIRECCIÓN

CARA

A1

VL1 (tramo 4)

Externa SE

Lateral y fondo

A2

VL1 (tramo 2)

Externa SE

Lateral y fondo

A3

VL1 (tramo 2)

Externa SE

Lateral

A4

VL1 (tramo 1)

Interna SE

Lateral y fondo

A5

VL2 (tramo 2)

Interna SE

Lateral y fondo

A6

VL2 (tramo 2)

Externa NO

Lateral y fondo

A7

VL2 (tramo 3)

Externa NO

Lateral y fondo

A8

VL1 (tramo 3)

Externa SE

Lateral y fondo

PROBLEMAS EXISTENTES Reparo profundo, fisuras, destacamento del concreto, corrosión, nidos de concretado. Fisuras longitudinales, destacamento del concreto, corrosión. Reparo superficial (base). En buen estado (Referencia para comparación). En buen estado (Referencia para comparación). Reparo, fisuras longitudinales, destacamento del concreto, corrosión, nidos de concretado. Reparo profundo, fisuras, destacamento del concreto, corrosión, nidos de concretado. Reparo profundo, fisuras, destacamento del concreto, corrosión, nidos de concretado.

Tabla No 1: Descripción de las áreas de estudio detallado

Los ensayos y medidas fueron realizados en porción inferior de las vigas principales (lateral y fondo), siendo estudiados los estribos (ø=16 mm 5/8”) y las armaduras principales de flexión (ø=25 mm 1”).

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4.3

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Ensayos de Campo y Laboratorio a) Localización de armaduras y cubrimientos de concreto Para localizar los valores y determinar los valores de cubrimientos de concreto sobre las mismas se utilizó un pacómetro. Para análisis estadísticas de resultados, fueron efectuadas 10 lecturas de espesura de cubrimiento en la fase lateral y 10 en el fundo de las vigas principales para estribos y 20 lecturas de cubrimiento para armaduras principales de flexión en el fondo de las ligas.

Uso de pacómetro para determinación de cubrimiento

b) Profundidad de Carbonatación del concreto La medida de la carbonatación del concreto fue realizada en la superficie recién fracturada del concreto seco. Empleándose los indicadores químicos fenolftaleína (pH en rango entre 8.3 a 9.3), timolftaleína (pH en rango entre 9.3 a 10.0). Para análisis estadísticas de la profundidad de carbonatación indicamos tres condiciones de exposición distintas (micro-climas):  Fase externa de la viga principal VL1, fase SE (sol por la mañana/viento por la tarde).  Fase externa de la viga principal VL2, fase NO (sol por la tarde/viento por la mañana).  Fase interna de las dos vigas principales (abrigadas por el sol, lluvia y viento).

Profundidad de carbonatación

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c) Resistividad eléctrica del concreto La resistividad eléctrica superficial del concreto fue evaluada por el método de los cuatro electrodos. Las lecturas fueron realizadas siempre sobre el concreto original de la estructura. El criterio CEB 192 (Comité Eurointernacional de Béton), para evaluación de resultados por el método de los cuatro electrodos se da, (tabla No 2): Resistividad eléctrica del concreto (k.cm) <5

Tabla

Probabilidad de Corrosión

Nota

Muy Alta

1

5 a 10

Alta

2

10 a 15

Moderada

3

15 a 20

Baja

4

>20

Despreciable

5

No

2: Criterio CEB 192, método 4 electrodos

Resistividad eléctrica

d) Corriente de corrosión por resistencia de polarización Para la medida instantánea de corrosión por este método fue realizado el equipamiento GECOR6. Para realizar el ensayo es necesario efectuar contacto eléctrico con las armaduras y seleccionar un trecho de barra para ser polarizada y tener la corriente de corrosión estimada. Los resultados serán evaluados por el criterio del CYTED (Programa Ibero-americano de ciencia y Tecnología para el Desenvolvimiento), (tabla No 3). Corriente de Corrosión (mA/cm2) >1.0 0.5 a 1.0 0.1 a 0.5 <0.1

Intensidad de Corrosión

Nota

Muy Alta Alta Baja o Moderada Despreciable

1 2 3a4 5

Tabla No 3: Criterio CYTED, corrosión por polarización

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Resistencia por polarización

e) Reducción de sección transversal de las armaduras La reducción máxima de la sección de las armaduras nos da informaciones sobre la profundidad del ataque y sobre capacidad resistente residual de la estructura, siendo importante su determinación para fines de evaluación de seguridad estructural. El criterio de evaluación de la reducción máxima de sección transversal se basó en las recomendaciones del CEB, (tabla No 4). Reducción máxima de sección transversal (%) Acero seccionado 10 a 25 5 a 10 0a5 0

