Diseño, construcción y supervisión de puentes con criterios de durabilidad. La nueva filosofía de
México en la ingeniería de puentes
Andrés A. Torres Acosta
• INSTITUTO MEXICANO DEL TRANSPORTE
• INVESTIGADOR TITULAR
LOGOTIPO DE LA ORGANIZACIÓN DEL
CONFERENCISTA
Service Life Definition
SERVICE LIFE
DESIGN
SecurityFunctional
With no Corrective Maintenance
CONSTRUCTION
PREVENTIVE MAINTEIN
Durability Design Procedure
• DEFINE DESIGNED SERVICE LIFE
• PERFORMANCE-BASED MATERIALS SELECTION
• DESIGN BY LOADS (TRADITIONAL METHOD)
• DEFINE SPECIFICACTIONS AND ADEQUATE
CONSTRUCTION PROCEDURES
• DEFINE ADEQUATE PREVENTIVE MAINTENANCE
PROGRAM
Introduction
The Progreso pier is an example of a high performance concrete struture. Built between 1936-1941.
Introduction
Durability Design Example
Durability Design ProcedureCLASE GENERAL DE EXPOSICIÓN
Clase
(Ambiente
de
exposición)
Subclase
(Condición de
exposición)
Tipo de
proceso
Designación
(Clasificación)Descripción
No agresivo Seco
Nin
guno
C0
Concreto en ambiente seco o protegido de la
humedad y no sometido a condensaciones.
Con una humedad relativa < 40 %.
Rural /
Urbana
Concreto en
contacto con
humedad baja
Corr
osió
n p
or
carb
onata
ció
n
C1
Concreto en ambiente con baja humedad
relativa entre 40 % y 50 %, independiente de la
contaminación por CO2 y SO2.Concreto en
contacto con
humedad
moderada
C2
Concreto en ambiente con moderada humedad
relativa entre 50 % y 80 %, con contaminación
por CO2 y SO2.Concreto en
contacto con
humedad alta C3
Concreto en ambiente con alta humedad
relativa > 80 %, independiente de la
contaminación por CO2 y SO2.
Marina
Sumergida
Corr
osió
n p
or
clo
ruro
s
M1
Elementos de estructuras marinas sumergidas
permanentemente, por debajo del nivel mínimo
de bajamar.Zonas aéreas con
distancias de 50 m
a 500 m a la línea
de costa
M2
Elementos exteriores de estructuras en las
proximidades de la línea de costa (de 50 m a
500 m).
Zonas aéreas con
distancias de 0 m a
50 m
M3
Elementos de estructuras marinas por encima
del nivel de pleamar (salpique) de 0 m a 50 m
de la línea de costa.
En zonas de
mareasM4
Elementos de estructuras marinas situadas en
la zona de mareas y salpique.
Concreto
con cloruros
de origen
diferente al
Concreto reforzado
o presforzado
expuesto a la
incorporación de
ión cloruro desde
su fabricación
Cl1
Concreto producido con materiales que
contengan contaminación de ion cloruro
soluble en el agua < 0,06 %, respecto al
consumo de material cementante.
Durability Design Procedure
10 y 20 kΩ-cm 70 kΩ-cm
7.27 E -09
3.379 E -08
For 10 KΩ - cm → Dns ≈ 7.91 E -08 cm
2 / s
For 20 KΩ - cm → Dns ≈ 3.379 E -08 cm
2 / s
For 70 KΩ - cm → Dns ≈ 7.265 E -09 cm
2 / s
7.91 E -08
Durability Design Procedure
Obtaining “t” from Fick´s Second Law and:Cx = 1% (Cl
- @ reinforcement depth)Cs = 3.5% (Cl
- Surface concentration)x = 10 cm (rebar depth)
t = 43.283 / Dns. Sustituing Dns:
For 10 KΩ - cm → Service Life = 18 yearsFor 20 KΩ - cm → Service Life = 42 yearsFor 50 KΩ - cm → Service Life = 84 yearsFor 70 KΩ - cm → Service Life = 190 years
Durability Design Procedure
Performance based criteria, concrete mix design
1. Type: Auto consolidated
2. w/c ratio: ≤ 0.35
3. Cement content: ≥ 480 kg/m3
4. Microsilica 5 - 8%
5. Compressive strength: ≥ 40 MPa @ 7 days (Aprox. 80 MPa @ 90 days)
6. Electrical Wet Resistivity ≥ 50 KΩ-cm (90 days)
7. Rapid Chloride Permeab. ≤ 500 Coulomb (90 days)
8. Initial Slump 2 - 5 cm
9. Extensibility 65 ± 5 cm @ 10 cm fall distance
10. Permanency ≈ 3 hours
11. Initial setting ≈ 10 hours
12. Min Curing Time 21 days
Structural Design
Durability Construction Criteria
Mix Design CompositionM1: Additive 3 Cement 1 CPO
30 RS
M2: Additive 2 Cement 2 CPC
40R RS
Cement kg/m3 480.00 518.40Limestone Sand kg/ m3 945.00 853.86Limestone gravel kg/ m3 635.00 698.61Water lts/ m3 220.00 165.00Additive 3a kg/m3 6.24 -Additive 3b kg/m3 0.96 -Additive 2 - 8.09MSA (8%) 38.40 -Aire (%) 1% 2%
Electrical Wet Resistivity
kRL
Ak e
Resistividad Probabilidad de corrosión
> 100 kΩ∙cm –
200 kΩ∙cm
El concreto es muy denso, por lo que su
porosidad interconectada es
extremadamente baja.
