Noticreto 75

PORTE AUTORIZADO 001 TARIFA POSTAL REDUCIDA ADPOSTAL No. 670 VENCE DIC.2005 - ISSN 0120 - 8489

LA TORRE AGBAR Un Nuevo Hito para Barcelona APLICACIÓN DE TÉCNICAS NO CONVENCIONALES EN PUENTES Puente de Tercer Nivel PUENTES URBANOS POR DOVELAS Novedad en Colombia Número 75

COLOMBIA $10.000 EN OTROS PAÍSES US$ 7.00

CONTENIDO MAYO - JULIO 2005 No. 75

Tarifa postal reducida 670 - ISSN 0120-8489

10 PUENTES URBANOS POR DOVELAS Novedad en Colombia Ing. Gregorio Rentería

20 TÉCNICAS NO CONVENCIONALES EN PUENTES Puente de tercer nivel Calle 92 con Autopista Ing. Germán Escobar López Ing. Guillermo Corredor Colorado

LIBROS Y EVENTOS

78 MAQUINARIA Y PRODUCTOS 80 SOFÍA en la obra

EDICIÓN ESPECIAL Tecnologías no convencionales

28 TÉCNICAS NO CONVENCIONALES DE REHABILITACIÓN Dr. Ing. Enio J. Pazini Figueiredo

PUENTE URBANO POR DOVELA Av. Suba con Boyacá. Bogotá 36 LA TORRE AGBAR. Un nuevo hito para Barcelona Arq. Robert Brufau Arq. Augustí Obiol Ing. José Ramón Solé Arq. Jairo de la Cruz

52 SISMOS Y MAREMOTOS Un antiguo reto para la humanidad Parte I Ing. Alberto Sarria Molina

64 VICON, Una gran idea Ing. Konstantin Sobolev

68 LAS JUNTAS FRÍAS EN EL CONCRETO Más allá de un simple problema estético Dr. Ing. Juan José Howland Albear Ing. Ana Rosa Martín Acosta

Publicación de la Asociación Colombiana de Productores de Concreto con carácter técnico e informativo para el sector de la construción. Resolución Ministerio de Gobierno 00590 del 3 de marzo de 1987. Tarifa postal reducida 670 de la Administración Postal Nacional, Adpostal. Porte pagado No. 76. - ISSN 0120-8489. Suscripciones disponibles a través de solicitud directa a Asocreto con un costo de: dos años (8 revistas) $60.000, un año (4 revistas) $35.000 en Colombia y fuera del país con un valor de US$80 pagaderos mediante cheque o cualquier tarjeta de crédito nacional. Universidades, por intermedio de Facultades de Arquitectura o Ingeniería y bibliotecas técnicas adscritas a entidades interesadas en el sector de la construcción, podrán solicitar una suscripción gratuita en cada caso a Asocreto. La información, conceptos u opiniones expresados en esta publicación, tanto en los artículos como en las pautas publicitarias, y el uso que se haga de ellos, no representan responsabilidad alguna para Asocreto o Noticreto, ni para el autor o su empresa. La información y conceptos deben ser utilizados por las personas interesadas bajo su criterio y responsabilidad. Sin embargo, se entiende que cualquier divergencia con lo publicado constituye un interés para Asocreto, por lo cual se agradecerá el envío de las correspondientes sugerencias. Se autoriza la reproducción total o parcial de los artículos de la revista, únicamente con previa autorización escrita de la Asociación Colombiana de Productores de Concreto - ASOCRETO, citando fuentes, edición y fecha de publicación. La Asociación Colombiana de Productores de Concreto está formada por: Armenia: Holcim Premezclados S.A., Concretos de Occidente • Barranquilla: Agrecón - Agregados y Concretos S.A., Cemex Concretos de Colombia S.A., Holcim Premezclados S.A. • Bogotá: Holcim Premezclados S.A., Metroconcreto, Cemex Concretos de Colombia S.A. • Bucaramanga: Concretos Premezclados S.A., Cemex Concretos de Colombia S.A., Metroconcreto • Buenaventura: Holcim Premezclados S.A. • Cali: Concretos de Occidente Ltda., Holcim Premezclados S.A., Cemex Concretos de Colombia S.A. • Cartagena: Agrecón - Agregados y Concretos S.A., Holcim Premezclados S.A. • Cúcuta: Cemex Concretos de Colombia S.A. • Ibagué: Cemex Concretos de Colombia S.A. • Manizales: Concretos de Occidente • Medellín: Metroconcreto S.A., Concretos Premezclados, Cemex Concretos de Colombia S.A. • Montería: Agrecón - Agregados y Concretos S.A.• Neiva: Cemex Concretos de Colombia S.A. • Nobsa: Holcim Premezclados S.A. • Pereira: Concretos de Occidente, Cemex Concretos de Colombia S.A. • Popayán: Concretos de Occidente • Tunja: Holcim Premezclados S.A. • Santa Marta: Agrecón - Agregados y Concretos S.A. • Sincelejo: Agrecón - Agregados y Concretos S.A. • Sumapaz: Cemex Concretos de Colombia S.A. • Tuluá: Holcim Premezclados S.A. • Valledupar: Agrecón - Agregados y Concretos S.A. • Villavicencio: Cemex Concretos de Colombia S.A., Metroconcreto

PUENTES URBANOS POR DOVELAS Novedad en Colombia Número 75

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Nelson Parra Parra José Miguel Paz Viveros Andrea Paola Gómez B. Andrés Santacruz Mera

José Miguel Paz Andrea Paola Gómez Andrés Santacruz Diego Jaramillo Mauricio García Manuel A. Lascarro María Isabel Páez

Portada: Puente de tercer nivel - Calle 92 con Autopista NorteBogotá Fotografía: EFCO

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LA TORRE AGBAR Un Nuevo Hito para Barcelona APLICACIÓN DE TÉCNICAS NO CONVENCIONALES EN PUENTES Puente de Tercer Nivel

Presidente Asocreto Director Asocreto Directora Noticreto Investigación y Desarrollo Editorial

Comité Editorial

Colaboradores Carlos Arcila Robert Brufau Guillermo Corredor C. Jairo de la Cruz Germán Escobar L. Lina María Gaviria V. Juan José Howland A. Raúl Huerta Martínez Ana Rosa Martín A.

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Sergio Escobar

Augustí Obiol Carolina Ospina Usma Enio J. Pazini Figueiredo Gregorio Rentería Alberto Sarria Molina Konstantin Sobolev José Ramón Solé Centro de Doc. ASOCRETO

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Detalle de los carros-formaleta a ambos lados de la columna o pila.

PUENTES URBANOS POR DOVELAS NOVEDAD EN COLOMBIA POR: ING GREGORIO RENTERÍA GREGORIO RENTERÍA - INGENIEROS FOTOGRAFÍA VISTA GENERAL DEL AVANCE DE

LA CONSTRUCCIÓN

DE LOS PUENTES PÁG.18 CORTESÍA PERIÓDICO

EL ESPECTADOR

ANTECEDENTES

as características y necesidades especiales que se presentaban en la intersección de la Avenida Suba con la Avenida Boyacá, en la ciu-

dad de Bogotá, requerían de una solución diferente a las estructuras convencionales.

¿Cuáles fueron las condiciones especiales? • Siendo una zona totalmente urbana y con alta densidad de construcciones costosas, el trazado del nuevo proyecto exigía ubicarse dentro de la zona de predios, y esto representaría que el trazado de la estructura elevada del puente tuviera un diseño geométrico vial, con curvas horizontales y verticales, sumado al cambio de peraltes simultáneos. • El ángulo agudo (esviaje) con el cual se cruzan las dos avenidas es tan pequeño que, para pasar una calzada elevada de solo 10 m de ancho, se requiere de una luz o longitud de vigas de 40 m en adelante. Esta luz restringe el tipo de estructura. • Por debajo de los puentes cruzan seis diferentes vías de dos y tres carriles, en distintas posiciones, obligando a que la ubicación de las columnas esté definida y

FICHA TÉCNICA NOMBRE DEL PROYECTO: Concesión de la adecuación del Tramo II comprendido entre la Calle 127A y la Avenida Ciudad de Cali, perteneciente a la Troncal Transmilenio Avenida Suba - Puentes vehiculares Intersección de la Avenida Suba con Avenida Boyacá. DUEÑO DEL PROYECTO: Instituto de Desarrollo Urbano IDU - Transmilenio S.A. CONSTRATISTA PRINCIPAL: Consorcio Alianza Suba Tramo II (Estyma S.A., Arquitectos e Ingenieros Asociados S.A. A.I.A, Concay S.A. e Inecon-Te S.A.) INTERVENTORÍA IDU: Consorcio Interventoría Suba 2 INTERVENTORÍA CAS II: Proyectistas Civiles Asociados (P.C.A.) DISEÑO : Proyecto, Ingeniería de Construcción y Diseño Estructural: Gregorio Rentería - Ingenieros

restringida a la posición de los separadores de tráfico, lo cual implica que, aunque son paralelos, los cuatro puentes longitudinales son diferentes entre sí, y prácticamente todas sus luces varían en su longitud. • La alta densidad de tráfico a través del proyecto, en los dos sentidos de la Avenida Suba y la Boyacá, es casi inmanejable; además, como los carriles que llegan de la Suba tienen niveles diferentes, es imposible trasladar el tráfico del uno al otro, como en todas las demás vías en construcción del sistema Transmilenio. Para la ejecución de este proyecto era casi imposible utilizar los sistemas tradicionales, pues si se usaban vigas prefabricadas en «I» o en «U» (tipo bañera), el llegar con ellas a la obra, localizarlas, colocar las grúas y montarlas, exigía suspensiones intermitentes del tráfico, lo cual era inadmisible porque la población de Suba no tiene vía alterna alguna y sirve a casi un millón de habitantes del sector. Fuera de esto, la colocación de formaletas sobre andamios o cimbras apoyadas en el piso para fundir vigas cajones o similares en sitio, también representaba cerrar el tráfico.

Era necesario generar un sistema diferente de construcción, que permitiera realizar la obra satisfaciendo todos los requerimientos y necesidades mencionados.

Opciones de solución La solución se vislumbró al conocer el proceso constructivo para el BigDig en Boston (EE.UU.) (Noticreto No. 72), la nueva autopista elevada que recorre sinuosamente la ciudad sin generar destrucciones ni traumatismos durante su ejecución. Así mismo, en la actualidad culmina la construcción de un tramo elevado del Metro entre el centro de Manhattan y el Aeropuerto Kennedy en Nueva York. El sistema utilizado en estas construcciones se denomina Método de construcción por voladizos sucesivos balanceados, usando dovelas prefabricaM A Y O

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CONSTRUCCIÓN

das en sección de viga cajón. Es el más común de la actualidad en la construcción de viaductos tanto férreos como viales en Estados Unidos y la Unión Europea, pero utilizarlo hoy en Colombia con prefabricación es casi utópico. La planta de producción, el sistema de transporte y el equipo de montaje cuestan decenas de millones de dólares. Sin embargo, es el sistema de mayor aceptación en Colombia, donde se usan carros (formaletas) viajeros que avanzan sobre el voladizo en la construcción de puentes en carreteras con luces mayores de 70 m. Fue usado por primera vez en el país por un destacado ingeniero constructor de puentes, también colombiano, que importó tecnología española. Pero también era utópica la utilización de carros viajeros en la construcción de intersecciones o pasos elevados en nuestro país, con el costo de los carros, el sobre-refuerzo del voladizo por el peso de los mismos y la complejidad del diseño por las dobles curvaturas y luces disparejas.

• El ciclo de construcción de cada dovela se ha establecido en sólo seis días, de los cuales 2,5 son de fraguado, y el trabajo en sí es de 3,5 días. • Esto representa un rendimiento excepcional de mano de obra, por el resultado de horas-hombre/m3. • La sección es monolítica, lo que representa mayor vida útil. • El puente es una estructura preesforzada continua (realmente continua), la cual tiene mejor desempeño en su duración (vida útil) y en su capacidad de soportar mayores esfuerzos, como los que ocasionan los sismos o las sobrecargas. • Brinda un aporte a la arquitectura y estética de los puentes en Bogotá. • A juicio del autor, es la solución, (de igual forma que en EE.UU. y la UE) para proyectos que no pueden demoler ni comprar todos los predios vecinos para dar cabida a nuevos y urgentes desarrollos viales. El sistema ocupa una pequeña zona de fundaciones y pilas en los separadores de las avenidas, como en las futuras troncales del transporte masivo Transmilenio, por ejemplo en la Carrera Séptima de Bogotá.

PROCESO DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN Cimentación Predominaron en su diseño los esfuerzos debidos a las cargas generadas por sismos. Cada una de las 55 pilas tiene cimentación profunda con 6 a 8 pilotes de 0,60 o 0,70 m de diámetro, hasta penetrar en la roca de arcillolita, la cual se encuentra a profundidades que varían de 42 m en el lado Bogotá, a 12 m en el lado Suba.

Solución adoptada Se aplicó tecnología de punta en la construcción, empleando análisis estructurales con modelos matemáticos no lineales para el cálculo de la afectación de los fenómenos reológicos en el tiempo. Es decir, el mismo tipo de diseño del Big-Dig mas, como popularmente se dice, “alpargatizado”, usando carros-formaletas especialmente diseñados que permiten curvas, pendientes variables y cambios simultáneos de peralte, pero con patas telescópicas, apoyados en el piso y con capacidad de carga de 45 toneladas. Este sistema constructivo ofrece las siguientes ventajas: • Ha permitido construir más de 200 m lineales de puente al mes. • Cada carro-formaleta en desplazamiento ocupa sólo un carril de tráfico, lo cual no sacrifica la totalidad del flujo durante la construcción. • El sistema permite mantener tráfico en todos los sentidos y en todas las vías.

Localización de pilotes de una pila. La suma de la longitud de los pilotes del proyecto, fue de 10.000 m: puestos uno tras otro sobre la Carrera Séptima, irían desde la Plaza de Bolívar hasta la Calle 127. Entre la superficie y la roca se encontró un estrato o capa profunda de turba (lodos) de 6 a 7 m de espesor, que generaba grandes asentamientos y desplazamientos laterales. Esto obligó a sobre-reforzar con acero los pilotes.

CONSTRUCCIÓN

Las cargas verticales y horizontales de la estructura del puente van por las columnas y se reparten a los pilotes por medio de dados o zarpas de concreto reforzado a un metro de profundidad bajo el piso, con más de 2.000 m3 de volumen.

Columnas Las secciones de las columnas tienen forma no tradicional, de doble círculo con una cintura en el centro. Esta forma redunda en un comportamiento de enorme eficiencia a las solicitaciones de fuerzas a que estarán sometidas.

vista general de una columna

Armado de refuerzo de las zarpas o dados de concreto.

Capiteles

Capitel antes de vaciado de concreto.

El capitel, también curvo, provee el área que requiere la colocación de los distintos accesorios necesarios en los procesos de construcción y puesta en servicio. Definimos como dovela a un sector de puente que se construye en tramos, con la sección transversal completa del puente, pero en una longitud limitada. En este caso la longitud standard fue de 3,50 y 3,40 m de largo. La columna tiene un capitel que contiene dos pedestales de nivelación que alojan dos apoyos de neopreno reforzados con láminas de acero, y terminados en una superficie deslizante de teflón, contra una superficie de acero inoxidable embebida en la estructura superior del puente. En esta estructura también se encuentra una llave circular de acero, alojada dentro de un cilindro (también de acero), con tolerancia variable entre sus caras, que

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entre la superestructura y la columna permite el desplazamiento libre, en caso de sismos menores y se porta como una estructura viva al acortarse por efectos reológicos en el tiempo. Un sismo mayor desplaza la superestructura mucho más, y pone la llave en contacto con el cilindro. Entonces, columna y cimentación entran a trabajar en conjunto para soportar estas fuerzas horizontales adicionales. Un voladizo a lado y lado de un único apoyo (el capitel) es una estructura inestable e imposible de construir agregándole dovelas a cada lado o voladizos de longitudes asimétricos. Por eso se instalaron cuatro gatos de arena debidamente diseñados, para soportar el peso y desequilibrios de los voladizos durante el proceso de construcción. Como pueden ocurrir accidentes que desestabilicen la construcción (por ejemplo, el choque de un camión contra el carro-formaleta) o sismos que muevan el voladizo, se instaló dentro del capitel, un primer sistema de seguridad con cuatro torones de tensionamiento de 1/2" de diámetro y fijaciones provisionales, que atiende las solicitaciones de la dovela sobre pila y las primeras dovelas que se funden a los lados. Una vez fundidas estas dovelas número 1, se coloca el segundo sistema de seguridad, con otros cuatro cables, de 7 torones de 1/2" pulgada de diámetro cada uno, anclados en el centro de la dovela 1 y en la zarpa de cimentación, que aseguran la estabilidad del equilibrio de los voladizos, aunque tengan 20 m de largo cada uno, a las mismas contingencias de riesgo.

