Mantenimiento y rehabilitación Evaluación de las obras civiles

La evaluación de obras civiles es un proceso que se ejecuta a pedido del dueño de la edificación, de las instituciones de vialidad, edificaciones, obras hidráulicas y sanitarias, eléctricas cumpliendo con programas de mantenimiento o después de la ocurrencia de un evento. Se divide en Primaria, Detallada o Secundaria y Proyecto de Rehabilitación.

La Evaluación Primaria, esta compuesta por un informe cualitativo de la obra, donde se llena una planilla estándar diseñada por el consultor siguiendo las normativas nacionales COVENIN o internacionales tipo AASHTO, ACI, ASTM o ATC correspondientes al tipo de obra. También se pueden utilizar instructivos especiales diseñados para los Institutos Nacionales tipo MINFRA, HIDROVEN, FONTUR, etc. Si son muchas las obras que se van a evaluar se debe hacer una cuantificación de ellas y luego un tamizado, por ejemplo si se van a evaluar los puentes de una zona o vía especifica. Durante el tamizado se debe hacer una inspección sencilla de cada obra en campo y llenar una planilla de inventario que genera un primer informe de mantenimiento y complementa una base de datos.

La planilla de la evaluación primaria debe contemplar las condiciones normales de la obra al momento de la evaluación, materiales, componentes, daños, estado de mantenimiento, operatividad, para obras esenciales se deben tener otras especificaciones para evaluación preventiva. También la planilla varía si se elabora después de la ocurrencia de un evento ya que según el tipo de este, se deben revisar velocidades de viento y chequear con valores normalizados, valores pluviométricos si son lluvias o inundaciones con valores históricos, aforos si son crecientes, aceleraciones si son terremotos, valores de daños para incendios o deslaves y agrietamientos.

Después de tamizadas las obras que se van a evaluar se elabora un método consistente y práctico plasmado en las planillas de evaluación primaria, que permita determinar el estado real de las obras dentro de sus condiciones locales, ambientales, de carga, para así determinar un Índice de Vulnerabilidad de la estructura para sus condiciones actuales de servicio, que reúna el carácter estático de los daños si existen y el aspecto dinámico de los factores externos actuantes. Es importante recordar que no existen obras aisladas sino en relación dinámica con otros elementos de un ambiente condicionante. A continuación se añade un ejemplo de planillas diseñadas de realizar una evaluación primaria en edificaciones.

Normalmente los métodos de evaluación son del tipo cualitativo (cantidad del deterioro) y cuantitativo (gravedad del deterioro) que permiten de una manera clara, simple y ordenada encarar el problema de evaluar una obra en su condición de uso por simple inspección ocular, ayudado con la instrumentación necesaria, generar tres índices que interpretan el estado de deterioro de la estructura en interrelación con el ambiente condicionante y son los siguientes:

Índice de Daños (ID): es el daño existente en los elementos de la obra por los factores estáticos en el momento de hacer la inspección evaluativa.

Índice de Severidad (IS): es la acción de los agentes exteriores que causan los daños sobre los elementos de la estructura, representa los factores dinámicos de la evaluación.

Índice de Vulnerabilidad (IV): es el nivel de pérdida de uno o de varios elementos estructurales esenciales de la obra al ser sometidos al riesgo de un evento, representa la combinación de los índices de daños y de severidad formando un par ordenado que interpreta la realidad física de la obra, pudiéndose representar por un número porcentual único para cada estructura.

En los puentes para la evaluación de los aspectos de cantidad de deterioro se utiliza notación en números y para gravedad de deterioro se toma notación de letras, estos dos aspectos con sus notaciones se pueden combinar con una matriz de orden de 3 x 3 que se señala a continuación, cuyos elementos simbólicos reúnen en si las dimensiones de la observación, generan la apreciación del grado de deterioro de la estructura y entre paréntesis la categoría de deterioro.

Categoría I de deterioro: Corresponde al estado de un puente que se encuentra en buenas condiciones, no precisa de reparación, pero si de un plan de mantenimiento integral.

