METODOLOGIA DE EVALUACION DE PATOLOGIAS PARA LA REPARACION DE ESTRUCTURAS DE HORMIGON ARMADO DiMaio A.A(1). Traversa L.P(2). Sota J.D.(3) Laboratorio de Entrenamiento multidisciplinario para la Investigacin Tecnolgica LEMIT, calle 52 y 121 (1900) La Plata. Buenos Aires. Argentina. - TE. 0540221-4831142/44. Email: jdsota@netverk.com.ar Palabras claves : Patologias-Hormign-Corrosion-Fuego-Alcali-agregado RESUMEN Lasestructurasdehormignarmadosonproyectadasyconstruidasparasatisfacerrequisitos funcionalesduranteunciertotiempo,sinqueseproduzcancostosinesperadospor mantenimientoyreparaciones.ExistenalgunasrecomendacionesyReglamentos,comoel Cdigo Britnico de Puentes, que especifica una vida proyectada de servicio de 120 aos, y el CdigoBritnicoparaEdificiosAgrcolasque,enciertascircunstancias,permitetanslo10 aos. Normalmente los cdigos suponen una vida proyectada de servicio de 50 aos, ese es el caso del Reglamento Argentino CIRSOC201-2005. Se deduce que el fin de la vida proyectada noimplicalademolicindelaestructura,sinoqueapartirdeesemomentoseincrementael costodemantenimientoporencimadelconsideradodurantelavidaproyectada.Sinembargo durantesuvidatillasestructuraspuedenmanifestarvariadaspatologasqueoriginan defectos,daosodeterioros,siendoalgunasdeellasoriginadasporsusmateriales componentes, por suuso,por elambiente, etc.Anteesto es necesario tener metodologas de evaluacin quepermitan diagnsticos precisos para resolver estas patologas. En este trabajo sepresentaunametodologadeevaluacinconestudiosyrecomendacionesparala reparacin de estructuras de hormign armado afectadas por corrosin de armaduras, fuegoy reaccin lcali-agregado. (1)Investigador CONICET-LEMIT. Profesor Universidad Tecnolgica Nacional. (2)Investigador CIC-LEMIT. Director del LEMIT. (3)Profesional Principal CIC-LEMIT. Docente Universidad Tecnolgica Nacional 1. INTRODUCCION Muchasdelaspatologasdelasestructuras armadasopretensadasestnrelacionadas conladurabilidadyunnmeropequeo debidoadefectosprovocadosporla capacidad de carga de la estructura, a los que podransumarselosaccidenteso imprevistos,talelcasodeincendios.Como esconocido,unimportanteconjuntode factoresinfluencianelcomportamientodel hormign,entreloscualespuedencitarseel diseo,materiales,construcciny condicionesdeservicioydeexposicin.Los problemassonentonceselresultadodeuna combinacin de los factores indicados. EnlatablaIseindicanlosefectosylas causasmscomunesquepueden presentarseenlasestructurasdehormign armado,lascualespuedenproducirseen cualquier etapa de la vida de la estructura. Elprocedimientoometodologaadoptada para la evaluacin de estructuras debe seguir unordenlgicoquepermitaconocerel comportamientodelosmaterialesenla estructurayelgradodeafectacin,conel menor esfuerzo en lo que respecta a tiempo y costos.Lainformacinaobtenerdebeser cualitativaypreferentementecuantitativa,en particular,cuandodebeprocederseal refuerzooreparacindelaestructura afectada. Lastcnicasdeensayoaaplicarpara determinarelgradodedeterioroobien cuantificarenquestadoseencuentrauna estructuraoelementoestructuraldela misma,dependendeltipodepatologaque presente.Existeunadiversidaddeensayos comolosDestructivos,Semi-Destructivosy NoDestructivos,queseutilizan habitualmente.EnlatablaIIseindican algunosdeellosenfuncindela caracterstica que se desea evaluar. Lainspeccinvisual,elEnsayoNo Destructivo (END) ms antiguo, se efecta en primerainstanciaypermitetenerunanocin de las condiciones generales y particulares de laestructuraafectadaconalgntipode patologa.Adems,esunainspeccin econmicaysumamenteconfiable. Aproximadamenteel80%delainformacin msrelevantepuedelograsemedianteuna inspeccinvisuallaqueequivaleal20%del costo total de la inspeccin. Tabla I: Causas de la presencia de defectos, daos y deterioro AnomalaCausa Defecto Diseo Materiales inadecuados Construccin deficiente Dao Sobrecarga no considerada Derrames qumicos Sismos Temperatura (Fuego) Deterioro Congelacin y Deshielo Erosin Corrosin de armaduras Reacciones deletreas Ataque por sulfato Ataque por cidos Enlafigura1sedesarrollaunesquemade relevamientodepatologas,acompaadocon lasecuenciadedocumentacinyensayo hastallegaralasrecomendacionesfinales paralareparacinomantenimientodela estructura. 2.DIFERENTESCASOSDEEVALUACIN DE ESTRUCTURAS CON PATOLOGAS 2.1. Estructuras afectadas por corrosin Laevaluacindeestructurasafectadaspor corrosinpuedeserefectuadadeacuerdoal esquemaindicadoenlaFigura1,quepuede emplearseenotroscasoscondistintas patologas, variando los daos a evaluar y los ensayos a realizar. Paradefinirlosdeteriorosporcorrosin puedenemplearselasrecomendacionesdel ComiteEurointernationalduBton(CEB-BulletinN162),queparanivelesdedaos altoserequiereunarpidaintervencin,ya quelaestructuraposeeunareduccin significativadelaseccindelasbarras(> 10%),confisuracionesydesprendimientos del recubrimiento muy extendido en todas las reas,porlocuallavidaresidualse encuentrafuertementeafectada.Enelcaso delnivelmedio,cuandoexistenelementos flexados,puedeaconsejarseel apuntalamiento.Elnivelbajoindicaque existensolamentesignosinicialesde corrosin,porlocuallaestructurapresenta teoricamenteunalargavidaresidualsin necesidad de intervencin. Tabla II: Ensayos para evaluar diferentes propiedades del acero y hormign Material/ estructura Propiedad a evaluar Tcnica de inspeccin o ensayo HormignResistencia- Testigos : examen visual, rotura, etc. - UltrasonidoHormign Armado UniformidadFisuras y defectos visibles Delaminacin Propiedades del hormign o acero Permeabilidad / Absorcin a) Propiedad cercana a la superficie : - Testigos : exmen visual, rotura, etc. - Resistencia a la penetracin (Windsor), Pull-off, Break-off, - Esclerometra (segn edad) b) Propiedad interna del hormign : - Testigos : exmen visual, rotura, etc. - Ultrasonido Presencia de armaduras y espesor de recubrimiento - Pachometer - Extraccin de testigos - Radiografa Carbonatacin- Ensayo con fenolftalena Presencia de cloruros y su difusin Presencia de sulfatos -Extraccindetestigosparaanlisisen laboratorio Corrosin de armaduras - Potencial de corrosin - Resistividad - Velocidad de corrosin Reaccin lcali-slice -Anlisispetrogrficodelhormignydelos agregados. - Ensayos de expansin en laboratorio EstructurasCongelacin y deshielo - Anlisis petrogrfico - Ensayos de laboratorio Paradetectarsiexistecorrosinenlas armadurasempotradasenelhormign, habitualmentesedeterminaelpotencialde corrosin.Lasmedidasdelpotencialdeben serinterpretadasconsiderandolas condicionesdehumedad,contaminacin, calidaddelhormign,etc.Parasu determinacinseutilizaunpotenciostatoel queestrelacionadoconunelectrodode referencia, el cual puede ser de Cu/CuSO4. Enmuchoscasosresultanecesariorealizar estudiosdelaboratorioafindedeterminarla composicinqumica,metalogrficayel comportamientofsico-mecnicodelacero, hechoquepermitesucaracterizacin.(ver Tabla II) 2.2.Estructurasdehormignarmado afectadas por altas temperaturas. Laintensidaddelfuegoenlasestructuras varaprincipalmenteconlarelacintiempo-temperatura,quedependedeunnmero importantedefactores,comoporejemplola existenciaytipodecombustiblesenla estructuraafectada,suscaractersticasde combustin,lasdimensionesdelambiente, laspropiedadestrmicasdelosmateriales componentesyelniveldeventilacincomo as tambin del efecto del viento. Losfactoresmencionadosvaranenuna mismaestructura,porlocualresulta dificultosalaevaluacindelestadodecada uno de los elementos estructurales, ya que en cadaunodeellosseguramentelarelacin tiempo-temperatura es diferente y por lo tanto latemperaturamximaalcanzadaenel interior ser tambin diferente. Enloscasosdeincendiodeestructurasde hormignarmado,latemperaturaenel ambientepuedellegaralos1000C,hecho queafectalacapacidaddecargaal producirsecambiosfsicosyqumicosenlos materialescomponentes(hormignyacero), enlainteraccinentrelosmaterialesypor consiguiente la de los elementos estructurales que los componen. Las altas temperaturas provocan la fisuracin, desprendimientos, cambio de