vida Útil das estruturas de concreto - … · • porosidad • permeabilidad al ... para medir...

VIDA ÚTIL DAS ESTRUTURAS DE

CONCRETO

Carmen Andrade Instituto de Ciencias de la Construcción “Eduardo Torroja”-CSIC

España

II Symposio sobre a Durabilidade

das estruturas de concreto

ESTRUCTURAS SIN LIMITES DE CALCULO

1940

2005

EL HORMIGÓN SE DETERIORA

CORROSION DE LA ARMADURA

II Symposio sobre a Durabilidade das

estruturas de concreto

Un ejemplo

ESTADIO DE MARACANA 1950 la marquesina ha tenido que ser demolida pues la armadura estaba

corroída o desaparecida a pesar de que nos e apreciaba ninguna

fisuracion externa



Maracana del

siglo XXI

DEFINICION

VIDA UTIL Y DE DURABILIDAD Vida Útil

• Es el periodo de tiempo en el que la estructura conserva su

– Seguridad, Funcionalidad y Estética

en los niveles definidos en el proyecto sin costes inesperados de

mantenimiento

.

Durabilidad

La durabilidad de una estructura de hormigón es su capacidad para

soportar, durante la vida útil para la que ha sido proyectada,

las condiciones físicas y químicas a las que está expuesta, y que

podrían llegar a provocar su degradación

como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y

solicitaciones consideradas en el análisis estructural.



MODELO VIDA UTIL



Clase de

exposicion

interior

carbonatacion

Cloruros

marinos

Cloruros no

marinos

PRESCRIPCIONES PARA DURABILIDAD

En códigos actuales SEGÚN CLASES DE EXPOSICION

Clase de

exposicion

interior

carbonatacion

Cloruros

marinos

Cloruros no

marinos

PRESCRIPCIONES PARA DURABILIDAD SEGÚN CLASES DE EXPOSICION

PARA CAMBIAR A UN METODO BASADO

EN DESEMPEÑO (performance)

• sEs necesario parametros como la resistencia del

hormigon que se comprueba para cumplir una

probabilidad de fallo.

“Valor caracteristico”

5% of probability of failure

Hay que aplicar los mismos conceptos a la

prediccion de la Durabilidad

(Proyecto DURACRETE y Model Code 2010)



f

c

28 dias Tiempo

resistencia

fc,k

FORMATOS COMPROBACION DURABILIDAD deben ser coherentes entre si

14th International Congress of

cement Chemistry- Beijing 2015

11

TRADICIONAL

Dosificacion

METODOS BASADOS EN DESEMPEÑO

• relacion a/c

• % cement

• max. fisura

Indicadores

Durabilidad

Service life

models

- Deterministic

- Probabilistic

FORMATOS COMPROBACION DURABILIDAD deben ser coherentes entre si



12

TRADICIONAL

Dosificacion

METODOS BASADOS EN DESEMPEÑO

• relacion a/c

• % cement

• max. fisura

Indicadores

Durabilidad

Service life

models

- Deterministic

- Probabilistic

Necesitan asociar

• un ensayo - un ensayo

- un modelo

INDICADORES DE DURABILIDAD

Son propiedades del

hormigón que permiten

caracterizar cualitativamente

su durabilidad



• Porosidad

• Permeabilidad al aire

• Penetración de agua bajo presión

• Resistividad

• Culombios

Un ejemplo

ASTM 1202

ASTM 1202 (Coulombios)



Un ejemplo

ASTM 1202 Y RESISTIVIDAD

ASTM 1202 (Coulombios)

C. Andrade & D. Whiting

Materials and Structures 1996

EQUIVALENCIA ENTRE ASTM 1202 Y

RESISTIVIDAD

DISEÑO MODERNO PARA DURABILIDAD diseño por desempeño (performance)

• Definir

– objetivo (vida util o un Indicador)

– estado limite

– modelo calculo

– metodo de ensayo

(verificacion calidad hormigon)

