El significado de durabilidad y prediccin de durabilidadABSTRACTO: el concepto de durabilidad no est bien definido. El termina durabilidad es usualmente usado para implicar la posesin de cualidades asociadas con una larga vida. En varios estndares para componentes de construccin, no es cuantitativo e implicar que los requerimientos proyectados probablemente sern excedidos por la vida til diseada o algn otro periodo especfico. La nueva Prctica Recomendada ASTM Para Desarrollar Pruebas Aceleradas De Corto Plazo Para La Prediccin De La Vida til En Componentes Y Materiales De Construccin ya est esbozada. La aplicacin de la prctica recomendada para la prediccin de la vida til la est ilustrada por un ejemplo para un trabajo planeado en capas protectoras para el acero.PALABRAS CLAVE: pruebas aceleradas, componentes de construccin, materiales de construccin, prediccin de durabilidad, prctica recomendada, vida til, durabilidadLa durabilidad es un atributo esencial en muchos materiales de construccin y sus componentes. Mientras que esta afirmacin sera aceptada por la mayora de personas interesadas con el rendimiento de las construcciones de edificios, el significado exacto del trmino durabilidad podra ser sujeto de mucha discusin. El diccionario define durabilidad como la calidad de ser durable, habilidad de durar a pesar del uso frecuente o de su intenso desgaste.La dificultad en aplicar esta definicin en los materiales y componentes de construccin es que ningn tem durar indefinidamente y l mismo tem puede ser capaz de durar por un largo perodo en un ambiente mientras se deteriorara rpidamente en otro. Por ejemplo, los ladrillos de adobe pueden durar por miles de aos en un clima rido, pero se pueden desintegrar rpidamente en uno hmedo. Esto muestra que la durabilidad no es una cualidad absoluta de un tem, sino un trmino que expresa una percepcin humana de una cualidad que cambia con el ambiente; esto implica la probabilidad de durar bien en exposiciones ambientales esperadas, pero usualmente sin cuantificar la vida esperada.Si la durabilidad es un criterio para seleccionar materiales o componentes de construccin, necesitamos expresarla en trminos cuantitativos para ayudar en decidir con qu criterios de rendimiento de la durabilidad nos encontramos. Dos definiciones de durabilidad y una definicin de un concepto relacionado, utilidad, que aparecen en estndares preparados por el Comit E-6 de Rendimiento de Materiales de Construccin de ASTM son:Durabilidadel rendimiento seguro de una estructura una porcin de estructura para la esperanza de vida proyectada. (Nota-debido a las fuerzas de la naturaleza, junto a varias condiciones de exposicin creadas por el hombre, que pueden causar deterioracin progresiva, estas recomendaciones no excluyen la necesidad de mantenimiento regular) (de la Prctica Recomendada por ASTM para Aumentar la Durabilidad de Construcciones de Edificios Contra el Dao Producido por el Agua (E-24 77)).Durabilidadla capacidad de mantener la utilidad de un producto, componente, montaje con construccin por un tiempo especfico (de Prctica Recomendada ASTM E 632).Utilidadla capacidad de un producto, componente, montaje de construccin, o una construccin de realizar la o las funciones para las cuales est diseado y construido. (de Prctica Recomendada ASTM E 632).Ambas definiciones de durabilidad incorporan el concepto de requerimientos proyectados alcanzados o excedidos por un especfico periodo de tiempo como la vida til proyectada.La esperanza de que un material o componente rendir como esperado por un tiempo especfico es esencial para el diseador de la construccin; proveer al diseador con la base racional de confianza es del inters de este documento. Confianza en el rendimiento de materiales tradicionales en el rango normal de ambientes puede estar basada en experiencias pasadas, pero es difcil establecer la misma esperanza en el rendimiento de materiales innovadores o materiales tradicionales en ambientes fuera del rango normal de experiencia, por ejemplo, aplicaciones de energa solar y nuclear. Sin embargo, hasta que se