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Coatzacoalcos, Veracruz, 15 de junio de 2025
Rogelio Peralta Hernández
Ingeniero estructural. Miembro del Colegio de Ingenieros Civiles de Coatzacoalcos, Guadalajara, Jalisco. rogperaltah@gmail.com, rperalta@bestgdl.com
RESUMEN
La ciudad y puerto de Coatzacoalcos, Veracruz, actualmente se enfrenta a un gran reto significativo en cuanto a la durabilidad y seguridad de sus estructuras de concreto. La corrosión del acero de refuerzo es un problema común en la región, debido a la alta humedad y la exposición a agentes químicos y ambientales agresivos. Esto ha llevado a una disminución en la vida útil de las estructuras, aumentando los costos de mantenimiento y reparación. En este contexto, es fundamental buscar soluciones innovadoras y sostenibles para mitigar este problema. Una de las opciones más prometedoras es el empleo de barras de polímero reforzado con fibras (FRP) como sustituto del acero de refuerzo en las estructuras de concreto. En este reporte, se explora la viabilidad y los beneficios del uso de barras de FRP en la construcción de estructuras de concreto en Coatzacoalcos, con el objetivo de mejorar la durabilidad y seguridad de las mismas.
ABSTRACT
The city and port of Coatzacoalcos, Veracruz, currently faces a significant challenge regarding the durability and safety of its concrete structures. Corrosion of reinforcing steel is a common problem in the region due to high humidity and exposure to harsh chemicals and environmental agents. This has led to a decrease in the lifespan of structures, increasing maintenance and repair costs. In this context, it is essential to seek innovative and sustainable solutions to mitigate this problem. One of the most promising options is the use of fiber-reinforced polymer (FRP) bars as a substitute for reinforcing steel in concrete structures. This report explores the feasibility and benefits of using FRP bars in the construction of concrete structures in Coatzacoalcos, with the goal of improving their durability and safety.
INTRODUCCIÓN
El diseño por durabilidad de estructuras de concreto es un aspecto fundamental en la construcción moderna, especialmente en regiones como Coatzacoalcos, Veracruz, donde las estructuras están expuestas a condiciones ambientales agresivas que pueden afectar su durabilidad. La durabilidad se conceptualiza como a la capacidad de una estructura para resistir los efectos del tiempo y del entorno, manteniendo su funcionalidad y seguridad a lo largo de su vida útil. En Coatzacoalcos, la corrosión del acero de refuerzo, la exposición a condiciones climáticas extremas y la presencia de agentes químicos en el entorno han generado problemas significativos en la durabilidad de las estructuras de concreto.
CONSIDERACIONES GENERALES
De acuerdo a normatividades (tanto nacionales e internacionales) como el código de diseño ACI-CODE-318-25, las categorías de exposición más comunes que afectan la durabilidad de las estructuras de concreto son: exposición a sulfatos, exposición a cloruros, exposición a congelamiento y descongelamiento, y exposición a productos químicos. En este ámbito, es importante considerar estrategias innovadoras y sostenibles para mejorar la durabilidad de las estructuras de concreto en Coatzacoalcos, y así crear un entorno más seguro para sus habitantes. Un diseño adecuado por durabilidad que tenga en cuenta estas categorías de exposición es esencial para garantizar la seguridad de las personas, reducir los costos de mantenimiento y reparación, y minimizar el impacto ambiental. Además, es fundamental incorporar estos aspectos en el reglamento de construcción local (que actualmente se trabaja) para garantizar la durabilidad y seguridad de las estructuras. De esta manera, se podrá garantizar la seguridad y la sostenibilidad de las estructuras de concreto en Coatzacoalcos, y mejorar la calidad de vida de la sociedad.
El tema del diseño por durabilidad es tan amplio que por lo que respecta a este reporte, solo abordaremos los efectos visuales que se han visto en la actualidad del municipio: a) la corrosión del acero de refuerzo y b) desprendimiento del recubrimiento. De acuerdo a la categoría y clase de exposición que asigna el ACI-CODE-318-25 es “C”, y que textualmente se refiere a elementos de concreto reforzados y/o preesforzados que requieren protección del refuerzo contra la corrosión. Las clases de exposición que menciona el código referido varían dependiendo del grado de exposiciones a fuentes externas de humedad y cloruros en servicios.