Grado o deterioración

Nota

Muy Fuerte Fuerte Intenso Medio Inicial

1 2 3 4 5

Tabla No 4: Reducción de sección de armadura

f) Penetración de iones cloretos La presencia de cloretos en el concreto de mayores concentraciones provoca la despasivación de las armaduras y el inicio del proceso corrosivo. El criterio adoptado para el análisis de los resultados de penetración de cloretos fue estadístico, basado en la teoría de la confiabilidad, (tabla No 5). Probabilidad de Despasivación de armaduras (%) >50 40 a 50 25 a 40 10 a 25 0 a 10

Nota 1 2 3 4 5

Tabla No 5: Criterio para evaluación de penetración de cloretos

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5. RESULTADOS OBTENIDOS a) Localización de cubrimiento del concreto Los resultados de cubrimiento del concreto indican que a pesar de los valores de cubrimiento lateral de los estribos son elevados y adecuados para garantizar protección a las armaduras, eso no ocurre con el recubrimiento del fondo de los estribos y armaduras principales, (tabla No 6). b) Profundidad de Carbonatación del concreto Se nota que especialmente en el fondo de las vigas principales (estribos y armaduras de flexión), las armaduras se encuentran carbonatadas. El proceso de carbonatación no es el principal agente causador de la corrosión generalizada observada en la estructura, siendo considerado agente agravante, (tabla No 7). c) Resistividad eléctrica del concreto La resistividad eléctrica del concreto es baja y permite el desenvolvimiento del proceso corrosivo en velocidades acentuadas debido a la facilidad de movimientos de iones en la solución de los poros del concreto entre las áreas anódicas y catódicas de las barras, (tabla No 8). d) Corriente de corrosión por resistencia de polarización Las corrientes de corrosión instantáneas medidas en las áreas 1, 6 y 8 son muy elevadas, significando grande riesgo de comportamiento de las armaduras y de la integridad del concreto de cubrimiento en corto plazo. Las lecturas efectuadas en las áreas 2 y 7 también son bastante preocupantes. Se debe resaltar que las medidas realizadas por esta técnica representan un valor medio de corrosión instantánea de un trecho de barra polarizada, (tabla No 9). e) Reducción de sección transversal de las armaduras Las pérdidas de sección resistentes de acero son muy elevadas en las áreas 1, 2, 6, y 8. La morfología del ataque corrosivo es generalizada, (tabla No 10). f) Penetración de iones cloretos Se nota que gran parte de las regiones estudiadas tienen armaduras despasivadas (P>50%) debido a la presencia de iones cloreto. Las elevadas concentraciones de cloretos existentes en el concreto de deben a la contaminación del agua del rio que es salada; también se indica concentración moderada de cloretos hasta una profundidad de 70 mm, indicando la contaminación del concreto, (tabla No 11).

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Estribo lado AREA

Media

Desvió

Mínimo

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Estribo fundo Media

Desvió

Armadura principal fundo

Mínimo

Media

Desvió

Mínimo

34 50 39 44 48 39 55

9 5 5 5 5 5 4

19 41 41 24 38 40 30 39

A1 74 6 69 15 9 5 A2 41 5 33 28 2 25 A3 43 4 35 A4 37 6 30 25 5 18 A5 40 3 35 30 4 25 A6 45 2 42 33 4 26 A7 68 6 26 32 5 24 A8 56 13 42 41 4 34 o Tabla N 6: Espesura del cubrimiento de concreto (medidas en mm.)