puedan establecer mtodos para proveer la confianza a un costo aceptable, una severa barrera de innovacin continuar existiendo.El inters en la prediccin de durabilidad no es nuevo y no est confinado al industria de la construccin. La importancia de predecir la durabilidad ha crecido rpidamente pero, desafortunadamente, el estado de las pruebas de durabilidad es desorganizado, como fue sealado recientemente por Masters et al. Aunque varias pruebas de durabilidad estn descritas en los estndares y especificaciones para materiales de construccin, hay raramente una forma satisfactoria de correlacionar con otra, o con el rendimiento en servicio, los resultados de pruebas de laboratorio en diferentes materiales. Las presiones crecientes para la innovacin en la industria de la construccin incrementan la necesidad de desarrollo de un enfoque sistemtico para la evaluacin del rendimiento de durabilidad. Esto es mostrado, por ejemplo, a varios documentos en los procedimientos del RILEM-ASTM-CIB Simposio en el Concepto de Rendimiento en Construcciones.Entre las deficiencias comunes de las pruebas de durabilidad estndar estn las siguientes; (a) los mtodos no estn usualmente provistos por pruebas de laboratorio correlacionadas con el desempeo del campo, (b) no se suelen hacer previsiones para tomar en cuenta distintas aplicaciones, y (c) rara vez se hacen recomendaciones sobre cmo los resultados de pruebas estndar para diferentes materiales deben ser comparadas una con otra.Con el fin de proporcionar un enfoque ms general a las pruebas de durabilidad, el Subcomit E6.22 de Rendimiento de Durabilidad de Construcciones de Edificios de ASTM fue establecido en 1974 para abordar los problemas relacionados al desempeo de la durabilidad en construcciones de edificios. Especficamente, su propsito fue el desarrollo de metodologas, la diseminacin de conocimiento y la estimulacin de la investigacin relacionada a la prediccin de la vida til de los componentes de construccin, y la demostracin de conformidad con los requerimientos del rendimiento de durabilidad. El subcomit ha desarrollado la Prctica Recomendada ASTM Para Desarrollar Pruebas Aceleradas De Corto Plazo Para La Prediccin De La Vida til En Componentes Y Materiales De Construccin (E672 78). La prctica perfila cmo desarrollar pruebas para predecir la vida til de un material o componente de construccin desde los resultados de pruebas de corto plazo. Enfatiza la necesidad, al hacer una prediccin, de conocer tanto como es prctico sobre la naturaleza del tem, las condiciones a las cuales ser expuesto en su uso, y los procesos degradativos que pueden ocurrir en l. Sin embargo, deja abiertos los detalles en cuanto a que prueba debera ser usada, ya que la eleccin deber reflejar el estado de conocimiento acerca del tem a ser probado. A desarrollar la prctica se reconoci que la necesidad de pruebas grandemente aceleradas podr ser reducida mediante el uso de pruebas para medir cambios en minutos en las propiedades de los materiales y componentes.La prctica recomendada esboza pasos que suelen ser seguidos por aquellos experimentados en las pruebas de durabilidad o prediccin de vida til. Un ejemplo evidente de que hay en la metodologa lgica generalmente aplicable para disear pruebas de envejecimiento acelerado para predecir la vida til es provisto por una reciente publicacin de Gaines et al. Aunque estaban interesados en los paneles fotovoltaicos y no en materiales de construccin, desarrollaron independientemente una metodologa para las pruebas de prediccin de vida til que contiene pasos similares a aquellos en la prctica recomendada. Tambin, el trabajo de Kalousek, Porter y Benson demuestra el uso de un enfoque similar en predecir la vida til del hormign de cemento Portland en entornos de sulfato.Prctica Recomendada Para el Desarrollo de Pruebas Aceleradas De Corto Plazo Para La Prediccin De La Vida tilLa prctica recomendada para desarrollar pruebas de corto plazo para la prediccin de la vida til descrita en la Prctica Recomendada ASTM E 632 puede resumirse en el cuadro uno. La tabla indica una secuencia