El concreto es el material de construcción más utilizado en las sociedades industrializadas. Sus propiedades mecánicas y su poca necesidad de mantenimiento lo han hecho el material más competitivo entre todos. Sin embargo, en ambientes muy agresivos, su durabilidad se acorta debido a la corrosión de la armadura de acero.
El propósito de este informe es básicamente reunir el conocimiento de investigaciones sobre durabilidad del concreto en ambiente marino y transferir esta información para incluir un "modelo de durabilidad" al diseño estructural del elemento de concreto.
El ejemplo que se presenta, aunque pequeño en dimensiones, describe paso a paso la metodología para el diseño de un elemento estructural por durabilidad.

Corrosión en infraestructura de concreto

Las estructuras de concreto son regularmente definidas como estructuras durables con un bajo costo de mantenimiento. Sin embargo, en las últimas tres décadas se ha observado un incremento de los agrietamientos y delaminaciones de elementos de concreto relacionados con la corrosión de la armadura de acero, en el ámbito mundial. La cooperación del concreto con el acero de refuerzo (o pre-esfuerzo) se basa en que el concreto provee al refuerzo de una protección tanto química como física en contra de la corrosión. La protección química se debe a la alcalinidad del concreto, la cual produce una capa de óxido (del orden de un par de nanómetros) en la superficie del acero, impidiendo que éste continúe corroyéndose. A este fenómeno se le denomina pasividad,1 ya que la capa de óxido evita la propagación de la corrosión del acero. Esta alcalinidad del concreto se debe, principalmente, al hidróxido de calcio (CH) que se forma durante la hidratación de los silicatos (C2S, C3S, C3A, C4AF) del cemento y a los álcalis (sodio y potasio) que pueden estar incorporados como sulfatos en el clinker.2 Estas sustancias sitúan el pH de la fase acuosa contenida en los poros en valores entre 12,6 y 14,3 es decir, en el extremo más alcalino de la escala de pH. El concreto también funciona como una capa física protectora contra los agentes ambientales (oxígeno, agua, cloruros, dióxido de carbono) que pudieran despasivar al acero e iniciar su corrosión.

Sin embargo, en un ambiente marino, los iones cloruro del agua de mar se acumulan en la superficie del concreto y lentamente se transportan a través del recubrimiento de concreto hasta llegar a la armadura. Cuando la concentración de los iones cloruro en la superficie del acero de las armaduras alcanza valores que exceden un nivel crítico (denominado CCRIT en este informe), la protección de la armadura corre el peligro de desaparecer y la corrosión puede desencadenarse.

Cuando el acero embebido en concreto se corroe, se consume una capa de la superficie del acero y se forma una capa de productos de corrosión (óxido o hidróxido de fierro) en el perímetro de la barra. El volumen ocupado por dicho óxido (o hidróxido) es mayor que el que ocupaba el acero original, creando presiones contra el concreto que rodea al acero; esto propiciará la formación de grietas y desprendimientos del concreto (figura 1). Además de ser antiestéticas, estas grietas y/o desprendimientos del recubrimiento de concreto pueden disminuir el anclaje del acero y, potencialmente, la resistencia del elemento estructural.

El concepto de durabilidad

En los últimos 20 años, el término "durabilidad" se ha estado escuchando con más frecuencia en la rama de la ingeniería civil. Países industrializados como Estados Unidos, algunos de Europa (España, Francia, Reino Unido) y Japón, han tomado la durabilidad como un tema de gran importancia, invirtiendo sumas millonarias en estudio e investigación en esta área.

En América Latina, un esfuerzo similar se realizó en el año 1997 al presentarse el informe de la Red Temática DURAR,4 en el cual se presentaron algunos conceptos básicos sobre vida útil, evaluación, mantenimiento, reparación y/o rehabilitación de obras de concreto armado dañadas principalmente por corrosión de la armadura. DURAR definió la vida útil de una estructura como "el periodo de tiempo durante el cual la estructura conserva todas las características de funcionalidad, seguridad, resistencia y aspecto externo, con un nivel de seguridad suficiente".4

Este trabajo, que está dividido en tres secciones, de las cuales ésta es la primera, presenta el modelo de durabilidad de concreto reforzado expuesto a un ambiente marino y expone la metodología para determinar los parámetros de diseño que están involucrados en dicho modelo. Se espera que este trabajo sirva también para iniciar al ingeniero civil o estructurista en el "arte" de la selección de un concreto (o propiedades de la mezcla del concreto) y obtener así un elemento estructural cuya vida útil sea adecuada al ambiente en el cual estará en servicio.

