 |
El Eurocode 2 y el diseño de estructuras durables y resistentes |
 |
||
|
Para el desarrollo del mercado único europeo, la Comisión de la Comunidad Europea (CCE) ha iniciado el trabajo de establecer un conjunto de reglas tecnológicas unificadas para el diseño de edificios y obras de ingeniería civil, las que gradualmente reemplazarán a las diferentes reglas vigentes en varios estados miembros de la Comunidad Europea. Estas reglas técnicas, que se conocen actualmente como Reglamentos Europeos Estructurales (Structural Eurocodes), conducirán a estructuras que cumplirán los siguientes requisitos fundamentales establecidos en [1]:
En otras palabras, los requisitos fundamentales que deberán cumplir son: desempeño adecuado en su uso, grado apropiado de confiabilidad y durabilidad adecuada durante la vida activa de diseño. Por lo tanto, los Reglamentos Europeos Estructurales proporcionan las herramientas técnicas para lograr esto. Los elementos correspondientes del concepto de diseño se describen a continuación y están relacionados con las clases 3 y 4. Sistema de estándares europeos para estructuras de concreto La figura 1 presenta el verdadero Sistema de Estándares Europeos para edificios y obras de ingeniería civil hechos de concreto, que consiste principalmente en Preestándares Europeos (ENV). En realidad, se han convertidos en los Estándares Europeos que reemplazarán a los correspondientes estándares nacionales vigentes en los Estados Miembros de la CE. En este sistema de estándares europeos, que proporciona todos los elementos para lograr un diseño estructural duradero, pueden distinguirse cuatro niveles:
Sin embargo, hay que hacer notar que los estándares que se muestran sólo llevarán al desempeño requerido en [1,2] si se aplican simultáneamente. Verificación de la durabilidad de estructuras de concreto De acuerdo con [1,2], deberá verificarse que una estructura de concreto satisfaga la siguiente condición: Sd £ Rd (1) donde: Sd denota el valor de diseño del resultado de acción. Rd es la correspondiente resistencia de diseño que asocia todas las propiedades estructurales con sus respectivos valores de diseño. La ecuación (1) ha sido derivada inicialmente para acciones directas tales como cargas permanentes o impuestas, y para acciones indirectas, tales como restricción o deformación impuestas. En el contexto de [1,2,4], el formato dado en la ecuación (1) puede usarse también para acciones ambientales ([6] y figura 2). Por ejemplo, Rd puede interpretarse como el recubrimiento real de concreto c, y el correspondiente valor de diseño Sd como la profundidad de carbonatación. Esto se ilustrará en la sección 5. Sin embargo, tales métodos para lograr un diseño de durabilidad requieren características de desempeño bien definidas, métodos de prueba precisos, modelos confiables para el comportamiento del material y amplio conocimiento de las condiciones ambientales. Los valores de Sd están fuertemente relacionadas con parámetros climáticos y con otros factores de deterioro, tal como se describe en la sección 4. La resistencia de diseño, Rd, de estructuras de concreto depende de varios parámetros. Los más importantes son:
En las secciones siguientes se considerará la posible influencia de estos parámetros sobre Rd. Definición de las acciones ambientales Sd De acuerdo con [1], una estructura de concreto deberá diseñarse de tal manera que el deterioro del concreto y / o acero no deba perjudicar la durabilidad y el desempeño de la estructura, sin menoscabo del nivel anticipado de mantenimiento. En otras palabras, una estrategia de mantenimiento adecuado es parte del concepto de diseño de los Reglamentos Europeos Estructurales. Los anteriores requisitos que han de cumplir las estructuras de concreto dependen principalmente del medio ambiente al cual está expuesto el concreto. El medio ambiente, en este concepto, implica las acciones químicas y físicas que dan como resultado efectos (véase la figura 3) que no se consideran como cargas en el diseño estructural. Las acciones ambientales definidas en [4] se muestran en los cuadros 2 y 3, en donde se hace una distinción muy general entre seis mecanismos de deterioro para el concreto y el acero, respectivamente. Las acciones en los cuadros 2 y 3, donde sea pertinente, pueden considerarse condiciones locales o microcondiciones. Las condiciones locales son aquellas que se encuentran alrededor de la estructura construida, que toman en cuenta las acciones específicas en donde está localizada la estructura o elemento estructural (por ejemplo, humedad relativa rH, contenido de CO2). Sin embargo, en algunas circunstancias, es necesario considerar las microcondiciones. Éstas incluyen acciones ambientales sobre una superficie específica de un elemento estructural. Esto, por ejemplo, puede aplicarse a las siguientes circunstancias:
Resulta evidente que en el diseño para lograr durabildad, el enfoque es similar al del diseño estructural en el que se realizan normalmente verificaciones globales (por ejemplo, análisis estructural) y verificaciones locales (por ejemplo, limitación de esfuerzos). Resistencia del concreto contra acciones ambientales La norma EN 206 [4] proporciona dos métodos generales para la valoración de la resistencia de diseño Rd en la ecuación (1). El método estándar ("diseño de macronivel" en [6]) consiste en la estipulación de los valores limitantes para la composición del concreto en términos de relación máxima agua / cemento, contenido mínimo de cemento o de aire y, cuando sea pertinente, requisitos adicionales para el cemento y / o los agregados. Alternativamente, pueden usarse métodos relacionados con el desempeño con respecto a la durabilidad. Éstos pueden estar basados en refinamientos del método estándar sobre pruebas aprobadas y probadas o sobre modelos analíticos. Al usar este último enfoque, por ejemplo, para la clase ambiental XC, es decir, el deterioro del acero por carbonatación, debe verificarse que : dc £ cact (2) donde dc denota la profundidad de carbonatación y cact el recubrimiento real al refuerzo del miembro considerado. De la ecuación (3) puede concluirse que dc depende de varios parámetros con una distribución estadística. Sin embargo, hay que hacer notar que los desarrollos reales en el campo de la durabilidad están caracterizados por actividades en el nivel mundial con el objetivo de definir valores de diseño de todos los parámetros pertinentes que puedan introducirse en el formato de verificación descrito antes.