coloracin, etc., que son los ms notables a simple vista. Figura 1: Esquema de evaluacin Pararealizarunaevaluacindeldao producidosepuedeseguirtambinlas secuenciasdelafigura1enunaestructura afectadaporfuego,debiendoser cuantificadoslos siguientes parmetros: Temperatura alcanzada durante el incendio Duracin del incendio Temperaturaalcanzadaenelinteriordelos elementos afectados Efecto sobre las propiedades del hormign y elacerodelastemperaturasduranteel calentamiento y en el enfriamiento Evaluacindeloscambiosenlas propiedadesdelosmaterialesquepuedanhacerpeligrarlavidatildelaestructurao de los elementos afectados Posibilidadtcnicaycostosdereparacina finderecuperarlaresistencia,rigidez, durabilidadyotraspropiedadesdelos elemento estructurales afectados. Debeconsiderarsequeapesarquela temperatura puede alcanzar niveles elevados, alserelhormignunmaterialconunabaja conductividadtrmica,solamentelascapas exterioresdeloselementossonlasque sufrenlosefectosmsimportantes.Estefenmenoestdirectamenterelacionadocon eltiempodeexposicin,lascondicionesde exposicin,laformadelaseccinytipode elemento. En el caso de incendios severos se producelacarbonatacinenlazona superficialdeloselementosexpuestos,al pocotiempodeocurrido,pudiendoalcanzar profundidades de hasta 3 cm, hecho que si no esdebidamenteconsideradopuedeprovocar laposteriorcorrosindelasarmaduraspor disminucin del pH (prdida de alcalinidad). A mododeejemplopuedeindicarsequeen aquelloscasosenquesedeseeevaluarla calidaddehormigonesafectadospor temperaturamediantealgnmtodoNo DestructivooSemi-Destructivo,comopodra serelmartilloderebote,sinosetieneen cuentaelhechoindicadopuedenrealizarse apreciacionesdelacalidaderrneos,yaque lacarbonatacinproduceunendurecimiento superficialydadoqueelmtodoevalala dureza de las capas superficiales el resultado no resulta representativo del hormign. En los elementos de hormign armado debido alasdiferentesvelocidadesenqueocurrela dilatacintrmica del acero y el hormign, la elevacin de la temperatura produce la rotura delaadherenciaentrelasarmadurasyel hormign.Estasituacinpuedeoriginarse tambinentrelosagregadosylamatriz desprendidosfundamentalmentedela composicin petrogrfica del agregado. Enaquelloscasosenqueelhormignes enfriadoconchorrosdeagua,el"shock" trmicoqueseproduceconduceaun incrementodelafisuracin.Porconsiguiente elenfriamientorpidoconaguacausa mayoresdaosquelatemperatura, formndosefisurasqueprovocan desprendimientosdelascapasexterioresdel hormign. Experienciaspropiasindicanquelas velocidadesultrasnicasdecaen sensiblemente y en porcentajes considerables respecto a los valores iniciales, hecho que es msnotorioamedidaqueseincrementala temperaturadeexposicinylaformade efectuarelenfriamiento.Lasdisminuciones de las resistencias a compresin tambin son significativasperodemenormagnitudquela velocidad,principalmenteparatemperaturas de 500 C. Cuandosequieraevaluar,medianteel mtodoultrasnico,elestadointernode elementosestructuralesquehanestado expuestosaaltastemperaturas,puede llegarseaunaconclusinerrnearespectoa laestimacindelaresistenciaacompresin. Porlotanto,elmtodoultrasnicopuedeser empleadoenlamismaestructurapara diferenciar,elementosquenosufrieron ningntipodeafectacinylosquefueron afectados.

Sisedeseaconocerlaresistenciaefectivaa compresindeelementosafectados,el mtodoultrasnicoconduciraaerrores importantesenlaestimacinyasevems afectadalavelocidadquelaresistencia.En talsentidodeberecurrirsealaextraccinde testigosafindedeterminarsuresistenciaa compresinlocualpermitedeterminarotras caractersticasdelosmaterialesquelo componen. 2.3.Estructuradafectadasporlareaccin lcali-slice Estareaccindeletreapuedepresentarse encualquiertipodeestructura,(edificios, puentes,presas,pavimentos,etc.,siempre queexistahumedadencontactoconla misma.Lasmanifestacionesmsfrecuentes sonlafisuracindelhormign,exudacina travsdelasfisuras,reventoneslocalizados, deformaciones,etc.Enelcasodelhormignarmadolafisuraesparalelaalasarmaduras principales.