Modelo de durabilidad propuesto

Se han propuesto varios modelos de durabilidad que relacionan la degradación por corrosión del acero de refuerzo (o pre-esfuerzo) en concreto, en función del tiempo. Éstos se evaluarán brevemente a continuación.

El modelo de Tuutti,5 en el cual se basa la mayoría de los ya existentes, distingue dos etapas: T1 y T2. Los modelos de Bazant,6,7 Browne,8 y Beeby9 son similares al propuesto por Tuutti:5 modelos que se dividen en dos etapas, T1 y T2. Los modelos de Bazant6,7 y Browne8 especifican que T2 finaliza al encontrarse daños visibles en la estructura o elemento estructural. En cambio, el modelo de Beeby9 especifica que T2 finaliza cuando se llega a un nivel inaceptable de corrosión. Esto quiere decir que el elemento puede estar más allá de su periodo de vida útil y encontrarse en la etapa de su vida residual.

El presente informe tomará como base el modelo de durabilidad considerado por

Tuutti:5 TVU = T1 + T2

(1) En donde T1 y T2 se denominan periodos de iniciación y de propagación. Se define T1 como el lapso de tiempo que tarda el ion cloruro en atravesar el recubrimiento, alcanzar la armadura y provocar su despasivación. En tanto que T2 se refiere al periodo entre la pérdida de protección de la película pasiva y la manifestación externa de los daños por corrosión (manchas de óxido, agrietamientos o desprendimientos de la cobertura de concreto). TVU se define como el periodo de vida útil de la estructura. La etapa T2 (que se estudiará ampliamente en la segunda parte de este informe) finalizará al formarse pequeñas grietas (con anchos menores de 0.1 mm) o manchas de óxido.

Si en la estructura se observan otros tipos de degradaciones tales como grietas más anchas de 0.1 mm, de laminaciones, barras de refuerzo expuestas con corrosión visible, etc., dicha estructura se encontrará más allá de su vida útil, es decir, en el periodo de su vida residual. El periodo de la vida residual finaliza cuando se llega a un límite inaceptable de durabilidad, el cual se podría expresar en función de la capacidad de carga del elemento estructural. Este tema está fuera del alcance de este informe, que compete a la determinación de la vida útil (TVU = T1+T2), y se presentará en una publicación futura (tercera parte). La figura 2 presenta, de una manera gráfica, las etapas T1 y T2 así como el periodo de la vida residual.

En esta primera parte del informe se presenta, en particular, un modelo semi-empírico para determinar la duración de T1 de un elemento estructural expuesto a un ambiente marino tropical. La segunda y la tercera parte presentarán el modelo para proyectar T2 y la vida residual, respectivamente.

Determinación de los parámetros del modelo propuesto

El modelo propuesto en este informe se presenta en la ecuación (1). Se ha estimado experimentalmente10 y por inspección de estructuras en servicio11 que la duración de T2 es únicamente entre 1 y 5 años, dependiendo principalmente de la velocidad de corrosión, iCORR (que a su vez está ligada íntimamente al contenido de humedad y de oxígeno del concreto que rodea a la armadura). En cambio, el periodo T1 podría prolongarse, en el mejor de los casos, entre 50 y 100 años, dependiendo de la calidad del concreto.3,4 Por esto, las tendencias actuales para el diseño por durabilidad de estructuras de concreto en ambiente marino hacen hincapié en prolongar el periodo T1.

