causasdedaosenelconcreto

Causas de daos en el concreto

IntroduccinNingun material es durable o no durable por si mismo ; es su interaccion con el medio ambiente que lo rodea durante su vida de servicio la que determina su durabilidadLarry Masters

DurabilidadDurabilidad : la capacidad de mantener la utilidad de un producto, componente, ensamble o construccin, durante un perodo de tiempo. La capacidad de servicio de una estructura para realizar las funciones para las que fue diseada y construida y estar al mismo tiempo expuesta a un entorno especfico.

Observar daosFormular hiptesisPrueba de hiptesisDeterminar las causas ms probablesLa identificacin de los daos o su evaluacin implica a menudo un anlisis forense por el mtodo cientfico

Evaluacion del deterioro del concretoExamen VisualEnsayos no destructivosExtraccion de nucleosEnsayos de laboratorio

Sntomas de deterioro del concretoAgrietamientoEscamado desintegracin ErosinFiltracionDistorcionDelaminacionPop outsEflorescencia

Sintomas del deterioro del concretoAgrietamiento

Una separacin completa o incompleta, ya sea de hormign o mampostera, en dos o ms partes.

Patrn de agrietamiento

Fisuracion irregular

Contraccion restringida

Medida del agrietamiento

Sintomas de deterioro del concretoScaling:Prdida de escamas o laminillas de la porcin prxima a la superficie del hormign o mortero endurecidoUn fragmento usualmente en forma de laminilla que se desprende de la masa de concreto por expansion, arrastre por agua , explosion.

Sintomas de deterioro del concretoScaling: Un escamado leve no expone el agregado grueso del hormign; un escamado medio implica prdida de mortero superficial hasta una profundidad de 5 a 10 mm y exposicin del agregado grueso; un escamado severo implica prdida de mortero superficial hasta una profundidad de 5 a 10 mm con alguna prdida de partculas de agregado del rea circundante hasta una profundidad de 10 a 20 mm; un escamado muy severo implica la prdida de partculas de agregado grueso y mortero generalmente hasta una profundidad mayor que 20 mm.

Perdidas de escamas moderada

Perdida de escamas severa

Sintomas de deterioro del concretodisintegration

Reduccin a fragmentos pequeos y posteriormente a partculas, del hormign endurecido

Disintegracion

Sintomas de deterioro del concretoSpalling: spall - fragmento generalmente en forma de astilla que se desprende de una masa mayor por la accin de un golpe, los agentes climticos o la presin, o bien porexpansin dentro de la masa mayor; una descantilladura pequea implica una depresin aproximadamente circular de no ms de 20 mm de dimetro y 150 mm en cualquier dimensin; una descantilladura grande puede ser aproximadamente circular, ovalada o alargada, tiene ms de 20 mm de profundidad y su mayor dimensin es superior a 150 mm.

Descantilladura (Spall)

Sntomas de deterioro del concretoErosion erosin :

Desintegracin progresiva de un slido por la accin abrasiva o cavitatoria de los gases, fluidos o slidos en movimiento.

Sntomas de deterioro del concretodao por abrasin:Abrasion damage - desgaste de una superficie por frotacin y friccin.

Sntomas de deterioro del concretodao por cavitacin:Cavitation damage - picaduras en el hormign provocadas por implosin, es decir, colapso de las burbujas de vapor en un flujo de agua; estas burbujas se forman en reas de baja presin y colapsan a medida que ingresan en reas de mayor presin.