Detalle del sistema de seguridad sobre el capitel. el colado de la dovela sobre pila, con secciones transversales mayores a las dovelas de los voladizos. Esta estructura contiene las corazas o ductos que luego permitirán el paso de los cables de tensionamiento que, una vez tensados, son anclados en los extremos a través de cuñas especiales, que dejan dentro de la sección la fuerza externa de tiro que se aplicó. Se genera un postensionamiento que induce esfuerzos internos, mayores y en sentido contrario, a los esfuerzos que la fuerza de gravedad (su peso) genera, y tienden a que la estructura se caiga o colapse en su proceso constructivo y su posición final.

Sistema de seguridad en dovelas No.1: se aprecian los cables de tensado

CONSTRUCCION DEL PUENTE POR DOVELAS SUCESIVAS Dovela sobre pila y efectos del tensionamiento Terminado el capitel, se colocan sobre él con toda exactitud los apoyos deslizantes, la llave de cortante, los gatos de arena, los cables de seguridad primarios y las formaletas externa, interna y de fondo; se realiza

Construcción de dovela de pila. 14

Dovela terminada bajo obra falsa.

El equipo: carros formaleta Cada voladizo requiere de dos carros-formaleta, una a cada lado del mismo, para hacer crecer el voladizo, en forma simultánea y simétrica y para mantener el peso equilibrado a ambos lados, siendo la columna su punto de apoyo y de equilibrio como en una balanza. El equipo de carros-formaleta, diseñado y corregido con el aporte de la experiencia del ingeniero José Antonio Díaz Sasiain (quien los puso a funcionar en forma sencilla), fue construido en diversos talleres metalmecánicos en Bogotá y se basó en los siguientes principios:

Carros de apoyo sobre el terreno: (Alpargatas colombianas para el sistema) Cada carro consta de dos apoyos o carros, uno a cada lado de la formaleta que sostiene y conforma cada carro, por cuatro columnas metálicas integradas por secciones hembra y macho, con perforaciones y pasadores que le permiten ser telescópicas: esto es, que pueden aumentar o disminuir su altura para permitir la construcción del puente como rampa inclinada inicial que se adapta a las irregularidades del terreno y dando el nivel exacto a la formaleta.

Detalle del sistema ecualizable de las formaletas M A Y O

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CONSTRUCCIÓN

Las patas ecualizan en altura de manera independiente, permitiendo doble rotación de la formaleta, con giro longitudinal para cambios de pendiente y giro transversal para cambio de peralte. El paso de cambio de altura en cada pata es de 5 cm entre orificio y orificio, con sus pasadores. En la parte superior de cada carro hay cuatro tornillos de ajuste de nivel para la precisión final. En la parte inferior se une a un par de deslizadores de tubería metálica, para su fácil desplazamiento. Sobre las patas va un chasis cuyas superficies permiten el desplazamiento del conjunto de formaleta-chasis superior, sobre el carro, para asumir las curvas horizontales. Este desplazamiento se puede ajustar con gatos hidráulicos menores.

El conjunto puede desplazarse sobre el chasis superior del carro, en forma independiente; además, carga las 32 o 40 toneladas que pesa el concreto en estado plástico dentro de la formaleta, sin refuerzos adicionales. Se desencofra con solo bajar los gatos laterales de fijación de su giro. Se fija la posición, de formaleta a formaleta (una a cada lado) con barras tensoras de ajuste y separadoras, tal como funciona una varilla con form-clamps en sus puntas.

Formaletas externas apoyadas en chasis superior

Proceso de avance

El molde externo, que conforma la cara de las almas externas y la placa en voladizo de la losa superior, se ejecutó en lámina metálica monolítica con rigidizadores de tubería cuadrada, que se apoyan en dos bastidores y que a su vez pivotean sobre el chasis superior de soporte del sistema, al aplicarle giro a dos gatos de tornillo que regulan su ángulo de giro y posición final. Se denominó Formaleta de alas externas.

Carro para formaletas internas apoyadas sobre el piso de la dovela Consiste en un chasis sobre ruedas en cuya parte superior, a manera de techo, tiene la formaleta-superficie de apoyo para soportar el peso del concreto de la placa; el sistema sube y baja (para vaciado-desencofre y desplazamiento). Además, dos formaletas inclinadas laterales para vaciar las caras internas de las almas; son abatibles y giran o pivotean sobre los bastidores de apoyo de la superficie superior horizontal, para cerrarse después del vaciado, y avanzar a la nueva dovela. En esencia, es una formaleta desplazable, del mismo tipo de las usadas para el revestimiento de túneles.

Una vez fraguada la dovela sobre pila, que se ha vaciado sobre andamios tradicionales, se coloca y ajusta una formaleta a cada lado de ella, se coloca el acero de refuerzo para los esfuerzos en la sección transversal, y se funden en forma simultánea las primeras dos dovelas (Dovela Nº 1) una a cada lado, para iniciar el voladizo. Una vez fraguado el concreto y obtenida la resistencia especificada, se tensionan los dos cables, de construcción, de 10 o 12 torones, Ø = 0.6", con 205 o 246 ton.

Detalle del proceso de avance.

Perfil de formaleta y chasis. Este detalle permite comprender el funcionamiento. 16

Terminado el tensionamiento, se libera la formaleta y se desplaza a la posición de las dovelas Nº 2, repitiéndose el ciclo. El ciclo se inició con un tiempo de proceso de 8 a 9 días. Poco después el plazo bajó a 7 días; una vez el personal se especializó y adquirió práctica el ciclo se redujo a 5 días, que es finalmente el óptimo como producto del rendimiento.

CONSTRUCCIÓN

Dovela de cierre, cables de cosido y anclajes en los resaltes Una vez construidos dos voladizos, correspondientes a dos pilas adyacentes, los mismos se enfrentan y quedan separados a una distancia predeterminada, que se debe emplear para vaciar una dovela de unión, denominada dovela de cierre. Los cables de tensionamiento del proceso constructivo son efectivos solamente para los esfuerzos de la estructura cuando trabaja en voladizo. Sin embargo, una vez son coladas las dovelas de cierre, la estructura se convierte en continua y, en consecuencia, las cargas muertas sobre-impuestas y las cargas vivas de los vehículos que transitan el puente. Por esta razón, adosados y sobrepuestos a la

Tensionamiento de cables de la placa inferior.

Preparación para la construcción de la dovela de cierre.

placa inferior del lado de su parte interna, se construyen unos resaltes en concreto, que llevan incorporados otros anclajes de tensionamiento con sus ductos, que van por la placa inferior, para unir con esta coraza y sus posteriores cables, un voladizo con el otro. Cuando el concreto del vaciado de la dovela de cierre, ha adquirido su resistencia especificada, se enhebran los cables inferiores y se procede a hacer el tensionamiento de cosido. Aplicando la tensión necesaria en dos tramos de acuerdo con el diseño. El efecto de estos cables de cosido sobre la estructura equivale a la aplicación de una carga uniforme de abajo hacia arriba (inversa al peso) en el tramo de luz entre

sus resaltes extremos, es decir, en un intervalo entre las columnas que conforman la luz ya cerrada.

Liberación de la estructura A las 96 horas de efectuado el cosido con los cables, la estructura ha recuperado sus deformaciones naturales y entonces se proM A Y O

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CONSTRUCCIÓN

cede a liberarla, retirando los cables de seguridad de primera y segunda estancia, así como los gatos de arena y los residuos de formaleta sobre el capitel.

Los dos primeros puentes culminados el mes de abril de 2005 (de 6 en total) son viaductos curvos elevados, cada uno con una longitud de 375 m y un ancho de 7,60 m. Cuando se dé al servicio la troncal, estarán destinados a los buses de TransMilenio. La longitud total de la estructura elevada de los seis puentes es de 1.910 metros y una longitud de 4.247 metros/carril. El gálibo mínimo establecido es de 5,0. El área total construida es de 15.350 m2, es decir cinco veces el nuevo puente vehicular de la Calle 100 con Autopista Norte. Los dos puentes exteriores que continúan en ejecución son dos viaductos para el tráfico mixto de automóviles, uno en dirección Suba-Centro y otro en dirección CentroSuba, con dos y tres carriles de circulación cada uno. El puente del costado sur tiene una longitud de 936 m/carril y un avance de ejecución del 60% y el del costado norte tiene una longitud de 1.250 m/carril y avance del 17% a abril de 2005.

Los amplios voladizos de los dos puentes.

Vista general del avance de la construcción de los puentes. 18

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TECNICAS NO CONVENCIONALES EN PUENTES

PUENTE DE TERCER NIVEL, CALLE 92 SOBRE AUTOPISTA NORTE, BOGOTÁ. COAUTORES: ING. GERMÁN ESCOBAR LÓPEZ, GEL INGENIEROS CONSULTORES LTDA. ING. GUILLERMO CORREDOR COLORADO, CONCONCRETO S.A.

Acabado de pilas

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l desarrollo del transporte masivo en Bogotá ha obligado a la ciudad a modernizar su infraestructura. Por esta razón ha sido necesario ampliar, adecuar y construir vías para dar pistas exclusivas a los buses articulados de Transmilenio.

FICHA TÉCNICA Proyecto:Puente de Tercer Nivel Correspondiente a las Obras de adecuación de la Intersección de la Calle 92 con NQS. Ubicación: Bogotá Entidad Contratante: Instituto de Desarrollo Urbano - IDU Diseñador Estructural: GEL Ingenieros Consultores Ltda. Constructor: Unión Temporal ConConcreto S.A HB Estructuras Metálicas Interventoría: Consorcio INGECON - Latinoconsult. DESCRIPCIÓN Longitud total del puente: 567 m Ancho de tablero: 12 m Carriles: 3, en único sentido

Izado y colocación de cajón metálico sobre apoyos.

Vaciado de columnas. Desde antes de la introducción de buses articulados, la intersección en que confluían la Calle 92, la Autopista Norte (Autonorte) y la Avenida NQS (Norte-Quito-Sur) paralela a la línea férrea, generaba un gran problema de circulación no solo por el volumen de vehículos, sino por los flujos de circulación que se cruzaban. Para solucionar este problema se han venido construyendo: primero, los puentes de la Autonorte sobre la calle 92, que hace años era la prolongación de la NQS. Como respuesta a la necesidad de abrir paso hacia la Autonorte del flujo sur-norte por la NQS, se construyó el conector conocido como Puente Pastrana. Posteriormente, con la prolongación de la NQS hacia el norte los problemas se agravaron y se construyó otro puente sobre dicha vía para desembotellar la Calle 92. Con la llegada del sistema Transmilenio era imposible seguir pensando en soluciones de corto plazo. Entonces se planteó una solución radical a esta intersección, la cual comprende: • Construcción de un puente de tercer nivel para transporte mixto, para encauzar el tráfico sur-norte de la NQS hacia la Autonorte. • Construcción de un deprimido para conectar la Paralela norte-sur con la NQS hacia el norte, para tráfico mixto. • El actual conector NQS-Autonorte (Puente Pastrana) se reservará exclusivamente para el sistema Transmilenio con la construcción de una rampa que permitirá a los buses articulados que provienen del norte descender a la NQS por el costado occidental de la vía férrea en dirección sur. • Construcción del retorno norte-sur de la Autonorte. • Construcción de la oreja de la Autonorte (norte-sur) para tomar la NQS a l norte.

LOCALIZACIÓN El puente de tercer nivel comienza en el carril oriental de la NQS y termina en el carril oriental de la Autonorte. Pasa sobre el puente de la Calle 92, que a su vez trasmonta el de la Autonorte, razón por la cual se llama de tercer nivel.

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CONSTRUCCIÓN

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En planta presenta cuatro curvas de diferentes radios, lo que implica una variación de la pendiente transversal de la calzada, peralte, a lo largo de toda la longitud del puente, para dar la seguridad necesaria al usuario. En elevación también presenta una curva vertical cuya pendiente máxima es de 6%. (ver plano 1)

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN Superestructura

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La longitud del puente esta dividida en 14 luces, la mayor de ellas 44 m y la menor de 36 m. El radio de curvatura más pequeño en planta es de 127 m. La viga es una estructura mixta compuesta de un cajón en Acero A-588 Grado 50 y de una losa colaborante en concreto f’c 35 Mpa, preesforzada transversalmente. El cajón de acero está compuesto por: • Lámina inferior de 4 m de ancho. El espesor en las luces es de 9,5 mm y sobre apoyos de 16 mm a 22 mm. Esta lámina está rigidizada longitudinal y transversalmente. • Dos almas inclinadas de 2 m de altura. El espesor en las luces es de 9,5 mm y en los apoyos de 12,7 mm salvo en los más solicitados, donde llega a 16 mm. Presenta rigidizadores verticales espaciados aproximadamente cada 2 m y en zonas sobre apoyo cada 1 m y dos rigidizadores longitudinales a lo largo de todo el puente.

Perspectiva del puente.

Plano 1. Planta general del puente

Interior del cajón con sus respectivos rigidizadores. • Patines superiores de 450 mm de ancho en las luces y 600 mm sobre apoyo excepto el apoyo 2, que tiene un ancho de 750 mm. El espesor varía entre 16 mm y 25 mm según las solicitaciones. 22

Plano 2. Sección transversal del cajón

CONSTRUCCIÓN

• Riostras verticales intermedias colocadas cada 5,5 m aproximadamente las cuales garantizan la indeformabilidad del cajón. • Riostras verticales sobre apoyo que transmiten las fuerzas horizontales de la losa a los apoyos. •Contraviento horizontal que consiste en una viga en celosía que cierra el cajón de acero en la parte superior para darle rigidez a la torsión y estabilidad a los patines superiores en las zonas donde están sometidos a compresión. • El peso de la estructura de acero es de 850 ton.

La losa esta preesforzada con monotorones adheridos, utilizando para esto un ducto de nuevo tipo que garantiza la adherencia a través de la inyección de una lechada convencional

Detalle de los ductos sobre la losa.

Cajón sobre apoyos definitivos. En la parte superior, los contravientos. La losa de concreto está conectada a la estructura de acero por medio de conectores de cortante, soldados a los patines superiores del cajón. Irónicamente, estos conectores no trabajan al corte. La losa tiene un ancho de 12 m divididos así: dos voladizos de 3,50 m y zona entre patines de 5 m El espesor sobre patines es de 0.35 m, en la llave de 0.25 m, y en los extremos de los voladizos de 0.20 m. Esta losa presenta un refuerzo longitudinal de 1% de la sección de concreto en las zonas sobre apoyo donde esta sometida a tracción y de 0.75% en las luces donde está en compresión. La losa colabora en la resistencia a la flexión longitudinal para las cargas permanentes y para las cargas vivas. En las zonas donde la losa está en compresión participa la sección total de concreto, mientras que en las zonas donde está en tracción solo participa el acero de refuerzo. La losa está preesforzada transversalmente, lo cual le permite ser de un espesor moderado y, por ende, un reducido peso propio. El preesforzado presenta mejor comportamiento del concreto a la flexión que el concreto reforzado. El acero de preesfuerzo disminuye la cantidad necesaria de acero de refuerzo porque tiene mayor resistencia que este. Por un cm2 de acero de preesfuerzo debemos colocar 3,5 cm2 de acero pasivo. Se minimizó el problema de la introducción de esfuerzos a la estructura de acero y a la losa de concreto por efecto de la retracción del fraguado retrasando al máximo posible la conexión entre la viga de acero y la losa de concreto, de tal manera que la retracción ya se hubiese desarrollado al máximo. Esto se logró dejando unas reservas en la losa donde van ubicados los conectores, que son vaciadas después del tensionamiento de la losa y lo más tarde posible. Es necesario recalcar que, una vez realizada la conexión, se debía esperar que la resistencia al concreto de las cajas alcanzara al menos el 75% de la resistencia, en este caso particular era de 26 MPa. Es importante mencionar que mientras no se realice la conexión vaciando las reservas que contienen los conectores, la sección resistente es únicamente la viga metálica y la losa de concreto en ese momento solo es carga muerta.

Proceso constructivo del tablero central El tablero central es la losa, en concreto reforzado, simplemente apoyada sobre la viga cajón conformando la parte central de la calzada. (Ver plano 2).

