Ing. Yesid Munar Castañeda Especialista en Estructuras

Transcripción

1 ESTUDIO PATOLOGIA ESTRUCTURAL, VIGA CABEZAL EN SOTANO 2 DEL NIVEL 3 Y 4 EDIFCIO CALLE 100 PH BOGOTA D.C. CONSULTORIA ESTRUCTURAL ING. YESID MUNAR C. BOGOTA,

2 TABLA DE CONTENIDO 0. INTRODUCCIÓN OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS LOCALIZACION METODOLOGÍA DE INSPECCIÓN ESTRUCTURAL CARACTERIZACION DE MATERIALES DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ESTRUCTURAL DE LA EDIFICACIÓN PATOLOGÍA ESTRUCTURAL Y DIAGNOSTICO CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ANEXO N. 1 -DE EXPLORACION DE LOCALIZACION DE MATERIALES Y PATOLOGIAS ANEXO N. 2 RESULTADOS DE LABORATORIO ANEXO N. 3 PRESUPUESTO DE OBRA NORMAS APLICADAS Y REFERENCIAS

3 LISTA DE FOTOGRAFIAS. Foto 1. Localización del Edificio Calle 100 P.H.. Foto N. 2 Toma de Núcleo 1.. Foto N. 3 Toma de Núcleo 2.. Foto N. 4 Toma de Núcleo 3.. Foto N.5 Extracción de núcleo 3, Foto N.6 Lectura de esclerómetro.. Foto N. 7. Lectura de esclerómetro Foto N. 8 Exploración de refuerzo.. Foto N. 9 Exploración de refuerzo. Foto N. 10 Exploración de refuerzo. Foto N. 11 Sección viga Cabezal.. Foto N. 12 Patología de Viga Cabezal. Foto N. 13 Patología de Viga Cabezal. 3

4 0. INTRODUCCIÓN. Este informe desarrolla el componente del contrato de consultoría según propuesta presentada a la administración del Edificio Calle 100 PH. Con objeto de establecer la patología estructural de la viga cabezal, localizada en el sótano 2, nivel 3 y 4 del Edificio Calle 100 P.H. Para el desarrollo del presente estudio se siguió la metodología propuesta en las siguientes etapas. Se presenta observación de la edificación global y detallada, se toma la documentación de diferentes fuentes bibliográficas respecto a su localización geográfica, su proceso histórico, las condiciones a que se ha visto afectada en el tiempo de uso. Se recopila esta información en la etapa de toma de información (datos), se realiza toma de muestras de materiales (Extracción de núcleos), se localizan las zonas afectadas de la viga, con la cual se elabora el análisis del estado de la Viga Cabezal a partir de sus patologías, las causas de las que provienen y como resultado y como se desarrolla en este informe y sus anexos. Proceso patológicos de estructuras de concreto reforzado. Corrosión del acero. El mecanismo de la corrosión del acero de refuerzo en el concreto es de naturaleza electroquímica, tal como las reacciones de corrosión de los metales en presencia de agua o ambientes húmedos, considerando una humedad relativa UR 3 60 %. Los parámetros principales de la termodinámica del proceso son el ph de la solución acuosa, también denominada como electrolito y el potencial de electrodo o electroquímico del acero en esa solución. El mecanismo de corrosión del acero en el concreto es electroquímico, con formación de óxidos / hidróxidos de hierro, productos de la corrosión, variando su color de negro, verde oscuro, café claro, café oscuro, variando en ese orden, de acuerdo con las reacciones con poca entrada de oxígeno y las reacciones con mucha entrada de oxígeno. La presencia de agentes agresivos tales como cloruros, contribuye para modificar el color de los productos de corrosión. Los productos resultantes son de naturaleza gelatinosa, 4

