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Un gran número de estructuras en regiones costeras o zonas de cruce de agua son soportadas sobre columnas o pilotes. Estos pilotes son comunmente hechos de concreto o madera. Además, los pilotes de acero que son encuentran en ciertas estructuras como plataformas petroleras. El entorno adverso se presenta debido al agua de mar, humedades y temperaturas altas, los ciclos seco/mojado, todos estos provocan un deterioro muy rápido de estas estructuras. Las condiciones más severas son encontradas en zonas de choque donde se abarca la porción de la columna o pilote entre los niveles de marea alta y baja. La alta concentración de iones cloruro le permite al agua de mar penetrar y alcanzar al acero aunque el concreto sea de alta calidad. Como resultado, el recubrimiento pasivo que normalmente protege al acero se destruye haciendo inevitable la corrosión del acero de refuerzo.
Debido a que el acero afectado por la corrosión ocupa un volumen mayor, éste causa fuerzas laterales en el concreto que exceden por mucho la resistencia de tensión del concreto. Esto resulta en agrietamientos y la aparición de fisuras en el concreto. La deterioración del concreto y la pérdida de sección del área de acero de refuerzo resulta en una reducción en la capacidad de los pilotes o columnas. La reparación requiere además de la creación de una cimbra que será rellenada de mezcla para crear un alargamiento en el tamaño de la sección, así se incrementará su capacidad de carga. El ambiente húmedo marino combinado con la dificultad de acceso no son lo más adecuado para el uso de cimbras hechas con madera o acero. En los últimos 20 años, Los recubrimientos a base de encamisados de fibra de Vidrio (GFRP) han sido elegidos como material de cimbra para las construcciones marinas. En muchos casos, estas cimbras suelen dejarse en sitio.
los recubrimientos de Fibra de Vidrio (GFRP) son ligeros y resistentes a la humedad y han sido usados ampliamente para la reparación de pilotes o columnas submarinas. Existen bastantes fabricantes que suministran la mayoría de los productos usados en Norte América. Estos productos son elaborados típicamente de dos capas de fibra de vidrio que son adheridas una a otra y sujetadas con correas especiales para mantenerlo como un encamisado alrededor del pilote. En algunos casosla conexión puede quedar como una especie de pliegue que después pasa a ser rellenada con el epóxico en campo. Hay otras formas donde dos capas son suministradas como dos formas "U" donde cada lado es adherido al pliegue de la otra forma con epóxico, de esta manera obtenemos una forma sólida y cuadrada para el pilote. Algunos de los encamisados que se usan comunmente a la fecha son mostradas en la Fig. 1.
Todos los encamisados existentes requieren de una planeación avanzada por el contratista para escoger la medida correcta para su proyecto. Cabe destacar que los encamisados estan disponibles en medidas estándar solamente, Si no se ecoge la medida correcta esto nos lleva a tener espacios muy grandes entre el recubrimiento y el pilote lo cual se traduce en una mayor adición de resina y/o mezcla, lo cual llega a repercutir en peso y costo de los materiales que se ocupan para llenar ese espacio. Los encamisados llegan a ser más voluminosos, lo que repecute en en costos más altos de envío y almacenamiento. Desde un punto de vista de la ingeniería estructural, la costura o junta vertical a lo largo del encamisado, aún adherida o atornillada, le introduce un plano de debilidad que minimiza la presión de confinamiento que ofrece el encamisado. Para prevenir estos inconvenientes, se desarrolló un producto nuevo que se describe en la parte inferior.
Laminados PileMedic™La reparación y reforzamiento de estructuras mediante la adherencia de productos de FRP a las superficies de elementos estructurales fue introducida por el autor en los 80s. La técnica, conocida como impregnación en sitio, incluye Fibras de Vidrio o Carbono saturadas con resina en campo y aplicadas a la superficie de vigas, columnas, muros , losas, tubería, etc. Para el día siguiente cuando el FRP está totalmente curado, se forma una barrera impermeable que es de 2-3 veces más resistente que el acero. Esta técnica ha sido mundialmente aceptada y ha crecido en las últimas dos décadas en la reparación de edificios y puentes. Mientras que se han hecho avances para el desarrollo de resinas que curan bajo el agua, la reparación de pilotes con esta tecnología no es muy eficiente. Entre los principales inconvenientes es que los sistemas de impregnación en sitio no pueden ser aplicados a estas superficies. Para pilotes submarinos deteriorados, la cimbra de las superficies requieren de la construcción de ataguías, adicionando un gasto significativo al proyecto. Es preferible usar cimbras de FRP las cuales crean una cubierta alrededor del pilote, permitiendo que el espacio entre el elemento y la cubierta sea rellenado con mezcla y no exista la necesidad de construir ataguías para su colocación.
El autor desarrolló recientemente una nueva forma de FRP llamada PileMedic™ que ofrece mayores ventajas en la reparación de pilotes. Las telas de Fibra de Vidrio o Carbono son impregnadas con resina en la planta de producción y son prensadas bajo presiones y temperaturas altas para producir laminados muy delgados. Los laminados con espesor de ¼ pulgada o mayor han estado siponibles por años y son muy fáciles de producir. Los laminados de PileMedic™ varían en espesores entre las 0.010 to 0.025 pulgadas. El desarrollo del proceso y el diseño profesional de equipo para permitir la elaboración de laminados uniformes no es un asunto tan trivial. Dependiente de los requerimientos del diseño, el laminado puede incluir múltiples capas de fibras de Vidrio y carbono unidireccional o bidireccional según sea el caso. Los rollos de laminado típico son de .025 plg espesorx 4 pies ancho x 300 pies de long. (Fig. 2).