Las etapas para la construcción del tablero central son: • Colocación de formaleta: implica la colocación de cimbra (cama falsa) utilizando andamio de carga, parales metálicos y formaleta.

Formaleta del tablero central. • Colocación de acero de refuerzo. • Colocación de ducto para el cable de tensionamiento (preesforzado). • Colocación de testeros en los bordes de la viga. • Vaciado de la losa (sistema bombeado).

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Losa de concreto en dos etapas: refuerzo de parte central y vaciado de concreto de la misma. • Colocación de conectores de cortante (elementos de integración de la sección comprometida, viga metálica - losa en concreto).

Proceso constructivo de la zona en voladizo del tablero Para su construcción se utilizó un sistema de carros de avance que se desplaza sobre ruedas apoyadas en el tablero central y está conformado por una estructura metálica superior arriostrada en sentido longitudinal. De esta estructura se descuelgan tensores a los cuales se acondicionan vigas metálicas dispuestas horizontalmente, que sirven de plataforma de trabajo.

• Colocación de acero en la zona de voladizos. • El vaciado de los dos voladizos se efectúo al mismo tiempo, a fin de evitar que el peso de uno de estos desplace y derrumbe la estructura (sistema bombeo). • Primer tensionamiento a los siete días posteriores al vaciado. • Descimbrado de voladizos. • Bajada de los gatos y desplazamiento del carro para fijarlo en la siguiente posición de vaciado.

Infraestructura Apoyos

Para las reacciones verticales se diseñaron apoyos en neopreno armado de dureza 60, dimensionados de acuerdo con las solicitaciones. La almohadilla más grande se encuentra ubicada en el apoyo de la pila 2 y tiene 880x650x95. La altura de todas es de 95 mm. Para las solicitaciones horizontales provenientes del frenado, viento y sismo se colocaron unos espigos sobre todas las pilas que están conectados a la viga cajón mediante unas orejas soldadas a lado y lado. En los estribos se colocaron topes que limitan en 50 mm los movimientos transversales de los extremos de la viga cajón. En sentido longitudinal no hay restricción alguna.

Pilas El puente está apoyado sobre 13 pilas y dos estribos. Todas ellas tienen diferentes alturas, siendo la más corta de 6,45 m (pila 14), y la más larga de 12,70 m (pila 7) debido a la curva vertical de la rasante. La diferente altura de las pilas implica que las cargas o solicitaciones horizontales sobre cada una de ellas sean diferentes. Dado que la rigidez de las pilas a solicitaciones horizontales depende de la longitud a la potencia 3, las pilas cortas toman mucho más que las largas. Si se hubiera aplicado el mismo criterio para todas las pilas, las 2 y 14 tendrían longitudes menores y su rigidez sería muy grande respecto a las demás. Esto, sumado a que son las pilas más alejadas del punto fijo del puente, hizo tomar la determinación de profundizar el dado para tener pilas un poco más largas.

Sistema de carros para la construcción de voladizos. Las etapas para la construcción del tablero en voladizo son: • Armado de los carros. • Colocación de formaleta de contacto con el andamio de carga.

Instalación de carros para inicio de construcción de voladizos. 24

Panorámica de pilas.

CONSTRUCCIÓN

Las pilas tienen en su base 4,32 m de longitud y 1,50 m de ancho. En la parte superior, la longitud se amplia gradualmente hasta 5,62 m. El concreto de las pilas es f’c: 28 MPa. El refuerzo longitudinal corresponde al 1% y los flejes cumplen con la separación especificada en el Código. Debido a la posible ampliación de la paralela sur-norte de la Autonorte fue necesario desplazar y reducir la sección de la pila 6 para dejar el espacio suficiente. Por este motivo, esta pila no tiene las dimensiones de las anteriores sino que es más pequeña y de forma especial.

Los estribos Colocados en cada extremo del puente, están diseñados solamente para cargas verticales. No sufren el empuje de la tierra, pues el relleno está confinado por geotextil, creando una tierra armada. No se contempla ninguna solicitación horizontal. Si se colocara alguna restricción, el estribo absorbería la mayoría de estas fuerzas debido a su rigidez. El tope mencionado permite 50 mm de desplazamiento, y cuando éste se produzca, las fuerzas finales serían mínimas.

Cimentación

Diferencias entre la pila 6 y las demás. La pila queda excéntrica respecto al eje de la calzada y las solicitaciones son diferentes de las de las otras pilas, pues el momento de flexión transversal es muy importante. Para minimizar el efecto de esta flexión se decidió colocar un tensionamiento en la columna que generará un momento de sentido contrario compuesto de tres cables de 12 torones de 5/8".

La cimentación está compuesta por pilotes y dados, en concreto reforzado. Los pilotes son prefabricados en planta por tramos de aproximadamente 10 m. Tienen una sección de 0,35 x 0,35. El concreto f’c: 31 MPa. Fueron transportados en tractocamión e hincados con martillo. (Ver ampliación acerca de este sistema de pilotaje en Noticreto 63). Los estribos están sobre 12 pilotes y la mayoría de las pilas sobre 16. La longitud, en general, de los pilotes es de 40 m. La pila 6 tiene 18 pilotes debido a la clara excentricidad que presenta. El refuerzo longitudinal de los pilotes es variable. En el tramo superior es muy importante debido al momento que se puede presentar en caso de sismo, y en los otros tramos se tiene el mínimo de 1% con 4 varillas de 1/2" y 4 varillas de 5/8". El refuerzo transversal cumple el código.

Proceso de hincado de pilotes.

Detalle de la columna y del sistema de preesforzado

Los dados de las pilas son de 7,00 x7,00 x1,5 en concreto reforzado excepto el de la pila 6 que tiene 8,00 x 7,00 con una altura M A Y O

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CONSTRUCCIÓN

que varía entre 1,50 m y 2,00. El refuerzo de los dados no presenta novedad, mientras que el del dado del eje 6 tiene un refuerzo especial para momentos de flexión transversales y para el punzonamiento de la pila debido a la sección de ésta.

CONSIDERACIONES DEL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Las cargas que se consideraron son todas aquellas especificadas en el Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes, teniendo en cuenta tres carriles de tráfico en una misma dirección. Para la superestructura se consideraron las fuerzas internas generadas por las cargas y otras solicitaciones. Los momentos de flexión, las fuerzas cortantes pero sobre todo los momentos de torsión generados por la curvatura y las cargas excéntricas fueron calculados y combinados según las directivas del Código. El análisis estructural de la estructura mixta se hizo elásticamente sin mayoración de las cargas.

La sección óptima para las fuerzas internas generadas es el cajón, por su excelente rigidez y resistencia a la torsión, a la flexión en momento positivo y negativo, y al cortante. El cálculo de la resistencia se hizo según la teoría elástica. Las fuerzas internas de las pilas, de los dados y de los pilotes fueron analizadas, también, elásticamente, combinadas y mayoradas según las recomendaciones del Código. En el cálculo de la resistencia se aplicó la teoría de los estados últimos. No se hicieron redistribuciones. En la pila 6, por ser preesforzada, se verificaron los esfuerzos al estado de servicio

Para el análisis sísmico se utilizó el espectro para la zona 3 Lacustre A según la microzonificación de Bogotá. El comportamiento de este puente difiere enormemente del de un puente rectilíneo de la misma longitud. Los desplazamientos son más pequeños y la repartición de las fuerzas en los elementos es más favorable ya que las pilas presentan ejes fuertes que varían de 0º en la pila 2 a 90º en la pila 14. Para el caso de la temperatura, +20º a -20º, las deformaciones son menores que las del puente rectilíneo, puesto que la elongación o el acortamiento es absorbido por la ampliación o disminución del radio de curvatura. Las fuerzas internas de la losa fueron calculadas con base en el Código. Siendo concreto preesforzado, se verificó que se respetaran los esfuerzos de tracción permitidos en elementos con preesforzado adherido y se verificó la seguridad a la rotura. Las pruebas de carga permiten evaluar el funcionamiento de un puente bajo cargas, antes de entregarlo al servicio. En esta foto se aprecia el puente sometido a cargas transmitidas por 12 camiones mezcladores, cada uno con 28 Ton de peso total.

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TECNICAS NO CONVENCIONALES DE REHABILITACIÓN DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO AFECTADAS POR CORROSIÓN DE LAS ARMADURAS POR: PROF. DR. ENIO J. PAZINI FIGUEIREDO CATEDRÁTICO DE LA UNIVERSIDAD FEDERAL DE GOIÁS, BRASIL. epazini@eec.ufg.br TRADUCCIÓN: ING. CARLOS ARCILA

PATOLOGÍA

INTRODUCCIÓN

Figura 1. Distribuición relativa de la incidencia de manifestaciones patológicas en estructuras de concreto armado .

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Una combinación armónica del concreto y el acero ha hecho del concreto reforzado el material de construcción más utilizado en la construcción civil en todo el mundo. Los motivos de este gran éxito son: el bajo costo del material, ya que se puede fabricar con costos competitivos prácticamente en cualquier lugar del mundo; su capacidad para reproducir cualquier forma arquitectónica y la durabilidad, pues el material exhibe buena resistencia al intemperismo. Sin embargo, la falta de conocimiento acerca de su desempeño a largo plazo, principalmente bajo ciertas condiciones ambientales de agresividad severa, puede causar serios problemas. Hasta hace poco tiempo el concreto era visto como un material perenne que no tenía problemas relacionados con la durabilidad. El desarrollo de la tecnología de análisis de materiales, como la microscopía electrónica de barrido, muestra que el concreto es un sólido que puede tener alta porosidad, lo cual es un inconveniente puesto que algunas veces está sometido al ataque físico o químico de elementos deletéreos presentes en un ambiente. Son muchas las causas del deterioro de las estructuras de concreto reforzado, entre ellas: corrosión de las armaduras debido a la carbonatación y al ingreso de cloruros, ataque por sulfatos, reacciones álcali-agregado, etc. La utilización de materiales de baja calidad, defectos de diseño, ejecución y curado inadecuados, entre otros, son factores que pueden reducir la vida útil de las estructuras de concreto armado o forzar a la ejecución de intervenciones prematuras de alto costo asociado. Dentro de las citadas manifestaciones patológicas, la corrosión de las armaduras dentro del concreto merece especial atención debido a la frecuencia con que aparece, a su complejidad y a los costos asociados a la intervención de estructuras afectadas por corrosión del refuerzo. De acuerdo con Helene y Figueiredo (2003), la corrosión de las armaduras -junto con las fisuras, manchas superficiales y hormigueros- ocupa un puesto destacado en la distribución relativa de incidencia de manifestaciones patológicas en estructuras de concreto armado, en proporción del 20%, como muestra la Figura 1. Evaluaciones realizadas por organizaciones y comités integrados por especialistas en corrosión y protección de armaduras estiman que las pérdidas causadas por la corrosión serían del orden del 1,25 a 3,50 % del Producto Interno Bruto (PIB) de países en vía de desarrollo y desarrollados (Figueiredo, 1994). La construcción civil sería responsable del 0,5 % del PIB. Los costos de las reparaciones en estructuras afectadas por la corrosión de las armaduras pueden, en ciertos casos, igualar o superar los mismos costos de construcción de la estructura. La corrosión de la armadura es un proceso electroquímico en el cual se da la formación de una pila de corrosión, donde en la región anódica ocurre la oxidación del hierro y en la región catódica la reducción del oxígeno (Figura 2). El proceso conduce a la formación de óxidos e hidróxidos de hierro de color marrón, con un volumen superior al del metal de origen, que lleva a la aparición de tensiones internas en el concreto, lo que puede ocasionar manchas en la superficie del concreto, fisuración con posterior desprendimiento del recubrimiento, reducción de la sección de las armaduras, rotura de estribos y eventual pérdida de adherencia entre las armaduras principales y el concreto, con la consecuente disminución de la capacidad portante de la estructura. Las armaduras embebidas en el concreto están, en principio, protegidas contra el proceso de corrosión. Químicamente, la causa física de esta protección es el recubrimiento de concreto, y químicamente la elevada alcalinidad del medio en que las

Figura 2 - Modelo simplificado de la corrosión (CEB/BI 152, 1984). armaduras se encuentran insertas. El recubrimiento de concreto, además de representar una barrera física contra el ingreso de agentes agresivos, también es responsable por el ambiente alcalino que rodea la armadura (pH de 12,5 a 13,5). La capa pasivante formada en torno a la armadura puede ser entendida como una película fina (1 a 5 x 10-3 μm), delgada, transparente y firmemente adherida, que protege las armaduras del proceso de corrosión. La teoría más aceptada sobre la formación de esta capa pasiva señala que está compuesta por dos capas de óxidos: una interna donde predomina el Fe3O4 y una externa donde predomina el Fe2O3.

ESTRATEGIA DE REHABILITACIÓN DE ESTRUCTURAS AFECTADAS POR CORROSIÓN DE ARMADURAS Los problemas patológicos que afectan las estructuras se manifiestan normalmente durante la ejecución o la utilización de las M A Y O

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PATOLOGÍA

mismas. Sin embargo, los problemas debidos a las fallas de proyecto y a la ejecución son responsables de mayor porcentaje de manifestaciones patológicas que los problemas causados por el uso. La Figura 3 muestra que cuanto más tarde intervenimos en el proceso constructivo a fin de evitar la aparición de un daño o de repararlo, mayor será el costo de la intervención. Antes de cualquier intervención sobre una estructura afectada, es fundamental trazar una estrategia de rehabilitación, la cual debe contemplar: el diagnóstico, la definición de la estrategia de rehabilitación, la posterior ejecución y el monitoreo de la intervención.

Figura 3. Evolución de los costos de una intervención respecto a la fase del proceso constructivo en que se aplica.

REPARACIÓN LOCALIZADA (POR PARCHEO) De las técnicas existentes, la reparación localizada es la más utilizada; consiste en reparar o componer una determinada estructura o elemento estructural solamente en puntos o regiones donde se presenta un problema. Al ejecutar una reparación localizada se corre alto riesgo de invertir o alterar la polaridad de la armadura que está en proceso de corrosión, debido a la no remoción de todo el concreto contaminado (carbonatación o cloruros). Regiones que eran anódicas antes de la reparación, pasan a ser catódicas, contribuyendo a la corrosión de las áreas aún inmersas en concreto contaminado con cloruros o carbonatado. La Figura 5 ilustra las etapas de ejecución de una reparación localizada.

PRELIMINAR

Figura 4. Estrategia de diagnóstico y rehabilitación.

Figura 5 - Esquema de un sistema completo de reparación localizada.

INHIBIDORES DE CORROSIÓN Son sustancias químicas que, al disolverse en el electrolito en concentraciones adecuadas, reducen la velocidad de corrosión o hasta eliminan la corrosión a través del bloqueo de la actividad anódica, catódica o de ambas. Los inhibidores de corrosión pueden ser de naturaleza orgánica o inorgánica. 30

PATOLOGÍA

Inhibidores inorgánicos: • Nitrito de sodio • Nitrito de calcio • Cromato de potasio • Molibdato de sodio Los inhibidores inorgánicos más utilizados son los nitritos, que poseen propiedades anódicas al oxidar el hierro y formar una película protectora adherida a la armadura.

Inhibidores orgánicos: • Inhibidores con base en aminas y ésteres. También forman una película sobre la armadura controlando su corrosión. Algunos inhibidores pueden ser utilizados en las estructuras para la prevención o el control de la corrosión. Como prevención se adicionan al agua de amasado en el momento de la fabricación del concreto. Son dosificados, en general, como un porcentaje de la masa del cemento. Como reparación empiezan a ser utilizados con esta finalidad. Se agregan al mortero de reparación o pueden aplicarse directamente sobre la estructura del concreto endurecido.

Aplicación de inhibidores de corrosión por impregnación.

PROTECCIÓN CATÓDICA Existen dos formas de suministrar protección catódica:

Por corriente impresa

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La malla utilizada debe ser de un material más noble que el acero. Cuanto más noble sea el material, más lenta será la corrosión y menos expansivo será el producto de corrosión. Ejemplos: titanio, acero inoxidable. La Figura 6 muestra un esquema de la protección catódica por corriente impresa. • La malla se cubre con un material cementoso y poroso. • Corrientes de 3 a 20 mA/m2 aplicadas de forma permanente. • En la malla (ánodo) ocurre la oxidación. Oxidar significa perder electrones, lo que lleva a la pérdida de masa. Fe Fe2+ + 2e • En la armadura protegida (cátodo) ocurre la formación de hidroxilos. 4 OH2H2O + O2 + 4e-

Figura 6. Esquema simplificado de protección catódica por corriente impresa.

Detalle de un ánodo de sacrificio.

