Propuesta de conservación de puentes de viga-losa de hormigón hidráulico. Pedraplén Caibarién (página 2)

Se concluye que independientemente de los errores de ejecución, estos elementos estaban avocados a presentar serios problemas de durabilidad desde su concepción en la etapa de proyecto. Estos errores de ejecución desencadenaron el deterioro prematuro de los puentes en diversas magnitudes, de ahí que en el trabajo se pretende ir un poco más allá de las causas que han sido señaladas antes por muchos especialistas.

1.10 Técnicas empleadas para la reparación de vigas y cabezales en los puentes del Pedraplén Caibarién-Cayo Santa María.

Las técnicas de reparación empleadas responden al proyecto de reparación elaborado por la EMPROY VC, estas consisten en:

• Descarnar o eliminar el hormigón que rodea el acero de refuerzo inferior de la viga.

Se elimina todo el hormigón que rodea el acero de refuerzo de la parte inferior de las vigas hasta una profundidad de 7.0 cm y hasta ? del peralto de la viga en forma de herradura dejando al descubierto todo el acero. Este trabajo se realiza con Ship hammer. Es importante señalar que no se pueden demoler tramos mayores de un metro en una viga, ni tramos alineados en el sentido transversal del puente en vigas diferentes de la misma luz.

• Limpieza del acero de refuerzo.

La limpieza del acero de refuerzo se realiza con arena sílice y agua potable a presión, eliminando en la medida de lo posible el óxido en las barras de acero.

• Refuerzo de aceros con pérdida de sección

Para los casos en que se observen los aceros de la armadura con pérdida de sección se indicó el empalme de barras de acero nuevas en el área afectada que permitan suplir el déficit por la pérdida de sección. Estas barras serán empalmadas con alambre a la longitud de solape especificada según el diámetro de la barra afectada.

• Aplicación de inhibidor de corrosión

Previa a la aplicación del inhibidor de corrosión se realiza el fregado del acero con agua para eliminar el salitre que se haya impregnado posterior a la limpieza y se deja secar según los requisitos de aplicación del producto. Una vez seco el acero se aplica el inhibidor de corrosión con brocha.

• Restitución de la sección con mortero colable.

Para este trabajo se ejecutaron moldes de acero buscando mayor estanqueidad, calidad y economía. A los moldes se les aplica un desencofrante y se colocan con puntales de madera, posteriormente se elabora el mortero y se coloca.

• Desencofrado

Se retira el encofrado y se limpia, dejándolo en óptimas condiciones para ser utilizado posteriormente.

• Descarnar o eliminar el hormigón que rodea el acero de refuerzo de media sección de la viga y superior en caso de ser necesario.

Se elimina todo el hormigón que rodea el acero de refuerzo desde ? del peralto de la viga hacia arriba hasta la losa tablero, a una profundidad de 7.0 cm, dejando al descubierto todo el acero. Este trabajo se realiza con Shipping Hammer. En los tramos de viga dónde el acero se observa en buen estado se detienen las acciones de demolición. Se tienen en cuenta las mismas restricciones relacionadas con las demoliciones expuestas anteriormente.

• Limpieza del acero de refuerzo.

Se realiza la limpieza del acero según se explicó anteriormente.

• Aplicación de inhibidor de corrosión

Se aplica el inhibidor de corrosión según se explicó anteriormente.

• Restitución de la sección con mortero tixotrópico

La forma de aplicación de este mortero es semejante a la de un resano con mortero de cemento Portland, previo a su colocación se aplica un puente de adherencia para garantizar una adecuada unión entre los dos materiales.

• Aplicación de impermeabilizante

Terminadas todas las acciones de reparación se aplica el impermeabilizante, este producto se puede aplicar como una lechada o como un repello fino con llana, la forma de aplicación seleccionada fue la última, con espesores de capa inferiores a 1.0 mm según las especificaciones del fabricante.

La secuencia de trabajos expuesta es la que se ha utilizado para la reparación de vigas en todos los puentes intervenidos hasta la fecha, todos los productos utilizados en la reparación corresponden a la firma MAPEI a excepción del puente No.3 (primero en ser reparado) que se reparó con productos similares pero de la firma DRIZORO.

En la reparación de vigas se consideró para los casos en que aparecieran vigas con cables ALE partidos la sustitución de estos elementos por vigas de hormigón armadas diseñadas especialmente para estos casos. Las nuevas vigas mantienen la misma sección que las del proyecto inicial lo que permite se puedan cambiar en una luz una o varias vigas sin necesidad de demoler todo el tablero, de lo contrario en las luces que hubiera sólo una viga con cables ALE partidos habría que sustituir todos los elementos (vigas) de la luz por incompatibles las vigas del proyecto inicial con el de las vigas sección "T" postensadas.

1.11 Técnicas empleadas para la reparación de pilotes en los puentes del Pedraplén Caibarién-Cayo Santa María.

En el proyecto de reparación de los puentes del Pedraplén Caibarién-Cayo Santa María se planificó realizar la reparación de pilotes aplicando técnicas similares a las de la reparación de vigas y cabezales, las diferencias fundamentales versan alrededor de las dosificaciones y algunas soluciones que se dieron para evitar el acceso del agua de mar a la zona a reparar, para realizar los trabajos de reparación a estos elementos se diseñó una falsa obra (o plataforma de trabajo) que forma un cubo estanco y permite extraer el agua de mar que rodea al elemento a reparar y facilita de esta forma los trabajos de reparación.

