Aseguramiento de la Durabilidad de Estructuras de Hormigón Armado

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Texto completo

(1)

Corporación de Desarrollo Tecnológico

Corporación de Desarrollo

Tecnológico

30 de mayo de 2012

Conferencia Tecnológica

Carlos Videla, Mauricio López y Patricia Martínez

Académicos Pontificia Universidad Católica de Chile

www.cdt.cl

Aseguramiento de la Durabilidad de Estructuras

de Hormigón Armado

(2)

ASEGURAMIENTO DE LA DURABILIDAD DE

ESTRUCTURAS DE HORMIGON ARMADO

Proyecto I+D

D07 I1076

Definición e Implementación de un Sistema de Especificación por Durabilidad de Estructuras de Hormigón Armado

Carlos Videla C., PhD

Director Proyecto

Mauricio López C. , PhD Investigador Principal Patricia Martínez R., PhD Directora Alterna Proyecto FONDEF D07I1076 Pontificia Universidad Católica de Chile

• Aspectos generales sobre durabilidad de las

estructuras de hormigón armado

• Requerimientos para el desarrollo de un sistema de

aseguramiento de calidad por durabilidad

• Especificando desempeño por durabilidad

(DuraSpec)

• Midiendo desempeño por durabilidad en estructuras

nuevas y existentes (DuraInspec N y E)

(3)

Aspectos generales

sobre durabilidad de

las estructuras de

hormigón armado

Los romanos lograron hormigón

durable

(A VECES)

Panteón de Agripa, Roma, 120 DC / Arq. Apolodoro de Damasco

Hormigón es bastante

durable

El Panteón, llamado el Templo de

los Dioses, es una de las maravillas

de ingeniería más grandes del

Imperio Romano. Construido en

128 d.c. por el emperador Adriano,

el panteón tuvo el récord mundial

para el mayor diámetro de la

(4)

Pittsburg garage parking

¿Qué afecta la Durabilidad?

Condiciones Ambientales

Materiales constituyentes

del hormigón

Diseño de mezclas

Proceso constructivo

Condiciones de curado

Diseño y detallamiento

estructural

C

ondi

ci

one

s

A

m

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C

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D

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m

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nt

o

Durabilidad de

Estructuras de Hormigón

(5)

Obras bien diseñadas y

construidas y con hormigón de

buena calidad puede resistir

grandes solicitaciones así como

exposición a ambientes agresivos

y no requerir mantenimiento

durante décadas.

¿Qué podemos esperar de

estos casos?

(6)

Colapso do Edifício Areia Branca em Recife

10/2004

Causa Reacción Alcali-Arido

Paradigma 1

Las obras no fallan por

durabilidad durante la

“vida útil” de los

diseñadores y de las

empresas

inmobiliarias y

constructoras (ni de

los dueños)

Campanario Iglesia San Stefano, Venecia

66 m

2 m

Carlos Videla © 2011

¿Entonces de qué

nos preocupamos?

(7)

No siempre es el caso…..

Degradación del hormigón producto de la corrosión de las

armaduras de la losa.

12

(8)

Gestación

Tiempo

Parto

Embarazo

Infancia Adolescencia Adultez

Vejez

Muerte

Fabricación

Hormigón

a

Temprana

Edad

Hormigón

Joven

Hormigón

Endurecido

Deterioro

Destrucción

y/o

demolición

Diseño

Hormigón

Fresco

Vida Util

Carlos Videla © 2010

Paradigma 2

Especificar condiciones de durabilidad sólo implica

aumentar el costo de las obras sin mayores beneficios

(9)

Sistemas de Gestión de la Conservación

Campanario Iglesia San Stefano,

Venecia Comité Euro-International du Beton

Vida útil

Inicial

Estándar

Mínimo

Tiempo

D

e

s

e

m

p

e

ñ

o

Reparaciones

http://www.life-365.org/

(10)

Paradigma 3

Industria de la

construcción en

hormigón es

sustentable

Campanario Iglesia San Stefano,

Venecia Concrete Joint Sustainability Initiative

¿Cómo nos vemos a

nosotros mismos?

¿Cómo ha sido condicionado el

mundo a ver (sentir – pensar) a

la industria del hormigón?

Huella de carbono del

cemento y de la industria

del hormigón

CO

2

Industria de la construcción

consume grandes cantidades

de materiales y energía

Falta

de

durabilidad

de

materiales de construcción

hace necesario incurrir en

mantención y reparación

Algunas cifras a considerar…

Estudios europeos determinaron que problemas debido

a la corrosión representan entre el 3.5 y 4% de su

ingreso bruto (De Rincon, 2006).

Para llevar la Infraestructura de EEUU a niveles

aceptables se necesita una inversión de

aproximadamente el 10% de su PIB (ASCE, 2003).

Inversión en infraestructura en Chile es de USD 24.110

millones y el costo mínimo de conservación y

reposición del 3% (Informe Comisión Infraestructura,

Chile 2010, 2003).

(11)

Desarrollo Sustentable

“Increasing service life of concrete structures we

can preserve the natural resources.

If we develop the design and construction ability

we can get concrete structures with 500 years

service life. Doing this we can multiply by ten our

productivity which means preserve the 90% of

them”

Kumar Mehta

Reducing the Environmental Impact of Concrete

Concrete International. ACI, v.23, n. 10, Oct. 2001. p.61-66

Paradigma 4

Especificar

durabilidad no agrega

valor a las obras

Centro Empresarial

Naciones Unidas

Sao Paulo

(12)

La Catedral de Los Angeles

Criterios requeridos

• Durabilidad para 300 años

• Consistencia de color

Templo Bahai

The Bahá'í House of Worship

Wilmette, Illinois, U.S.A.

October 2000

Bahá’í

Temple

for South

America

Criterios requeridos

(13)

Edificio

e-Tower

Sao Paulo HPC colorido record mundial 125 MPa Feb. 2002 Helene, 2005

Comparación de los resultados de los ensayos para los

concretos de 125 MPa y 33 MPa

Propiedades

HPCC 125MPa (fck = 112MPa)

Hormigón 33MPa (fck = 25MPa)

7 días 111 MPa 18 MPa 28 días 125 MPa 33 MPa 63 días 141 MPa 37 MPa Resistencia a la compresión axial

NBR 5739

91 días 155 MPa 40 MPa Módulo de elasticidad NBR 7583 28 días 47 GPa 33 GPa Resistencia a la compresión diametral

NBR7222 28 días 10 MPa 3,3 MPa Profundidad de Carbonatación

25oC, UR 65%, CO 2 5 %

91 días cero 28 mm Absorción pos inmersión

(%) 0,35 % 5,1 % Absorción pos inmersión

y ebullición (%) 0,41 % 5,8 % Índice de vacíos pos

saturación (%) 1,00 % 13,2 % Índice de vacíos pos

saturación y ebullición (%) 1,10 % 15,1 % Determinación de la absorción de agua, masa

específica e índice de vacíos NBR 9778

Masa específica seca (g/cm3) 2.500 kg/m3 2.320 kg/m3

Absorción de agua por

capilaridad, pos 72 h (g/cm2) 1,20 kg/m2 12,0 kg/m2

Absorción de agua por capilaridad NBR 9779

Ascensión capilar máxima

interna, pos 72 h (mm) 0 mm 99 mm Penetración de cloruros (ASTM C 1202) - Carga pasante (C) 43 C 8.000 C Determinación de la velocidad de propagación de onda ultrasónica NBR 8802

(m/s) 4.950 m/s 3.250 m/s Índice Esclerométrico ASTM C 85 52 % 27 %

Vida Útil

de 980 años!

(14)

El desafío: Un Nuevo Paradigma

Durabilidad a Largo Plazo:

Se gasta más dinero reparando

estructuras que en nuevas

(15)

Requerimientos de un

sistema de

aseguramiento de calidad

por durabilidad

27

Diseño de

Estándares de

Certificación por

Desempeño

Definir niveles de desempeño

¿ Cuánto debe medir ?

Definir procedimientos para cumplir con los niveles de

desempeño requeridos

¿ Cómo cumplir ?

Definir técnicas de evaluación de

desempeño

¿ Cómo medir ?

Requerimientos para el desarrollo de un sistema de

AC por durabilidad

Definir variables representativas de

desempeño

¿ Qué medir ?

Desarrollar metodologías de evaluación y diagnóstico construcción

¿ Cómo verificar ?

Especificaciones

Técnicas

Certificación de

Conformidad con ET

Desarrollar o calibrar modelos de comportamiento

¿ Cómo predecir desempeño?

