¿Qué es el hidrocorte?

El corte utilizando el chorro de agua a altas presiones, también llamado “corte frío”, es un procedimiento desarrollado para aplicar a diferentes materiales donde otros métodos son inaplicables o menos eficientes, tanto sea por su composición y/o estructura como por su procedimiento de fabricación.

La eyección del chorro de agua sin abrasivos no es capaz de traspasar elementos que no sean porosos. Sin embargo, empleando una cámara mezcladora, en la que es combinado con un material de dureza suficiente (Mosh 7.5 – 8.0) y pequeña granulometría (mesh 60-80), el chorro se convierte en una potente herramienta cortadora, capaz incluso de cortar metales como el acero. Así, aumentando la presión por encima de 1.600 bar, alcanzamos velocidades superiores a 550 m/seg. A la vez, reduciendo el caudal a 20 l/min., conseguimos un chorro quirúrgicamente fino con un diámetro alrededor de 1 mm y concentrado.

Por ello, el chorro abrasivo generado tiene las siguientes propiedades:

•  Es un corte frío.
•  Libre de polvo.
•  No aumenta significativamente la temperatura.
•  No provoca deformaciones por calor.
•  Es un corte húmedo, las chispas quedan sofocadas.
•  No genera vibraciones en el resto de la estructura.
•  Es dirigible y preciso.
•  Indicado en atmósferas potencialmente peligrosas.
• Gran velocidad de corte con precisión en grandes espesores sin desbaste de material.

Diferentes cortes dependiendo de la velocidad de pasada

Detalle del hidrocorte

La ventaja más importante de este sistema radica en que el mismo es intrínsecamente un corte frío, es decir, que el aporte de calor es insignificante frente a las técnicas habituales.

Sabemos que los combustibles sólidos o líquidos en presencia de una fuente de calor pueden alcanzar la temperatura suficiente para transformarse en gas por la energía de esa misma fuente de calor. También sabemos que esos gases en proporción estequiometría con el oxígeno conforman atmósferas inflamables o explosivas que exigen aplicar costosas medidas preventivas para evitar incendios.

Esta técnica es recomendable para realizar cortes en ambientes con peligro de explosión e incendio como: Tanques y tuberías de hidrocarburos, Industria Offshore Oil and Gas Facilities, Industria Nuclear, Buques, etc.

Otra ventaja del sistema de hidrocorte es que se puede realizar el corte simultáneo de materiales de diferentes características. Un ejemplo de aplicación efectiva es el corte en un recipiente de la coraza metálica y del revestimiento refractario, con un sólo sistema en una sola operación.

La máquina de hidrocorte permite realizar cortes en forma lineal (muros o forjados) y circular (en recipientes, tanques, tuberías, torres, etc.), longitudinales o transversales. La técnica no sólo puede ser utilizada para el metal, también se utiliza para el hormigón, realizando cortes de hasta 50cm de espesor.

Con esta técnica es muy fácil obtener un corte definitivo en tolerancia y en forma, adecuado para la unión con las partes nuevas.

Los bastidores sobre los que se mueve la lanza permiten, por medio de un dispositivo autónomo, desplazarse en superficies metálicas de todo tipo al igual que en superficies de hormigón, garantizando así un corte parejo con un mínimo de impacto sobre el material adyacente al mismo.

Si quieres saber más de todas las aplicaciones que tiene esta técnica puedes encontrarlo en www.hidrodemolicion.es 

Laura Llorente
Equipo de HIDRODEMOLICIÓN

Cómo reparar una estructura deteriorada por corrosión

Debido al paso del tiempo, el hormigón armado de diversas estructuras sufre diversos deterioros, siendo el más característico el de la corrosión de armaduras.

