“Ejemplo práctico del proceso de Diseño y Control por Vida Útil de Losas Prefabricadas de Hormigón en Clima MarítimoFrío” Dr.-Ing. Luis Ebensperger M.
Ubicación del Proyecto HORMIGONES ESTRUCTURA DE SOPORTE DE ÁNODOS PLATAFORMAS COSTA AFUERA
Datos del Proyecto
Mandante del Proyecto: ENAP
Contratista: MARVAL 35 a 70m bajo el nivel del mar
Proveedor de Hormigón: Concremag Instalaciones de Laboratorio
Especificaciones Técnicas - Diseño y Control por Vida Útil – Optimización de Mezclas: Construtechnik SpA.
Durabilidad según NCh170 Capacidad de una estructura o elemento de hormigón de resistir, las condiciones físicas y químicas a las que va a estar expuesta, durante la vida útil para la que fue proyectada. Contempla un Ensayo de Desempeño (Penetración de Agua a Presión NCh2262 en Lab.) •
Requerimientos Clase de Exposición
• Resistencia • Otros requisitos
Diseño Estructural
• Grado G25 • Xc = 50mm
Corrosión • Clase C2-A Sumergido / C2-C Zona de Mareas • Grado G20 / G35 • Cem 300 / 360 kg/m3
Congelación y Deshielo • Clase F3 • •
Grado G35 Aire 6 ± 1,5% (se libera exigencia, dado que elementos no estarán sometidos a ciclos durante su Vida Útil).
• P. Agua < 40/20mm
Requisitos del Hormigón: G35 (10) 25/10 – Diseño por Vida Útil.
Diseño por Vida Útil La vida útil de los ánodos de Zinc es de 20 años, siendo esta la VU requerida para las losas de contrapeso. Se utilizan Ensayos de Desempeño que representen o correlacionen adecuadamente con los fenómenos físicos/químicos que ocurren en el hormigón. Se utilizaron 2 Metodologías: • CTK-ConcreLife® • • • •
𝟐
𝐱 𝐕𝐔=𝜶 ∗ 𝟏/ 𝟑 𝒌𝑻
Espesor de recubrimiento (con variabilidad esperada) Permeabilidad al Aire (SIA 262/1-Anexo E : Suiza para mediciones en obra - con variabilidad esperada) Tipo de Exposición (Corrosión por cloruros, condición sumergida) Probabilidad de Inicio de la corrosión (10% a los 20 años).
• ¡¡ El ensayo de Permeabilidad al Aire permite verificar la condición de impermeabilidad del hormigón in-situ en la obra terminada !!
Diseño por Vida Útil Ensayo de Permeabilidad al Aire
• Se ejecuta en condiciones de terreno y lab. • Cada medición dura 6 minutos. Se necesitan 6 puntos por Lote. • Norma original de Suiza (2003-2013-2019), IRAM 1892 (2022), NCh 170 Anexo B Ensayo Complementario, MOP Sección 5.612, NCh ???? t =0 Pi~1000
t ~35 Pi~200
Close V1
Regulator Activation
Pressure Pi (mbar)
80 70 60
kT = 9.2 10 -16 m²
50
ΔP~20 mbar
40
kT = 0.070 10-16 m²
30 20 0
Close V2
Close V2
10 0
0
5
60
135
ΔP=0 10 tf
15
20
time (s) – square root scale
720
25 tmax 30
Diseño por Vida Útil • CTK-ServiceLifeDesign® (todas las variables se analizan con su variabilidad esperada) • Espesor de recubrimiento X • Coef. de Difusión de Cloruros D (ASTM C1556) / Migración de Cloruros M (NTBuild 492) • Tipo de Exposición (Corrosión por cloruros, condición sumergida, lo cual define la concentración de cloruro Superficial Cs) • Nivel Crítico de cloruros que da inicio a la corrosión Ccr • Temperatura del medio (aguas del Estrecho) x • Tipo de cemento (factor de envejecimiento m)
Inhibidor
• ¡¡ Este Método permite considerar el efecto del Inhibidor de Corrosión en el Diseño !!