Categoría II de deterioro: Corresponde al estado de un puente que presenta daños que ameritan reparación que no es urgente, además de un plan de mantenimiento integral. Necesitan de practicarles una evaluación comprobatoria para dilucidar y establecer de manera definitiva el alcance de la importancia de los daños y hacer las recomendaciones pertinentes, de confirmarse la valuación especial se efectuaran oportunamente las necesarias reparaciones de la obra.

Categoría III de deterioro: Los puentes de esta categoría presentan daños graves y se han de reparar con carácter de emergencia de acuerdo al siguiente esquema metodológico: a) Se debe hacer una evaluación de emergencia que especificará medidas inmediatas o un plan de emergencia para evitar el inminente colapso. b) Se debe practicar una evaluación detallada comprobatoria de las capacidades y demandas de los diferentes elementos del puente. c) De los resultados definitivos de la evaluación comprobatoria se procederá un hacer o no un Proyecto de Rehabilitación del Puente.

Los métodos basados en desempeño estructural que consideran estados límites son una herramienta excelente para el análisis de la rehabilitación de Edificaciones. Este enfoque se desvía de los métodos basados en fuerzas, que toman un factor de respuesta R para incorporar la ductilidad. Para definir la demanda que genera un evento hay estados límites que puede tomarse en forma probabilística, en muchos casos siguiendo el modelo de Poisson donde la ocurrencia de un evento no influye en la ocurrencia de otro y donde la probabilidad de que 2 eventos ocurran el mismo tiempo y en el mismo sitio es nula.

Esta ocurrencia probabilística es función del grado de desempeño que la sociedad espera de una construcción en particular. De esta manera se pueden tener niveles operacionales, de ocupación inmediata, de seguridad de vidas y de prevención de colapso.

Actualmente el concepto de evaluación y de diseño se ha modificado en función de los Estados Límites que se fijen según el tipo de obra y los recursos necesarios para generar seguridad. Un Estado Límite es el punto en el cual se puede superar una condición de diseño. Los estados límites son fijados por el diseñador de la Obra y el Propietario en función de los grados de servicio y seguridad que se quiere que tenga la edificación ante la presencia de diversos eventos. En la grafica anterior se explica los estados límites o límites de desempeño.

Los estados límites o límites de desempeño son estados donde se superan las condiciones de diseño, comienzan en A planteando un estado límite de servicio en el rango elástico u operacional, donde después de un evento característico no hay que raparan nada y los peritos evaluadores dan la orden de ocupación inmediata, se obtienen márgenes menores al 5% de los daños. Un segundo límite en B correspondiente a daños menores genera la utilización de programas de mantenimiento integral con porcentajes de reparación hasta de un 20% de daños.

Un tercer estado límite se puede tomar en C donde se obtienen daños moderados hasta de un 40% y se debe proceder a encontrar las causas subyacentes de los daños estructurales. El siguiente corresponde al punto D o máximo soporte de capacidad portante de la edificación ó límite de seguridad donde se recomienda la desocupación del inmueble por tener hasta un 60% de daños estructurales y la obra entra en un periodo de prevención de colapso o etapa para salvaguardar recursos y vidas, es un margen de seguridad, las rehabilitaciones de la estructura normalmente son a largo plazo. Por último en E o límite de colapso donde la edificación esta por caer por el agotamiento de la estructura si es que no se ha caído ya.

En otras palabras se tienen estados límites de servicio, de daños, de seguridad y de agrietamiento severo, correspondientes a demandas para una vida útil de la construcción, con sus correspondientes probabilidades de excedencia y periodos de retorno

Los Profesionales que trabajan en las organizaciones de planificación y evaluación de Obras deben Gerenciar todos los eventos posibles que pueden causar daños a las obras mediante métodos estadísticos y probabilísticos, donde pasan a jugar un papel preponderante la vida útil de diseño de la obra y el periodo de retorno de esos eventos que están ligados con los estado límites, como se puede ver en la tabla anterior con estados limites para edificaciones, donde por ejemplo en las zonas de alta sismicidad para el límite de seguridad de vidas, existe un 10% de probabilidad de que ocurra un sismo fuerte durante 50 años, pero ocurrirá al menos una vez en 475 años.