La durabilidad del concreto reforzado y/o preesforzado depende de su resistencia a la penetración de fluidos. Esto es afectado primordialmente por la relación agua/cemento (a/c) y la composición de los materiales cementantes utilizados en las mezclas, es por ello que en el caso del ACI-CODE-318-25 establece límites de la relación a/c intentando lograr una baja permeabilidad y la durabilidad deseada. Para las estructuras de concreto clasificadas en la categoría C se deben considerar los requisitos básicos de máxima relación a/c, resistencia mínima a la compresión especificada y recubrimientos mínimos. Las condiciones de las estructuras que puedan recibir cloruros deben ser evaluadas.
Tabla 1. Clase y categoría de exposición de acuerdo al código de diseño ACI-CODE-318-25
Tabla 2. Requisitos para el concreto según la clase de exposición de acuerdo al ACI-CODE-318-25.
Figura 1. Algunos casos de la carencia de durabilidad de las construcciones en Coatzacoalcos, tomadas de varias fuentes de internet.
El mismo documento técnico menciona que, en donde la resistencia a la corrosión del refuerzo es de particular importancia, las barras de refuerzo deben contener algún tipo de protección contra la corrosión, como galvanizado de zinc por inmersión en caliente, recubiertas con epóxico o recubrimientos simultáneos de ambos. Sin embargo, esto aumenta significativamente los costos de fabricación, habilitado y colocación del refuerzo, lo que puede ser un desafío antes los costos convencionales de estructuras donde otras condiciones de cargas y/o servicio rigen el diseño.
Desafortunadamente, existe evidencia de que las estructuras de concreto en la infraestructura pública de Coatzacoalcos han carecido históricamente de los requerimientos mínimos de durabilidad (aunque la propaganda política municipal mencione lo contrario). Es por ello, que en opinión del que escribe, el empleo de barras de refuerzo a base de polímeros reforzados con fibras (FRP) puede ser una solución efectiva para mejorar el reto de la baja durabilidad de las estructuras de concreto en Coatzacoalcos. Es urgente tomar medidas correctivas para abordar la falta de conocimientos técnicos de parte de los profesionales facultados para diseñar estructuras en la región y sobretodo de las autoridades municipales, y garantizar así la integridad estructural de las construcciones.
EMPLEO DE BARRAS DE FRP COMO ALTERNATIVA DE SOLUCIÓN
De acuerdo con el ACI 440.1R-15, las barras de FRP (en sus siglas en inglés, Fiber Reinforced Polymer) son una alternativa viable al acero de refuerzo tradicional, ya que ofrecen una mayor resistencia a la corrosión y una mayor durabilidad en ambientes agresivos. El ACI 440.1R-15 proporciona guías y recomendaciones para el diseño y la construcción de estructuras de concreto reforzadas con FRP. Según este documento técnico, las barras de FRP pueden ser utilizadas en una variedad de aplicaciones, incluyendo estructuras de concreto expuestas a ambientes corrosivos.
Las barras de FRP están integradas por dos compuestos: 1) fibras: que pueden ser de vidrio (GFPR), aramida (AFRP) y carbono (CFPR) y 2) resinas como Ester de vinilo, Epoxi, Poliéster de baja consideración. Estos elementos deben cumplir con las características mínimas que se encuentran en el estándar ASTM D7957-17.
Para entender la filosofía del diseño de este tipo de elementos estructurales se deben tener en cuenta que, con relación al acero de refuerzo, las barras de FRP tiene una mayor resistencia a la tensión, pero menor rigidez que el refuerzo tradicional. El comportamiento de las barras es anisotrópico, es decir: alta resistencia solo en la dirección de las fibras y baja resistencia al corte. Y la mayor característica con relación al acero es que su comportamiento es “no dúctil”; es por ello que el ACI 440.1R-15 recomienda aun no emplearlas en estructuras donde las acciones dinámicas, como los efectos inerciales por sismo, es condición crítica de diseño.
Figura 2. Barras de FRP para refuerzo en estructuras de concreto
Figura 3. Tipos de Barras de FRP.
Figura 4. Proceso de producción de barras de FRP.
Figura 5. Proceso de corrosión del acero de refuerzo en una estructura de concreto reforzado.