Dao por abrasin

Dao por cavitacin

Sntomas de deterioro del concretoFiltracion:Seepage Movimiento de agua u otro fluido atreves de poros o intersticios

Filtracin

Dispositivo de estancamiento waterstop -delgada lmina de metal, goma, plstico u otro material que se inserta a travs de una junta para impedir la filtracin de agua a travs de la misma.Juntas de construccin estancaPresion de aguaFiltracion de aguahormigueroJunta de estanqueidadgotera

Sntomas de deterioro del concretoDistorsinCambio de alineamiento no deseado en una estructura

Distorsin

Sntomas de deterioro del concreto- delaminacin - delamination separacin a lo largo de un plano paralelo a una superficie, tal como la separacin de un revestimiento del sustrato o la separacin de las diferentes capas de un recubrimiento; o, en el caso de una losa de hormign, un agrietamiento horizontal, fisuracin o separacin de una losa en un plano paralelo y generalmente prximo a la superficie superior

Sntomas de deterioro del concreto (cont)- delaminacin delamination Ocurre con mayor frecuencia en los tableros de puentes y es provocada por la corrosin del acero de las armaduras o por los ciclos de congelamiento y deshielo; es similar al descantillado, descascaramiento o descamado, excepto que la deslaminacin afecta grandes superficies y a menudo slo se puede detectar golpeando ligeramente la superficie.

Delaminacion

Sntomas de deterioro del concretoPopout El desprendimiento de pequeas porciones de una superficie de hormign debido a la presin interna localizada, que deja un crter poco profundo, generalmente cnico.

Popout

Sntomas de deterioro del concretoEflorescencia

Depsito de sales que se forma sobre una superficie, generalmente de color blanco; la sustancia emerge en solucin del interior del hormign o mortero y luego precipita por evaporacin.

Principales causas de deterioroRetraccinEsfuerzos trmicosCongelamiento y deshieloReactividad de los agregadosErosinCorrosinErrores de diseoErrores de construccinCargas accidentales excesivas

Principales causas de deterioroRetraccin

Retraccin plsticaRetraccin hidrulica

Retraccin Plstica

Retraccion Plastica

Retraccin PlsticaPerdida rpida de humedad por:TemperaturaHumedad ambientalVelocidad del vientoCambios diferenciales de volumen entre capas de concreto

Retraccion plasticaPrevencin

Erigir pantallas corta vientoEnfriar el concretoHumedecer el concreto luego de su colocacinIniciar el curado tan pronto como sea posibleRe vibrar y re acabar la superficie

Retraccin hidrulica y trmica

Retraccion Hidraulica

La contraccin Hidrulica trae como consecuencia grietas debidas al cambio de volumen es decir encogimiento por perdida de humedad en combinacin con restricciones del suelo u otra estructura

Factores que incrementan la retraccin Hidrulica

CementoModulo de finuraComposicin qumicaContenidoAgregadosCompresibilidad Capacidad de Absorcin AdherenciaTamao mximoContenido de finos

Factores que afectan el agrietamiento debido a retraccin hidrulicaModulo de ElasticidadA menor modulo de elasticidad, menores tenciones de traccin por unidad de deformacin en traccin

Flujo plsticoRelajacin del concreto bajo carga

A mayor flujo plstico corresponden menores tensiones de traccin

Extensibilidad

Si el concreto se mantiene permanentemente hmedo, se produce una ligera expansin. Sin embargo, el secado que por lo general se lleva a cabo, provoca la contraccin. Adems el humedecimiento y secado causa ciclos alternados de hinchamiento y contraccinEsquema de los movimientos debidos a la humedad en el hormign

Retraccin qumica y retraccin autgena cambios de volumen en la pasta fresca

El ensayo para retraccin qumica del cemento muestra un frasco para pasta de cemento y una pipeta para medir el agua absorbida

Relaciones volumtricas entre subsidencia, agua de sangrado, retraccin qumica, and retraccin autgena. Solamente se muestra la retraccin autgena despus del fraguado inicial

Retraccin Hidrulica

Mtodos para reducir la retraccinMenos aguaMas agregado gruesoReducir las restricciones de movimiento en la parte inferior y los extremosRefuerzo adecuadoCemento con compensadores de retraccinJuntas espaciadas adecuadamente

Acerrar juntas para que no se produzcan grietas por retraccin hidrulica

Principales causas de deterioroTensiones por temperaturaInternamente se generan tensionesExternamente se generan tensiones

Accin de la Variacin Trmica

Tensiones por temperatura

Alabeo de un panel plano de concreto debido a la variacin de temperatura entre la parte interna y la externa.