El periodo de retorno de ocurrencia entre eventos se especifica según alguna característica que los señale especialmente y es inverso a la probabilidad media de excedencia por unidad de tiempo. La tasa de ocurrencia o frecuencia de ocurrencia por unidad de tiempo (l ). Tr =1/l . La vida útil de la obra esta fijada por diferentes características de uso de los elementos que conforman una obra civil y esta sujeta a patrones de diseño que son fijados por el proyectista, este concepto ha sido ampliado al uso de los estados límites de desempeño. Es obligatorio por parte de los Diseñadores explicar a los dueños el método de diseño por desempeño y las condiciones límites. El periodo de retorno siguiendo el modelo de Poisson esta representado por la siguiente expresión:

 Cuando son superados los índices de daños, severidad y vulnerabilidad se tiene que hacer una evaluación detallada. Para aquellas evaluaciones que no pasan a la evaluación detallada, su informe primario puede revelar puntos críticos que deben ser pasados a los programas de mantenimiento integral. Definitivamente el problema es como esta la construcción el día que ocurre el evento, es por esta razón que en las obras infieren los factores de diseño, la construcción y la estructura, el desarrollo del diario de obra y el reporte continuo de alguna situación anormal, un monitoreo constante de la ejecución de la obra y de su mantenimiento posterior. Para las instituciones públicas de infraestructura y alcaldías se deben crear bancos de datos para puentes y edificios para la primera y catastros permanentes del valor de la tierra, de la construcción, del cambio de uso para la segunda.

La evaluación Detallada o Secundaria, debe procesar la construcción en función de modelos estructurales, evaluando toda la instalación con sus componentes estructurales y equipos, evaluación puntuales tales como informes hidráulicos, suelos, sonoros, ambientales. Por ejemplo para los hidráulicos debido a acusar problemas de socavación se generan programas de desarrollo sostenible de ríos (probablemente en lugares donde se crean los bancos de arena o los meandros). La evaluación detallada se basa en el cálculo de las relaciones Capacidad / Demanda donde cada construcción tiene elementos específicos que deben ser revisados y cada uno tiene una relación de C/D. Los elementos evaluados deben tener relaciones de C/D < 1, si la relación es menor de 1 el elemento tiene que ser tratado de forma especial y debe ser rediseñado. De la evaluación detallada se generan los Proyectos de Rehabilitación.

El resultado de la evaluación detallada me indica el estado general de la obra como un aporte de todos los elementos particulares, generando expresiones que indican un porcentaje (%) total de vulnerabilidad. La demanda esta dictada por las normas especificas y la capacidades por modelos estructurales de software lo más aproximados posibles al estado actual de la edificación. La evaluación detallada concluye con recomendaciones que deben de ser resueltas bajo el criterio del consultor y el grado de vulnerabilidad general que presenta la obra directamente en un programa de reparación o en un Proyecto de Rehabilitación.

Es importante señalar que estamos en camino de normalizar los proyectos de rehabilitación en función de sus aspectos de servicio tales como suelos, barandas, elementos no estructurales y de sus elementos estructurales en la adaptación a nuevas normas más exigentes, a la revisión de grietas, apoyos, fundaciones, placas.

Mantenimiento de las Obras Civiles.

En las obras civiles una de las funciones más importantes del mantenimiento corresponde a mantener el equilibrio del sistema de la Obra. El concreto que se obtiene de la hidratación del cemento Pórtland a través de los años que es uno de los materiales para la construcción más versátil, económico, durable y disponible. Pero el concreto esta frecuentemente expuesto a condiciones mecánicas, físicas, químicas y biológicas que comprometen y amenazan su desempeño. En otros casos, el diseño, la calidad de la mezcla o la mano de obra inadecuada ponen en peligro la integridad del concreto. Se necesita una solución integral para reparar, reforzar y proteger el concreto, que considere las causas de su deterioro y que prolongue su vida de servicio.