El deterioro de los elementos estructurales de hormigón armado (pilares, vigas, losas de cimentación, forjados y muros) van en detrimento de la capacidad resistente de la estructura.  La patología más generalizada, como bien se ha dicho anteriormente, es la de la corrosión de las armaduras, la cual causa desconchones y desprendimientos del hormigón de recubrimiento. Este hecho se traduce en pérdidas de sección resistente, tanto de las armaduras como del hormigón, reduciéndose por tanto la capacidad resistente de los elementos.

El proceso de corrosión se fundamenta en una reacción electroquímica de óxido-reducción, con la formación de ánodos, cátodos y la presencia de un electrolito en los poros del hormigón que facilita la transferencia de electrones de los ánodos a los cátodos. Este proceso reconvierte el metal a su estado primario (óxido de hierro):

Ánodo: Fe →  Fe²⁺ + 2e^-

Cátodo: O₂ + 2 H₂O + 4e^- → 4 OH^-

La hidratación de los óxidos de hierro y su transformación hasta llegar a formar el óxido férrico hidratado, trae consigo un incremento de volumen que puede llegar a ser del 600% del tamaño original del metal, razón considerada como la principal causa de la expansión y fisuración del hormigón, rompiendo la capa de recubrimiento de hormigón.

Fe²⁺ +2OH^- → Fe(OH)₂                                  Formación de Hidróxido ferroso

4 Fe(OH)² +O₂ + 2 H₂O → 4 Fe(OH)₃        Formación de Hidróxido férrico

2 Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ x H₂O + 2 H₂O            Formación de Óxido férrico hidratado 

La alta humedad, la presencia de iones cloruros, la posible microfisuración del hormigón de recubrimiento por el ataque de sulfatos, así como mayor aportación de O₂ del exterior por dichas microfisuras, han influido en el grado de corrosión de las armaduras.

La presencia de iones cloruros en cantidades elevadas (> 0.4% en peso de cemento) en espesores de 0-15 mm de recubrimiento y próximos al umbral de las armaduras (20 mm) aumentará de forma exponencial el riesgo de corrosión de las mismas.

Por otro lado, el elevado contenido de sulfatos encontrados en el hormigón en los primeros 15 mm de profundidad repercutirá en la calidad del hormigón superficial y creará nuevas vías para el ingreso de los agentes externos. Tanto en este caso, como en el ataque por cloruros, es esencial crear una barrera que impida un aumento de las concentraciones de estos en el hormigón. Dicha protección deberá ser realizada en toda la estructura, tanto interior como exterior.

Es por ello tan importante la realización de una correcta reparación de la estructura para que esto no vuelva a suceder, al menos en un tiempo relativamente elevado, y para ello hay que emplear una preparación de la superficie lo más óptima posible.

Mediante la técnica de la hidrodemolición se elimina el hormigón alterado y las zonas adyacentes hasta encontrar zonas sanas.

El agua a muy alta presión también se empleará para la limpieza del hormigón de recubrimiento, logrando eliminar de 2 a 3 mm del mismo, dejando de esta forma el árido visto. Este tratamiento permitirá eliminar la capa más superficial de hormigón donde se encuentra la mayor concentración de los iones cloruros.

En la siguiente gráfica, podemos observar la curva característica de concentración de cloruros en función de la profundidad de penetración en condiciones de un hormigón con una permeabilidad dentro de los parámetros de durabilidad establecidos en la EHE. La dificultad que ofrece el hormigón a la entrada de los iones cloruros y sulfatos hace que la mayor concentración de estos se encuentre la capa más superficial de hormigón, produciéndose luego un descenso importante de la concentración hacia el interior. Si la permeabilidad fuese alta, la curva característica tendería a ser más lineal y la concentración a las diferentes profundidades mayores que un hormigón de baja permeabilidad.

De tal forma que la nueva medición mostraría una reducción de la media de concentraciones en los espesores de 0 a 15 mm (método de ensayo empleado). Este tratamiento también eliminaría la capa de hormigón más deteriorada por la presencia de los sulfatos, dejando una superficie adecuada para la aplicación de morteros especiales de muy baja permeabilidad, aditivados con fibras y polímeros.