Diseño por Vida Útil CTK-ConcreLife®
ConcreLife- Service Life Design
100
Combination of values that comply
90 Concreet cover c (mm)
80 70
XS2 - P{50%}
60
Potencial (XS2 - P{10%})
50 40 30 20 10 0 0,001
Modelo ConcreLife
0,01
0,1 1 10 Air Permeability kT (10-16 m2)
100
Xc = 50mm
Xc = 50mm
P{50%} -> kTo = 6,4x10-16 m2
Inh = 0 lt/m3 Ccr = 0,05% pconc. D = 7,4x10-12 m2/s
P{10%} -> kTo = 1,1x10-16 m2
100%
Probability of Occurence (%)
CTK-ServiceLifeDesign®
Inh = 10 lt/m3 Ccr = 0,10% pconc. D = 15,6x10-12 m2/s
En Laboratorio:
90% 80% 70% 60% 50%
DESIGN SL
40%
P{50%}
30%
P{10%}
20%
P{50%} at 20 years
10%
P{10%} at 20 years
0%
0
Modelo ConcreLife
50
Corrosion Initiation Time Ti + Tp (years)
P{50%} -> kTL = 0,60x10-16 m2 100
P{10%} -> kTo = 0,10x10-16 m2
Inh = 13,5 lt/m3 Ccr = 0,20% pconc. D = 21,0x10-12 m2/s
Optimización de Mezclas Componentes: • Cemento: Melón Extra, planta Punta Arenas • Áridos: Gravilla chancada y rodada 5-25mm y arena rodada 0-5mm • Aditivos habituales: plastificante/retardante, superplastificante, incorporador de aire. • Aditivos de Alto Desempeño para aumentar Grado de Impermeabilidad de la mezcla: • Microsílice / Cristalizante / Inhibidor de Corrosión (Euclid Chemical).
Desafíos: Etapa 1: manejar el comportamiento conjunto de aditivos, en especial incorporador de aire e inhibidor de corrosión. Ensayos preliminares de Resistencia y Desempeño (Penet. Agua, Imperm. Aire, Migración Cl). Etapa 2: definir mezcla óptima considerando resultados de ensayos de Desempeño medidos en laboratorio de Resistencia de Materiales RESMAT de DICTUC.
Mediciones en Laboratorio CTK-ConcreLife®
Ejecución Permeabilidad al Aire en Lab.
CTK-ServiceLifeDesign®
Ejecución Migración de Cloruros en Lab.
Resultados de Laboratorio CTK-ConcreLife®
CTK-ServiceLifeDesign®
Permeabilidad al Aire a 28d y 180d (10-16 m2) 1.000
Con Inhibidor
Sin Inhibidor
PK3
Lim; 0.5x10-16 m2 0.086
0.100
PK2
0.036 0.026
0.050
0.049
0.039 0.035 0.026 0.024 0.020
0.052
0.054
0.027
0.024 0.012
0.010 0.004
PK1 0.001
M21+Ai6
M22-Ai2
M23-CR1
M24-CR1
M25-SF5
Xc = 50mm Requisito kTo = 1,10x10-16 m2
E22-Ai2
E23-CR1
E24-CR1
Xc = 50mm Requisito D = 15,6x10-12 m2/s con 10,0 lt/m3 Requisito D = 21,0x10-12 m2/s con 13,5 lt/m3
Condiciones de Clima Frío TEMPERATURAS MAX y MIN EN PUNTA ARENAS AÑO 2023 20 15 10 5 0 -5
01.OCT
15+
8+
25+
01.SEP+
19+
11+
24+ 29+ 01.AGO 4+
15+
01.JUL 5+ 8+
9+
01.JUN
25+
19+
01. MAY
-10
Colocación del Hormigón
Efecto Período Calentamiento en Desarrollo de Madurez
5000
20
4000
15
3000
10
2000
5
1000
0
Fechas T. Horm. 0d Q
T. Horm. 1,5d Q
Mad 0d Q
Mad 1.5d Q
16/06/2023
25
09/06/2023
6000
02/06/2023
30
19/05/2023
Temperatura [°C]
(sensores SmartRock)
7000
0
T. Horm. 3d Q
T. Horm. 7d Q
Mad 3d Q
Mad 7d Q
Efecto Período Calentamiento en Desarrollo de Resistencia
35 30
20 15 10
f'c 7d Q
0d --> de calentamiento 17d --> para descimbre 16/06/2023
f'c
1.5d 10d
09/06/2023
Fechas
26/05/2023
0
+7d 3d 6d 7d
02/06/2023
5
19/05/2023
Resistencia [MPa]
25
0,75*f'c
f'c 0d Q
f'c 1.5d Q
f'c 3d Q
Q 0d
Q 1.5d
Q 3d
Q 7d-10d-14d
Madurez [°C-h]
35
26/05/2023
Control de Madurez
8 12
6
12
6
0
-2
TA Prom
2
-2
14
10
4
2 0
-2
18 40
16 35
TH Prom 25
0
TI N°1 TI N°2 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14 M15 M16 M17 M18 M19 M20 M21 M22 M23 M24 M25 M26 M27 M28 M29 M30 M31 M32 M33 M34 M35 M36 M37 M38 M39
10
TI N°1 TI N°2 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14 M15 M16 M17 M18 M19 M20 M21 M22 M23 M24 M25 M26 M27 M28 M29 M30 M31 M32 M33 M34 M35 M36 M37 M38 M39
0 TI N°1 TI N°2 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14 M15 M16 M17 M18 M19 M20 M21 M22 M23 M24 M25 M26 M27 M28 M29 M30 M31 M32 M33 M34 M35 M36 M37 M38 M39
4
TI N°1 TI N°2 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14 M15 M16 M17 M18 M19 M20 M21 M22 M23 M24 M25 M26 M27 M28 M29 M30 M31 M32 M33 M34 M35 M36 M37 M38 M39
Control de Calidad - Muestreo T° Ambiente (°C) 16
Descenso de Cono (cm)
14
10
Cono Prom
8
6
4
2
T° Hormigón Fresco (°C) Resistencia f'c 7d (MPa)
30
f'c 7d Prom
8 20
T° Lim 5°C 15
10 5
Mediciones In-Situ / Espesor de Recubrimiento
Estimación Resistencia
Mediciones In-Situ / Permeabilidad al Aire
Resultados In-Situ CTK-ConcreLife®
Espesor de Recubrimiento (mm)
ConcreLife- Service Life Design
100
100 90
Xc = 58,3mm kTo = 0,19x10-16 m2
Combination of values that comply
90 80 Xc; 58,3
60
Requisito; 50,0
50 40 30 20
M16
M36
M8
M1
M14
M39
M12
M28
M3
0
M5
10
Permeabilidad al Aire kT (10-16m2) PK5 10
Límite Sumergidas = 1.11
1
kT = 0.20
PK3 0,1
PK2 0,01
PK1 M16
M36
M8
M1
M14
M39
M5
M12
M28
0,001 M3
60 50 40 30 20
XS2 Measured Values
10 0 0,001
Modelo ConcreLife
0,01
0,1 1 10 Air Permeability kT (10-16 m2)
100
Pcorr{1%} -> = 20 años
100%
100
PK4
70
Probabilidad de Occurencia (%)
70
Concreet cover c (mm)
80
90% 80%
Pcorr{10%} -> = 35 años
70% 60% 50%
Pcorr{50%} -> = 67 años
DESIGN SL
40%
P{50%}
30%
P{10%}
20%
In-situ P{%]
10% 0%
0
Modelo ConcreLife
50
Edad de Inicio de Corrosión Ti + Tp (años)
100
luis.ebensperger@gmail.com / www.ctk.cl
Muchas Gracias