Estimar vida servicio y costo ciclo de vida de alternativas

de diseño de mezclas

¿ Cómo optimizar ?

Metodología de

Evaluación

Técnico-Económica de Diseño

(16)

Desarrollo de un sistema

de aseguramiento de

calidad por durabilidad

29

Proyecto I+D

D07 I1076

Oportunidad:

Concebir estructuras resistentes al medio

ambiente desde su diseño

conceptual permite

obtener estructuras durables sin los impactos que

están viendo los países desarrollados.

Aprendamos de los que van adelante!

Proyecto I+D

(17)

Solución:

Desarrollo de un

Sistema de Aseguramiento de

la Durabilidad de Estructuras de HA

que

incluya lo que hoy denominamos

Especificaciones por Desempeño o por

Comportamiento

,

que integren conceptos de

durabilidad en el diseño, construcción y mantención

de infraestructura, las que permiten mejorar el

desempeño del hormigón armado, sin aumentar su

costo.

Proyecto I+D

D07 I1076

Hasta ahora sabemos que

la Durabilidad es…

> Extiende la vida útil de las estructuras

> Disminuye los impactos ambientales de la

construcción

> Maximiza los beneficios de la inversión

público/privada

> Permite invertir en infraestructura segura

(18)

Hasta ahora sabemos que

la Durabilidad es…

> No se logra automáticamente

> Es muy sensible a la calidad del proceso

constructivo

> Difícil de predecir y modelar

> Difícil de detectar problemas tempranamente

DIFICIL DE LOGRAR

Pero hay 3 preguntas clave para

implementar un sistema de AC

Pero queremos transmitir que

la Durabilidad …

(19)

3 preguntas clave…

Saber qué pedir

para obtener

durabilidad

Saber cómo

medir que se

logró

Saber cómo

lograr lo

pedido

Proyecto I+D

D07 I1076

3 preguntas clave…

¿qué pedir?

¿cómo medir?

¿cómo lograr?

Proyecto I+D

D07 I1076

DuraSpec

DuraInspec

(20)

Especificando

desempeño por

durabilidad

(DuraSpec)

Definición e Implementación de un Sistema de Especificación por Durabilidad de Estructuras de Hormigón Armado

¿qué pedir?

Proyecto I+D

D07 I1076

Definición e Implementación de un Sistema de Especificación por Durabilidad de Estructuras de Hormigón Armado

DuraSpec–

Especificaciones por Desempeño para la

Durabilidad del Hormigón Armado

determinación del

desempeño de estructuras

existentes (adecuado,

inadecuado)

determinación de

propiedades del

hormigón de dichas

estructuras

“ingeniería reversa” para

determinar propiedades críticas

para buen desempeño

(21)

Proyecto I+D

D07 I1076

Definición e Implementación de un Sistema de Especificación por Durabilidad de Estructuras de Hormigón Armado

Desarrollo de un sistema de AC por durabilidad

La mayoría de los criterios utilizados para aceptar un

hormigón endurecido, específicamente resistencia a la

compresión,

corresponden a ensayos sobre probetas

sometidas a

procesos de compactación y curado

normalizados

PERMEABILIDAD REAL

Estos resultados no representan la

calidad del hormigón de

recubrimiento.

Definición e Implementación de un Sistema de Especificación por Durabilidad de Estructuras de Hormigón Armado

PERMEABILIDAD REAL

Calidad del hormigón de recubrimiento - Sistemas de colocación

- Sistemas y tiempos de curado

Control en condiciones de servicio - Permeabilidad del recubrimiento - Condiciones de exposición

Nuevo Desafío

¿Cómo lograrlo?

¿Cómo controlarlo?