El alto control de calidad del proceso de producción permite la producción de laminados con resistencia a tensión de más de 155,000 lb/pl2. mediante la mezcla y la orientación de las fibras en diferentes direcciones, los laminados producidos pueden tener un número infinito de características de fuerza y rigidez. En campo, los laminados, son cortados en la dimensión que se requiera y adheridos al pilote o columna para crear una cubierta multicapas de cualquier dimensión. El espacio entre la cubierta de fibra y el pilote es rellenado con resina o mezcla. Una resina impermebeable se aplica sobre el laminado y se envuelve sobre si mismo para crear una capa independiente.
Caso de EstudioLa primera aplicación de PileMedic™ para la reparación de pilotes submarinos fue completada recientemente y se realizó en los condominios Guildford, Bay Harbor Islands, Florida (Fig. 3). El proyecto se localiza en condiciones de ambiente sensibles al sur de la Florida dentro de la costa fluvial. La aprobación del Departamento de protección Ambiental era requerida antes de comenzar con la instalación.
los pilotes de 14-plg x 14-plg (Fig. 4a) presentan corrosión en el acero y fisuras en el concreto. La metodología del diseño original o para alguna reparación no existía. El contratista, CSI, recomendó usar el nuevo sistema para los pilotes que sostenían el mirador en la terraza de la piscina. Se contempló el uso de encamisados convencionales. Sin embargo, el contratista eligió usar el sistema de the PileMedic™ por la facilidad de la instalación y el incremento en capacidad estructural.
Los laminados fueron empacados en rollos de 1.2 mts de ancho x 91-mts de longitud. La especificación del proveedor era de que se requiere una doble capa de recubrimiento más 20 cms extras para el traslape del punto de inicio. Esto reduce los esfuerzos cortantes entre las dos láminas de PileMedic™ y asegura que la columna o pilote está confinado por dos capas en todo alrededor( 360°). No como los otros encamisados mostradas en la Fig. 1, este sistema no deja un plano de falla a todo lo largo del recubrimiento.
Para esta aplicación se decidió forrar los pilotes con cubiertas cilíndricas de 53 cm de diámetro; esto trataba de un círculo cerrado herméticamente que dejaba un espacio pequeño de aproximadamente 1 cm entre el recubrimiento y cada uno de los lados de la columna o pilote. Dicha cubierta de recubrimiento era de aprox 1.7 mts. Así los laminados fueron cortados en piezas de longitud de 1.7+1.7+.2= 3.6 mts. Esto permitió la creación de una cubierta cilíndrica de dos capas con un diámetro aproximado de 53 cms más 20 cms de traslape al final.
El epóxico suministrado por el fabricante no afecta el medio ambiente y cumple con los requerimientos más estrictos para tuberías de conducción de agua potable. El epóxico además es impermeable y cura bajo el agua, eliminando la necesidad de la construcción de ataguías. El epóxico se mezcló usando un mezclador jiffy y se aplicó en un espesor de 1 mm al laminado de 1.7+20= 1.9 mts; Los primeros 1.7 mts de laminado que se colocarán al pilote no necesitan llevar resina epóxica. (Fig. 4b).
Dado que el nivel del agua era relativamente bajo, los trabajadores podían tomar los laminados y llevarlos al agua. En este punto el laminado puede envolver al pilote para crear la cubierta de 53 cms (Fig. 4c). En esta etapa, el epóxico actúa como un lubricante permitiendo al laminado resbalar fácilmente mientras que el equipo de trabajo hace los ajustes finales a la cubierta. Las correas son usadas para ajustar el diámetro de la cubierta y evitar que se destienda antes de que el epóxico cure. (Fig. 4d). la cubierta cilíndrica puede moverse verticalmente a lo largo de la altura del pilote para suposicionamiento final. En este caso, se movió hacia el fondo para crear un sello en la base del pilote.
Una mezcla resistente al agua se mezcló y bombeó con una manguera al espacio entre el recubrimiento y el pilote (Fig. 4e). A medida que la mezcla se iba elevando, ésta desplazaba al agua ala parte superior llenando así el espacio entre la cubierta y el pilote. En esta etapa, la presión hidroestática de la mezcla presiona fuertemente a las dos capas de PileMedic™ una contra otra mientras las correas mantenienen unida a la cubierta para evitar que se separen o se abran. Al mismo tiempo, el calor que se genera del proceso de hidratación de la mezcla ayuda al curado del epóxico. Dependiendo de la temperatura ambiente, el epóxico curará en algunas horas por lo que las correas podrán ser retiradas. Los pilotes reparados al concluir el proyecto se muestran en la Fig. 4f.
En la reparación de pilotes o columnas submarinas, es común programar los trabajos en horas donde hay marea baja por lo que la jornada de 8 hrs podrá no ser del todo eficiente. Sin embargo, en este proyecto, la reparación de 14 pilotes se completó en 4 días de trabajo con un equipo de 3 instaladores.
Conclusiones y ResumenSiguiendo su introducción de los productos de FRP a la industria de la construcción acerca de hace ya 20 años, el autor presenta una nueva forma de hojas laminadas de FRP. Este producto es un gran avance que ofrece soluciones únicas a un gran números de problemas en la reparación y rehabilitación que no son posibles de corregir con los métodos de laminado convencionales o con el sistema de saturación en sitio que ha servido mucho en la industria de la construcción por más de 20 años. este artículo se enfoca en la aplicación de estos laminados para reparar pilotes o columnas submarinas.
La alta calidad de los laminados fabricados en planta reducen tiempos en la construcción y costos significativos, además de mejorar la calidad en la reparación.