INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA CONSTRUCCIÓN, A · construcción de puentes en el mar Sin embargo, la...
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ITC INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LACONSTRUCCIÓN CÁMARA MEXICANA DE LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA CONSTRUCCIÓN, A.C PROCESO DE CORROSION Y MÉTODOS DE PROTECCIÓN UTILIZADOS EN LA REHABILITACIÓN DEL PUENTE LA UNIDAD UBICADO EN CD. DEL CARMEN, CAMPECHE. TESIS PROFESIONAL QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO CONSTRUCTOR P R E S E N T A . OMAR TESAR LATTUF DIRECTOR DE TESIS: ING. FRANCISCO JAVIER MEJIA DIAZ LICENCIATURA DE INGENIERÍA DE CONSTRUCCIÓN CON RECONOCIMIENTO DE VALIDEZ OFICIAL DE ESTUDIOS DE LA S.E.P. SEGÚN ACUERDO N» 952359 DE FECHA 15 DE NOVIEMBRE DE 1995 FEBRERO DEL 2004
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ITC INSTITUTO TECNOLÓGICO
DE LA CONSTRUCCIÓN
CÁMARA MEXICANA DE LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA CONSTRUCCIÓN, A.C
PROCESO DE CORROSION Y MÉTODOS DE
PROTECCIÓN UTILIZADOS EN LA REHABILITACIÓN
DEL PUENTE LA UNIDAD UBICADO EN
CD. DEL CARMEN, CAMPECHE.
T E S I S P R O F E S I O N A L
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE
I N G E N I E R O C O N S T R U C T O R
P R E S E N T A .
O M A R T E S A R L A T T U F
DIRECTOR DE TESIS: ING. FRANCISCO JAVIER MEJIA DIAZ
LICENCIATURA DE INGENIERÍA DE CONSTRUCCIÓN CON RECONOCIMIENTO DE VALIDEZ OFICIAL DE ESTUDIOS DE LA S.E.P. SEGÚN ACUERDO N» 952359 DE FECHA 15 DE NOVIEMBRE DE 1995
FEBRERO DEL 2004
Proceso de Corrosión y Métodos de Protección Utilizados en la Rehabilitación del Puente La Unidad Ubicado en Cd del
Carmen, Campeche
Ornar Tébar Lattuf
B I B L l ü T t C A
ÍNDICE
Pagina 1
Pagina
OBJETIVOS
CAPUTILO I Historia de la Construcción del Puente La Unidad
Antecedentes
Localización y tipo de estructura del puente
Estudios previos y/o especiales
Estratigrafía del sitio
Aspectos generales de diseño de la cimentación
Procedimientos constructivos utilizados en la cimentación
Estudios y pruebas adicionales a la cimentación
Corte Longitudinal del Puente
6
7
7
8
10
11
15
16
19
CAPITULO II Proceso de Corrosión en Estructuras de Concreto Reforzado
Introducción
Proceso de Corrosión
Ecuación de Nernst
Pilotes Dañados por corrosión
20
21
21
23
24
ITC Instituto
Tecnológico de la
Construcción
Pagina 2
CAPUTILO III Protección Catódica por Medio de Ánodos de Sacrificio
Descripción
Ventajas y Beneficios
Aplicaciones
Vida de Servicio
Proceso de Instalación
Diagramas de Instalación
Proceso de Instalación en el Puente la Unidad
28
29
29
30
31
31
33
43
CAPUTILO IV Metalizado de Zinc
Introducción
Ventajas y Beneficios
Proceso de Instalación en el Puente la Unidad
45
46
51
52
CAPUTILO V ma de Encapsulamiento A P E Grout
Introducción
Camisas Exteriores
Pasta Epóxica
Pasta Epóxica Marina
Lubricante para mangueras y equipo.
Equipo de Inyección
Requerimientos mínimos para el manejo y almacenajes de los
materiales
Aplicación
Colocación de las camisas.
Preparación de la Pasta Epóxica APE Gout
L. . ^ ^ ^ ^ ^ H
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de la Construcción
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Colocación de la Pasta Epóxica (Inyección ) 73
Acabado Final e Inspección de la Encapsulación Completa 76
Diagramas de Instalación 81
Especificaciones ASTM del Sistema de A P E Grout. 88
CAPUTILO VI Varillas de Refuerzo Recubiertas 89
Reglamento de Construcción ACI para varillas de refuerzo 90
Varillas de Refuerzo Recubiertas 91
CONCLUSIONES 93
BIBLIOGRAFÍAS 95
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Tecnológico de la
Construcción
Pagina 4
OBJETIVOS
Mediante este trabajo se dará a conocer y entender a fondo el fenómeno de la corrosión en las
estructuras de concreto armado así como los sistemas para la prevención y corrección de este problema.
En este documento conoceremos lo que el fenómeno de la corrosión es realmente así como los factores
que intervienen en su formación, esto con la intención de que el ingeniero proyectista tenga el
conocimiento necesario para poder decidir y evaluar el tipo de daño y la manera de solucionarlo.
Este trabajo esta basado en tres tipo de sistemas para corregir y prevenir los efecto de corrosión en el
concreto, así mismo podremos analizar y comprender las nuevas alternativas que actualmente se están
utilizando para la reparar y eliminar este problema.
Aquí se analizaran los siguientes sistemas de protección:
• Protección por medio de Ánodos de Sacrificio.
• Metalizado de Zinc.
• Sistema de Encapsulamiento A P E Grout.
Estos métodos fueron empleados en la rehabilitación del Puente La Unidad debido al gran deterioro de
este en diversas zona con Pilotes de Apoyo, Cabezales, Trabes, Losas, etc..
La intención de este documento es conocer y aplicar estos sistemas y si realmente se están usando
apropiadamente, ya que a pesar de ser métodos con muchos años en uso, son relativamente nuevos
para las empresas constructoras y dependencias en México. Dando como resultado una mala
información y desconocimiento de estos métodos.
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I ^^^^S de 'a
l l _ ^ ^ 3 Construcción
f _ ; I A ' Pagina 5
B I B L I O T E C A
Anteriormente el sistema de Encapsulamiento A P E Grout fue utilizado en las reparaciones de los pilotes
de apoyo del Puente La Unidad, pero no se han tenido los resultados esperados debido a la falta de
información para la colocación de este sistema, el metalizado de zinc y los ánodos de sacrificio fueron
puesto a prueba en solo dos caballetes del Puente, bueno, cada claro que estos dos últimos sistemas
han sido usados, probados y aprobados en todo el mundo, desgraciadamente en México se están
usando para probar su efectividad, es decir, estamos actualmente experimentando con sistemas
patentados que son desconocidos en el país.
La mejor forma de usar estas tecnologías nuevas es la de conocer y tener toda la información necesaria
para poder decidir que método usar y como aplicarlo correctamente, ya que en México no se tiene las
normas ni especificaciones para su uso e instalación
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Tecnológico de la
Construcción
P a g i n a 6
CAPITULO I
H i s t o r i a de la C o n s t r u c c i ó n de l
P u e n t e La U n i d a d
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Tecnológico de la
Construcción
P a g i n a 7
Antecedentes del Proyecto
El urgente desarrollo socioeconómico de Ciudad del Carmen, debido principalmente a la explotación petrolera
que se generó por el descubrimiento de los mantos energéticos más grandes del país, así como la inflación
creada por el disparo de precios de los artículos de primera necesidad debido a la angustiosa y lenta
comunicación con el exterior, abrieron la posibilidad la construcción del puente "Isla Aguada" o de "La Unidad"
Surgieron grandes contratiempos al inicio de esta obra ya que no existía ninguna experiencia en el país para la
construcción de puentes en el mar Sin embargo, la férrea voluntad del gobierno y del pueblo campechano hizo
posible la construcción de este puente, el que se convirtió en un sólido instrumento de desarrollo no sólo de
Campeche sino también del Sureste del país Cabe mencionar que previamente a la elaboración del
anteproyecto del puente actual, se estudió la diferencia de costos entre un puente tradicional y un pedraplén
concluyéndose que este último, además de que tendría un costo mayor, alteraría sensiblemente la ecología de
la laguna, que hasta hoy en día es vía de recursos pesqueros en la zona, desventaja que no presentaba el
puente
Localización y tipo de estructura del puente
El puente se localiza en la zona noreste de la Isla del Carmen como se muestra en la figura El puente inicia en
el cadenamiento 37+120 76 (caballete 1) y termina en el cadenamiento 40+429 24 (caballete 109) Este puente
cruza el extremo norte de la laguna de Términos, la cual presentó un tirante de agua del orden de 13 m en su
parte más profunda (canal de navegación) respecto del nivel de bajamar inferior Esta región se caracteriza por
ser de las de menor sismicidad del país y por estar expuesta a frecuentes embates de fenómenos
meteorológicos, como huracanes y nortes
El proyecto original contempla la construcción del puente mediante una estructura compuesta por 108 tramos
de superestructura de 30 m de claro entre ejes de apoyos, formados cada uno por cinco trabes de concreto
postensado de sección I con una losa de rodamiento de concreto reforzado colada sobre losetas fijas de
concreto presforzado, la superestructura se apoyará sobre 109 cabezales de concreto reforzado, cimentados en
forma profunda con pilotes de concreto reforzado hincados por percusión
^
Instituto
Tecnológico de la Construcción
P a g i n a 8
( Figura 1, Localizador! del Puente La Unidad )
Dada la longitud de la obra (3,240 m), que la convierte hoy en día en la segunda más grande del país en su
tipo, se emplearon, tanto en la superestructura como en la subestructura, elementos pre-colados de concreto, lo
cual garantiza su durabilidad en el ambiente agresivo marítimo de la obra y representaría, además, menor peso
para las trabes.
Estudios previos y/o especiales
Con el objeto de contar con datos fidedignos para la elaboración del cálculo estructural y para la construcción
del puente, se realizaron los siguientes estudios previos:
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a) Levantamiento topográfico,
Batimétrico y reubicación del trazo. Para determinar la altura libre del puente se tomó en cuenta la altura y el
flujo de las embarcaciones que circulan en la boca norte de la laguna de Términos.
b) Estudio geomoríológico y geológico de la zona
Geomorfología
La región presenta terrenos planos con lomeríos de suave pendiente y alturas máximas de 40 m sobre el nivel
del mar. Es una región sujeta a procesos cársticos. Localmente, tanto la laguna de Términos como la Isla del
Carmen presentan una morfología que es la culminación, en la línea costera, de una planicie de pendiente casi
nula que se extiende hacia el sur y sureste, en la cual la Isla del Carmen sobresale apenas 1.50 m sobre el nivel
del mar.
Geología
Los afloramientos más antiguos que se localizan en la zona corresponden a calizas compactas
microcristalizadas, de color amarillo blanco, que están generalmente dolomitizadas, a veces silicificadas o
simplemente recristalizadas. Los sedimentos recientes que cubren las formaciones calcáreas de la zona se
pueden catalogar como residuales y fluviales.
c) Levantamiento geofísico marino por el método de Reflexión Sísmica
Para obtener a priori el perfil estratigráfico estimado en la Boca Norte de la laguna de Términos.
d) Exploración y muestreo directo para obtener el perfil estratigráfico
L ^ ^ ^ H H Tecnológico
l _ l _ ^ ^ 3 Construcción
B I B L i U i L U A Pa9ina 10
En la Boca Norte de la laguna de Términos. Se realizaron diversos sondeos mediante exploración directa a
base de tubos de pared delgada tipo Shelby, hincados a presión y con penetración estándar, determinándose
simultáneamente la resistencia al corte de los estratos.atravesados con la medición del número de golpes
necesarios para penetrar 30 cm.
El muestreo realizado durante el estudio de mecánica de suelos permitió correlacionar los materiales
atravesados en las perforaciones con las unidades acústicas encontradas en el estudio geofísico.