• Tratamiento probabilista

– Probabilidad de fallo



METODOS DE ENSAYO se necesita medir envejecimiento

cloruros carbonatación



18

tD

xerf

CC

CC

nsS

X

21

0

0

En condiciones naturales reproducen

mejor la realidad

La Resistividad como control de

calidad

Los métodos

acelerados no sirven

para medir factor de ead

FACTOR DE CALIBRACION PARA

PASO DE LABORATORIO A REALIDAD

A LARGO PLAZO

• No se tiene seguimiento de ensayos para pasar

de laboratorio a realidad

• el periodo mas largo de calibración en la

actualidad es de unos 25 años



MODELOS DE VIDA UTIL incluidos en el fib Model Code 2010



20

Exposure

class

interior

carbonation

Marine

chloride

Non marine

Chloride

MODELOS DE VIDA UTIL

incluido el de la Resistividad



21

Exposure

class

interior

carbonation

Marine

chloride

Non marine

Chloride

corr

q

efcorr

COCl

q

env

ef

lK

Wst

tP

rF

t

tx

t

0

2,

0

2.

LA ECUACION DE FICK SE PUEDE REDUCIR A LA DE LA RAIZ CUADRADA

nsCl DV 2

tD

xerf

CC

CC

nsS

X

21

0

0

0

01 1CC

CCerf

S

x

x = VCl,CO2 t

%Cl

Profundidad (cm)

LIMITE

TIEMPO t2



CO2

ANALISIS CRITICO SOBRE LOS

MODELOS DEL MC 2010 INCONSISTENCIAS

tAxc tWtCRkkktx StACCtcec 1

0,2

Elprincipal problema es determinar la “weather function” W



ANALISIS CRITICO SOBRE LOS MODELOS

DEL MC 2010 INCONSISTENCIAS

MODELO CLORUROS : concentración Superficial

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 3 6 9 12 15

depth (cm)

% C

l

Cs=1%Cs=0.35%Cs=0.05%

Dns = 3E-8; t=50 years

c)

tD

xerf

C

C

nsS

X

21

Dap depende de la

concentracion

superficial



0 200 400 600 800 1000 1200 1400

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Chlo

rid

e d

ep

ositio

n (

mg

/m2.d

ay)

Distance from the sea (m)

Cuba [23]

Nigeria [8]

France [1]

Spain [9]

MODELO EN CONDICIONES MARINAS

AEREAS



25

Gibson Meira- Brasil

Modelo para deposición

de cloruros

SE NECESITAN MODELOS DE LAS ACCIONES

MEDIOAMBIENTALES

exposición en condiciones reales

exposición en condiciones reales

“AGING” DISMINUCION DEL Dap CON EL

TIEMPO



26


TIEMPO influencia Concentracion superficial



27

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 5 10 15 20 25

Cs

(% c

oncr

ete)

Tiempo (años)

Cs vs. Tiempo

SRPC 350 SRPC 200 OPC 350 OPC 200


TIEMPO

depende del método de calculo

)2

1()((),( 00tD

xxerfCCCtxC

ap

xx

2

2)()(

x

CD

t

xCxJ ap

n

apt

tDtD )()( 0

0

Difference between

numerical and

analytical calculation

with aging factor



EXTRAPOLATIONC

0

0

RESCALING

CORRECT

X

sERRONEOUS

Cs

MODELO CLORUROS

EFECTO PIEL



Es necesario considerar el

máximo como la

Concentración superficial y

sumar la “piel” a la predicción

CANAL DE PANAMA

1914



PERFILES CLORUROSY COEFICIENTES DE DIFUSION DEL

ANTIGUO CANALDE PANAMA

no hay cloruros en las cámaras media y alta

31

PERFILES CLORUROSY COEFICIENTES DE DIFUSION

DEL ANTIGUO CANALDE PANAMA

no hay cloruros en las cámaras media y alta



MODELO DE LA RESISTIVIDAD

INTENSIDAD DE CORROSIÓN

RESISTIVIDAD

0,001

0,01

0,1

1

10

1 10 100 1000 10000

RESISTIVIDAD (Kohm x cm)

Ico

rr (

µA

/cm

2)

0,2

200

KDCl

PROPAGATION

KIcorr

C. Alonso, C. Andrade,

J.A Gonzalez- C&CR 18

(1988) 687.

C. Andrade- C&CR 23 (1993) 724

piLIFE ttt

V = D = K/

INITIATION

corr

q

efcorr

COCl

q

env

ef

lK

Wst

tP

rF

t

tx

t

0

2,

0

2.