5 solubles, expansivos y porosos, comúnmente denominados como oxido y solamente ocurren cuando son observadas siguiendo las siguientes condiciones básicas: Existencia de un electrólito Diferencia de potencial de electrodo Existencia de oxigeno La corrosión electroquímica del acero de refuerzo en el concreto, se puede representar en forma genérica como una pila o una célula de corrosión electroquímica, desde que el acero esté despasivado. Como en cualquier otra celula, existe un ánodo, un cátodo, un conductor eléctrico y un electrolíto. Diferencias de potencial de electrodo entre regiones circunvecinas, generadas por la hetereogeneidad típica del concreto, pueden ser suficientes para originar el aparecimiento de corriente eléctrica entre zonas anódicas y catódicas. Dependiendo de la magnitud de la corriente y de la entrada de oxígeno, podrá ocurrir o no la corrosión. Una de las grandes ventajas del concreto armado, con relación a otros materiales de construcción, es que puede por naturaleza, desde que esté bien ejecutado, proteger el acero de refuerzo contra la corrosión. Esa protección se basa en la restricción del proceso de corrosión atraves de una barrera física y principalmente de una protección de naturaleza química. Un buen recubrimiento del acero de refuerzo, con un concreto de alta compacidad, sin vacíos, hormigueros o exceso de exudación y con contenidos de mortero adecuados y homogéneo, puede garantizar mediante un mecanismo estilo barrera, la protección del acero contra el ataque de agentes corrosivos externos. Esos agentes externos pueden estar presentes en las atmosferas industriales y urbanas, en aguas residuales, en agua de mar, en desechos orgánicos y en otras fuentes de polución. Un recubrimiento de concreto de alta calidad, actúa no solo como una barrera física ante los agentes agresivos descritos anteriormente, sino también como una barrera a los elementos indispensables para la existencia de corrosión electroquímica, como son el agua y el oxígeno. Carbonatación En las superficies expuestas de las estructuras de concreto, la alta alcalinidad de la solución instersticial obtenida principalmente a expensas de la presencia de hidróxido de calcio, Ca(OH)2, producido por las reacciones de hidratación del cemento Portland, se 5

6 puede disminuir con el tiempo. Esa disminución ocurre principalmente por la acción del gas carbónico CO2, presente en la atmosfera. Otros gases ácidos como el dióxido de azufre SO2, y el gas sulfhídrico H2S, también pueden contribuir para la reducción del ph de la solución presente en los poros del concreto. El proceso de transformación por acción del gas carbónico -CO2, de los compuestos del cemento hidratado, en carbonatos, denominado como carbonatación del concreto, ocurre lentamente de acuerdo con la reacción principal; Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O La carbonatación, a pesar de ser responsable por un pequeño incremento de la retracción, no perjudica por si sola al concreto convencional. Por el contrario, concretos carbonatados son más resistentes y menos permeables a la penetración de los agentes agresivos, que los concretos no carbonatados. El problema ocurre con la reducción de la alcalinidad de la solución presente en los poros alrededor del acero de refuerzo. El ph de precipitación del carbonato de calcio CaCO3, de 8,3 a 9 a la temperatura ambiente, reduce sustancialmente las condiciones de estabilidad química de la capa o película pasivadora del acero. Tipo de fisuras en el concreto El diseño del concreto estructural parte de la consideración cierta de la baja capacidad para soportar esfuerzos de tensión, por lo que se considera totalmente fisurada la zona bajo esa clase de esfuerzos. Sinembargo, a pesar de ser consubstancial con el diseño tal suposición, el diseñador, constructor o interventor de una estructura de concreto no deben dejar pasar desapercibida la presencia de cualquier tipo de fisura. La diversidad de patologías de las fisuras obliga a conocer con detenimiento la causa de la aparición de cada una de ellas para acertar en su diagnóstico. El concreto puede presentar fisuras en cualquiera de las siguientes tres fases A.- En su fase plástica cuando todavía no se ha endurecido (solo se ha colocado.) a.1 Fisuras de contracción plástica a.2 Fisuras de asentamiento plástico a.3 Asentamiento diferencial por movimiento de la formaleta. B.- En su fase de endurecimiento mientras aún está nuevo (entre tres y cuatro semanas.) 6

