Propuesta de conservación de puentes de viga-losa de hormigón hidráulico. Pedraplén Caibarién (página 2)
Se concluye que independientemente de los errores de
ejecución, estos elementos estaban avocados a presentar
serios problemas de durabilidad desde su concepción en la
etapa de proyecto. Estos errores de ejecución
desencadenaron el deterioro prematuro de los puentes en diversas
magnitudes, de ahí que en el trabajo se pretende ir un
poco más allá de las causas que han sido
señaladas antes por muchos especialistas.
1.10 Técnicas empleadas para la
reparación de vigas y cabezales en los puentes del
Pedraplén Caibarién-Cayo Santa
María.
Las técnicas de reparación empleadas
responden al proyecto de reparación elaborado por la
EMPROY VC, estas consisten en:
Descarnar o eliminar el hormigón que rodea el
acero de refuerzo inferior de la viga.
Se elimina todo el hormigón que rodea el acero de
refuerzo de la parte inferior de las vigas hasta una profundidad
de 7.0 cm y hasta ? del peralto de la viga en forma de herradura
dejando al descubierto todo el acero. Este trabajo se realiza con
Ship hammer. Es importante señalar que no se pueden
demoler tramos mayores de un metro en una viga, ni tramos
alineados en el sentido transversal del puente en vigas
diferentes de la misma luz.
Limpieza del acero de refuerzo.
La limpieza del acero de refuerzo se realiza con arena
sílice y agua potable a presión, eliminando en la
medida de lo posible el óxido en las barras de
acero.
Refuerzo de aceros con pérdida de
sección
Para los casos en que se observen los aceros de la
armadura con pérdida de sección se indicó el
empalme de barras de acero nuevas en el área afectada que
permitan suplir el déficit por la pérdida de
sección. Estas barras serán empalmadas con alambre
a la longitud de solape especificada según el
diámetro de la barra afectada.
Aplicación de inhibidor de
corrosión
Previa a la aplicación del inhibidor de
corrosión se realiza el fregado del acero con agua para
eliminar el salitre que se haya impregnado posterior a la
limpieza y se deja secar según los requisitos de
aplicación del producto. Una vez seco el acero se aplica
el inhibidor de corrosión con brocha.
Restitución de la sección con mortero
colable.
Para este trabajo se ejecutaron moldes de acero buscando
mayor estanqueidad, calidad y economía. A los moldes se
les aplica un desencofrante y se colocan con puntales de madera,
posteriormente se elabora el mortero y se coloca.
Desencofrado
Se retira el encofrado y se limpia, dejándolo en
óptimas condiciones para ser utilizado
posteriormente.
Descarnar o eliminar el hormigón que rodea el
acero de refuerzo de media sección de la viga y
superior en caso de ser necesario.
Se elimina todo el hormigón que rodea el acero de
refuerzo desde ? del peralto de la viga hacia arriba hasta la
losa tablero, a una profundidad de 7.0 cm, dejando al descubierto
todo el acero. Este trabajo se realiza con Shipping Hammer. En
los tramos de viga dónde el acero se observa en buen
estado se detienen las acciones de demolición. Se tienen
en cuenta las mismas restricciones relacionadas con las
demoliciones expuestas anteriormente.
Limpieza del acero de refuerzo.
Se realiza la limpieza del acero según se
explicó anteriormente.
Aplicación de inhibidor de
corrosión
Se aplica el inhibidor de corrosión según
se explicó anteriormente.
Restitución de la sección con mortero
tixotrópico
La forma de aplicación de este mortero es
semejante a la de un resano con mortero de cemento Portland,
previo a su colocación se aplica un puente de adherencia
para garantizar una adecuada unión entre los dos
materiales.
Aplicación de impermeabilizante
Terminadas todas las acciones de reparación se
aplica el impermeabilizante, este producto se puede aplicar como
una lechada o como un repello fino con llana, la forma de
aplicación seleccionada fue la última, con
espesores de capa inferiores a 1.0 mm según las
especificaciones del fabricante.
La secuencia de trabajos expuesta es la que se ha
utilizado para la reparación de vigas en todos los puentes
intervenidos hasta la fecha, todos los productos utilizados en la
reparación corresponden a la firma MAPEI a
excepción del puente No.3 (primero en ser reparado) que se
reparó con productos similares pero de la firma
DRIZORO.
En la reparación de vigas se consideró
para los casos en que aparecieran vigas con cables ALE partidos
la sustitución de estos elementos por vigas de
hormigón armadas diseñadas especialmente para estos
casos. Las nuevas vigas mantienen la misma sección que las
del proyecto inicial lo que permite se puedan cambiar en una luz
una o varias vigas sin necesidad de demoler todo el tablero, de
lo contrario en las luces que hubiera sólo una viga con
cables ALE partidos habría que sustituir todos los
elementos (vigas) de la luz por incompatibles las vigas del
proyecto inicial con el de las vigas sección "T"
postensadas.
1.11 Técnicas empleadas para la
reparación de pilotes en los puentes del Pedraplén
Caibarién-Cayo Santa María.
En el proyecto de reparación de los puentes del
Pedraplén Caibarién-Cayo Santa María se
planificó realizar la reparación de pilotes
aplicando técnicas similares a las de la reparación
de vigas y cabezales, las diferencias fundamentales versan
alrededor de las dosificaciones y algunas soluciones que se
dieron para evitar el acceso del agua de mar a la zona a reparar,
para realizar los trabajos de reparación a estos elementos
se diseñó una falsa obra (o plataforma de trabajo)
que forma un cubo estanco y permite extraer el agua de mar que
rodea al elemento a reparar y facilita de esta forma los trabajos
de reparación.