La profundidad a la que es conveniente llegar se determina de forma bastante automática con este método. La hidrodemolición se puede considerar una técnica extraordinariamente selectiva: a igualdad de condiciones (presión, distancia del chorro y tiempo de aplicación) sólo se elimina el hormigón que no alcanza una determinada resistencia, por lo que, una vez calibrado el sistema y siempre que se cuente con un robot o con operarios muy especializados, el hormigón sano no se ve afectado, siendo eliminado el que está en peores condiciones. Por lo tanto, si la armadura se encuentra corroída en todo su perímetro, el hormigón que se encuentra tras ella estará alterado y será eliminado de forma espontánea al aplicar el chorro en esa zona.

No obstante, es aconsejable profundizar algo más en la eliminación de hormigón para permitir la posterior pasivación de las armaduras por todo su perímetro, dejando 20-30 mm por detrás de la armadura. De igual forma, la eliminación de hormigón deberá ser suficiente hasta alcanzar armadura sana, para evitar la formación de los llamados ánodos incipientes en los bordes de la zona reparada.

La técnica de chorro de agua a ultra alta presión (hasta 2.500 bar) tiene una extraordinaria efectividad sobre los materiales porosos, siendo el hormigón y los óxidos del acero, por lo que la armadura queda limpia y preparada para recibir el siguiente tratamiento.

Es importante señalar que a veces se ven especificaciones para este tipo de trabajos que exigen llevar la armadura hasta acero blanco, de acuerdo con la norma sueca (SA 2,5). Además de inútil, resulta prácticamente imposible conseguirlo sin utilizar partículas sólidas en el chorro de agua. Llevar las barras a acero negro (norma HB 2,5) es suficiente para conseguir una buena superficie de agarre para el tratamiento posterior. 

Superficie de metal antes y después del chorro de agua a alta presión

No hay que olvidar que las armaduras se suelen tener sin grandes precauciones almacenadas en obra, procediéndose a su hormigonado con una débil capa de óxido…

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Laura Llorente
Equipo de HIDRODEMOLICIÓN

Reparación de túneles

El revestimiento definitivo de un túnel consiste en una estructura de hormigón que reviste la cavidad y que está en contacto directo con el terreno o con el sostenimiento previamente ejecutado. Este revestimiento estructural del hormigón del túnel representa una garantía para evitar la caída de elementos del sostenimiento, siendo sus principales funciones la impermeabilización, funcionalidad y estética.

La forma y la geometría de un revestimiento vienen marcados por consideraciones geotécnicas y suelen relacionarse entre la excavación y los medios utilizados, así como el uso al que esté destinado el túnel. Es por ello que la geometría de un túnel puede ser complicada, combinando diferentes curvas circulares.

Generalmente los revestimientos de túneles son de hormigón en masa, siendo escasos los casos en los que se precisan armaduras. Como excepción se pueden citar los siguientes:

• Túneles en terrenos expansivos
• Túneles en zonas de fallas
• Zonas parciales de túneles con transmisión de esfuerzos: Unión de zapatas y contrabóveda o unión de revestimiento con muros

Dovelas prefabricadas

Sin embargo, los revestimientos de dovelas prefabricadas de hormigón armado han experimentado en los últimos tiempos una expansión espectacular debido al crecimiento de infraestructuras urbanas subterráneas excavadas con escudos.

Un revestimiento prefabricado se compone de una serie de anillos yuxtapuestos que, a su vez, están formados por un número variable de dovelas. Este tipo de revestimiento se empezó a instalar en Inglaterra, a partir de los años 30, en túneles hidráulicos de pequeño diámetro, sustituyendo a los revestimientos de fundición utilizados hasta entonces.