Como datos importantes para determinar si la patologa corresponde a la RAS, es necesario verificarlascondicioneshigrotrmicas ambientalesendondeseencuentra emplazadalaestructurayrelacionarlaforma de afluencia de humedad hacia ella. Adems, sedebernconocerlascaractersticasdel suelo, agua y otros medios de contacto con la estructura,paraevaluarposiblesaportesde lcalis(hidrxidosdesodioypotasio) necesariosparalareaccin.Todoslosdatos quesurjandelosensayosdebenconducira una conclusin precisa sobre la existencia de este tipo de patologa,yaque si se dictamina solamenteconloevaluadodurantela inspeccinvisual,puedencometerseerrores yaqueexistenotraspatologasdesimilares caractersticas,comoporejemplo fisuraciones causadas por un secado rpido. ExistenestructurasconRASquehansido evaluadasmedianteelmtodoultrasnico, paradeterminarsilamasainternadel elementoseencontrabasindeteriorosobien si posea un grado de fisuracin importante Enelcasodeestructurasenlascualesno existen datos de los materiales utilizados para la elaboracin del hormign, resulta necesario efectuarunmuestreorigurosomediantela extraccindetestigos,afinderealizarestudiossobrelosmaterialescomponentesy sobrelosproductosexpuestosextradosde fisuras, oquedades, etc. Enlaboratorio,enprimertrmino,sedebe realizarunanlisisdelhormign, principalmentemediantecortedelgado, identificandolascaractersticaspetrogrficas delosagregados,existenciadegeles productodelareaccinydeteccinde microfisuracin.Tambin,sepuederecurrira estudios mediante microscopa electrnica. Adems,esnecesariodeterminarsila reaccinestagotadaosiexisteposibilidad dequelamismacontineeneltiempo,para locualdebenrealizarseensayosde expansinentestigosextradosdela estructura.Dichosensayosdebenhacerse sobrezonasconmanifiestapresenciadela RASyenzonasendondeenprincipionose ha detectado esta patologa. En ambos casos seevaluaenlascondicionesde estacionamientodelaNormaASTMC1293. EnlatablaIII,sevuelcanalgunosresultados deobrasenlasquesedeterminaron expansiones a la edad de 52 semanas, sobre testigosdehormignparaevaluarla posibilidaddelaexistenciadereaccin remanente en la estructura. TablaIIIExpansionesremanentesdeRAS en testigos de hormign Obra Expansin remanente (%) Dique0.014 Puente0.042 Pista Aeropuerto Con Patologas de RAS Sin Patologas de RAS 0.017 0.185 CONSIDERACIONES FINALES Como conclusin, puede plantearse que: Lainspeccinvisualesuna metodologaaemplearenprimera instanciaparaevaluarestructuras quepresentanpatologas,yaque permitepermiteobtenerrpidamente unanocinsobrelascondiciones generalesyparticularesenquese encuentra. Enestructurasdecaractersticas complejas, desde el punto de vista de sudiseoestructuralodelas condiciones de agresividad del medio deexposicin,lainspeccinvisual resultamuchomsefectivasise realizadentrodeunPlande Inspecciones preestablecido. Existen diferentes tcnicas de ensayo (Destructivos, Semi-Destructivos y No Destructivos)quesepuedenaplicar conelfindedeterminarelgradode anomala(defecto,dao,deterioro) quepresentaunaestructurao elementoestructuraldelamisma.La eleccindependedeltipode patologay de las propiedades de los materiales que se desea evaluar. Lacorrosindelasarmaduras empotradas en el hormign es una de las patologas que debe ser evaluada cuidadosamentedebidoalos problemasdeseguridadestructural quepuedeocasionar.La determinacindelpotencialy velocidaddecorrosinsonlos ensayosquehabitualmentese realizan "in situ" a fin de cuantificar el grado de alteracin y la incidencia del mismoenelfuturo.Enestructuras ubicadasenambientesmarinoso industriales,ladeterminacindel contenidoenprofundidaddelos cloruros(difusin)esotradelas tcnicas a utilizar. Enestructurasquepresentanun gradodedeterioroimportantedebido aRASoaltastemperaturas,es recomendablelaextraccinde muestrasparasuestudioen laboratorio.ElempleodeENDen formaindividualpuedeconducira evaluacioneserrneas,porlocuales imprescindiblequeelmismosea utilizadoconexclusividadpara evaluarcomparativamenteelestado internodeelementosafectados respectoaotrosdeiguales caractersticassinningntipode afectacin REFERENCIAS fib."Monitoringandsafetyevaluation ofexistingconcretestructures". Bulletin 22. March 2003. fib."Management,maintenanceand strengtheningofconcretestructures". Bulletin 17. April 2002. DURAR."Manualdeinspeccin, evaluaciny diagnsticode corrosin enestructurasdehormignarmado". Red Temtica XV.B. Durabilidad de la armadura. CYTED. 1997. Di Maio,A.A.,Eperjesi, L., Gassa, L., Traversa,L.andZerbino,R." ExposedReinforcement:Assessment ofCorrosionActivity".Journal ConcreteInternational.Vol.22N3. Marzo 2000. pp. 47-51. Barragn,B.,DiMaio,A.A.,Giaccio, G.andZerbino,R." 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