Se estima que los proyectos de reparación de estructuras de concreto en los Estados Unidos cuestan entre 18.000 y 25.000 millones de dólares cada año, y se calcula que una porción significativa de tales proyectos, alrededor del 50%, se dedica a corregir reparaciones que no han tenido un desempeño satisfactorio, especialmente por fallas en el diseño y/o construcción de las reparaciones, y a errores en la selección de los métodos o de los materiales. La ausencia de una norma específica para la reparación de edificaciones de concreto multiplica la variedad de prácticas para la evaluación y reparación, y resta la confianza en la efectividad y durabilidad de las reparaciones. Adicionalmente y debido a la ausencia de una norma específica para estructuras existentes con mucha frecuencia las decisiones sobre la manera de reparar una estructura conllevan a satisfacer los criterios de normas dirigidas a edificaciones nuevas, como es el caso del ACI 318. Por lo mismo, las reparaciones pueden resultar con frecuencia demasiado costosas o hasta puede que se decida demoler y reconstruir. En 2004, el American Concrete Institute (ACI) junto al International Concrete Repair Institute (ICRI) y otras entidades como universidades, ingenieros, contratistas y fabricantes desarrollaron un plan estratégico para la industria de la reparación, protección y reforzamiento de estructuras de concreto en los Estados Unidos, recogido en el documento titulado Vision 2020. Entre sus objetivos, Vision 2020 incluía el desarrollo de una norma para la reparación/rehabilitación de concreto que debía cumplir los siguientes objetivos específicos:

• Establecer las prácticas y requisitos para la evaluación, diseño, selección de materiales y construcción de las reparaciones.
• Elevar el nivel y mejorar el desempeño de las reparaciones.
• Establecer responsabilidades claras entre propietario, ingenieros y contratistas.
• Proveer a los encargados de estudiar, tramitar y otorgar licencias de construcción los medios paraevaluar el diseño de las reparaciones o rehabilitaciones estructurales.

Siguiendo los lineamientos de Vision 2020, en 2006 el ACI estableció el Comité 562 Evaluación, Reparación y Rehabilitación de Edificaciones de Concreto, cuya misión principal es desarrollar la norma. Después de varios años de trabajo, en 2013 el Comité 562 publicó el documento Code Requirements for Evaluation, Repair and Rehabilitation of Concrete Buildings (ACI 562-13). Similarmente al ACI 318, el ACI 562 debe ser actualizado siguiendo el denominado “ciclo del código” del International Building Code (IBC) y International Existing Building Code (IEBC) que es de tres años. Recientemente ha sido publicada una nueva edición del ACI 562 - ACI 562-16, Code Requirements for Assessment, Repair and Rehabilitation of Existing Concrete Estructure and Commentary. Filosofía de la Norma ACI 562 El objetivo principal del ACI 562 es establecer requisitos mínimos para evaluar, reparar y rehabilitar estructuras de concreto, que resulten en alternativas económicas para la reparación y protección, pero que, ante todo, preserven la vida y protejan el patrimonio. El ACI 562 reconoce que las edificaciones existentes de concreto incluyen enorme variedad de sistemas y elementos estructurales, que tienen diferentes antigüedades, que fueron diseñadas con diferentes códigos y construidas con diversos materiales, muchos de ellos ya en desuso, y que por lo tanto pueden exhibir deterioro y un sinnúmero de problemas estructurales. Es así como, ante la gran variedad de problemas que pueden encontrarse en los proyectos de reparación y rehabilitación, el ACI 562 no es una norma con requisitos pres- criptivos, por el contrario, ofrece requisitos basados en el desempeño de tal manera que permite la flexibilidad en la evaluación de las estructuras y en el diseño de las reparaciones. Este enfoque admite diferentes criterios de ingeniería, fundamentados en la teoría y la práctica, y además fomenta la aplicación de soluciones creativas para planear las reparaciones, ya que para un problema puede haber diferentes soluciones.

Aplicabilidad del ACI 562

El ACI 562 es aplicable a proyectos de evaluación, reparación y rehabilitación de estructuras existentes. Una estructura es existente cuando está en uso permanente y tiene permiso legal de ocupación o de uso. Esto implica que si durante la construcción de una edificación surge algún problema que exige una evaluación o reparación, esta se debería realizar en el marco del ACI 318 porque la edificación aún no está en uso. Las provisiones del ACI 562 cubren elementos de concreto estructurales de la superestructura y la subestructura, incluyendo elementos estructurales prefabricados de concreto. También cubren elementos no estructurales cuando el deterioro o falla representan un riesgo para la integridad física de las personas. Un ejemplo de esto es el de los parapetos de concreto que, en caso de mostrar deterioro, pueden dejar caer pedazos de concreto o colapsar del todo.