VENTAJAS DEL EMPLEO DE BARRAS DE FRP
Las barras de FRP ofrecen varias ventajas en comparación con el acero de refuerzo tradicional, incluyendo:
Mayor resistencia a la corrosión: Las barras de FRP son resistentes a la corrosión, lo que las hace ideales para estructuras expuestas a ambientes corrosivos en Coatzacoalcos.
Mayor relación resistencia / peso: esto quiere decir que es 2 o hasta 3 veces más resistente a la fluencia que el acero de refuerzo tradicional.
Mayor durabilidad en ambientes agresivos: Las barras de FRP pueden soportar ambientes agresivos sin sufrir daños significativos, lo que las hace ideales para estructuras que estarán expuestas a condiciones extremas en la región.
Reducción de costos en la construcción y del ciclo de vida útil: Las barras de FRP pueden reducir los costos de construcción y mantenimiento debido a su menor peso y mayor durabilidad.
Menor peso: Las barras de FRP son más ligeras que el acero de refuerzo tradicional, lo que reduce los costos de flete, manipulación e instalación en Coatzacoalcos.
Uso de concretos convencionales: Las barras de FRP pueden ser utilizadas con concretos convencionales, lo que reduce los costos de materiales y mano de obra en la región.
Reducción de la necesidad de mantenimiento y reparación: Las barras de FRP son resistentes a la corrosión y pueden soportar ambientes agresivos sin sufrir daños significativos, lo que reduce la necesidad de mantenimiento y reparación en Coatzacoalcos.
USOS DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO CON REFUERZO DE BARRAS FRP EN EL MUNDO
Se presenta a continuación una serie de fotografías en donde se ha empleado las barras de FRP como sustituto del acero de refuerzo cuyas ventajas ya se han explicado en párrafos anteriores. Es importante mencionar que como aborda el ACI 440.1R-15 estas estructuras no están sujetas a las acciones dinámicas como las de un sismo.
Figura 6. Construcción de malecones con barras de fibra de vidrio.
Figura 7. Construcción de calzadas de puentes vehiculares.
Figura 8. Construcción de muros de contención para un túnel en el puerto de Miami.
Figura 9. Pasajuntas para pavimentos a base de barras de FRP.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
En conclusión, el empleo de barras de FRP puede ser una alternativa de solución efectiva para mejorar la durabilidad y seguridad de las estructuras de concreto en Coatzacoalcos. Debido a la alta humedad y la exposición a agentes químicos y ambientales agresivos en la región, las barras de FRP pueden ofrecer una mayor resistencia a la corrosión y una mayor durabilidad en comparación con el acero de refuerzo tradicional. Sin embargo, es fundamental conocer las características mecánicas del FRP, como su resistencia a la tracción, su módulo de elasticidad y su comportamiento a largo plazo, para diseñar estructuras de concreto que aprovechen al máximo los beneficios de este material, tal como lo establece el ACI 440.1R-15, que proporciona guías y recomendaciones para el diseño y la construcción de estructuras de concreto reforzadas con FRP. Además, es importante considerar las limitaciones del FRP, como su comportamiento no dúctil y su anisotropía, para garantizar la seguridad y estabilidad de las estructuras.
Recomendamos que se realicen estudios adicionales para evaluar la viabilidad y los beneficios del uso de barras de FRP en estructuras de concreto en Coatzacoalcos, y que se desarrollen estrategias para implementar esta tecnología de manera efectiva. Además, recomendamos que se consideren las siguientes medidas para mejorar la durabilidad y seguridad de las estructuras de concreto en Coatzacoalcos:
Implementar diseños de estructuras de concreto que tengan en cuenta las categorías de exposición y los requisitos para el concreto establecidos en el ACI-CODE-318-25.
Utilizar barras de FRP en estructuras de concreto expuestas a ambientes corrosivos, como losas, pavimentos reforzados, muros de contención o obras de protección marítima, siguiendo las recomendaciones del ACI 440.1R-15.
Desarrollar programas de mantenimiento y reparación para garantizar la integridad estructural de las construcciones existentes.
Al considerar estas recomendaciones y conocer las características mecánicas del FRP, podemos aprovechar al máximo los beneficios de este material y mejorar la durabilidad y seguridad de las estructuras de concreto en Coatzacoalcos.
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