Diseño por durabilidad

CLASE 19. Inicio Diseño por durabilidad

 Nota: estos apuntes están basados basados en la siguiente publicación: Torres-Acosta Torres-Acosta  !art"ne# !adrid$ %&&1. Antecedentes En los 'lti(os a)os el t*r(ino de +durabilidad, se a estado escucando con (ás recuencia en la ra(a de la ingenier"a ci/il. 0a"ses industriali#ados co(o Estados nidos$ algunos de Europa  2apón$ an to(ado la durabilidad co(o un te(a rele/ante en el dise)o de estructuras de concreto reor#ado. Estos pa"ses an estado intentando incluir en sus códigos de dise)o reco(endaciones  básicas para obtener un (e3or uso de los (ateriales  as" poder abricar estructuras (ás +durables,. En el caso de las NTC-%&&4 se conte(pla en el cap"tulo 4 el dise)o por durabilidad. Sin e(bargo$ estas disposiciones no deter(inan la +durabilidad, de una estructura$ sino  proporcionan algunas reglas: +5u* debe  5u* no debe acerse para obtener estructuras durables,. 0lantea(iento del proble(a En la interacción del concreto con el acero de reuer#o se presentan dos tipos de  protección 5ue el concreto pro/ee al acero. 0rotección 5u"(ica Se debe a la alcali alcalinid nidad ad del concr concreto eto$$ la cual produce produce una capa capa protec protector toraa en la supericie del acero i(pidiendo 5ue el acero se corroa. A este enó(eno se le deno(ina  pasi/idad. El p6 de el concreto alcan#a alcan#a /alores entre entre 1%.7  14. 0rotección "sica El concreto pro/ee una capa "sica 5ue protege al acero contra agentes a(bientales 8oigeno$ agua$ cloruros$ dióido de carbono 5ue pueden degradar la capa pasi/a entre al concreto  el acero e iniciar su corrosión. A(bas protecciones$ con el paso del tie(po$ se pueden perder e iniciar la corrosión de acero. Los agentes agresi/os tienden a concentrarse en la supericie del concreto  poco a poco se /an transportando por el concreto asta alcan#ar al acero. Cuando estos agentes alcan#an concentraciones cr"ticas$ a ni/el de la ar(adura$ la protección 5u"(ica del concreto se puede perder e iniciar la corrosión.

Cuando el acero e(bebido en el concreto se corroe se reduce la sección de la barra de acero or(ándose una capa de productos de corrosión 8óido o idróido de ierro$ el /olu(en ocupado por dicos productos de corrosión es (aor 5ue el 5ue ocupa la barra de reuer#o dando lugar a presiones contra el concreto$ 5ue rodea a el acero$ propiciando la or(ación de grietas  la dela(inación del concreto. Estas grietas ;o dela(inaciones e/entual(ente pueden dis(inuir el ancla3e del acero $  potencial(ente$ la resistencia estructural del ele(ento.

Conceptos básicos de durabilidad  Funcionabilidad y durabilidad  



La uncionabilidad es una cantidad cuantiicable 5ue está en unción de la capacidad de carga de la estructura La durabilidad es la abilidad de (antener la uncionabilidad re5uerida

 Degradación 

0or deinición es el decre(ento gradual de la uncionabilidad de la estructura con el tie(po. Se le puede cuantiicar co(o el in/erso de la uncionabilidad

Vida útil  

Es el periodo en 5ue la estructura conser/a los re5uisitos del proecto sobre seguridad$ uncionalidad  est*tica$ sin costos inesperados de (anteni(iento.

En el dise)o de estructuras por durabilidad el re5ueri(iento de la /ida 'til de la estructura puede ser deinido de ante(ano por el cliente 8regla(ento por lo 5ue se le lla(ará /ida 'til de ser/icio$ T &.4 &.4-1.& 1.&-%.& H %.&

Diesgo para iniciación de la corrosión Insigniicante 0osible 0robable Seguro

Se sugiere usar un /alor conser/ador de &.G del peso del ce(ento Concentración en la supericie 8C S Co(o es de esperarse este /alor ta(bi*n depende la calidad de la (e#cla ce(entante. Se a obser/ado 5ue C S es in/ersa(ente proporcional al contenido de ce(ento de la (e#cla$ sus /alores se presentan en el Cuadro %. Cuadro %. Concentración en la supericie 8G del peso del ce(ento A(biente !aterial ce(entante Ce(ento portland Ce(ento pu#olánico A(biente etre(o H &.F H&.9& A(biente se/ero &.& -&.F &.7&-&.9& A(biente (oderado &.%-&.& &.&-&.7& A(biente benigno >&.% >&.& El cuadro % (uestra /alores conser/adores$ despu*s de seis (eses 5ue la estructura entra en ser/icio el /alor de C s per(anece constante$ aproi(ada(ente 4.G del peso del ce(ento. Coeiciente eecti/o de diusión 8B E@

Se a deinido 5ue B E@ luct'a entre 11& -F  11&-J c(%;s  es dependiente de la calidad del concreto. Co(o regla general se puede decir 5ue incre(entando la calidad del concreto el /alor  de BE@ tiende a dis(inuir 8Bis(inuendo la relación agua ce(ento$ au(entando la cantidad de (aterial ce(entante$ au(entando el tie(po de curado$ adicionando  pu#olanas. La siguiente ecuación e(p"rica sir/e para calcular el /alor de B E@ 8esta ecuación ue obtenida en concretos sanos.

 D EF 

=

&.7J8 a ; c: &.FC %.J &.4

C f t

81 + f  a :

%.7

= c(% s-1

Bonde: C   cantidad de (aterial ce(entante 8Kg;( a;c  relación agua ce(ento 8en pesos  a  cantidad de ceni#a /olante 8en racción de peso t  tie(po de ser/icio 8en a)os= para aplicación práctica se reco(ienda t  T B ;%

Ejemplo:

Beter(ine el tie(po de iniciación de la corrosión para un ele(ento estructural construido con ce(ento pórtland con c  %& Kg;c(%$ por las condiciones a(bientales el riesgo de iniciación de la corrosión es seguro$ aun5ue el a(biente es (oderado. 0ara un tie(po de dise)o de 1&& a)os. Considere las siguientes relaciones Decubri(iento   c( a;c  &.4$ &.  &.7 Decubri(iento   c( a;c  &.4$ &.  &.7

Cálculo de T% 8Tie(po de propagación El periodo de propagación co(prende desde el inicio de la corrosión asta la (aniestación de da)os eternos 8(ancas pe5ue)as de óido$ grietas supericiales  paralelas a la dirección del acero de reuer#o. T %

=

  CRIT  iCORR

Bonde MCDIT  penetración de la corrosión cr"tica 8(( IC?DD   /elocidad pro(edio de la corrosión 8((;a)o La @igura % (uestra los pará(etros (ás i(portantes in/olucrados en el proceso de epansión de los productos de corrosión  por consiguiente el agrieta(iento del concreto. Sección agrietada Concreto

Concreto