Corrosão das armaduras do betão armado: causas, consequências, prevenção e projeto de durabilidade

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Contribuição à previsão da vida útil das estruturas de concreto armado atacadas pela corrosão de armaduras : iniciação por cloretos

Atualmente observa-se que uma grande parte das estruturas de concreto armado estão apresentando problemas relacionados à corrosão das armaduras, principalmente aquela iniciada pelos íons cloreto. Nesse sentido, muitos estudos estão sendo realizados a fim de prever o tempo necessário para que os íons cloreto atinjam a armadura, iniciando assim a propagação do processo corrosivo. Existem alguns parâmetros relacionados ao concreto e ao meio ambiente que exercem uma grande influência na penetração de íons cloreto. Entre os fatores relacionados ao concreto, verifica-se que o coeficiente de difusão de cloretos, a concentração superficial de cloretos, a relação água/cimento, a espessura de cobrimento, a presença e a quantidade de adições são alguns parâmetros que interferem na vida útil de projeto das estruturas. Já em relação às condições ambientais, os principais fatores que afetam a vida útil são a umidade relativa e a temperatura de exposição. Assim, procurou-se avaliar o efeito de tais variáveis na vida útil das estruturas, considerando as mesmas como grandezas aleatórias, apresentando um determinado valor médio e um desvio-padrão característico. Essas variáveis aleatórias foram inseridas em alguns modelos matemáticos que são empregados para a previsão da vida útil das estruturas − 2ª Lei de Fick e os modelos propostos por UJI et al. (1990) e por MEJLBRO (1996). A partir daí, realizou-se uma análise de confiabilidade a partir de um método de simulação numérica (Simulação de Monte Carlo) a fim de se determinar a probabilidade de falha no tempo para concretos feitos com diferentes tipos de cimento e adições, quando inseridos em condições ambientais distintas A fim de contribuir no processo de previsão da vida útil das estruturas quando inseridas em ambientes contendo cloretos, foi desenvolvido um modelo matemático baseado na análise em Grupos Focalizados (ou Focus Groups). Algumas das principais características do modelo proposto são a lógica empregada no seu desenvolvimento e a grande facilidade de aplicação do mesmo. O comportamento do modelo se mostrou consistente com os resultados de investigações experimentais realizadas por outros pesquisadores, onde o mesmo foi aplicado em um estudo de caso para verificar a resposta em relação à penetração de cloretos em alguns pontos de uma estrutura de concreto armado inserida em área salina.

Contribuição ao estudo da corrosão de armaduras em concretos com adição de sílica ativa

Os crescentes problemas relacionados à durabilidade das estruturas de concreto armado, além dos elevados custos de manutenção e recuperação, têm incentivado os tecnologistas de concreto a buscarem alternativas para melhorar a qualidade do concreto e, conseqüentemente, aumentar a vida útil das estruturas. Nesse sentido, adições minerais como a sílica ativa, que é um subproduto das indústrias de processamento de ligas de sílicio, vêm sendo utilizadas, apresentando como resultado inúmeros benefícios às propriedades do concreto. Contudo, existem algumas questões ainda não esclarecidas em relação ao efeito da sílica ativa na corrosão das armaduras. Por outro lado, a sílica ativa, em função do reduzido tamanho e da elevada reatividade pozolânica, promove a densificação da matriz cimentante, proporcionando uma diminuição significativa da porosidade e permeabilidade da pasta de cimento, o que pode impedir ou retardar o ingresso dos agentes agressivos desencadeadores do processo corrosivo. Por outro lado, por reagir com ohidróxido de cálcio produzido na hidratação do cimento e diminuir a alcalinidade do concreto pode acelerar a despassivação da armadura Dessa forma, o presente trabalho tem por objetivo avaliar o efeito da sílica ativa na corrosão da armadura desencadeada tanto por íons cloreto como por carbonatação, através da técnica de resistência de polarização, em concretos com relações água/aglomerante na faixa de 0,40 a 0,70 e teores de sílica ativa variando de 0% a 20%. Paralelamente, foi avaliada a influência da sílica ativa na absortividade, resistência à compressão, profundidade de carbonatação e no teor de cloretos. Os resultados indicaram que, no caso da corrosão desencadeada por carbonatação, o efeito da sílica ativa depende do teor utilizado. Até 10% de adição, a sílica ativa não altera a resistência à corrosão, podendo, ainda, apresentar um efeito favorável quando utilizada em teor inferior a esse limite, enquanto que para teores maiores que 10% aumenta o risco de corrosão da armadura por carbonatação do concreto. No entanto, com exceção da profundidade de carbonatação, independente do teor utlizado, a sílica ativa apresenta favorável influência na resistência à corrosão desencadeada por íons cloreto e nos demais parâmetros analisados.

