1. Introducción

El concreto reforzado (CR) es uno de los materiales más utilizados en la industria de la construcción alrededor del mundo. La producción anual global de concreto se estima en aproximadamente 11000 millones de metros cúbicos (^{Ceballos, 2016}). Uno de los principales problemas que afectan la seguridad y la durabilidad de las estructuras de concreto reforzado es la corrosión (^{Rodríguez, 2014}). La corrosión se puede iniciar cuando agentes agresivos tales como los cloruros, sulfatos y dióxido de carbono, entre otros, penetran en el concreto (^{Castro, 1988}). La corrosión puede inducir una degradación en las propiedades físicas y mecánicas del acero de refuerzo. Dicha degradación se atribuye a cambios en la composición química debidos a la reacción química del acero con los agentes agresivos del ambiente que lo rodea (^{Maldonado-López, 1996}). La corrosión puede producir daños en elementos de CR como son los agrietamientos y el desprendimiento del recubrimiento del acero de refuerzo. Dichos daños causan pérdidas en la resistencia y la capacidad de deformación de elementos de CR, poniendo en riesgo la seguridad de las estructuras. Los daños en estructuras asociados a la corrosión generan gastos y pérdidas económicas importantes en muchos países (^{Vázquez-Castillo, 1998}). El costo anual de reparaciones en estructuras de CR en el Reino Unido es de aproximadamente 755 millones de libras esterlinas (^{Rodríguez, 2014}). En EE. UU., el costo por mantenimiento y reparaciones de infraestructura costera se estima en 660 millones de dólares (^{Xianming et al. 2012}). Por lo que, las medidas de prevención, evaluación y control adecuado de la corrosión son de suma importancia.

La normatividad mexicana vigente sobre durabilidad de estructuras de concreto reforzado se enfoca principalmente en dos aspectos, prevención y evaluación. En las Normas Técnicas Complementarias para el Diseño y Construcción de Estructuras de Concreto (^NTCC-2017) se especifican recomendaciones enfocadas en la prevención de la corrosión. En dichas normas se proponen recomendaciones mínimas para la resistencia a compresión del concreto y para el espesor del recubrimiento de concreto de elementos estructurales en función de niveles de exposición al ambiente. Por otro lado, existen normas donde se especifican recomendaciones basadas principalmente en el comportamiento electroquímico de vigas de concreto reforzado. Por ejemplo, en las ^{NMX-C-514-ONNCCE-2016} se establecen niveles de corrosión en función de la velocidad de corrosión. Adicionalmente, en las ^{NMX-C-523-ONNCCE-2015} se establecen niveles de riesgo de corrosión en función de la resistividad eléctrica del concreto. Dichas normas no están explícitamente asociadas con el comportamiento estructural de elementos de concreto reforzado.

Existen algunos estudios donde se evalúa el comportamiento estructural de elementos de concreto reforzado afectados por la corrosión. Las variables más estudiadas han sido el nivel de corrosión (^{Gu et al., 2010}; ^{Ou et al., 2016}; ^{Ye et al., 2018}), el diámetro del acero de refuerzo longitudinal a tensión (Gu et al., 2010; Ou et al., 2016; ^{Shaikh, 2018}) y la magnitud de las cargas sostenidas (^{Tachibana et al., 1990}; ^{Castel et al., 2000}; ^{Vidal et al., 2007}; ^{Torres et al., 2007}; ^{Juárez et al., 2011}; Ye et al., 2018). Por su parte, existen estudios sobre el comportamiento electroquímico de vigas de concreto reforzado afectados por corrosión (^{Andrade y González, 1978}; ^{Andrade et al., 1993}; ^{Elsener et al., 2003}). En los estudios anteriores se observa que se ha considerado por separado el comportamiento estructural y el comportamiento electroquímico de los elementos. Se encontró sólo un estudio donde se correlacionan el comportamiento estructural y electroquímico de vigas de CR (^{Yu et al., 2015}). Sin embargo, en dicho estudio sólo se ensayaron 2 vigas con corrosión. El único parámetro considerado para relacionar el comportamiento estructural y electroquímico fue la velocidad de corrosión. Con base en la revisión de los estudios anteriores, se observa que aún se requieren más estudios experimentales donde se relacionen otros parámetros que definan el comportamiento estructural y electroquímico de vigas de CR. Los parámetros más utilizados para evaluar el comportamiento estructural a flexión de vigas de concreto reforzado son la resistencia, la rigidez y la capacidad de deformación. Los parámetros más utilizados para evaluar el comportamiento electroquímico son la velocidad de corrosión, el potencial de corrosión, la resistividad eléctrica del concreto y la concentración de cloruros. Las relaciones entre los parámetros anteriores permitirán evaluar mejor las estructuras afectadas por corrosión.