Estratigrafía del sitio
Desde la superficie del terreno (en las márgenes) y del fondo marino hasta la cota -8.0 m, aproximadamente, se
alternan estratos de poco espesor, entre 1 y 4 m, de arcillas de alta plasticidad y arcillas de mediana plasticidad,
con diferentes porcentajes de arena fina y capas de arcilla orgánica o turba. Hacia ambas márgenes
predominan arenas y limos y arenas mal graduadas. La consistencia de los materiales arcillosos varía de muy
blanda a poco firme y su peso volumétrico promedio es de 1.6 tons por m3 .
La resistencia al esfuerzo cortante de las arcillas arenosas blandas es del tipo s = 8 tan <|>, en donde ty adquiere
valores entre 12° y 13°. La compacidad de las arenas varía de muy suelta a poco compacta y el peso
volumétrico promedio es de 2 tons por m3.
Subyaciendo a esta serie de estratos y hasta las cotas entre -19 y -23 m, se encontraron limos y arcillas de
mediana plasticidad con diferentes porcentajes de arena fina, gravillas y fragmentos de conchuelas,
intercalados con estratos de arena arcillosa y limosa. La consistencia de los limos y arcillas arenosas varía de
firme a muy firme, y en las arenas limosas o arcillosas, la compacidad es de suelta a media.
El peso volumétrico promedio de estos estratos es de 2.10 tons por m3, los resultados de las pruebas de
compresión simple reportan valores de la cohesión entre 3 y 10 tons por m2 y en profundidades cercanas al
estrato resistente inferior se encontraron valores del hasta 20 tons por m2.
En la prueba de compresión triaxial la cohesión es variable y el ángulo de fricción interna varía entre 25° y 31°.
Finalmente, en todos los sondeos se encontró un potente estrato de arcilla de alta plasticidad altamente pre-
consolidada, de consistencia muy firme a dura y con peso volumétrico promedio de 2. tons por m3.
Las pruebas de compresión simple reportan un valor de cohesión entre 30 y tons por m2, como se muestra el
corte estratigráfico del puente.
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P a g i n a 11
Aspectos generales de diseño de la cimentación.
Tipo de cimentación
Como ya se mencionó, ia solución de la cimentación del puente es de tipo profundo, utilizando en algunas
zonas, pilotes de fricción; en otras, considerando un pequeño efecto de punta y, en algunas otras, pilotes de
punta apoyados en el depósito de arcillas duras pre-consolidadas..Criterios de diseño La cimentación profunda
se diseñó considerando la fricción negativa, la fricción positiva y los efectos sísmicos. Hacia las márgenes, la
presión que induce el terraplén de acceso produce deformaciones en los estratos blandos superficiales, lo cual
se traduce en fricción negativa en los pilotes de apoyo.
Comportamiento sísmico
De acuerdo con el reglamento de construcciones de la época, la zona de ciudad del Carmen está clasificada
como tipo 2 en la carta de regionalización sísmica de la República Mexicana, para periodos de recurrencia T de
30 años. La aceleración máxima del terreno varía de 60 a 80 cm/s2 para T = 20 y 35 años, respectivamente.
Teniendo en cuenta lo anterior y la estratigrafía encontrada en el sitio en estudio, se eligió como sismo de
diseño uno de intensidad 7 en la escala de Mercalli modificada con una aceleración del terreno de 35 cm/s2.
Interacción suelo-cimentación
Con los desplazamientos del suelo determinados en los análisis sísmicos, se hizo un análisis de interacción
entre el subsuelo y los pilotes, determinándose previamente el módulo de rigidez al esfuerzo cortante de los
estratos del suelo.
Datos de diseño
• Pilotes y cabezales de los caballetes 1 y 109
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L l . . ^ ^ ^ ^ Construcción
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i
En las revisiones a que se sometieron los pilotes de los caballetes se consideraron las descargas verticales y
las reacciones de la superestructura Entre las que se incluyeron el peso de las trabes, de la losa, de las
losetas, de los diafragmas, de las guarniciones, de la banqueta, del asfalto, del parapeto, de los peatones
La carga móvil considerada fue tipo HS-20, asimismo, se consideró el peso propio del cabezal y cargas
horizontales que ejercen efecto sobre el caballete tales como el empuje de tierra, el frenaje, la fricción, el viento
y el sismo Las revisiones analizaron el caso de tener exclusivamente pilotes verticales, con un tirante máximo
de agua de 3 m
La descarga vertical máxima obtenida de las consideraciones anteriores fue de 339 8 tons, que dividida entre la
capacidad de carga de un pilote que es de 53 5 tons, dio como resultado que se usaran ocho pilotes, con el fin
de tomar en cuenta el efecto de las cargas horizontales sobre el caballete En general se consideró para ambos
caballetes una capacidad de 60 tons / pilote, lo que dio como resultado que se colocaran ocho pilotes debajo de
cada cabezal, cuatro de los cuales debían estar inclinados diez grados hacia el frente en la parte anterior y
cuatro verticales en la parte posterior
Dada la gran rigidez del elemento y que tanto su peso propio como el peso de los elementos que intervienen en
él se reparten uniformemente, se puede considerar al cabezal como una viga apoyada sobre cuatro pares de
pilotes, es decir cuatro puntos de apoyo
En los cabezales se cuenta con un diafragma y aleros doblados a 30°, con el fin de contener el derrame del
terraplén, permitiendo se formen conos de derrame en los aleros así como una cuña frontal
Pilotes y cabezales de los caballetes 2 al 108
Estos caballetes consisten esencialmente en un cabezal de concreto reforzado para recibir la superestructura,
apoyados sobre pilotes de sección cuadrada de 45 cm por lado, de concreto reforzado, hincados a la elevación
-19 m para los caballetes 2 al 96, así como el 108, en tanto que los del 97 al 107 (canal de navegación)
deberán desplantarse hasta la elevación -23 m Para obtener la longitud total del pilote deberá considerarse la
elevación de desplante propuesta, la elevación de la cara inferior de los cabezales más 1 m correspondiente al
descabece del pilote
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( Figura 2. Descabezado de Pilotes )
En cuanto a la capacidad de carga de los pilotes, en el estudio de mecánica de suelos se recomendó una
capacidad carga de 61 tons para los caballetes 2 y 3; de 58 tons para los caballetes 4 al 49; de 98 tons para los
caballetes del 50 al 96; de 93 tons para los del 97 al 104 y de 66 tons para los del 105 al 108.
Análogamente a los caballetes 1 y 109, la gran rigidez del elemento y dado que su peso propio como el peso de
los elementos que intervienen en él se reparten uniformemente, se puede considerar al cabezal como una viga
apoyada sobre siete pares de pilotes, es decir, sobre siete puntos de apoyo. De los resultados de cuatro
revisiones estructurales efectuadas, y en especial de la última, se obtuvo un peralte de 1.32 m.
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ELEVACIÓN LONGmJDINAL
( Figura 3. Cabezal Tipo )
CORTTE TRANSVERSAL
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Pagina 14
Una vez construidos los cabezales se colocaron sobre cada dos, las cinco trabes de concreto postensado.
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( Figura 4.Cabezal Terminado )
( Figura 5. Colocación de Trabes )
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Procedimientos constructivos utilizados en la cimentación para la construcción de los pilotes, el proyectista
recomendó lo siguiente:
a) La punta de los pilotes debería ser cónica, con talud 3:1 (3 vertical, 1 horizontal).
b) Los pilotes deberían dotarse de protección en su punta mediante una placa metálica y un perfil H.
c) Para obtener la longitud total del pilote debería considerarse la elevación de desplante propuesta, la
elevación de la cara inferior de los cabezales más 1 m correspondiente al descabece del pilote.
d) Los pilotes que se apoyarán por punta deberían hincarse hasta la elevación de proyecto, -19 m,
siempre y cuando se tuviera una penetración inferior a 2cm en la última andanada de diez golpes del
martinete.
e) Los pilotes correspondientes a los demás apoyos, necesariamente deberían llegar hasta la profundidad
de proyecto indicada.
f) El martillo que se usara para hincar los pilotes debería tener un peso de 1/3 del peso del pilote
correspondiente y proporcionar una energía de golpeo mínima de 1 Ib. / pie por cada libra de peso del
pilote.
g) Después del hincado de los pilotes se debería demoler 1 m a partir de su cabeza y ligar el acero de
refuerzo al cabezal correspondiente.
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h) Por ningún motivo se permitiría el uso de chiflones en los pilotes más allá de la elevación -7 m, debido
a que en la capacidad de carga admisible se consideró un efecto importante por fricción positiva.
Los pilotes de concreto reforzado, de sección cuadrada de 45 cm por lado, utilizados en la cimentación, fueron
hincados mediante una piloteadora apoyada sobre un chalán hasta alcanzar con una andanada de 10 golpes
una penetración máxima de 2 cm. En el hincado se utilizó un martillo que tuviera un peso del orden de 1 /3 del
peso del pilote. Después del hincado del pilote se demolió su cabeza del orden de 1 metro con el fin de ligar su
acero de refuerzo al cabezal correspondiente.
Para hincar los pilotes se utilizó un martillo diesel de doble acción Delmag D-30, montado en una grúa, y ésta a
su vez sobre un chalán. Según el catálogo del fabricante, la energía aplicada por el martillo era de 9.1 tons / m
en cada impacto; se golpeó el pilote a razón de 52 golpes por minuto.
Para el hincado de los pilotes se utilizó un escantillón para colocar con precisión y economía los pilotes en sus
posiciones correctas dentro de cada grupo. Recomendaciones para el hincado. Se recomendó suspender el
hincado de los pilotes una vez que se hubiera obtenido el rebote dentro de la capa donde se recomendó
desplantar la punta de los pilotes, asimismo, una vez hincados los pilotes de un grupo, se recomienda ligarlos
por medio de un cabezal de concreto en el menor tiempo posible para reducir al mínimo el tiempo que
permanecieran libres las cabezas de los pilotes, por ser ésta la condición más desfavorable de carga horizontal
debida a corrientes marinas y olas.
Estudios y pruebas adicionales a la cimentación
Estudio geotécnico. Este estudio se hizo al poco tiempo de haberse iniciado el hincado de los pilotes ante el
problema surgido de que los pilotes de los caballetes 106, 107 y 108, no fue posible hincarlos hasta la cota del
proyecto.
Entre las principales conclusiones de los resultados obtenidos de este estudio se redefinió:
1. Tipo de cimentación.
2. Nivel de desplante.
3. Capacidad de carga permisible.
4. Ayudas auxiliares.
5. Recomendaciones para el hincado.
6. Recomendaciones para después del hincado.
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La capacidad de carga axial y nivel de desplante de los pilotes verticales fue del mismo orden de los indicados
en los primeros estudios. En estos estudios se consideró además el mecanismo de falla de los pilotes sujetos a
cargas horizontales, tanto verticales como inclinados, en condición aislada y con el efecto de grupo.
Las principales recomendaciones hechas en este estudio fueron:
Tipo de cimentación
Debido a que la construcción de la obra ya estaba iniciada, y a que ya se tenían fabricados una gran cantidad
de pilotes, trabes presforzadas, así como armados de los cabezales, se convino continuar utilizando el tipo de
cimentación inicialmente proyectada que consistía en un cabezal apoyado sobre pilotes de concreto reforzado.
Nivel de desplante
Se recomendó hincar los pilotes hasta llegar al rebote, después de penetrar en la capa arcillosa de alta
resistencia que se encontró a una profundidad de 19.30 m a 22.40 m. Para poder penetrar con el pilote dentro
de la capa arcillosa fue necesario efectuar una perforación previa entre los 19 m y los 22.50 m.
Capacidad de carga permisible
La capacidad de carga permisible para un pilote vertical, sujeto a carga axial, desplantado a -19.50 a -21.50 m
fue de 55 tons.
