Resumen de Efectos de la corrosión de las armaduras en su curva tensión-deformación y resistencia a fatiga: modelo y calibración experimental

Jesús Miguel Bairán García, Ignacio Fernández Pérez de Unzueta, Rosángel Moreno González, Antonio R. Marí Bernat, Carlos Velázquez Casado

• español

  La corrosión de las armaduras es uno de los deterioros más comunes en las estructuras de hormigón. Es conocido que esta reduce de la sección efectiva de armadura, capacidad de anclaje, etc. Aunque menos estudiado, la corrosión también modifica las características mecánicas del material. Para evaluar la seguridad de estructuras que sufren corrosión, son necesarios modelos adecuados que relacionen el grado de corrosión con los efectos observados en los materiales. Posteriormente, las propiedades mecánicas modificadas del acero corroído pueden utilizarse a nivel estructural para evaluar la resistencia y otras prestaciones, ya sea nivel local o global.

  En la literatura existen diversos modelos para estimar el grado de corrosión y la pérdida media de sección con la velocidad de corrosión y el tiempo de exposición en diferentes ambientes. Sin embargo, no existen modelos que permiten estimar las modificaciones de las propiedades mecánicas del material en sí, en términos de límite elástico, resistencia, ductilidad, etc., las cuales han sido menos estudiadas.

  En esta comunicación se presenta un modelo para armaduras pasivas corroídas el cual considera que los principales fenómenos observados se deben a aspectos mecánicos producidos por las picaduras y la estructura heterogénea de la barra. La picadura actúa a modo de entalla produciendo, además de la pérdida de sección, concentración de tensiones y excentricidades locales. En el modelo se asume una picadura equivalente de geometría ideal. Por otro lado, se tiene en cuenta la heterogeneidad de las barras a través de las capas de ferrita y martensita y la respuesta no lineal del acero mediante un modelo constitutivo de endurecimiento mixto. El daño ante ciclos de carga se tiene en cuenta mediante la ley de Palmgren-Miner, de forma que el modelo también es capaz de determinar las curvas de fatiga de las barras corroidas.

  El método ha sido validado experimentalmente mediante el ensayo de un total de 180 barras ensayadas a carga monotónica y fatiga sometidas previamente a diferentes grados de corrosión acelerada. Del estudio se relaciona el grado de corrosión con la geometría de la picadura, los efectos en las propiedades monotónicas del material, la ductilidad y en la resistencia a fatiga. Una vez calibrado, el modelo es usado para determinar expresiones simplificadas de los valores medios y característicos de las propiedades del material, las cuales son de directa aplicación práctica en la evaluación de estructuras que sufren corrosión.

• English

  Reinforcing steel corrosion is one of the most common deterioration processes in concrete structures when exposed to moderate and aggressive environment. It is known that it produces a reduction of the effective reinforcement area, bond capacity, etc.

  Although it has been less studied, corrosion also produces modifications on the apparent material properties. In order to evaluate the safety of existing structures suffering reinforcement corrosion, adequate models relating the degree of corrosion with the observed material effects are needed. While assessing deteriorating structure, the modified materials properties should be used to for strength and other performance calculations, at local or global levels.

  In technical and scientific literature, there are a number of models available to estimate the degree of corrosion, the loss of steel area and the corrosion velocity in different environments. However, there is a lack of models for calculating the effects on the material properties, i.e. yielding stress, strength, ductility, Young modulus, etc., which have been less studied.

  In this communication, a model for corroded steel bars is presented. It is considered that the main observed phenomena are due to mechanical aspects produced by the presence of the corrosion pit and the heterogeneous structure of the bar. The pit acts as knot in the bar, producing, besides a reduction of steel area, concentration of stresses, local excentricities, etc. It is assumed that corrosion can be assimilated to an equivalent single pit with an idealized geometry. On the other hand, the bar heterogeneity due the ferrite and martensite layers is taken into account as well as the non-linear response of steel by means of an adequate mixed-hardening constitutive model. In order to take into account cycle damage and fatigue strength of corroded bars, the Palmgren-Miner damage theory was implemented.

  The model was experimentally validated with a campaign including 180 samples tested under monotonic and fatigue loading with different corrosion degrees, produced by an accelerated process. From this study it can be deduced a relationship between the degree of corrosion and the geometry of the equivalent pit, the effects on the material’s mechanical properties, including ductility and fatigue. Once calibrated, the model is used to derive simplified expression for the mean and characteristic modification factors of the material properties which are suitable for manual and numerical assessment of existing structures safety, life cycle assessment, management and repair priorization of large infrastructures parks, among other applications.