En el proyecto de reparación se concibió
con un incremento de la sección de los pilotes de 8 cm por
cada cara aproximadamente y prohíbe hacer demoliciones a
pilotes sucesivos, por ello sólo se pueden reparar la
mitad de los pilotes de un eje; alternando los pilotes, y
terminados estos entonces se procede a la reparación de
los restantes.
La secuencia de actividades aplicada se describe a
continuación:
Montaje de falsa obra (o plataforma de
trabajo).
La falsa obra es una estructura metálica que
abraza el pilote y no permite que penetre el agua de mar a su
interior una vez extraída, este elemento se coloca a 15 cm
sobre el nivel del mar en marea baja y juega un papel fundamental
por tener dos funciones de importancia: sirve como plataforma de
trabajo y permite realizar todos los trabajos en seco, de
allí que se puedan aplicar las mismas técnicas de
reparación que en vigas y cabezales.
A continuación se muestra un esquema muy sencillo
de la falsa obra mencionada.
Figura 1 Esquema de plataforma de
trabajo para reparación de pilotes
Extracción de agua de mar con
bomba.
El objeto de esta actividad es extraer toda el agua de
mar del interior de la plataforma de trabajo; con esto se
realizan los trabajos de reparación en seco, lo que
facilita en gran medida la reparación y permite mayor
garantía y calidad.
Descarnar o eliminar el hormigón que rodea el
acero de refuerzo.
Se elimina todo el hormigón que rodea el acero de
refuerzo dejando al descubierto todo el acero. Este trabajo se
realiza con Shipping Hammer. En los tramos de pilote dónde
el acero se observa en buen estado se detienen las acciones de
demolición. Las demoliciones se deben hacer hasta una
longitud de pilote de 0.80 m para garantizar el agarre del
encofrado metálico.
Limpieza del acero de refuerzo.
La limpieza del acero de refuerzo se realiza con arena
sílice y agua potable a presión, eliminando en la
medida de lo posible el óxido en las barras de
acero.
Refuerzo de aceros en armaduras con pérdida
de sección
Para los casos en que se observen los aceros de la
armadura con pérdida de sección se indicó el
empalme de barras de acero nuevas en el área afectada que
permitan suplir el déficit por la pérdida de
sección. Estas barras serán empalmadas con alambre
a la longitud de solape especificada según el
diámetro de la barra afectada.
Aplicación de inhibidor de
corrosión
Previa a la aplicación del inhibidor de
corrosión se realiza el fregado del acero con agua para
eliminar el salitre que se haya impregnado posterior a la
limpieza y se deja secar según los requisitos de
aplicación del producto. Una vez seco el acero se aplica
el inhibidor de corrosión con brocha.
Colocación de malla.
Según proyecto de reparación se
colocará una malla alrededor de la armadura de acero del
pilote en cada tramo reparado.
Encofrado del pilote.
Para realizar esta actividad se diseñaron
encofrados mecánicos con juntas de goma que garantizan la
estanqueidad, los encofrados se diseñaron de un metro de
longitud para evitar un peso excesivo que dificulte mucho su
utilización.
Restitución de la sección con mortero
colable
Para el caso de los pilotes el mortero colable se
utiliza mezclado con granito y arena artificial, con una
dosificación recomendada por la EMPROY Villa
Clara.
Desencofrado
Se retira el encofrado y se limpia, dejándolo en
óptimas condiciones para ser utilizado
posteriormente.
Este proceso se repite hasta que se haya reparado el
pilote íntegramente.
Aplicación de impermeabilizante
Terminadas todas las acciones de reparación en un
pilote se aplica el impermeabilizante, este producto se puede
aplicar como una lechada o como un repello fino con llana, la
forma de aplicación seleccionada fue la última, con
espesores de capa inferiores a 1.0 mm según las
especificaciones del fabricante.
Desmonte de falsa obra o plataforma de
trabajo
1.12 Conclusiones parciales.
Como resultado de los análisis y estudios
realizados para realizar este capítulo se puede concluir
que:
La política de reparación de los
puentes del Pedraplén Caibarién – Cayo
Santa María ha padecido la aplicación de
diferentes metodologías no siempre acertadas y
comprobadas en la práctica de los trabajos
acometidos.En las diferentes fases o etapas de los puentes del
Pedraplén Caibarién – Cayo Santa
María se experimentaron fallas de (proyecto,
ejecución y explotación), que incidieron
negativamente en el deterioro prematuro de los mismos y su
inmediata reparación.
Capítulo II:
Valoración
de proyectos de reparación de puentes del Pedraplén
Caibarién- Cayo Santa María
Propuestas de reparación para puentes
viga-losa de hormigón hidráulico sometidos a
ambientes marinos agresivos
2.1 Políticas de reparación empleada en
los puentes del Pedraplén Caibarién-Cayo Santa
María.
Para la reparación de los puentes del
Pedraplén Caibarién-Cayo Santa María se
adoptó como política general, realizar la
sustitución de toda la súper estructura en las
luces de puentes que presenten varias vigas en mal estado. Esta
decisión se justifica en que el proyecto de
reparación no considera ninguna solución para las
vigas que presentan cables ALE partidos y que para estos casos
ofrece mayor garantía de durabilidad un elemento nuevo
fabricado adecuadamente que uno reparado.