Organización del ACI 562

La organización de la norma ACI 562 sigue intuitivamente la secuencia de las fases de un proyecto de reparación de estructuras de concreto. Los tres primeros capítulos proveen criterios para establecer los requerimientos y parámetros del proyecto, el código base de diseño y otros requisitos generales. El código base de diseño es el código local que reglamenta las condiciones bajo las cuales deben diseñarse y construirse las evaluaciones y reparaciones estructurales. En los Estados Unidos el código base es generalmente el código de cada jurisdicción (estado, ciudad) que en muchas ocasiones es el IBC o IEBC adoptado por la jurisdicción después de introducir ciertas enmiendas. En el caso de Colombia, el código base de diseño sería la NSR-10. Los capítulos 4, 5 y 6 proveen requisitos relacionados con la investigación de campo, la evaluación de la estructura y el análisis. Los capítulos 7 y 8 enumeran requisitos para el diseño de las reparaciones y los criterios de durabilidad a ser incorporados en las reparaciones. Los capítulos 9 y 10 enumeran requisitos relacionados con la implementación de las reparaciones, como son la construcción y el aseguramiento de la calidad. La Tabla 1 presenta los diferentes capítulos del ACI 562.

Relación entre el ACI 562 y el ACI 318

El ACI 562-16 se apoya en el ACI 318-14 como recurso para diseñar las reparaciones estructurales. Por ejemplo, los requisitos de adherencia entre el material de reparación y el elemento de concreto descritos en el Capítulo 7 del ACI 562-16 fueron desarrollados a partir de los requisitos para corte horizontal en el Capítulo 16 del ACI 318-14. En el Capítulo 5 del ACI 562-16, las combinaciones de carga para el análisis de las estructuras y diseño de las reparaciones, así como los factores de reducción, son similares a los que se incluyen en los Capítulos 5 y 21 del ACI 318-14. De igual manera, se incluyen en el Capítulo 27 del ACI 318-14 los factores de reducción cuando se han verificado las dimensiones, geometría y propiedades de elementos estructurales existentes.

Algunos requisitos importantes del ACI 562

La mayor parte de los ingenieros que trabajan en el diseño y reparación de estructuras existentes de concreto están familiarizados con varios de los procedimientos especificados en el ACI 562-16. Ciertamente existen procedimientos que requieren adquirir conocimientos o desarrollar nuevas habilidades para aplicar la norma. Algunos ejemplos de estos conocimientos o habilidades son la evaluación de las condiciones existentes de estructuras, uso de pruebas no destructivas, comprensión de las causas del deterioro del concreto y de las deficiencias estructurales, análisis estructurales no convencionales, diferentes estrategias y materiales de reparación, e inspección del proceso de reparación.

Evaluación de estructuras existentes

Las propiedades y dimensiones que describen los planos y especificaciones originales pueden utilizarse para evaluar estructuras existentes. El ACI 562-16 también permite el uso de propiedades históricas de los materiales, para lo cual incluye unas tablas que enumeran las propiedades históricas para el concreto y el refuerzo de acero utilizados a través de diferentes periodos del siglo XX. El ACI 562-16 fomenta la aplicación de pruebas de campo y laboratorio para obtener propiedades in-situ de los materiales, así como el uso de dimensiones de la estructura obtenidas o verificadas con mediciones de campo. En tales casos, el ACI 562-16 permite aplicar mayores factores de reducción: por ejemplo, en el caso de flexión se usa un valor de 1,0 en vez de 0,9. La evaluación estructural siempre debe considerar los efectos del deterioro, en las propiedades y secciones de los elementos estructurales. Una herramienta útil en la evaluación de estructuras son las pruebas de carga. ACI 562-16 especifica el uso del AC1 437-13 (Code Requirements for Load Testing of Existing Concrete Structures), que incluye protocolos y criterios de aceptación para pruebas de cargas según los métodos monotónicos y cíclicos.