En este informe se hablará de la despasivación del acero por el ataque de cloruros únicamente. Para mayor información de modelos de durabilidad que involucran otros agentes externos (dióxido de carbono, sulfatos, reacciones álcali-silice y/o heladas-deshielos) pueden consultarse otros informes.12-16

Las fuentes más comunes de cloruros son el agua de mar y las sales de deshielo (las sales adicionadas durante el mezclado del concreto no se incluyen en este informe). Como consecuencia de la penetración de los cloruros en el concreto, se forma un gradiente de concentraciones en dirección de la barra de refuerzo. Este gradiente de concentraciones de cloruros es comúnmente mo delado usando la función error (erf), la cual cumple con las condiciones de la segunda ley de Fick de difusión.17 La difusión de cloruros en el concreto puede modelarse usando una de las soluciones de la segunda ley de Fick:17 (2)

En donde CS es la concentración de cloruros en la superficie, C es la cobertura o recubrimiento de concreto y DEF es el coeficiente efectivo de difusión de cloruros del concreto. Usando la función parabólica como una aproximación de la erf (ecuación 2), se tiene la siguiente ecuación:

(3) Despejando T1, se tiene la siguiente relación

(4) De la ecuación (4) se puede observar que T1 es una función CCRIT, C, CS, y DEF.

(Para ver las ecuaciones adquiera la revista del mes de mayo año 2001)

A continuación, se realizará una breve discusión sobre la determinación de cada una de estas variables.

Concentración crítica a la profundidad de la armadura, CCRIT

En la actualidad existen varios estándares para definir el valor de CCRIT, el cual depende del tipo de cemento que se vaya a utilizar, del contenido de cemento de la mezcla, de si el concreto tiene o no aditivos, de la humedad del ambiente al que va a estar expuesta, de si el elemento estructural es o no pretensado, etcétera.11-15

En un estudio reciente, Li18 encontró que CCRIT puede variar desde 0.17 hasta 2.5% del peso del cemento. Este rango tan amplio se debió principalmente a que la información recabada por Li18 incluye probetas en soluciones, pastas de cemento, morteros y concretos, así como la variabilidad en el tipo de exposición (laboratorio y aire libre).

En una investigación reciente en la que se utilizaron probetas de concreto expuestas a un ambiente marino por un lapso de ocho años, Bamforth19 concluyó que una concentración de cloruros del orden de 0.5% por peso del cemento en el nivel de la barra de acero no es suficiente para activarla, y que potenciales del orden de -300 mV (vs CSE), típico de acero activo, se alcanzaron hasta concentraciones de cloruros del orden de 1% del peso del cemento. Este mismo autor20 presentó los niveles de CCRIT obtenidos por el informe final del programa "Concrete in the Ocean" en función del riesgo de que se presente corrosión en la barra de refuerzo. Estos rangos pueden consultarse en la tabla 1. Los resultados también estipulan que para valores de CCRIT entre 0.4 y 1%, la probabilidad de que la barra de refuerzo se corroa es muy probable.

Con lo presentado anteriormente, se puede concluir que existe una gran variabilidad en el valor de CCRIT. Por ello, este informe tomará un valor conservador de CCRIT: 0.5% del peso del cemento.

Concentración en la superficie, CS

Se ha determinado con anterioridad21 que existen varios factores que afectan el valor de CS. Estos factores están relacionados con el medio ambiente y también con las propiedades del concreto.21 Aunque es obvio esperar que CS varíe con el tiempo, por cuestiones de diseño se puede considerar que, seis meses después de haber entrado la estructura en servicio, el valor promedio de CS permanece constante.

El valor de CS es afectado por el tipo de concreto, principalmente por la cantidad de cemento que posee la mezcla y por el uso o no en ésta de puzolana (ceniza volante, espuma de sílice).21 Se ha observado también que el valor de CS es inversamente proporcional al contenido de cemento, Cf.21 Esta relación alcanzaba una acotación para Cf 350 kg/m3, en donde el valor de CS puede considerarse constante e igual a - 4.5% del peso del cemento.

Este mismo autor19 también observó que en la zona de alta-baja marea (o zona de splash), el valor medido de CS llega a valores tan altos como 0.8% del peso del cemento (el doble que en el resto de la estructura con 0.4%). CS es también afectado por la distancia de la estructura con respecto a la costa. Este informe incluirá únicamente estructuras cuya ubicación sea dentro de la zona de mareas o muy cerca (< 50 m) de la costa.