de pasos que recomendamos sean emprendidos en el desarrollo y aplicacin de pruebas para predecir las vidas tiles de materiales o componentes de construccin innovadores, o en otros existentes que sean usados bajo condiciones fuera de sus rangos normales.Por conveniencia, la prctica tan dividida en cuatro partes: (1) definicin del problema, (2) pre prueba, (3) prueba y, (4) interpretacin y reporte de datos. En la parte I, refirindonos a las cajas numeradas de la tabla, el primer paso es definir los requerimientos de rendimiento a ser alcanzados por el material o componente en uso y el criterio cuantitativo que debe alcanzarse si rinde satisfactoriamente. Estos criterios proveen una base objetiva para reconocer cuando el fallo ha ocurrido. Debe notarse que los criterios para el fallo de un material o componente dado pueden ser diferentes en distintas aplicaciones. Luego, en el paso 2, si el material o componente no es homogneo, debe ser caracterizado tan a fondo como sea posible en trminos de los materiales individuales que contiene dentro de s y las interfaces entre los materiales individuales. Esta informacin es importante para ganar percepciones en los posibles mecanismos de degradacin y as las pruebas ms apropiadas sean buscadas. Es esencial notar que, debido a los efectos sinrgicos, las composiciones pueden tener durabilidades y propiedades muy diferentes a aquellas de los constituyentes. En el paso tres, las caractersticas de rendimiento crtico que no deben ser permitidas de ir debajo de los criterios por motivos como la seguridad son identificadas, junto con las propiedades que pueden ser usadas convenientemente como indicadores de degradacin. En el paso cuatro, el rango esperado de los factores de degradacin incluyendo los climticos, biolgicos, estrs, incompatibilidad y uso deben ser identificados para ayudar a definir las condiciones en las cuales el material o componente es probable sea expuesto en su uso. Los efectos sinrgicos entre los factores de degradacin tambin deben ser considerados. Al mismo tiempo, en el paso cinco, los posibles mecanismos de degradacin pueden ser identificados. Con este conocimiento puede ser postulado (paso seis), la degradacin caracterstica en el desempeo en el uso puede ser inducida por procedimientos de envejecimiento acelerado; tambin, los requerimientos del rendimiento a ser alcanzados por pruebas de vida til puede ser fijados (paso siete). Deba reconocerse que mucho del conocimiento deseado puede no siempre estar disponible. En tales casos, deben hacerse y registrarse presunciones basadas en la mejor experiencia disponible.Cuando la parte 1 es completada, la parte 2, Pre-prueba, puede iniciarse. Este es el paso ocho. Su propsito es intentar demostrar que los fallos rpidos por los mecanismos de degradacin postulados en la parte uno pueden ser causados al aplicar individualmente de factores de degradacin o al aumentar su intensidad. Esto brinda antecedentes para la parte 3, que comienza con el establecimiento de pruebas aceleradas ms realistas (paso nueve) para brindar datos cinticos que al final sern usados para predecir la vida til. Las pruebas aceleradas debern entonces llevarse a cabo usando distintos niveles de los factores de degradacin importantes. Al mismo tiempo (paso diez), pruebas a largo plazo sobre condiciones de servicio debern ser iniciadas para que, en caso que puedan ser realizadas en el tiempo disponible para el programa de pruebas, la consistencia de los resultados de las pruebas aceleradas a corto plazo y las pruebas a largo plazo sean establecidas (pasos 11 y 12). Es para intentar minimizar la posibilidad de que los mecanismos de degradacin en el corto y largo plazo sean diferentes. Si parecen ser diferentes, las condiciones de la prueba a corto plazo deben ser revisadas para decidir si son muy severas y estn causando degradacin por el mecanismo equivocado o si se est omitiendo un factor de degradacin importante.Si los resultados de las pruebas aceleradas a corto plazo y las pruebas de largo plazo son consistentes una con otra, la parte 4, interpretacin y reporte de resultados, puede iniciar. Esto incluye el uso de datos experimentales para predecir el curso de la degradacin bajo condiciones de uso esperadas (pas trece) y predecir el tiempo en el que la falla, definida por los criterios de rendimiento, ocurrir (pasos 14 y 15). Los criterios de desempeo para la falla en las pruebas que predicen la vida til hubo pueden diferir de aquellas probadas en el uso debido a diferentes configuraciones y la no linealidad de la respuesta a los factores de degradacin. La prctica concluye con el reporte de los datos (paso diecisis), en el cual, debe ser enfatizado, que todas las presunciones hechas deben estar explcitamente puestas para que as otros que desean entender la lgica y verificar las conclusiones puedan hacerlo.Las caractersticas de la prctica recomendada por la ASTM que deben resaltarse son:(a) Aunque es preferible tener dados completos del material o componente, las condiciones a las que ser expuesto y mecanismos de degradacin; las presunciones acerca de estos usualmente tendrn que ser hechas dentro de las limitaciones impuestas por el tiempo y el financiamiento.(b) La vida til predicha de un material o componente depender del rango e intensidad de los factores de degradacin usados en la prueba y la severidad de los criterios de falla.(c) Las posibles fuentes de error en las predicciones deben ser identificadas y debe hacerse un intento de evaluar las magnitudes de los posibles errores.Como una ayuda a la aplicacin de la prctica recomendada, la atencin del usuario es dirigida a una lista (tabla uno) de factores de degradacin que puedan afectar el desempeo de los materiales y componentes de construccin, y es propuesto que una matriz similar a la de la figura dos sea elaborada para ayudar a identificar propiedades de importancia.La aplicacin de la prctica recomendada ser ilustrada en la siguiente discusin de dos ejemplos distintos. El primero, que ser descrito en detalle de acuerdo a los pasos de la figura uno, se refiere a una investigacin planeada en uno de nuestros proyectos de sistemas capas protectoras para estructuras de acero. El segundo ejemplo un, que ser descrito brevemente en este papel, se tom del trabajo publicado de Kaolusek et al.Ejemplos para ilustrar la aplicacin de la prctica recomendadaEjemplo 1. Aplicacin de la prctica recomendada en el desarrollo de pruebas para sistemas de capas protectoras de la corrosin de estructuras de acero.La aplicacin paso a paso de la prctica recomendar a ser ilustrada haciendo referencia a la seleccin de los sistemas de revestimiento para la proteccin de las estructuras de acero contra la corrosin. El trmino sistema de revestimiento comprende la preparacin de la superficie, el material de revestimiento o y los mtodos y el entorno usado para la aplicacin y curado. El problema a atacar es la seleccin, del amplio rango de posibilidades, de uno o ms sistemas de revestimiento aplicados en el campo con probables vidas tiles de por lo mnimo quince aos en la mayora de los ambientes de uso probables. Usando la prctica recomendada, un posible enfoque incluye los siguientes pasos:Paso 1. Requerimientos de Rendimiento y criterios de fallo el sistema de revestimiento debe proteger el acero, soldaduras y otras uniones de la corrosin en quince aos en los ambientes a los que ser expuesto. O un criterio del fallo puede ser que el sistema de revestimiento se considerar haber fallado cuando haya evidencia visible de herrumbre en al menos 5% del rea de la superficie o 10% del largo de las soldaduras. Los criterios exactos adoptados dependern de la aplicacin pero debern ser cuantitativos y reflejar el mejor conocimiento y experiencia disponibles.Paso 2. Caracterizacin del material Los sistemas consisten en pinturas de tipos genricos conocidos aplicados en superficies de acero preparado bajo un rango de condiciones ambientales. Los mtodos de preparacin de superficie y aplicacin de la pintura deben ser adecuados para el uso en el campo. Las interfaces y los tipos de juntas en las estructuras actuales deberan ser identificadas para que sus efectos en el desempeo