Modelación con elemento finito del daño por corrosión en estructuras de concreto reforzado

• Autores: J. Humberto Castorena González
• Directores de la Tesis: Facundo Almeraya Calderón (dir. tes.)
• Lectura: En la Centro de Investigación en Materiales Avanzados (Chihuahua, México) ( México ) en 2007
• Idioma: español
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: cimav.repositorioinstitucional.mx
• Resumen
  • español

    En el presente trabajo de tesis, se obtuvieron modelos para estimar el daño por corrosión del acero de refuerzo en las estructuras de concreto reforzado, mediante elemento finito y de observaciones experimentales.

    Uno de los modelos obtenidos estima la profundidad de penetración del acero producto de la corrosión, en función del recubrimiento libre del concreto, diámetro del refuerzo, longitud de acero corroída y de las propiedades del concreto. Se demostró que la variable de mayor influencia es la longitud de acero corroída, y que solo es posible determinar su efecto mediante un análisis con elemento finito tridimensional, el cual simula al comportamiento del acero corroído como un elemento estructural que es forzado a ocupar un volumen menor cuando es embebido en el concreto, y que genera presiones de contacto en la interfase acero-concreto. El modelo obtenido es válido para el instante en que aparece en la superficie de concreto la primera grieta visible por corrosión, además, para un nivel de cargas menor y/o iguales a la de servicio, se mostró mediante la teoría de elasticidad y elemento finito, que la acción simultanea flexión-corrosión no tiene efecto sobre las deformaciones generadas por corrosión.

    En base al modelo anterior, se obtuvo una expresión en la cual es posible determinar el tiempo en el cual aparecerá la primera grieta visible por corrosión, medido a partir del tiempo en que inició el proceso de corrosión en la superficie del acero de refuerzo. Para dicha expresión se mostró que el tipo de oxido producido es un parámetro importante, pero lo es aún más la densidad de corriente, icorr. Se desarrollaron experimentos de corrosión acelerada con el propósito de determinar de manera precisa el instante en que aparece la primera grieta, así como medir su ancho. De los resultados observados, se muestra que este ancho de grieta oscila en valores de 0.06 a 0.08 mm, medidos por fotogrametría.

    Como última etapa se desarrolló un modelo práctico, que involucra a los dos modelos descritos anteriormente, que es fácil de usar en rutinas de mantenimiento e inspección en las estructuras de concreto reforzado. Dicho modelo evalúa el daño por corrosión en el acero a partir de la medición del ancho de grieta, en un tiempo posterior a la aparición de la primera grieta por corrosión, pero antes de que el concreto sufra desprendimiento

  • English

    In this thesis work, models were obtained to estimate the damage for corrosion of the reinforcement in the reinforced concrete structures, by means of finite element and experimental observations.

    One of the obtained models calculates the depth of penetration of the steel by products of corrosion, in function of the cover free of the concrete, diameter of the reinforcement, steel corroding longitude and of the properties of the concrete. It is shown that the variable of more influence is the steel corroding longitude, and that only is possible to determine its effect by means of an analysis with three- dimensional finite element, which simulates the behavior of the steel corroding as a structural element that is forced to occupy a smaller volume when it is inmerse in the concrete, and that generates contact pressures in the interface steel-concrete. The model obtained is valid for the instant in that the first visible crack for corrosion appears in the surface of concrete, also, for a smaller level of loads and/or similar to that of service, it is shown by means of theory of elasticity and finite element that the action simultaneous flexion-corrosion doesn't have effect on the deformations were generated exclusively by corrosion.

    Based on the previous models, an expression is obtained in which is possible to determine the time in which the first visible crack will appear for corrosion, measured starting from the time in which has already begun the process of corrosion in the surface of the reinforcement. For this expression it is shown that the type of rust that takes place it is an important parameter, but it is even more the current density, icorr. Experiments of acelerated corrosion were developed with the purpose of determining in a precise way the instant in that the first crack appears, as well as to measure its width.

    Of the observed results, it is shown that this crack width oscillates in values from 0.06 to 0.08 mm, measured by photogrametry.

    As last stage a practical model was, which developed that involves the two drescribed models previously, easy to use in maintenance routines and inspection in the reinforced concrete structures. This model evaluates the damage for corrosion in the steel starting from the measurment of the crack width, at one time later to the appearance of the first crack for corrosion, but before the concrete suffers spalling