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Tecnología del hormigón Página 1/1

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL Facultad Regional Santa Fe Cátedra: Tecnología del Hormigón - Ingeniería Civil Profesor: Ing. Ma. Fernanda Carrasco

Unidad 12 - EVALUACIÓN DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN EN SERVICIO CONSIDERACIONES GENERALES Suele ocurrir que una estructura controlada o no durante su ejecución, ofrezca dudas sobre su comportamiento, ya sea por la aparición de deformaciones, agrietamientos o desintegración del hormigón. Estas anomalías pueden tener su origen en deficiencias propias de la estructura, en accidentes (incendios, explosiones, choques) o en usos diferentes de aquellos para los que fue proyectada originalmente. En todas las situaciones antes mencionadas puede considerarse necesario, a los efectos de dictaminar sobre las condiciones de seguridad de la estructura, determinar las propiedades del hormigón que la constituye. Así, los casos en que se hace necesaria la evaluación de una estructura de hormigón en servicio pueden resumirse en:

• No cumplimiento de la resistencia potencial especificada para el hormigón (estructuras nuevas) • Incertidumbre sobre las características de la estructura:

∗ Obras en las que no se dispone de antecedentes relativos a la construcción. ∗ Cambio de destino de una estructura en funcionamiento.

• Presencia de patologías constructivas y/o estructurales • Estructuras siniestradas (sismos, incendios, atentados, etc.)

Entre las causas de patologías más frecuentes se pueden mencionar:

• errores de proyecto • materiales inadecuados • deficiencias de ejecución • ambientes agresivos • uso inadecuado de la estructura • siniestros

Entre las patologías constructivas y/o estructurales que pueden presentarse encontramos: * Fisuras y grietas

causadas por: • retracción plástica • retracción por secado • variaciones térmicas


• cargas excesivas • movimientos diferenciales

* Deficiencias en las juntas • levantamientos • desplazamientos relativos longitudinales • daños en el material de sellado • reventones

* Daños superficiales • desgaste por abrasión - erosión • descascaramiento - delaminación • reventones • desintegración

* Alteraciones dimensionales o de forma • curvado de elementos rectos • deformaciones por flexión • desplazamientos

* Otros síntomas superficiales • eflorescencias • incrustaciones • nidos de abeja • bolsas de arena • agregados desgastados

En este marco, y de acuerdo a las manifestaciones que se detecten puede ser necesario evaluar diferentes aspectos de una estructura de hormigón, como por ejemplo:

• Resistencia de los materiales de la estructura Resistencia del hormigón a compresión (efectiva) Resistencia del acero a tracción

• Durabilidad de la estructura y sus materiales

Análisis del hormigón en sí • Contenido de cemento • Presencia de agregados reactivos • Presencia de agentes agresivos externos (sulfatos)

Análisis del hormigón como material de recubrimiento • Espesores de recubrimiento • Avance de la carbonatación • Penetración de cloruros • Densidad, porosidad, permeabilidad • Detección y control de procesos de corrosión en las armaduras

• Capacidad funcional de la estructura Capacidad resistente, comportamiento bajo ciclos de carga y descarga Capacidad para otras funciones (estética, aislación hidráulica, etc.)


Para la realización de las evaluaciones, instituciones tales como RILEM proponen Listas de control como las que se presentan en la Tabla 1, y que contemplan una amplia gamma de información a recabar, ensayos a realizar y síntomas a detectar. De este modo, contando con ta esta información, es posible elaborar un diagnóstico y propuestas de intervención sobre la estructura. Las técnicas aplicadas para la evaluación de estructuras de hormigón en servicio, puede clasificarse, de acuerdo a las alteraciones que producen en la estructura como destructivos, semi-destructivos y no destructivos respectivamente (Tabla 2) ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Y SEMIDESTRUCTIVOS Las ventajas de los ensayos no destructivos radican en su relativa simplicidad, rapidez y en la posibilidad de realizar un gran número de determinaciones sobre la estructura. De esta manera es factible evaluar la homogeneidad de la misma sin comprometer su integridad, pero como contrapartida presentan el inconveniente de la compleja interpretación de sus resultados, habida cuenta de las distintas variables que los afectan sobre todo cuando se hacen determinaciones sobre estructuras concretas y no a nivel de laboratorio. Esto es permanentemente constatado por trabajos de especialistas tanto extranjeros como nacionales. En nuestro país algunos de estos métodos no destructivos tienen amplia difusión, y son utilizados en forma combinada o como complemento de evaluaciones realizadas mediante ensayos destructivos. Entre los ensayos de mayor difusión en Argentina podemos mencionar: detección magnética de armaduras, esclerometría y determinación de la velocidad de pulsos ultrasónicos. Detección magnética de armaduras El relevamiento de armaduras es necesario en los siguientes casos:

a) cuando no se dispone de planos o de memoria de cálculo de la estructura y que, por un cambio de destino o por ampliaciones, deben definirse las secciones de hormigón y de acero para efectuar verificaciones.

b) cuando la estructura, de la cual se dispone o no de cálculos y planos estructurales, presenta problemas que exigen verificaciones del hormigón y del acero.

c) cuándo deben efectuarse extracciones de testigos de hormigón endurecido, para evitar el encuentro con las armaduras y su consiguiente corte.

d) cuando se requiere efectuar el control de elementos premoldeados Este relevamiento puede efectuarse con métodos directos con destrucción de partes de hormigón, o mediante el empleo de la detección magnética de armaduras.