En el proyecto de reparación se concibió con un incremento de la sección de los pilotes de 8 cm por cada cara aproximadamente y prohíbe hacer demoliciones a pilotes sucesivos, por ello sólo se pueden reparar la mitad de los pilotes de un eje; alternando los pilotes, y terminados estos entonces se procede a la reparación de los restantes.

La secuencia de actividades aplicada se describe a continuación:

• Montaje de falsa obra (o plataforma de trabajo).

La falsa obra es una estructura metálica que abraza el pilote y no permite que penetre el agua de mar a su interior una vez extraída, este elemento se coloca a 15 cm sobre el nivel del mar en marea baja y juega un papel fundamental por tener dos funciones de importancia: sirve como plataforma de trabajo y permite realizar todos los trabajos en seco, de allí que se puedan aplicar las mismas técnicas de reparación que en vigas y cabezales.

A continuación se muestra un esquema muy sencillo de la falsa obra mencionada.

Figura 1 Esquema de plataforma de trabajo para reparación de pilotes

• Extracción de agua de mar con bomba.

El objeto de esta actividad es extraer toda el agua de mar del interior de la plataforma de trabajo; con esto se realizan los trabajos de reparación en seco, lo que facilita en gran medida la reparación y permite mayor garantía y calidad.

• Descarnar o eliminar el hormigón que rodea el acero de refuerzo.

Se elimina todo el hormigón que rodea el acero de refuerzo dejando al descubierto todo el acero. Este trabajo se realiza con Shipping Hammer. En los tramos de pilote dónde el acero se observa en buen estado se detienen las acciones de demolición. Las demoliciones se deben hacer hasta una longitud de pilote de 0.80 m para garantizar el agarre del encofrado metálico.

• Limpieza del acero de refuerzo.

La limpieza del acero de refuerzo se realiza con arena sílice y agua potable a presión, eliminando en la medida de lo posible el óxido en las barras de acero.

• Refuerzo de aceros en armaduras con pérdida de sección

Para los casos en que se observen los aceros de la armadura con pérdida de sección se indicó el empalme de barras de acero nuevas en el área afectada que permitan suplir el déficit por la pérdida de sección. Estas barras serán empalmadas con alambre a la longitud de solape especificada según el diámetro de la barra afectada.

• Aplicación de inhibidor de corrosión

Previa a la aplicación del inhibidor de corrosión se realiza el fregado del acero con agua para eliminar el salitre que se haya impregnado posterior a la limpieza y se deja secar según los requisitos de aplicación del producto. Una vez seco el acero se aplica el inhibidor de corrosión con brocha.

• Colocación de malla.

Según proyecto de reparación se colocará una malla alrededor de la armadura de acero del pilote en cada tramo reparado.

• Encofrado del pilote.

Para realizar esta actividad se diseñaron encofrados mecánicos con juntas de goma que garantizan la estanqueidad, los encofrados se diseñaron de un metro de longitud para evitar un peso excesivo que dificulte mucho su utilización.

• Restitución de la sección con mortero colable

Para el caso de los pilotes el mortero colable se utiliza mezclado con granito y arena artificial, con una dosificación recomendada por la EMPROY Villa Clara.

• Desencofrado

Se retira el encofrado y se limpia, dejándolo en óptimas condiciones para ser utilizado posteriormente.

Este proceso se repite hasta que se haya reparado el pilote íntegramente.

• Aplicación de impermeabilizante

Terminadas todas las acciones de reparación en un pilote se aplica el impermeabilizante, este producto se puede aplicar como una lechada o como un repello fino con llana, la forma de aplicación seleccionada fue la última, con espesores de capa inferiores a 1.0 mm según las especificaciones del fabricante.

• Desmonte de falsa obra o plataforma de trabajo

1.12 Conclusiones parciales.

Como resultado de los análisis y estudios realizados para realizar este capítulo se puede concluir que:

• La política de reparación de los puentes del Pedraplén Caibarién – Cayo Santa María ha padecido la aplicación de diferentes metodologías no siempre acertadas y comprobadas en la práctica de los trabajos acometidos.

• En las diferentes fases o etapas de los puentes del Pedraplén Caibarién – Cayo Santa María se experimentaron fallas de (proyecto, ejecución y explotación), que incidieron negativamente en el deterioro prematuro de los mismos y su inmediata reparación.

Capítulo II:

Valoración de proyectos de reparación de puentes del Pedraplén Caibarién- Cayo Santa María

Propuestas de reparación para puentes viga-losa de hormigón hidráulico sometidos a ambientes marinos agresivos

2.1 Políticas de reparación empleada en los puentes del Pedraplén Caibarién-Cayo Santa María.

Para la reparación de los puentes del Pedraplén Caibarién-Cayo Santa María se adoptó como política general, realizar la sustitución de toda la súper estructura en las luces de puentes que presenten varias vigas en mal estado. Esta decisión se justifica en que el proyecto de reparación no considera ninguna solución para las vigas que presentan cables ALE partidos y que para estos casos ofrece mayor garantía de durabilidad un elemento nuevo fabricado adecuadamente que uno reparado.