O encabecamento das armaduras urbanas nacionais: uma revisão

Starting from Jefferson's 'law of the primate city' and Zipf's 'rank-size rule', examines the question of the heading of national urban systems, seeking to stretch the analysis as far as possible in space and time. Thus, 131 countries were included in the study, most of them also viewed from the evolutive side. It was found that there is a main tendency for urban systems to evolve to the primate leadership, maintained by Jefferson as the normal pattern. Among the various factors that act in this direction, the attraction exercised by political power located in the capital cities is dominant.-English summary

Dimensionamento de armaduras longitudinais sujeitas à fadiga em vigas de pontes ferroviárias de concreto armado

As pontes ferroviárias de concreto armado estão sujeitas às ações dinâmicas variáveis devido ao tráfego de veículos. Estas ações podem resultar no fenômeno de fadiga do aço e do concreto dessas estruturas. No dimensionamento de estruturas de concreto armado sujeitas à carregamento cíclico, de modo geral, a fadiga é considerada simplificadamente, por meio de um coeficiente kf, denominado coeficiente de fadiga. Esse coeficiente majora a área de aço inicialmente calculada para atender ao Estado Limite Último (ELU), com a finalidade de limitar, em serviço, as variações de tensões no aço de modo a garantir uma vida útil de no mínimo 2.000.000 de ciclos. O presente trabalho apresenta melhorias nas hipóteses utilizadas pelo coeficiente de fadiga kf, permitindo o dimensionamento de armaduras longitudinais sujeitas à fadiga, para números de ciclos superiores a 2 milhões, que é o valor proposto pelo EB-3/67, e também de forma a atender a vida útil à fadiga especificada em projeto. Neste caso, foi necessário propor um método simplificado para a estimativa do número de ciclos operacionais, apartir de um ciclo padrão obtido pela máxima variação de momentos fletores provocados pelo tremtipo carregado. O estudo foi desenvolvido tomando-se como protótipo um viaduto ferroviário isostático em concreto armado da Estrada de Ferro Carajás (EFC). Os trens-tipo utilizados foram os quais operam atualmente na EFC, que correspondem ao trem de minério Carregado e Descarregado. Para determinação dos esforços solicitantes na estrutura foi elaborado um modelo numérico no programa SAP 2000. A vida útil à fadiga das armaduras longitudinais foram determinadas apartir da regra de dano de Miner e das curvas S-N da NBR 6118. A metodologia proposta neste trabalho permitiu o dimensionamento nas armaduras longitudinais à fadiga satisfatoriamente em relação à vida útil especificada no projeto, sendo que as vidas úteis que tiveram maior divergência em relação ao valor estipulado foram as de 300 e 400 anos.

Variación de las características mecánicas de armaduras de alta ductilidad B500SD en función de su grado de corrosión / Mechanical properties variation of B500SD high ductility reinforcement regarding its corrosion degree

Los efectos de la corrosión sobre las armaduras se manifiestan por la pérdida de sección y la variación de las propiedades mecánicas relacionadas con la ductilidad. En este trabajo se han ensayado a tracción 96 barras de acero B500SD que previamente se han sometido a niveles variables de corrosión. Los resultados muestran que los alargamientos de las barras disminuyen y el cociente entre la tensión máxima y el límite elástico aumenta conforme el nivel de corrosión avanza. A partir del estudio del efecto de entalla y de la distinta constitución metalográfica del acero a nivel de sección debido a su procedimiento de fabricación se pueden explicar los fenómenos anteriores.