Expansin trmica

Grietas termicas

Exposicin al fuegoLos Agregados se expandenEl agua se vaporizaSe producen cambios qumicos

Exposicin al fuegoGradiente de temperaturaDesportilladoDesintegracin de la matrizDao del acero de refuerzo

Principales causas de deterioroCongelamiento y deshielo

Dao por Congelamiento y deshielo

Dao por Congelamiento y deshieloPrevencinMinimizar la exposicin a la humedadBaja relacin agua/cementoUtilizar incorporador de aireAgregados adecuadosCurado adecuado antes del congelamiento

Principales causas de deterioroReacciones qumicasAtaque de cidosAtaque de aguas agresivasReaccin lcali carbonatos de los agregadosReaccin lcali slice de los agregadosAtaques qumicos diferentesAtaque de sulfatos

Exposicin a agresin qumica

Ataque de cidosPrevencinConcretos densos con baja relacin agua/cementoRecubrimientos de superficie(ACI 515)

Ataque de sulfatosSulfato + hidrxido de calcio= yesoyeso + Aluminato de calcio = ettringitaCrecimiento de cristales de las sales de sulfatos

Ataque de sulfatos

Ataque de sulfatosPrevencinConcreto denso con baja relacin agua/cementoCemento tipo ll o tipo VUtilizar puzolanas

Agregados reactivosReaccin lcali sliceReaccin lcali - carbonato

Reaccin lcali - SliceReaccin entre los lcalis del cemento y ciertos agregados silceos

Reacin lcali-agregado

Reaccin lcali - slice

Alkali-Aggregate Reaction

Reaccin lcali - slicePrevencinEvaluar potencial de reactividad(ASTM C 1260 and C 1293)Utilizar aditivos apropiados(litio)

Reaccin lcali - sliceMitigarPuzolanasCemento bajo en lcalisEscoriaLitioArcilla calcinada

Alkali-Carbonate Reaction Reaction between alkali from cement and certain carbonate rocks

Reaccin lcali - carbonato

Principales causas de deterioroErosionAbrasionCavitation

AbrasinLa pasta de cemento tiene poca resistencia a la abrasin; la dureza de los agregados es importante.Altas resistencias, baja relacin A/C implica mayor resistencia a la abrasin.El acabado con llana de acero proporciona una superficie mas densa y dura la cual tiene mayor resistencia a la abrasin

CavitationOcurre cuando un flujo de agua a gran velocidad sufre un cambio abrupto en direccin o velocidad causando una zona de baja presin se forman bolsillos de vapor que luego colapsan cuando ellos salen de la zona de baja presin.El colapso impactos localizados de alta energa en la superficie de concreto.

Cavitation (Cont.)El impacto o implosin de vapor en las cavidades de la superficie de concreto causa presiones tan altas como 1000psi.Para evitar la cavitacin es necesario eliminar las irregularidades en el flujo, tales como los cambios sbitos en la seccin transversal o reducir la velocidad del flujo a menos de 4 pies por segundo lo cual minimizar el dao.

Principales causas de deterioroCorrosin

Tipos de CorrosinAtaque qumicoCorrientes parasitasCorrosin electroqumica

Corrosin electroqumicaSimilar a la reaccion que ocurre en una pila de linterna

Las partes principales de una celda de corrosin galvnica que causa corrosin electroqumica sonnodo El lugar donde ocurre la oxidacinCtodo donde ocurre la reduccin electroqumicaUn conductor elctrico- como seria la barrita de grafito en una pila Un medio acuoso

Formacin de iones de hierro

Formacin de tomos de hidrogeno en el ctodo

Despolarizacin de la superficie catdica debida al oxigeno

Formacion de productos de la oxidacion

Manchas debidas a Corrosin

Delaninacin de una viga

Corrosin de anclajes en postensado

Valores de pH pH

10 to 14

4 to 10

0 to 4Significado

El acero es pasivado;La corrosion provablemente no ocurra

Corrosion en el acero independientemente del Ph, la corrosion se da si exite Oxigeno presenteCorrosion activa en el acero sin importar la presencia de oxigeno