Desarrollo de un sistema de AC por durabilidad

Ambiente

Hormigón

CO

2

Cl

-H

2

O

O

2

(22)

Definición e Implementación de un Sistema de Especificación por Durabilidad de Estructuras de Hormigón Armado

DuraSpec–

Especificaciones por Desempeño para la

Durabilidad del Hormigón Armado

Definición e Implementación de un Sistema de Especificación por Durabilidad de Estructuras de Hormigón Armado

DuraSpec–

Especificaciones por Desempeño para la

Durabilidad del Hormigón Armado

Se trata de una especificación por desempeño

no obliga dosificación

no controla procedimiento

se mide permeabilidad en obra construida

Especificar parámetros medibles en

terreno que reflejen la condición

real del hormigón colocado

Cambio de

Paradigma

(23)

Definición e Implementación de un Sistema de Especificación por Durabilidad de Estructuras de Hormigón Armado

DuraSpec–

Especificaciones por Desempeño para la

Durabilidad del Hormigón Armado

Tipo de Ambiente

Propiedad Evaluada Criterio de Aceptación Calidad de Recubrimiento Severo

Coeficiente de permeabilidad al aire, kT

(x 10-16m2) <0,01

Muy Bueno Sorptividad, (mm/ s0,5) <0,005

Permeabilidad Ion Cl- (C) <100

Moderado

Coeficiente de permeabilidad al aire, kT

(x 10-16m2)

0,01 – 0,1

0,1 – 1,0

Bueno

Suficiente

Sorptividad, (mm/ s0,5) 0,005 – 0,015 0,015 – 0,02

Bueno

Suficiente

Permeabilidad Ion Cl- (C) 100 – 1000 1000 - 2000

Bueno

Suficiente

Midiendo desempeño por

durabilidad en estructuras

nuevas y existentes

(DuraInspec N y E)

Definición e Implementación de un Sistema de Especificación por Durabilidad de Estructuras de Hormigón Armado

(24)

Definición e Implementación de un Sistema de Especificación por Durabilidad de Estructuras de Hormigón Armado

Define

procedimientos de medición

y

criterios de

aceptación y rechazo

de estructuras de hormigón

armado en base a cumplimiento de E.T., por durabilidad

(DuraSpec)

DuraInspec–N

Inspección por Desempeño en Durabilidad de

Estructuras Nuevas

Definición e Implementación de un Sistema de Especificación por Durabilidad de Estructuras de Hormigón Armado

Permeabilidad al Aire

DuraInspec–N

Inspección por Desempeño en Durabilidad de

Estructuras Nuevas

(25)

Tiempo (horas)

A

b

so

rci

ó

n

(

cm

3

/cm

2

)

DuraInspec–N

Inspección por Desempeño en Durabilidad de

Estructuras Nuevas

Absorción Capilar e

n testigos

norma ASTM C1585

Definición e Implementación de un Sistema de Especificación por Durabilidad de Estructuras de Hormigón Armado

Resistencia a penetración de ión cloruro en testigos

DuraInspec–N

Inspección por Desempeño en Durabilidad de

Estructuras Nuevas

s

p

e

c

tr

o

(26)

Definición e Implementación de un Sistema de Especificación por Durabilidad de Estructuras de Hormigón Armado

Define procedimientos de auscultación y medición de

estructuras para determinar su estado respecto de

deterioro por corrosión:

1.

Agresividad del ambiente

2.

Propiedades del hormigón en la estructura

3.

Deterioro de la estructura en cuanto a corrosión

DuraInspec–E

Inspección por Desempeño en Durabilidad de

Estructuras Existentes

Definición e Implementación de un Sistema de Especificación por Durabilidad de Estructuras de Hormigón Armado

Agresividad del ambiente

DuraInspec–E

Inspección por Desempeño en Durabilidad de

Estructuras Existentes

variables ambientales

CO2

(27)

Definición e Implementación de un Sistema de Especificación por Durabilidad de Estructuras de Hormigón Armado

Deterioro de la Estructura en cuanto a corrosión

DuraInspec–E

Inspección por Desempeño en Durabilidad de

Estructuras Existentes

Durabilidad es…

> Extiende la vida útil de las estructuras

> Disminuye los impactos ambientales de la

construcción

> Maximiza los beneficios de la inversión

público/privada

> Permite invertir en infraestructura segura

(28)

Definición e Implementación de un Sistema de Especificación por Durabilidad de Estructuras de Hormigón Armado

El desarrollo del Sistema de Especificación por

Durabilidad no habría sido posible sin el apoyo de

FONDEF, ICH y DICTUC y el trabajo de Fernando

Bustos, Alberto Moya, Luis Ebensperger, Zoila

Donoso, Marcelo Frías, Roberto Torrent.

Agradecimientos

¡Muchas Gracias!

Carlos Videla C.

Mauricio López C.

Patricia Martínez R.

Mayo, 2012

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