Comportamiento frente a la corrosión inducida por cloruros de armaduras de nuevos aceros inoxidables con bajo contenido en níquel

La utilización de armaduras de acero inoxidable, de los tipos austeníticos y dúplex, con el objetivo de prolongar la vida útil de las estructuras de hormigón, es una alternativa que está recibiendo cada vez más consideración. Los aceros inoxidables son aleaciones fundamentalmente de cromo y níquel, con muy alta resistencia a la corrosión, especialmente por cloruros. El elevado coste del níquel y sus grandes fluctuaciones en el mercado, han favorecido la aparición de nuevos aceros inoxidables con bajo contenido en dicha aleación y, por lo tanto, más económicos, que sin embargo presentan una resistencia a la corrosión similar a los tradicionales. En este trabajo se ha evaluado la resistencia a la corrosión por cloruros de dos nuevos aceros inoxidables de bajo contenido en níquel. Uno de los aceros es austenítico, de producción en forma de chapa, y el otro dúplex, que se comercializa como barra corrugada. La resistencia a la corrosión se ha evaluado, respectivamente, mediante ensayos electroquímicos de dichos aceros embebidos en solución simulada de poros de hormigón y en probetas de mortero contaminados con diferentes cuantías de cloruros. Los resultados de los ensayos se han comparado con los del acero austenítico tradicional AISI 304 y del acero al carbono B500SD.

Estudio de la corrosión de armaduras embebidas en morteros fabricados con sustitución parcial y total de áridos por escorias blancas de horno cuchara

El objetivo de este trabajo es estudiar el comportamiento frente a corrosión de barras de acero de armar embebidas en probetas de mortero en las que se ha sustituido total o parcialmente el árido por escorias de horno cuchara (LFS). Se han fabricado probetas prismáticas con y sin escorias (probetas patrón) y se han añadido cantidades variables de ión cloruro en el momento del amasado. Se han medido de forma periódica la velocidad de corrosión de las barras mediante la técnica de la curva de polarización y los resultados obtenidos, en términos de intensidad de corrosión (icorr) y de potencial de corrosión (Ecorr), se han comparado. Del análisis de los resultados obtenidos, se puede afirmar que el comportamiento frente a la corrosión inducida por iones cloruro es similar entre las barras de acero embebidas en probetas patrón y las barras incluidas en probetas fabricadas con sustitución parcial de árido por escorias blancas de horno cuchara (LFS).

Evaluación del comportamiento estructural y de resistencia a la corrosión de armaduras de acero inoxidable austenítico AISI 304 y dúplex AISI 2304

Se ha evaluado el comportamiento mecánico y estructural de dos aceros inoxidables corrugados, el austenítico EN 1.4301 (AISI 304) y el dúplex EN 1.4362 (AISI 2304), y se han comparado con el tradicional acero al carbono B500SD. El estudio se ha realizado en tres niveles: a nivel de barra, estudiando las propiedades mecánicas y de ductilidad de los tres aceros; a nivel de sección, analizando el comportamiento a flexión por medio de diagramas momento-curvatura; y a nivel de pieza, ensayando una serie de vigas armadas con diferentes aceros y cuantías, y comprobando su comportamiento por medio de los diagramas carga-desplazamiento. La comparación del comportamiento frente a la corrosión entre los dos aceros inoxidables se ha realizado mediante mediciones electroquímicas de armaduras embebidas en probetas de mortero contaminado con diferentes cuantías de cloruros

Análisis del comportamiento a corrosión de armaduras embebidas en probetas de mortero, con sustitución parcial de áridos y cemento por escorias blancas de horno cuchara

