Ing. Guillermo Realpe R. M.Sc. Laboratorio de Materiales de Construcción Pontificia Universidad Católica del Ecuador Noviembre 2016

Transcripción

1 Ing. Guillermo Realpe R. M.Sc. Laboratorio de Materiales de Construcción Pontificia Universidad Católica del Ecuador Noviembre 2016

2 Diseño Estructural----Concepto estructural Comporta miento mecánico de suelo (estáticodinámico) Métodos de construcciónespecificaciones técnicas- control -Construcción Monitoreo Post construcción Elección de materiales apropiados, que cumplan especificaciones

3 Ingeniería- procesos desde la planificación hasta el monitoreo de la estructura orientados a conservar la vida del ser humano.

4 Cambio de solicitaciones en el tiempo Vida Útil de la Estructura Amenazas Naturales

5 Revisión Diseño Estructural---- Concepto estructural (código pertinente) Dimensionamiento (levantamiento estructural) Verificación de hipótesis d el diseño Contraste entre el diseño vs lo realmente construido (planos Asbuilt) Análisis Estructural---- Concepto estructural (código vigente) Incorporando la información de campo (viabilidad del proyecto) Re -Diseño Estructural Terapéutica Reforzamiento Causa --Efecto Retro Análisis Referencia ACI 437 R Cuantía aceros resistencia del hormigón Patologías; humedad, fisuras, lixiviación, oxidación, corrosión

6 Métodos Resistencia del Hormigón in Situ (código ACI 228.1R) Ensayos semi - destructivo Núcleos (ASTM C42, C39, ACI 228.1R, ACI 437R) Estimación de la Resistencia del Hormigón Ensayos no destructivos Penetración (Pistola Windsor)(ASTM C 803, ACI 228.1R, ACI 437R ) Homogeneidad del Hormigón - Discontinuidad Rebote (esclerómetro) (ASTM C805) Velocidad de pulso ultrasónico (ultrasonido ASTM C597-16) Métodos de impacto - Eco (ASTM C 1383) Análisis espectral de Ondas superficiales (SASW) Emisión acústica

7 Contenido Durabilidad Permeabilidad Penetración ion cloruro Corrosión Métodos eléctricos Resistividad Métodos electroquímicos Potencial de corrosión

8 Ensayos in situ para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Introducción Existe la necesidad de conocer la evolución de maduración del hormigón con el propósito de sustentar con criterio la remoción segura de los encofrados a tempranas edades, tensión de pos-tensados, fin del curado, alcances que no cubre la ASTM C 31. y que intentaría obtener información como la calidad de colocado, consolidación, y curado del hormigón. Así como también existe la necesidad, en obras existentes, de verificar la uniformidad de los elementos, detectar zonas de dudosa calidad. Para estos propósitos es decir en la determinación de la resistencia in situ, el método referencial que se emplea es la extracción de núcleos y los métodos que se revisan a continuación tienen como intención estimar esa resistencia

9 Tipo 1. Formación de Conos en ambos extremos Tipo 2. Formación de cono en uno de los extremos Tipo 3. Fisura columnar a través de ambos extremos Tipo 4. Fisura diagonal a través de los bordes

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13 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Número de Rebote o Martillo Schmidt (ASTM C 805/805M-13ª)) Homogeneidad del Hormigón Afectado por : Humedad inclinación estado de superficie carbonatación

14 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Número de Rebote o Martillo Schmidt (ASTM C 805)

15 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Número de Rebote o Martillo Schmidt (ASTM C 805)

16 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Número de Rebote o Martillo Schmidt (ASTM C 805) Objetivo: El método de ensayo permite obtener el número de rebote del hormigón endurecido usando un martillo de impacto Equipo compuesto principalmente de: cuerpo externo, émbolo, martillo, y resorte a.- el embolo se extiende hasta colocarlo en contacto con la superficie del hormigón, mientras un sistema de seguridad se activa en la parte superior del embolo. b.- El cuerpo externo del instrumento es presionado, manteniendo en contacto el embolo sobre la superficie del hormigón c.- La acción anterior permite que el resorte se extienda en conjunto con el martillo d.-cuando el cuerpo del instrumento llega al tope de su carrera libera el seguro y deja que el martillo sea accionado por el resorte haciéndole que impacte sobre el área de parte superior del embolo e.- El impacto del martillo trasmite parte de la energía a través del embolo a la superficie del hormigón para luego rebotar y dejar señalada en un indicador este rebote.

17 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Limitaciones del ensayo: Existe un problema complejo de impacto de carga y propagación de la onda deesfuerzo El rebote depende de la energía cinética justo antes que el martillo golpe en el hombro del embolo y la cantidad de energía que absorbe durante el impacto. Parte de la energía es absorbida por el mecanismo de fricción en el instrumento y otra es absorbida en la interacción del embolo con el hormigón, siendo ésta la responsable del rebote que se alcance, por tanto el indicador de la propiedad del hormigón La energía absorbida por el hormigón depende de la capacidad de reacción del material expresado en términos de su relación esfuerzodeformación. Por tanto la energía absorbida se relaciona a la resistencia y rigidez del hormigón. Un hormigón con baja resistencia y baja rigidez absorberá más energía que un hormigón con alta resistencia y alta rigidez Un hormigón con baja resistencia presentará un bajo número de rebote.

18 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Limitaciones del ensayo: Dificultades: Es posible que dos mezclas de hormigón tengan la misma resistencia pero diferente rigidez, por tanto presenten diferente rebote a pesar de tener la misma resistencia. Así mismo se puede presentar que dos hormigones de resistencia diferente tengan el mismo rebote, esto puede suceder cuando la rigidez del hormigón de baja resistencia es mayor que la rigidez del hormigón de mayor resistencia El ensayo es sensible a las condiciones del lugar donde se realice la prueba como por ejemplo impacto sobre partículas duras, vacios o partículas suaves, acero de refuerzo, Es afectado el número de rebote, sin ser representativo del hormigón interno, por la presencia de fenómenos como: superficies carbonatadas, superficies secas (humedad mayor en el interior), condiciones de curado ( afectan el comportamiento de resistencia y rigidez de lasuperficie del hormigón) La textura de la superficie del hormigón El rebote también es afectado por la orientación del instrumento, por lo tanto se requiere de una corrección. En resumen a pesar de que el ensayo es fácil de ejecutar, se debe tener en cuenta que son muchos los factores que influyen en los resultados.

19 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Significancia y Uso: Acceso a la uniformidad del hormigón Acceso a zonas de la estructura de pobre calidad o deteriorada Estimación de la resistencia in situ del hormigón La resistencia que proporciona el equipo en función del número de rebote debe ser usado únicamente como un indicador referencial de la resistencia en diferentes lugares de la estructura Se usa este método para estimar la resistencia, siempre que se establezca una correlación entre la resistencia y el número de rebote para una determinada mezcla de hormigón y un específico aparato En el caso de hormigones existentes se debe correlacionar la resistencia de corazones con el número de rebote. Deben obtenerse al menos dos corazones hermanos de al menos seis lugares que tenga diferente número de rebote. Sin embargo se tiene experiencia que las correlaciones suelen presentar mucha dispersión. Este método de ensayo no permite ser usado como base de aceptación o rechazo del hormigón.

20 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Número de Rebote o Martillo Schmidt (ASTM C 805)

21 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Resistencia a la penetración (ASTM C 803/C803M-03) Objetivo: Este método de ensayo cubre la determinación de la resistencia a la penetración de una sonda rod o pin aguja en el hormigón endurecido Principios: La técnica de penetración del rod usa una pistola de características particulares, que permite conducir una sonda de acero en el hormigón. La profundidad de penetración es el indicador de la resistencia del hormigón. El análisis teórico nuevamente considera la energía cinética de la sonda y la absorción de energía del concreto. La sonda penetra en el hormigón hasta que la inicial energía cinética es absorbida. Esta energía es gobernada por la carga del disparo para introducir la probeta, la localización de la sonda en el barril de la pistola antes del disparo y la pérdida de fricción mientras la probeta viaja a través de barril