Por otra parte para las luces de puentes cuyos elementos
vigas no estén muy deteriorados se acepta la
reparación de vigas y cabezales y se sustituye solamente
el tablero, bordillos y barandas. En caso de aparecer alguna viga
con cables ALE partidos durante el proceso de reparación;
ésta es sustituida por una viga de hormigón armado
y se continúa con la reparación de las
restantes.
En el 2010 se adoptó como estrategia de trabajo
realizar estudios diagnóstico a los puentes previo a su
reparación, de esta forma se podría definir con
mayor exactitud en qué casos sería preciso repara y
en cuales sustituir, esta decisión posibilitó la
realización de proyectos de reparación
específicos para cada puente; contrario a los primeros
puentes reparados que contaron con un proyecto de
reparación general, tomándose las decisiones sobre
la marcha.
2.2 Valoración de técnicas de
reparación empleadas en los puentes del Pedraplén
Caibarién-Cayo Santa María.
El proyecto de reparación de puentes del
Pedraplén Caibarién-Cayo Santa María en sus
inicios presentó dos inconvenientes fundamentales que
unidos a la necesidad de intervenciones inmediatas debido al
pésimo estado técnico que presentaban algunos
puentes provocaron la falta de efectividad de las reparaciones,
trayendo consigo gastos innecesarios y pérdida de tiempo;
estos inconvenientes fueron: dificultades para realizar
correctamente la limpieza del acero y que no presentaba
solución para las vigas con cables ALE
partidos:
Deficiente limpieza del acero
A pesar de los esfuerzos realizados para ejecutar un
trabajo de calidad y duradero, resultó
prácticamente imposible lograr una limpieza total de los
aceros de refuerzo de los elementos reparados, debido a que
sólo se pueden demoler hasta 7.0 cm de profundidad por
cada cara del elemento, lo que dificulta mucho la limpieza
adecuada del acero en su parte interior. Este inconveniente,
unido a que el acero ALE resulta prácticamente imposible
de limpiar por encontrarse dentro de los conductos provocó
que apenas a un año de reparado el puente No. 3 se
comenzaran a observar grietas longitudinales en la parte inferior
de las vigas reparadas; síntoma evidente de que se estaba
manifestando nuevamente la corrosión en estos
elementos.
Cables de Alto Límite Elástico (ALE)
partidos
La carencia de soluciones establecidas en el proyecto de
reparación para estos casos provocó que en los
puentes reparados antes del 2010 quedan hoy vigas cuyos aceros
ALE están partidos, por lo que resulta dudosa la capacidad
portante de las mismas y el tiempo de vida útil antes de
colapsar totalmente, además en caso de dar proyecto una
solución a este problema los costos de reparación
se dispararía y se afectaría la secuencia de
reparación porque habría que volver atrás a
demoler lo que ya estaba hecho, sin contar que pueden no estar
debidamente localizados los lugares donde están partido
los cables e incluso elementos con cables partidos que hayan
quedado ya en el olvido; lo que sería aún
más grave.
Estos dos aspectos no considerados en el proyecto de
reparación permiten concluir que la propuesta de
reparación de los puentes del Pedraplén
Caibarién-Cayo Santa María no garantiza el
éxito de las reparaciones y por lo tanto no es aceptable;
es obligatorio resolver estos dos problemas fundamentales sin los
cuales no habrá una solución satisfactoria para la
reparación de dichos puentes. Por estas causas se hizo
necesario adoptar como política general la
sustitución de vigas con cables ALE partidos y la
sustitución de toda la súper estructura de los
puentes en aras de garantizar mayor durabilidad a estas
obras.
2.3 Utilización de nuevos productos para
reparación de puentes del Pedraplén
Caibarién-Cayo Santa María.
Se considera que la solución de reparación
utilizando morteros especiales novedosos es acertada, estos
productos poseen propiedades que se ajustan muy bien a las
condiciones de trabajo y al medio ambiente prevaleciente en la
reparación de puentes; facilitando la ejecución y
mejorando la calidad de las reparaciones, específicamente
las ventajas de aplicación de estos productos
son:
El lograr una buena resistencia a la flexión
(el mortero colable 5,5 N/mm² en el primer día y
de 10 N/mm² a los 28 días y el mortero
tixotrópico de 4 N/mm² en el primer día a
8 N/mm² a los 28 días) y reducida tendencia a la
fisuración.Elevada resistencia a compresión (el mortero
colable 75 N/mm² a los 28 días y el mortero
tixotrópico de 60 N/mm² a los 28
días).Elevadas resistencias a compresión a corta
edad (el mortero colable 35 N/mm² en el primer
día y el mortero tixotrópico de 20 N/mm²
en el primer día).Elevados módulos de elasticidad (el mortero
colable 27000 N/mm² y el mortero tixotrópico
27000 N/mm²).Buena compatibilidad y adherencia con hormigones
envejecidos.Buena resistencia a sulfatos.
Presenta una textura suave que hace muy fácil
y rápida su aplicación con mejores
acabados.Fraguado rápido.
Buena densidad e impermeabilidad (el mortero
tixotrópico posee una permeabilidad al agua menor de 5
mm y una absorción capilar menor de 0.25
kg/m²).Reducida retracción.
Los valores y propiedades que se muestran corresponden a
los productos de la firma MAPEI, aunque en la mayoría de
los casos no difieren considerablemente de productos similares,
independientemente de la firma que los produzca.
2.4 Análisis de alternativas de
reparación o sustitución de una luz de puente del
Pedraplén Caibarién-Cayo Santa
María.
El 25 de marzo de 2010 se realiza por la EMPROY Villa
Clara una Asistencia Técnica donde el Ing. Alfredo P.
Moreno Mendoza, especialista a cargo de la reparación de
los puentes del Pedraplén Caibarién-Cayo Santa
María por la parte proyectista realiza una
valoración acerca de la factibilidad de la
reparación para una luz de puente.
2.4.1 Análisis técnico-económico
de alternativas de reparación o sustitución de
vigas de puentes.
Según datos suministrados por el Centro
Provincial de Vialidad de Villa Clara y chequeos realizados a
obra, se conoce que en el puente No. 3, se empleó un monto
de alrededor de $150 000.00 para la rehabilitación de la
superestructura de una luz y el puente está formado por 5
luces para una longitud total de 100.00 m.
Ante la situación real de no disponer en la
provincia de la tecnología de pretensado requerida para
producir vigas de 20.00 m y ser necesario desarrollar acciones
correctivas, se comenzó la rehabilitación empleando
productos restauradores de importación. No se
conocía con exactitud cuántas y cuáles vigas
podían tener cables partidos, de ahí que algunas
fueran tratadas con productos restauradores teniendo daños
severos, aspecto que fue posteriormente suspendido a partir de
una inspección técnica a obra por considerarlo una
práctica incorrecta. En este puente se gastó por
luz ese valor y la situación real es que presenta diez
vigas con cables ALE partidos, distribuidas de la siguiente
forma:
1ra luz, vigas No. 3, 4 y 11
2da luz, viga No. 8
3ra luz, vigas No. 1, 3, 7, 8, 11
5ta luz, viga No. 9
Su evaluación técnica después de un
año de rehabilitado permite argumentar los siguientes
razonamientos:
Se pueden apreciar grietas en cierto número
de vigas que no tenían cables partidos, lo que
demuestra que el fenómeno de la corrosión de
los aceros de refuerzo continúa, es decir, la
efectividad de la reparación es dudosa.No se han podido retirar las diez vigas con cables
partidos, extraer éstas representa volver a demoler el
pavimento, la losa del tablero fundida in situ, sacar las
losas prefabricadas, y aún más, las
complicaciones que ello genera al tránsito
vehicular.Otros elementos como muretes, barandas, losa de
paseos, soporte de tuberías y pilotes que no se
rehabilitaron continúan su proceso de
deterioro.Los taludes de los aproches, una de las principales
causas de los deterioros, no pudieron rectificarse de forma
eficaz.
Si se realiza una valoración más profunda
se puede decir que la rehabilitación actual no totalmente
efectiva, por las siguientes causas:
Deficiente trabajo de limpieza de los elementos
dañados, por ser casi imposible limpiar el interior de
los conductos de los cables postensados.Muy difícil poder aplicar los productos con
el rigor exigido por el fabricante ante un medio
constantemente húmedo y con salpicaduras (spray
marino), al estar los elementos muy próximos al nivel
medio del mar (n.m.m)Los productos no contaron con los ensayos en obra
que certificaran correctamente su calidad, la que puede
variar por múltiples factores externos.No existe experiencia en este tipo de
intervención.Otros posibles factores.
Si ello es cierto y el número de obras a
rehabilitar es significativo se impone que se analice si es
correcto o no rehabilitar de la forma actual dichos puentes o
sustituir toda su superestructura, teniendo en cuenta que la
cimentación empleada mediante pilotes, se consideró
para que trabajara con esfuerzos pequeños igual que en los
cabezales, los cuales deben asimilar mejor una
rehabilitación que la superestructura, puesto que se puede
incrementar su sección si fuera necesario y darle mayor
área de protección a su refuerzo
principal.
A continuación se exponen los valores de estas
variantes para luz de 20.00 m.
Rehabilitación de la
superestructura————————$150 000.00 con productos
restauradores
Estudio Diagnóstico de la
ENIA————————–$30 000.00 valor de la luz central
Puente No. 3
Sustitución de la superestructura por (Vigas
¨T¨ postensadas de 20.00
m)———————————-
$153 460.00 (según PRECONS II)
Sustitución de la superestructura por (Vigas
rectangular de hormigón armado de 20.00 m)——-$130
000.00 PRECONS II
La variante de vigas de hormigón armado y
sección rectangular es la más económica,
pero desde el punto de vista técnico se considera las
vigas ¨T¨ postensadas como la solución más
adecuada.
También hay que evaluar que la
rehabilitación, si funciona correctamente tomando como
referencia la garantía de los productos que suministran
los fabricantes, alcanza los 10 años cuando son
correctamente aplicados. Esta garantía, para este medio,
hace suponer que se reduce. Sin embargo, nuevos elementos de
hormigón postensados o armados cumpliendo las nuevas
especificaciones de la NC 250: 2005, supone una vida útil
que debe sobrepasar varias veces esos plazos.
Conclusiones parciales sobre el análisis
técnico-económico de la alternativa de
reparación o sustitución de una luz de
puente.
Se considera que desde el punto de vista
técnico–económico es muy aconsejable
realizar la sustitución de todos los elementos de la
superestructura de los puentes.No se puede generalizar que las rehabilitaciones no
cumplan, pero es seguro que su tiempo de vida útil es
mucho más corta y finalmente, habrá que asumir
la sustitución.El proceso de rehabilitar algunos elementos y
después volver a la obra para terminarla sacando vigas
o reparando otros elementos, no es lo más acertado,
puesto que después se crean muchas complicaciones con
la explotación de la vía y los costos ascienden
mucho más, mientras la garantía técnica
es dudosa.Retirando la superestructura se puede reparar los
taludes de aproches, con mayor facilidad, y efectividad al
poder utilizar los equipos adecuados, aspecto que en la
actualidad dificulta este trabajo al tener que desarrollarlo
manualmente. Está demostrado que este aspecto
constituye una de las primeras causas del deterioro de las
vigas y losa del tablero.Existen puentes cuya afectación es mucho
menor; si se actúa sobre éstos con los
productos restauradores o de conservación, los
resultados pueden ser más eficientes y aprovecharse
mejor las funciones que dicen garantizar.Este tema requiere de una Comisión
Ministerial de análisis, pues tiene implícitos
muchos puntos de análisis que se pueden emitir y
enriquecer antes de tomar una decisión más
colegiada.
La autora de este trabajo coincide con el especialista
Ing. Civil Moreno Mendoza en que resulta más satisfactorio
realizar la sustitución de los elementos que presentan
deterioros severos por corrosión, que la reparación
de los mismos en las condiciones medio ambientales y
climáticas a las que están sometidos los puentes
del Pedraplén Caibarién – Cayo Santa María;
pues como se expuso anteriormente los costos son bastante
similares y los elementos nuevos sin lugar a dudas ofrecen mayor
garantía de durabilidad que los reparados.
Esta regla no es absoluta, en obras o elementos
estructurales que no estén sometidos a ambientes altamente
agresivos o el grado de deterioro que presentan no sea tan
avanzado, es muy probable que los costos de reparación
sean inferiores a los costos de sustitución.
Se supone los costos de reparación son
inferiores, teniendo en cuenta que para sustituir una viga en un
puente se deben destruir elementos que pueden estar en buen
estado, lo que encarece la actividad; sin embargo la
reparación de esos elementos puede garantizar buena
durabilidad en ambientes poco agresivos, o cuando la
intervención se realiza a edades tempranas; cuando la
corrosión aún no está
generalizada.
2.5 Propuesta de diagrama de flujo de
diagnóstico integral para puentes en ambientes agresivos
marinos.
Figura 2: Diagrama de flujo de
diagnóstico integral para puentes en
ambientes agresivos marinos.
2.6 Criterios considerados en la propuesta del
método de reparación de puentes viga–losa de
hormigón hidráulico sometidos a ambientes
agresivos.
Sobre los métodos de reparación a aplicar
en puentes viga-losa de hormigón hidráulico
sometidos a ambientes de alta agresividad se estima que la
utilización de un procedimiento de reparación
electroquímico podría ser una solución
acertada de reparación. Algunas instituciones y normativas
internacionales como la NACE RP 290 (National Association of
Corrosion Engineers), ACI 222 y diferentes autores (Castro 2003,
Vázquez 2003, Del Valle 2006) coinciden en que la
protección catódica es la única
técnica recomendada para detener el proceso de
corrosión en estructuras de hormigón armado una vez
iniciado, de allí que en este trabajo se analiza la
posible aplicación de una metodología de
reparación que incluya esta técnica.
Esta propuesta se basa en que los especialistas en
ocasiones se muestran escépticos con relación a las
técnicas convencionales de reparación, y aún
cuando la reparación con mortero desde el punto de vista
mecánico resulte exitosa, los resultados
electroquímicos del hormigón y acero muestran que
la corrosión continuará producto de contaminaciones
con iones cloruro, lo cual podría incluso potenciar la
corrosión de barras cercanas a la reparación.
(Hernández, 2009).
Tradicionalmente, ante evidentes problemas de
corrosión en las armaduras se recurre a la
implementación de esquemas de reparación que
normalmente consiste en las etapas:
Remover el hormigón deslaminado.
Aplicación de productos denominados
¨convertidores de óxido¨.Reemplazo del material faltante, para lo cual se
emplean, en el mejor de los casos, morteros con aditivos
impermeabilizantes.
Sin embargo, en varias ocasiones, esta técnica de
reparación lejos de resolver el problema, lo oculta por un
período de tiempo (generalmente menor de 3 – 5
años), después del cual reaparecen las
patologías antes evaluadas. (M. Vázquez,
2003).
La sustitución de todo el hormigón
contaminado por cloruros resulta una tarea complicada. Es
fácil localizar las zonas fisuradas o con el
hormigón separado en láminas, pero rehabilitar
sólo estas zonas podría transferir el problema de
la corrosión a las zonas adyacentes (mecanismo denominado
¨formación incipiente de ánodos¨).
Sería necesario eliminar todo el hormigón donde el
contenido de cloruros sea mayor que el 0,2-0,5 % en masa de
cemento, y aún así podría producirse la
corrosión si el hormigón no es suficientemente
alcalino.
Si los cloruros proceden de la fabricación del
hormigón, es mejor ir a una técnica de
reparación del tipo de la protección
catódica. Del mismo modo, rehabilitar sólo parte de
una sección carbonatada es equivalente a crear pares
galvánicos entre el acero catódico de la zona
reparada y el acero anódico de las zonas carbonatadas.
(BRE, 2000).
Para el caso específico de la reparación
de los puentes del Pedraplén Caibarién-Cayo Santa
María la autora del trabajo considera, más
recomendable la sustitución de la súper estructura,
aún en casos que los signos de corrosión no
indiquen daños severos; se recomienda la
sustitución de la súper estructura como
única alternativa para controlar el deterioro progresivo
de los puentes, de lo contrario las acciones de reparación
funcionarían en la mayoría de los casos como apaga
fuegos, impidiendo se pueda adoptar algún día una
posición preventiva y no una correctiva de
urgencia.
Para ello la autora se basa fundamentalmente en las
causas del deterioro prematuro de los puentes, al concluir que
éstas son de carácter general e inciden en la gran
mayoría de los puentes del Pedraplén
Caibarién-Cayo Santa María, por ello se puede
suponer que aunque algunos puentes no aparentan tener
daños severos, el fenómeno de la corrosión
ya se ha desencadenado. No existe hoy una metodología o
técnica de reparación que garantice totalmente un
control de este fenómeno y opina que la solución
más duradera de este problema es la sustitución del
elemento.
La propuesta de reparación solo es válida
para reparaciones en estructuras cuyo deterioro por
corrosión no sea tan crítico, teniendo en cuenta
que incluso las técnicas de reparación
electroquímicas tienen una efectividad dudosa y no brindan
garantía de durabilidad cuando la contaminación por
cloruros está muy avanzada.
Se añade que en Cuba no existen hoy los medios y
personal calificado para la aplicación de la
técnica de protección catódica, siendo
provechoso dar pasos encaminados a crear las condiciones
necesarias para su empleo y utilización en obras
importantes para el país.
Para este trabajo no se pudo determinar el monto
económico para la aplicación de esta
tecnología en Cuba, sin embargo, autores como Del Valle
resaltan entre las ventajas de la protección
catódica por ánodo de sacrificio que es una
alternativa simple y barata, siendo la de menor costo por ciclo
de vida.
2.7 Propuestas de métodos de reparación
para puentes viga–losa de hormigón
hidráulico sometidos a ambientes agresivos.
La metodología de reparación que se
propone en este trabajo para puentes viga-losa de hormigón
hidráulico sometidos a ambientes agresivos se describe a
continuación:
1. Descarnar o eliminar el hormigón que
rodea el acero de refuerzo inferior de la viga.2. Se elimina todo el hormigón que rodea
el acero de la parte inferior de las vigas hasta 2 cm por
detrás de refuerzo, dejándolo totalmente libre
de hormigón. En los tramos de viga dónde el
acero y el hormigón se observan en buen estado se
detienen las acciones de demolición. Las restricciones
longitudes y de peralto de viga a demoler dependen de las
características propias de cada puente y serán
especificadas por el proyectista en cada caso. Esta actividad
se puede realizar con equipos de percusión, de agua a
presión u otro que garantice la ejecución del
trabajo según se describe anteriormente.3. Limpieza del acero de refuerzo.
4. Debe emplearse una técnica que
garantice la eliminación total de óxido en las
barras de acero. Se recomienda la limpieza del acero con
arena sílice y agua potable a
presión.5. Refuerzo de aceros con pérdida de
sección6. Para los casos en que se observen
disminución en la sección transversal del
refuerzo iguales o mayores del 20%, se recomienda agregar
refuerzo en el área afectada. En este caso se
deberá remover el hormigón de la zona adyacente
al sector de la armadura afectada, de modo de proveer una
superficie de solape superior a tres veces la longitud del
área de refuerzo afectada. Se aconseja que el refuerzo
nuevo sea fijado con alambre y no por soldadura.7. Restitución de la
sección.8. Se considera que la sección puede ser
restituida con morteros especiales; por presentar mejores
características que los morteros convencionales de
cemento Portland, para este caso se recomienda un mortero
colable, que logra muy buena terminación y ofrece un
número de ventajas enumeradas en el epígrafe
3.4 de este capítulo. Este tipo de mortero, permite
por ser muy fluido el relleno de oquedades y fisuras que
generalmente quedan en el área de contacto entre
materiales diferentes al realizar las
reparaciones.9. Para realizar esta actividad es importante
se elaboren encofrados de calidad, pues como se
explicó, el material es muy fluido y se filtra
fácilmente por separaciones entre los elementos que
forman el encofrado. Se recomiendan los encofrados
metálicos, para este caso es necesaria la
aplicación de un desencofrante.10. Desencofrado
11. Se retira el encofrado y se limpia,
dejándolo en óptimas condiciones para ser
utilizado posteriormente. De ser preciso se le da
algún mantenimiento.12. Descarnar o eliminar el hormigón que
rodea el acero de refuerzo de media sección de la viga
y superior en caso de ser necesario.13. Se elimina todo el hormigón que
rodea el refuerzo desde la zona reparada hacia arriba hasta 2
cm por detrás del acero, dejándolo totalmente
libre de hormigón. En los tramos de viga dónde
el acero y el hormigón se observan en buen estado se
detienen las acciones de demolición. Se tienen en
cuenta las mismas restricciones relacionadas con las
demoliciones expuestas anteriormente. Esta actividad se puede
realizar con equipos de percusión, de agua a
presión u otro que garantice la ejecución del
trabajo según se describe anteriormente.14. Limpieza del acero de refuerzo.