Cloruros

CarbonatacionEn el concreto de buena calidad (pH=12-13) el acero se encuentra pasivadoEntra el dioxido de carbono, el pH empieza a disminuir aunque el acero no se afecta aunel pH alrededor del acero alcanza el valor de 9.5, Y se inicia la corrosion.El deposito de herrumbre se expande y se produce agrietamiento delaminacion y desportillamientoconcretoconcretoconcretoconcretoAceroAceroAceroAcero

Carbonatacin Corrosin

Ensayo de fenolftalena para medir la carbonatacin del concreto

Corrosin Medidas preventivasUtilizar concreto de baja permeabilidadUsar recubrimientos adecuados para proteger el refuerzoEstablecer drenajes adecuados y suficientesLimitar el contenido de cloruro s en las mezclasPoner especial atencin a las protuberancias metlicas

Principales causas de deterioroErrores de diseo

Errores de conocimiento*

Pocos o pobres detalles de diseoCambios abruptos en la seccinRefuerzo insuficiente en las esquinas reentrantesPrevisiones inadecuadas para deflexionesProvisin inadecuada de drenajesJuntas de expansin con previsiones de diseo inadecuadasIncompatibilidad de materialesDesconocer o no prever los efectos del flujo plstico

Localizacin incorrecta del refuerzo en escaleras Incorrecto

Localizacin correcta del refuerzo en escaleras Correcto

Localizacin incorrecta del refuerzo en esquinas de muros

Incompatibilidad de MaterialesCoeficiente de expansin trmico

Modulo de elasticidad

Metales incompatibles

Conexiones rgidas en paneles del edificio

Soporte inadecuado de elementos prefabricados

Refuerzo inadecuado

Refuerzo insuficiente en las esquinas reentrantes

Principales causas de deterioroErrores de construccion

Instalaciones empotradas? Error de construccin*

Errores de construccinAadir agua al concretoMal alineamiento de las formaletasMal vibradoCurado deficienteMal colocado el refuerzoMovimiento de la obra falsaRemover el apuntalamiento en forma tempranaAsentamiento del concretoAsentamiento del soporte de los puntales por el terrenoMovimiento del encofrado estando el concreto aun fresco o vibracin del terreno

Mal colocado el refuerzo

Formaleta deficiente

Mal vibrado

Vibracin del terreno con el concreto fresco

Tiempo transcurrido en horas posterior al vibrado del concretoVelocidad Pico de las vibraciones del piso en segundos.Mas de 34.03 a 111.511 a 242.024 a 484.0

Segregacin

Alineamiento pobre

Refuerzo mal colocado

Asentamiento plstico del concretoLa expulsin del agua de sangrado hace que el concreto se segregue Factores:-A/C relacin-Vibrado-Dimensin del refuerzo-RecubrimientoSe forman vacios bajo las varillas

Marcas de vibrador

Mal acabado

Mantenimiento pobre a las juntas

Principales causas de deterioroCargas excesivas o accidentales

Sobrecarga

Flexin en losa

Cargas excesivas

Cargas ssmicas

Evaluacin

IntroduccinLa mayor dificultad al evaluar una patologa, esta en escoger una estrategia de reparacin, puesto que siempre hay barias causas simultaneas al producirse un dao, por lo cual la investigacin, hasta conocer la causa fundamental que propicio el dao, se hace muy importante

Condiciones de EvaluacionACI 201.1 es una excelente referencia para condiciones de evaluacinLa evaluacin puede ser desde una evaluacin visual hasta un proceso complejo de mapeo de daos , ensayos no destructivos(NDE),Ensayos de muestras tomadas de la estructura, clculos, y ensayos de carga.La mayor parte de las evaluaciones estn entre estos dos extremos

Recoleccin de Informacin existente EspecificacionesPlanos de construccin y planos rcor de ser posible y planos de ventas.Bitcora y registros de ConstruccinFotos / videosEnsayos y reportesHistoria de reparaciones anteriores (fechas, materiales, etc.)