Para seleccionar los materiales y métodos de reparación más adecuados es importante determinar la causa de la falla antes de hacer cualquier inversión en la reparación del concreto. Para esto, se ha desarrollado la teoría de reparación conocida como Equilibrio. El concepto de Equilibrio es una herramienta innovadora para evaluar todas las influencias que causan el deterioro del concreto tales como cargas mecánicas, físicas, químicas y biológicas, estas se encuentran en Equilibrio con la capacidad estructural de la Obra civil como se puede ver en la figura de paquete de cargas contra capacidad estructural. Esta evaluación permite entender todas las condiciones de exposición y diseñar una reparación adecuada que restablecerá el equilibrio para soportar las cargas actuales y las previstas en el futuro.

Se ha comprobado que el concepto de Equilibrio proporciona soluciones durables de largo plazo. Cuando alguna de las cargas externas interacciona y genera una rotura en el equilibrio la Obra entra en un periodo de diagnostico y análisis para reestablecer el equilibrio porque el concreto no cumple con los requisitos para los que fue diseñado como se puede ver en su figura respectiva.

Es importante seleccionar un sistema de productos de un solo proveedor para poder realizar una reparación exitosa, después de haber establecido una evaluación completa de los requisitos de la reparación y de haber determinado la estrategia. De ésta manera, todas las partes involucradas en el proyecto de reparación (propietario, consultor, diseñador, contratista y proveedor del material), se sienten confiados al trabajar juntos por una meta común. Se ofrecen en el mercado una gran gama de productos y la experiencia necesaria para obtener soluciones integrales de reparación y protección para el concreto. Estos van desde aditivos para concreto normal y premezclado, morteros para reparación del concreto, equipo, sistemas de refuerzo y recubrimientos decorativos y resistentes a químicos para utilizarse solos o combinados para solucionar los retos de restauración más complejos. Una de las metas de estas casas productoras es establecer el estándar de la industria con sistemas integrales de productos, con tecnología de punta, alternativas de aplicación, entrenamiento y la más alta garantía de calidad en el servicio al cliente.

Sus experiencias se basan en entender las necesidades de los diferentes mercados. Si solo se tiene un solo método de reparación se ignoran ciertos requisitos ya que cada estructura está sujeta a condiciones ambientales, cargas y limitaciones constructivas únicas. Cada proyecto de reparación es único y se debe hacer a la medida de los requisitos específicos y las condiciones establecidas durante el proceso de evaluación del equilibrio. La base de la filosofía de soluciones integrales está en la capacidad para ofrecer combinaciones de productos diseñados para aplicaciones específicas.

REHABILITACIÓN DE LAS OBRAS CIVILES.

No hay mejor índice de evaluación de una obra que la eficiencia estructural de la misma, que esta sujeta a la supervivencia a través del tiempo sin defectos estructurales apreciables. En su evaluación cuando se encuentran defectos estructurales se toma en cuenta un mapa de grietas y se conocen las deformaciones de la estructura se pueden aplicar modelos inelásticos y obtener curvas de capacidad. También conocer las cargas de los límites de colapso y su relación con las de servicio determina un índice de seguridad confiable. Un análisis elástico o inelástico para las cargas de servicio determina un estado de esfuerzos probable de la Obra útil para la verificación del mismo. Rehabilitar es hacer que una Obra Civil vuelva a tener las mismas o mejores condiciones de servicio que las que tenía cuando comenzó su vida útil.

Las técnicas de rehabilitación pueden ser reversibles o irreversibles, en la primera se trata de que la edificación obtenga nuevamente su capacidad portante reforzando los elementos sin intervención de elementos nuevos, solo reparación de elementos dañados, que en su conjunto mejoran la ductilidad de la edificación, la resistencia y rigidez de los diafragmas. Las técnicas irreversibles comprenden la adherencia de elementos nuevos para reforzar la obra evaluada con inyecciones y vaciados, elementos adheridos, morteros, reparación de juntas de construcción, reconstrucción de partes, incorporación de barras de preesfuerzo y reforzamiento de fundaciones.

Según Lobo-Quintero (2000) "Los consultores y las instituciones deben definir una filosofía para la rehabilitación pre y post evento, elaborar manuales de aplicación práctica, armonizar las estrategias de rehabilitación con el proceso constructivo, la patología estructural debe ser materia de enseñanza universitaria y reconocer que la intervención con nuevos componentes estructurales puede cambiar el comportamiento global".