15. Debe emplearse una técnica que
garantice la eliminación total de óxido en las
barras de acero. Se recomienda la limpieza del acero con
arena sílice y agua potable a
presión.16. Restitución de la sección con
mortero tixotrópico17. Como se explica anteriormente, se considera
que la sección puede ser restituida con morteros
especiales; por presentar mejores características que
los morteros convencionales de cemento Portland, para este
caso se recomienda un mortero tixotrópico, que es muy
cómodo para trabajar, logra muy buena
terminación y ofrece un número de ventajas
enumeradas en el epígrafe 3.4 de este capítulo.
La forma de aplicación de este mortero es semejante a
la de un resano con mortero convencional.18. Aplicación de protección
catódica por ánodo de sacrificio con cinc
proyectado (ánodo de sacrificio externo).19. En reparaciones de gran extensión,
el cinc proyectado presenta ciertas ventajas dado que la
protección se extiende por toda la superficie
metalizada del componente estructural tratado. En el caso de
reparaciones localizadas y donde el deterioro no sea
significativo, la opción de aplicar pinturas ricas en
cinc ofrece una respuesta aceptable, quedando la
protección limitada al sector donde la pintura fue
aplicada y no a lo largo de todo el componente estructural.
Vázquez, (2003).20. Esta técnica se basa en
recubrimientos metálicos denominado termo rociado o
metalizado de 40 a 50 &µm y consiste en alambre o
polvo de metal, por ejemplo el zinc, que se funde por arco
eléctrico; y se aplican sobre la superficie del
concreto mediante una corriente de aire.
La metodología antes descrita resulta
válida para la reparación en la mayoría de
los elementos de puentes, con alguna que otra diferencia en
función de las características de cada elemento y
de la estructura en general. Sólo en el caso de
reparación de pilotes se recomienda de forma adicional, la
utilización de una plataforma de trabajo tipo encofrado
similar a la empleada con muy buenos resultados en la
reparación de los puentes del Pedraplén
Caibarién-Cayo Santa María.
En las reparaciones de puentes donde espesores de
hormigón a remover supera los 12 cm es aconsejable el
empleo de hormigón y mortero convencional para restituir
la sección del elemento a reparar. Esto se debe a que los
morteros especiales no deben aplicarse en capas superiores a 4 cm
en la mayoría de los casos, de allí que para cubrir
espesores superiores a este valor se deben colocar varias capas,
lo que hace muy engorrosa su aplicación.
Cuando se detecten cables de alto límite
elástico (ALE) partidos o en mal estado es recomendable la
utilización de fibras de carbono como alternativa de
reforzamiento. Las fibras de carbono poseen una gran resistencia
a la tracción, llegándose a resistencias superiores
a 575 MPa y módulos de elasticidad por encima de los 26,1
GPa.
Esta técnica permite su uso en diferentes formas,
como telas flexibles o láminas rígidas para
recuperar o reparar diferentes elementos estructurales,
principalmente sometidos a flexión como la
recuperación de vigas y losas.
Es posible recuperar o aumentar la capacidad a
flexión de vigas y losas tanto cruzadas como en una
dirección, en zonas de momento positivos como
negativos.
La versatilidad de las telas de fibra de carbono,
permite incrementar la resistencia al corte y la ductilidad de
vigas y en algunos casos, el sistema ha sido diseñado para
aumentar la rigidez y limitar las deformaciones.
Esto se puede realizar con las estructuras en servicio y
también donde el espacio de trabajo es reducido. No
modifican ni formas arquitectónicas ni rigideces de manera
indeseable. (D Ortiz I, 2002).
A pesar de recomendarse la aplicación de la
metodología de reparación mostrada en este
epígrafe, vale resaltar que para todos los casos debe
hacerse una valoración del costo de aplicación y
factibilidad en función de la importancia de la obra y
grado de deterioro que presenta, entre otros factores que
inciden. Como es sabido las características de cada puente
y las condiciones a que están sometidos pueden ser muy
diversas por ello se aconseja realizar estudios previo a la
selección de la técnica de reparación a
emplear.
Una vez efectuada la reparación es recomendable
efectuar un seguimiento del estado de la armadura para detectar
la iniciación de corrosión activa antes de la
aparición de patologías y con el objetivo de
evaluar la eficiencia del esquema de reparación.
(Vázquez, 2003).
Siempre el éxito de una reparación radica
en el grado de control de ejecución, donde se verifiquen
las distintas etapas del método de reparación
adoptado. No importa cuán sofisticadas sean las
técnicas adoptadas, ni las bondades que éstas
ofrezcan; de aplicarse incorrectamente no habrá
garantía de durabilidad, por el contrario, los
daños en los elementos reparados no tardarán en
reaparecer.
2.8 Posibilidades de la técnica
protección catódica por ánodo de sacrificio
externo
La protección catódica de sacrificio es
una de las técnicas más efectivas de control de los
daños por corrosión en puentes existentes de
hormigón armado. En EEUU más de 500 puentes
están protegidos por estos sistemas de protección
catódica. (Bermúdez, 2007).
Los sistemas de zinc metalizados ofrecen muchas ventajas
sobre los métodos convencionales de control de
corrosión (Rodríguez R, 2005; Del Valle, 2006;
Vázquez, 2003), las principales ventajas de esta
técnica de reparación tan difundida
internacionalmente se mencionan a continuación:
Funcionamiento muy sencillo.
Aplicación simple.
