Influencia de la corrosión en la adherencia de alambres en elementos pretensados de hormigón
- Autores: Pablo Anaya
- Directores de la Tesis: Jesús Rodríguez Santiago (dir. tes.), Carmen Andrade Perdrix (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2020
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Giussepe Mancini (presid.), David Izquierdo López (secret.), Javier Sánchez Montero (voc.), Peter Tanner (voc.), Joan Ramón Casas Rius (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Estructuras de la Edificación por la Universidad Politécnica de Madrid
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
- Resumen
En elementos pretensados de hormigón, la adherencia entre el acero y el hormigón es una propiedad esencial para garantizar la integridad de la estructura. El acero de pretensar, ya sea en forma de alambres o cordones, tiene una doble función: permitir, por un lado, que parte de la tensión de tracción disponible hasta alcanzar su límite elástico se use para comprimir el hormigón, mejorando su comportamiento en servicio, y por otro lado, que una parte de su resistencia a tracción sea utilizada para colaborar con el hormigón en la resistencia de las cargas aplicadas externamente. Para garantizar esta doble función es crucial la existencia de tensiones de adherencia entre los alambres de acero y el hormigón, asegurando la transmisión de las fuerzas de pretensado tras el destesado y el anclaje del alambre durante la vida útil del elemento. Esta adherencia puede verse deteriorada por diferentes motivos, siendo uno de los más recurrentes el daño inducido por procesos de corrosión. Los productos de corrosión, cuyo volumen específico es mayor que el del acero original, generan tensiones en el hormigón que circunda el alambre y propician la aparición de fisuras y desprendimientos en el recubrimiento, reduciendo su capacidad de confinamiento y, consecuentemente, mermando las propiedades adherentes entre el hormigón y el acero.
El parámetro fundamental para caracterizar las propiedades adherentes existentes entre el acero pretensado y el hormigón es la longitud de transmisión o transferencia. La fuerza en un alambre o cordón de pretensado se transfiere por adherencia al hormigón durante la operación de destesado, de manera que las tensiones longitudinales en el acero varían desde cero, en el extremo de la viga, hasta su máximo valor más allá de la longitud de transferencia. Por tanto, la longitud de transferencia se define como aquella necesaria para que la totalidad de la fuerza de pretensado introducida en una armadura pretesa se transfiera por adherencia al hormigón. Esta longitud abarca la distancia existente desde el extremo libre de un elemento pretensado hasta la sección a partir de la cual la tensión en el alambre o cordón es constante, de modo que más allá de dicha sección la fuerza de pretensado mantiene su valor hasta la zona de transferencia del extremo opuesto, en que se produce el fenómeno en sentido inverso.
El cálculo y diseño de elementos pretensados de hormigón con armaduras pretesas requiere una evaluación realista de la longitud de transferencia. Por un lado, valores reducidos de la misma mejoran la capacidad resistente frente a esfuerzo cortante, debido al efecto favorable de las tensiones de compresión introducidas en la sección de hormigón, especialmente en los extremos del elemento, donde el cortante suele ser de mayor entidad.
Por otro lado, la reducción de la longitud de transferencia lleva asociado un aumento de las tensiones transversales de tracción en los extremos del elemento, aumentando el riesgo de fisuración por estallido, por exfoliación o por hendimiento. Las expresiones para la caracterización de la longitud de transferencia recogidas en los códigos estructurales cuyo uso está más extendido[Eurocódigo 2; ACI 318-02; EHE-08; Model Code 2010] suelen considerar únicamente el efecto de algunas variables, como el diámetro del alambre o la fuerza de pretensado inicial, omitiendo otros parámetros, como la resistencia del hormigón o el espesor de recubrimiento, cuya influencia ha sido demostrada en numerosos trabajos. Además, en ningún caso, se cuantifica en qué medida afecta el ataque por corrosión a dicha longitud. Por tanto, es patente la necesidad de desarrollar un método racional que permita evaluar la adherencia, y consecuentemente la longitud de transferencia, en elementos pretensados de hormigón con distintas configuraciones geométricas y mecánicas, así como con distintos grados de corrosión.
En esta tesis se han investigado los procesos de degradación de la adherencia motivados por la corrosión en alambres lisos e indentados y se ha analizado su influencia en el comportamiento de elementos pretensados de hormigón. Para ello, se ha desarrollado un modelo analítico cuyas variables han sido calibradas mediante ensayos de arrancamiento sobre alambres no tesados y cuyos resultados teóricos han sido verificados gracias a su comparación con los datos extraídos de una campaña experimental sobre elementos pretensados tipo viga.
La metodología seguida, que puede calificarse como teórico-experimental y consistente en varias etapas diferenciadas, se ha mostrado como un procedimiento eficaz para identificar, analizar y cuantificar las principales variables mecánicas y geométricas que intervienen en el fenómeno de la corrosión en elementos pretensados.
Las etapas de las que ha constado esta investigación son las siguientes:
- Desarrollo de un modelo analítico bidimensional para la determinación de las tensiones radiales a nivel de sección derivadas de los procesos de corrosión en estructuras de hormigón armado;
- Realización de campaña de ensayos de arrancamiento para la calibración de los parámetros que definen la expansión de los productos de corrosión y las propiedades adherentes entre el hormigón y el acero;
- Extensión del modelo a la dirección longitudinal del elemento (tres dimensiones) para la determinación de las leyes que rigen la relación entre adherencia y deslizamiento, en alambres sanos y corroídos, mediante su comparación con la campaña experimental anterior.
- Elaboración de un modelo analítico integral para la determinación de la longitud de transferencia en estructuras pretensadas sanas y corroídas, acoplando los efectos del pretensado al modelo analítico tridimensional sobre elementos de hormigón armado con corrosión.
- Verificación del modelo integral mediante su comparación con ensayos sobre elementos pretensados tipo viga con procesos de degradación por corrosión.
El modelo validado ha permitido estudiar la influencia que tienen en el comportamiento adherente las principales variables geométricas y mecánicas que intervienen en el pretensado, lo que a su vez ha posibilitado el desarrollo de expresiones simplificadas para el cálculo de longitudes de transferencia en elementos pretensados de hormigón tanto con alambres sanos como corroídos. Los resultados arrojados por la expresión propuesta para alambres sanos han sido comparados con los obtenidos en campañas experimentales de otros autores, mostrando una mejor capacidad predictiva que las expresiones recogidas en los códigos estructurales cuyo uso está más extendido.