MATERIALES ESPECIALES PARA MANTENIMIENTO Y REHABILITACIÓN.

Los materiales especiales para mantenimiento, reparación y rehabilitación, han servido las necesidades del mercado de la construcción por más de 90 años. Las compañías más importantes son Master Builders Technologies (MBT), Sika, Tecnoconcrete, Protex lo que significa la fuerza mundial en la industria de productos químicos para la

Construcción. La misión general de estos productos empieza con el tratamiento del concreto de varias maneras, mejorar el concreto nuevo, proteger el concreto existente, y reparar el concreto Deteriorado.

MEJORAR

Dedicados a la misión de mejorar el concreto, estas casas ofrecen el rango más amplio de aditivos químicos para uso en aplicaciones de construcción nueva. Para asegurar la mejor durabilidad del concreto y la máxima vida de servicio, se ofrece una selección completa de productos, incluyendo inhibidores de corrosión, Microsilice, reductores de agua de alto rango, aditivos acelerantes y retardadores.

PROTEGER

Estos productos químicos trabajan para proteger el concreto ofreciendo una líneas completas de pisos cementicios, toppings, grouts y productos para el control de corrosión. Productos que incrementan la resistencia a la abrasión y al desgaste, mejoran la planeidad, resistencia química y están disponibles en formulaciones con color y reflectivas. Los grouts para la base de maquinaria, y aplicaciones estructurales y de precisión ofrecen propiedades superiores para el soporte de cargas y están disponibles en formulaciones diseñadas para mejorar la exposición a altas temperaturas y ataques químicos. Los recubrimientos y revestimientos para el control de corrosión se utilizan para proteger el concreto y el acero expuestos a químicos y ataques ambientales, y los recubrimientos cementicios y selladores se ofrecen para protección superficial y mejoramiento estético.

REPARAR

El reparar el concreto han sido los enfoques de estas empresas por muchos años. Las compañías ofrecen un rango completo de productos para reparación incluyendo materiales cementicios y modificados con polímeros para reparaciones estructurales, superficiales y de áreas de alto tráfico, así como adhesivos y materiales para inyección. Todos están diseñados para trabajar juntos y cumplir con las necesidades del mercado de restauración. Las tecnologías nuevas como morteros de reparación proyectables están revolucionando la manera de reparar el Concreto. Estas organizaciones, ofrecen una línea completa de equipos para las aplicaciones del concreto por proyección, bombeo y lanzado.

También los productos están respaldados por sus laboratorios privados dedicados exclusivamente al estudio de la tecnología del concreto. La combinación de fabricación y plantas de producción con tecnología de punta y las materias primas de alta calidad aseguran que los productos de estas organizaciones ofrezcan desempeños superiores en campo.

Productos para las Reparaciones y Rehabilitaciones.

Los productos para hacer reparaciones y rehabilitaciones están basados en los diseños específicos generados por los consultores y en la lucha para establecer el equilibrio del sistema capacidad / demanda de la Obra Civil, en la búsqueda de una solución integral de reparación. A continuación se señalan los tipos de productos más importantes:

1. Aditivos Químicos: productos de apoyo a las mezclas de concreto estructural, prácticamente para cualquier requerimiento, tales como aditivos reductores de agua (Plastificantes, Superplatificantes e Hiperplatificantes), acelerantes y retardadores, inclusotes de aire, inhibidores de corrosión, aumentantes de la densidad (microsilices), aditivos para concretos celulares, vaciados bajo agua y aplicaciones especiales.
2. Morteros para reparación estructural: modificados con microsilice diseñados para reparar concreto sometido a cargas estructurales. Estos productos tienen módulos de elasticidad compatibles con el concreto estructural, excelente adherencia, compensación de la retracción y contienen un inhibidor de la corrosión para asegurar su desempeño a largo plazo. Las formulaciones están disponibles para aplicarse por proyección, bombeo y llana en superficies verticales, horizontales y sobre cabeza.
3. Morteros de renovación superficial: morteros monocomponentes modificados con polímeros, con retracción compensada y diseñados específicamente para restaurar concreto e inhibir el deterioro antes de que ocurran daños posteriores. Productos con bajo modulo de elasticidad para ofrecer resistencia al agrietamiento e incorporar un inhibidor integral de corrosión para una excelente durabilidad. Existen formulaciones que permiten la aplicación con llana o por proyección en superficies verticales, horizontales y sobre cabeza.
4. Recubrimientos protectores para el acero de refuerzo: Contienen inhibidores de corrosión que protegen al acero de refuerzo dentro del concreto de los iones de cloruro y la carbonatación. Se incluyen recubrimientos flexibles modificados con polímeros con base cemento y un agente de adherencia y recubrimiento epóxico / cementicio con base agua y proyectable.
5. Reparación de áreas de tráfico: los morteros de fosfato de magnesio ofrecen reparaciones económicas con altas resistencias a edades tempranas y rápidas paradas de en las fabricas para la reparación. Permiten poner en servicio la zona reparada en dos horas después de una de aplicarse el recubrimiento final.
6. Reparaciones por proyección: productos específicos para reparaciones de concreto utilizando procedimientos de lanzado vía húmeda o seca. Son morteros modificados con microsilice, fibras de refuerzo e inhibidores integrales de corrosión.
7. Endurecedores de pisos y toppings: Es tecnología para pisos cementicios que tiene tráfico pesado, endurecedores superficiales con polvos de agregados metálicos y minerales, bases para pisos autonivelantes y toppings, proporcionan una superficie durable para cumplir con cualquier requisitos de servicio.
8. Fibra de Carbono: Mbrace, sistema compuesto de refuerzo, diseñado para ofrecer una alternativa diferente a las reparaciones estructurales con la característica del aumento de la capacidad estructural. El sistema se basa en la colocación de láminas de fibra de carbono en diversas capas. Permite una instalación durable y resistente que se hace en forma fácil y rápida.
9. Grouts: Para reparación de superficies de concreto, grouteo de precisión y sellado de grietas. Se ofrecen grouts con base cementicia y polimérica.
10. Resinas epóxicas: Se utilizan para dos funciones, una primera de adherencia estructural con resinas poliméricas de reparación para unir concreto nuevo con viejo y otra correspondiente a las líneas de inyección de grietas con resinas epóxicas de inyección de uretanos para el control de la infiltración activa del agua.
11. Compuestos de Curado: libres de compuestos orgánicos volátiles, (VOC) promueven la hidratación conveniente del concreto durante el fraguado y los reductores de evaporación diseñados para combatir las condiciones de secado rápido durante el acabado del concreto.
12. Recubrimientos y selladores: recubrimientos a base de cemento modificados con polímeros para crear diseños arquitectónicos en acabados de superficies horizontales y verticales de concreto y mampostería. Selladores para impermeabilización y protección contra la humedad del concreto y estructuras de mampostería, basados en selladores de silano, un recubrimiento con base cemento modificado con polímeros monocomponente y recubrimiento flexible con base cemento flexible modificado con polímeros.
13. Recubrimientos y revestimientos poliméricos: Productos para el control de la corrosión compleja, incluyen puenteo de grietas, sistemas de revestimientos resistentes a la corrosión, revestimientos y pisos poliméricos monolíticos, revestimientos y recubrimientos poliméricos reforzados con hojuelas, revestimientos reforzados con telas, sistemas de curados a baja temperatura, sistemas tolerantes a la humedad y de rápido curado.
14. Encapsulado de pilotes: Sistemas de encapsulado de pilotes APE para reparar muelles, columnas y pilotes de concreto armado arriba o bajo el nivel de las aguas, utilizando un proceso polimérico que repara restaura y fortalece el concreto.
15. Protección de Juntas: Productos o sistemas para el sellado de juntas en puentes o en edificaciones, protegen los bordes de las ranuras y cumplen funciones de entrada o salida a los movimientos.

William Lobo Dugarte

Ingeniero Civil

Master en Gerencia Empresarial