Pruebas de carga
El objetivo fue conocer el comportamiento de los pilotes que se habían empotrado en el estrato limo-arenoso
compacto y determinar la capacidad de carga por punta, la capacidad de carga por fricción y la capacidad de
carga por punta más fricción.
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Las pruebas de capacidad de carga por punta y de punta más fricción se hicieron en pilotes de concreto
reforzado de sección cuadrada de 45 cm por lado. Ambos se chiflonearon hasta la cota -10 m y después se
hincaron hasta la cota -17 m, alcanzando ahí el rechazo especificado (diez o más golpes para avanzar 2 cm).
Para medir la fricción lateral se hincó hasta la cota -13 m un tubo de acero de 25" de diámetro circundando al
pilote que trabajó sólo por punta. El espacio entre la pared interior del tubo y el pilote quedó libre de suelo para
que la fricción se desarrollara sólo por la superficie exterior del tubo.
El pilote de prueba por punta se cargó con 160 tons. El desplazamiento máximo medido en la cabeza fue de
9.625 mm, del que el 68% correspondió a deformación elástica del pilote. De acuerdo con los criterios de falla,
pudo afirmarse que no se alcanzó la falla. El tubo de acero se cargó con 120 tons.
Según el criterio de falla, ésta se alcanzó a 100 toneladas, cuando el pilote empezó a hundirse bajo carga
constante sin mostrar tendencia a disminuir la velocidad de penetración. La capacidad de carga por fricción de
un pilote como en este caso debió ser de 80 tons.
La carga máxima aplicada al pilote de fricción más punta fue de 180 t. Con esta carga, la cabeza del pilote se
desplazó 6.226 mm, de los que el 60% correspondió a deformación elástica del pilote. No se alcanzó la falla
durante el ensaye, acorde con los criterios de falla.
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Construcción
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CAPITULO II
P r o c e s o de C o r r o s i ó n en E s t r u c t u r a s
de C o n c r e t o R e f o r z a d o
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Tecnológico de la
Construcción
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introducción B I B L I O T E H A
En todo el mundo varias naciones han puesto una gran importancia en la reparación de estructuras de concreto,
debido al daño sufrido por el efecto de la corrosión en el acero de refuerzo.
La corrosión es uno de los mayores problema a los que se enfrentan los ingenieros hoy en día, una estadística
realizada en EUA muestra que el 40% de acero producido anualmente esta destinado para el reemplazo de
acero corroído.
El efecto de la corrosión se ha vuelto un serio problema para las estructuras de concreto en todo el mundo,
además de representar un costo multi billonario, se estima un fondo total para el tratamiento de la corrosión en
la industria Americana de $ 300 billones de dólares al año de los cuales un 30% de este monto esta destinado
directamente a las estructuras afectadas como puentes, caminos y edificios.
Actualmente en México se están haciendo grandes inversiones para solucionar este problema, un claro ejemplo
que vamos a analizar mas adelante es la rehabilitación del Puente La Unidad, del cual se programo una
inversión de $ 16 millones de pesos, a pesar de esta gran cantidad de dinero destinado a las reparaciones del
puente, solamente se están considerando reparar 229 pilotes de un puente que esta soportado con una
totalidad a lo largo de 3,222 metros por 1,498 pilotes. Esto da una clara idea del costo que genera el problema
de la corrosión en estructuras de concreto reforzado.
Además de estas grande invenciones para tratar de resolver el problema de la corrosión se han observado que
las estructuras de concreto reforzado sufren un severo deterioro en un tiempo aproximado de cuatro años
después de haber sido reparadas, el mayor problema que enfrenta la industria dedicada a la reparación de
estructuras de concreto, es el de cómo proteger las estructuras actuales para así poder prolongar su vida de
servicio.
Proceso de la Corrosión
En general el proceso de la corrosión ocurre cuando los metales revierten estados bajos de energía,
independientemente de cualquier tipo de metal, la corrosión requiere de cinco condiciones especificas en un
medio aeróbico y son:
1. La presencia de un ánodo ( + ) para producir electrones.
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Construcción
P a g i n a 22
2. La presencia de un cátodo ( - ) aceptar electrones.
3. La disponibilidad de oxígeno en el sitio del cátodo.
4. La disponibilidad de agua en el sitio del cátodo;
5. La conexión eléctrica entre el ánodo y el cátodo para transferir electrones.
Si cualquier de estas condiciones esta ausente, la corrosión no ocurrirá.
Las zonas anódicas y catódicas se forman en los metales que se encuentra ahogado en el concreto, si metales
disímiles están presentes uno puede actuar con una cátodo y el otro como un ánodo. Por ejemplo: Cuando
existen canalizaciones de aluminio y acero de refuerzo, ambos ahogados en el concreto, el acero por ser más
noble que el aluminio se vuelve una zona catódica en la transferencia de electrones.
Aun cuando solo se tenga un solo tipo de metal en el concreto, las zonas anódicas y catódicas se forma por:
• Defectos en la superficie de los metales.
• Formación desigual en las laminas que los conforman.
• Presencia de micro estructuras diferentes.
• Diferencias en la orientación del grano en el acero.
• Diferencias químicas en el poro.
Las primeras dos condiciones para el proceso de corrosión esta ligados a las características de los metales que
sean utilizados en las estructuras.
Las demás condiciones esta gobernadas por:
• Las propiedades del material que se utilice para la reparación.
• En el tamaño, distribución e Inter-conectividad en los poros del cemento utilizado.
• Presencia de fisuras
• La permeabilidad de los materiales
La presencia de oxigeno y agua en la zona del cátodo activa la reacción electroquímica la cual esta
fundamentada por la ecuación de Nernst, por medio de la cual se estudia el proceso de la corrosión y la cual
demuestra la tasa de incremento por agentes reactivos como el oxigeno.
^
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P a g i n a 23
En un concreto permeable se tiene un gran ingreso agresivo de iones de cloruro y bióxido de carbono, ambas
de estas substancias contribuyen al deterioro de la capa de protección de oxido férrico que se presenta muy
comúnmente en la superficie del acero cuando esta expuesto a un ambiente muy alcalino
Ecuación de Nernst
La ecuación de Nernst se deriva de la vinculación de energía liberada en el cambio del cociente de reacción
E = E0 - ( RT / nF ) InQ
Esta ecuación expresa el potencial eléctrico de las zonas electroquímicas en condiciones normales y durante el
tiempo de reacción en estas zonas
• Esta ecuación deriva de condiciones de termodinámica
• Los reactantes liberadores de energía esta expresados como el potencial eléctrico
• E" representa el potencial eléctrico estándar
• InQ es el logaritmo natural del cociente de reacción Q para los tipos de materiales involucrados
• R = Constante universal de gases, 8 314 Joule / Mol-Kelvm
• T = Temperatura expresada en grados Kelvm, 298 16° Kelvin ( 25° C )
• F = Constante de Farady de carga eléctrica en couloms por cada mol reactante involucrado, 96 487 C
• n = Numero de mol transferidos por cada electrón
La reacción electroquímica entre cada zona se expresa de la siguiente manera
E = ( E0 catodo - E
0 ánodo ) - 0.059 log ,„ Q
n
Como se ha mencionado el acero tiene zonas anódicas y catódicas las cuales al ser atacadas por agentes
como el agua produce una reacción entre ambas zonas y el recubrimiento de concreto que se tenga sirve como
un conductor entre el ánodo y el cátodo para realizar la transferencia de iones entre sí La presencia de oxigeno
en el concreto va tener relación con la porosidad de este
^
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Pagina 24
Sin la presencia de oxigeno en la zona del cátodo no se producirá corrosión, a pesar de que sé este usando un
concreto de muy alta densidad esta propenso a ser permeable al oxigeno.
Un sexto punto en los requisitos necesarios para que se produzca la corrosión en el acero del concreto armado
independientemente del ambiente es cuando se quita la capa delgada de oxido que tenga el acero es su
superficie, ya que esta delgada capa sirve de protección, cuando esta capa pasiva esta intacta la oxidación
queda frenada, la destrucción de esta capa puede ser ocasionada por la permeabilidad del concreto y la
química del cemento que se haya utilizado.
La capa pasiva de oxido en el acero puede ser también afectado por contaminación de cloruros en el concreto,
generando una corrosión acelerada la cual crea un daño serio en la estructura
Aquí se muestra los daños causados por la oxidación en el acero de refuerzo de los pilotes del puente la
Unidad, esta imagen se puede observa el gran deterioro que sufre el concreto, este pilote fue tratado para ser
encapsulado con el sistema A P E Grout, primero se retiro el concreto fracturado de la zona y se procedió a
limpiar el acero de refuerzo por medios mecánico.
( Figura 7. Pilote Afectado por el Proceso de Corrosión )
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Pagina 25
Una vez que se haya limpiado el acero de refuerzo, se procede a recuperar la sección original mediante
concreto con una resistencia de f e = 300 kg/cm2. Es importante mencionar que se debe usar un concreto de
excelente calidad para evitar este problema una vez más.
( Figura 8. Limpieza del Pilote afectado )
^
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( Figura 9. Sección Recuperada )
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( Figura 10. Cimbrado del Pilote )
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CAPITULO
P r o t e c c i ó n C a t ó d i c a por med io
de Á n o d o s de S a c r i f i c i o
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Pagina 29
Descripción.
El ánodo Galvashield XP consiste en una base del zinc rodeada por una matriz de cemento activa, con una
dimensión de 2 Vá" de diámetro por 1 1/8" de alto, lo cual permite una fácil y rápida manera de instalar se en el
acero de refuerzo. Una ves instalado el ánodo Galvashield XP, el centro de zinc reacciona e inicia su proceso
de corrosión creando así una protección catódica en al acero de refuerzo circundante, es decir, que el centro de
zinc del ánodo capta los electrones resultados del proceso de oxidación en el acero
Matriz Cementante
Activa
Centro de Zinc
Alambres de Amarre
( Figura 11. Ánodo de Sacrificio Galvashield XP )
Ventajas y Beneficios.
Proporciona la protección de corrosión localizada en estructuras concreto reforzado
Eficaz en concreto "cloruro-contaminado" y "carbonatado".
Extenso y económico servicio de vida en parches y reparaciones de concreto reforzado
Método del bajo costo de proporcionar protección de corrosión galvánica.
La instalación es rápida y fácil.
Reduce la necesidad continuas remiendas y de reparaciones secundarias.
La instalación del ánodo se puede realizar por los aplicadores localmente aprobados.
Tecnología probada y apoyada por programa de la pruebas realizadas en centros de investigación en
Estados Unidos
El funcionamiento del ánodo se supervisa fácilmente.
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Aplicaciones.
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Los ánodos Galvashield XP son convenientes para las reparaciones de mucha profundidad sobre el concreto,
los reemplazos comunes, las reparaciones pre-tensadas y post-tensadas y los usos del interfaz entre el
concreto "cloruro-contaminado" y concreto nuevo donde la corrosión acelerada puede ocurrir.
Los ánodos reducen la actividad de corrosión y el efecto "Ring Anode" comúnmente asociado con el concreto
recuperado en los parches para la limpieza del oxido en el acero de refuerzo.
, \ / ^Cor^r/tecfíitóitinádq / .'
( Figura 12. Efecto Ring Anode en
reparaciones de concreto para eliminar
zonas corroídas sin la presencia de los
ánodos Galvashield XP)
Concreto Hbm de Hrirnrn*
Corrosión concentrítjaaftn las zonas .J- %o™mii*das porcloruros - ^
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Ánodo Galvashield XP
( Figura 13. Reparaciones de concreto con
ánodos Galvashield XP, eliminando el
efecto Ring Anode)
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Vida de Servicio.
La vida de servicio del ánodo de Galvashield XP es dependiente sobre un número de factores:
Densidad de acero a reparar.
La conductividad concreto
La concentración de cloruro
Las condiciones de la humedad
El número de los ánodos instalados y su espaciamiento.
