Avaliação experimental de vigas de concreto armado corroídas submetidas a ciclos de carregamentos

Abstract

No Brasil, as obras de arte especiais desempenham um papel fundamental quando o assunto é mobilidade urbana ou transporte de carga e passageiros e influenciam diretamente o desenvolvimento econômico do país. De acordo com o Departamento Nacional de Infraestrutura e Transporte (DNIT), 80% destas obras catalogadas são executadas em concreto armado. O concreto armado é composto por dois materiais que se complementam, o concreto e o aço. O aço contribui com a resistência à tração do concreto e absorve esforços que o concreto não é capaz de resistir. Já o concreto resiste aos esforços de compressão e é responsável pela proteção física e química da armadura, evitando assim manifestações patológicas causadas pelo ataque de agentes agressivos, como a corrosão de armadura. No caso das obras de arte especiais, a entrada dos agentes agressivos na matriz cimentícia pode ser facilitada através da abertura de microfissuras. Estas fissuras são provocadas pelos carregamentos cíclicos causados pela passagem de veículos ao longo do tempo. Por sua vez, a corrosão de armadura diminui a aderência entre o concreto e as barras de aço, favorecendo o desgaste por fadiga. Assim, esta pesquisa tem a finalidade de verificar experimentalmente se existe sinergia entre a corrosão de armadura e a fadiga. O ensaio de corrosão acelerada por imersão modificada (CAIM) foi escolhido para estimular a corrosão. De maneira geral, as vigas foram submetidas a 2 milhões de ciclos de carregamento e depois ensaiadas à flexão até sua ruptura. Foram analisadas a capacidade resistente das vigas, os deslocamentos verticais nos centros dos vãos e a vida de fadiga das mesmas. Os resultados mostraram que para baixos graus de corrosão entre 3-5% de perda de massa, não é possível perceber o efeito sinérgico entre os processos deletérios, devido principalmente, ao ganho de aderência promovido pela expansão da barra sem a fissuração do concreto de cobrimento. Este aumento de aderência torna a viga mais rígida e diminui os deslocamentos verticais das mesmas em comparação às vigas sãs. Para graus de corrosão mais elevados, entre 8-11%, a sinergia dos efeitos deletérios é perceptível na diminuição dos deslocamentos verticais medidos nos centros dos vãos dos elementos ensaiados. Além do mais, o modo de ruptura das vigas com perda de massa mais elevada muda de dúctil para frágil, fato que não permitiria evacuação da estrutura a tempo em uma situação real.

In Brazil, reinforced concrete structures such as highway or regular bridges play a key role when it comes to urban mobility or cargo and passenger transportation and directly influence the country's economic development. According to the National Department of Infrastructure and Transportation (DNIT), 80% of these cataloged structures are executed in reinforced concrete. Reinforced concrete consists of two complementary materials, concrete and steel. Steel contributes to the tensile strength of the concrete and absorbs forces that the concrete is not able to withstand. Concrete, however, resists compression efforts and is responsible for the physical and chemical protection of the reinforcement, thus avoiding pathological manifestations caused by attack by aggressive agents such as corrosion. In the case of these RC structures, the entry of aggressive agents into the cementitious matrix can be facilitated by the opening of microcracks. The opening of cracks are caused by the cyclic loading due to the passage of vehicles over time. In turn, the reinforcement corrosion decreases the adhesion between the concrete and the steel bars, favoring fatigue wear. Therefore, this research has the purpose of verifying experimentally if there is synergy between reinforcement corrosion and fatigue. The modified immersion accelerated corrosion test (CAIM) was chosen to stimulate corrosion. In general, the beams were subjected to 2 million loading cycles and then tested under flexural loading until failure. The load-carrying capacity of the beams, the vertical displacements at the centers of the spans and the fatigue life of the beams were analyzed. The results showed that for low degrees of corrosion between 3-5% of mass loss, it is not possible to perceive the synergistic effect between the deleterious processes, mainly due to the gain of adhesion promoted by the expansion of the steel bars without the cracking of the concrete cover. This increase in adhesion makes the beam more rigid and decreases the vertical displacements in comparison to the reference beams. For higher degrees of corrosion, between 8-11%, the synergy of deleterious effects is perceptible in the reduction of the vertical displacements measured in the centers of the spans of the elements tested. Moreover, the mode of failure of the beams with higher mass loss changes from ductile to brittle, a fact that would not allow evacuation of the structure in time in a real situation case.