Establecer condiciones de servicioLocalizacin de reas:Tensiones altasVibracinAbrasinCongelamiento y deshieloExposicin a cidosVariaciones de Temperatura y humedad

Visita Inicial al SitioObservaciones VisualesFotografas y videosObservar reas de daosObservar localizacin de grietas significativasLocalizar reas para futuras pruebas no destructivas (NDE) y muestras para ensayos de laboratorio

Evaluacin y Medidas detalladasMapa de grietas (localizacion y dimensiones)Llevar a cabo ensayos no destructivos NDETomar nucleosTomar medidas (estructura, localizacin de daos, otras reas of inters)Tomar nivelesTomar otras muestras para ensayar en el laboratorio

Examen Visual ACI 201.1 proporciona imajenes de defectos en el concreto

Evaluacin no DestructivaExiste muchas tecnicas para evaluar el concretoLa Tabla 6.3 del ACI 364.1 Guia para Evaluacion de estructuras de concreto antes de su reparacion proporciona un buen resumen

Sonido apagado (coco)Localizacin de delaminaciones en el concreto

Arrastre de Cadenas

medida de potenciales por mtodo de semiclula ASTM C876

medida de potenciales por mtodo de semiclula

Significado de la medida de potenciales por mtodo de semiclula>-200 mv indica 90% probabilidad de no corrosinEntre 200 y -350 mv, no se pueden sacar conclusiones

Impact Echo

Velocidad de pulso ULTRASONIDO

PacmetroLocalizador electrnico de barras metlicas en Hormign armado. Determina la profundidad y el tamao (dimetro) de armazones de acero localizadas dentro de estructuras de Hormign

Localizacin del refuerzo

Monitoreo de grietas

Monitoreo de Movimientos

Medida de cloruros Profundidad y porcentaje %Muestra de polvoExtraccin de ncleos

Significado de los niveles de Ion cloruroAlta probabilidad de corrosin cuando son excedidos estos niveles(a nivel del refuerzo)

300 partes por milln o1.2 lbs./Y3.

Extraccin de ncleos

Analisis petrografico

Anlisis de la InformacinMatriz de anlisisLectura de grietas

Matriz de Anlisis

Lectura de grietasOrientacinLocalizacinLongitudAnchoProfundidadFormaFrecuenciaEdad

Traccin puraTT

Traccin indirecta

Cortante puro

Traccin axial y cortante2Circulo de Mohr (sx, t )s1tsxs1

Cortante en un muro

Observacin/EnsayoEvaporation rate XFloor levels Crack orientation X XStructural analysis XRetraccin plstica Asentamiento Cargas lateralesPosibles CausasMatriz de evaluacin

Example: wall supporting slabSe vacian Zapata y muroVarias semanas despus se funde la losa amarrada a los murosAlgunas semanas despus aparecen las grietasMuroExtremo del muroZapataLosa

Causa probable: Retraccin en la losa

*4 inch overlay*4 levels of scaling*4 levels of scaling*Freeze Thaw*Freeze Thaw*Freeze-thaw*Caused by Adsorptive Aggregate*Removal of mortar by sand & silt*Joints in concrete structures are cast in to allow movement created by thermal changes or other loads. In order to allow these joints to move and be watertight (for below grade structures and water-retaining structures), various types of waterstops are cast into the joint (see above).

These waterstops fail from:1.Tearing due to loss of flexibility from aging2.Improper installation3.Poor placement or consolidation of concrete at the joint that creates a honeycomb for water to pass by the waterstop

Repair of these types of waterstop systems in kind can be difficult since they are cast into the structure.

Various repair systems exist. They are usually externally mounted and use a combination of an attached (fastened or bonded) membrane or gland on the surface and chemical grouting.

Chemical grouting alone has shown a very low, long-term, success rate.