Mayor de 10 años, y hasta 20 años de vida se pueden esperar bajo condiciones normales. La consumición
prematura puede ocurrir, sobre todo en situaciones agresivas y/o cuando el número sea escaso de ánodos
instalados.
Proceso de Instalación.
1. En reparaciones de zonas afectadas por el proceso de corrosión es, necesario que todo el concreto
afectado sea removido alrededor y por detrás del acero de refuerzo. Creando una superficie limpia entre
el ánodo y el sustrato de concreto entre % " y %" mayor al tamaño de agregado del material para el uso
de la reparación, en le caso que se use concreto en la recuperación de las sección afectada.
El acero expuesto en la zona por reparar debe ser limpiado hasta dejar el metal blanco para que facilite
la conexión eléctrica entre los ánodos que sean instalados, antes de instalar los ánodos se debe de
probar la continuidad entre los elementos que integren el armado del acero de refuerzo con un
multimetro. Al probar la continuidad eléctrica del acero se debe de considerar una resistencia de no
mayor a 5 ohms para que sea aceptable la colocación de los ánodos en la zona afectada, en caso de
no tener una adecuada continuidad en el acero se debe agregar cualquier tipo de conductor eléctrico
para así crear un circuito eléctrico cerrado en el acero.
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3. Los ánodos son colocados en el acero de refuerzo y sujetados mediante los alambres incorporados en
cada ánodo. Si el ánodo es colocado sobre una sola varilla o si es menor a una pulgada de espesor en
la cubierta de concreto existente, se debe de colocar el ánodo por de bajo de la varilla, para que este no
sea dañado al momento de recuperar el concreto en la zona a reparar.
4. Si se tiene un recubrimiento suficiente de concreto en el acero de refuerzo el ánodo puede ser colocado
en la intersección que exista entre dos varillas, para así tener una optima continuidad en el armado del
acero.
5. Una vez instalado el ánodo se debe de probar la continuidad eléctrica entre los alambres de amarre
que posee el ánodo y a la varilla a la que haya sido sujetado, recordando que la resistencia debe de ser
de 5 ohms o menor. El material de recuperación en la sección debe tener una resistencia eléctrica
entre 15,000 ohms / cm. Productos modificados con polímeros o silica no son apropiados así como
agentes epoxicos.
6. La reparación se completa recuperando el material que en este caso es el concreto que fue eliminado
mediante los procesos comunes de resanes, teniendo cuidado de no dejar vacíos alrededor del ánodo.
El espaciamiento máximo permisible que debe de haber entre cada ánodo es de 30 pulgadas, y basándose en
esta separación máxima se debe de formar una red de ánodos, comunicados entre sí por medio de la
continuidad que se tenga con el acero de refuerzo.
Esta separación entre ánodos puede variar dependiendo el grado de corrosión en el acero de refuerzo que vaya
a ser reparado, con una separación menor a 30 pulgadas entre los ánodos instalados se tienes una mayor
concentración en cuanto a la protección catódica que se le esta dando al acero de refuerzo, pero se tiene un
mayor incremento en el costo de las reparaciones.
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Diagramas de instalación
Pagina 33
Posición y localización del ánodo a colocar en el
acero expuesto
Se deben de sujetar los nudos de los ánodos con
un desarmador o pinza
Se amarran ambos alambres alrededor de la varilla
permitiendo que los nudos del ánodo queden juntos
Una vez sujetados los nudos de los ánodos de
procede a girarlos para que se aprieten a la varilla
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Pagina 34
Amarre final del ánodo sobre la varilla Prueba de continuidad entre el ánodo y la varilla con
multimetro
7) Bend twisted wires onto rebar.
El sobrante del alambre de cada ánodo debe ser
enrollado sobre la varilla
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Pagina 35
Diagramas de
instalación
en elementos
estructurales.
L ^ f l ^ H ^ Tecnológico
l _ H _ ^ ^ 3 Construcción
Pagina 36
Instalación de ánodos en Columnas
Estribos
Iteftierzo Wertt«*J
Aiwdes CalwMltttiHÍ M*
Area 8 Itepar a
SECaOM A - ESQUmS Y SUPETOCIES A REPARA
[
Estribos
¡teTtieR» Vertical
Area a Repara
Ánodos Galvashield XP
VWWi&&tí&tíft#fí<!W\Jt
f A
ELEVAOON PE ESQUINAS Y SOPERFiCIES
( Figura 14)
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Ánodos Galvashield XP
-- Acero de Refuerzo
Extremos del area a repara
Extencion de alambres de amarre en caso de ser necesario
Mili 20 mm de separación entre el ánodo y el concreto existente
MIH 26 mm de separación entre el ánodo y el Acero de refuerzo
Ánodos Galvashield XP
•cero de Refuerzo
Area a Repara
Recubrimiento mínimos 40mm
Concreto Existente
AREA TÍPICA DE REPARACIÓN SECCIONA
( Figura 15 )
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Instalación de ánodos en Trabes
Pagina 38
M*-^
A*»© de Reíuer»
Area «¡teodK»
Alambre» de Conexión
Pmfmmámmm
Ánodo Galuashield XP
Pffirf«r«toie«
Jg,****!
1
DETALLE DE CONEKION EXTREMO TÍPICO DE TRABES
Armado de Iteen» • Pwfwrawnee-
*l«E*r«* d» Compon /
'""^sraL
Armado de Acero -
•*>, Anode GtlnaMeM JS»
Armada de Acero
P«rfer«í¡«n«8
Alambres de Conexión
Pmfmwtímmm Armado de Acero
Anote Galuashield XP
SECCIÓN A - CCon un solo Arwde) SECCIÓN á • (Con <fos Ánodos)
( Figura 16)
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Instalación de ánodos en Losas
Ánodos Galashiefd 33»
" IxtrentG del area a repara
-Acero de Refuerzo
«f
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A«er© de
Ánodos GaJashield XC
REFáfmClON EN LOSAS INSTALACIÓN DE ANOPOS á UN LADO DE DEL ACERO
máxmw
Anotes Galashield 30»
Acero «fe Refuerzo
amHm Ánodo» Galashield XP
Acera de Refuerzo
9
INSTLACION EN INTERSECCIONES INSTALACIÓN POR DEBAJO DEL ACERO
( Figura 17)
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Pagina 40
Instalación de ánodos en Extremos de Losas
EXTREMO DE LOSA
Alambre» de entras para Ánodo» aM&tmt eontlnuliiKl {fetaMMaf XP e n e | j^efo j e rrfuezo
i * .MI.ÍÍ. i', ii...'..i ••••'•••'• A , r •'••••'• i •?•••;•» r. mriT. . t , i,,,..?. I
Jfc*l-J
^ 4
SECCIONA
Ánodo» Galwashiel XP
Acero de Ac««de fí&tmtza
Ánodos GalwashieiXP
ÍNSTALACION EN INTERSECCIONES INSTALACIÓN POR DEBAJO DEL ACERO
(Figura 18)
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Pagina 41
Este sistema de protección catódica fue utilizado en el puente la Unidad en el periodo 2002 como muestra para
estudios y mon¡toreo de la eficiencia de los ánodos en este puente por parte de la Secretaria de
Comunicaciones y Transportes de Campeche, realizando la instalación de ánodos de sacrificio Galvashield XP
en un solo caballete. El Puente La Unidad esta formado por 107 caballetes los cuales están apoyados por 14
pilotes cada uno. Los trabajas de reparación fueron efectuados en los 14 pilotes que integran el caballete
numero 35 en las zonas no sumergidas de estos, ya que los ánodos no pueden estar en contacto directo con
agua.
A pesar de la efectividad de los ánodos Galvashield XP para las reparaciones en concreto armado afectado por
el proceso de la corrosión, existe una gran incertidumbre en cuanto a su rendimiento y función habilidad ya que
la intención de la SCT era la de dar una protección integral a todo lo largo de los pilotes, desafortunadamente el
desconocimiento y la falta de información de este sistema de protección catódica por parte de los proyectista de
SCT da lugar a un mal funcionamiento.
Actualmente PEMEX en sus plataformas considera y margen de 3 metros como zona atmosférica, es decir la
zona de oxigenación por efecto de marea en los pilotes de apoyo de sus plataformas, este criterio es el mas
apropiado en este tipo de elementos estructurares bajo estas condiciones.
En las reparaciones del Puente la Unidad la SCT no toma en cuenta este importante factor y da como resultado
la no apropiada colocación de los ánodos en los pilotes del caballete 35.
La importancia que tiene este criterio de zona atmosférica es porque en el cambio de nivel del agua por el
fenómeno de las mareas y el constante oleaje da origen a que estos elementos estructurales estén en contacto
con agua y oxigeno, los cuales con los elementos principales que producen el proceso de corrosión.
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Pagina 42
Zona Atmosférica
Pilote de Apoyo
Zonas de Tolerancia
Nivel de Agua
Zona Critica
1.00 mi
1.00 ml
1.00 ml
3.00 ml
( Figura 19)
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El proceso de instalación en el Puente la Unidad.
El primer paso en la instalación de ánodos en los pilotes del caballete 35 del Puente la Unidad fue el de realizar
la apertura de cajas de 30 x 30 cm con la profundidad necesaria para descubrir las varillas de refuerzo en dos
caras de cada pilote. Con una separación entre cada caja de 30 cm alternadas entre las dos cara del pilote.
Pilote
Cajas de la parte frontal del pilote
30 cm. T
Cajas de la parte trasera del pilote
30 cm.
•«f
( Figura 20. Instalación de Ánodos Galvashiel XP )
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Pagina 44
Una vez hecha la caja se procede a limpiar el acero de refuerzo afectado por la oxidación, en este caso el acero
se encontraba en excelente estado, ya que en el caballete 35 no era necesaria una reparación de este tipo, sin
embargo el proyecto por parte de SCT Campeche propone o tiene la intención de dar una solución preventiva al
efecto de la corrosión en este caballete, el problema en ente caso es que los ánodos Galvashield XP no están
diseñados para dar una protección preventiva si no de brindar una solución correctiva en el tratamiento de
reparaciones en concreto armado afectado por la oxidación del acero de refuerzo y eliminar principalmente el
efecto Ring Anode
Ya realizada la limpieza del acero se instala los ánodos con lo marcan las instrucciones de instalación
anteriormente mencionadas y se realizan las pruebas de continuidad entre los ánodos y las varillas que integran
el armado (5 ohms o menor)
Finalmente se realiza la recuperación del concreto demolido por medio de Grout para proteger a los ánodos
instalados y aumentar la eficiencia de estos
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Pagina 45
CAPITULO IV
P r o t e c c i ó n C a t ó d i c a por m e d i o
de M e t a l i z a d o de Z i nc
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Construcción
Introducción
Pagina 46
Metalización es un termino que se aplica a un método el cual consiste en aplicar, en forma de rocío, una capa
de metal puro (dejando en claro que no se trata de una pintura). Opuesto a otros métodos donde se aplica
capas metálicas por zambullida caliente como galvanizados y cromados.
La Metalización se realiza con un equipo portátil y adecuado para formas complejas, no esta limitado por el
tamaño. Este método se usa solo o en combinación con otros métodos o sistemas de capas y aumenta
drásticamente la adherencia cuando es aplicado encima de las capas de metalizado.
Puede ser, segura y efectivamente aplicado a una gran variedad de materiales, tales como:
Metal,
Concreto,
Vidrio,
Fibra de vidrio,
Madera,
Papel y tela.
Los dos principales sistemas, para proteger metales del polvo y de la corrosión son anódicos y de barrera. Una
capa de metalizado, proporciona protección anódica, de tal forma que, esta se oxida y se sacrifica así misma
para proteger el metal o el concreto subyacente.
La naturaleza electroquímica del galvanizado de capas de zinc retarda la corrosión en el acero adyacente hasta
consumirse. Los sistemas de barrera tal como la pintura tienen numerosos y microscópicos agujeros. La
humedad penetra por estos hasta llegar a los substratos no protegidos. Cuando esto pasa la corrosión se
extiende hasta 20 veces mas en el caso del acero resultando en hoyos y burbujas las cuales levantan la capa
protectora.
