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
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)
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
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
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A
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nt
o
Durabilidad de
Estructuras de Hormigón
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?
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?
No siempre es el caso…..
Degradación del hormigón producto de la corrosión de las
armaduras de la losa.
12
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 © 2010Paradigma 2
Especificar condiciones de durabilidad sólo implica
aumentar el costo de las obras sin mayores beneficios
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/
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).
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
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
Edificio
e-Tower
Sao Paulo HPC colorido record mundial 125 MPa Feb. 2002 Helene, 2005Comparación 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!
El desafío: Un Nuevo Paradigma
Durabilidad a Largo Plazo:
Se gasta más dinero reparando
estructuras que en nuevas
Requerimientos de un
sistema de
aseguramiento de calidad
por durabilidad
27Diseño 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
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
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
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 …
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
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
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
2Cl
-H
2O
O
2Definición 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
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
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
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
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
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
Definición e Implementación de un Sistema de Especificación por Durabilidad de Estructuras de Hormigón Armado