THIS COMPLETES THE SECTION ON WATERPROOFING TECHNIQUES.*Multiple Layers*The first type of cracking related to moisture effects occurs early after the placement of the concrete when it is in its plastic state. This occurs from rapid water loss due to evaporation and has a crazed appearance. It has a similar look and cause to a mud puddle rapidly drying in the sun. Other sources of plastic shrinking can occur from movement or settlement in formwork or subgrade prior to the concrete hardening.*Concrete directly exposed to fire also deteriorates from a change in volume condition. The components that are affected are:1.Rapid thermal expansion of the aggregate creates localized spalling.2.Any water (or high moisture content) rapidly expands by turning into steam also creating localized spalling.3.Uneven volume changes in the structure (hot side - cold side) create buckling and cracking conditions.After continued exposure to high temperatures (750oF), the cement will eventually chemically change and weaken.These effects lead to cracks and loss of cover exposing the rebar to extreme heat. This can result in high stress, buckling, expansion and/or debonding of the steel, hence weakening the structure.*Acidic H-2-0*Popouts**Poor Consolidation*Water on Surface**The root cause is from the slide bearing not functioning (frozen together from corrosion) or point loading on the unreinforced edge (thermal camber of the beam).

Stresses related to thermal changes in dimension result in cracking. These cracks act as a conduit for the corrosion process to begin corroding the reinforcement steel in the ledger beam. The corrosion process then propagates along the beam far away from its original cause.

THIS COMPLETES THE FLOWCHART SECTION ON CAUSE AND EFFECT.

*The next three slides display typical failure modes of columns during seismic events. Typically the concrete is crushed at the moment connection at the base of the column and the steel looses its confinement. ****The next two slides deal with locating and quantifying initial and later stages of rebar corrosion by locating delaminated concrete.

The most common technique for locating delaminated concrete is acoustic emission sounding -- or in laymens terms hammer sounding (large areas utilize a chain drag technique).

This technique is based on the fact that when concrete delaminates (lifts away from the rebar due to corrosion), it emits a very different sound when struck with a hammer versus sound concrete (ping versus puck sounds). Typically the delaminated areas (hollow, puck sounds) are marked out by paint (see next slide for example).****Este examen se realiza para evaluar la calidad del hormign por el mtodo de pulso ultrasnico de la velocidad como por IS: 13.311 (Parte 1) - 1992. El principio subyacente de esta prueba es -- El mtodo consiste en medir el tiempo de viaje de un pulso ultrasnico que pasa por el hormign se est probando. Comparativamente mayor velocidad se obtiene cuando la calidad del hormign es bueno en trminos de densidad, uniformidad, homogeneidad, etc Procedimiento para determinar la resistencia del hormign endurecido por pulsos ultrasnicos de velocidad.Interpretacin de los resultados La calidad del hormign en funcin de la uniformidad, la incidencia o ausencia de defectos internos, las grietas y la segregacin, etc, lo que indica el nivel de mano de obra empleada, lo que puede evaluarse utilizando las pautas que figuran a continuacin, que se han desarrollado para caracterizar la calidad del hormign en las estructuras en funcin de la velocidad de pulso ultrasnico. ****This slide shows the hydraulic load cylinders.*There are 2 common methods for measuring chloride penetration:1. POWDER SAMPLES2. CORE SAMPLES

The purpose of these methods is to determine:A. How much chloride exists? --Has is reached a threshold level to promote corrosion?B. How deep has it permeated?--What is the chloride level and depth in relation to the rebar?

Test method #1 Powder SamplesUsing a drill and masonry bit, concrete powder is collected from drilling at various locations and depths and analyzed for % of water soluble chlorides to create a chloride profile vs. depth.Test method #2 Core SamplesUsing a coring drill, a concrete core is extracted. The core is sent to a lab where it is cut into sections by depth, pulverized into powder and analyzed to determine a chloride profile vs. depth.

If the chloride profile:A. Shows a consistent concentration of chlorides through the concrete section, the source of chlorides was most likely cast in during original construction.B. If the concentration varies (greater at the surface than inside the section), the source of chlorides was most likely from an external source.

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