Las dovelas, al ser elementos de gran esbeltez y sometidos a esfuerzos, así como a las cargas del terreno, precisan de una cuantía de armadura que les permiten soportar dichas acciones. Es por ello que disponen de armaduras de flexión, de refuerzo en juntas radiales y de refuerzo en juntas circunferenciales, así como de juntas y elementos de fijación para la unión de una dovela con otra, haciendo posible la impermeabilización del túnel.

Reparación de túneles

En los últimos 25 años el número de incendios, tanto en túneles carreteros como de ferrocarril, ha sido importante, sobre todo en lo concerniente a pérdida de vidas humanas. Además, los costos de reparación y la interrupción en el servicio del túnel han sido significativos.

Para que un hormigón mantenga sus propiedades después de un fuego, la temperatura de la superficie del mismo no debe sobrepasar unos valores predeterminados. Estos valores han sido establecidos con un coeficiente de seguridad para que no aparezcan daños por deformaciones plásticas, despegue de la armadura, etc. Estas temperaturas son 380ºC en la superficie del hormigón y 250ºC en la zona de armadura si se trata de un hormigón armado, que lo cumple si el recubrimiento es de 25 mm.

Es por ello que muchos de los túneles de hormigón actuales necesitan ser renovados para cumplir con la legislación sobre prevención de incendios, aplicando un nuevo hormigón altamente resistente a las altas temperaturas.

Sin embargo, para poder proyectar el nuevo hormigón es necesario retirar primero la capa superficial de las dovelas y llegar hasta la armadura. Así, la nueva capa ingnífuga tendrá una mayor cohesión con el resto de la estructura manteniendo su integridad.

Además de esto, la inspección periódica de los túneles puede revelar daños en la superficie del hormigón, pudiendo estar fisurada originando que se filtre agua por dichas grietas. Es por ello que también es necesaria su reparación sin, para ello, dañar la armadura y debilitar el hormigón sano.

La retirada del hormigón realizada mediante hidrodemolición, que respeta el hormigón en buen estado y no daña la armadura, facilita el vertido del nuevo hormigón y la cohesión del nuevo material con el antiguo. Y, además, permitiendo acortar los plazos del proyecto, un aspecto clave en la reparación de infraestructuras de transportes como puentes, vías o túneles.

La técnica de la hidrodemolición es una tecnología que, controlando los parámetros físicos del proceso de hidrodemolición, permite la eliminación del hormigón degradado sin comprometer el material intacto. Dependiendo de las características que se quieran conseguir, los parámetros físicos tomados en consideración son: la presión del agua, el caudal del agua, la distancia de la lanza a la superficie a tratar y el tipo de toberas. La automatización del proceso de la hidrodemolición selectiva, completado con la utilización de robots, es esencial para obtener una calidad óptima de la superficie tratada y sin comprometer la seguridad del operario.

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Laura Llorente
Equipo de HIDRODEMOLICIÓN

Report 11: Reparación de tablero en puente de alta montaña en la autopista A-66 de León

Las carreteras se encuentran en un estado de conservación “deficiente”: el peor de los últimos 30 años. Ello tiene consecuencias directas sobre la comodidad de conducción y cansancio del conductor, tráfico rodado, deterioro del vehículo, consumo de combustible y seguridad vial.

Una carretera en mal estado aumenta el riesgo de sufrir un accidente por deslizamiento del vehículo e incluso por la incomodidad de conducción. Es por ello tan importante la reparación de dichas carreteras y sobre todo en estructuras tan delicadas como son los puentes.

Este mes os mostraremos la reparación de un tablero de la autopista AP-66 donde el pavimento estaba totalmente deteriorado.

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El equipo de HIDRODEMOLICIÓN

Testeo de hormigón dañado por la acción del fuego

La aparición de zonas con altas temperaturas en el interior de una estructura produce una respuesta general de esta al incremento de longitud de los elementos, afectados por causa de la dilatación térmica. La existencia de coqueras o debilitamientos en la sección del hormigón permite que las altas temperaturas atraviesen el hormigón y lleguen a las armaduras muy rápidamente. Como bien sabéis, el acero es buen conductor por lo que se calienta toda la barra de acero produciéndose una dilatación de la misma, sin embargo el hormigón permanece en el mismo estado. Esto produce compresiones y por lo tanto fisuras.