Tabla 1. Lista de control para la evaluación de hormigones dañados (según CEB/RILEM) 1. Hormigón bajo inspección 4. Síntomas visuales de deterioro • Estructura de hormigón • Erosión • Muestra de hormigón de una estructura

(deteriorada) • Exfoliación • Desprendimiento de polvo

• Muestra de laboratorio almacenada in situ • Disgregación • Muestra de laboratorio almacenada en laboratorio • Reblandecimiento • Procedimiento de muestreo • Manchado • Almacenamiento y tratamiento de las muestras

• Pop-outs • Fisuración

2. Información inicial del hormigón • Exudaciones de gel • Datos de la estructura de hormigón (cálculo,

dimensiones, historia de carga) • Cristalizaciones • Corrosión de las armaduras

• Especificaciones del hormigón • Deformaciones • Dosificación prevista para el hormigón • Otros • Ensayos de los materiales empleados • Control de calidad del hormigón fresco 5. Exámenes y ensayos de laboratorio • Calidad del hormigón en obra • Examen visual • Tipo y duración del curado • Análisis químicos • Edad del hormigón al producirse los daños

• Análisis térmicos • Espectrometría infraroja

3. Influencia del ambiente • Análisis por difracción de rayos X • Temperatura • Microscopía (óptica o electrónica) • Humedad • Ensayos mecánicos • Presión • Ensayos sónicos • Permeabilidad del medio circundante • Cambios dimensionales • Agua de mar • Cambios de peso • Otras sustancias agresivas • Absorción por capilaridad • Tipo de contacto • Permeabilidad • Concentración de sustancias agresivas • Porosimetría • Frecuencia y duración de la exposición • Otros • Influencias ambientales específicas 6. Conclusiones • Diseño inadecuado de la estructura de hormigón • Especificaciones del hormigón no apropiadas • Especificaciones del hormigón no cumplidas • Inadecuado control de la tecnología del hormigón • Calidad de componentes no satisfactoria 7. Recomendaciones • Precauciones de seguridad • Demolición • Reparaciones • Prevención de recurrencias


Tabla 2. Métodos de ensayos no destructivos y sem-idestructivos aplicables a estructuras de hormigón armado

ENSAYO TIPO CARACTERÍSTICA

MEDIDA LIMITACIONES

ESCLEROMETRÍA (Martillo de Schmidt)

ND Resiliencia superficial, rugosidad de la superficie, carbonatación, humedad, rigidez del elemento, edad del hormigón, tipo de agregado grueso

PENETRACIÓN (Windsor Probe)

ND Resistencia a la penetración

edad del hormigón, dureza del agregado grueso, superficial

ARRANCAMIENTO (Pull-out)

SD Resistencia al corte planificación previa, superficial

ARRANCAMIENTO (Lock Test)

SD Resistencia al corte superficial, planificación previa

ARRANCAMIENTO (Capo Test)

SD Resistencia al corte superficial

QUEBRAMIENTO (Break - off)

SD Resistencia a la flexión

superficial, planificación previa, tamaño del agregado grueso

MEDICIÓN DE LA VELOCIDAD DE PULSO ULTRASÓNICO

ND

Módulo de elasticidad

rugosidad superficial, longitud de la pieza, temperatura del hormigón, humedad del hormigón, armaduras, edad del hormigón, resistencia a compresión

Discontinuidades en experimentación FRACTURA INTERNA SD ? superficial DESPRENDIMIENTO (Pull - off)

SD Resistencia a la tracción

Superficial, humedad del hormigón, temeratura del hormigón

PRESIONES LOCALIZADAS

SD Resistencia a presiones localizadas

superficial

ESCLEROMETRÍA - ULTRASONIDO (SonReb)

ND Resiliencia y módulo de elasticidad

ver ensayos por separado

MEDICIÓN ELECTROMAGNÉTICA DE RECUBRIMIENTO (Covermeter - Pachometer)

ND Presencia de armaduras Profundidad de recubrimiento

diámetro de las armaduras

RADIOGRAFÍA GAMMAGRAFÍA

ND Posición de armaduras Discontinuidades Continuidad grouting vainas

alto costo riesgo a la salud

Debido a que el acero es un material ferromagnético ubicado en el interior de un material no magnético, como es el hormigón, puede ser detectado disponiendo de un aparato de medición adecuado. Mediante una auscultación magnética en las partes estructurales donde debe practicarse el relevamiento, se puede detectar la posición y la dirección de las armaduras y, en cierto grado el diámetro y el recubrimiento de cada barra.


El detector magnético es un aparato que posee una fuente de energía de bajo voltaje, que por intermedio de un reóstato envía una corriente eléctrica a dos núcleos de hierro, uno de los cuales constituye la sonda, que es aplicada por el operador sobre la superficie del elemento estructural a auscultar. En el momento en que la sonda para sobre la barra, el indicador del equipo señala su presencia, dado que se halla frente a un material ferromagnético. Para efectuar la medición de recubrimientos, es necesario mantener la sonda paralela a la dirección de la barra que se ha localizado, asimismo, es necesario conocer el diámetro de la barra. Es importante efectuar ajustes periódicos del aparato y su calibración para evitar errores en las determinaciones. También es importante que el operador desplace la sonda lentamente, dado que los movimientos bruscos pueden provocar alteraciones en los elementos indicadores. Además, es importante hacer notar que las mediciones pueden estar perturbadas cuando las barras de armaduras están muy cercanas unas de otras.