7 b.1 Restricción a movimientos térmicos prematuros b.2 Restricción a contracción por secado prematuros b.3 Asentamiento diferenciales de los soportes. C.- En su fase de endurecido y puesta en servicio (después de sus primeros 28 días) c.1 Sobrecarga c.2 Diseño precario c.3 Construcción inadecuada c.4 Despiece inadecuado c.5 Asentamiento diferencial de la cimentación c.6 Ataque de sulfatos en el cemento del concreto c.7 Oxidación del refuerzo debido a : - Ataque de cloruros al refuerzo - Efecto de carbonatación en el concreto - Oxidación simple del refuerzo por exposición a la humedad c.8 Reacción Alcali - Agregado c.9 Fabricación, manejo y colocación de elementos prefabricados. c.10 Resquebrajamiento c. 11 Intemperie c.12 Contracción de largo plazo. Para cada uno de las causas de daño que generan un patrón de fisuras del listado anteriormente reseñado, es posible la formulación de metodologías tanto de evaluación y diagnóstico como del efecto que pueda existir sobre el desempeño estructural. Tomado de documento del Ing. Harold Muñoz 7

8 1. OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS. 1.1 OBJETIVO GENERAL. Identificar mediante inspección y toma de muestras de materiales el estado de la viga cabezal, identificando fisuras, grietas, hongos, procesos de corrosión, carbonatación, desprendimientos de concreto, las causas y principios de falla y diagnóstico del problema. 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS. Con el desarrollo de este este estudio presentar las herramientas de juicio para determinar el diagnóstico y su posible recuperación o demolición si es el caso. Establecer las condiciones estructurales de la Viga Cabezal que no se encuentren dentro de la norma REGLAMENTO COLOMBIANO DE CONSTRUCCION SISMO RESISTENTE NSR-10. De acuerdo a las condiciones estructurales encontradas, establecer en el diagnóstico, cuales generan riesgo para ser corregidas en el proyecto de reforzamiento estructural o restauración. Identificar patologías de la viga cabezal y establecer su causa. Determinadas las causas patológicas establecer las condiciones para solucionarlas en el proceso de restauración. Establecer el proceso constructivo para realizar la restauración del elemento de acuerdo al diagnostico presentado. 8

9 2. LOCALIZACION. El edificio Calle 100 PH se localiza en la calle 98 # de la ciudad de Bogotá D.C., su uso se establece como centro de comercio y oficinas, con 5 niveles en medios pisos que se conforman en 2 sótanos. Foto 1. Localización del Edificio Calle 100 P.H. 9

10 3. METODOLOGÍA DE INSPECCIÓN ESTRUCTURAL. En el presente capítulo se realiza la descripción de la inspección estructural desarrollada en la zona de la edificación a estudiar, partiendo del análisis documental de la información disponible, en donde se obtiene la información del diseño arquitectónico y estructural, las especificaciones de construcción que se utilizaron en la construcción. Continuando en esta etapa de inspección detallada se realiza verificación contra información obtenida de planos de diseño, se verifica la geometría del elemento, su localización, su aporte al sistema estructural, se localizan zonas de fisuras, grietas. Posteriormente se localizan los puntos para verificación de refuerzo existente y toma de muestras de concreto con núcleos. Se toman los núcleos de concreto, lecturas de esclerómetro, y pruebas de fenoltaleina para determinar carbonatación. Los núcleos tomados al elemento se ensayan en laboratorio y se tiene informe de resultado, datos que se verificaran contra lecturas de esclerómetro. Se realizan regatas en puntos específicos del elemento para determinar el número de varillas y diámetro del refuerzo longitudinal y transversal de la viga cabezal en estudio. Se toma registro fotográfico detallado para complemento de la información que se presenta en el informe de diagnóstico estructural. 10

11 4. CARACTERIZACION DE MATERIALES. Se presenta el resultado de la resistencia del concreto, de acuerdo a los datos obtenidos en laboratorio de las muestras tomadas de núcleos y lecturas de esclerómetro. El informe de resultado se presentan en el anexo 1. RESISTENCIA DEL CONCRETO. En las lecturas de esclerómetro se obtiene un valor promedio de psi. Como resistencia a la compresión del concreto. Método indirecto de verificación. 11

12 En la toma de núcleos siendo este método de mayor confiabilidad en resultados se obtiene resistencia del concreto de la Viga cabezal de 27.8 Mpa, en promedio siendo este valor de 3971 psi, 12