Por otra parte para las luces de puentes cuyos elementos vigas no estén muy deteriorados se acepta la reparación de vigas y cabezales y se sustituye solamente el tablero, bordillos y barandas. En caso de aparecer alguna viga con cables ALE partidos durante el proceso de reparación; ésta es sustituida por una viga de hormigón armado y se continúa con la reparación de las restantes.

En el 2010 se adoptó como estrategia de trabajo realizar estudios diagnóstico a los puentes previo a su reparación, de esta forma se podría definir con mayor exactitud en qué casos sería preciso repara y en cuales sustituir, esta decisión posibilitó la realización de proyectos de reparación específicos para cada puente; contrario a los primeros puentes reparados que contaron con un proyecto de reparación general, tomándose las decisiones sobre la marcha.

2.2 Valoración de técnicas de reparación empleadas en los puentes del Pedraplén Caibarién-Cayo Santa María.

El proyecto de reparación de puentes del Pedraplén Caibarién-Cayo Santa María en sus inicios presentó dos inconvenientes fundamentales que unidos a la necesidad de intervenciones inmediatas debido al pésimo estado técnico que presentaban algunos puentes provocaron la falta de efectividad de las reparaciones, trayendo consigo gastos innecesarios y pérdida de tiempo; estos inconvenientes fueron: dificultades para realizar correctamente la limpieza del acero y que no presentaba solución para las vigas con cables ALE partidos:

• Deficiente limpieza del acero

A pesar de los esfuerzos realizados para ejecutar un trabajo de calidad y duradero, resultó prácticamente imposible lograr una limpieza total de los aceros de refuerzo de los elementos reparados, debido a que sólo se pueden demoler hasta 7.0 cm de profundidad por cada cara del elemento, lo que dificulta mucho la limpieza adecuada del acero en su parte interior. Este inconveniente, unido a que el acero ALE resulta prácticamente imposible de limpiar por encontrarse dentro de los conductos provocó que apenas a un año de reparado el puente No. 3 se comenzaran a observar grietas longitudinales en la parte inferior de las vigas reparadas; síntoma evidente de que se estaba manifestando nuevamente la corrosión en estos elementos.

• Cables de Alto Límite Elástico (ALE) partidos

La carencia de soluciones establecidas en el proyecto de reparación para estos casos provocó que en los puentes reparados antes del 2010 quedan hoy vigas cuyos aceros ALE están partidos, por lo que resulta dudosa la capacidad portante de las mismas y el tiempo de vida útil antes de colapsar totalmente, además en caso de dar proyecto una solución a este problema los costos de reparación se dispararía y se afectaría la secuencia de reparación porque habría que volver atrás a demoler lo que ya estaba hecho, sin contar que pueden no estar debidamente localizados los lugares donde están partido los cables e incluso elementos con cables partidos que hayan quedado ya en el olvido; lo que sería aún más grave.

Estos dos aspectos no considerados en el proyecto de reparación permiten concluir que la propuesta de reparación de los puentes del Pedraplén Caibarién-Cayo Santa María no garantiza el éxito de las reparaciones y por lo tanto no es aceptable; es obligatorio resolver estos dos problemas fundamentales sin los cuales no habrá una solución satisfactoria para la reparación de dichos puentes. Por estas causas se hizo necesario adoptar como política general la sustitución de vigas con cables ALE partidos y la sustitución de toda la súper estructura de los puentes en aras de garantizar mayor durabilidad a estas obras.

2.3 Utilización de nuevos productos para reparación de puentes del Pedraplén Caibarién-Cayo Santa María.

Se considera que la solución de reparación utilizando morteros especiales novedosos es acertada, estos productos poseen propiedades que se ajustan muy bien a las condiciones de trabajo y al medio ambiente prevaleciente en la reparación de puentes; facilitando la ejecución y mejorando la calidad de las reparaciones, específicamente las ventajas de aplicación de estos productos son:

• El lograr una buena resistencia a la flexión (el mortero colable 5,5 N/mm² en el primer día y de 10 N/mm² a los 28 días y el mortero tixotrópico de 4 N/mm² en el primer día a 8 N/mm² a los 28 días) y reducida tendencia a la fisuración.

• Elevada resistencia a compresión (el mortero colable 75 N/mm² a los 28 días y el mortero tixotrópico de 60 N/mm² a los 28 días).

• Elevadas resistencias a compresión a corta edad (el mortero colable 35 N/mm² en el primer día y el mortero tixotrópico de 20 N/mm² en el primer día).

• Elevados módulos de elasticidad (el mortero colable 27000 N/mm² y el mortero tixotrópico 27000 N/mm²).

• Buena compatibilidad y adherencia con hormigones envejecidos.

• Buena resistencia a sulfatos.

• Presenta una textura suave que hace muy fácil y rápida su aplicación con mejores acabados.

• Fraguado rápido.

• Buena densidad e impermeabilidad (el mortero tixotrópico posee una permeabilidad al agua menor de 5 mm y una absorción capilar menor de 0.25 kg/m²).

• Reducida retracción.

Los valores y propiedades que se muestran corresponden a los productos de la firma MAPEI, aunque en la mayoría de los casos no difieren considerablemente de productos similares, independientemente de la firma que los produzca.