Figura 1: detección magnética de armaduras

Esclerometría Se basa en principios semejantes a los empleados en metalurgia, o sea que se sacan conclusiones sobre la calidad del elemento a investigar, midiendo el comportamiento de la superficie ante la acción de una carga concentrada. El dispositivo de medición de la dureza superficial más difundido universalmente es el denominado Martillo de Schmidt (o martillo suizo) que en nuestro medio se conoce como “esclerómetro” (aunque éste es un nombre genérico, que se aplica también a dispositivos basados en otros principios). El funcionamiento es muy simple, ya que consiste en la medición en una escala graduada, del rebote que sufre una masa que es proyectada contra la superficie del hormigón al liberarse un resorte previamente comprimido. Para efectuar el ensayo se apoya el dispositivo contra la superficie a investigar y se presiona contra dicha superficie, con lo que se logra la penetración en el interior del aparato, de un vástago de acero, cuyo extremo en contacto con el hormigón es ligeramente convexo. Al introducirse el vástago comprime un resorte, el que disminuye su longitud y alma-cena energía, que se libera bruscamente desplazando a la masa móvil que golpea contra el extremo anterior del aparato y retrocede en mayor o menor medida según la dureza de la superficie del hormigón.


Figura 2: Esquema del esclerómetro y de su aplicación sobre una columna Los valores del rebote que se leen en la escala graduada están relacionados con la dureza del mortero superficial del hormigón, y a su vez, si se acepta que el hormigón es homogéneo en todo su espesor la dureza medida da una idea aproximada de la resistencia de la masa del hormigón. A fin de encontrar la relación que vincula estos parámetros, el aparato se calibra determinando el rebote sobre superficies de hormigón de resistencia a la compresión conocidas (el método empleado consiste en moldear probetas de hormigón, colocarlas en la prensa, ligeramente comprimidas, medir el rebote e inmediatamente ensayadas a la compresión). Se llevan los pares de valores obtenidos (índice de rebote y resistencia a la compresión) a un diagrama, en el que las abscisas representan a los índices de rebotes y las ordenadas a las resistencias a la compresión de las probetas.

Figura 3: Correlación entre valores de rebote y resistencia a compresión del hormigón


Del estudio estadístico de los resultados se obtienen las curvas media y límites, con las que puede determinase la resistencia probable de un hormigón elaborado con los mismos materiales que los empleados para las probetas de la calibración, en base al valor del índice de rebote. Debe tenerse en cuenta que por sus limitaciones, este método no debe emplearse en reemplazo de la extracción de testigos de hormigón endurecido, para decidir como único elemento de juicio, la recepción o rechazo de un hormigón. A continuación se mencionan las ventajas que ofrece este método de ensayo así como también las precauciones que deben adoptarse cuando se lo emplee: Ventajas: 1) Facilidad de manejo. 2) Rapidez en la obtención de valores. 3) Posibilidad de comparar hormigones de características conocidas (por ensayos de compresión) con otros desconocidos. 4) Seguimiento del proceso de aumento de resistencia del hormigón para determinar momento de desencofrado y desapuntalamiento. 5) Complemento de ensayos de probetas y de testigos, en estructuras de grandes dimensiones (interpolación de ensayos). Precauciones 1) Calibración periódica, mediante ensayo de probetas elaboradas con hormigones similares a los que se investigarán. 2) Corregir curvas por cambios de posición con respecto a la vertical, de las superficies a ensayar. 3) Las superficies a verificar deben estar en las mismas condiciones de humedad que las probetas de calibración. 4) La edad de la estructura en estudio es muy importante; a partir del año del moldeo los resultados no son con fiables debido al fenómeno de carbonatación superficial [formación de CO3Ca entre el CO2 del aire y el Ca(OH)2 libre del hormigón. Esta reacción provoca el endurecimiento superficial, que no corresponde al del resto de la estructura. 5) Las determinaciones deben efectuase sobre piezas de gran rigidez, tales como columnas (en caso que sean rectangulares la dirección de la fuerza de impacto será paralela al eje mayor de la columna). 6) Cada determinación de rebote debe corresponder al promedio aritmético de no menos de 9 lecturas, efectuadas sobre una zona previamente alisada con una piedra abrasiva, de una superficie de 30 cm de lado aproximadamente. En conclusión, surge que este método es un valioso auxiliar para obtener información a agregar a datos de otro origen, a fin de permitir estimar la calidad de un hormigón ya ejecutado (siempre que su edad no sea superior a un año) pero se reitera que no se aconseja su empleo, como único medio de control de calidad del hormigón. Las determinaciones de esclerometría se realizan de acuerdo a las indicaciones de la norma IRAM 1694:1989. Ultrasonido Este método de auscultación del hormigón se basa en la medición de la velocidad con que atraviesa una masa de hormigón, un tren de vibraciones mecánicas amortiguadas, con una frecuencia de vibración superior a la audible (20.000 ciclos/segundos).