Con esta información, Bamforth21 presentó los valores (muy conservadores) de la tabla 2 con los rangos de los valores de CS para el diseño por durabilidad de estructuras en ambiente marino para concretos con o sin puzolanas. Más adelante se compararán estos rangos con valores experimentales obtenidos por el presente autor.

Coeficiente efectivo de difusión de cloruros en el concreto, DEF

Se ha definido anteriormente19-21 que los valores de DEF fluctúan entre 10-7-10-8 cm2/s, y dependen mucho de la calidad del concreto. Como regla general, se puede decir que, si se incrementa la calidad del concreto (disminuyendo la relación agua/cemento, a/c, aumentando la cantidad del material cementante, aumentando el tiempo de curado, adicionando puzolanas, etc.) el valor de DEF disminuye.

Predecir el valor de CS es un tanto complicado, debido al número de factores que entran en juego. Predecir el valor de DEF es aún más complicado. En los últimos 20 años, la literatura se ha plagado de publicaciones que han tratado el tema de difusión de cloruros y la estimación experimental de DEF usando probetas de laboratorio o por evaluación de elementos de concreto expuestos directamente a un ambiente marino. A continuación se explicarán brevemente los factores que hacen variar el valor de DEF.

Para la determinación de DEF (así como de CS) de un concreto en particular, es necesario realizar un diagnóstico de la estructura en servicio. A grandes rasgos, el procedimiento sería el siguiente: (1) se extraen corazones en varios elementos de la misma estructura, en zonas de alto riesgo de corrosión (principalmente en zona de mareas o en contacto directo con el agua de mar); (2) se cortan los corazones en rodajas; (3) se pulveriza cada una de las rodajas; (4) se obtiene la concentración de cloruros totales mediante algún método químico conocido; (5) se obtienen los valores de CS, DEF mediante tratamiento matemático; (6) se obtiene el valor de C empleando un pacómetro en caso de que al extraer los corazones no se alcance a determinar visualmente. Este diagnóstico serviría para la determinación de T1 usando la ecuación (4).

Por otro lado, para el diseño por durabilidad de estructuras que van a ser construidas, se tendría que estimar un valor aproximado de DEF. A continuación, este informe presenta un análisis por regresión estadística para determinar DEF en función de las propiedades físicas del concreto, tomado de los valores de investigaciones existente en la literatura.

El Departamento de Transporte del Estado de la Florida (FDOT), conjuntamente con la Universidad del Sur de la Florida (USF), realizó un diagnóstico de la resistencia a la penetración de cloruros de las mezclas de concreto usadas en subestructuras de varios puentes del estado de la Florida. En dichos trabajos23,24 se estimaron ambas cantidades, CS y DEF, usando el método descrito anteriormente. Se pudieron obtener valores de CS y DEF en la zona de mareas (altura no mayor de 50 cm sobre la línea de marea alta) de la subestructura del orden de 3 a 8.5% por peso de cemento, y 8 = ~ 10-10- 7= ~ 10-8 cm2/s, respectivamente. Los valores de CS y DEF disminuían conforme la altura (con relación a la línea de alta marea) del corazón extraído se incrementaba.

Como se puede observar, los valores de CS fueron mucho mayores que los rangos reportados en la tabla 2,21 lo cual nos hace pensar que la temperatura del ambiente podría ser otro factor importante, ya que las probetas utilizadas para obtener los rangos de la tabla 2 fueron expuestas al ambiente del norte de Europa, en comparación con el informe de Sagüés23 y Sagüés y Kranc,24 con corazones extraídos de puentes ubicados en zona tropical (Golfo de México).