2.4 Análisis de alternativas de reparación o sustitución de una luz de puente del Pedraplén Caibarién-Cayo Santa María.

El 25 de marzo de 2010 se realiza por la EMPROY Villa Clara una Asistencia Técnica donde el Ing. Alfredo P. Moreno Mendoza, especialista a cargo de la reparación de los puentes del Pedraplén Caibarién-Cayo Santa María por la parte proyectista realiza una valoración acerca de la factibilidad de la reparación para una luz de puente.

2.4.1 Análisis técnico-económico de alternativas de reparación o sustitución de vigas de puentes.

Según datos suministrados por el Centro Provincial de Vialidad de Villa Clara y chequeos realizados a obra, se conoce que en el puente No. 3, se empleó un monto de alrededor de $150 000.00 para la rehabilitación de la superestructura de una luz y el puente está formado por 5 luces para una longitud total de 100.00 m.

Ante la situación real de no disponer en la provincia de la tecnología de pretensado requerida para producir vigas de 20.00 m y ser necesario desarrollar acciones correctivas, se comenzó la rehabilitación empleando productos restauradores de importación. No se conocía con exactitud cuántas y cuáles vigas podían tener cables partidos, de ahí que algunas fueran tratadas con productos restauradores teniendo daños severos, aspecto que fue posteriormente suspendido a partir de una inspección técnica a obra por considerarlo una práctica incorrecta. En este puente se gastó por luz ese valor y la situación real es que presenta diez vigas con cables ALE partidos, distribuidas de la siguiente forma:

1ra luz, vigas No. 3, 4 y 11

2da luz, viga No. 8

3ra luz, vigas No. 1, 3, 7, 8, 11

5ta luz, viga No. 9

Su evaluación técnica después de un año de rehabilitado permite argumentar los siguientes razonamientos:

• Se pueden apreciar grietas en cierto número de vigas que no tenían cables partidos, lo que demuestra que el fenómeno de la corrosión de los aceros de refuerzo continúa, es decir, la efectividad de la reparación es dudosa.

• No se han podido retirar las diez vigas con cables partidos, extraer éstas representa volver a demoler el pavimento, la losa del tablero fundida in situ, sacar las losas prefabricadas, y aún más, las complicaciones que ello genera al tránsito vehicular.

• Otros elementos como muretes, barandas, losa de paseos, soporte de tuberías y pilotes que no se rehabilitaron continúan su proceso de deterioro.

• Los taludes de los aproches, una de las principales causas de los deterioros, no pudieron rectificarse de forma eficaz.

Si se realiza una valoración más profunda se puede decir que la rehabilitación actual no totalmente efectiva, por las siguientes causas:

• Deficiente trabajo de limpieza de los elementos dañados, por ser casi imposible limpiar el interior de los conductos de los cables postensados.

• Muy difícil poder aplicar los productos con el rigor exigido por el fabricante ante un medio constantemente húmedo y con salpicaduras (spray marino), al estar los elementos muy próximos al nivel medio del mar (n.m.m)

• Los productos no contaron con los ensayos en obra que certificaran correctamente su calidad, la que puede variar por múltiples factores externos.

• No existe experiencia en este tipo de intervención.

• Otros posibles factores.

Si ello es cierto y el número de obras a rehabilitar es significativo se impone que se analice si es correcto o no rehabilitar de la forma actual dichos puentes o sustituir toda su superestructura, teniendo en cuenta que la cimentación empleada mediante pilotes, se consideró para que trabajara con esfuerzos pequeños igual que en los cabezales, los cuales deben asimilar mejor una rehabilitación que la superestructura, puesto que se puede incrementar su sección si fuera necesario y darle mayor área de protección a su refuerzo principal.

A continuación se exponen los valores de estas variantes para luz de 20.00 m.

Rehabilitación de la superestructura————————$150 000.00 con productos restauradores

Estudio Diagnóstico de la ENIA————————–$30 000.00 valor de la luz central Puente No. 3

Sustitución de la superestructura por (Vigas ¨T¨ postensadas de 20.00 m)———————————-

$153 460.00 (según PRECONS II)

Sustitución de la superestructura por (Vigas rectangular de hormigón armado de 20.00 m)——-$130 000.00 PRECONS II

La variante de vigas de hormigón armado y sección rectangular es la más económica, pero desde el punto de vista técnico se considera las vigas ¨T¨ postensadas como la solución más adecuada.

También hay que evaluar que la rehabilitación, si funciona correctamente tomando como referencia la garantía de los productos que suministran los fabricantes, alcanza los 10 años cuando son correctamente aplicados. Esta garantía, para este medio, hace suponer que se reduce. Sin embargo, nuevos elementos de hormigón postensados o armados cumpliendo las nuevas especificaciones de la NC 250: 2005, supone una vida útil que debe sobrepasar varias veces esos plazos.

Conclusiones parciales sobre el análisis técnico-económico de la alternativa de reparación o sustitución de una luz de puente.

• Se considera que desde el punto de vista técnico–económico es muy aconsejable realizar la sustitución de todos los elementos de la superestructura de los puentes.

• No se puede generalizar que las rehabilitaciones no cumplan, pero es seguro que su tiempo de vida útil es mucho más corta y finalmente, habrá que asumir la sustitución.