El aparato que se emplea para el ensayo está provisto de dos cabezales, llamados transductores, que se aplican sobre las superficies que limitan la masa a atravesar por las ondas. Los pulsos ultrasónicos son generados en uno de los cabezales, por la vibración de un cristal piezoeléctrico y captados por el otro transductor. El equipo está en condiciones de medir el tiempo tardado por cada pulso con exactitud del microsegundo (1 millonésimo de segundo), ese tiempo es el necesario para atravesar la masa de hormigón a investigar, cuya longitud se conoce. Dividiendo la longitud recorrida por el tiempo tardado, se obtiene la velocidad con que se trasladó el impulso. Dado que la velocidad de propagación está relacionada con el módulo de elasticidad del hormigón, puede determinarse este parámetro, el que a su vez guarda proporcionalidad con la resistencia a la compresión. De aquí podría surgir que, midiendo la velocidad con que se propaga el ultrasonido a través de un hormigón en estudio, podría obtenerse fácilmente la resistencia a la compresión, pero esto no es sencillo. En efecto, sobre la relación entre la velocidad de propagación y la resistencia del hormigón influyen los siguientes factores: a) Edad b) Variación de la relación a/c c) Forma de curado d) Relación cemento/agregados y tipo de agregados e) Cambios en el contenido de humedad f) Tipo de cemento, tamaño máximo de agregado grueso, empleo de aditivos, etcétera. Por lo tanto, sólo podrán sacase conclusiones aceptables sobre la resistencia a la compresión, en los casos en que se comparen hormigones en los que coincidan todos o la mayoría de los factores antes mencionados (de ahí la utilidad para efectuar auscultaciones comparativas, disminuyendo de esa manera la frecuencia de los ensayos de rotura). Este método resulta prácticamente insustituible para la detección de soluciones de continuidad en la masa del hormigón; a ese efecto en el elemento estructural a investigar se trazan en superficies opuestas, cuadrículas de ordenadas y abscisas, de manera que se enfrenten (para lo cual se numeran en forma similar), luego sé efectúan las lecturas aplicando los transductores sobre nudos de la cuadrícula de la misma numeración y se van anotando los correspondientes tiempos de pasaje; cuando en un sector dado aparecen una serie de valores excepcionalmente altos de tiempo de pasaje, ello significa que estamos en presencia de una oquedad interna, la que puede ser perfectamente localizada mediante este método. Otra aplicación es la determinación de la profundidad de grietas en hormigones de gran superficie, la que se logra colocando los transductores a ambos lados de la grieta, a distancias conocidas y midiendo el tiempo de pasaje (la operación se repite en otro lugar del mismo hormigón no agrietado y colocando los transductores a igual distancia que en el caso anterior). Las determinaciones de velocidad del pulso ultrasónico se realizan de acuerdo a las indicaciones de la norma IRAM 1683:1990. En el caso de estructuras afectadas por corrosión, algunas de las determinaciones semi-destructivas y no destructivas utilizadas son la determinación de la profundidad de carbonatación y medición de potenciales y velocidad de corrosión.


Figura 4 (arriba): aplicación de ensayo de ultrasonido Figura 5 (derecha): formas de aplicación de los transductores del equipo de ultrasonido.

Figura 6: Correlación entre valores de ultrasonido y resistencia a compresión del hormigón

Profundidad de Carbonatación

La carbonatación es la reducción de la alcalinidad normal (pH entre 12-14) del hormigón por efecto del CO2 que difunde desde el ambiente que lo rodea. En presencia de humedad, el CO2 reacciona con los álcalis (usualmente hidróxidos de calcio, sodio y potasio), neutralizándolos para formar carbonatos disminuyendo el pH por debajo de 10.

Para realizar esta determinación se requiere contar con:

• Instrumentos de medición: escala milimétrica, vernier, etc. • Herramientas para extracción de muestras: piquetas, taladros, etc. • Material para limpieza superficial: brocha, trapos, etc. • Solución indicadora ácido-base: fenolftaleína (1g fenolftaleína + 49 g alcohol + 50 g Agua) o

timolftaleína (1 g timolftaleína + 99 g agua)


Se realiza la determinación sobre una sección constituida por un corte transversal donde un extremo corresponderá a la superficie expuesta a la atmósfera. La probeta /testigo puede ser cilíndrica o una porción extraída. El tiempo de exposición de la superficie a evaluar no podrá ser mayor de 15 minutos (fractura fresca). En caso de que no pueda extraerse un testigo o porción, se procederá a taladrar una o varias secciones manual o mecánicamente hasta la profundidad de interés, dejando el lugar libre de material suelto y polvo, lo cual expondrá la superficie para el análisis. Una vez seleccionada la probeta y estando su superficie libre de polvo, se aplicará por atomización el indicador ácido-base en forma uniforme. Luego de la aplicación, antes de transcurridos 15 minutos, se efectuará la medición de la longitud (profundidad) de la zona incolora desde la superficie, determinándose con precisión los valores máximos/mínimos del frente incoloro y la media aritmética, de un mínimo de medición, en función del tamaño de la probeta. El procedimiento no debe tardar más de 20 minutos. Deberá levantarse un registro preciso sobre la ubicación de las probetas/testigos, tonalidad visualizada, profundidad de carbonatación medida e indicar explícitamente el tipo de indicador utilizado. Igualmente se efectuará un registro fotográfico donde sea pertinente. En función del indicador ácido-base seleccionado se establecerá el pH del frente incoloro en la muestra. La fenolftaleína es el indicador más comúnmente utilizado y su rango de viraje está entre pH 8,2 y pH 9,8. Varía su tonalidad de incoloro a violeta rojizo. La timolftaleína es otro indicador que podría utilizarse, ya que su rango de viraje está entre pH 9,3 y pH 10,5 con tonalidades de incolora a azul. Medición de Potenciales. El potencial electroquímico es el potencial eléctrico de un metal, relativo a un electrodo de referencia, medido bajo condiciones de circuito abierto y los mapas de potenciales son líneas de isopotencial que se dibujan sobre la superficie evaluada con la finalidad de establecer el área de cambio de potencial. Para realizar esta determinación se requiere contar con: • Brocha, cepillo, lima y otras herramientas para limpieza manual/mecánica de la superficie. • Cables y conectores. • Esponja plana, agua potable para humedecer la superficie, etc. • Electrodo de referencia apropiado (Er). Ej.: Cu/CuSO4 • Voltímetro de alta impedancia. Una vez seleccionada la superficie a evaluar debe tenerse libre acceso a una sección de la armadura de refuerzo del hormigón. En caso de no existir, deberá perforarse la estructura hasta descubrir el acero de refuerzo, una vez localizado. Deberá haber garantía de continuidad eléctrica del acero al momento de efectuar las mediciones. Se deberá limpiar la superficie seleccionada, limpiar la superficie del acero expuesto para la conexión. Localizada la distribución del acero de refuerzo (por ejemplo mediante detección magnética), se trazan sobre la superficie del hormigón unas cuadrículas múltiples con espaciamiento entre nodos uniformes. El espaciamiento seleccionado dependerá de la rigurosidad de la inspección y de la ubicación del refuerzo. Luego, se efectúa la conexión del electrodo de referencia (Ej: Cu/CuSO4), al positivo del voltímetro. El acero de refuerzo se conecta al negativo del voltímetro, como se indica en la figura 7.