El más empleado criterio de control de eficiencia de la técnica es el llamado «de despolarización» o «amortiguamiento de la corriente». Después de desconectar la corriente de protección, las condiciones de protección se cumplen si se mide una caída de potencial de al menos 100 mV (respecto a un electrodo de Ag/AgCl), a partir del potencial de desconexión instantánea, en un período entre 4 y 24 horas. El potencial de desconexión se mide entre 0,1 y 1 segundo después de desconectar la corriente de protección. En algunos casos, como en zonas de marea, puede ser más conveniente adoptar medidas potenciales absolutos. La Tabla 1 presenta criterios de potenciales para evaluar la eficiencia de la técnica de protección catódica por corriente impresa.

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Ventajas • Ánodos de larga vida útil. • No hay limitación para la tensión. • Cobija una gran área.

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Tabla 1. Criterios y límites de potenciales de protección con relación a un electrodo de plata/cloruro de plata (Gonçalves; Andrade;Castellote, 2003) .

Acero ordinario

Acero pretensado

Potencial típico de protección

- 720 mV (Ag/AgCl)

Potencial límite

- 1100 mV (Ag/AgCl)

- 900 mV (Ag/AgCl)

Desventajas • Elevado costo de instalación. • Elevado costo de mantenimiento. • Necesidad de fuente externa. • Sistema relativamente complejo.

Por ánodo de sacrificio (protección galvánica)

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También conocida como desalinización, la técnica consiste en la remoción de iones

cloruro del interior del concreto por migración. El proceso puede durar de 4 a 10 semanas. Durante ese periodo se aplica una corriente que puede variar de 0,8 a 2 A/m2. Antes del tratamiento se debe remover cualquier tipo de pintura o revestimiento del concreto. Además, previamente, se reparan localizadamente las áreas de la estructura que estén deterioradas, fisuradas o que presenten hormigueros. El proceso de extracción electroquímica se asemeja al de protección catódica. Durante el proceso ocurre una migración de cationes del electrolito hacia la armadura y de cloruros hacia el electrolito (flujo electro-osmótico). El proceso de extracción electroquímica es parecido al de protección catódica. Además se producen hidroxilos en la superficie de la armadura debido a la electrólisis del agua. La mejor manera de evaluar la eficiencia del método es extrayendo de muestras de concreto para medir el contenido de cloruros remanentes en la estructura. Varios factores influyen en el tiempo que dura el tratamiento:

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EXTRACCIÓN ELETROQUÍMICA DE CLORUROS

Figura 7. Esquema simplificado de protección catódica por ánodo de sacrificio.

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En este caso, al contrario de la protección por corriente impresa, se usa un metal menos noble que el acero (zinc, aluminio) y no se utiliza una fuente externa. Se conecta, entonces, el metal a la armadura, de manera que se tenga sólo un metal de sacrificio (Figura 7). Esta técnica tiene utilización importante en reparación localizada, en conjunto con los inhibidores de corrosión. Después de exponer la armadura se conectan a ella miniánodos de sacrificio, evitando así la corrosión de las armaduras, que ya venía ocurriendo, debido a una inversión de las polaridades de la armadura. Ventajas • Bajo costo de instalación. • Bajo costo de mantenimiento. • No se requiere de fuente externa de corriente. • Sistema relativamente simple. Desventajas • Limitada capacidad de corriente. • Limitada capacidad de polarización. • Área de cobertura limitada.

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PATOLOGÍA

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Figura 8. Principio de la extracción electroquímica de cloruros

• Tipo de contaminación (de afuera hacia adentro, o por contaminación de los insumos del concreto tales como los áridos o el agua). • Tipo de sal. • Concentración de la sal. • Calidad del concreto. • Recubrimiento de concreto sobre el acero. • Espesor del frente de carbonatación. • Temperatura. • Flujo de corriente aplicado. • Resistividad del concreto (mejor cuanto más baja sea la resistividad).

REALCALINIZACION Proceso utilizado para la reparación de concretos carbonatados. Puede ser:

Realcalinización pasiva Aplicación de un material cementoso, rico en álcalis, sobre la superficie del concreto carbonatado. Los iones alcalinos penetran por difusión hacia el interior del concreto hasta alcanzar la armadura. El proceso es lento y puede tomar años para atravesar el frente de carbonatación.

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Figura 9. Principio da realcalinización pasiva.

Realcalinización electroquímica Orientada a la realcalinización del concreto carbonatado antes o después de alcanzada la armadura, con el objetivo de evitar la corrosión de las mismas, prolongando la vida útil de las estructuras. Se asemeja a la protección catódica y a la extracción electroquímica de cloruros. La Figura 10 presenta un esquema de la técnica. El proceso dura de 1 a 2 semanas. Durante ese periodo se aplica una corriente que puede variar de 0,8 a 2 A/m2. Antes del tratamiento se debe remover cualquier tipo de pintura o revestimiento del concreto. Además, previamente, se repara localizadamente áreas de la estructura que estén deterio-

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radas, fisuradas o que presenten hormigueros. Esto debe efectuarse para evitar fugas de corriente (corto circuitos).

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Consiste en la introducción de una substancia alcalina hacia el interior del concreto por absorción/difusión de la solución, con participación de fuerzas capilares e hidráulicas actuantes en los poros del concreto. Es un método que aún tiene poca aplicación práctica, pero investigaciones recientes indican que puede llegar a ser muy eficiente. En la actualidad se realizan estudios para hacer viable el método a través de la utilización de geles alcalinos sobre la superficie del concreto.

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Realcalinización por absorción/difusión

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Los iones alcalinos son transportados hacia el interior del concreto a través de un flujo electroquímico osmótico, elevando el pH del concreto. La corriente es suspendida cuando se alcanza la profundidad de realcalinización deseada. La mejor manera de evaluar la eficiencia de la técnica de realcalinización eletroquímica es mediante la vaporización de los indicadores químicos de pH: fenolftaleína o timolftaleína. En ese caso es imposible aplicar las técnicas eletroquímicas de potencial y velocidad de corrosión para evaluar la repasivación de las armaduras una vez que se aplicó perturbación a la armadura durante el proceso de realcalinización.

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Figura 10. Principio de la realcalinización electroquímica.

La zona inferior de la columna se encuentra totalmente embebida en solución alcalina.

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PATOLOGÍA

Figura 11. Esquema de la realcalinización por absorción/difusión.

La evaluación de la eficiencia de la técnica de realcalinización por absorción/ difusión se hace mediante la vaporización de los indicadores químicos de pH, fenolftaleína o timolftaleína. En ese caso se pueden aplicar las técnicas electroquímicas de potencial y velocidad de corrosión para evaluar la repasivación de las armaduras una vez que no se aplicó ninguna perturbación a la armadura durante el proceso de realcalinización.

EFECTOS COLATERALES DE LAS TÉCNICAS ELECTROQUÍMICAS: EXTRACCIÓN DE CLORUROS Y REALCALINIZACIÓN Algunos efectos colaterales pueden aparecer debido a las características de las técnicas de extracción electroquímica de cloruros y de realcalinización electroquímica: • La reacción álcali-agregado puede ocurrir cuando los agregados presenten reactividad con los elementos alcalinos. En casos de reparaciones esta hipótesis es pequeña, siempre y cuando el histórico de la estructura no haya recibido esta manifestación patológica hasta el momento de la intervención. Esto significa que si los ágregados siempre estuvieron en contacto con una matriz alcalina y no se pudo observar los efectos de la reacción alcali-agregado; No se puede entonces asociar a que por el hecho de la aplicación de las técnicas electroquímicas, que llevan al aumento del pH del concreto, esa manifestación patológica se va a producir.

PATOLOGÍA

• En todos los casos se señala que la realcalinización electroquímica aumenta la potencialidad de la reacción álcali-agregado, ya que en el concreto se están introduciendo álcalis, lo que puede generar problemas en el caso de agregados reactivos. • La fragilización de la armadura por hidrógeno aparece debido a una reacción que ocurre en la armadura (reacción catódica), donde se presenta la formación de gas hidrógeno que, debido a su pequeño radio atómico, penetra en la estructura de la armadura, alterando así sus propiedades mecánicas y aumentando su fragilidad. • La aplicación de grandes densidades de corriente puede conducir a la reducción de la adherencia entre armadura y concreto. Eso ocurre debido al desprendimiento de gas hidrógeno que genera presiones en la zona de transición entre el concreto y la armadura. El gas tiene dificultad de escapar a través de la porosidad del concreto, y se concentra alrededor de la armadura. • La posible pérdida de adherencia entre el revestimiento y el substrato (concreto realcalinizado) se da ante todo debido a la formación de eflorescencias (acumulación de sales) en la superficie del concreto realcalinizado. • La introducción de nuevas substancias en el concreto puede alterar sus propiedades mecánicas, físicas y químicas. • La absorción capilar disminuye debido a la disposición de materiales en los poros del concreto.

COSTOS RELATIVOS DE LAS TÉCNICAS NO CONVENCIONALES Costos aproximados en euros: • Reparación localizada (por parcheo): entre 50 y 100 euros/m2 . • Realcalinización electroquímica: aproximadamente 100 euros/m2. • Extracción electroquímica de cloruros: aproximadamente 150 euros/m2. • Protección catódica: entre 100 y 300 euros/m2, sin incluir el mantenimiento de los equipos.

BIBLIOGRAFIA - Araújo, F.W.C.: Contribución a la visualización de la técnica de realcalinización del concreto carbonatado a través de la absorción/ difusión de soluciones. Disertación (Maestría) - Curso de Maestría en Ingeniería Civil, Universidad Federal de Goiás, Goiânia, 2004. - Figueiredo, E.J.P.: Evaluación del desempeño de revestimientos para la protección de armaduras contra la corrosión a través de técnicas electroquímicas: contribución al estudio de reparaciones de estructuras de concreto armado. Tesis (Doctorado) CPGECC, Escuela Politécnica de São Paulo USP, São Paulo, 1994. - Helene, P.R.L.: Contribución al estudio de la corrosión en estructuras de concreto armado. Tesis (Docencia) - Departamento de Ingeniería de Construción Civil, Escuela Politécnica de São Paulo - USP, São Paulo, 1993. - Helene, P., Figueiredo, E.P.: Introducción. En: Manual de rehabilitación de estructuras de hormigón: reparación, refuerzo y protección. CYTED - XV-F. 2003. - Tinoco, H.F.F.: Evaluación del desempeño de sistemas de reparación y recuperación de estructuras de concreto afectadas por corrosión de las armaduras. Disertación (Maestría) - Curso de Maestría en Ingeniería Civil, Universidad Federal de Goiás, Goiânia, 2001. - Gonçalves, A., Andrade, C., Castellote, M.: Procedimientos de reparación y protección de armaduras. En: Manual de rehabilitación de estructuras de hormigón: reparación, refuerzo y protección. CYTED - XV-F. 2003. - Pazini Figueiredo, E., Castro, P., Helene, P.: Sistemas de reparación para estructuras dañadas por corrosión. En: Corrosión en estructuras de concreto armado: teoría, inspección, diagnóstico, vida útil y reparaciones. México, Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, 1998.

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NOTICRETO No. 75 -DESAFÍO EN LA INGENIERÍA Y DISEÑO

LA TORRE

AGBAR Un nuevo hito para Barcelona POR: BRUFAU, OBIOL, MOYA & ASS., S.L. ARQ. ROBERT BRUFAU, ARQ. AUGUSTÍ OBIOL, ING. JOSÉ RAMÓN SOLÉ, ARQ. JAIRO DE LA CRUZ. (VERSIÓN ABREVIADA). FOTOGRAFÍA DE ESTRUCTURA TERMINADA PÁG.48 TOMADA DE HTTP://WWW.GEOCITIES.COM/ATHENS/ACROPOLIS/3324/AGBAR.HTML

PLANTEAMIENTO GENERAL El planteamiento volumétrico del proyecto de la Torre Agbar consiste en una edificación en altura de 141,5 m sobre la cota de rasante, cuya planta, de geometría más o menos elíptica, posee unos ejes principales de 39,40 m y 35,42 m. Se trata, pues, de un cuerpo cilíndrico que en la parte final se cierra sobre sí mismo. En el proyecto arquitectónico se contempla la formación de cuatro sótanos, los cuales ocupan la totalidad del terreno donde se ubica el proyecto. La obra presenta, en primera instancia, dos situaciones estructurales en que las problemáticas son bien distintas: por un lado, la formación de los sótanos, resuelta en términos generales con base en losas y pilares de concreto armado; y por otro la erección de la torre propiamente dicha, cuya solución estructural no se puede adscribir a ninguna tipología convencional.

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NOTICRETO No. 75 -DESAFÍO EN LA INGENIERÍA Y DISEÑO

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Ficha Técnica Torre Agbar Propietario del proyecto Promotor Diseño Arquitectónico Arquitectos asociados Compañía Constructora Ingeniería Estructural Ingeniería Estructural

Sección general de la torre

ESTRUCTURA DE LOS SÓTANOS Excavación y estructuras de contención Como se ha indicado, el proyecto plantea la formación de cuatro niveles de sótanos de diferentes alturas cada uno de ellos, que provocan un rebaje total desde de la cota inicial del terreno en torno a los 17 m de altura. Dentro del proyecto, el primer nivel de sótano se refiere como Semisótano, de tal modo que el más bajo de los sótanos se refiere como Sótano 3.

Planta general.

Layetana Layetana Ateliers Jean Nouvel b720 Arquitectura S.L. Dragados Obiol, Moya & Asociats Robert Brufau y Asociados La caracterización geológica del subsuelo viene definida de un modo general por tres tipos de estratos: el primero corresponde a un nivel de rellenos antrópicos bastante consolidado que oscila entre los 2 y 5 m de espesor; el segundo consiste en un terreno arcilloso con un espesor promedio de 13 m, y el tercero, situado a unos 20 m por debajo de la cota de rasante, constituido por un estrato de gravas y arenas; este último nivel contiene de un modo aleatorio «lentejones» de arcilla de pequeño espesor y de longitudes variables. Es importante destacar como característica fundamental la presencia del nivel freático a unos 10 m por debajo de la rasante, de modo que el fondo de la excavación se situó 7 m por debajo del mencionado nivel. Esta situación llevó, por un lado, a prever un considerable mecanismo de bombeo para el abatimiento del nivel freático durante la ejecución de la obra y, por otro, al acondicionamiento de la cimentación para equilibrar la subpresión correspondiente. La circunstancia descrita condiciona de manera decisiva el diseño de las estructuras de contención del terreno que se proyectan no únicamente con criterios de estabilidad y resistencia, sino atendiendo también a la intención de formar un vaso más o menos estanco a la entrada de agua del subsuelo. La excavación se plantea realizando un primer tramo de 4,5 m desde la sub-rasante, sin medidas de sujeción del suelo, de manera que se permite la formación de cuñas o taludes de trazado prácticamente vertical de 4,5 m de altura; este primer nivel corresponde con el del suelo del semisótano. A partir de este límite se encuentran las estructuras de contención propiamente dichas. En primera instancia se puede afirmar que hay dos situaciones generales de contención. Esto debido a que en el lote vecino, perteneciente a la misma propiedad, se proyecta una edificación que dispone de tres niveles de sótanos de tal modo que la cantidad de tierras a contener en el lindero entre los dos terrenos resulta necesariamente menor; por otro lado, la estructura afectada por esta condición ha de ser capaz de dominar la carga que induzca sobre ella el edificio vecino. Por tanto, de una parte había que contener en dos de los lados del solar, las tierras correspondientes a cuatro niveles de sótanos, y de otra, en el lado restante, una altura de tierras correspondiente al último sótano.

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La altura de la contención proyectada, la presencia y cota del nivel freático, la evidente imposibilidad de realizar todo la contención contemplando taludes y estratigrafía del terreno llevaron a que la solución más adecuada para la formación de los sótanos, en cualquiera de las dos situaciones de contención del proyecto, fue la de muros pantalla amarrados provisionalmente al terreno mediante anclajes en los casos necesarios, hasta la ejecución de las diferentes losas que forman dichas plantas. Las pantallas se plantean de tal modo que, en cualquier caso, siempre se adentran un mínimo de 7 m en el terreno por debajo del fondo de la excavación. Esto no obedece únicamente a los mencionados criterios de resistencia, sino también a la voluntad de evitar el sifonamiento del fondo de la trinchera y a la intención de reducir la entrada de agua al solar que nos ocupa durante la ejecución de la obra. El proyecto contemplaba seis pozos para el abatimiento del nivel freático, pero puesto que no se garantizaban los porcentajes de permeabilidad del suelo, la obra requirió 29 pozos de abatimiento, a través de los cuales se llegó a bombear ocasionalmente un caudal de agua del orden de 300 l/s.

tipo de pantallas es de 60 cm. La contención se completa con un muro de concreto armado encofrado a dos caras de 30 cm de espesor, hasta alcanzar la rasante de la calle. Respecto a la segunda situación de contención, se ha proyectado una pantalla que sostiene las tierras correspondientes a un nivel de sótano, el más bajo, ya que la excavación del solar vecino se ha situado en este nivel. El espesor de este tipo de pantallas es de 50 cm que, dadas las condiciones de contención, se han previsto sin anclajes provisionales; sobre la pantalla descansa un muro de concreto armado de 30 cm de espesor encofrado a dos caras, que ocupará la altura correspondiente a los sótanos -1 y -2.