13 VIGA CABEZAL MATERIAL NUCLEO 1 Concreto Reforzado Extracción de núcleo de concreto para ensayo de laboratorio. FOTO 2 SOTANO 2 -NIVEL 3 VIGA CABEZAL MATERIAL NUCLEO 2 Concreto Reforzado Extracción de núcleo de concreto para ensayo de laboratorio. FOTO 3 SOTANO 2 -NIVEL 3 13

14 VIGA CABEZAL MATERIAL NUCLEO 3 Concreto Reforzado Extracción de núcleo de concreto para ensayo de laboratorio. FOTO 4 SOTANO 2 -NIVEL 3 VIGA CABEZAL MATERIAL NUCLEO 3 Concreto Reforzado Muestra para laboratorio. FOTO 5 SOTANO 2 -NIVEL 3 14

15 VIGA CABEZAL MATERIAL ESCLEROMETRO Concreto Reforzado Toma de lectura con esclerómetro. FOTO 6 SOTANO 2 -NIVEL 3 VIGA CABEZAL MATERIAL ESCLEROMETRO Concreto Reforzado Toma de lectura con esclerómetro. FOTO 7 SOTANO 2 -NIVEL 3 15

16 CARBONATACION. El PH reportado se encuentra entre 7.00 y 9.00, no reportando color para carbonatación. LOCALIZACION DE REFUERZO Se realizaron regatas de exploración en varios puntos de la viga con el fin de establecer el refuerzo longitudinal y transversal. VIGA CABEZAL MATERIAL REGATAS Concreto Reforzado Escarificación para visualizar el refuerzo de la viga. FOTO 8 SOTANO 2 -NIVEL 3 16

17 VIGA CABEZAL MATERIAL REGATAS Concreto Reforzado Medición de separación de refuerzo y diámetro de varillas. FOTO 9 SOTANO 2 -NIVEL 3 VIGA CABEZAL MATERIAL REGATAS Concreto Reforzado Medición de separación de refuerzo y diámetro de varillas. FOTO 10 SOTANO 2 -NIVEL 3 17

18 5. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ESTRUCTURAL DE LA EDIFICACIÓN. El edificio Calle 100 PH, su sistema estructural se determina en pórticos de concreto en ambas direcciones, con losas aligeras como sistema de entrepisos fundidas en casetón de guadua. La viga cabezal ejecutada en obra con la función específica de dar soporte lateral a las pantallas preexcavadas del sótano, unidas con vigas puntales que llegan acuarteladas a la viga cabezal para garantizar la estabilidad y apoyo de la misma. FOTO # 11 SECCION VIGA CABEZAL 18

19 6. PATOLOGÍA ESTRUCTURAL Y DIAGNOSTICO. 6.1 PATOLOGIA La viga cabezal presenta patologías estructurales ocasionadas en el periodo de construcción y falta de mantenimiento. En la cara inferior de la viga se presenta alto grado de corrosión del refuerzo, con importante pérdida de sección de las varillas, implicando la reposición de las mismas con adición de refuerzo longitudinal y transversal, anclado con epóxico. Se perdió en grandes secciones de la viga cabezal la capa de recubriendo del concreto, donde por efectos químicos se ha desintegrado separándose del acero y dejando expuesto a corrosión. Este proceso se debe a contaminación del concreto en el momento de la fundida con material de la excavación. En varios puntos del perímetro del edificio se presenta infiltración de agua, que por escorrentía llega a la viga cabezal, generando humedad y acelerando el proceso de corrosión de acero expuesto. 19

20 VIGA CABEZAL MATERIAL PATOLOGIA. Concreto Reforzado Corrosión del acero por perdida de recubrimiento de concreto. Elemento cortado para el paso de ductos de aire. FOTO 12 SOTANO 2 -NIVEL 3 VIGA CABEZAL MATERIAL PATOLOGIA Concreto Reforzado Corrosión del acero por perdida de recubrimiento de concreto. Vista entre el muro de contención y el muro de limpieza. FOTO 13. SOTANO 2 -NIVEL 3 20