Figura 7: Aplicación de equipos para medición de potenciales de corrosión Los nodos de la cuadrícula serán los puntos de referencia para la ubicación del electrodo para la medición. En estos puntos se colocará sobre la superficie del hormigón una esponja plana delgada, previamente humedecida para mejorar el contacto electrodo-hormigón. Colocar el electrodo sobre la esponja, efectuar y registrar la medida. Así, se elabora un plano de la superficie y se ubican los valores resultantes de las mediciones de potencial. Se trazan las líneas de isopotenciales correspondientes hasta elaborar un mapa de potenciales como se indica en la Figura 8.

Figura 8: Mapas de potenciales

Las medidas de potencial informan sobre la probabilidad de corrosión de la armadura de una estructura de hormigón, pero es esencial que los resultados sean correctamente interpretados a la luz de la información disponible sobre las condiciones de humedad, contaminación, calidad del hormigón, etc. Una guía referencial de las condiciones y riesgo asociados a valores de potencial se indica en la Tabla 2.

Tabla 2. Criterio de valoración de potenciales del acero en el hormigón evaluados con electrodo de referencia Cu/CuSO4.


Medida de la Velocidad de Corrosión. Se llama velocidad o intensidad de corrosión (icorr) a la pérdida de metal por unidad de superficie y tiempo. Las unidades básicas son g/cm2 día, aunque la forma usual de definirla a partir de medidas de tipo electroquímico es en µA/cm² o, transformando este dato a partir de la densidad del metal, en unidades de penetración (mm/año). Para realizar esta determinación se requiere contar con potenciostatos/galvanostatos capaces de medir la Resistencia a la Polarización (Rp), que se relaciona con la icorr a través de la fórmula de Stern y Geary:

Rp= B/icorr donde: B: constante (26- 52 mV) Rp: Ω.cm2

icorr: µA/cm2 Para ensayos de campo se aconseja el valor de 26 mV, el cual corresponde a armaduras corroyéndose. La Rp resulta de aplicar una pequeña perturbación eléctrica a las armaduras y medir el cambio de potencial o intensidad que se produce. Estas perturbaciones no deben causar un cambio mayor de ±20 mV.

Rp = (∆E/∆i) ∆E→0 Los valores obtenidos en µA/cm2 se pueden transformar en pérdida de espesor! tiempo mediante la Ley de Faraday.


icorricorrFn

Mañoµm ×=×= 6.11

.,δ

M = Masa atómica del metal n = N° de electrones transferidos F= Constante de Faraday (96.500 coulombios). δ= Densidad del metal La medida se puede efectuar en probetas de pequeño tamaño y área de acero conocida. Su aplicación a pie de obra exige conocer la longitud de barra sobre la que actúa la corriente. Para ello existen corrosímetros comerciales para medidas in situ. Sus resultados deben ser calibrados con ensayos en laboratorio si no se tiene la garantía de su correcto funcionamiento. Estos corrosímetros miden simultáneamente el Ecorr, la resistividad y la icorr y constan de los siguientes elementos básicos: • Potenciostato / galvanostato. • Computador • Sensor conteniendo electrodos • Esponjas, cables, agua, electrodos Usando un sensor que contenga un electrodo de “guarda” monitorizado, el campo eléctrico se

confina en una superficie determinada (Figura 9).