22 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Resistencia a la penetración (ASTM C 803) Homogeneidad del hormigón Identificación de zonas deterioradas. Estimación de resistencia a edades tempranas del hormigón

23 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón La energía es absorbida por: - fricción entre la probeta y el hormigón -Por la fractura del mortero -Y por la fractura del árido. Por lo tanto las propiedades de resistencia del mortero y del árido influyen en la distancia de penetración. Situación contraria al comportamiento normal del hormigón cuando es sometido al ensayo de compresión. Esta situación define una característica especial en estos ensayos, la influencia grande del tipo de árido en la relación entre la resistencia del hormigón y la profundidad de penetración. Forma de la zona de falla y absorción de energía (gráfico)

24 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Gráfico profundidad de penetración y resistencia a la compresión con diferentes tipos de árido.

25 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Relación longitud expuesta vs resistencia cilíndrica

26 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Limitaciones particulares y ventajas del ensayo: Los resultados del ensayo no son afectados por las condiciones de superficie como la textura y contenido de humedad Una capa de superficie dura, como ocurriría con el terminado con llana, puede resultar en valores bajos de penetración La dirección en la cual el ensayo se realiza no es importante, si la sonda es direccionada perpendicular a la superficie. La penetración será afectada por la presencia de barra de refuerzo en la zona de influencia de penetración de la sonda. Se prefiere una relación de resistencia a profundidad de penetración antes que resistencia a profundidad expuesta. Existen dos tipos de sonda para ejecutar estos ensayos, unos para hormigón de baja densidad y otros para densidad normal. (40Mpa)

27 PISTOLA WINDSOR NDT JAMES

28 Ejecución del ensayo

29 Pin de ensayo

30 Lectura de datos

31 Hormigón después del ensayo

32 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón La penetración con el pin o aguja Se requiere de un aparato que posea menor energía que el sistema de probeta de Windsor. El equipo esta cargado con un resorte y permite la conducción de una aguja de acero endurecido de 3.56 mm de diámetro en el hormigón. La penetración del pin genera una pequeño orificio en la superficie del hormigón, el cual se limpia con aire a presión luego de retirar el pin, posteriormente se mide la profundidad de la penetración, la cual sirve para estimar la resistencia a la penetración previo a la aplicación de correlaciones necesarias.

33 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Particularidades del ensayo con pin La energía cinética utilizada por el aparato para la penetración del pin se estima en 1,3 % de la energía que transmite el sistema de la prueba Windsor. Debido al bajo nivel de energía, la penetración del pin se reduce drásticamente si se encuentra con partículas de árido grueso. Este tipo de ensayo pretende con la penetración únicamente influenciar en la fracción del mortero del hormigón. Resultados de ensayos que penetren partículas de árido grueso no deben ser considerados en el promedio de la resistencia a la penetración Por causa de la penetración, el pin puede perder el afilado. Dependiendo del grado de deterioro, ésta debe ser renovada. El sistema de penetración con el pin no es recomendado para resistencias del hormigón mayores a 28 Mpa, debido a que la sensibilidad de la penetración decrece con el aumento de la resistencia del hormigón.

34 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Velocidad de pulso a través del Hormigón ASTM C Objetivo: Determinación de la velocidad de propagación de la onda longitudinal a través del hormigón mediante pulso ultrasónico Rangos de frecuencia : 20 a 150 khz

35 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Principios Un pulsor envía una señal de corta duración y alto voltaje a un transmisor, (transductor electro-acústico), causando que éste vibre a su frecuencia de resonancia. Al inicio del pulso eléctrico, un reloj se enciende. Las vibraciones del transmisor son transferidas al hormigón a través de un medio viscoso Los pulsos de vibración viajan a través del elemento y son detectados por un receptor que se encuentra a una distancia definida medida desde la ubicación del transmisor. Cuando el pulso es recibido, el reloj se apaga y el tiempo de viaje de la onda es registrada. La distancia entre los transductores dividido entre el tiempo de viaje del pulso define la velocidad de pulso en el hormigón.