del sistema puedan ser investigados en pruebas de laboratorio. Los sistemas elegidos para prueba deber incluir aquellos considerados probables de estar entre los ms rentables disponibles y, si es posible, varios con hojas de servicio conocidas.Paso 3. Caractersticas del desempeo crtico Las caractersticas de desempeo crtico de los recubrimientos pueden ser la adhesin al acero, permeabilidad al agua, oxgeno y soluciones acuosas, y mdulos de elasticidad o extensibilidad. Las propiedades que pueden servir como indicadores de degradacin son: apariencia, adhesin, capacitancia elctrica y conductividad elctrica. Si se usan pruebas sensibles para medir las propiedades, como pruebas electroqumicas o elctricas, la necesidad de pruebas de envejecimiento acelerado ser minimizada.Paso 4. Tipo esperado y rangos de los actores de degradacin Las ubicaciones donde los sistemas van a ser usados debern ser revisadas y aquellas con condiciones de exposicin ms severas, identificadas. El rango de condiciones de exposicin del que los revestimientos sern sujetos en su uso deber ser determinado de datos meteorolgicos y cualquier otra informacin sobre condiciones locales que est disponible. Los factores de degradacin importantes incluyen elevada temperatura, ciclos de temperatura, humedad, radiacin solar, y contaminantes del aire (incluyendo la niebla salinas y las tormentas de polvo).Paso 5. Posibles mecanismos de degradacin La prdida de integridad o adhesin del revestimiento puede resultar de la corrosin del sustrato de acero debido a la migracin del oxgeno y vapor de agua a travs del revestimiento, o puede resultar de la tendencia del acero a encogerse y agrietarse durante la curacin y exposicin al ambiente. Las tasas de degradacin en trminos del incremento de la permeabilidad al oxgeno y vapor de agua suelen ser inversamente proporcionales al espesor del revestimiento, y a ser particularmente altas donde el revestimiento es frgil y ha sido sujeto de inusualmente grandes tensiones como, por ejemplo, las juntas. La prdida de adhesin debida al aumento de xido bajo el revestimiento puede ocurrir, particularmente adonde la superficie estuvo contaminada con cloruros u otras sales antes de ser pintada, o donde las sales se filtran a travs del revestimiento en ambientes salinos.Paso 6. Mtodos postulados sobre causar un envejecimiento acelerado similares al envejecimiento por uso. Conjuntos de especmenes con caractersticas tpicas de interfaces y juntas que ocurren en aplicaciones de campo deben ser expuestas separadamente a (a) radiacin solar simulada de mayor intensidad y por ms periodos de tiempo de lo que normalmente se esperara en su uso, (b) agua y agua de bajo pH debido a la solucin de constituyentes atmosfricos y contaminantes, (c) elevadas temperaturas y (d) ciclos de temperatura. La informacin de los efectos sinrgicos o factores de degradacin deber ser buscada a travs de la investigacin de los efectos combinados.Paso 7. Requerimientos de rendimiento para las pruebas de prediccin de vida til. Las pruebas predictivas debern producir fallas por los mismos mecanismos como en su uso, pero en un tiempo ms corto. Las pruebas debern clasificar los sistemas en el mismo orden de durabilidad como exposicin de uso. La severidad de las condiciones de exposicin deber ser capaz de ser variada rpidamente de una prueba a la siguiente.Paso 8. Diseo y realizacin de pruebas preliminares que causen falla rpida y confirmen los mecanismos de degradacin Para confirmar los mecanismos de degradacin para cada sistema de revestimiento, se preparan especmenes bajo un rango de condiciones representando aquellas que probablemente ocurran en el uso: por ejemplo, caractersticas tpicas de las juntas, superficies speras, superficies contaminadas, revestimientos de distinto espesor, y diferentes tcnicas de aplicacin. Los especmenes debern ser expuestos a altos valores de degradacin incluyendo radiacin ultravioleta, alta humedad relativa, humedad condensada (con y sin contaminantes areos disueltos), envejecimiento en horno, ciclos de temperatura, y combinaciones de estos. Si