Cimentación de estructuras de sótanos El diseño de la cimentación de la parte de proyecto que nos ocupa atiende a los siguientes condicionantes; • Inexistencia de planta alguna sobre rasante. • Profundidad relativa del fondo de los sótanos respecto al nivel freático. • Estratigrafía y condiciones mecánicas del terreno. • Carga permanente de las losas que forman los sótanos. • Luz representativa de esta parte del proyecto (7.5m). Atendiendo a estos condicionantes, y dado que el peso muerto de la construcción resulta mucho menor que la presión ascendente que lo solicita, se concibió una losa de subpresión anclada al terreno mediante módulos de pantalla que, trabajando a fricción negativa y situados debajo de cada pilar, resultan capaces de equilibrar dicha subpresión. Esta opción permitió construir una losa de un espesor moderado para las cargas y luces con las que se trabaja; concretamente, se proyecta una losa de 80 cm de espesor. Este moderado espesor alivia en cierto modo el comportamiento de las estructuras de contención, ya que al producirse una depresión mínima del terreno, las pantallas pueden ser más cortas, puesto que éstas alcanzan con mayor facilidad la estabilidad.

Detalle de un pozo de obra. Dentro de la primera situación de contención, la de tres niveles de sótano, se distinguen dos grupos de pantallas, cuya diferencia radica en que uno de ellos tiene su coronación junto al techo del sótano -1, mientras que el otro presenta su coronación 2,30 m por encima de dicho forjado. El primer grupo presenta tres niveles de anclajes al terreno, uno por cada planta, mientras que el segundo comprende un total de cuatro niveles de anclaje, uno por planta más uno por encima del techo del sótano -1; en ambos casos los dos niveles de anclaje inferiores se sitúan bajo el nivel freático. El espesor previsto para este 40

Detalle de la coronación de la cimentación profunda en preparación para recibir la losa de subpresión.

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La losa descansa sobre un encachado de gravas drenantes de 40 cm de espesor que facilita el discurrir del agua hasta cuatro pozos. Los pozos se concibieron para evitar que, ante un ascenso inesperado del nivel freático, la subpresión aumente por encima de los valores que la cimentación proyectada es capaz de soportar, actuando estos como aliviadero. Concretamente, la losa fue diseñada para un valor de 8t/m2 de presión ascendente, contemplando por tanto una subida excepcional del nivel freático de 1 m.

Finalmente, como singularidad relevante de la losa de cimentación, se encuentra la adaptación local que la losa experimenta para solucionar la fundación de las dos grúas de altura situadas dentro del recinto de la obra y sustentadas sobre ella. Al respecto se ha previsto un recrecido local de la losa, a modo de gran zapata embebida, de aproximadamente 5 x 5 m de base con 2 m de altura.

Losas y pilares La estructura de los sótanos se adscribe a la más convencional de las tipologías previstas. Su forma es un entramado de pilares que intenta respetar una distancia entre ellos no mayor de 8 m; esta luz es acorde con el uso para estacionamientos en dos de estas plantas; éstos, a su vez, sustentan en los casos típicos una losa de concreto armado de 30 cm de espesor. Constituye una excepción el techo del semisótano que, debido a la mayor carga que soporta (tránsito de vehículos de bomberos, jardinería, etc.), se proyectó con espesores que van de 35 a 40 cm.

Auditorio Trabajos en la losa de subpresión. La losa se encuentra, evidentemente, en contacto permanente con el agua del subsuelo que en la obra resulta débilmente agresiva por el contenido en sulfatos, según los límites establecidos por la Instrucción del Concreto Estructural. Al respecto, resulta necesario reseñar que la resistencia característica del concreto de los elementos estructurales de los sótanos es típicamente de 35N/mm2.

En el interior del entramado general de los sótanos encontramos una singularidad notable, la ubicación del auditorio. Resulta evidente que este recinto presenta una estructura especial para su cubierta, debido a la pertinente necesidad de no levantar pilares en el espacio de audiencia y escenario. En el momento de dirimir la estructura adecuada para la formación del auditorio se tuvieron en cuenta primordialmente las siguientes premisas: la coincidencia de la posición del auditorio con la previsión de un montículo a nivel de planta baja, por nece-

Diferentes momentos de la construcción de la cúpula del auditorio.

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sidades de paisajismo y jardinería; de otra parte, la exigua reserva dimensional que contempla el diseño para el entramado resistente. Con base en estos datos se optó por una lámina de doble curvatura en concreto armado in situ aligerada mediante casetones de poliestireno expandido, que con su geometría ayuda a resolver el problema resistente y conforma en gran medida el montículo requerido por el proyecto arquitectónico. La lámina, compuesta de dos chapas de concreto armado de 10 cm y aligeramiento intermedio de 60 cm, descansa en todo su perímetro sobre vigas o muros suficientemente capaces, que a su vez descansan sobre pilares que conducen la carga hasta la cimentación.

ESTRUCTURA DE LA TORRE Como ya se dijo, el planteamiento de la torre consiste en una edificación en altura de 141,5 m sobre la cota de rasante que presenta una planta de geometría más o menos elíptica de ejes 39,40 m y 35.42 m. La estructura vertical de carga se resuelve hasta los 110 primeros metros sobre rasante mediante un cilindro exterior, proyectado como un muro de concreto armado, y otro cilindro interior, no concéntrico con el anterior, también en concreto armado. Sobre estos dos cilindros de carga se van apoyando las diferentes losas. La resistencia característica del concreto vuelve a ser típicamente de 35N/mm2. A partir de la cota 110 m las losas se sustentan en voladizo desde el núcleo interior, sin contacto con el perímetro exterior, que asciende hasta la cota 132 m; estos forjados corresponden con las cinco últimas plantas, las de dirección. Cerrando todo el conjunto, y desde la cota 110 m del muro exterior, nace una cúpula resuelta en acero y vidrio.

Cimentación de la torre Se ha proyectado como cimiento una secuencia continua de pilotes rectangulares de concreto armado que siguen fielmente el recorrido de todos los elementos resistentes verticales de la torre; dichos pilotes, empotrados suficientemente en el terreno, transmiten el peso de la construcción al igual que, en alguna zona, para la hipótesis pésima, alcanza las 450t/ml. Los espesores de estos elementos oscilan entre los 65 y 80 cm, y profundidades entre 14 y 25 m. Todas estas variables dimensionales dependen de la magnitud del lastre que deben soportar. Cabe reseñar que la porción comprendida por el núcleo y la batería de ascensores presenta un quinto nivel de sótano desde donde arranca la cimentación proyectada.

Secciones de la cimentación.

Trabajos en las vigas de coronación de la cimentación del núcleo.

Muro exterior

Planta tipo de la torre. 44

El muro exterior arranca en la cimentación y asciende hasta la planta 26, a unos 110 m sobre la rasante de la calle. La pared presenta desde el comienzo una singularidad determinante: el planteamiento del proyecto arquitectónico en el momento de

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diseñar las aberturas necesarias en cualquier paramento para satisfacer las necesidades de los espacios interiores. El muro en cuestión contempla una retícula teórica, de módulo cercano a 92,5 x 92,5 cm que cubre toda la fachada; sujetas siempre a esta retícula se disponen las aberturas de un modo aparentemente aleatorio. Este hecho obliga a que el perímetro exterior sea un gran muro de carga de concreto armado, ya que no permite el planteamiento de pórtico alguno y ni siquiera el tránsito vertical de la carga hasta la cimentación, resultando por tanto que se proyecte un muro de concreto armado in situ que contempla las oquedades del diseño. El elemento en cuestión contempla diferentes espesores para ciertos tramos, pero conservando un espesor constante dentro de cada tramo. Así, en toda la profundidad de los sótanos el espesor proyectado es de 50 cm. Una vez encima de la planta baja se consideran tres tramos cuyos límites coinciden con la división de los 110 primeros metros de la torre en tercios. En el primer tercio, el espesor consignado se mantiene en 50 cm; en el segundo pasa a 40 cm, mientras que el último tercio se trabaja con un ancho de 30 cm. Cabe decir que, cuando el muro se sitúa en el entorno de la cota 76,5 m de proyecto, comienza a inclinarse sobre sí mismo, formando una curva poligonal hasta la planta 26; cada tramo recto de dicha poligonal transcurre de losa a losa. Al optar por dos cilindros elípticos de concreto armado para sustentar las losas sucesivas, muro exterior y núcleo interior, resulta evidente que el exterior va a encargarse de la estabilización del edificio frente a la actuación de las acciones transversales, por su mayor inercia respecto al interior. Así mismo cabe mencionar que la esbeltez máxima de la torre es calificable de moderada, hecho que, sumado a la condición elíptica de la planta, provoca que la incidencia de las cargas horizontales por la acción del viento no sea muy relevante en el comportamiento resistente global. Por otra parte conviene reseñar que las acciones derivadas de un hipotético movimiento sísmico, con base a lo establecido por la norma de referencia, Norma de Construcción Sismorresistente: Parte General y Edificación NCSE94, resultan en este caso de menor intensidad que las ocasionadas por el viento. Para el armado del muro podía descartarse de entrada cualquier método convencional de colocación de mallas de armadura y refuerzos, debido a la irregularidad de cualquier sector de muro; en efecto, se concibió un sistema basado en jaulas de armadura de un ancho igual al valor del módulo base, 92,5 cm, que se ligaban posteriormente con la armadura horizontal correspondiente y complementadas con armadura de refuerzo allí donde lo exigiesen los mayores grados de solicitación. Estas jaulas se depositaban sobre las esperas nacientes del último nivel de concreto colocado, habiendo dispuesto previamente los correspondientes moldes de encofrado de ventana.

El vaciado de concreto se planteaba en dos vaciados por planta para facilitar, en lo posible, el flujo de concreto a todas las partes y su obligada compactación. Hubo que revisar después este planteamiento debido fundamentalmente a incompatibilidades con los plazos de ejecución, y finalmente resultó que las jaulas de armadura se presentaron con un ancho correspondiente a unos diez módulos de los de la retícula base, con lo cual, por otra parte, el vaciado del concreto contempló un único vaciado por planta. Finalmente fue necesario proveer tubos de suministro de concreto a través de múltiples huecos de ventana con el fin de que el mencionado concreto colmatase todos los espacios previstos, y aceptar la aparición de ciertos defectos de menor importancia en el concreto, que posteriormente serían reparados. Las jaulas de diez módulos de ancho se montan a pie de obra sobre una estructura auxiliar adecuada a los radios de cada sector de planta, que permite que la jaula se conforme con la curvatura exigida. Para la construcción del muro se usó un encofrado autotrepante.

Jaulas ya preparadas para ser izadas.

Izado de la jaula hacia la coronación de la obra.

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Algunas solicitaciones debidas a los medios auxiliares de la construcción que afectaron en mayor medida la ejecución de la estructura son las generadas por las acciones de las grúas de altura que se arriostran contra la torre para darles estabilidad; al respecto cabe mencionar que la construcción de los muros de concreto, tanto el exterior como el interior, avanzan inicialmente con mayor celeridad que la construcción de las losas, de manera que los muros quedan, en cierta medida, en falso ante los empujes de la grúa que, si no suponen un problema relevan-

Trabajos en una jaula ya colocada.

Entre los elementos estructurales más singulares del muro se mencionan los múltiples casos de encuentro en arista entre dos módulos de ventana. Al efecto se proyectó un elemento resistente a modo de cruz de acero, que recibe la carga de la parte superior de concreto armado a través de un conjunto de conectores tipo Nelson que, concentrándola en una pequeña arista de acero, diseñada siempre en régimen elástico, pasa después a disiparla en la parte inferior, devolviendo por tanto la carga al concreto armado, de nuevo a través de un conjunto de conectores del mismo tipo. Como elemento fundamental de ayuda a la captación y disipación de la carga se proyectan en unos casos unas armaduras a 45º soldadas al elemento de cruz, tanto en la parte superior como en la inferior; en otros casos se consignan dos perfiles laminados del tipo HEB, igualmente oblicuos, soldados convenientemente a la mencionada cruz.

Vigas de losas colocadas previamente como arriostramiento. Se muestra también la estructura de los muros interior y exterior.

Detalle de cruces tipo con armadura oblicua. Se aprecia también la tubería para el paso de concreto Grúa arriostrada contra la torre. 46

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te respecto al comportamiento global, sí lo suponían a nivel local. Para equilibrar esta desfavorable situación se colocaron en algunos casos un cierto número de vigas simulando las losas antes de lo estrictamente necesario para la construcción de las propias losas.

En cuanto al análisis estructural del elemento que nos ocupa, cabe manifestar que antes del estricto cálculo y conjuntamente con el equipo de arquitectura, hubo un trabajo exhaustivo de ubicación de los huecos de ventanas, una a una y planta por planta, fijando criterios de distorsión del descenso de cargas, luz máxima de los dinteles, etc. Posteriormente se procedió a la modelación completa del muro, incluidos núcleo y losas, mediante una malla de elementos finitos laminares, calculando en primera instancia su régimen elástico. Enseguida se detectaron las zonas de mayor solicitación y gradiente tensional, las cuales se estudiaron bajo la condición de no linealidad mecánica con mallas de elementos finitos más refinadas; igualmente, para obtener la armadura de los elementos de muro más esbeltos, semejantes a pilares, se tuvieron en cuenta los procesos habituales de no linealidad geométrica (pandeo).

El núcleo está formado por un entramado de muros de concreto armado in situ, en el cual el muro perimetral liga todos las demás, confiriendo al conjunto la mencionada planta ovoide. Dicho entramado de muros, por el hecho de no adquirir responsabilidad en la estabilización horizontal del edificio, dado el número y la proximidad entre ellos, se proyectó con un espesor mínimo que oscila entre los 25 y 40 cm. El cerramiento de la batería principal de ascensores, fuera ya de este núcleo pero próximo a él, también se proyectó como elemento de carga en concreto armado (ver Planta tipo de la torre, pág. 44.).

Encofrado autotrepante en el sector del núcleo.

Losas

Detalles de la modelación del muro exterior.

Núcleo Naciendo en los cimientos, este elemento estructural llega alcanzar 132 m de altura sobre la rasante de la calle, cerrándose sobre sí mismo en las últimas plantas para formar una pequeña cúpula de concreto armado ligeramente apuntada.

Para realizar la estructura horizontal de las losas de la torre se tuvieron en cuenta los siguientes criterios: • Obtención del mínimo peso posible. • Facilidad de adaptación al conjunto de diversas redes de instalaciones. • Consecución de una planta sin columnas. • Utilización de los más sencillos procedimientos constructivos posibles. • La prefabricación en taller, o a pie de obra, del máximo número de elementos. La parte de la losa contenida en el núcleo interior está hecha de concreto armado de 20 cm de espesor, apoyada en el denso entramado de muros resistentes que da forma a dicho núcleo. La parte de piso que va del núcleo al muro exterior se cubre con una losa mixta con base en vigas de acero entrevigadas mediante chapa grecada colaborante de 6 cm de altura, complementada con concreto in situ hasta que el conjunto chapa-concreto alcanza una altura de 11 cm. Las vigas de acero se colocaron y orientaron de manera que su luz fuera la mínima posible. Ahora bien, siempre guardan una distancia entre sus ejes de 3 m y, por otra parte, en la orientación de las vigas solo se admiten las dos direcciones paralelas a los ejes principales de la M A Y O

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Inicio de construcción de núcleo.

elipse que forma el muro exterior, de manera que en determinadas zonas unas vigas descansan sobre otras. La no coincidencia de los centros de los cilindros resistentes ocasiona una solicitación heterogénea de los nervios de acero, por lo que tal situación estructural conduce por sí sola a la aparición de una jerarquía de vigas acentuada en algunos casos por el hecho de que unas vigas descansan sobre otras. La unión de las diferentes vigas con los muros se concibió siem- Sectores de losa de una planta tipo y del techo de una planta pre como articulada y resuelta con técnica listos para el vaciado de concreto. tornillos. Finalmente, las uniones se ejecutaron mediante soldadura para facilitar el replanteo, aunque manteniendo siempre el carácter de articulación. Para ejecutar estas uniones, se han debido embeber previamente en los diferentes muros las chapas de acero de fondo necesarias para la posterior recepción de la unión del perfil. Las uniones entre vigas se diseñaron y se ejecutaron con tortillería.