Durante los últimos 100 años. Hay diversos estudios, realizados por el gobierno (E.U.A.), e industrias privadas,
con respecto a la efectividad de la metalización y todos llegan a la misma conclusión:
"La Metalización es el mejor sistema anticorrosivo en el mundo"
Casos de estudios sobre protección de puentes, diques y estructura masivas en servicio por mas de 60 años,
en diversas condiciones, están disponibles. El Proyecto Río Salada estima de 100 a 200 años de protección con
una capa de 4 mil de zinc después de 20 años de exposición.
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Pagina 47
Inglaterra, Florida, California, Oregon y Washington usan exclusivamente la metalización de zinc para proteger
sus puentes y carreteras Federales, recomiendo la metalización en lugar de pintura para proteger las
estructuras carreteras.
.***•.• *«* t i l* * * — • - — ' ' ' * '« - —A —
•-(ífe^*
- i . i".*:
( Figura 21. Metalizado de Zinc sobre Trabes Metálicas en Puentes )
Algunos de los problemas y desventajas cuando se utilizan otros métodos son:
• Aplicación lenta
• Contaminación (con propano y otro gases) del substrato.
• Calentamientos a altas temperaturas causando fractures por tensión en áreas adyacentes.
• Difícil de operar.
La tecnología de metalizado de zinc utiliza un arco eléctrico auto contenido seguro y con interruptor de control
remoto, este método es igual al método de plasma. El rocío se puede ajusfar de redondo a elíptico,
dependiendo del objeto a metalizar.
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Pagina 48
( Figura 22. Metalizado en elementos metálicos)
Se puede utilizar cualquier metal que pueda ser puesto en forma de alambre o cable, entre los que se poden
nombrar:
• Aluminio.
• Zinc.
• Cobre.
• Níquel y otras aleaciones.
El equipo de aplicación opera con 220, 360 y 440 volts y utiliza aire limpio filtrado para propulsar el metal
fundido sobre la superficie en forma de rocío o con enfriamiento y curado instantáneo.
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Pagina 49
Como solo se utilizan metales 99.9% puros, los cuales son propulsados con aire limpio hacia la superficie a
tratar no se generan compuestos orgánicos volátiles y el 95% del metal rociado queda sobre el substrato. El
rocío de metalización tiende a envolver en forma circular similar a las aplicaciones electroestáticas de pinturas.
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(Figura 23. Metalizado en elementos metálicos)
La capa o revestimiento de metalizado no se contrae como pinturas que contienen solventes y no desconcha o
descascara en forma de agujero con bordes filosos como comúnmente pasa con los sistemas de protección por
pinturas.
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I P * Pagina 50
B I B L J O T £ C Las superficies frías no son un factor limitante ya que puede aplicar en temperaturas cercanas a cero grados.
Esto es una ventaja especialmente en zonas como los campos petroleros del mar del Norte donde las bajas
temperaturas requieren necesariamente de curados instantáneos.
El calor generado por el proceso es disipado casi instantáneamente después de chocar con la superficie
previniendo la transferencia de calor hacia áreas adyacentes o internas de la superficie. La capa de metal
produce, sin embargo, un intercambio molecular el cual crea una atadura en forma de aleación de metal (fusión)
en lugar de una atadura mecánica como es el caso de las pinturas.
La alta temperatura y la velocidad de aplicación producen una fuerte adherencia con el substrato. Los métodos
tradicionales tal como aplicaciones de rocío en llama producen normalmente la mitad de la adherencia que
produce sistema de metalizado de zinc.
La pintura y otros tipos de capas se desprenden y caen cuando se les aplica mas de 3,400 Lbs/pulg2, mientras
que el sistema de arco eléctrico excede la prueba de tracción de 6,800 Lb/pulg2.
Una parte muy importante del sistema de metalizado de zinc es que crea una capa impenetrable por
organismos microscópicos incluyendo los Mejillones Cebra, Caracoles, etc. Actualmente en el Puente de La
Unidad se presenta este problema de tener micro organismos y caracoles adheridos en los pilotes que soportan
la estructura del puente, dando origen al debilitamiento del concreto y facilitar la penetración de los agente
corrosivos hacia el acero de refuerzo.
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Superficie Metalizada
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(Figura 24. Superficie Metalizada)
Ventajas y beneficios.
Protección anódica.
Rapidez de aplicación.
Alta adherencia a la superficie.
Resistencia a las altas temperaturas y abrasión.
Aumenta la adherencia de la pintura como una segunda capa.
No requiere tiempo de curado o secado.
Otras capas protectores pueden ser aplicadas inmediatamente.
El calor se disipa rápidamente.
Ambientalmente seguro.
Costos de aplicación competitivos.
Puede ser aplicado en condiciones de frío o en superficies frías
Pagina 52
Es muy importante para la aplicación del metalizado de zinc contar con una superficie totalmente limpia, por lo
que es necesario preparar la superficie a tratar por medio de Sandblasteo.
Aplicación del sistema de Metalizado de Zinc en el Puente La Unidad.
En Puente La Unidad se prepararon los pilotes del caballete 20 para la colocación del metalizado de zinc con el
siguiente proceso:
1. Demolición del concreto afectado por el proceso de corrosión.
2. Limpieza del acero de refuerzo por medios mecánicos.
3. Recuperación del las secciones por medio de concreto nuevo con una resistencia de f e = 300 kg/cm2.
4. Finalmente se realiza el Sanblasteo de la superficie para la aplicación de la capa protectora de Zinc.
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Pagina 53
Estado de los Pilotes del Caballete 20
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(Figura 25)
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(Figura 26 Pilotes del Caballete 20)
(Figura 27 Pilotes del Caballete 20)
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Pagina 55
La aplicación de este sistema fue utilizada en el caballete numero 20 del Puente La Unidad, a pesar de la
efectividad de este método preventivo, se ve limitado porque la aplicación de la capa protectora de zinc esta
colocada en la zona no sumergida del pilote.
Como se mencionó en el capitulo anterior no se considero la zona atmosférica de los pilotes, la cual es la mas
expuesta al fenómeno de la corrosión.
Zona protegida por medio
de Metalizado de Zinc
Nivel del Mar
Zona Atmosférica.
(Figura 28. Pilotes del Caballete 20)
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Pagina 56
Resultado Final
(Figura 29. Pilotes del Caballete 20 Metalizados)
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(Figura 30. Pilotes del Caballete 20 Metalizados)
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CAPITULO V
S i s t e m a de E n c a p s u l a m i e n t o
A P E G rou t
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Construcción
Pagina 59
Introducción
El sistema de Encapsulamiento A P E Grout es utilizado para dar protección al concreto, aislando elementos
estructurales por medio de una pasta epóxica de muy alta resistencia. La cual tiene como función evitar la
penetración de elementos que activen el fenómeno de corrosión tales como el agua y oxigeno.
Este sistema es una de tanta medias de prevención para el deterioro del concreto ocasionado por la oxidación
en el acero de refuerzo, a continuación veremos todos los elementos que integran este sistemas así como la
forma de instalación que fue realizada en el Puente de La Unidad.
Camisas exteriores de plástico reforzadas con fibra de vidrio.
Las camisas exteriores deberán ser de poliéster, translúcidas, laminado, de calidad marina, reforzado con fibra
torcida de vidrio y formando un tejido de capas cruzadas. No se aceptará su fabricación mediante el proceso de
chorro interrumpido. El contenido de fibra de vidrio, deberá garantizar los requerimientos de resistencia
estipulado en el artículo de estas especificaciones, sin que llegue a ser inferior al 30% del laminado en conjunto.
Deberá incorporarse un aditivo filtrante de rayos ultra-violeta ( uv ), integrándolo íntimamente con la matriz de
poliéster.
La resistencia y espesor de la camisa exterior será la necesaria para que tenga la capacidad y rigidez que le
permitan soportar las fuerzas y los esfuerzos a que pueda estar sujeta en las operaciones de manejo,
instalación e inyección de la pasta epóxica; Pero en ningún caso será menor de 3mm (1/8").
La camisa exterior será suficientemente translúcida para permitir verificar visualmente, desde afuera, la
progresión de la inyección de la pasta epóxica.
Las camisas deberán estar provistas de puertos de inyección de 2.54 cm (1")de diámetro y cuerda NPT,
espaciados a no más de 120 cm, en toda su longitud. Estos puertos de inyección se ubicarán alternativamente
en caras opuestas de las camisas de manera que permitan una mejor distribución de la pasta durante el
proceso de inyección. Los puertos de inyección deberán ser fabricados en material polimérico e instalados en
las camisas antes de la instalación de las mismas, excepto en casos especiales en que con la aprobación del
ingeniero residente se tenga que agregar eventualmente un puerto para resolver una situación no anticipada de
la obra.
L ^ f l ^ H H Tecnológico • L J—3 de la • _ H _ ^ ^ 3 Construcción
Pagina 60
DETALLE DE INYECCIÓN
Superítete interior de la
CoíMctor roscado plástico de 1" para APE pile groet, 2" para otros grouts
(Figura 31.)
Las camisas deberán estar provistas de suficientes separadores, adheridos a su superficie interna para
mantener un espacio libre mínimo entre esta y las superficies internas del pilote de 9 mm ( 3/8"). Se permitirá el
empleo de tornillos ajustables de polímero como separadores en combinación con ó en lugar de los
separadores fijos para adecuarse a las necesidades especificas de los pilotes.
DETALLE SEPARADOR FIJO
Superficie interior de la camisa
a premoideada.
(Figura 32.
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Pagina 61
En los lugares en que se inserten separadores ajustables de tornillo, se pegará una moldura acampanada de
polímero a la superficie interior de la camisa para que se pueda adecuar la longitud del tornillo de ajuste.
DETALLE DE SEPARADOR AJUSTABLE
Suptrticíe Interior de la camisa
aa so do polímero adherida interior de ia camisa
Perforado y enrasado 1/2*
(Figura 33.)
El material con que se manufacturen las camisas exteriores, exceptuando los separadores fijos y los tornillos de
ajuste, deberá tener las siguientes propiedades físicas mínimas:
a) Esfuerzo de resistencia última a la tensión, según ASTM D-638: 1,054.5 kg/cm2
b) IZOD resistencia al impacto según ASTM D-256: 1.0908 m kg/cm
c) Dureza Barcol según ASTM D-2583: 35
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d) Absorción de agua según ASTM 0-570: 1% { máximo )
e) Estabilidad a los rayos ultra-violeta ( UV ) ensayada en pruebas aceleradas con el Weatherometer
según ASTMG-23: probetas de la camisa exterior sujetas a exposición de 500 horas en el
weatherometer de arco de carbón ( ASTM G-23, tipo O) operado a 63° C (145° F) no exhibirá muestras
de fragmentaciones y/o exfoliaciones. Esta prueba se llevara en ciclos de 20 minutos, consistentes en
diecisiete ( 17) minutos expuestas a la luz del arco y tres ( 3 ) minutos de chorro de agua durante las
500 horas que dura la prueba.
Las camisas podrán fabricarse en una sola pieza o en secciones. Cada sección no llevará más de dos ( 2 )
juntas longitudinales. Se puede empalmar una sección de camisa sobre la otra y unirse mediante juntas
transversales. Las juntas en la camisa exterior deberán cumplir con los siguientes requerimientos mínimos:
a) Todas las juntas tendrán la resistencia suficiente para asegurar que no se abrirán o separarán cuando
se les sujete a los esfuerzos que se generen durante su instalación, a las fuerzas del oleaje ya las
presiones ocasionadas por la inyección de la pasta epóxica.
b) La configuración del diseño de las juntas será por traslape o en unión machihembrada y deberá permitir
adecuaciones menores de ajuste alrededor de los pilotes. El diseño de todas las juntas deberán
garantizar que se conservará vació el espacio anular mínimo de 9 mm {3/8" ) entre la superficie del
pilote y la pared interior de la camisa.
c) Las juntas transversales ( si se incluyen) deberán hacerse mediante traslapes.