36 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Principios De los principios de la propagación de ondas elásticas se conoce que, la velocidad longitudinal es proporcional a la raíz cuadrada del módulo de elasticidad Debido a que el módulo de elasticidad y la resistencia de un determinado hormigón se incrementan con la edad, se establece que la velocidad de pulso puede proveer una estimación de la resistencia del hormigón, a pesar de que no existe una relación física entre estas dos propiedades. Limitaciones: En el proceso de madurez del hormigón, el módulo de elasticidad y la resistencia a la compresión aumentan a tasas de crecimiento diferente. A temprana edad el módulo de elasticidad se incrementa a tasas más altas que el esfuerzo y en edades tardías el módulo de elasticidad aumenta a tasas más bajas. Por lo tanto en un amplio rango de maduración la relación entre el esfuerzo de compresión y la velocidad de pulso es altamente no lineal. A temprana edad un incremento dado en la resistencia a la compresión resulta un incremento considerable en la velocidad de pulso, mientras que en edades mayores, el incremento de velocidad es más pequeño para el mismo incremento de esfuerzo. Por lo tanto la sensibilidad del pulso de velocidad como un indicador del cambio de resistencia del hormigón decrece con el incremento de la edad y resistencia.

37 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Limitaciones: La velocidad de onda longitudinal depende fuertemente del tipo y cantidad del árido en el hormigón. Cuando el contenido de árido volumétrico se incrementa en el hormigón, la velocidad de pulso se incrementa, pero el esfuerzo de compresión no necesariamente es afectado. Cuando el contenido de humedad del hormigón aumenta desde un estado seco a saturado, es posible que lavelocidad de pulso se incremente en un 5 % El proceso de curado también afecta la relación entre la velocidad de pulso y el esfuerzo, especialmente cuando se emplean métodos de curado acelerado. La cantidad y orientación del acero respecto de la dirección de envío de la onda también influye en ladefinición de lavelocidad de pulso. La medida de la velocidad de pulso también puede ser afectada por la presencia de fisuras y vacios a lo largo de elemento por donde se transmite laonda.

38 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Significado y uso: La velocidad de pulso se relaciona con densidad y constantes elásticas v= (E (1-u) / d (1+u)(1-2u))^1/2 Permite calificar uniformidad y relativa calidad Aplicable en campo y laboratorio La longitud de ensayo debe ser exacta y tener un buen acople No se utiliza para la aceptación o rechazo del hormigón. Se debe evitar la medida de la velocidad de manera paralela al reforzamiento de acero Permite identificar zonas de deterioro y monitorear su evolución así como verificar la efectividad de las reparaciones empleadas Es factible determinar profundidades de fisuración.

39 ENSAYO DE ULTRASONIDO

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41 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Método de ensayo Impacto-Eco (ASTM C ) (Análisis espectral de Ondas) Objetivo: Determinación del espesor del Hormigón en elementos tales como vigas, losas, pavimento, espesores de puente, muros. También puede ser empleado para detectar defectos internos, vacíos por mal vibrado, vacíos en ductos de inyección.

42 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Emisión Acústica Método de ensayo no destructivo, no invasivo, que analiza los ruidos generados cuando los materiales se deforman o fracturan. La propagación de una onda de emisión acústica se propaga a través del material y puede ser detectada en superficie por medio de un sensor, la cual convierte la vibración en una señal eléctrica. El método permite un monitoreo del proceso de la fractura o fisura interna. También ha sido probada como medio para detectar la corrosión temprana en el acero, así como también detectar daños causados por la reacción álcali sílice y ciclos de congelamiento y descongelamiento.