Figura 9: Campo eléctrico confinado

En las áreas de medida seleccionadas, se realiza una perforación para hacer contacto con la armadura y se sitúa el sensor sobre la superficie del hormigón a través de una esponja y otro medio que asegure un buen contacto. Debido a la variabilidad propia de las medidas de corrosión, se deben adoptar criterios estadísticos de muestreo para tener un valor medio o, al menos detectar las zonas de mayor corrosión. Los criterios de muestreo se adoptan de forma similar a otros tipos de ensayo, después de haber efectuado el levantamiento de daños de la estructura y la localización correspondiente de la armadura. Como además la icorr varía con el grado de humedad del hormigón y la temperatura, es conveniente realizar, al menos tres


medidas a lo largo de un año, con el fin de caracterizar la influencia de las distintas variaciones estacionales. A efectos de predicción se utilizará el valor medio de los datos obtenidos, a no ser que se tengan datos suficientes para efectuar la simple integración a lo largo del tiempo. El límite entre corrosión activa y pasividad se sitúa entre 0,1 - 0,2 mA/cm2 (Figura 10), que en corrosión generalizada suponen 1-2 mm/año. Este límite se aplica cuando el proceso da lugar a la formación de herrumbre (óxidos expansivos que fisuran el recubrimiento). En el caso de que el óxido sea invisible al ojo humano, velocidades incluso de 0,5 – 1 mA/cm² no dan lugar a fisuración del recubrimiento, al no tener estos óxidos carácter expansivo. Los valores máximos que se han detectado en ensayos de laboratorio son del orden de 100 - 200 mA/cm2. A pie de obra valores por encima de 1 mA/cm2 se detectan muy ocasionalmente y resultan valores ya elevados en términos de vida útil. Una clasificación de los valores de icorr en términos de vida útil sería la siguiente:

Icorr (µA/cm²) Nivel de corrosión

< 0.1 Despreciable 0.1 – 0.5 Moderado 0.5 – 1 Elevada

> 1 Muy elevada Armaduras que se corroen a 0,1 - 0,2 µA/cm2 produciendo óxidos expansivos provocarán en 10 - 20 años la fisuración del recubrimiento. Valores de 1 µA/cm2, la producirán en 1 - 2 años. Todos estos valores se basan en considerar corrosión generalizada. Cuando la corrosión es localizada se calcula la penetración local máxima del ataque, multiplicando por 10 el valor medio medido. Así, para un valor de icorr 0,3 µA/cm² (3 µm/año de penetración homogénea) se puede calcular que en caso de ataque localizado, la máxima profundidad de picaduras será de 30 µ/año.

Figura 10: Criterio de evaluación de velocidad de corrosión de la armadura


ENSAYOS DESTRUCTIVOS Extracción de testigos En ciertos tipos de estructuras, tales como los pavimentos de hormigón es el procedimiento establecido como obligatorio a los efectos de la determinación de los resultados que hayan arrojado los ensayos efectuados sobre probetas moldeadas con el hormigón fresco, en el momento de su colocación. A este fin se emplean sondas rotativas accionadas por motores eléctricos o de explosión; las brocas utilizadas en pavimentos consisten en caños de acero de 15 cm de diámetro a los que se les practican escotaduras que actúan como frentes de ataque para lograr el corte del hormigón; a fin de obtener un mayor rendimiento de las sondas, la perforación se efectúa sobre un lecho de granalla de acero y agua que actúan como agente abrasivo. Los testigos obtenidos, son de forma cilíndrica con un diámetro ligeramente inferior al interior de la broca tubular y una altura igual al espesor del pavimento (lo que permite certificar si el espesor de éste es el fijado por las especificaciones contractuales). Para determinar la resistencia a la rotura por compresión se encabezan con mortero las dos bases del cilindro, de manera de obtener dos superficies paralelas entre sí, perpendiculares al eje longitudinal del testigo, planas y lisas. Los valores obtenidos en el ensayo de rotura deben ser corregidos por esbeltez (para reducirlos al valor que correspondería a una probeta de relación altura/diámetro igual a 2), tal como se indica en la tabla 4. en la que se indican los coeficientes por los que deben multiplicarse las resistencias obtenidas en los ensayos, en función de la esbeltez, para reducirlas a la esbeltez 2:

Tabla 4. Factores de corrección por esbeltez (extraídos de la norma ASTM-C-A2-77)

Cociente altura/diámetro

Factor de corrección

2.00 1.00 1.75 0.98 1.50 0.96 1.25 0.93 1.00 0.87

No cabe duda de que el procedimiento descrito ofrece como ventaja muy importante, la certeza razonable de que la pieza de hormigón extraída es representativa (si el muestreo es al azar) del hormigón que la circunda, en el estado real de funcionamiento (en lo que hace a su compactación y curado). Lamentablemente este método acarrea inconvenientes, tanto en lo referente a la lentitud de la obtención de la muestra, como al costo, en especial cuando se trata de estructuras de hormigón armado, ya que en estos casos debe elegirse con mucho cuidado el lugar de extracción (para no correr el riesgo de cortar barras de acero) y además la máquina extractora debe ser liviana, orientable (para permitir el corte en superficies verticales o inclinadas) y el diámetro de la broca oscilar entre 5 y 10 cm. Para este tipo de extracciones deben emplearse brocas con bordes de diamante, de muy alto costo de reposición, lo cual unido a lo antes mencionado hace que se apele a este recurso, sólo en circunstancias suficientemente importantes, como para que se justifique el costo que demanda esta investigación. Si se tiene en cuenta que para sacar conclusiones sobre la calidad de un hormigón se establece que deben efectuarse no menos de 2 ensayos (compuestos por no menos de 2 probetas cada uno) por cada 25 a 75 m3 de hormigón elaborado (según el grado de control) puede considerarse


que debe moldearse en promedio, 1 probeta por cada 12,5 m3 de hormigón. A simple título de ejemplo puede estimarse que para una estructura de edificio de 2.500 m2 de superficie cubierta (con un volumen de 500 mi el número de probetas a moldear alcanzaría aproximadamente a 40. En el caso en que se pretendiera realizar el control exclusivamente en base a resistencias de testigos calados, la cantidad sería similar pero el costo de los ensayos haría impracticable dicha forma de control. En el caso en que no se cuente con máquina extractora de testigos puede obtenerse una muestra del hormigón a ensayar por corte de un trozo irregular con procedimientos manuales y ulterior aserrado de caras planas hasta lograr un prisma o cubo, que se encabeza y ensaya en forma similar al cilindro. Este ensayo se realiza de acuerdo a las indicaciones de la norma IRAM 1551:2000.