Mantenimiento mínimo durante el tiempo de
vida del sistema.Es el sistema con menor costo por ciclo de
vida.Pueden ser convertido fácilmente a sistema de
corriente impresa, sin implicar un diseño de zonas
complejas con extenso cableado y requerimientos de
monitoreo.Pueden ser protegidos por una variedad de
recubrimientos finales con fines estéticos y para
maximizar la vida efectiva del sistema.Se aplica a columnas, vigas, y pilotes de puentes de
concreto contaminadas por ión cloruro, y en ambientes
marinos.No requiere suministro de energía.
No requiere monitoreo, control o
mantenimiento.Puede ser aplicado en estructuras pre esforzadas y
en presencia de reacción
álcali-sílice.No existe problemas de ánodos de corto
circuito.Puede ser instalado como un complemento en la
reparación por parcheo.Puede volverse a aplicar la técnica cuando
esté próxima al vencimiento del ciclo de vida
(10 a 15 años) y recupera su efectividad.
Sus limitaciones son:
No garantiza el cumplimiento del criterio de control
de algunas normas internacionales (BSEN 12696 o NACE RPO 290)
que aseguran cuando la corrosión está
controlada.Puede resultar caro el instalar algunos tipos de
ánodos.Al ser una técnica relativamente nueva no
posee estándares publicados.
Conclusiones parciales.
Como resultado del análisis y estudios realizados
se puede concluir que:
La aplicación de técnicas
electroquímicas de reparación en Cuba,
podrían ser una solución viable para mejorar la
durabilidad de puentes de hormigón hidráulico
en el país.Para la reparación de puentes del
Pedraplén Caibarién-Cayo Santa María, la
sustitución de la superestructura se presenta como la
mejor variante para garantizar la durabilidad.
Conclusiones
generales
Como resultado de las investigaciones realizadas en este
trabajo se puede arribar a las siguientes
conclusiones:
Existe gran diversidad de criterios con
relación a la efectividad de las técnicas
convencionales de reparación de los puentes en este
tipo de ambiente, que tradicionalmente se emplean en los
procesos de reparación de estructuras de
hormigón armado.No existe en la actualidad una técnica de
reparación que garantice íntegramente la
durabilidad de estructuras parcialmente afectadas por la
corrosión del acero de refuerzo.La política de reparación de los
puentes del Pedraplén Caibarién – Cayo
Santa María ha padecido de la aplicación de
diferentes metodologías, no siempre acertadas y
comprobadas en la práctica de los trabajos
acometidos.En las diferentes fases o etapas de los puentes del
Pedraplén Caibarién – Cayo Santa
María se experimentaron fallas de proyecto, de
ejecución y de explotación, que incidieron
negativamente en el deterioro prematuro de los mismos y su
inmediata reparación.El método más seguro para garantizar
el acceso a la cayería norte de Villa Clara,
importante polo turístico del país es la
sustitución y reparación de la superestructura
de los puentes del Pedraplén Caibarién –
Cayo Santa María empleando la metodología
propuesta y sustituyendo las vigas existentes en peor estado
por nuevas vigas ¨T¨ postensados nuevas, la cual se
ha venido ejecutando en los últimos años con
satisfactorios resultados para la seguridad y para la
economía en la explotación de dicha
obra.
Recomendaciones
Las recomendaciones son las siguientes:
Profundizar en estudios para incluir en las normas
cubanas vigentes, los criterios de durabilidad para
estructuras sometidas a ambientes marinos de muy alta
agresividad, incluyendo su diseño
estructural.Necesidad de crear y potenciar las condiciones
necesarias para que se puedan aplicar en Cuba las
técnicas electroquímicas de reparación;
que tan buenos resultados han dado a nivel
internacional.Realizar estudios de la intensidad del
tráfico que circulan por el Pedraplén
Caibarién-Cayo Santa María y verificarlo con un
proyecto ejecutivo, además realizar y de cumplir con
un plan de mantenimiento que evite se sigan deteriorando los
puentes que no presenten hoy síntomas de deterioro
severo.
Bibliografía
1. ACI 357 R. Fixed offshore concrete
structures ¨Estructuras de hormigón ubicadas fuera
de la costa¨ ACI, 2002a. EUA2. Del Valle, 2006. Control de la
corrosión del hormigón armado,3. NC 120:2007 Hormigones Hidráulicos.
Especificaciones4. NC 250:2005 ¨Requisitos de durabilidad
para el diseño y construcción de edificaciones
y obras civiles de hormigón
estructural¨5. NACE RP 290. National Association of
Corrosion Engineers, EUA6. Propuesta de conservación de puentes
viga-losa de hormigón hidráulico.
Análisis del proyecto de reparación de dichos
puentes del pedraplen Caibarién – Cayo Santa
María. Ing. Civil, Liz Momplet Loira. Tesis de
Maestría en Vías de Comunicación
Terrestres (segunda edición), Tutor. Dr Ing. Civil,
Raúl González López. UCLV, Santa Clara,
Cuba, Marzo, 2014
DATOS DE LA AUTORA:
Liz Momplet Loira, Ing. Civil graduada en la Universidad
Central "Marta Abreu" de las Villas (UCLV), Santa Clara, Villa
Clara, Cuba. Especialista de la ECM "Campaña de Las
Villas", optante por el grado científico de master en
Vías de Comunicación Terrestres en su segunda
edición, que otorga dicha universidad.
Autora:
Ing. Civil, Liz Momplet
Loira
Santa Clara, Abril 2014
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