COMPLEMENTOS DEL MODELO

DE LA RESISTIVIDAD Factor de edad Factor de retardo

Factor ambiental

2,

0

2.

COCl

q

env

ef

l rF

t

tx

t

Cement rCl

I 2,0

I+silica

fume 1,5

IIA 3,0

RELACIÓN RESISTIVIDAD-Dap CLORUROS confirmación aplicación ley de Einstein a hormigón

q

COCl

ef

lk

t

tx

t

2,

0

2.

ESTADO LIMITE DE DESPASIVAVION?

• En las normas se considera el

0,4 % en peso de cemento

• Es variable y depende de

muchos factores

• Su valor impacta mucho en la

predicción



0

1

2

3

4

5

6

7

8

Cl/O

H r

atio

Solutions

Mortars

Concrete

(3) (2) (10)(24)

(24)

(A)(4)

(4)

(4)

(22) (22)

(22)

(18)

(29)

(29)

(29)

(A)=present work

PARAMETRO Valores

Concentracion superficial

Cs (%cemento)

4 4

Coef. Difusion Aparente

(cm2/s)

1E-8 1E-8

Vidade calculo ( años) 50 50

Conc. Critica (% cemento) 0.4 0.7

Recubrimiento para Ccrit

(cm)

9,24 7,61

Icorr (A/cm2)

Vcorr (mm/y)

Nivel Corrosion

< 0.1

0.1 – 0.5

0.5 – 1 > 1

0.001 0.001-0.005 0.005-0.010 >0.010

Despreciable Bajo Moderado Alto

MEDIDA VELOCIDAD DE CORROSION MEDIANTE

LA RESISTENCIA DE POLARIZACION

MEDIDA DE CORROSION

In situ

Icorr: Velocidad de corrosion (A/cm2).

Ecorr: Potencial de Corrosion (mV).

Resistividad (kW.cm).



LA DEPASIVACION NO TIENE

CONSECUENCIAS ESTRUCTURALES • ISO 16204 serviceability limit state: state that

corresponds to conditions beyond which specified

service requirements for a structure or structural element

are no longer met

• Es necesario tener un modelo de la propagación

para calcular las consecuencias.

Cl

initiation propagation

t5

t4

t3

t2

t1

possible limit states

Level of damage

time

Despasivation

Corrosion

Cracking

Section Loss

Structural Safety loss


t5

t4

t3

t2

t1


Level of damage

time

Despasivation

Corrosion

Cracking

Section Loss


CONTECVET Manual 1990

MODELO

PROPAGACION DE LA CORROSION

Pcorr= Vcorr · t

Pcorr

C.Andrade, et al, Proceedings IABSE

Symposium on Durability, Lisbonne, (Sep.

1989), pp. 359-363 II Symposio sobre a Durabilidade das


t =o- Pcorr

parámetro controlante de la velocidad de Corrosion

GRADO DE SATURACION DEL HORMIGON fija la Resistividad y depende de la temperatura

SNOW WIND

RADIATION RAIN

Velocidad de Corrosion Corrosion acumulada



PERIODO DE PROPAGACION

• Se basa en la perdida progresiva de diámetro

que es lo que provoca diversas consecuencias

estructurales

Cl


t5

t4

t3

t2

t1


Level of damage

time

Despasivation

Corrosion

Cracking

Section Loss



t5

t4

t3

t2

t1


Level of damage

time

Despasivation

Corrosion

Cracking

Section Loss


Manual CONTECVET 1990



Pcorr= Vcorr · t

VERIFICACION DEL ESTADO LIMITE DE

SERVICIO DE FISURACION

• El mas cercano a la despasivacion es el de fisuración

• Un fisura paralela de 0.3-0.4 mm puede ser

producida por una perdida de diámetro por Corrosion

de Pcorr = 100m

Manual CONTECVET 1990 II Symposio sobre a Durabilidade das


TOP

BOTTOM

PERIODO DE PROPAGACION

calculo perdida de diámetro

• Permite verificar el resto de estados limite

de la estructura

Cl


t5

t4

t3

t2

t1


Level of damage

time

Despasivation

Corrosion

Cracking

Section Loss



t5

t4

t3

t2

t1


Level of damage

time

Despasivation

Corrosion

Cracking

Section Loss


Manual CONTECVET 1990



Pcorr= Vcorr · t

TRATAMIENTO PROBABILISTA

CODIGO MODELO MC2010

• Propone a la despasivacion una

probabilidad de fallo del 10%

porque la considera un ELS

• Sugiere usar como limite de

cloruros el 0.4%(determinista))