Resulta evidente que el muro perimetral del núcleo interior, con un espesor en torno a los 30 cm, es incapaz de movilizar el momento de respuesta suficiente para equilibrar semejantes voladizos; por ello, en estos casos se optó por un espesor de la losa interior del núcleo de 50 cm, a fin de hacer partícipes del problema a los muros interiores de dicho núcleo. La separación entre tal muro perimetral y los interiores facilita la aparición de un par de fuerzas, que solicita axialmente a los referidos muros, capaz de equilibrar al momento originado por el vuelo. Las cabezas activas se situaron siempre en el extremo de las losas, mientras que las pasivas se ubicaron, en lo posible, ya en el interior del núcleo.

Plantas de dirección

Cúpula

Las plantas de dirección ocupan los seis últimos niveles útiles de la torre, pero las últimas cinco presentan una tipología estructural ajena a la del resto. Dichas plantas son originales, pues nunca alcanzan el perímetro de la construcción, soportándose únicamente en el núcleo interior de la torre. Por tanto, pasan a formar unos voladizos que muchas veces son del orden de 10 m; por otro lado, se optó por una losa de espesor variable (25 cm - 50 cm) postensada, con el objetivo de introducir en la estructura una deformación y un estado tensional contrarios a los que se producirán cuando ésta entre en servicio, haciendo admisibles los corrimientos y tensiones resultantes.

Se trata de una estructura metálica formada a base de un conjunto de 26 meridianos y 19 paralelos; éstos constituyen una retícula que sustenta directamente los marcos de la carpintería que recogen el doble acristalamiento que cierra los huecos. Reconocimiento Noticreto agradece a los autores y a Xavier Sala, jefe del Proyecto por la firma Layetana, quienes hicieron posible la realización de este artículo.

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oticreto ha considerado pertinente abrir la nueva sección

Estructuras y Sísmica cuya responsabilidad será compartida con el Ingeniero Alberto Sarria. La presencia permanente del tema en nuestra revista se convierte en una

necesidad pues, como sabemos, Colombia se halla en una zona de convergencia de tres placas tectónicas cuyos desplazamientos han producido sismos que han afectado la vida y el patrimonio de muchos compatriotas. La sección tratará aspectos relacionados con el impacto de los sismos sobre la vida y el discurrir de la sociedad, tales como las interacciones suelo-estructura, importancia de las normas, impacto social y económico de los sismos, aproximaciones técnicas que mejoren los diseños estructurales y procesos constructivos, riesgo sísmico sobre edificaciones convencionales y especiales, etc. Todos ellos recibirán la máxima atención posible en la nueva sección de Noticreto.

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UN ANTIGUO RETO PARA LA HUMANIDAD (Parte I) POR: ING. ALBERTO SARRIA MOLINA

ESTRUCTURAS Y SÍSMICA

INTRODUCCIÓN

ste artículo pretende mostrar un pano rama general de los sismos y su impac to sobre la sociedad, empleando las fi guras que faciliten su lectura. El tema se presenta en dos partes: la primera se concentra en las características generales de los sismos y una introducción a los daños sobre la infraestructura, mientras que la segunda parte, describe algunos aspectos generales de los maremotos y sus efectos sobre las construcciones. Presenta una descripción rápida de la formación planetaria con el fin de mostrar el gradiente térmico del interior de la Tierra el cual, en combinación con la acción gravitacional, origina la dinámica de la parte sólida del planeta; ambos fenómenos son la génesis de los sismos y, por lo tanto, de la mayoría de los maremotos. Los sismos son fenómenos naturales que ocurren en las regiones más esforzadas de la parte exterior del planeta con profundidad focal máxima cercana a 700 km. Su ocurrencia libera en unas decenas de segundos una enorme cantidad de energía que se ha venido acumulando lentamente debido a los desplazamientos de las placas tectónicas que conforman la superficie de la Tierra. Estos desplazamientos no son más que una manifestación de la dinámica del interior terrestre. La energía liberada se disipa generando un proceso ondulatorio que se propaga por el interior y la superficie del planeta. Las ondas llegan a las zonas urbanas y después de atravesar la capa de suelo donde se asientan, sacuden las construcciones produciendo oscilaciones que pueden afectarlas severamente hasta generar deformaciones internas que pueden inutilizarlas o derrumbarlas. Los sismos intensos producen destrucción y muerte pero también han permitido al hombre investigar de manera indirecta la composición del interior terrestre. La dinámica interna de la Tierra conduce a la expulsión del magma por las dorsales marinas, conformando franjas cuya polaridad magnética se alterna entre la normal, que es la actual, y una inversa; esta expulsión da origen a un incremento en la superficie terrestre. La superficie planetaria debe permanecer constante y la misma área creada debe

desaparecer en las zonas de subducción donde hay rupturas con desplazamientos verticales y horizontales. Las zonas de subducción se hallan en regiones costeras de algunos continentes y pueden producir oleajes marinos que se propagan hasta lugares muy distantes, dando origen a los maremotos. Un ejemplo de sus desastrosos efectos es el tsunami del 26 de diciembre de 2004 en Sumatra y otros países, que dejó cerca de 300.000 muertos.

DINÁMICA DEL INTERIOR TERRESTRE Y OCURRENCIA DE LOS SISMOS Hace unos cinco mil millones de años una masa de polvo estelar de diámetro similar a un año luz que giraba y se desplazaba por el cosmos comenzó a contraerse. Esto aumentó su velocidad angular achatándose poco a poco hasta adquirir una forma similar a un disco de enorme diámetro. Heterogeneidades en la distribución del polvo estelar agruparon partículas que dieron origen a planetésimos cuya masa atraía con mayor fuerza nuevas partículas que se acrecionaban al planeta primigenio. El impacto de cada partícula convertía su energía cinética en térmica; parte de este calor se liberaba al exterior y parte quedaba atrapado en el planeta en crecimiento tal como se aprecia en la parte superior de la figura 1.

Figura 1: Esquema de la evolución de la Tierra. El sistema solar se inicia en la nube estelar (arriba e izquierda) que sufre tirones gravitatorios, aumenta su velocidad angular w y se encoge y achata tal como ocurre con una bailarina (centro); esto da origen a los planetas primigenios que comienzan a aumentar su masa y momento lineal por acreción de partículas atraídas por la gravedad. La energía cinética adquirida por la atracción gravitacional F de cada partícula se convierte en térmica en cada choque y va aumentando el calor interno del planeta en evolución (derecha). Se resalta la importancia del calor en el proceso. El planeta en formación estaba constituido por materiales de muy baja conductividad térmica, de tal manera que el calor atrapado en su interior demoraba mucho tiempo en salir al exterior, como se aprecia a la derecha de la figura. Se formaron así los planetas térreos Mercurio, Venus, Tierra y Marte y los gaseosos M A Y O

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Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Además, varias decenas de lunas y un enorme número de cuerpos estelares menores como los asteroides. Algunos estudios tienden a demostrar que el impacto de un enorme asteroide contra la Tierra dio origen a la Luna terrestre. En su juventud el planeta Tierra fue impactado por muchos asteroides, algunos de ellos ricos en hierro y otros metales, hielo y otros minerales; el impacto de asteroides de hielo ayudó a conformar un planeta rico en agua. El planeta creció, aumentando su masa y la atracción gravitacional al tiempo que se iba conformando un proceso de discriminación en el cual los materiales pesados descendían al interior mientras que los livianos ascendían a la superficie. Entre los pesados había uranio, torio y otros materiales radiactivos de vida media muy larga que liberan calor en su proceso de desintegración nuclear. Se fue conformando entonces una marcada diferencia de temperatura entre las partes externa e interna del planeta, tal como se aprecia a la izquierda de la figura 2.

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Figura 2: Calor interno como parte fundamental de la dinámica del interior terrestre. El calor acumulado durante la formación planetaria se suma al liberado por materiales radiactivos para generar el gradiente térmico (izquierda) el cual, en combinación con la acción gravitacional, conforman el motor de la dinámica del interior terrestre. Se establecen celdas de convección (abajo) que transportan magma hacia las dorsales terrestres aflorando hacia cada lado aumentando el área del lecho marino (arriba derecha). Si una vasija que contiene un líquido se calienta en su parte baja, hay flujo térmico por convección y contacto propagándose el calor por el interior del líquido, de tal manera que su parte superior será más fría que la inferior. Al ser más fría es más densa, formándose un gradiente gravitacional que la impulsa hacia abajo, dando origen a una dinámica interior con flujos que forman celdas donde se establece un flujo que asciende y desciende. En la Tierra sucede algo similar y el magma asciende y llega a la superficie por las dorsales marinas tal como se aprecia en la parte superior derecha de la figura 2, aumentándose así la superficie planetaria. Como la superficie no puede aumentar, la nueva área creada desaparece por las zonas de subducción. Es muy importante tener en cuenta que este proceso es de largo plazo, pues involucra desplazamientos sumamente lentos.

Como consecuencia de la dinámica interna, hay movimiento de la parte externa del planeta que se manifiesta en la formación y desplazamiento de las placas tectónicas generándose zonas de convergencia y de expansión. Al chocar una placa con otra se deforman almacenando energía potencial. Como el medio es capaz de almacenar una determinada energía por unidad de volumen se puede llegar a la situación en que las fuerzas de fricción y cohesión que frenan las rupturas son superadas por las de tectónicas que empujan. Ocurre entonces una ruptura que libera en pocos segundos la energía almacenada en procesos que tomaron mucho tiempo en conformarse. Se origina así un sismo cuya génesis es la interacción entre acciones térmicas y gravitacionales sobre el medio sólido. El mecanismo de la ruptura es un tema de enorme complejidad y en la actualidad las ciencias de la Tierra combinan esfuerzos de matemáticos, físicos, químicos y geólogos para mejorar los sistemas de predicción, de tal manera que un modelo sea capaz de reproducir un registro antes que ocurra. Tan compleja situación desaconseja simplificar las cosas hasta extremos inconvenientes cuando es urgente obtener una respuesta. La información de unos cuantos registros no puede conformar todas las posibilidades del comportamiento de la naturaleza. Quien mantenga medianamente enterado de lo que se publica en la bibliografía internacional confirmará que sobre los sismos se sabe muy poco.

CARACTERÍSTICAS DE LOS SISMOS Los sismos no tienen forma, peso, color o característica alguna apreciable a simple vista que permita comparar uno con otro. Los sismólogos desarrollaron dos aproximaciones para cuantificar los sismos y poder compararlos entre sí. La primera aproximación es puramente cualitativa desde el punto de vista analítico: es la noción de intensidad sísmica que los compara a partir de los

daños locales evaluados de acuerdo con procedimientos establecidos. La escala de intensidades más empleada es la de Mercalli, que tiene doce grados. El grado I corresponde a sismos imperceptibles, mientras que el XII corresponde a devastación total. El otro procedimiento es cuantitativo desde el punto de vista analítico y se basa en la medición de los desplazamientos locales medidos por los sismógrafos. Esta aproximación conduce a las nociones de magnitud y momento sísmico directamente relacionados con la energía liberada en la ruptura. Hay varias escalas de magnitud que dependen del período de la onda sobre la cual se mide la amplitud del desplazamiento producido localmente por el paso de las ondas sísmicas. Para sismos relativamente cercanos se emplean sismógrafos con geófonos en el orden de un segundo. Para sismos distantes los geófonos tienen periodo natural en el orden de veinte segundos.

INTENSIDAD Y MAGNITUD La intensidad es una escala cerrada que implica cierto conocimiento de quien la usa y por lo tanto adolece de una subjetividad que complica su empleo, a menudo realizado por personas sin experiencia en el comportamiento estructural de edificaciones, el cual varía notablemente según la tipología de la edificación. Además, los grados de la escala no tienen una relación numérica entre ellos. En vista de las dificultades anotadas en la actualidad se emplea en la ingeniería sísmica la escala de intensidades de Arias que involucra la integración de la aceleración de los registros; de esta manera es posible establecer la potencialidad de daño de un sismo; sin embargo, la nueva escala tiene el problema de que debe disponerse de registros de aceleración para poder emplearla. En contraposición a la de intensidades, la escala de magnitudes es abierta sobre una escala logarítmica que implica que la energía liberada por un sismo con una magnitud igual a 6, por ejemplo, libera aproximadamente 32 veces más energía que uno de magnitud 5. La evaluación de la magnitud requiere un registro sobre el cual se evalúan una amplitud ondulatoria y el periodo de la onda asociada. A pesar de ser abierta, la escala tiene limitaciones que infortunadamente pasan desapercibidas para muchos ingenieros. Ocurre que los sismos se generan por la ruptura de fuentes sísmicas que se representan por planos de falla que pueden llegar a tener grandes dimensiones. En general, las dimensiones del plano de falla pueden evaluarse, pero hay fuertes incertidumbres asociadas a los valores determinados mediante cualquier procedimiento. Si el sismo se detecta con geófonos cercanos y la fuente es menor se puede considerar aproximadamente puntual cometiendo un error tolerable. Si el plano de ruptura es muy grande ya no se puede considerar una fuente puntual porque llegan ondas desde puntos muy distantes a los geófonos; se genera

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así la noción de saturación de la escala de magnitudes. En la actualidad se emplean escalas de magnitud Mb, Ms y Mw. La escala Mb se satura en magnitudes en el orden de 6.5; a partir de un valor similar al anotado debe recurrirse a la escala Ms para reducir el error en la evaluación de la magnitud; se establecen correlaciones entre Mb y Ms que permiten mejorar los catálogos sísmicos. Algo similar ocurre con la Ms que se satura en magnitudes en el orden de 8. La escala Mw se evalúa sobre el momento sísmico el cual no es saturable. Hay una relación entre las escalas Ms y Mw.

Foco, epicentro y plano de ruptura Los parámetros sísmicos de mayor importancia para la ingeniería son: la magnitud, la intensidad local y regional, la distancia entre el punto de interés y el foco, la posición espacio-temporal del foco y epicentro y el contenido frecuencial y de aceleración en el nivel local que es donde se implantan las construcciones. A la izquierda de la figura 3 se muestra el esquema general de una zona de subducción en la cual se aprecian focos sísmicos que ocurren como consecuencia de la fractura de las placas que convergen. El ambiente general de alta temperatura y presión involucra minerales y rocas con presencia de gases con mecanismo de ruptura frágil en las partes más exteriores y de dislocación en profundidades mayores donde domina el comportamiento reológico. Ocurren poliformas de los materiales dependiendo de la profundidad y la temperatura, porque se presentan cambios de estado de la misma manera que el agua puede ser líquida, sólida o gaseosa, según de la temperatura y la presión a la cual está sometida.

Puede haber rupturas del material esforzado en el contacto o en las placas tectónicas mismas. Si hay rupturas en el contacto se habla de sismos interplaca mientras que si hay fallas geológicas activas que se fracturan se habla de sismos intraplaca. En general, los sismos de mayor magnitud son los que ocurren en los contactos entre placas tectónicas que convergen. A la derecha de la figura 3 se muestra el foco de un sismo, el cual es la idealización del sitio donde se inicia la ruptura y se ubica con longitud, latitud, profundidad y tiempo origen (x, y, z, t) mientras que el epicentro es la proyección del foco sobre la superficie planetaria y solo tiene coordenadas (x, y, t). Para localizar la posición del foco y el epicentro se requieren estaciones bien ubicadas con geófonos apropiados. Otros parámetros sísmicos de máxima importancia para la ingeniería relacionada con la construcción son las dimensiones del plano de ruptura y el desplazamiento residual del medio que se ha fracturado. Por ejemplo, en el sismo del 26 de diciembre de 2004 en Sumatra con magnitud Mw similar a 9,5 la ruptura

Figura 3: Zonas de subducción, foco y epicentro de un sismo De izquierda a derecha se aprecian la dorsal marina, la zona de subducción y la zona de Benioff. El incremento de temperatura y presión con la profundidad cambia el estado de minerales y rocas e induce un comportamiento reológico de los materiales. La falla frágil ocurre en profundidades menores. Los sismos profundos obedecen a otros mecanismos. El foco tiene longitud (x), latitud (y), profundidad (z) y tiempo (t). El epicentro es la proyección del foco: z = 0.