Figura 11 (izquierda): Caladora de testigos para pavimentos de hormigón

Figura 12: Caladora de testigos portátil

Figura 13: Testigo de hormigón calado conteniendo una barra de acero


PRUEBAS DE CARGA Los reglamentos establecen la necesidad de efectuar ensayos de carga de las estructuras cuando de los resultados de los ensayos de probetas moldeadas, testigos extraídos y/o ensayos no destructivos, surja que las mismas no ofrecen garantías en cuando a su grado de seguridad. Las pruebas de carga no deben ser entendidas como posibles ensayos destructivos, ya que su ejecución apunta a evaluar las estructuras sin introducir daños (con la sola excepción de muy leve fisuración) en ellas. Los ensayos de carga directa de la estructura o de sus partes son necesarios en los siguientes casos:

• Cuando lo indique el pliego de condiciones particulares de obra. • Cuando el hormigón no reúna los requisitos de calidad exigidos. • Cuando existan dudas sobre la calidad del acero empleado, y esta no pueda ser

determinada una vez ejecutada la estructura. • Cuando se hayan excedido las tolerancias de orden constructivo. • En todos los casos que existan vicios de construcción o cuando la estructura o parte de ella

se encuentre en condiciones de dudosa o deficiente estabilidad. Al cargar las estructuras y medir las deformaciones producidas, éstas pueden compararse con las previstas en los cálculos y si resultan inferiores a dichas deformaciones previstas (y por supuesto, a las máximas tolerables por los reglamentos vigentes), se considera que la estructura es apta para soportar las cargas fijadas en el proyecto. Esta aparente contradicción entre una calidad insuficiente del hormigón y un comportamiento estructural aceptable, tiene su justificación en el hecho de que las secciones ejecutadas pueden ser mayores que las proyectadas, al igual que las cuantías de armadura empleadas y en cuanto a luces y formas de apoyo, pueden ser más favorables que las adoptadas para el cálculo. A continuación se describen las consideraciones principales correspondientes a distintas técnicas aplicables en la evaluación de estructuras de hormigón en servicio y a la evaluación de sus resultados:

• aplicar las cargas en forma estática • en el caso de cargas dinámicas, puede aplicarse una carga estática equivalente • aplicar la carga en varios escalones iguales • permitir la estabilización de deformaciones entre escalones sucesivos • dejar actuar la carga un cierto tiempo • registrar deformaciones bajo carga y remanentes • evitar o contemplar en los resultados las variaciones térmicas

Edad de Ensayo Los ensayos de carga directa se realizaran, en el caso de obras realizadas con cemento portland normal, transcurridos por lo menos 60 días contados a partir del momento de finalización de las operaciones de hormigonado de las partes que serán afectadas por las pruebas de cargas. No se computarán los días en que la temperatura, en el lugar de la obra haya descendido debajo de los 5 °C. Cuando se hubiese empleado cemento de alta resistencia inicial el período será de 30 días. En obras construidas con cemento de endurecimiento más lento que el cemento normal el plazo indicado anteriormente será de 90 días.


Apuntalamientos y medidas de seguridad En todos los casos, previamente a la aplicación de la carga de ensaye sobre la estructura, se colocará debajo de los elementos sometidos a ensayo, puntales suficientemente resistentes y debidamente sustentados capaces de soportar y transmitir a tierra a la totalidad de las cargas actuantes sobre dichos elementos. Entre los puntales y los elementos estructurales se dejarán espacios suficientes como para permitir la libre deformación de los elementos bajo la acción de las cargas. Se tomarán precauciones para evitar accidentes en caso de colapso. Instrumental - Mediciones a realizar El instrumental para medir deformaciones será insensible a los cambios de humedad y tendrá un coeficiente de dilatación térmica tan bajo como sea posible. La sensibilidad de los flexímetros será de 0.05 mm y se colocarán sobre plataformas estables e indeformables, no expuestas a vibraciones o acción del viento. Estas plataformas estarán vinculadas con sectores de la estructura que no sea afectada por el ensayo. Durante el ensayo se medirán flechas y desplazamientos verticales de los puntos que interesen, y en caso necesario, se medirán desplazamientos en otra dirección y las deformaciones específicas del hormigón y/o del acero. Después de aplicada la carga total de ensayo, se observará si existen fisuras o defectos en los elementos estructurales. Se registrará la temperatura, la humedad relativa y cualquier, otra variable que pueda afectar la medición. Cargas de ensayo El ensayo se realizará sobre los elementos más característicos de estructura, y las cargas que se apliquen se distribuirán convenientemente para crear los máximos esfuerzos en las secciones críticas. Antes de comenzar el ensayo se completará la parte de carga permanente de cálculo que no estuviese actuando sobre la estructura, al menos 48 horas antes. La carga de ensayo será de 1.25 veces la sobrecarga útil prevista en los cálculos. En algunas casos, como ser en puentes u otras estructuras expuestas a la intemperie o a la acción de un medio agresivo, donde la durabilidad es el factor de fundamental importancia, donde se debe evitar la aparición de fisuras, la carga se tomará igual a la sobrecarga prevista en los cálculos. Por otra parte, la carga permanente faltante y/o la sobrecarga se colocarán de manera que se acerque al modo previsto en el cálculo, evitando la formación de “arcos de carga” por los materiales que constituyen la carga. Estos arcos pueden transmitir directamente la carga a los apoyos, falseando el comportamiento estructural. Las cargas que en el proyecto han sido consideradas como dinámicas podrán ser reemplazadas por cargas estáticas que produzcan efectos equivalentes. En el caso de estructuras destinadas a recibir cargas móviles, las cargas de ensayo se desplazarán a las velocidades previstas en el proyecto. Secuencia de aplicación y remoción de las cargas durante el ensayo La carga de ensayo se dividirá en cinco fracciones iguales entre sí. Después de aplicada una de ellas y antes de aplicar la siguiente, se dejará transcurrir un tiempo suficiente para permitir la estabilización de las deformaciones. En ningún caso será menor de 15 minutos. En caso de estructuras prefabricadas se cargarán y descargarán dos veces consecutivas con la primera fracción de carga, antes de continuar con las fracciones siguientes, a los efectos de permitir el acomodamiento de las uniones. La lectura del instrumental se realizará antes de iniciar la aplicación de la carga de ensayo, inmediatamente después de completar cada fracción y luego, sucesivamente, a intervalos regulares de tiempo, hasta verificar la estabilización de las flechas y/o deformaciones específicas del hormigón y del acero.