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De TAI 1 P OP FMPA1 MP
Es^sor mínimo 3 mm f 1/1
r¡ "H
LJ Y "i j
(Figura 34.)
El extremo inferior de cada camisa deberá contar con una deformación acampanada en la que se pueda
depositar correctamente la masilla inferior con que se calafateara la base de dichas camisas.
Pasta Epóxica.
La pasta será un producto manufacturado, preempacado, libre de solventes, de tres componentes, los cuales
consistirán de resina epóxica ( componente A ), endurecedor epóxico ( componente B ) y un relleno de
agregado graduado seco de sílice { componente C ).
La relación de mezclado de los componentes epóxicos A y B {llamados colectivamente " el aglutinante ") será
de 1:1 por volumen. Los componentes A y B serán de colores fuertemente contrastantes, para minimizar errores
en proporciónamientos de campo y para poder evaluar la integridad de la mezcla .
El proporciónamiento de la pasta se hará de manera que cumpla los requerimientos de manejo y de colocación
que señalan estas especificaciones y la relación de los agregados al aglutinante no excederá la proporción de
3.5:1 por peso. La pasta ya mezclada deberá ser capaz de curar bajo el agua.
La pasta epóxica mezclada deberá exhibir las siguientes características cuando se encuentra en estado
plástico:
a) La viscosidad de la resina mezclada con los agregados y la del agente curante, mezclado con los
agregados, será tal que permita bombearlos sin segregación e inyectarlas en el espacio anular, Instituto
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comprendido entre el pilote y la camisa sin que cause distorsión o ruptura de la camisa La viscosidad
será tal que permita también a la pasta ya mezclada, llenar completamente el espacio entre la camisa y
el pilote sin formar vacíos y ser razonablemente auto - nivelante una vez colocada dentro de la camisa
t b) El tiempo de gelación ( Pot life ) de la pasta ya mezclada deberá ser adecuado para permitir su
colocación sin formar vacíos, y permitiendo tiempo suficiente para una auto-nivelación razonable dentro
de la camisa, pero en ningún caso excederá de 65 minutos después de mezclada a una temperatura
mínima de 25° C ( 77° F ) Este requisito minimiza la posibilidad de segregación de los agregados,
separándose de los componentes líquidos
c) La pasta mezclada será de color uniforme y no contendrá bolsas o rayas de los colores originales de los
componentes
La pasta epóxica catalizada, después de curada bajo el agua, presentará en su estado endurecido con las
siguientes propiedades
a) Esfuerzo resistente a la compresión a los 7 días, según ASTM C-579 492 kg/cm2
b) Esfuerzo resistente a la tensión los 7 días, según ASTM C-307 70 kg/cm2
c) Esfuerzo resistente adherencia / cortante a los 7 días, según ASTM C-882 10 5 kg/cm2
d) Contracción después de 7 días de curado según ASTM C-531 0 07% (máximo)
e) Absorción de agua después de 7 días de curado según ASTM C-413 0 45% (máximo)
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Pasta Epóxica Marina
La pasta epóxica marina que se emplee para adherir las juntas traslapadas de la camisa y para sellar sus bases
inferiores consistirá en un compuesto epóxico de dos componentes que puedan aplicarse y curar, bajo el agua
La proporción en volumen de estos dos componentes será de una parte de resma por una parte de agente
endurecedor, y serán de colores diferentes, fuertemente contrastantes entre si para garantizar que al mezclarlos
en el campo, se logre una pasta homogénea
La masilla epóxica que se emplee para dar acabado a la parte superior de las camisas y para sellar los puntos
de ensaye de adherencia m-situ, deberá ser un compuesto que no presente asentamientos, de dos
componentes, que pueda ser aplicado y cure bajo el agua La proporción en volumen de estos dos
componentes (resma y endurecedor) será de 1 1
Lubricante para mangueras y equipo.
El material que se emplea para lubricar las superficies en contacto con la resma epóxica en las tolvas, bombas y
mangueras deberá ser un diluyente epóxico reactivo que pueda ser mezclado en pequeñas cantidades con la
pasta epóxica sin que provoque el deterioro de las propiedades de dicha pasta
Equipo de Inyección
La unidad para manejo de la pasta epóxica La pasta epóxica que se inyecte dentro de la camisa será
manejada con un equipo de tipo plural, en el que los componentes epóxicos reactivos se mantendrán
separados durante los procesos de proporcionamiento, mezclado y bombeo y sólo se les mezclará en los
extremos de salida de las mangueras precisamente ante de que se les introduzca en el interior de la camisa La
unidad deberá ser capaz de inyectar la pasta ya mezclada, dentro de las camisas con un gasto no menor de
11 35 Its por minutó ( 3 GPM )
No se permitirá que los componentes se mezclen a mano o con equipo motorizado en los recipientes originales
de entrega o en otros tambores o cubetas
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Equipo de control de Temperatura. Cuando se prevea que la temperatura va a descender abajo de 21° C ( 70°
F ) deberá disponerse un aprovisionamiento de agua caliente, empleando para ello, por ejemplo, un calentador
de agua para buzo.
El agua caliente deberá surtirse directamente a camisas que envuelvan las tolvas en que se depositen los
componentes y los agregados y las mangueras de inyección.
La unidad deberá ser capaz de surtir suficiente cantidad de agua para mantener la viscosidad adecuada para la
inyección apropiada de la pasta.
El equipo de inyección utilizado en el puente la Unidad es el siguiente:
2 Bombas marca Moyno tipo L integrada con un motor de 5 Hp, cada bomba esta diseñada para inyectar la
pasta epóxica con un gasto no menor al permisible por el proveedor de los materiales para realizar el
encapsulamiento de los pilotes.
A continuación se muestran las tablas para él calculo y diseño de este tipo de bomba
«MI*»» WwiJ
( Figura 35. Bomba de Inyección )
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P a g i
$MOYNO Always the Right Solution"
Performance Data
Section: L & J Frame Pumps Date: February 15,1999
Curve 1.00
Elements: 1
Stages: 2, 3, 6
Drive Ends: 2, 3
Use appropriate HP and pressure scales for the number of stages required.
NOTE: Pressure limits rated at 58 psi/stage (70 Duro.) Some models have additional limits. Please consult factory before making final selection.
RPM
NPSH Requjrtd - (Ft)
Miirimum
Motor HP
Drive End HP
Mutt be added to HP value from curve.
2STG
3 S T C
6STC
( M ) 2
(P)3
300
0.45
y. V* V3
¡322
.045
600
0.89
y«
v. V*
.044
.089
900
1.34
y> '/a
%
.066
.134
1200
1.78
V. y* %
.088
.179
Capacity TODurometer SSDurometer Data Based on Water @ SST Horsepower (£
^
1 2 0 -
1 0 0 -
8 0 -
6 0 -
4 0 -
2 0 -
2 St)
$ Q D z t n L l l l I !
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• i BE 3533 £ 133 B E jJJJJt 1 o IJ]]JnJj: l jJ] j j t jge 0 20
3 Stage o 30
6 Stage 0 60
• 1 ] 11 JÜIJ 9 9 1 • • J]
1 ] ] T ] j j B Mai
1]JT133S i 1JJX
ft-H+t+H-l-H Miff 1 1M m LLi Tl I t LB t ]JÍJ t i c m UJ Uc
it Jfl IT 1 —«•• • t - i l i ' i - r r iT I l i
THMLUIBW! ! • • • » - . . - - « • • « • • - - . • • • • • • • • • • . 1 M I
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n 11 H-H H ifmn+fm+m+H*
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j j j : j j j j ] j j j j j j j 1 J J J U 1 L
RiiiirnT iniiiTTnTmiiii 40 60 80 100 120
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llffljBBlJfflm]] mnj •20
•rrrn nTTT TTTTim nTrT •''3
J l l | | XLLLj-IJII | | l | i J J .07
140 160 180
60 90 120 150 180 210 240 270
120 180 240 300 360 420 480 540
f CO
.40
.3b
.20
.10
0
CD
.80
.60 1
.40
.20
0
Differential Pressure (PSI)*
*(PSI x 0.69 = BAR) (PSI x .070 = kgl/cm*) (USGPM x 227.1 = UHR) (HP x .746 = kW)
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Pagin
Elements: 1 Stages: 2, 3, 6 Drive Ends: 2, 3
HORSEPOWER MULTIPLIERS:
Pump horsepower from the reverse side can be broken into three components: drive end, rotor/stator, and hydraulic.
Temperature affects the rotor/stator HP component only. For applications involving temperatures above 70'F, it is necessary to adjust the rotor/stator HP component of the horsepower obtained from the reverse side (i.e., the greater of the water HP or Minimum Recommended HP). This new horsepower is referred to as the Temperature Corrected Horsepower.
Rotor/stator horsepower can be found from the curve on the previous page." It is the HP at zero pressure for the corresponding RPM and number of stages.
To calculate the Temperature Corrected Horsepower, subtract the rotor/stator HP from the greater of the water or minimum recommended HP. This gives you the drive end/hydraulic HP. Multiply the rotor/stator HP by the appropriate temperature multiplier listed below. Add this adjusted value to the drive end/hydraulic HP to get the total Temperature Corrected Horsepower.
(Degrees F = y«C + 32)
FLUID TEMPERATURE
HORSEPOWER MULTIPLIERS - Standard Size Rotor - Undersize Rotor
70'F
1.00 0.75
100°F
1.10 0.80
125°F
1.30 0.85
ISO-F
1.60 0.95
1750F
2.00 1.10
200°F
2.50 1.60
For applications involving temperatures greater than 200°F, consult the factory.
HORSEPOWER ADDITIVES:
Shown below are HP additives for both water base slurries and for viscous materials. To use these tables, first determine which table applies to your product and enter that table with the appropriate fluid characteristics. Determine the HP additive per 100 RPM and multiply it by the speed of your pump divided by 100. Add the resulting figure to the HP for water from the curve on the preceding page or to the minimum HP for starting from the table at the top of the preceding page, whichever is larger.
If your product is a combination of a slurry and a viscous material, determine the appropriate HP additives from both tables below and use whichever is greater.
TABLE (.WATER BASE SLURRIES:
HP ADDER/100 RPM
% Solids
10 30 50
Fine 16He.h
{.039")(<1mm)
Medium 16to9Meeh
(.039,to.07B")(1-2mm)
COMM 9 to 4 Mesh
(.078,to.185")(2inim) Mumber of Stages
2
.01
.02
.04
3
.01
.03
.05
6
.01
.04
.07
2
.02
.05
.09
3
.02
.07
.11
6
.03
.10
.17
2
.03
.11
.18
3
.04
.13
.22
6
.07
.21
.35
TABLE II. VISCOSITY (NEWTONIAN FLUIDS):
HP ADDER/100 RPM/STAGE VIscMlty-Centipoise
1 0
2,500
.001
5,000
.002
10,000
.003
50,000
.007 100,000
.010
150,000
.012
L J ^ ^ P H Tecnológico
( _ f l _ A ^ S Construcción
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i
Requerimientos mínimos para el manejo y almacenajes de los materiales
Las camisas se transportarán a la obra en recipientes cerrados o cubiertas con lonas impermeables para evitar
su contaminación con la suciedad o el polvo del camino. Para minimizar la distorsión y evitar su contaminación
del polvo o de basura solo deberán transportarse hasta que sea necesario de la bodega a la obra. Si se
esperan tiempos de almacenamiento de más de 30 días en la obra, deberán almacenarse en bodegas cerradas
y techadas.