Dc
= Ö 2 . ..(completar fórmula) fórmula (3)
Para la determinación del recubrimiento mínimo de concreto, mín. c, se aplican los siguientes criterios:
En el último caso, la protección contra la corrosión depende de la presencia continua de un ambiente alcalino circundante proporcionado por un espesor adecuado de concreto bien curado y de buena calidad. En ausencia de otras disposiciones, puede suponerse un espesor adecuado si se usan los valores de mín. c dados [15]. Excepto para la exposición de la clase XC1, estos valores pueden reducirse en 5 mm en elementos de losas. Un punto adicional se refiere al "trueque" entre el mín. c y el grado real de concreto usado. Generalmente, se permite una reducción de los valores del cuadro 5, a condición de que el grado real del concreto sea más alto que el grado mínimo dado en el cuadro 4, para la clase pertinente de exposición. Por ejemplo, en [15], que se basa en [2], el "trueque" está restringido a elementos prefabricados de concreto y se permite una reducción de 5 mm de los valores del cuadro 5, para concreto de resistencia normal f ck,cilindro £ = 55 N / mm2) en los siguientes casos: - Exposición de clase XC1: no se permite reducción - Clases XC2, XC3: se permite reducción si el grado real de concreto corresponde a la clase de resistencia mínima en el cuadro 4. - Clase XC4: se permite reducción para C35/45 y más alta. - Clases XS,XD: se permite
reducción si el grado del concreto es al menos dos clases de Para concreto de alta resistencia, pueden hacer falta consideraciones adicionales. La variación para las tolerancias,D h, usualmente estará en el rango de 0 mm < D h < 5 mm para elementos de concreto premoldeados, si el control de producción puede garantizar estos valores. La tolerancia estará en el rango de 5 mm < D h< 10 mm para la construcción in situ de concreto reforzado. Tolerancias más altas o más bajas, D h, pueden usarse si esto puede justificarse por el método de construcción usado. Estas reglas subrayan que, para el diseño de durabilidad, existe una relación estrecha entre la tecnología del concreto y la construcción en la obra. Control del agrietamiento La durabilidad de las estructuras de concreto puede verse adversamente afectada por el agrietamiento excesivo. Además de esto, el agrietamiento deberá estar limitado a un nivel que no perjudique el funcionamiento apropiado de la estructura o que haga que su apariencia sea inaceptable. El cuadro 7 presenta los tipos comunes de grietas en estructuras de concreto, para las que pueden distinguirse dos causas principales:
El primer tipo de grietas puede ser controlado por medidas apropiadas de tecnología del concreto, en particular, por la composición de la mezcla de concreto, la colocación y el curado apropiados. Las reglas correspondientes se proporcionan en [3-5]. Para el control de grietas causadas por cargas y / o deformaciones impuestas, el concepto de diseño en Eurocode 2 estipula dos herramientas básicas:
El refuerzo de acero mínimo tiene dos funciones: debe asegurar un equilibrio en el momento en que puedan esperarse las grietas por primera vez. Además, el área de refuerzo mínimo puede ser tal que se eviten los anchos de grieta con un valor inaceptable. En la mayoría de los casos, el refuerzo mínimo se calcula para deformaciones impuestas debidas a la disipación del calor de hidratación, es decir, para una edad del concreto de entre 3 y 5 días después de colado. Depende principalmente de la resistencia real a tensión del concreto, f ct. Para la limitación del ancho de la grieta, Eurocode 2 proporciona una clasificación de criterios de verificación que se presentan en el cuadro 8. El principio es que para un cierto nivel de carga (infrecuente, frecuente, cuasipermanente), no se excederán ni el estado límite de descompresión ni el estado límite de la anchura de la grieta. Los niveles de carga en el cuadro 8 se han drivado a partir de investigaciones y de la experiencia. En el estado límite de descompresión, no se permiten esfuerzos de tensión en el concreto bajo la combinación pertinente de las acciones. Es pertinente para los miembros presforzados o para aquellos sujetos a fuerzas axiales significativas. Para el control del ancho de la grieta, los criterios dados en el cuadro 8 "considerados satisfactorios", se basan en el siguiente ancho de diseño de la grieta, wk:
Las categorías de la A a la E en el cuadro 8 se han elegido en relación con las acciones ambientales, el riesgo de deterioro y el nivel de carga de diseño. Este último es principalmente una función de la carga variable Qk, que se define en [1] como el valor más alto de una distribución estadística con una probabilidad esperada de 98 por ciento de no ser excedido dentro de un periodo de referencia de un año. Los valores de Qk pueden encontrarse en Eurocode 1 (véase la figura 1). El valor infrecuente de una acción variable corresponde (aproximadamente) a Qk. El valor frecuente de una acción variable, Y 1 . Qk corresponde, de acuerdo con [1], a un valor que es excedido, ya sea en 5 por ciento del tiempo de referencia, o 300 veces por año. Debe elegirse el valor más alto. El coeficiente de combinación correspondiente, Y 1, variará entre 0.5 y 0.9, de acuerdo con la acción variable considerada. El valor cuasipermanente de una acción variable, Y 2 . Qk, que se usa comúnmente para el control de grietas en miembros de concreto reforzado (es decir, no presforzados), corresponde al tiempo promedio o al valor con una probabilidad de ser excedido en 50 por ciento. El valor correspondiente Y 2 variará entre 0.3 y 0.8. Además de las disposiciones anteriores que requieren verificaciones numéricas, en Eurocode 2 se proporcionan dos reglas que "se consideran satisfactorias". Ellas tienen que ver con el espaciamiento de varillas, espaciamiento de estribos para el control de grietas inclinadas debidas a cortante y / o torsión, una limitación de esfuerzos de adherencia y áreas de refuerzo mínimo a lo largo de la superficie de los miembros de concreto. Los últimos puntos se incluyen con la intención de resistir esfuerzos autoequilibrantes y, así, asegurar una calidad adecuada del concreto en la superficie de los miembros de concreto. Curado La durabilidad de una zona con superficie de concreto depende de varios parámetros, en particular de una resistencia adecuada contra la carbonatación y una baja permeabilidad. Ambos parámetros son una función del grado de hidratación, el cual es un proceso dependiente del tiempo que depende principalmente del tipo de aglomerante (cemento) o de la temperatura ambiente durante la reacción. Por otro lado, el desarrollo de resistencia del concreto es también una función de la hidratación. Existe una analogía entre la disminución de la permeabilidad y el incremento de la resistencia. Por esta razón, a fin de proporcionar un modelo de ingeniería práctico en [5], se usó la resistencia del concreto para la caracterización del grado de hidratación después del periodo de curado. Por lo tanto, de acuerdo con [5], una superficie de concreto expuesta a condiciones ambientales distintas de XO y XC1, en el cuadro 2, debe ser curada hasta alcanzar cierto porcentaje de la resistencia a la compresión especificada. Este porcentaje depende principalmente del grado de humedad después del curado, es decir, de la continuación del proceso de hidratación después del periodo de curado. En [16] se dan los valores correspondientes que varían entre 60 por ciento (medio ambiente muy seco) y 10 por ciento (ambiente húmedo). Sin embargo, en [5] se requiere un porcentaje constante de 50 por ciento por razones de simplificación. Este valor puede considerarse alcanzado si se aplican los periodos de curado mínimos recomendados en el cuadro 9. Este cuadro se aplica a todas las condiciones ambientales del cuadro 4 distintas de XO y XC1 y distingue entre diferentes temperaturas ambientales T y el desarrollo de resistencia del concreto. Este desarrollo se expresa por la relación: r = fcm.2 / fcm,28 (5) donde:
fcm.2
es le valor medio de la resistencia a la compresión después de 2 días. Para las superficies de concreto que han de estar expuestas únicamente a las clases de exposición XO y XC1 del cuadro 2, el periodo mínimo de curado debe ser 0.5 días, a condición de que el fraguado no exceda de 5 horas y que la temperatura de la superficie sea igual o superior a 5 °C. Sin embargo, [5] no excluye
la aplicación de otros períidos mínimos de curado, a condición de que
esto pueda justificarse por el concreto usado y por el método de curado
aplicado. REFERENCIAS
Este artículo se publicó en Materials and Structures y se reproduce con la autorización de RILEM Publications
|
Resumen Los Reglamentos Europeos (Eurocodes) sobre estructuras de la Comunidad Europea establecen los requisitos para edificios y obras de ingeniería civil en términos de confiabilidad, rendimiento adecuado, condiciones de servicio y durabilidad. El Eurocode 2 y la norma europea EN 206 para tecnología del concreto tratan de los pasos que debe incluir el proceso de diseño para lograr la durabilidad; éstos se describen aquí. |
|||
|
Instituto Mexicano
del Cemento y del Concreto, A.C. |
||||
|
|
||||