21 6.2 DIAGNOSTICO. De acuerdo con la exploración general de la viga cabezal se evidencia que la principal patología se origino en el proceso constructivo. Al momento de fundir la viga cabezal, no se garantizó el recubrimiento del acero de refuerzo en la base de la viga, con elementos de distanciadores del refuerzo y base en concreto pobre sobre el terreno. Este procedimiento llevo a que se contaminara el concreto con material de la excavación del sótano y el acero de refuerzo quedo contra la base perdiendo su recubrimiento. Posteriormente se tiene una patología generada por el mantenimiento, donde no se identifico el escaso recubrimiento de acero para proyectar su reparación, generando que el oxigeno ingresara al refuerzo iniciando el proceso de corrosión, con este y al cambiar de volumen, el concreto de protección se desprende causado que el acero quede expuesto, acelerando el proceso de corrosión, donde se tiene varillas con perdida de sección. En varios puntos del perímetro del edificio se presenta infiltración de agua, que por escorrentía llega a la viga cabezal, generando humedad y acelerando el proceso de corrosión de acero expuesto. La protección generada por el recubrimiento se basa en la restricción del proceso de corrosión atraves de una barrera física y principalmente de una protección de naturaleza química. Un buen recubrimiento del acero de refuerzo, con un concreto de alta compacidad, sin vacíos, hormigueros o exceso de exudación y con contenidos de mortero adecuados y homogéneo, puede garantizar mediante un mecanismo estilo barrera, la protección del acero contra el ataque de agentes corrosivos externos. 21

22 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 7.1 CONCLUSIONES. La viga cabezal se construyó para dar soporte lateral en el proceso de construcción y servir como marco rígido para realizar la excavación de los sótanos. La viga cabezal de gran sección de 1.55x0.53 aproximadamente, que se apoya en el muro de contención y se vincula a la loza aligerada con vigas y viguetas. Presenta gran patología por corrosión de acero en la zona expuesta contra los parqueaderos y en la zona entre el muro de contención y el muro de limpieza en mampostería. Se diagnostica que la patología se genero en le proceso constructivo, donde no se dejo el recubrimiento adecuado del refuerzo para su protección. 7.2 RECOMENDACIONES Y PROCESO CONSTRUCTIVO DE REPARACION. Cortar con equipo de corte (pulidora) la parte superior del muro de limpieza en una altura = 0.80m. con el objetivo de descubrir la zona interna de la viga cabezal que se encuentra con acero expuesto en proceso de corrosión. La actividad de corte y reparación de la viga se debe realizar en tramos de 2.00m aproximadamente, para garantizar la estabilidad del muro de limpieza. Con la viga expuesta, se debe escarificar eliminando el concreto suelto y en las zonas donde el recubrimiento es menor a 7.00cm. Con grata de alambre limpiar el acero de manera manual, eliminado la corrosión. Identificar las varillas que hayan perdido sección y deban ser reemplazadas. En la zona de adición de refuerzo, se debe anclar con epóxico las varillas adicionales. Con la limpieza realizada, adición de nuevo refuerzo, se procederá a colocar puente de adherencia para fundir la zona de concreto en un espesor de 7.00cm. 22

23 La reparación se debe realizar con concreto fluido con f c=4000 psi y/o mortero de reparación. Recuperar la sección de muro de limpieza demolida en la etapa preliminar. Se requiere desmotar el sistema de aire en el costado norte y sur para ejecutar las labores en la viga cabezal. La zona de subestación eléctrica se presenta un muro con fisura vertical por movimiento diferencial de la estructura, se requiere su demolición y construcción siguiendo los parámetros vigentes de NSR

24 8. ANEXO N. 1 -DE EXPLORACION DE LOCALIZACION DE MATERIALES Y PATOLOGIAS. 24

25 9. ANEXO N. 2 RESULTADOS DE LABORATORIO. 25

26 10. ANEXO N. 3 PRESUPUESTO DE OBRA. 26

27 11. NORMAS APLICADAS Y REFERENCIAS REGLAMENTO COLOMBIANO DE CONSTRUCCION SISMO RESISTENTE NSR