• El proceso de rehabilitar algunos elementos y después volver a la obra para terminarla sacando vigas o reparando otros elementos, no es lo más acertado, puesto que después se crean muchas complicaciones con la explotación de la vía y los costos ascienden mucho más, mientras la garantía técnica es dudosa.

• Retirando la superestructura se puede reparar los taludes de aproches, con mayor facilidad, y efectividad al poder utilizar los equipos adecuados, aspecto que en la actualidad dificulta este trabajo al tener que desarrollarlo manualmente. Está demostrado que este aspecto constituye una de las primeras causas del deterioro de las vigas y losa del tablero.

• Existen puentes cuya afectación es mucho menor; si se actúa sobre éstos con los productos restauradores o de conservación, los resultados pueden ser más eficientes y aprovecharse mejor las funciones que dicen garantizar.

• Este tema requiere de una Comisión Ministerial de análisis, pues tiene implícitos muchos puntos de análisis que se pueden emitir y enriquecer antes de tomar una decisión más colegiada.

La autora de este trabajo coincide con el especialista Ing. Civil Moreno Mendoza en que resulta más satisfactorio realizar la sustitución de los elementos que presentan deterioros severos por corrosión, que la reparación de los mismos en las condiciones medio ambientales y climáticas a las que están sometidos los puentes del Pedraplén Caibarién – Cayo Santa María; pues como se expuso anteriormente los costos son bastante similares y los elementos nuevos sin lugar a dudas ofrecen mayor garantía de durabilidad que los reparados.

Esta regla no es absoluta, en obras o elementos estructurales que no estén sometidos a ambientes altamente agresivos o el grado de deterioro que presentan no sea tan avanzado, es muy probable que los costos de reparación sean inferiores a los costos de sustitución.

Se supone los costos de reparación son inferiores, teniendo en cuenta que para sustituir una viga en un puente se deben destruir elementos que pueden estar en buen estado, lo que encarece la actividad; sin embargo la reparación de esos elementos puede garantizar buena durabilidad en ambientes poco agresivos, o cuando la intervención se realiza a edades tempranas; cuando la corrosión aún no está generalizada.

2.5 Propuesta de diagrama de flujo de diagnóstico integral para puentes en ambientes agresivos marinos.

Figura 2: Diagrama de flujo de diagnóstico integral para puentes en ambientes agresivos marinos.

2.6 Criterios considerados en la propuesta del método de reparación de puentes viga–losa de hormigón hidráulico sometidos a ambientes agresivos.

Sobre los métodos de reparación a aplicar en puentes viga-losa de hormigón hidráulico sometidos a ambientes de alta agresividad se estima que la utilización de un procedimiento de reparación electroquímico podría ser una solución acertada de reparación. Algunas instituciones y normativas internacionales como la NACE RP 290 (National Association of Corrosion Engineers), ACI 222 y diferentes autores (Castro 2003, Vázquez 2003, Del Valle 2006) coinciden en que la protección catódica es la única técnica recomendada para detener el proceso de corrosión en estructuras de hormigón armado una vez iniciado, de allí que en este trabajo se analiza la posible aplicación de una metodología de reparación que incluya esta técnica.

Esta propuesta se basa en que los especialistas en ocasiones se muestran escépticos con relación a las técnicas convencionales de reparación, y aún cuando la reparación con mortero desde el punto de vista mecánico resulte exitosa, los resultados electroquímicos del hormigón y acero muestran que la corrosión continuará producto de contaminaciones con iones cloruro, lo cual podría incluso potenciar la corrosión de barras cercanas a la reparación. (Hernández, 2009).

Tradicionalmente, ante evidentes problemas de corrosión en las armaduras se recurre a la implementación de esquemas de reparación que normalmente consiste en las etapas:

• Remover el hormigón deslaminado.

• Efectuar una limpieza manual o mecánica de las armaduras.

• Aplicación de productos denominados ¨convertidores de óxido¨.

• Reemplazo del material faltante, para lo cual se emplean, en el mejor de los casos, morteros con aditivos impermeabilizantes.

Sin embargo, en varias ocasiones, esta técnica de reparación lejos de resolver el problema, lo oculta por un período de tiempo (generalmente menor de 3 – 5 años), después del cual reaparecen las patologías antes evaluadas. (M. Vázquez, 2003).

La sustitución de todo el hormigón contaminado por cloruros resulta una tarea complicada. Es fácil localizar las zonas fisuradas o con el hormigón separado en láminas, pero rehabilitar sólo estas zonas podría transferir el problema de la corrosión a las zonas adyacentes (mecanismo denominado ¨formación incipiente de ánodos¨). Sería necesario eliminar todo el hormigón donde el contenido de cloruros sea mayor que el 0,2-0,5 % en masa de cemento, y aún así podría producirse la corrosión si el hormigón no es suficientemente alcalino.

Si los cloruros proceden de la fabricación del hormigón, es mejor ir a una técnica de reparación del tipo de la protección catódica. Del mismo modo, rehabilitar sólo parte de una sección carbonatada es equivalente a crear pares galvánicos entre el acero catódico de la zona reparada y el acero anódico de las zonas carbonatadas. (BRE, 2000).