Indicador

Fenolftaleína

Región

Orientación

VL1 VL2

Eco2 (mm) Media

Desvió

Máxima

Sudeste

19

7

41

Noreste

35

15

64

5

33

VL1-VL2 Interna 18 Tabla N 7: Profundidad de Carbonatación del Concreto o

Media Mínima Nota (kΩ.cm) (kΩ.cm) A1 9.7 5.8 2 A2 12.1 10.2 3 A3 11.7 4.8 2 A4 12.9 9.8 3 A5 12.1 11.3 3 A6 10.7 10.4 3 A7 12.7 9.8 3 A8 10.8 8.5 2 o Tabla N 8: Resistividad eléctrica del concreto AREA

Media Máxima Nota (kΩ.cm) (kΩ.cm) A1 1.530 1.322 1 A2 0.673 0.829 2 A3 A4 0.046 0.064 5 A5 0.030 0.048 5 A6 0.969 1.132 1 A7 0.605 0.627 2 A8 1.290 1.456 1 o Tabla N 9: Corrosión resistencia de polarización AREA

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Media Máxima Nota (%) (%) Mínima Estribo 36 55 A1 1 Armadura 14 20 Estribo 17 32 A2 1 Armadura 10 27 Estribo A3 4 Armadura Estribo A4 5 Armadura Estribo A5 5 Armadura Estribo 30 68 A6 1 Armadura 9 18 Estribo 26 45 A7 1 Armadura 8 15 Estribo 29 46 A8 1 Armadura 16 25 Tabla No 10: Reducción de sección transversal de armaduras AREA

Armadura

Estribo lado Estribo fundo P (%) Nota P (%) Nota A1 0 5 98 1 A2 50 1 92 1 A3 42 2 A4 64 1 94 1 A5 4 4 29 3 A6 1 5 19 4 A7 0 5 23 4 A8 17 4 50 1 Tabla No 11: Probabilidad de presencia de iones cloretos AREA

Armadura principal P (%) Nota 71 1 19 4 58 4 2 5 1 5 7 5 8 5

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6. CONCLUSIONES 

La inspección de puentes de concreto es una actividad que requiere conocimiento de muchas áreas de ingeniería, siendo fundamentales los conceptos de proyecto y comportamiento estructural, métodos constructivos, propiedades de los materiales, patologías y durabilidad de las estructuras, ensayos, procedimiento y materiales de recuperación, requisitos funcionales de obra, entre otros.



Es importante realizar inspecciones periódicas en las obras de arte, previniendo accidentes y reducción de costos de mantenimiento, corrección de problemas patológicos y restablecimiento del desempaño estructural, funcional y de durabilidad.



La carbonatación del concreto no es el principal mecanismo de la despasivación de las armaduras y si un agente agravante, contenido, especialmente en el fondo de las vigas principales, el recubrimiento deficiente y la existencia de regiones con concreto más poroso favorecen la despasivación de las armaduras por la reducción de pH de la solución presente en los poros.



La penetración de cloretos en el concreto indican que es este un mecanismo principal de despasivación de las armaduras, a elevada humedad interna del concreto acelera fuertemente el ingreso de iones cloretos y reduce la resistividad eléctrica, promoviendo la rápida despasivación de las armaduras y el desenvolvimiento de los procesos corrosivos en velocidades elevadas.



Los resultados de corriente de corrosión y de la reducción de la sección transversal de las armaduras indican que de hecho la corrosión ocurre a gran velocidad, provocando rápida pérdida de sección resistente del acero, de la adherencia aceroconcreto generando destacamento del concreto.



La reducida espesura del cubrimiento del concreto en el fondo de las vigas principales es otro factor agravante, pues insuficiente para garantizar la durabilidad de las armaduras. El uso de agregados de dimensión máxima superior a 32 mm y los inadecuados procedimientos utilizados en las etapas de diseño de mezclas posibilitan la formación de nidos de concretado y grandes heterogeneidades en el concreto.

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7. BIBLIOGRAFIA 

CUNHA, A. “Accidentes en estructuras de construcción civil”. Vol. 1 y 2, Ed. PINI. Sao Paulo, 1996.



FERNANDEZ, M. “Patologías Terapéutica del Hormigón Armado” Segunda Edición, Editorial Dossat, Madrid España-1994



HELENE, P. “Contribución de Estudio de Corrosión en armaduras de concreto armado”. 1993.231p. Tesis (Libre Docencia). Escuela Politécnica de la Universidad de Sao Paulo, 1993



LANDMANN, R. “Inspección de obras de arte especiales de carreteras en regiones sur y sudeste de Brasil”. Relatorios Técnicos. BRUCKEN Ingeniería de Inspección de Estructuras. Sao Paulo, Agosto 2009.



PEDROSA, M. “Metodología para inspección y diagnóstico de puentes y viaductos de concreto”. Disertación. Escuela Politécnica de la Universidad de Sao Paulo, 2005.

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