Los agregados silíceos de la pasta epóxica deberán estar debidamente empacados y etiquetados con
indicaciones de SU origen y el número de lote del proveedor. Se les deberá almacenar de manera que se
pueda garantizar que están perfectamente secos cuando se les mezcle para elaborar la pasta epóxica.
Todos los componentes epóxicos líquidos que se empleen en el trabajo serán entregados en el lugar de la obra
en recipientes cerrados perfectamente sellados y etiquetados con información muy clara sobre:
a) Nombre del proveedor.
b) Designación del producto asignada por el proveedor y descripción del componente.
c) Número de lote del proveedor y fecha de caducidad.
d) Clasificación ANSI ( American National Standards Institute ) sobre peligrosidad del material y
precauciones para su manejo.
Los componentes epóxicos líquidos deberán almacenarse en un lugar cubierto y bien ventilado. La temperatura
ambiental de almacenamiento de los componentes líquidos no excederá en ningún momento de 49° C (120 0 F)
ni será menor de 4.5 0 C (40 0 F)
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Los recipientes que contengan los componentes epóxicos líquidos deberán permanecer siempre sellados ya
prueba de aire, desde que sean recibidos por el contratista hasta el momento que entren en el proceso de
proporcionamiento y mezclado.
Cuando se tengan que abrir los recipientes para fines de muestreo u otros propósitos y se conserven estos
recipientes parcialmente llenos, sus tapas deberán mantenerse fuertemente apretadas y cerradas para evitar su
contaminación por humedad u otras sustancias extrañas, una vez que se haya roto el sello de un recipiente su
contenido deberá ser empleado en un término máximo de 7 días o desechado en forma definitiva.
Todo el personal encargado del manejo y de la aplicación de la pasta epóxica o de sus componentes líquidos
deberá ser alertado sobre los requisitos de seguridad para el manejo de materiales epóxicos que deberá
proporcionar el proveedor. Con cada entrega de materiales epóxicos líquidos el proveedor deberá remitir una
Hoja de datos sobre seguridad de los materiales ( MSDS )
Aplicación
Antes de la aplicación del proceso de encapsulación, todas las superficies del pilote deberán limpiarse
completamente, eliminando todo crecimiento marino, grasa, lodo, herrumbre, concreto fracturado, micro
organismos y cualquier otro material dañino que pudiera coartar la adherencia adecuada entre la pasta epóxica
y el pilote.
Se recomienda que la limpieza de las paredes del pilote se lleve a cabo mediante chorro de arena (SandBlast) o
por medio de buzos provistos de esmeriles rotatorios motorizados, pero puede emplearse también cualquier
otro procedimiento que produzca la calidad de limpieza que satisfaga los requerimientos de adherencia que
demandan las especificaciones.
La limpieza de los pilotes deberá producir un acabado sobre toda el área del pilote que va a ser encapsulada,
que permita alcanzar una adherencia entre la pasta epóxica y la superficie del pilote.
Si el ambiente es propicio para el crecimiento marino activo, la limpieza de los pilotes se hará en dos etapas.
• La primera etapa consistirá en remover: el crecimiento marino, el aceite, la grasa, el herrumbre, el
concreto fracturado, etc. y deberá llevarse a cabo, no más de siete días antes de la encapsulación.
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• La segunda etapa consistirá en una preparación final de la superficie, removiendo de ella todas las
sustancias dañinas adheridas restantes, incluyendo toda clase de micro organismos; se llevará a cabo
no más de 48 horas antes de la Inyección de la pasta epóxica en el interior de la camisa.
1 Colocación de las camisas.
Únicamente se emplearán camisas que va tengan insertados los puertos de inyección.
Toda la superficie interior de cada camisa se someterá a la acción ligera de un chorro de arena para remover
los residuos que pudieran comprometer su adherencia con la pasta epóxica.
Los separadores fijos o en su caso los separadores ajustables deberán colocarse en la superficie interior de la
camisa de acuerdo con los diagramas de taller aprobados.
La colocación de la camisa y su posicionamiento en torno al pilote deberán ejecutarse de manera que se
asegure que no se dañen los separadores fijos o ajustables y que no se produzca ningún desplazamiento
inadecuado de las juntas mientras el adhesivo que las une esté en proceso de curado.
Tanto las juntas longitudinales como las transversales, si es que existen, se sellarán con la masilla epóxica
marina Que se describe anteriormente y se sujetarán con remaches o tornillos de acero inoxidables de 4.5 mm (
3/16"). El espaciamiento entre estos sujetadores no deberá ser mayor de 150 mm.
La camisa deberá ser soportada temporalmente por medio de flejes o cualquier otro sistema de sujeción para
asegurarse que no se moverá o distorsionará mientras se inyecta la pasta epóxica ni durante el proceso de
curado y que el espacio mínimo anular de 9 mm ( 3/8") entre el pilote y la camisa se mantendrá durante todo el
proceso de encapsulación.
Cada camisa será calafateada y sellada en su parte inferior para evitar la fuga por su base de la pasta epóxica
durante el proceso de inyectado.
El material para calafatear se introducirá y rellenará la parte acampanada del extremo inferior de la camisa,
sellándola con la pasta epóxica marina. Cualquier material que se emplee para sellar la base de la camisa
deberá estar contenida en la cavidad acampanada y no deberá permitírsele penetrar dentro de la camisa más
allá de esta cavidad.
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5»* • t«n*«#-
(Figura 36. Camisas de Fibra de Vidrio Instaladas en Pilotes)
iif. i i | p i | i | l f e ^ j p i i p i i j l i "••' WWIiliijjlil^l
(Figura 37. Camisas de Fibra de Vidrio Instaladas en Pilotes)
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Preparación de ia Pasta Epóxica APE Gout
El proporciónamiento y mezclado de la pasta epóxica se llevará a cabo con un equipo que cumpla las
especificaciones requeridas y deberá efectuarse en un área adecuada de trabajo dentro de la distancia de
alcance de las mangueras a los pilotes que se pretendan encapsular.
I El proporciónamiento del agregado silíceo y los componentes epóxicos líquidos deberá efectuarse con estricto
apego a las recomendaciones del proveedor, sobre todo en lo que se refiere al control de la temperatura. Si se
espera un descenso en la temperatura ambiental o del agua abajo de 21° C ( 70° F), el aprovisionamiento diario
de material de relleno para la pasta y de los componentes líquidos se deberá precalentar arriba de los 27° C (
80° F) pero nunca arriba de los 49° C (120° F ), antes de introducirlos en el equipo para manejar la pasta.
En ningún caso se permitirá el uso de una flama directa en contacto con el equipo o con los componentes
epóxicos.
Colocación de la Pasta Epóxica (Inyección ).
Antes de bombear la pasta epóxica, las tolvas para la pasta, las bombas y las mangueras se lubricarán
perfectamente con el lubricante aprobado por la SCT. Cualquier exceso de lubricante deberá expulsarse y
colectarse en los extremos de inyección de las mangueras, cuidando de no permitir que este producto se
introduzca al interior de las camisas.
La pasta epóxica premezclada con el agregado deberá bombearse mediante una manguera a través de los
puertos de inyección de la camisa.
Si se emplea el sistema de inyección plural, los componentes separados con su respectiva proporción de
agregados deberán bombearse a través de mangueras separadas hasta el dispositivo mezclador de donde los
componentes serán completamente mezclados y catalizados antes de inyectarlos a la camisa del pilote.
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*"
(Figura 38. Proceso de Inyección)
La inyección de la pasta deberá empezar en el puerto de inyección ubicado en la base de la camisa. Cuando la
pasta llegue al puerto que se encuentra inmediatamente arriba y si se ha determinado que el espacio entre la
superficie del pilote y la camisa se inyecte en su primera etapa hasta este puerto, se procederá a obturar el
puerto inferior y la inyección se reanudará a partir de este otro puerto.
Esta primera etapa de la inyección es con la finalidad de crear un sello con la misma pasta epóxica para que
después de su curado se proceda con la inyección total del pilote.
Este proceso se repetirá de puerto en puerto hasta que la pasta llegue al borde superior de la camisa.
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(Figura 39. Proceso de Inyección)
El proceso de inyección será continuo con breves interrupciones cuando se requiera cambiar el inyector de un
puerto a otro. Deberá controlarse la rapidez de la inyección a manera de impedir que el agua o el aire queden
atrapados en la masa de la pasta que se está inyectando.
El área máxima permisible de vacíos, en la masa de la pasta epóxica inyectada dentro de la camisa, no deberá
exceder de 0.01 m2 por cada m2 de área encapsulada. Cualquier vacío con un diámetro mayor de 5 cm deberá
ser reparado.
(Figura 40. Proceso de Inyección Submarina en Pilotes)
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Acabado Final e Inspección de la Encapsulación Completa.
Una vez que el proceso de inyección de la pasta haya sido terminado, y la pasta haya curado suficientemente,
se removerá el flejado y/o cualquier otro sistema de contención temporal que se haya empleado para impedir la
deformación o distorsión de la camisa por efecto de la presión de la pasta inyectada.
La adherencia deberá ser verificada por el método modificado de ensaye del Elcómetro, la adherencia mínima a
los 7 días de curada la pasta será de 6.4 Kg/cm2 ( 90 psi).
* % '
7h
f ' %
(Figura 41. Prueba de adherencia por medio del Elcómetro)
(Figura 42. Muestra realizada con el Elcómetro)
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A la pasta epóxica expuesta de cada encapsulación, en el extremo superior de las camisas, deberá dársele un
acabado con la masilla epóxica marina.
(Figura 43. Pilotes Encapsulados por Medio de APE Grout)
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(Figura 44. Pilotes Encapsulados por Medio de APE Grout)
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(Figura 45. Pilotes Encapsulados por Medio de APE Grout)
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(Figura 46. Pilotes Encapsulados por Medio de APE Grout)
(Figura 47. Pilotes Encapsulados por Medio de APE Grout)
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Pagina 80
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(Figura 48. Pilotes Encapsulados por Medio de APE Grout)
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Pagina 81
Diagramas de
Instalación
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Colocados en ambo» todos dM empatme tonjttiMiin»!
HVWOCOTE 30M ADHESIVO SELLADOR
DETALLE DEL EMPALME
P a g i n
EMPALME LOMGITUOIMAL
Separ adore* colocado» en intervalos de 18" a lo largo de la camisa
PIJiRroOEltIVECCIOM
LftCAUZAaOH M MPAUiES L<MN3ITUMMALES
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Pagina 84
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&^ f r f c» interior de la camisa
i&e d# polímero adherida al interior <¡e la camisa
Perfoffltfo y enrasado 1/2" DETALLE BE INYECCIÓN
DETALLE SEPARADOR FIJO
Superffeie fnierior d# la canfea Sypertcte Interior de la
a premoldeada.
Coneclor roscado piásiieo de 1" para APE pie grout, 2" para otros grouts
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Pilote
Acabado Final con Hydr ocote
DETALLE ATT<»»OFJW3iaí1
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Camisa * Frlbra m VMrto i Espesor rntafcno 3 l 1 f l
pg^ALLE sello interior
Camisa de Fribra de Vicírio
«ieWírio
Sello inferior wnHpárocots
TOffiTOOE WVECaÓN
WEmmá Endurecido
cTALLc Puerto de Inyección permanente
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Especificaciones ASTM del Sistema de A P E Grout.
ASTM C 307-83: Tensile strength of Chemical-Resistant Mortars, Grouts, and Monolithic Surfacings.
ASTM C 413-83: Absortion of Chemical-Resistant Mortars, Grouts and Monolithic Surfacings.
I ASTM C 531-85: Linear Shrinkage and Coefficient of Thermal Expansion of Chemical-Resistant Mortars, Grouts,
and Monolithic Surfacings.
ASTM C 579-82: compressive Strength of Chemical-Resistant Mortars, Grouts and Monolithic Surfacings.
ASTM C 882-91: Bond Strength of Epoxy-Resin systems Used With Concrete By Slant Shear.