Para el caso específico de la reparación de los puentes del Pedraplén Caibarién-Cayo Santa María la autora del trabajo considera, más recomendable la sustitución de la súper estructura, aún en casos que los signos de corrosión no indiquen daños severos; se recomienda la sustitución de la súper estructura como única alternativa para controlar el deterioro progresivo de los puentes, de lo contrario las acciones de reparación funcionarían en la mayoría de los casos como apaga fuegos, impidiendo se pueda adoptar algún día una posición preventiva y no una correctiva de urgencia.

Para ello la autora se basa fundamentalmente en las causas del deterioro prematuro de los puentes, al concluir que éstas son de carácter general e inciden en la gran mayoría de los puentes del Pedraplén Caibarién-Cayo Santa María, por ello se puede suponer que aunque algunos puentes no aparentan tener daños severos, el fenómeno de la corrosión ya se ha desencadenado. No existe hoy una metodología o técnica de reparación que garantice totalmente un control de este fenómeno y opina que la solución más duradera de este problema es la sustitución del elemento.

La propuesta de reparación solo es válida para reparaciones en estructuras cuyo deterioro por corrosión no sea tan crítico, teniendo en cuenta que incluso las técnicas de reparación electroquímicas tienen una efectividad dudosa y no brindan garantía de durabilidad cuando la contaminación por cloruros está muy avanzada.

Se añade que en Cuba no existen hoy los medios y personal calificado para la aplicación de la técnica de protección catódica, siendo provechoso dar pasos encaminados a crear las condiciones necesarias para su empleo y utilización en obras importantes para el país.

Para este trabajo no se pudo determinar el monto económico para la aplicación de esta tecnología en Cuba, sin embargo, autores como Del Valle resaltan entre las ventajas de la protección catódica por ánodo de sacrificio que es una alternativa simple y barata, siendo la de menor costo por ciclo de vida.

2.7 Propuestas de métodos de reparación para puentes viga–losa de hormigón hidráulico sometidos a ambientes agresivos.

La metodología de reparación que se propone en este trabajo para puentes viga-losa de hormigón hidráulico sometidos a ambientes agresivos se describe a continuación:

• 1. Descarnar o eliminar el hormigón que rodea el acero de refuerzo inferior de la viga.

• 2. Se elimina todo el hormigón que rodea el acero de la parte inferior de las vigas hasta 2 cm por detrás de refuerzo, dejándolo totalmente libre de hormigón. En los tramos de viga dónde el acero y el hormigón se observan en buen estado se detienen las acciones de demolición. Las restricciones longitudes y de peralto de viga a demoler dependen de las características propias de cada puente y serán especificadas por el proyectista en cada caso. Esta actividad se puede realizar con equipos de percusión, de agua a presión u otro que garantice la ejecución del trabajo según se describe anteriormente.

• 3. Limpieza del acero de refuerzo.

• 4. Debe emplearse una técnica que garantice la eliminación total de óxido en las barras de acero. Se recomienda la limpieza del acero con arena sílice y agua potable a presión.

• 5. Refuerzo de aceros con pérdida de sección

• 6. Para los casos en que se observen disminución en la sección transversal del refuerzo iguales o mayores del 20%, se recomienda agregar refuerzo en el área afectada. En este caso se deberá remover el hormigón de la zona adyacente al sector de la armadura afectada, de modo de proveer una superficie de solape superior a tres veces la longitud del área de refuerzo afectada. Se aconseja que el refuerzo nuevo sea fijado con alambre y no por soldadura.

• 7. Restitución de la sección.

• 8. Se considera que la sección puede ser restituida con morteros especiales; por presentar mejores características que los morteros convencionales de cemento Portland, para este caso se recomienda un mortero colable, que logra muy buena terminación y ofrece un número de ventajas enumeradas en el epígrafe 3.4 de este capítulo. Este tipo de mortero, permite por ser muy fluido el relleno de oquedades y fisuras que generalmente quedan en el área de contacto entre materiales diferentes al realizar las reparaciones.

• 9. Para realizar esta actividad es importante se elaboren encofrados de calidad, pues como se explicó, el material es muy fluido y se filtra fácilmente por separaciones entre los elementos que forman el encofrado. Se recomiendan los encofrados metálicos, para este caso es necesaria la aplicación de un desencofrante.

• 10. Desencofrado

• 11. Se retira el encofrado y se limpia, dejándolo en óptimas condiciones para ser utilizado posteriormente. De ser preciso se le da algún mantenimiento.

• 12. Descarnar o eliminar el hormigón que rodea el acero de refuerzo de media sección de la viga y superior en caso de ser necesario.

• 13. Se elimina todo el hormigón que rodea el refuerzo desde la zona reparada hacia arriba hasta 2 cm por detrás del acero, dejándolo totalmente libre de hormigón. En los tramos de viga dónde el acero y el hormigón se observan en buen estado se detienen las acciones de demolición. Se tienen en cuenta las mismas restricciones relacionadas con las demoliciones expuestas anteriormente. Esta actividad se puede realizar con equipos de percusión, de agua a presión u otro que garantice la ejecución del trabajo según se describe anteriormente.

• 14. Limpieza del acero de refuerzo.

• 15. Debe emplearse una técnica que garantice la eliminación total de óxido en las barras de acero. Se recomienda la limpieza del acero con arena sílice y agua potable a presión.