43 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Cilindros fundidos y curados in situ ASTM C 873 Objetivo: Determinación de la resistencia cilíndrica en especímenes de hormigón que han sido moldeados, y curados en sitio usando moldes especiales adheridos al encofrado del elemento. Gráfico

44 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Significancia y Uso En teoría se intenta obtener una muestra de ensayo que sea sometida a la misma historia térmica que la experimentada por la estructura, de esta forma se obtendría la resistencia más cercana a las condiciones que posee el hormigón in situ. Sin embargo debido al grado de consolidación, diferencias de temperatura, tamaño del espécimen, relación altura/diámetro no se puede establecer una relación entre el esfuerzo de compresión obtenido por este método y los que resultan del ensayo en corazones. Las resistencias obtenidas bajo este procedimiento es útil para estimar la resistencia in situ a tempranas edades, determinar el tiempo adecuado de retiro de encofrados y medir la efectividad del curado y protección.

45 Ensayos no destructivos para la evaluación de la corrosión del acero en el hormigón Potencial de corrosión ASTM C Estimación del potencial de corrosión electroquímico del acero en campo, con el propósito de determinar la actividad de corrosión. El potencial de corrosión del acero en el hormigón puede ser medido por medio de la diferencia de voltaje entre el acero y un electrodo de referencia en contacto con la superficie del hormigón. El electrodo de referencia puede ser movido sobre la superficie del hormigón para desarrollar un mapa potencial que muestre los posibles sitios de corrosión activa en la estructura. El método es afectado por los siguientes factores: Grado de humedad en el hormigón Contenido de oxígeno cerca de la barra. Micro fisuras

46 Ensayos no destructivos para la evaluación de la corrosión del acero en el hormigón Potencial de corrosión ASTM C Según el ASTM 876, valores mayores a -200 mv, existe una probabilidad baja de corrosión, menos del 10 % Entre -200 y -350 mv, es desconocida la amenaza y Menor a -350 mv, existe una probabilidad alta de corrosión. Ensayo de Corrosión (GECOR)

47 Descubrir el acero

48 Ensayo

49 Ensayos no destructivos para la evaluación de Estructuras Método electromagnético Medidor de cobertura. (pachómetro) Determina la ubicación de la barra de refuerzo por escaneo en la superficie de hormigón con una bobina eléctrica conectada a una fuente de corriente alterna y un indicador o medidor de corriente (onda electromagnéticas de baja frecuencia)

50 Ubicación de aceros de refuerzo

51 Resultado

52 Ensayos no destructivos para la evaluación de Estructuras Método electromagnético GPR Ground Penetrating Radar Método que emplea energía electromagnética, en frecuencias de 50 a 1500 MHz. El método ha sido empleado en estructuras de hormigón para detectar vacíos y de laminaciones, localización de acero, medida de espesor y monitoreo de cambios en la estructura Investigaciones recientes se han ejecutado con el propósito de caracterizar el hormigón, tal como: contenido de humedad, grado de hidratación del cemento, y presencia de cloruoros

53 GEORADAR

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60 Ensayos no destructivos para la estimación de la resistencia a la compresión del hormigón Comentarios finales Los ensayos no destructivos son alternativas a los ensayos de extracción de núcleos, a través de los cuales únicamente se estima la resistencia a la compresión in situ del hormigón por medio de propiedades del material que no es la medida directa del esfuerzo a la compresión. Por lo tanto no son métodos que permiten rechazar o aceptar el hormigón. Su mayor utilidad radica en el control de maduración del hormigón (nuevas construcciones) para tener criterio en el retiro de encofrados, o en procesos de postensado. En estructuras existentes permiten conocer la homogeneidad de los elementos, la detección de zonas dudosas y estimación de la resistencia del hormigón in situ Correlacionado la resistencia in situ por estos métodos a la resistencia de los núcleos se puede optimizar la determinación de la resistencia de elementos minimizando el número de extracciones de corazones. Convencionalmente existe estipulaciones o criterios de aceptación o rechazo basados en la resistencia del hormigón obtenida in situ. NTE INEN (8.7) NTE INEN ( ). Y para el caso de evaluación estructural de edificaciones existentes deberán corregirse estos resultados por medio factores que permiten la determinación de un valor EQUIVALENTE f c. ACI 214.4R 9.