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tuvo una longitud estimada en 1.400 km con desplazamientos residuales verticales que en algunas partes posiblemente llegaron a 20 m. En este caso el desplazamiento vertical es el de la superficie planetaria, de allí la enorme perturbación sobre el mar. En contraste con el enorme sismo mencionado, en uno con magnitud 5 la longitud de ruptura es de unos cuantos kilómetros y el desplazamiento residual es de unos 10 a 20 cm. En este caso, la fractura no llega hasta la superficie planetaria. La sismología dispone de procedimientos para evaluar estos parámetros de manera directa o indirecta. Es frecuente que la ruptura involucre desplazamientos verticales y horizontales y esto es importante para la construcción de la infraestructura, por ejemplo en el caso de obras lineales como oleductos y similares, o en acueductos y sistemas de alcantarillado. La importancia del tema radica en que si hay fractura que se propague hasta la superficie planetaria, pueden resultar afectadas obras de este tipo rompiéndose las tuberías. Esto ha ocurrido muchas veces.

Ingeniería de construcción y la importancia de la medición de aceleraciones Los acelerógrafos son sismógrafos especiales que se diseñan y construyen para detectar la aceleración del terreno donde están instalados. Son de máxima importancia para la ingeniería porque la integración del registro de la aceleración contra el tiempo que conforma el acelerograma permite determinar la velocidad y desplazamiento de las partículas del medio sobre el cual están instalados. Cuando una onda sísmica se propaga por el medio sólido, roca o suelo, perturba las condiciones de equilibrio y sus partículas son desplazadas, pero la rigidez del medio conforma una fuerza restauradora que trata de traerlas a su posición de reposo. Se conforma de esta manera un intercambio entre energía potencial y energía cinética que genera una oscilación de las partículas del medio. Sus desplazamientos de la posición de equilibrio inducen deformaciones espectrales que pueden gobernar el diseño de las obras con resistencia a la acción sísmica. Los espectros de aceleración, velocidad y desplazamiento son las máximas respuestas ante esos tres parámetros que desarrollaría un oscilador amortiguado sometido a la acción sísmica, para lo cual se integra la ecuación diferencial del movimiento de la masa, empleando para ello técnicas numéricas puesto que el acelerograma excitatriz no es una función analítica. Sin acelerógrafos no hay acelerogramas y sin acelerogramas, la ingeniería debe comenzar a inventar o a adecuar resultados que casi siempre son discutibles, por decir lo menos. En la dinámica estructural se supone que el oscilador representa las construcciones, desde luego acudiendo a procedimientos especiales que generalizan la respuesta de una estructura conformada por osciladores de muchos grados de libertad. Grandes aceleraciones horizontales espectrales para el diseño de una construcción pueden llegar a ser similares o inclusive superiores a la de la gravedad. La velocidad espectral puede simplificarse y evaluarse al dividir la aceleración espectral por la frecuencia circular natural ω de oscilación de la edificación. Lo que resulta mejor evaluado es la aceleración espectral, pero en la velocidad hay mayor incertidumbre y en el desplazamiento espectral, las cosas son más complicadas y más inciertas. Además de los denominados instrumentos de campo libre como los mencionados, es necesario instalar acelerógrafos en edificios y construcciones especiales como puentes, presas de embalse y otras obras de infraestructura. Solamente observando las respuestas estructurales medidas con acelerógrafos y comparando con los valores analíticos, se produce un verdadero aprendizaje porque los

parámetros con los que se hacen los análisis todavía son poco conocidos. Debe quedar claro que el desconocimiento no es de la ingeniería local, sino de la internacional. El caso de los puentes es especialmente preocupante porque los coeficientes de amortiguamiento y la ductilidad empleados para su diseño se adaptan de edificaciones convencionales mucho más redundantes y con un comportamiento sísmico mejor conocido.

ONDAS SÍSMICAS Y CONSTRUCCIONES Las ondas sísmicas que permiten disipar la energía liberada son internas y superficiales. En el caso de muchos sismos las ondas superficiales son producidas por las ondas internas al reflejarse y refractarse sobre la superficie planetaria. En sismos muy superficiales se producen ondas internas y de superficie simultáneamente. Las ondas internas son de compresión dilatación, ondas P, similares a las del sonido y de cortante, ondas S, similares a las que se producen en una cable amarrado en una punta y sacudido por una mano que oscila verticalmente. Las ondas superficiales son de tipo R y L con movimientos de las partículas del medio transmisor más complejos que el de las ondas P y S. En el caso de los sismos las ondas S portan la mayor parte de la energía porque su amplitud es mayor que las de las P. La velocidad c de las ondas es una propiedad del medio por el cual se propagan y siempre se cumple que la mayor velocidad c es la de las ondas P denominada cp, seguida por la velocidad de las ondas S, cs. La velocidad es muy importante porque permite diferenciar una onda de otra en un registro y así ubicar focos y epicentros sísmicos. La velocidad de las ondas superficiales es similar, aunque siempre menor que la de las ondas S. La velocidad ondulatoria en sólidos con relación de Poisson ν, módulo de elasticidad E, módulo de cortante G y densidad ρ es: cp={(E/ρ)[(1-ν)/(1+ν)(1-2ν)]}1/2; cs=(G/ρ)1/2; cR=[(0.87+1.2ν)/(1+ν)]cs.

PROPAGACIÓN DE LAS ONDA SÍSMICAS El desplazamiento, velocidad y aceleración del medio perturbado por el paso de las ondas sísmicas es tridimensional y su equilibrio conduce a ecuaciones diferenciales en derivadas parciales para cuya solución hay que hacer simplificaciones drásticas no por limitaciones matemáticas sino por desconocimiento del comportamiento de los materiales. De allí la preocupación con las personas que quieren obtener resultados de alta precisión a partir de fenómenos pobremente descritos desde el punto de vista analítico; aquí intervienen el criterio y la madurez del ingeniero para establecer hasta dónde es posible llevar las cosas. Aunque la solución analítica es poderosa, los parámetros que permiten plantear las condiciones de equilibrio son poco conocidos, en especial si se toman en cuenta las heterogeneidades del camino recorrido y la incidencia fundamental de la temperatura, la presión local y la presencia de líquidos y gases en cada punto de la trayectoria.

CONDICIONES LOCALES, COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL Y MICROZONIFICACIÓN SÍSMICA A la roca base del sitio donde están implantadas las construcciones llegan ondas internas S y P que generan ondas R con un contenido de amplitud y frecuencia determinado el cual se modifica en mayor o menor medida al atravesar el suelo local; véase la figura 4. También se pueden conformar ondas L, pero estas requieren una capa superficial que se puede dar en suelos con preconsolidación apreciable y cuyo espesor debe tener un mínimo. Por esto, las ondas L en general no intervienen en la ingeniería sísmica. Al llegar a la cimentación los desplazamientos ondulatorios son transmitidos a la cimentación y la rigidez de la estructura hace que esta trate de seguirlos. Las masas de la edificación se oponen a esos movimientos en términos de las fuerzas de inercia generadas sobre cada una, producto de la masa en cuestión multiplicada por la aceleración que afecta a la masa. La aceleración propia de cada masa es, en general, diferente de la del terreno puesto que la construcción la altera. Es usual que el ingeniero estructural considere que las masas están concentradas en las placas de los entrepisos en el caso de las edificaciones convencionales. En las edificaciones no convencionales las masas están donde los planos las indiquen; por ejemplo, es evidente que en un tanque elevado están en el depósito de agua y que el agua hace parte de la masa. Sin embargo, el autor ha visto diseños en los que la masa se distribuye en los amarres transversales de las columnas intentando simular algo parecido a una edificación convencional. Esto nada que ver con la realidad y es altamente peligroso. A la derecha de la figura 4 se muestran las deformaciones M A Y O

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de la estructura debido a una acción que integra las características locales de aceleración, distribución de frecuencia y duración del sismo con la masa y rigidez de la construcción. La rigidez estructural depende de las relaciones constitutivas del material estructural y de las dimensiones y forma de interacción de los elementos que conforman la estructura. La acción ondulatoria que se propaga por el suelo y sacude la cimentación resulta en muchos casos fuertemente afectada por las propiedades mecánicas y geométricas del material estructural, el tipo de cimentación y las características mecánicas y geométricas globales de la construcción que conducen a los modos de oscilación que ocurren con frecuencias propias y diferentes para cada modo. Hay el conocimiento analítico y poderosas herramientas numéricas para hacer esta evaluación, pero la información sobre los materiales y la interacción entre los elementos de la construcción es entre deficiente y mala. Allí interviene el conocimiento y buen criterio del ingeniero modelador para aproximarse a la realidad complicada notoriamente por el muy complejo comportamiento dinámico del suelo de cimentación. Un ingeniero de experiencia y buen criterio no mejora sus resultados a partir de una norma. El buen ingeniero no la necesitaría (si así fuera todas las construcciones previas a una norma serían mal diseñadas) pero la sociedad sí necesita las normas para que en el promedio de un gran número de diseños y construcciones se protejan la vida y el patrimonio.

Figura 4: Ondas sísmicas, sacudimiento y deformación transversal del sistema estructural. Acción integrada de las ondas sísmicas sobre la estructura. La aceleración de cada una de las ondas P, S, R se combina localmente para producir un acelerograma (abajo a la izquierda) que sacude la cimentación de la estructura; la rigidez estructural arrastra las masas concentradas en los pisos y genera las fuerzas de inercia que producen las deformaciones piso a piso y la consecuente deriva (figura de la derecha). De manera simplificada, el suelo de la cimentación se puede modelar con masas concentradas y rigideces distribuidas de manera similar a la empleada en el sistema estructural; desde luego, es mejor modelarlo con un proceso de propagación ondulatoria. Sin embargo, la conformación del material en sus fases sólida, líquida y gaseosa, complica de manera notoria su relación constitutiva, fuertemente no lineal

y muy dependiente de la intensidad de las solicitaciones y del contenido de humedad en el caso de materiales cohesivos como la arcilla. La estructura particulada del suelo tiende a darle una elevada capacidad de disipación de energía para cuya evaluación global los ensayos de laboratorio finalmente son una aproximación deficiente puesto que indican valores correspondientes a puntos muy localizados de un gran volumen. El desconocimiento del comportamiento dinámico de los suelos supera ampliamente la ignorancia que hay en el caso estructural, por sí misma muy significativa. El suelo se puede representar como un sistema de grados de libertad múltiples cuya respuesta ocurre en diferentes modos de oscilación cada uno con su propia forma y frecuencia. Cuando el sismo que llega al sitio de la construcción es rico en frecuencias similares a las naturales del suelo, principalmente en el caso del modo fundamental y el modo fundamental de la edificación es similar al del suelo, ocurre un triple proceso de acoplamiento que genera las máximas fuerzas de inercia en la construcción. Esta es la razón para que surja la noción de la microzonificación de las áreas urbanas, tarea a la cual no se le pueden pedir precisiones imposibles ni suponer que la respuesta local es independiente de las condiciones que se acogen a las leyes naturales. En otras palabras, la respuesta local no es la que el ingeniero considera que le sirve sino la que la naturaleza impone. Ante la incertidumbre debida a la enorme ignorancia del hombre frente al comportamiento real de la naturaleza, es necesario instrumentar las áreas urbanas, en especial cuando existe una microzonificación para que un nuevo sismo permita calibrar el modelo empleado y los resultados obtenidos y la zonificación recomendada a las autoridades locales. Una microzonificación que no disponga de un conjunto de acelerógrafos en sitios cuidadosamente escogidos, que sean bien mantenidos y cuya información se disemine a la comunidad, no sirve absolutamente para nada. Esa mala práctica debe acabarse porque es malgastar el dinero de la comunidad.

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VICON, VICON,

una gran idea

POR: KONSTANTIN SOBOLEV FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN, MÉXICO TOMADO DE LA REVISTA CONSTRUCCIÓN Y TECNOLOGÍA DEL INSTITUTO MEXICANO CEMENTO Y CONCRETO - IMCYC

DEL

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icon es un nuevo tipo de cemento de alto comportamiento con una gran resistencia que incorpora en el proceso de molienda un aditivo complejo. La aplicación de los últimos avances en la ciencia del concreto al proceso de producción del cemento ha dado por resultado un concreto de alto comportamiento. Este producto tan eficiente puede ser utilizado en la producción de un superconcreto que puede competir no sólo contra los concretos convencionales, sino también con el acero, la piedra natural, la cerámica y los polímeros utilizados en la construcción.

DE ALTO COMPORTAMIENTO

Gráfico 1.

El desarrollo principal de esta alta tecnología consiste en incorporar durante la molienda del cemento Portland un nuevo aditivo complejo muy reactivo con base sílica. De esta manera, el clínker se tritura en un molino de bolas junto con un aditivo mineral, yeso y el nuevo aditivo, lo que da por resultado un cemento utilizable para la producción de concreto de alto comportamiento. Es importante señalar que con altos volúmenes de aditivos minerales las cualidades especiales del nuevo aditivo producen un cemento superior al ordinario. Pueden usarse también aditivos locales, en tanto la arena, la piedra caliza, la puzolana natural, los materiales volcánicos, la ceniza volante, la escoria granulada de alto horno y hasta los desperdicios de vidrio o cerámicos pueden ser usados con un bajo costo al emplear aditivos de origen mineral.

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Por otra parte, el uso de la escoria granulada de alto horno, le provee una excelente resistencia al ataque químico y a altas temperaturas. Y además de tener una alta resistencia, debido a su baja permeabilidad y a su estructura químicamente resistente excede fácilmente los estándares de los requerimientos de los cementos resistentes a los sulfatos.

INGREDIENTE CLAVE Como se mencionó, el aditivo complejo incorpora en su formulación un componente reactivo de base de sílica, en tanto que en el proceso para la fabricación de la mezcla pueden ser utilizados diferentes tipos de clínker. Sin embargo, los mejores resultados se obtienen utilizando C3S y clínker mineralizados. Ahora bien, las muestras optimizadas de cemento pueden lograr a los 28 días en compresión una resistencia mayor a los 95 Mpa mientras que la resistencia a la compresión en un día con cemento mezclado vicon fue de 44 Mpa. En contraste, el cemento normal requiere de un mes para llegar a este valor. De manera similar, la resistencia a la compresión de vicon a 2, 3, 7 y 90 días fue más grande que la del cemento Portland ordinario.

Gráfico 2. El proceso de producción involucra la adición de aditivo complejo durante la molienda.

EXACTITUD DECISIVA Garantizar un alto nivel de la tecnología desarrollada para el concreto moderno requiere de la aplicación de una variedad de aditivos químicos y aditivos minerales en dosis exactas, y un control preciso es la clave para un concreto de alto comportamiento. Por lo tanto, la última tecnología en las plantas concreteras de alto comportamiento se está tornando muy sofisticada, similar al proceso químico o farmacéutico. En el caso del vicon, sus cambios están principalmente enfocados a la etapa de producción de cemento y el concreto de alto comportamiento puede ser elaborado en una planta mezcladora convencional. Esto incrementa su disponibilidad y entrega del concreto de alto comportamiento. Para in66

Tabla 1. Propiedades

crementar la producción del cemento vicon, éste puede surtirse en transportes estándar a cualquier tipo de construcción, concreto premezclado o en fábricas de elementos de concreto prefabricado. Esto garantiza una calidad extraordinariamente alta del producto final.

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VENTAJAS ECOLÓGICAS El cemento mezclado vicon incorpora una amplia gama de aditivos minerales o subproductos industriales, el cual reemplaza parcialmente al clínker. Con esta medida se contribuye a utilizar materiales de desperdicios los cuales de otra manera serían transportados a lugares de desecho. También se tiene un beneficio económico.

EXPANSIÓN DE LAS PLANTAS CEMENTERAS

Este producto puede convertirse en una excelente alternativa para zonas sísmicas.

La manufactura del clínker requiere de fuertes inversiones de capital y su rendimiento es muy lento. Por lo tanto, expandir una planta existente exige de una fuerte inversión. En el caso de utilizar el cemento mezclado vicon, si bien se necesita de una inversión para modernizar la molienda, también se obtiene la ventaja de un incremento de la capacidad de producción, debido al ahorro en el clínker. Sin duda alguna, el aditivo complejo trae consigo un costo adicional de operación y la instalación de un molino y un equipo de control requiere de una inversión extra, pero al mismo tiempo hay una reducción inmediata en el costo del cemento al utilizar menos clínker y los ingresos se pueden incrementar debido a la mayor capacidad de producción.

APLICACIONES Y VENTAJAS

Tabla 2. Presupuesto estimado.