• 16. Restitución de la sección con mortero tixotrópico

• 17. Como se explica anteriormente, se considera que la sección puede ser restituida con morteros especiales; por presentar mejores características que los morteros convencionales de cemento Portland, para este caso se recomienda un mortero tixotrópico, que es muy cómodo para trabajar, logra muy buena terminación y ofrece un número de ventajas enumeradas en el epígrafe 3.4 de este capítulo. La forma de aplicación de este mortero es semejante a la de un resano con mortero convencional.

• 18. Aplicación de protección catódica por ánodo de sacrificio con cinc proyectado (ánodo de sacrificio externo).

• 19. En reparaciones de gran extensión, el cinc proyectado presenta ciertas ventajas dado que la protección se extiende por toda la superficie metalizada del componente estructural tratado. En el caso de reparaciones localizadas y donde el deterioro no sea significativo, la opción de aplicar pinturas ricas en cinc ofrece una respuesta aceptable, quedando la protección limitada al sector donde la pintura fue aplicada y no a lo largo de todo el componente estructural. Vázquez, (2003).

• 20. Esta técnica se basa en recubrimientos metálicos denominado termo rociado o metalizado de 40 a 50 &µm y consiste en alambre o polvo de metal, por ejemplo el zinc, que se funde por arco eléctrico; y se aplican sobre la superficie del concreto mediante una corriente de aire.

La metodología antes descrita resulta válida para la reparación en la mayoría de los elementos de puentes, con alguna que otra diferencia en función de las características de cada elemento y de la estructura en general. Sólo en el caso de reparación de pilotes se recomienda de forma adicional, la utilización de una plataforma de trabajo tipo encofrado similar a la empleada con muy buenos resultados en la reparación de los puentes del Pedraplén Caibarién-Cayo Santa María.

En las reparaciones de puentes donde espesores de hormigón a remover supera los 12 cm es aconsejable el empleo de hormigón y mortero convencional para restituir la sección del elemento a reparar. Esto se debe a que los morteros especiales no deben aplicarse en capas superiores a 4 cm en la mayoría de los casos, de allí que para cubrir espesores superiores a este valor se deben colocar varias capas, lo que hace muy engorrosa su aplicación.

Cuando se detecten cables de alto límite elástico (ALE) partidos o en mal estado es recomendable la utilización de fibras de carbono como alternativa de reforzamiento. Las fibras de carbono poseen una gran resistencia a la tracción, llegándose a resistencias superiores a 575 MPa y módulos de elasticidad por encima de los 26,1 GPa.

Esta técnica permite su uso en diferentes formas, como telas flexibles o láminas rígidas para recuperar o reparar diferentes elementos estructurales, principalmente sometidos a flexión como la recuperación de vigas y losas.

Es posible recuperar o aumentar la capacidad a flexión de vigas y losas tanto cruzadas como en una dirección, en zonas de momento positivos como negativos.

La versatilidad de las telas de fibra de carbono, permite incrementar la resistencia al corte y la ductilidad de vigas y en algunos casos, el sistema ha sido diseñado para aumentar la rigidez y limitar las deformaciones.

Esto se puede realizar con las estructuras en servicio y también donde el espacio de trabajo es reducido. No modifican ni formas arquitectónicas ni rigideces de manera indeseable. (D Ortiz I, 2002).

A pesar de recomendarse la aplicación de la metodología de reparación mostrada en este epígrafe, vale resaltar que para todos los casos debe hacerse una valoración del costo de aplicación y factibilidad en función de la importancia de la obra y grado de deterioro que presenta, entre otros factores que inciden. Como es sabido las características de cada puente y las condiciones a que están sometidos pueden ser muy diversas por ello se aconseja realizar estudios previo a la selección de la técnica de reparación a emplear.

Una vez efectuada la reparación es recomendable efectuar un seguimiento del estado de la armadura para detectar la iniciación de corrosión activa antes de la aparición de patologías y con el objetivo de evaluar la eficiencia del esquema de reparación. (Vázquez, 2003).

Siempre el éxito de una reparación radica en el grado de control de ejecución, donde se verifiquen las distintas etapas del método de reparación adoptado. No importa cuán sofisticadas sean las técnicas adoptadas, ni las bondades que éstas ofrezcan; de aplicarse incorrectamente no habrá garantía de durabilidad, por el contrario, los daños en los elementos reparados no tardarán en reaparecer.

2.8 Posibilidades de la técnica protección catódica por ánodo de sacrificio externo

La protección catódica de sacrificio es una de las técnicas más efectivas de control de los daños por corrosión en puentes existentes de hormigón armado. En EEUU más de 500 puentes están protegidos por estos sistemas de protección catódica. (Bermúdez, 2007).

Los sistemas de zinc metalizados ofrecen muchas ventajas sobre los métodos convencionales de control de corrosión (Rodríguez R, 2005; Del Valle, 2006; Vázquez, 2003), las principales ventajas de esta técnica de reparación tan difundida internacionalmente se mencionan a continuación:

• Funcionamiento muy sencillo.

• Aplicación simple.

• Mantenimiento mínimo durante el tiempo de vida del sistema.

• Es el sistema con menor costo por ciclo de vida.