De los resultados de Sagüés23 y Sagüés y Kranc24 se puede inferir que el concreto usado en el estado de la Florida es de muy buena calidad, ya que hubo valores de DEF inclusive menores que el rango estipulado en otros informes.19-22 A la fecha, el autor desconoce si en América Latina (y en especial en México) exista un diagnóstico similar (estructuras en servicio de dimensiones apreciables) al efectuado por el FDOT que pueda determinar el tipo de concreto y su durabilidad en contra de la penetración de cloruros. Por esto, los valores experimentales de Sagüés23 y Sagüés y Kranc,24 al igual que los de Bamforth,22 Jaegerman,25 Gjorv y otros26 y Mustafa y Yusof,27 servirán como base para determinar una ecuación empírica (mediante un análisis estadístico por regresión múltiple) de DEF en función de las siguientes características físicas del concreto: la cantidad de material cementante, Cf (en kg/m3), la relación a/c (en fracción de peso), la cantidad de ceniza volante, fa (en fracción de peso) en el caso de cementos puzolánicos, y el tiempo, t (en años), en que la estructura ha estado en servicio. La siguiente ecuación se opbtuvo para concretos sanos no contaminados: (5)

La figura 3 presenta una comparación entre el valor estimado [por la ecuación (5)] y los valores experimentales de los autores anteriores.22-27 Tomando en consideración que los datos experimentales provienen de diferentes fuentes, la figura 3 muestra una correlación aceptable.

La ecuación (5) presenta una relación empírica entre DEF, las propiedades de la mezcla de diseño y el tiempo, t, que cumplen con observaciones hechas anteriormente por diversos autores:17-26 DEF es proporcional a la relación a/c, e inversamente proporcional a Cf, fa, y t. Esta ecuación, aunque valida para los datos experimentales usados para su obtención,22-27 necesitará en el futuro ser probada con un mayor número de datos para su aplicación.

Existen ciertos reglamentos o normas prácticas20 que especifican los requerimientos mínimos que se deben considerar en el diseño de mezclas de concreto resistentes a cloruros. A manera de ejemplo de dichas recomendaciones, la tabla 3 presenta un extracto de una de estas prácticas, la cual se usará en el ejemplo de diseño de este informe.

Diseño por durabilidad empleando el método de factor de seguridad

La teoría del diseño por durabilidad está basada en la teoría de seguridad tradicionalmente usada en diseño estructural (diseño por confiabilidad estructural). En este contexto, el término seguridad de una estructura se define como la capacidad de ésta de resistir, con un grado de certidumbre aceptable, la posibilidad de falla debida a la degradación gradual del material producida por agentes agresivos del medio ambiente.28

Tradicionalmente, la metodología del diseño por seguridad estructural se ha aplicado con exclusividad a la mecánica estructural. Un nuevo giro que se ha dado a la teoría por seguridad estructural es la incorporación del factor tiempo dentro del diseño, permitiendo así la posibilidad de incluir la degradación del material como una parte esencial en el diseño de la estructura. La seguridad en contra de la falla será considerada una función del tiempo, al diseñar la estructura por serviciabilidad, incluyendo el requerimiento de vida útil que deberá cumplirse.

Este informe presenta únicamente las herramientas para determinar la vida de diseño en función de la vida útil de la estructura. Por facilidad, el cálculo de TVU (en años) será estimado igual a TVU = T1 + 5, en donde el valor de 5 es el periodo T2 (el cual se detallará ampliamente en la segunda parte de este informe) conforme a lo observado por Sagüés y Powers.11

Existen tres diferentes métodos para determinar TVU: el método determinístico, el método estocástico y el método de factores de seguridad. En el método determinístico, TVU es considerado como cantidad única calculada directamente de fórmulas analíticas o empíricas [ecuaciones (1) y (4)] previamente determinadas.

En el método estocástico, TVU es considerado como función de una distribución probabilística. Normalmente, muchos son los factores involucrados para determinar las funciones de distribución probabilística de estas tres funciones, por lo que la aplicación del método estocástico sería muy compleja. Por esto, es más sencillo el uso del método por factor de seguridad.

Aunque el método para determinar TVU usando el factor de seguridad se basa en el principio de seguridad y confiabilidad, el procedimiento sigue la metodología de un proceso determinístico. Esto se logra cambiando el tiempo TVU por el tiempo de diseño, TD, usando un factor de seguridad 8t de la siguiente manera: TD = 8t =~ TUV

Con la ayuda del factor de seguridad 8t, el diseño estocástico se convierte indirectamente en un diseño determinístico.

Las curvas en la figura 4 corresponden a la situación más común en el diseño del problema de capacidad de carga de una estructura que presenta un proceso de degradación paulatina en el tiempo. Por simplicidad, la función S (cargas externas) se considerará constante en este informe. Como puede observarse en la figura 4, si la estructura se diseñara por durabilidad usando TVU = TD, existiría la probabilidad que 50% de las estructuras fallaran al llegar a este tiempo. Para disminuir la fracción de estructuras que fallen al llegar al tiempo TVU, TD debe ser mayor que TVU. A ello se debe la necesidad de determinar el factor de seguridad adecuado para que la probabilidad de falla en el tiempo TVU [Pf(TVU)] sea muy pequeña. Es claro que, para disminuir Pf(TVU), se debe incrementar el factor de seguridad 8t.

El periodo de TD estará íntimamente ligado a la importancia de la estructura y al costo que involucraría el hecho de que fallara por durabilidad durante su vida útil (pérdidas humanas, retrasos en el flujo de vehículos debido a su reparación, etc.).

Los valores de TVU más comunes son 50, 75 y 100 años. Existen estándares que clasifican el tipo de estructura y el tiempo mínimo de servicio de la estructura.15,16 La clasificación que este informe utiliza, presentada en la tabla 4, está basada en el informe técnico 130-CSL del RILEM:

"Durability Design of Concrete Structures",28 el cual define los valores de 8t en función del estado límite que se va a diseñar (de servicio o último), las consecuencias de la falla de la estructura por durabilidad, la probabilidad de falla [Pf(TVU)], el índice de seguridad de la capacidad estructural ( ) y el coeficiente de variación (definido como

Los valores de 8t, presentados en la tabla 4, se utilizarán en el ejemplo de diseño que se presentará a continuación

Diseño de tvu para ambiente marino empleando el modelo propuesto

Hasta el momento, se han presentado las ayudas necesarias para diseñar un elemento estructural por durabilidad considerando las "cargas" ambientales. A continuación se presentará el proceso, paso a paso, para el diseño por durabilidad de una viga isostática de concreto reforzado usando el método de diseño de durabilidad por factor de seguridad separada. La presente sección explicará con detalle los pasos seguidos durante la creación de la memoria.

A) Especificaciones del proyecto. Ubicación: El proyecto consiste en la construcción de una terraza cubierta ubicada en la playa de Chelem, en la costa yucateca, a unos 20 m de la orilla del mar. Sistema constructivo: En la techumbre se utilizará el sistema constructivo más usado en esta región: techo de vigueta-bovedilla. Ésta consta principalmente de viguetas pre-esforzadas de sección en "t" invertida, las cuales soportarán unos bloques prefabricados de concreto vibro-comprimido que servirán como pequeños moldes para formar arcos de concreto entre viguetas. Dimensiones del proyecto: Esta techumbre será soportada por vigas de concreto reforzado coladas en el sitio y separadas 4 m entre ejes. Estas vigas tendrán una porción en voladizo (de 1.5 m). Especificaciones del cliente: El futuro dueño de la construcción solicitó que la estructura sea durable por lo menos 50 años (TVU = 50 años).

B) Efectos ambientales. Con la ubicación de la obra se determinó que la estructura se encontrará en una zona de alto riesgo de corrosión por cloruros, ya que estará expuesta al ambiente marino, frente a la costa, con posibilidad de ciclos de secado y mojado (en la intemperie), radiación solar casi todo el año y temperaturas tropicales promedio del orden de 25-30 EC.29

C) Mecanismo de degradación. Conocidos los agentes agresivos, que en este caso serian los cloruros, se usaría el modelo por durabilidad en ambiente marino T = T1 + T2, donde T1 es definido en la ecuación (4) y a T2 (que se presentará en la segunda parte de este informe) se le asignará el valor 5.10,11

D) Requerimientos mínimos. Con base en las especificaciones del ACI 318,30 sección 7.7.1, se determinó una cobertura mínima de 5 cm para elementos estructurales que estén en contacto con agentes climáticos extremos. Este valor podría cambiar inclusive a 3.8 cm, ya que la viga estará parcialmente cubierta por la techumbre. En este ejemplo en particular, se usará C = 5 cm. Otros requerimientos mínimos serían la relación a/c máxima y la cantidad mínima de material cementante, los cuales se pueden obtener de la tabla 3. Para esta estructura, se escogió utilizar como primera instancia una relación a/c de 0.55 y la cantidad mínima de material cementante de 350 kg/m3. No se usará cemento puzolana.

E) Predimensionamiento con base en el modelo de durabilidad. Con el valor TVU = 50 años, definido por el propietario del inmueble (en función del costo final de la estructura), se llevó a cabo el cálculo de TD. Para ello se estimó 8t = 2.86 en la tabla 4, considerando el diseño al límite último, una consecuencia de falla no muy seria [Pf(TVU) = 9.7 =~ 10-4] y un coeficiente de variación de 8t,

Teniendo el valor de TD y T2, T1 sería igual a: T1 = 143 - (5)A(2.86) = 129 años. Con el valor estimado de T1 se podría despejar DEF de la ecuación (4). Primero, se necesitan estimar los valores de CS y CCRIT. Para este diseño en particular se escogió un valor de CS = 3% del peso del cemento (tabla 2, extremo, CS > 0.75%), y considerando los valores experimentales obtenidos en la Florida,23,24 ambiente similar al de la península yucateca. El valor CCRIT se escogió igual a 1% del peso del cemento.

Sustituyendo estos valores en la ecuación (4) con C = 5 cm, se estimó un valor requerido de DEF = 0.0904 cm2/año (2.87=~10-9 cm2/s. Al revisar si las características de la mezcla de diseño cumplen con este valor de DEF, se usó la ecuación empírica (6) con una relación a/c de 0.50 (< 0.55), con un revenimiento de 80-100 mm se estimó que Cf = 430 kg/m3 > 350 kg/m3, con base en el método de diseño de mezclas de concreto del ACI.2 Este concreto tendría una resistencia a la compresión estimada de 32 MPa.2 El estimado de DEF con la ecuación (5) es: DEF = 3.15 ==~10-9 cm2/s, el cual es mayor que el requerido.

Cambiando la relación a/c a 0.45, Cf = 478 kg/m3, y sustituyendo en (5), se obtuvo un valor de DEF = 2.17 =~ 10-9 cm2/s, el cual es menor que el requerido. El valor del f'C a 28 días sería ~ 40 MPa.2 Este valor correspondería a un concreto de muy alta calidad en nuestros estándares, ya que normalmente los valores de f'C en casa-habitación fluctúan entre 15 y 20 MPa. Estos valores (f'C = 40 MPa y recubrimiento C = 5 cm) podrían ser incluidos por el diseñador en el diseño mecánico por cargas (el cual no se incluye en este informe) para así determinar las dimensiones de concreto y la cantidad de acero de refuerzo final de la viga en cuestión.

Mucho falta para llegar al nivel de conocimiento que permita incluir la durabilidad en alguno de los reglamentos de diseño estructural como el americano ACI o el europeo CEB. A pesar de ello, el conocimiento aportado por la sociedad científica de nuestro tiempo ha contribuido en gran medida para la generación de ayudas de diseño que, en un futuro no muy lejano, servirán para la creación de dicho código de diseño integral por durabilidad y cargas.

Reconocimientos

Este informe fue realizado con el apoyo del Instituto Mexicano del Transporte / Dirección de Equipamiento, otorgado al autor. Las opiniones manifestadas en esta publicación son las del autor y no son necesariamente las del instituto editor.

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El doctor Andrés A. Torres Acosta es jefe del Área de Materiales de la Coordinación de Equipamiento del Instituto Mexicano del Transporte.

La corrosión del acero de refuerzo sigue siendo un problema grave para la durabilidad de las estructuras de concreto expuestas al aire de mar. Aquí se presenta la primera de las tres partes de un trabajo que, luego de revisar el conocimiento aportado por investigación existente sobre el tema, propone un modelo de durabilidad para el concreto reforzado sometido a tales condiciones de exposición y describe la metodología para determinar los parámetros de diseño involucrados en el mismo.