ASTM D 256-88: Impact Resistance of Plastics and Electricallnsulating Materials.
ASTM D 570-81: Water Absortion of Plastics.
ASTM D 638-89: Tensile Properties of Plastics.
ASTM D 2583-87: Identation Hardness of Rigid Plastics
ASTM G 23-89: Operating Light-Exposure Apparatus (Carbon- Arc Type With and Without Water for Exposure of
Nonmetallic Materials.
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CAPITULO VI
V a r i l l a s de R e f u e r z o
R e c u b i e r t a s
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Reglamento de Construcción ACI para varillas de refuerzo.
El Reglamento de Construcciones de Concreto ACI vigente requiere que el acero de refuerzo en lingote este
conforme a la especificación ASTM A 615
Las varillas de refuerzo de acero de rieles deben satisfacer al A615 incluyendo en requerimiento suplementario.
Como se indica en la tabla de requerimientos fabricante, el requerimiento suplementario requiere de doblado
más restrictivas. Si también requiere que las varillas de refuerzo A 616 que satisfagan los requerimientos
suplementarios se debe de tener la marca de identificación de tipo de acero "R" además del símbolo de acero
de rieles.
El reglamento ACI no tiene requerimientos especiales para varillas de refuerzo de acero de ejes (A 617) y de
baja aleación (A 706) ni pone excepciones a las normas ASTM para estos dos tipos de varillas.
REQUERIMIENTOS MECÁNICOS PARA VARILLAS DE REFUERZO CORRUGADAS ESTÁNDAR DE LA ASTM
Tipo de acero y número de
norma ASTM
Acero de lingote A615
Acero de rieles A617
Acero de ejes A617
Acero de baja aleación A 706
Rango: varillas número
3-6
3-11, 14,18
3-11
3-11
3-11
3-11
3-11 14,18
Grado1
40
60
50
60
40
60
60
Resistencia en tensión lb/pulg.2 mínima (kg/cm2)
70,000 (4,920)
90,000 (6,325)
80,000 (5,625)
90,000 (6,325)
70,000 (4,920)
90,000 (6,325)
80,0006
(5,625)
Resistencia Ib/pulg.2
mínima 2
(kg/cm2)
40,000 (2,812)
60,000 (4,220)
50,000 (3,515)
60,000 (4,220)
40,000 (2,812)
60,000 (4,220)
60,0005
(4,220)
Porcentaje mínimo de elongación en 8 "
#3 11 #4, #5, #6 12
#3, #4, #5, #6 9 #7, #8 8 #9, #10, #11, #14,
#18 7
#3, #7 6 #4, #5, #6 7 #8, #9, #10. #11 5
#3, #4, #5, #6 6 #7 5 #8, #9, #10, #11 . . . .4.1/2
#3, #7 . 11 #4, #5, #6 12 #8 10 #9 9 #10 8 #11 7
#3, #4, #5, #6, #7 8. #8, #9, #10, #11 7
#3, #4, #5, #6 14 #7, #8, #9, #10, #11 . . 12 #14, #18 10
Prueba de doblado en frío3. Diámetro del pivote
(d= diámetro nominal de la muestra)
# 3 , # 4 , # 5 . . . . 31/2d #6 5d
#3, # 4, # 5 . . . . 3 1/2d #6, # 7, # 8 5d #7, #8 6d # 9 , #10, #11 7d #14, #18, (90°) 9d
Tamaño #8 y menores . 6d #9, #10 8d #11 SdOO0)
Tamaño #8 y menores . 6d #9, #10 8d #11 SdOO0)
#3 , # 4 , # 5 . . . . 3 1/2d #6a#11 5d
# 3 , # 4 , # 5 3 1/2d #6, #7, #8 5d #9, #10r#11 7d
# 3 , #4 , # 5 3d #6, #7, #8 4d #9. #10, #11 6d #14, #18 8d
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Varillas de Refuerzo Recubiertas.
Hay varios tipos de sistemas anticorrosivos para estructuras de concreto reforzado. Un método directo para
prevenir la oxidación de las varillas, incluso si cloruros penetra en el concreto, es recubrir las varillas con un
protector adecuado. Este revestimiento puede ser un material no metálico como una resina epóxica o un
material metálico como el zinc (galvanizado).
El reglamento para construcción ACI reconoce el uso de varillas recubiertas como un sistema de protección
contra la corrosión. El reglamento requiere que las varillas recubiertas con epóxico se adecúen a la norma
ASTM A775. Las varillas que serán recubiertas con zinc ( Galvanizadas) deben adecuarse a la norma ASTM A
767. Las Varillas recubiertas con epóxicos o zinc deben de satisfacer las requerimientos del reglamento para
varillas no recubiertas.
La norma ASTM A 775 para varillas recubiertas con epóxico incluyen:
• Requerimientos para las resinas a utilizar.
• Preparación de la superficie de las varillas antes de recubrirlas.
• Métodos de aplicación del material de recubrimiento.
• Limites de espesor de la capa de recubrimiento.
• Pruebas de aceptación para asegurar que el recubrimiento se aplico correctamente.
Las varillas pueden procesarse antes o después de aplicar el epóxico. El recubrimiento puede dañarse
ligeramente durante el manejo y fabricación de las varillas. Las áreas dañadas tienen que ser reparadas o
retocadas con materiales adecuados, si es que exceden los limites señalados en la norma ASTM A 775
Similarmente para las varillas recubiertas de zinc incluyen
• Requerimientos para el material de recubrimiento.
• Proceso de galvanizado
• Tipo y peso del recubrimiento
• Acabado y adherencia del recubrimiento.
Las varillas de refuerzo generalmente se galvanizan después de su fabricación. La norma ASTM A 767
prescribe diámetros mínimos de dobleces en varillas que se procesan antes de galvanizarse.
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Se permiten diámetros de dobleces menores si las varillas son de acero relajado, Por lo tanto cuando las
varillas se galvanizan después de fabricarse, el ingeniero responsable de obra debe especificar cuales varillas
requieren de un doblado especial ( generalmente las varillas de menor tamaño usadas para estribos y anillos )
La norma ASTM A 767 tiene dos clases de pesos para el recubrimiento de zinc. La clase I ( 3.5 oz. / pie2) es la
especificada para construcción en general.
Hay tres requerimientos suplementarios en la norma ASTM A 767:
• S1: Requiere que los extremos de varilla cortada estén recubiertos con una formula a base de zinc.
• S2: Cuando las varillas se procesan después del galvanizado, el recubrimiento dañado se debe de
reparar con una formula a base de zinc.
• S3: Cuando las varillas están fabricadas de acuerdo con la norma ASTM A 615 se requiere de un
análisis de silicon para cada horneada de acero
Se recomienda que los requerimientos suplementarios S1 y S2 se especifiquen cuando el procesamiento
después de galvanizar incluya cortes y dobleces. El requerimiento suplementario S2 debe de especificarse
cuando el procesamiento después de galvanizar incluya solo doblado.
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CONCLUSIONES
A lo largo de este trabajo se puedo entender mas afondo el proceso de corrosión y los daños que este
fenómeno ocasiona en las estructuras de concreto reforzado, así como alguno de los sistemas que se
* están utilizando actualmente para prevenir y corregir este problema.
Aquí se estudiaron tres tipo de sistemas los cuales fueron usados en la rehabilitación del Puente La
Unidad que une Ciudad del Carmen con Isla Aguada, este puente como se menciono anteriormente esta
formado por una serie de caballetes apoyados por 14 pilotes cada uno y consta de una longitud de 3,222
metros.
Los sistemas usados fueron los siguientes:
• Protección Catódica por medio de Ánodos de Sacrificio.
• Metalizado de Zinc.
• Encapsulamiento Avanzado en Pilotes A P E Grout.
Estos tres sistemas son altamente eficientes cuando se usan apropiadamente, es decir, que sean
empleados con la finalidad que cada sistema tiene.
La protección catódica por ánodos de sacrificio es un sistema correctivo y no preventivo como en este
caso la Secretaria de Comunicaciones y Transportes lo tenia contemplado, este sistema se aplico
únicamente en el caballete 35, irónicamente los pilotes que integran este caballete se encontraban en
prefecto estado y no era necesario la instalación de ánodos, ya que se usan para reparaciones en
concreto afectado por corrosión y evitar el fenómeno Ring Anode.
Es muy importante tener en cuanta que este sistema de protección catódica es un sistema correctivo.
En el caso del metalizado de Zinc se obtiene una protección catódica mas alta ya que se recubren en su
totalidad las superficies donde se aplique, a pesar de la efectividad de este sistema se ve un resultado no
esperado ya que la capa de Zinc que se aplico en los pilotes del caballete 20 no cubre la zona
atmosférica de cada pilotes, la cual es la zona mas expuesta a los agentes que forman la corrosión.
Este tipo de sistema de metalizado hubiese tenido los mejores resultados si se hubiera instalado en los
pilotes antes de ser hincados y fijados, ya que se pudiera haber cubierto la zona atmosférica, además de
que la capa protectora de zinc evita la incrustación de micro organismos que debilitan el concreto.
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El sistema A P E Grout resulto ser el mas adecuado en cuanto a la protección de la zona atmosférica de
los pilotes, pero la desventaja que se tiene en la utilización de este método en puente La Unidad es que
el acero y el concreto de los pilotes se encuentran en un estado de muy alto deterioro y como analizamos
anteriormente, una vez accionada la reacción entre las zonas catódicas y anódicas en el acero es muy
difícil detener este proceso con una protección exterior como los que brinda el A P E Grout, realmente se
debe de atacar el problema desde el interior de los pilotes.
Otra deficiencia que se tuvo en la aplicación de este sistema "preventivo" fue la colocación de la camisas,
las cuales no fueron instaladas en la zona atmosférica, las camisas tienen una longitud de 3 metros pero
se colocaron de tal manera que la camisa solamente cubre 75 cm por debajo del nivel del mar. Cuando
correctamente debería de cubrir 1.5 metros por debajo del nivel de agua y 1.5 metros por arriba de este.
Un problema sumamente importante que se tuvo en la inyección de la resina epóxica fue la alta
temperatura del ambiente, este tipo de resinas son sumamente delicadas a cambios de temperatura al
momento de su mezclado, una variación de 2o C en su requerimiento de temperatura ocasiona que no
exista gelación en la mezcla y no se obtenga la resistencia esperada. Este tipo de prueba se conoce
como Pot Life Test, la cual determina la vida útil de la mezcla a determinadas temperaturas.
Es muy importante que el ingeniero conozca a fondo estos nuevos tipos de tecnología para que pueda
tener un panorama mas amplio en la selección del sistema que requieran las estructuras, así como tener
en cuenta las especificaciones y requerimiento para su correcta instalación y un futuro monitoreo,
además de reconocer que tipo de problema presenten las estructuras y elegir entre un sistema correctivo
y/o preventivo.
La mejor recomendación que se puede dar al ingeniero proyectista de la de prevenir el fenómeno de
corrosión por medio de materiales alterno y sistemas de protección en el acero y concreto al momento de
su elaboración e instalación. Este tipo de materiales van a generar un costo mayor en las obras futuras
que se realicen, pero es un cotos adicional que se va a ver reflejado con el tiempo en estructuras sanas
que no necesiten de reparaciones muy costosas. Siempre y cuando se procure en de dar mantenimientos
preventivos programados durante el tiempo de vida útil de las estructuras para evitar reparaciones
correctivas.
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BIBLIOGRAFÍAS
Master Builders Technologies Información Técnica de Patente A P E Pile Grout
Manual of Standard Practice Concrete Reinforcing Steel Institute
Corrosión En Estructuras de Concreto Armado. Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C.
International Metalizing Corporation Información Técnica del Metalizado de Zinc.
Vector Corrotion Technologies Inc Galvanic Anodes for Repair of Concrete
Concrete Innovations Appraisal Service ( CIAS ) Reports on Innovative Concrete Techonologies 1998