El concreto realizado con vicon se puede aplicar en edificios altos, estructuras prefabricadas con concreto reforzado, pistas de aterrizaje, puentes, estructuras a mar abierto, túneles, plataformas de estacionamiento, concreto lanzado y para reparación de estructuras, concreto bajo el agua, en pisos especiales y otros elementos. Además, también puede convertirse en el producto necesario para zonas sísmicas o como producto de conveniencia. Otra área prometedora es la de contención de los desechos peligrosos o nucleares.

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Altura alcanzada por la absorción capilar del agua de mar en las probetas.

MÁS ALLÁ DE UN SIMPLE PROBLEMA ESTÉTICO POR:

DR. ING. JUAN JOSÉ HOWLAND ALBEAR* ING. ANA ROSA MARTÍN ACOSTA** * INVESTIGADOR TITULAR DEL MINISTERIO DE LA CONSTRUCCIÓN DE CUBA. **INVESTIGADORA DEL CENTRO TÉCNICO PARA EL DESARROLLO DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN, CUBA.

urante la colocación del concreto se pueden producir juntas frías imprevistas, las cuales puede que no generen un mayor impacto en la estabilidad estructural de las estructuras, pero sí a los efectos de su estética y sobre todo de su durabilidad. Una importante empresa de concreto premezclado de Cuba realizó una investigación para la cual se prepararon series de probetas con electrodos de acero y diferentes espesores de recubrimiento, que incluyeron probetas monolíticas, con junta fría sin tratamiento y con junta fría tratada con una resina comercial selladora. Las probetas se sometieron a ensayos acelerados en cámara de niebla salina y se les efectuaron mediciones electroquímicas galvanostáticas de determinación de la concentración de cloruros y del coeficiente de difusión de cloruros. Paralelamente se efectuaron ensayos de absorción capilar de agua potable y de mar. Los resultados indican que las juntas frías, aunque sean tratadas, constituyen puntos débiles para la penetración de los agentes agresivos. 68

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INTRODUCCIÓN Un parámetro de especial importancia en el suministro del concreto premezclado a las obras es su frecuencia de entrega. La frecuencia de entrega, también denominada «flujo» de concreto, es el volumen de concreto fresco que tiene que arribar a la obra por unidad de tiempo para poder garantizar que la estructura que se ejecuta, o al menos una parte de ella (según los requisitos del proyecto), sea un verdadero monolito, o lo que es lo mismo, que el vertido del concreto sea continuo y uniforme, que no se formen las indeseables juntas frías. Es lamentable que en muchas ocasiones los propios usuarios del concreto premezclado no comprenden y por tal motivo no consideran la importancia que tiene el flujo de concreto en el proceso de conformación de las estructuras, pues si bien las juntas frías imprevistas pueden no tener importancia frente a los efectos de la estabilidad estructural, sí la tendrán inevitablemente frente a los efectos de la estética, especialmente en el caso de los concretos arquitectónicos, pero sobre todo tendrán un efecto esencialmente nocivo y aún más importante, en la durabilidad de la estructura. Con mucha razón se reconoce que las juntas constituyen un aspecto de acusada importancia en el proyecto y ejecución de las construcciones de concreto, así como en su posterior funcionamiento y durabilidad1. Las juntas en el concreto, sean de trabajo, de contracción, de dilatación, o de asentamiento, deben estar perfectamente

previstas en el proyecto y, salvo casos muy especiales, donde esté concebido el empleo de recubrimientos de protección (casos de protección secundaria efectiva del concreto), se deberá contar con un tratamiento específico de impermeabilización mediante productos plastoméricos o elastoméricos, según sean sus características de movimiento (en la junta) bajo las condiciones de explotación de la estructura. En muchos casos sucede que los proyectistas o diseñadores no dominan cabalmente las posibilidades tecnológicas del contratista y de sus medios de aseguramiento, para garantizar un vertido de concreto continuo y uniforme, o simplemente que no se dispone de las herramientas de cálculo necesarias para poder estudiar la posibilidad de efectuarlo y conocer a cabalidad los recursos que esto implica. Si estas herramientas se dominan, constituyen un apoyo eficaz para garantizar desde la etapa de proyección la ubicación adecuada de las juntas de trabajo. Los autores de este trabajo, han desarrollado un método de cálculo para determinar en cada caso concreto de estructura, el flujo de concreto mínimo requerido para que no se formen estas indeseables juntas frías y además el cálculo de todos los aseguramientos necesarios (entiéndase equipos, medios auxiliares y personal) para lograr este fin2. No obstante, todo el que ha trabajado la tecnología del concreto sabe que, aun perfectamente organizado el proceso de vertido con la frecuencia requerida del concreto en obra y con

La dinámica de la corrosión del acero de refuerzo según el Investigador sueco Kyösty Tutti, en su artículo ”Corrosion of steel in concrete“ de 1982, refleja claramente que existe un tiempo t0 en el que demoran los agentes agresivos en llegar hasta la armadura de acero, tal como se muestra esquemáticamente en la figura 1, y que el secreto de una prolongada vida útil radica precisamente en hacer más densa, compacta, uniforme y eficiente esa capa de recubrimiento, que es la que sufre más fuertemente el embate de los agentes agresivos y que protege el acero; pero si se han creado juntas frías imprevistas durante el vertido del concreto, entonces ha quedado abierto un acceso directo a la armadura y es presumible que se alcance un nivel significativo de daños en un tiempo mucho menor.

Figura 1. Modelo esquemático de Tutti para la corrosión del acero de refuerzo

1 J. Calavera, E. González: Juntas en construcciones de concreto. Cuadernos Intemac No. 14, 2º trimestre 1994. INTEMAC, España.

2 Howland, J.J.: Tecnología del Hormigonado. Capítulo 7, p. 168177. Cuba, 1995.

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todo el equipamiento necesario, se pueden producir averías y accidentes que pueden causar lógicamente la formación de juntas frías imprevistas. Para esto hay que estar preparado siempre en la obra y existen recursos y materiales en el mercado que permiten que la junta fría «imprevista» y accidental pueda ser adecuadamente tratada para que no afecte la durabilidad de las estructuras. Un caso típico son las resinas que se emplean para adherir concreto fresco al concreto ya fraguado y que, de emplearse adecuadamente, pueden constituir un magnífico e impermeable puente de adherencia. El objetivo de esta investigación fue por lo tanto determinar si las juntas frías, tratadas o sin tratar, constituían o no un punto débil a la penetración de los agentes agresivos externos, especialmente para la corrosión del acero de refuerzo por penetración de cloruros, que es el tipo de ataque más frecuente y dañino a las estructuras de concreto armado en las condiciones concretas de Cuba.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Se muestreó un concreto de una empresa productora de concreto premezclado del país (siguiendo las especificaciones normativas cubanas), con resistencia característica a compresión especificada a 28 días de 25 MPa. El concreto del cual se extrajo la muestra se diseñó para una relación agua/cemento de 0,4 con un aditivo superplastificante y retardador del fraguado (tipo G según la clasificación ASTM) adicionado en la planta. El concreto llegó a la obra con un asentamiento por el cono de 8 cm y se le añadió a modo de “retempering” un aditivo plastificante compatible (tipo A según la Clasificación ASTM) para lograr un asentamiento de 18 cm en el momento del vertido. Este es el procedimiento establecido para este tipo de concreto en las cartas tecnológicas correspondientes. Luego de esta última adición y una vez homogeneizado el concreto, se tomó la muestra. Con esta muestra de concreto se fabricaron probetas de 10 x 10 x 20 cm a las cuales se les colocaron en el centro dos electrodos de acero de 0,5 cm de diámetro y una longitud de 10 cm, que fueron bien pulidos previamente, uno de los electrodos con un espesor de recubrimiento de concreto de 4 cm y el otro con 5 cm. Se prepararon tres series de probetas con seis repeticiones cada una: • La primera serie, identificada como “J” se consideró de referencia y las probetas eran monolíticas. • La segunda serie, identificada como “JJ” se confeccionó la probeta con una junta fría a la mitad de su ancho. El tiempo de vertido entre el concreto viejo y el nuevo (ambos de iguales características) fue de 24 horas. • La tercera serie, identificada como “JJS” también incluye una junta fría a la mitad de su ancho, pero antes de verter el nuevo concreto a las 24 horas, la junta fue tratada con una

resina selladora comercial tipo epoxi para propiciar la unión entre el concreto fresco y el endurecido Las probetas fueron conservadas en cámara de curado durante 28 días, cumpliendo los requerimientos normativos. Después de curadas fueron cortadas en uno de sus extremos a una longitud aproximada de 8 cm, de tal forma que los aceros sobresalieran unos 2 cm de las probetas. Posteriormente se recubrió con parafina toda la cara por donde salían los electrodos y se colocaron en cámara de niebla salina para someterlas a ensayos acelerados, aplicándoles 30 ciclos que consistieron en 6 horas en cámara y 16 horas en ambiente de laboratorio, según los requerimientos de la Norma Italiana UNI 5890.66 Corrosione dei metallici. Corrosione accelerata in Nebbia Salino. Antes de ser introducidas en la cámara las probetas fueron pesadas, con el fin de poder calcular posteriormente la cantidad de aerosol de cloruro de sodio absorbido y el porcentaje de absorción. El régimen de la cámara fue el siguiente: • Solución de cloruro de sodio al 5%. • Presión de 0,5 atmósferas. • Temperatura de 30 ºC. Después de concluido el ensayo en la cámara de niebla salina, a todas las muestras se les efectuaron las mediciones electroquímicas galvanostáticas, en las mismas fueron polarizados los electrodos, con el empleo de un electrodo auxiliar de cobre-sulfato de cobre como referencia y se tomó un electrodo como ánodo y otro como cátodo (figura 2); además, se midió la caída de potencial anódico a la corriente 0 a los 60 s., que se muestra en la tabla 1. Posteriormente se graficaron estas mediciones ploteando la variación del potencial para el ánodo y el cátodo contra la densidad de corriente en un gráfico semilogarítmico y con estas curvas se calculó la corriente de corrosión (Icorr) para cada una de las probetas estudiadas y también se obtuvo la densidad de corriente a 300 mV.

RESULTADOS OBTENIDOS Con los parámetros resumidos en la tabla 1 se puede evaluar el estado corrosivo de los aceros embebidos en estos hormigones mediante las curvas de polarización electroquímicas galvanostáticas y el cálculo de las corrientes de corrosión. Los criterios tenidos en cuenta para evaluar si un acero se encuentra en estado pasivo son los siguientes: • Que el potencial anódico estacionario sea mayor de -250 mV • Que la Icorr sea menor de 0,1 μA/cm2 • Que la caída de potencial anódica a corriente 0 a los 60 s. sea positiva. • Que la densidad de corriente correspondiente a E = +300 mV, sea menor que 10 μA/cm2

Figura 2. Mediciones electroquímicas galvanostáticas a las muestras.

Tabla 1. Resultados promedios de las mediciones electroquímicas galvanostáticas. En la tabla 1 se pone en evidencia que las juntas (series JJ y JJS) constituyen un punto débil para la vida útil de las estructuras, en especial para la protección del acero de refuerzo, y que las juntas frías sin tratar (serie JJ) lo son en grado aun más extremo. Después de las mediciones electroquímicas, a las probetas de 10 x 10 x 20 cm se les extrajeron capas de 0,2 cm hasta llegar al acero de refuerzo y se les determinó la concentración de cloruros según la Norma Cubana NC 54-210 Método de análisis químico para determinar cloruros y conociendo el contenido real de cemento en el concreto se calculó el porcentaje de iones cloruro por peso de cemento, tal como se muestra en la tabla 2 (ver siguiente pág.). El coeficiente de difusión de los iones cloruros que se muestra en la tabla 3 se obtuvo graficando el porcentaje de iones cloruro contra la penetración en mm, aplicando la ley de Fick mediante la siguiente ecuación:

Donde: Dcl-: Coeficiente de difusión de los iones cloruro en cm/s t: Tiempo de exposición del elemento en s. dx/dc: Tangente al punto de máxima concentración de cloruros x dc: Área bajo la curva desde 0 hasta la concentración máxima de cloruros M A Y O

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Tabla 2. Concentración promedio de iones cloruro en las probetas por capas en porcentaje total y en porcentaje en peso de cemento.

En este caso los resultados obtenidos resultan totalmente compatibles con las mediciones electroquímicas, pues se puede observar que la difusión de los iones cloruros ha sido tres veces más intensa en el concreto con la junta fría sin tratar (serie JJ).

se colocaron en bandejas con un lecho de arena sílice y se les añadió en una de las series agua de mar y en la otra serie agua potable hasta cubrir un centímetro por encima de la base de la probeta, tal como se muestra en la figura 3. Esta altura se mantuvo constante mediante permanente vigilancia.

Tabla 3. Coeficiente calculado de difusión de iones cloruro. En series paralelas, con probetas de iguales dimensiones y condiciones, elaboradas de la misma muestra de concreto, se efectuaron ensayos de absorción capilar en agua potable y en agua de mar. En este caso todos los lados de las probetas fueron recubiertos con parafina dejando libre solamente las caras inferior y superior, para crear el gradiente de presión y que el agua subiera por los poros capilares del concreto. Las probetas 72

Figura 3. Probetas en el ensayo de absorción capilar, se muestra la ubicación de la junta fría. Las probetas fueron pesadas a los 5, 10, 15 y 30 minutos, luego a 1, 2, 3, 4, 6, 24 ....720 horas, tiempo en el cual dejaron de absorber, pues se comprobó que su peso se mantuvo constante.

Cada 24 horas se midió el potencial estacionario de los aceros, cuyos valores se muestran en el Anexo 1. Con los valores del potencial estacionario se puede estimar el posible estado corrosivo de los aceros aplicando los siguientes criterios de evaluación: • Si los potenciales medidos son mayores que -250 mV, existe más del 90% de probabilidad de que no esté ocurriendo corrosión del acero de refuerzo, siendo por tanto bajo el riesgo de corrosión. • Si los potenciales medidos se encuentran en el rango de -250 a -350 mV, la actividad de corrosión del acero de refuerzo es incierta, o sea que se encuentra en un estado de transición. • Si los potenciales medidos son menores de -350 mV, existe más del 90% de probabilidad de que se esté produciendo la corrosión del acero de refuerzo. Para cada edad de medición se calculó la cantidad de agua absorbida y el porcentaje de absorción, que se indican en el Anexo 2; además, como la absorción de agua en las primeras edades se comporta de forma lineal, se pudo conocer el coeficiente de absorción para cada tipo de agua, como la pendiente de esta línea, que se muestra también en el Anexo 2. Una vez concluido este ensayo las probetas fueron cortadas longitudinalmente y se pudo apreciar la altura total y forma de penetración del agua en cada una de ellas. Los resultados obtenidos de la absorción capilar y del potencial estacionario de los aceros durante estos ensayos, para los concretos con junta sin tratar y tratada con resina, aseveran también que las juntas frías siempre constituyen un punto débil en la durabilidad de las estructuras de concreto armado y además que es muy importante efectuar el tratamiento de las mismas. Los potenciales de los electrodos mostraron que en presencia directa de agua de mar a edad tan temprana de sometimiento como a los 15 días la probabilidad de que se esté produciendo corrosión en el acero de refuerzo es no inferior al 90% para los concretos con juntas frías sin tratar y para el agua potable esta probabilidad se manifiesta a una edad de sometimiento de 30 días.

Medición del índice de perfil de vías Perfilógrafo de California

Servicio de metrología en el área de fuerza y masa Celda de calibración

Ensayos de materiales Capacitación para laboratoristas y control de calidad Figura 4. Altura alcanzada por la absorción capilar del agua de mar en las probetas.

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Patología de estructuras Laboratorio del Concreto - Asocreto Carrera 28 # 89-43, Bogotá, Colombia PBX: 571 610 0797 FAX: 571 610 9330 e:mail: laboratorio@asocreto.org.co

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Por su parte, el coeficiente de absorción capilar resultó también evidentemente más elevado para la junta fría sin tratar. No obstante, hay que destacar como resultado muy interesante el mapeo de la absorción del agua de mar, cuya penetración se hace mucho más intensa a través de la junta fría, mapeo que se mantiene de forma muy similar aún en el caso de la junta tratada con resina, tal como se muestra en las figuras 4 y 5, lo que puede deberse a un interesante efecto pared.

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Figura 5. Altura alcanzada por la absorción capilar del agua potable en las probetas.

Anexo 1: Valor del potencial estacionario de los aceros durante los ensayos de absorción capilar

Anexo 2: Cantidad promedio de agua absorbida por las probetas

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