El proceso de desprendimiento, también llamado spalling, tiene lugar rápidamente, a los 100-150 ºC, como resultado del impacto térmico y el cambio de estado del agua intersticial. 

A medida que el agua se convierte en vapor y debido a la densa estructura del hormigón, el vapor no puede escapar eficientemente a través de su matriz, y la presión aumenta. Cuando la presión en el hormigón es superior a su resistencia, comienza el proceso de desprendimiento o spalling.

Este efecto puede ser agrupado en cuatro categorías: 
a) Desconchamiento del agregado;
b) Desconchamiento por explosión;
c) Desconchamiento de la superficie;
d) Desconchamiento en esquinas.

Las primeras tres pueden ocurrir durante los primeros 20-30 min en un fuego y están influenciados por el grado de calentamiento, mientras que la cuarta ocurre después de 30-60 min de fuego y está influenciada por la temperatura máxima. El desconchamiento de superficie y el desconchamiento por explosión son violentos, siendo el desconchamiento por explosión el más grave de todos.

El hormigón de alta resistencia (HPC) es más propenso a desprenderse explosivamente y a experimentar múltiples desconchamientos que el hormigón de resistencia normal ya que se crea mayor presión en los poros durante el calentamiento por el aumento de densidad y menor porosidad de su mezcla.

Sin embargo, es necesario la realización de un testeo para comprobar si no se han realizado fisuras en el interior de la estructura.

El proceso de hidrodemolición elimina el hormigón por dos mecanismos separados: el impacto directo en la superficie y la presurización de las grietas. Permite respetar las armaduras y no introduce vibraciones y efectos de martilleo que comprometerían la adherencia con el nuevo hormigón in situ, algo que sería inevitable con cualquier otro procedimiento. Por lo que se desaconseja explícitamente el uso de martillos neumáticos, pistoletes u otras técnicas de percusión por las razones expuestas.

Para estos trabajos, es muy importante diferenciar la hidrodemolición robotizada de la hidrolimpieza manual. ¿Por qué? 

La lanza manual es manipulada por un operario, por lo que la fuerza ejercida con ésta es de 200 N, la cual ayuda a sanear superficies de hormigón en las que no es necesario rebajar muchos centímetros. Habitualmente se emplean toberas de 0,7-0,8 mm siendo una amplitud muy pequeña y penetrando muy lentamente sobre el soporte de hormigón, dependiendo también del tipo de hormigón que sea, del árido del que esté compuesto, el tiempo de exposición del chorro y la distancia a la que se inyecta el chorro del agua.

Sin embargo, la preparación de superficies con equipos robotizados es mucho más eficaz y necesario en esta situación, ya que aporta una fuerza de 2.000 N, rebajando 10 veces más rápido que una lanza manual en el mismo tiempo de exposición y la misma distancia del chorro de agua. A su vez, la amplitud es mucho mayor dado que se emplean toberas de 3,2 mm. Este dato es importante puesto que evidencia las fisuras y elimina las partes más dañadas gracias al escaner completo que realiza del muro o solera a intervenir en una primera pasada del robot. 

Más tarde, en una segunda pasada, se realizaría la hidrodemolición eliminando 2-3 cm por detrás de la armadura para, más tarde, volver a hormigonar. Para estos trabajos con robot, es importante trabajar con 1.000 bar de presión y caudales de 190 lt/hora.

Como se puede apreciar en el croquis al igual que en las imágenes, el trabajo realizado con lanza manual y el robotizado no son comparables.  

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Laura LlorenteEquipo de HIDRODEMOLICIÓN