• No tenemos distribuciones

estadísticas de las variables

= - -1(Pf)

P{} = Pdep. = P{Ccrit – C (c,tSL) < 0} < P0



TRATAMIENTO PROBABILISTA es necesario obtener las distribuciones

estadísticas mediante ensayos o en la

estructura

Initiation Period Propagation period

Degree of corrosion

Time

tl= ti + tp



DISTRIBUCION ESTADISTICA DEL LIMITE

DE CLORUROS

Y

CALCULO DE LA PROBABILIDAD DE

ALCANZAR UNA FISURA DE 100m



LIMITE DE CLORUROS

DEPENDENCIA DEL POTENCIAL ELECTRICO

0.33 0.47 0.61 0.76 0.90 1.04 1.18 1.33 1.47 1.61 1.75 1.90 2.04 2.18 2.32 2.47 2.61 2.75 2.90 3.04 3.18 3.32 3.470.00

0.08

0.17

0.25

0.33

0.41

0.50

0.58

0.66

0.74

0.83

Relative Frequency

0.33 0.47 0.61 0.76 0.90 1.04 1.18 1.33 1.47 1.61 1.75 1.90 2.04 2.18 2.32 2.47 2.61 2.75 2.90 3.04 3.18 3.32 3.470.00

0.08

0.17

0.25

0.33

0.41

0.50

0.58

0.66

0.74

0.83

Relative Frequency

% Total Chloride

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Co

rro

sio

n p

rob

ab

ilit

y

Chloride thershold (%) cement weight

D. Izquierdo et al. 2004



COMPARACION DE RESULTADOS DE LIMITE

DE CLORUROS EN EL LABORATORIO E IN SITU

una única distribución

LAB(= 0.700.20)

SITE (= 0.770.24)

0.4%



DISTRIBUCION DISTINTA SEGÚN

HUMEDAD



valor medio

Aereas 0.700.20

sumergidas 1.53% 0,53

TRATAMIENTO PROBABILISTA

simulación de Montecarlo incluyendo el periodo de propagación

Initiation Period Propagation period

Degree of corrosion

Time

tlife= ti + tp

LIFEPROB

F.Tavares &

C. Andrade

PROBABILIDADES DE FALLO HASTA FISURACIÓN

calculadas con simulacion de Monte Carlo



La Pf no es unica

depende la la velocidad de ingreso y de corrosion

FORMATOS COMPROBACION DURABILIDAD

Categoría 1 Categoría 2 Categoría 3

Formato

Determinista

Formato

Semi-probabilista

Formato

Probabilista

Tiempo implícito Tiempo explícito Tiempo explicito

Códigos

Normas

Indicadores de

Durabilidad

Modelos de predicción Modelos de predicción

RESUMEN formatos de comprobación de la durabilidad

Especificacion

es

- a/c

-%cem

-Resistencia

-Resistividad

-Perm aire

-porosidad

etc

Se fijan limites

Modelos

- CO2

- Cloruros

Se fijan limites

Tratamiento

probabilista de los

modelos



COMENTARIOS FINALES

• Existen modelos de calculo de la vida util

• No han sido calibrados

– Tienen inconsistencias en los parametros de entrada

– Los ensayos deben tener factores de paso de la probeta a la

realidad

• Existe un modelo de la propagacion de la corrosion

– Se debe usar para el calculo probabilista.

• Se ha encontrado una distribucion estadistica universal del limite

de cloturos

• No es un estado limite tradicional al que se pueda asociar solo el

10% de probabilidad

• La probabilidad de fallo por deterioro depende de la velocidad del

ataque



MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCIÓN

[email protected]



vida Útil das estruturas de concreto - … · • porosidad • permeabilidad al ... para medir...

Documents