El hormigón armado es el material estructural más empleado en construcción, lo que exige un exhaustivo control tanto de los materiales que lo componen como de su ejecución, con el fin de garantizar la vida útil para la que ha sido proyectado. Uno de los principales problemas de la durabilidad del hormigón armado, es la corrosión de sus armaduras. Existen en la actualidad diferentes métodos que intentan detener el proceso de corrosión, entre ellos, los inhibidores superficiales de corrosión. El continuo incremento en la producción de acero desde el siglo XIX, ha producido un desequilibrio entre los productos fabricados en las industrias siderúrgicas y los residuos generados. Como consecuencia, toneladas de residuos son depositados en vertederos, provocando graves daños medioambientales con el paso del tiempo. El volumen de escorias producidas en la industria siderúrgica en España asciende a 2,55Mt al año, de ahí la importancia del reciclaje de estos productos y de su integración como materia prima en el proceso de fabricación de otros materiales. Partiendo de estas premisas, en el presente trabajo de investigación se ha estudiado el comportamiento a corrosión, de barras de acero de armar embebidas en probetas de mortero, en las que se ha sustituido parcialmente el árido y el cemento por escorias blancas de horno cuchara (LFS), mediante técnicas electroquímicas y gravimétricas. Para ello, se han fabricado probetas prismáticas de 6 x 8 x 2 cm3 con diferentes porcentajes de ión cloruro, introducidos en el momento del amasado, tanto en probetas patrón como en probetas con escorias LFS. El análisis de los resultados obtenidos permite concluir que las probetas patrón y las probetas con escorias LFS tienen comportamientos similares en presencia de cloruros por encima del 0,4% en peso de cemento y por tanto que la sustitución de escorias LFS por arena (25%) y cemento (30%) no afecta negativamente a la corrosión de las armaduras. Por tanto, el uso de escorias LFS en el proceso de fabricación de hormigón armado es una práctica que presenta ventajas competitivas respecto a las técnicas de construcción tradicionales, desde el punto de vista económico y medioambiental. En cuanto a los inhibidores superficiales de corrosión, no han resultado eficaces en probetas con escorias LFS, independientemente del porcentaje de ión cloruro, mientras que en probetas patrón han sido eficaces para porcentajes de ión cloruro igual o inferior al 0,8% en peso de cemento. ABSTRACT Reinforced concrete is the most widely used structural material. This implies that rigorous control must be applied in order to guarantee the life-span and performance of structures made using this composite material. One of the main problems regarding concrete durability is bar corrosion. At present, there are different methods adopted to stop the corrosion process, among them, surface corrosion inhibitors. The continuous growth in steel production since the 19th century has led to an imbalance between waste products generated in steel production processes and their subsequent use. As a consequence, mass dumping at waste disposal sites has been causing a significant environmental problem over the years. The amount of slag produced by the steel industry each year in Spain amounts to 2.55Mt, hence the importance of recycling by-products from steel production so they can be used as primary material in the manufacturing process of other materials. Starting from this working hypothesis, and using electrochemical and gravimetric techniques, this research work aims to analyse and study the corrosion behaviour of steel rebars embedded in mortar specimens, containing ladle furnace slag in partial substitution for aggregate and cement. Prisms were manufactured from 6 x 8 x 2 cm3 with different percentages of chloride ion introduced at the time of mixing, in standard specimens and specimens with LFS slag. Results from the analysis show that the standard specimens and those containing LFS slag display a similar behaviour in the presence of chlorides. Furthermore, when LFS slag is replaced by sand (25%) and cement (30%) corrosion of rebars is not negatively affected. Additionally, the use of LFS slag in the manufacture of reinforced structures is a practice that represents a competitive advantage over traditional construction techniques, from both an economic and environmental point of view Finally, as for surface corrosion inhibitors, they have not proved effective in specimens containing LFS slag, regardless of the percentage of the chloride ion, whereas in standard specimens they have been effective in chloride ion percentages not exceeding 0.8% (as to the cement amount).

Análisis económico de la utilización de armaduras de acero inoxidable en estructuras de hormigón

La utilización de armaduras de acero inoxidable, de los tipos austeníticos y dúplex, con el objetivo de prolongar la vida útil de las estructuras de hormigón, es una alternativa que está recibiendo cada vez más consideración. Los aceros inoxidables son aleaciones fundamentalmente de cromo y níquel, con muy alta resistencia a la corrosión, especialmente frente a cloruros. El elevado coste del níquel y sus grandes fluctuaciones en el mercado, han favorecido la aparición de nuevos aceros inoxidables con bajo contenido en dicha aleación y, por lo tanto, más económicos, que sin embargo presentan una resistencia a la corrosión similar a los tradicionales. En este trabajo se presenta una comparativa económica para cuantificar el sobrecoste final que supone la utilización de armaduras de acero inoxidable con respecto a las tradicionales armaduras de acero B500SD. La comparativa se realiza sobre dos edificaciones tipo. La primera es un edificio en altura de 40 apartamentos, que se supone situado frente a la costa. La segunda es un aparcamiento subterráneo de 500 plazas distribuidas en cuatro plantas. En el estudio se han considerado tres tipos diferentes de armaduras de acero inoxidable, austenítico, dúplex y una nueva armadura dúplex de bajo contenido en níquel y, por lo tanto más económica. El presente estudio analiza la viabilidad económica de la utilización de armaduras de aceros inoxidables en estructuras de hormigón.

Modelado numérico de la fisuración por corrosión de armaduras

Se propone un modelo de elementos finitos, para el estudio de los efectos mecánicos de la corrosión del acero en el hormigón armado. Dicho modelo se basa en una imposición ordenada de la corrosión de los elementos de acero, mediante un incremento ficticio de temperatura que produce unos efectos análogos, a la vez que la fisuración del hormigón se recoge mediante un modelo conocido de fisura difusa. Se incluye un ejemplo resuelto que muestra el modo de aplicación de este modelo a problemas reales y el tipo de resultados que se pueden obtener, que se refieren especialmente al estudio de la propagación de la fisuración en función de la penetración de la corrosión en el acero.

Evaluación del comportamiento estructural y de resistencia a la corrosión de armaduras de acero inoxidable austenítico AISI 304 y dúplex AISI 2304 embebidas en morteros de cemento Portland

Se ha evaluado el comportamiento mecánico y estructural de dos aceros inoxidables corrugados, el austenítico EN 1.4301 (AISI 304) y el dúplex EN 1.4362 (AISI 2304), y se han comparado con el tradicional acero al carbono B500SD. El estudio se ha realizado en tres niveles: a nivel de barra, de sección y de pieza. Las diferentes características mecánicas de los aceros inoxidables condicionan el comportamiento a nivel de sección y de pieza estructural. El estudio del comportamiento frente a la corrosión de los dos aceros inoxidables se ha realizado mediante mediciones electroquímicas monitorizando el potencial de corrosión y la resistencia de polarización de armaduras embebidas en probetas de mortero contaminado con diferentes concentraciones de cloruros durante un tiempo de exposición de un año. Ambos aceros inoxidables permanecen en estado pasivo en las probetas para todos los contenidos de cloruros.

Comportamiento frente a la corrosión de un nuevo acero inoxidable dúplex de bajo contenido en níquel en armaduras de hormigón

La utilización de armaduras de acero inoxidable en estructuras de hormigón es una alternativa que está recibiendo cada vez más consideración, con objeto de aumentar la durabilidad debido a su buen comportamiento frente a la corrosión en ambientes agresivos, especialmente en atmósferas marinas con elevado contenido de cloruros. El elevado coste del níquel provocado por la fluctuación de su valor de mercado ha motivado la fabricación de nuevos aceros inoxidables con bajo contenido en dicha aleación. En este trabajo se ha evaluado la resistencia a la corrosión por cloruros de un nuevo acero inoxidable dúplex de bajo contenido en níquel, el AISI 2001. Se han utilizado técnicas electroquímicas, monitorizando el potencial de corrosión y la resistencia de polarización (LPR) mediante técnicas de corriente continua y medidas de corriente alterna mediante espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS). Los ensayos muestran un excelente comportamiento en presencia de elevados contenidos de cloruro del nuevo acero dúplex. Se ha caracterizado la composición de la capa pasiva del acero inoxidable mediante XPS.

Comportamiento frente a la corrosión de armaduras de acero inoxidable

Se presentan los resultados de la exposición a la corrosión por cloruros durante dos años de tres tipos de armaduras de acero inoxidable embebidas en probetas de mortero.