La carga total de ensayo será mantenida sobre la estructura hasta constatar que en los registros o diagramas de flechas y/o deformaciones específicas se han estabilizado, y el tiempo de carga no será menor de 24 horas. La descarga se realizará retirando sucesivamente de la estructura las cinco fracciones de la carga de ensayo, y se efectuará la lectura del instrumental. No es necesario esperar la estabilización de la lectura, salvo en el caso de la final. La lectura final del instrumental, en ningún caso se realizará antes de que transcurran 24 horas contadas a partir del momento en que se completó la descarga. En el caso de que durante la realización del ensayo se observaran fisuras de magnitud excesiva, o un aumento desproporcionado en la relación entre carga y deformación, o cualquier otra manifestación externa que presumiblemente pudiese indicar peligro la estabilidad de la estructura, el ensayo será inmediatamente interrumpido, procediéndose a la descarga inmediata de la estructura. Criterios de evaluación habitualmente empleados: I. control de las flechas máximas registradas, limitando:

A. el valor absoluto de deformación (por ejemplo: x milímetros) B. el valor de deformación especificado como fracción de la luz del elemento

flexionado C. un valor de deformación que sea compatible con la funcionalidad de la estructura.

II. control de las deformaciones remanentes (luego de la descarga) generalmente especificadas como una fracción de las máximas deformaciones bajo carga.

III. control de fisuras, grietas, desprendimientos de material, etc, no compatibles con la

seguridad y durabilidad de la estructura. La flecha máxima o el máximo desplazamiento vertical del punto de mayor flecha del elemento sometido a ensayo no excederá los siguientes límites: a) Será como máximo un 10 % mayor que la establecida para cada caso teniendo en cuenta las condiciones de servicio. b) Después de eliminada totalmente la carga de ensayo y de estabilizadas las deformaciones, la flecha residual permanente no será mayor del 25 % de la máxima flecha observada. El ensayo se considerará “satisfactorio” siempre que no se hayan producido lesiones o fisuras de anchos suficientes como para poner en peligro la durabilidad o la seguridad de la estructura; y siempre que se cumplan con los requisitos a) y b). No cumpliéndose lo indicado en a) el ensayo será considerado “no satisfactorio”, y se podrá considerar el refuerzo de la estructura, efectuar un nuevo ensayo, o la reconstrucción de la misma. En el caso que se cumpla con a) pero no con el requisito b), podrá repetirse el ensayo. Si en el segundo ensayo la flecha residual permanente es menor de 1/8 de la flecha máxima observada durante la ejecución de este segundo ensayo, se considerará que el ensayo ha arrojado un resultado “aceptable”. En caso contrario la estructura podrá ser reforzada y nuevamente ensayada. Si los resultados de este último ensayo cumplen las condiciones establecidas, se considerará que la estructura ahora tiene el grado de seguridad requerido. En el caso de que el ensayo se hubiera tenido que interrumpir por la magnitud excesiva de las deformaciones, es posible proceder al refuerzo de la estructura y conservarla, previo ensayo de carga realizado después de ejecutado el refuerzo.


Figura 14: Evaluación de resultados de una prueba de carga

Nota: Para la preparación del presente apunte de cátedra se han tomado como base las siguientes publicaciones: “Curso de Tecnología del hormigón”, A. Castiarena, Asociación Argentina de Tecnología del Hormigón, 1994. “Manual de Inspección, evaluación y diagnóstico de corrosión en estructuras de hormigón armado”, CYTED Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo Subprograma XV Corrosión/Impacto Ambiental sobre Materiales. Apuntes de cátedra desarrollados por el Ing. Romeo Miretti, UTN Facultad Regional Santa Fe.

Santa Fe, marzo de 2006.

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