Corrosión de armaduras en estructuras de hormigón: Estudio experimental de la variación de la ductilidad en armaduras corroídas aplicando el criterio de acero equivalente

Uno de los efectos más importantes de la corrosión de armaduras en estructuras de hormigón armado es la reducción de las propiedades mecánicas del acero, en concreto la ductilidad. La corrosión disminuye drásticamente las deformaciones máxima y última de la armadura. El empleo de aceros con características especiales de ductilidad proporciona ventajas en el proyecto de estructuras porque permiten la rotación de rótulas plásticas y la aplicación de métodos de cálculo lineales seguidos de redistribución de esfuerzos en elementos estructurales. La normativa europea referente a estructuras de hormigón armado (CM-90, EC-2 y EHE) asocia la capacidad de redistribución permitida a la ductilidad del acero. Actualmente, la ductilidad se cuantifica mediante valores de deformación y del cociente entre la resistencia máxima y la resistencia en el límite elástico. Los códigos establecen unos requisitos mínimos de estos parámetros para determinar el comportamiento mecánico de los aceros. El concepto de “acero equivalente” surge para definir y cuantificar la ductilidad del acero mediante un único parámetro, el cual engloba conjuntamente valores de resistencia y alargamiento. Para este parámetro único, se han propuesto diferentes definiciones basadas en la capacidad de absorción de energía antes de la fractura y en la capacidad de rotación plástica. La investigación desarrollada en esta tesis doctoral esta motivada por la necesidad de contribuir al conocimiento del comportamiento de estructuras de hormigón armado con armaduras deterioradas. Se ha realizado un trabajo experimental enfocado a evaluar el efecto de la corrosión sobre las características mecánicas de las armaduras. Para ello, se han efectuado ensayos de corrosión acelerada sobre barras de acero embebidas en distintos elementos de hormigón. Posteriormente, se han ensayado a tracción para determinar sus características mecánicas, aplicando los criterios convencionales que cuantifican la ductilidad y los que la determinan utilizando el concepto de “acero equivalente”. A partir de los resultados obtenidos se establecen conclusiones para determinar si aceros con un determinado nivel de corrosión cumplen los requisitos recogidos por los diferentes códigos para denominarlos “aceros de alta ductilidad” evaluando en cada paso la posibilidad de redistribuir solicitaciones en estructuras en las que sea necesario intervenir. Adicionalmente, esta investigación, profundiza en el estudio del fenómeno del deterioro de estructuras de hormigón debido a la corrosión de la armadura. Para ello, se ha empleado la técnica de propagación de impulsos ultrasónicos en elementos de hormigón con el fin de establecer la viabilidad de la misma en la detección temprana de la corrosión y se han realizados análisis para caracterizar los productos de corrosión formados. _____________________________________________One of the effects of reinforcement corrosion in reinforced concrete structures, is the reduction in the mechanical properties of steel, in particular its ductility. Corrosion drastically decreases the maximum and ultimate strain of reinforcement. The use of steel reinforcing bars with special ductility characteristics provides benefits in the design of concrete structures, allowing rotation of plastic hinges and the redistribution of internal-forces. European codes related to reinforced concrete structures (CM-90, EC-2 and EHE) associate ductility classification with the admissible redistribution degree in the reinforcement structures. Currently, ductility is quantified by a range of maximum strain and tensile strength- yield strength ratio. The codes set minimum requirements for them to establish mechanical behaviour of steel. The concept of “equivalent steel” defines ductility steel by means of a single parameter which joins both resistance and elongation values. Different definitions for this parameter have been proposed based on steel’s capacity for plastic deformation or rotation capacity of plastic hinges. The research developed in this thesis is motivated by the need to contribute to knowledge of the behaviour of reinforced concrete structures with reinforced damaged. To carry out this study, an experimental work has been done with the objective of assessing the effect of corrosion on the mechanical characteristics of the rebars. Accelerated corrosion test on the steel rebars embedded in concrete element have been done. There have been tensile test to determine their mechanical properties by applying the conventional criteria that quantify the ductility, and by using the concept of “equivalent steel index”. Based on the obtained results, conclusions are established that determine whether the corrode steel satisfy the requirements of different codes (CM-90, EC-2 and EHE) in order to identify them as “steel with special characteristics of ductility” assessing in each case the possibility of reallocating solicitations in structures which might need to be repaired. Additionally, this works deepens the study of the phenomenon of deteriorating concrete structures due to corrosion of reinforcement. Ultrasonic pulse velocity technique applied in concrete members has been used in order to establish the viability of this method in the early detection of corrosion damage. In order to characterize the corrosion products formed DRX analysis has been carried out