• Pueden ser convertido fácilmente a sistema de corriente impresa, sin implicar un diseño de zonas complejas con extenso cableado y requerimientos de monitoreo.

• Pueden ser protegidos por una variedad de recubrimientos finales con fines estéticos y para maximizar la vida efectiva del sistema.

• Se aplica a columnas, vigas, y pilotes de puentes de concreto contaminadas por ión cloruro, y en ambientes marinos.

• No requiere suministro de energía.

• No requiere monitoreo, control o mantenimiento.

• Puede ser aplicado en estructuras pre esforzadas y en presencia de reacción álcali-sílice.

• No existe problemas de ánodos de corto circuito.

• Puede ser instalado como un complemento en la reparación por parcheo.

• Puede volverse a aplicar la técnica cuando esté próxima al vencimiento del ciclo de vida (10 a 15 años) y recupera su efectividad.

Sus limitaciones son:

• No garantiza el cumplimiento del criterio de control de algunas normas internacionales (BSEN 12696 o NACE RPO 290) que aseguran cuando la corrosión está controlada.

• Puede resultar caro el instalar algunos tipos de ánodos.

• Al ser una técnica relativamente nueva no posee estándares publicados.

Conclusiones parciales.

Como resultado del análisis y estudios realizados se puede concluir que:

• La aplicación de técnicas electroquímicas de reparación en Cuba, podrían ser una solución viable para mejorar la durabilidad de puentes de hormigón hidráulico en el país.

• Para la reparación de puentes del Pedraplén Caibarién-Cayo Santa María, la sustitución de la superestructura se presenta como la mejor variante para garantizar la durabilidad.

Conclusiones generales

Como resultado de las investigaciones realizadas en este trabajo se puede arribar a las siguientes conclusiones:

• Existe gran diversidad de criterios con relación a la efectividad de las técnicas convencionales de reparación de los puentes en este tipo de ambiente, que tradicionalmente se emplean en los procesos de reparación de estructuras de hormigón armado.

• No existe en la actualidad una técnica de reparación que garantice íntegramente la durabilidad de estructuras parcialmente afectadas por la corrosión del acero de refuerzo.

• La política de reparación de los puentes del Pedraplén Caibarién – Cayo Santa María ha padecido de la aplicación de diferentes metodologías, no siempre acertadas y comprobadas en la práctica de los trabajos acometidos.

• En las diferentes fases o etapas de los puentes del Pedraplén Caibarién – Cayo Santa María se experimentaron fallas de proyecto, de ejecución y de explotación, que incidieron negativamente en el deterioro prematuro de los mismos y su inmediata reparación.

• El método más seguro para garantizar el acceso a la cayería norte de Villa Clara, importante polo turístico del país es la sustitución y reparación de la superestructura de los puentes del Pedraplén Caibarién – Cayo Santa María empleando la metodología propuesta y sustituyendo las vigas existentes en peor estado por nuevas vigas ¨T¨ postensados nuevas, la cual se ha venido ejecutando en los últimos años con satisfactorios resultados para la seguridad y para la economía en la explotación de dicha obra.

Recomendaciones

Las recomendaciones son las siguientes:

• Profundizar en estudios para incluir en las normas cubanas vigentes, los criterios de durabilidad para estructuras sometidas a ambientes marinos de muy alta agresividad, incluyendo su diseño estructural.

• Necesidad de crear y potenciar las condiciones necesarias para que se puedan aplicar en Cuba las técnicas electroquímicas de reparación; que tan buenos resultados han dado a nivel internacional.

• Realizar estudios de la intensidad del tráfico que circulan por el Pedraplén Caibarién-Cayo Santa María y verificarlo con un proyecto ejecutivo, además realizar y de cumplir con un plan de mantenimiento que evite se sigan deteriorando los puentes que no presenten hoy síntomas de deterioro severo.

Bibliografía

• 1. ACI 357 R. Fixed offshore concrete structures ¨Estructuras de hormigón ubicadas fuera de la costa¨ ACI, 2002a. EUA

• 2. Del Valle, 2006. Control de la corrosión del hormigón armado,

• 3. NC 120:2007 Hormigones Hidráulicos. Especificaciones

• 4. NC 250:2005 ¨Requisitos de durabilidad para el diseño y construcción de edificaciones y obras civiles de hormigón estructural¨

• 5. NACE RP 290. National Association of Corrosion Engineers, EUA

• 6. Propuesta de conservación de puentes viga-losa de hormigón hidráulico. Análisis del proyecto de reparación de dichos puentes del pedraplen Caibarién – Cayo Santa María. Ing. Civil, Liz Momplet Loira. Tesis de Maestría en Vías de Comunicación Terrestres (segunda edición), Tutor. Dr Ing. Civil, Raúl González López. UCLV, Santa Clara, Cuba, Marzo, 2014

DATOS DE LA AUTORA:

Liz Momplet Loira, Ing. Civil graduada en la Universidad Central "Marta Abreu" de las Villas (UCLV), Santa Clara, Villa Clara, Cuba. Especialista de la ECM "Campaña de Las Villas", optante por el grado científico de master en Vías de Comunicación Terrestres en su segunda edición, que otorga dicha universidad.

Autora:

Ing. Civil, Liz Momplet Loira

Santa Clara, Abril 2014