algn experimento muestra evidencia de degradacin del revestimiento inusualmente rpida, se debe tomar una decisin acerca de si dejar el sistema a una mayor investigacin o llevar a cabo pruebas con condiciones menos severas como en el paso 9. Esto sera para ver si las condiciones severas han inducido la degradacin por un mecanismo que normalmente no sera importante en el uso.Paso 9. Extender las pruebas del paso 8 a condiciones menos severas para establecer las relaciones entre severidad de las condiciones y la tasa de degradacin o prdida de uso Las exactas condiciones de la prueba dependeran de las tasas de degradacin observadas en el paso 8. El nfasis estara en los factores de degradacin y la combinacin de estos, que probablemente causarn fracaso en su uso.Paso 10. Pruebas a lo largo plazo bajo condiciones de uso los especmenes comparados de acero revestidos similares a aquellos estudiados en los pasos 8 y 9 debern darse en lugares externos que sean representativos de aquellos que encontrarn en su usos. La exposicin actual de los revestimientos en estructuras de acero seria esencial.Paso 11. Comparar los tipos de degradacin obtenidos en el uso y en las pruebas de prediccin de vida til Aunque estar comparacin puede no ser til a menos que la degradacin detectable ocurra en el tiempo disponible para las pruebas a largo plazo, esta comparacin siempre debe hacerse. La observacin visual puede ser todo de se requiere, pero una observacin ms cuidadosa con un microscopio electrnico de barrido es usualmente deseada.Paso 12. Determinar si la degradacin aprendida en las pruebas predictivas es de la misma naturaleza de las pruebas de uso La evidencia del paso 11 deber ser evaluada para ver si, para alguno de los sistemas de revestimiento, hay alguna sugerencia o una diferencia entre los mecanismos de degradacin en las pruebas aceleradas y las de largo plazo. Para cualquier sistema en el que hay una diferencia, es probable que las condiciones de exposicin en las pruebas aceleradas fueron muy severas para ser realistas, entonces las pruebas debern ser repetidas bajo condiciones menos severas si el sistema es todava de inters. Para las otras, se deben tomar el paso 13.Paso 13. Desarrollar modelos matemticos de degradacin y comparar las tasas de cambio en las pruebas predictivas con pruebas de uso De la informacin de los pasos 8, 9 y 10, deben prepararse modelos o relaciones matemticas capaces de contabilizar todo lo que est disponible. En la extensin posible, debe incluir la consideracin de mecanismos de fallo y del comportamiento bajo factores de degradacin individuales y combinacin de ellos.Paso 14. Criterios de desempeo para las pruebas de prediccin de vida til los criterios de desempeo para fallos en las pruebas de prediccin de vida til debern ser similares a aquellos de las pruebas de desempeo en el uso o a largo plazo. Sin embargo, debern siempre ser consideradas porque las diferentes configuraciones de especmenes y la no linealidad en respuesta a los cambios en las condiciones de exposicin puede requerir el uso de criterios diferentes para las pruebas aceleradas.Paso 15. Predecir la vida til El modelo de cada sistema de revestimiento deber ser usado para predecir la vida til bajo las diferentes condiciones de inters.Paso 16. Reportar la informacin Los resultados debern ser reportados lo ms detalladamente posible con declaraciones claras de las presunciones ellas y sus implicaciones en la confiabilidad de la prediccin de la vida til. Los sistemas que l, de acuerdo a las predicciones, alcancen los requerimientos de desempeo deseados numerados en el paso uno debern ser identificados.El trabajo esbozado en este ejemplo sera extenso y tendra que ser planeado cuidadosamente para asegurar que las pruebas aceleradas no sean idealizadas al punto de ser irreales.; El plan deber minimizar la posibilidad de pasar por alto un factor importante de degradacin u otro factor que pueda afectar adversamente el desempeo de sistema. Sin embargo, el esfuerzo sera justificado donde los costos acumulados de las capas de mantenimiento para acero sean altos.