El objetivo de este trabajo es evaluar el cambio en el comportamiento a flexión de vigas de concreto reforzado. Se consideraron vigas sin corrosión y vigas con parámetros electroquímicos asociados con un nivel de corrosión alto. Dichas vigas se tomaron del trabajo de ^{Moreno-Herrera et al. (2022}).

2. Metodología

2.3 Sistema de carga e instrumentación para ensaye de vigas existentes

Las vigas control y con corrosión se ensayaron bajo cargas verticales incrementales hasta la falla. Las vigas se ensayaron posterior al periodo de aplicación de las cargas sostenidas y la inducción de la corrosión. Se utilizó el mismo sistema de carga a cuatro puntos descrito anteriormente (Figura 1). Las cargas se aplicaron utilizando un actuador hidráulico, y se midieron utilizando una celda de carga. Los desplazamientos verticales a la longitud media de las vigas se midieron utilizando dos potenciómetros lineales. Las deformaciones unitarias en el acero de refuerzo longitudinal a tensión se midieron utilizando galgas extensométricas. Previo a la colocación del concreto, las galgas extensométricas se pegaron al acero de refuerzo longitudinal a tensión (^{Moreno-Herrera et al., 2022}).

Figura 1 Sistema de carga a cuatro puntos 

3. Resultados y discusión

En la Figura 2 se presenta el patrón de agrietamiento final de las vigas. El patrón de agrietamiento fue similar, tanto para las vigas control como para las vigas con corrosión. Dicho patrón se caracterizó por la formación de grietas verticales por flexión en la parte central de las vigas y grietas inclinadas por flexo-cortante en los extremos.

Figura 2 Patrones de agrietamiento final de las vigas 

En la Figura 3 se presentan las curvas carga - desplazamiento de las vigas. En la Tabla 3 se presenta la carga de fluencia ( 𝑃 𝑦 ) y el correspondiente desplazamiento de fluencia ( ∆ 𝑦 ), así como la carga máxima ( 𝑃 𝑚2 ) y el correspondiente desplazamiento máximo ( ∆ 𝑚2 ) de las vigas. Las cargas de fluencia se determinaron utilizando las deformaciones unitarias medidas con las galgas extensométricas de las vigas. En la Tabla 3 se incluye la rigidez inicial a la fluencia ( 𝐾 𝑦 ) y la ductilidad de desplazamiento (𝜇) de las vigas. La rigidez inicial a la fluencia se calculó utilizando la carga de fluencia. La ductilidad de desplazamiento se calculó como la relación entre el desplazamiento máximo y el desplazamiento de fluencia correspondiente de cada viga. Para la viga VCC1-0.8 sólo se reporta la carga máxima y su correspondiente desplazamiento debido a que se tuvieron problemas con las mediciones de las galgas extensométricas.

Figura 3 Curvas carga - desplazamiento vertical 

En la Tabla 3 se observa que el promedio de las cargas de fluencia y el promedio de las cargas máximas junto con sus correspondientes desplazamientos promedio fueron similares para todas las vigas, respectivamente. La relación entre el promedio de las cargas de fluencia de las vigas con corrosión y el promedio de las cargas de fluencia de las vigas control fue de 0.99. A su vez, la relación entre el promedio de las cargas máximas de las vigas con corrosión y el promedio de las cargas máximas de las vigas control fue de 1.01.

Adicionalmente, en la Tabla 3 se observa que el promedio de la rigidez inicial a la fluencia fue similar para todas las vigas. La relación entre el promedio de las rigideces iniciales a la fluencia de las vigas con corrosión y el promedio de las rigideces iniciales de fluencia de las vigas control fue de 0.90. Finalmente, en la Tabla 3 se observa que el promedio de las ductilidades de desplazamiento de las vigas fue similar. La relación entre el promedio de las ductilidades de desplazamiento de las vigas con corrosión y el promedio de ductilidades de desplazamiento de las vigas control fue de 1.01.

Aun cuando los valores de los parámetros electroquímicos de las vigas con corrosión indicaban un nivel de corrosión alto, no se observó una diferencia significativa en el comportamiento estructural a flexión de las vigas con corrosión, comparado con el de las vigas control. La carga de fluencia, la carga máxima, la rigidez inicial a la fluencia y la ductilidad de desplazamiento de las vigas estudiadas fueron similares. Aunque los parámetros anteriores son adecuados desde el punto de vista estructural, los parámetros electroquímicos indican un riesgo en la durabilidad de las vigas. Por tanto, desde el punto de vista electroquímico, se deberían tomar medidas para mitigar la corrosión en dichas vigas.

4. Conclusiones y recomendaciones

Se ensayaron ocho vigas de concreto reforzado bajo cargas verticales incrementales hasta la falla. Se consideraron vigas sin corrosión y vigas con parámetros electroquímicos asociados con un nivel de corrosión alto. Con base en los resultados obtenidos en este trabajo, se presentan las siguientes conclusiones y recomendaciones: