Ejemplo práctico del proceso de Diseño y Control por Vida Útil de Losa prefabricada de Hormigón

“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