Diseño de las reparaciones estructurales

El diseño de las reparaciones estructurales en el marco del ACI 562-16 se basa en principios del comportamiento y diseño de concreto estructural, que en muchos casos son aplicados en el diseño de estructuras nuevas siguiendo el ACI 318. De esta manera, las estructuras reparadas o reforzadas deben tener resistencias mayores o iguales que la demanda basada en combinaciones de carga mayoradas, y deben tener suficiente rigidez para prevenir problemas durante su vida útil de servicio. También el diseño del reforzamiento debe incluir principios de compatibilidad de deformaciones y equilibrio de fuerza. El ACI 562-16 incluye requisitos exclusivos del diseño de las reparaciones y pone énfasis a consideraciones sobre el comportamiento de la estructura durante todas las fases del proceso de reparación que, de ser ignoradas, pueden causar la falla de la estructura durante la reparación o llevar a ineficiencias o fallas de la misma. Enumera requisitos para la adherencia entre el material de reparación y el sustrato de concreto, consideraciones para la interacción entre los elementos reparados o reforzados con el resto de la estructura, además de consideraciones para la selección de materiales y detalles a incluir en las reparaciones. Es de resaltar que el ACI 562-16 permite el uso de materiales compuestos de polímeros reforzados con fibra (FRP) para el reforzamiento de elementos estructurales. Los comentarios en la norma hacen referencia a documentos publicados por el comité ACI 440 para garantizar que el diseño sea propiamente realizado y el refuerzo de FRP sea incorporado a los elementos estructurales existentes.

Durabilidad

Uno de los objetivos más importantes del ACI 562 es lograr reparaciones duraderas, pues el alto número de reparaciones que fallan se debe a la falta de consideraciones adecuadas a la durabilidad. En estructuras reparadas este no es un aspecto simple, pues depende del tipo de estructura, de su exposición al ambiente que la rodea, y de la vida de servicio deseada.

Cuando sea aplicable, el ACI 562-16 exige que el diseño de la reparación incluya aspectos de durabilidad que deben considerar la interacción del área reparada con el resto de la estructura. Un ejemplo es la recomendación para el uso de ánodos en las reparaciones a fin prevenir el “efecto del anillo anódico” en concreto adyacente, que es una indicación de corrosión del refuerzo en zonas que inicialmente no mostraban deterioro. Otro ejemplo son las consideraciones para seleccionar un sistema de protección que ofrezca una reparación duradera. Estos sistemas pueden incluir impermeabilizantes, sellantes, recubrimientos anticarbonatación, ánodos, etc. La ausencia o la deficiencia en el mantenimiento de estructuras expuestas al medio ambiente puede llevar a que las reparaciones no sean duraderas o que aparezcan nuevas áreas con deterioro. Hasta las estructuras con algún nivel de protección pueden deteriorarse si, por ejemplo, no se reparan los recubrimientos y las juntas o fisuras selladas. Aunque la frecuencia del mantenimiento es dictada por el dueño de la estructura, el ACI 562-16 exige que el ingeniero responsable por las reparaciones trace lineamientos para el mantenimiento de la estructura una vez esta sea reparada de tal manera que el dueño sepa las necesidades de mantenimiento específicas.

Construcción

La reparación de elementos estructurales en particular la remoción de materiales o de elementos estructurales adyacentes– pueden debilitar temporalmente la estructura y crear efectos adversos a la estabilidad local o global. Entre otros ejemplos, la remoción parcial o total de una viga aumenta la altura no soportada de una columna, la remoción de concreto y de estribos en una columna puede producir pandeo local del refuerzo vertical, y la remoción o reparación de un elemento estructural puede causar sobreesfuerzos en otros elementos estructurales.

El ACI 562-16 incluye consideraciones para asegurar la estabilidad de los elementos estructurales durante la construcción de las reparaciones. La norma exige particularmente que los planos y especificaciones definan requisitos para mantener la estabilidad estructural, como el apuntalamiento o arriostramiento de los elementos durante todas las fases de la reparación. Un punto a resaltar es que el ACI 562-16 no demanda que el ingeniero responsable del proyecto diseñe el apuntalamiento o arriostramiento porque es una responsabilidad típica del contratista. En tal sentido requiere que el apuntalamiento o arriostramiento sea diseñado por un ingeniero que trabaje directamente para el contratista.

Aseguramiento de la calidad

El ACI 562-16 determina que los planos o especificaciones incluyan requisitos para inspeccionar las reparaciones durante la construcción y una vez que estén construidas. También exige incluir las pruebas de campo o de laboratorio requeridas por el código base. Como en cualquier proyecto, el ingeniero puede especificar pruebas adicionales si las características del proyecto y su criterio así lo requieren. El comentario de la norma incluye una lista de ítems y ensayos que se pueden incluir en el programa de control de calidad.

Impacto del ACI 562

El ACI 562-16 expone requisitos mínimos para evaluar y reparar estructuras de concreto con el objeto de defender la vida y proteger el patrimonio. Esta norma señala el estándar de cuidado a seguir por los ingenieros en proyectos de este tipo. La utilización del ACI 562-16 suministrará a los ingenieros requisitos consistentes para la evaluación y reparación de estructuras de concreto. Así mismo proveerá a los encargados de expedir licencias de construcción los medios para examinar los planos y las especificaciones.