50 kΩ∙cm a 100
kΩ∙cm
El concreto tiene una porosidad
interconectada baja.
10 kΩ∙cm a 50
kΩ∙cm
El concreto tiene una porosidad
interconectada de consideración.
< 10 kΩ∙cmEl concreto tiene una porosidad
interconectada excesiva.
Rapid Chloride Permeability
Measured Current (Coulombs)
Permeability Criteria
> 4 000 High
2000 – 4 000 Moderated
1 000 – 2 000 Low
100 – 1 000 Very Low
< 100 Insignificant
% Total Void Content
100%
SUMERGIDOSATURADO
SECOSATURADO
WW
WWTotalPorosidad
WSECO
WSUMERGIDO
% Total de Vacíos Características del Concreto
10 % Indica un concreto de buena
calidad y compacidad
10 % - 15 % Indica un concreto de
moderada calidad
≥ 15 % Indica un concreto de
durabilidad inadecuada
WSATURADO
Durability Construction Criteria
Mix Design Coulombs PermeabilityM1 496 Very LowM2 1097 Low
Electrical Wet Resistivity
Rapid Chloride Permeability % Void Content
Durability Supervision Criteria
Durability Supervision Criteria
../API Progreso/2016/Supervisión viaducto alterno/Fotos/160901_Dron video/19-20 AGO 2016 COLADO LOSA 18-22.AVI../API Progreso/2016/Supervisión viaducto alterno/Fotos/160901_Dron video/19-20 AGO 2016 COLADO LOSA 18-22.AVI
Durability Supervision Criteria
../API Progreso/2016/Supervisión viaducto alterno/Fotos/DRON PROGRESO/RECORRIDO FRENTE NORTE HD.MP4../API Progreso/2016/Supervisión viaducto alterno/Fotos/DRON PROGRESO/RECORRIDO FRENTE NORTE HD.MP4../API Progreso/2016/Supervisión viaducto alterno/Fotos/DRON PROGRESO/RECORRIDO FRENTE SUR HD.MP4../API Progreso/2016/Supervisión viaducto alterno/Fotos/DRON PROGRESO/RECORRIDO FRENTE SUR HD.MP4
Durability Supervision Criteria
CAJA NO.2, QUINTO ENVÍOCAJA NO.6, CUARTO ENVÍO
MUESTRAS DEL CUARTO ENVÍO
CAJA NO.2, TERCER ENVÍOCAJA NO.1, TERCER ENVÍO MUESTRA DEL TERCER ENVÍO
CAJA RECIBIDA DEL SEGUNDO ENVÍO
CAJA NO. 2 DEL SEGUNDO ENVÍO
MUESTRAS DEL SEGUNDO ENVÍO
The need to characterize the materials´ durability during
the construction, was performed from extracted cores.
Durability Supervision Criteria
Simbología de acuerdo a la propuesta de las prueba de destino
Cl
Durability Supervision Criteria
Wet Electrical Resistivity
PORCENTAJE TOTAL DE VACIOS, TODAS LAS SERIES
Durability Supervision Criteria
% Total Void Content
Durability Supervision Criteria
Compressive Strength
Recommendation for Durability
MATERIALS
•Beware type of cementing material:
• High clinker content > 85%
• Blaine > 4,000 cm2/g
• Include microsilica (8%) or fly ash (20%-45%)
• Select adequate aggregate:
• Density > 2.5 ton/m3
• Maximum aggregate size < 13 mm
• Use water reducers (policarboxilates)
Recommendation for Durability
CONSTRUCTION PROCEDURES
• Need cores extracted from fabricated elements
• Use durability index tests (@ 90 days):
• Wet electrical resistivity: ρ > 50 kΩ-cm
• % total void content: < 10%
• Rapid chloride permeability < 500 Coulombs
• Need controlled environment field laboratory (RH 75
± 5% and Temperatures 21 ± 2 °C)
Inauguration
INAUGURATION: MAY 8th, 2017
TANKS FOR YOUR ATENTION!
