Modelo subrogado de secciones de hormigón con corrosión de armaduras

Abstract

En un món en constant creixement i desenvolupament, una gestió eficient dels recursos és fonamental per a garantir la conservació i estabilitat econòmica i social. Ponts, carreteres, viaductes, edificacions i altres infraestructures, recursos vitals en l'activitat humana, llastren una deterioració inherent a la seva edat. Reparar-les, derruir-les o substituir-les suposa un impacte soci econòmic prou rellevant per a motivar el seu estudi. Si ens centrem en aquelles realitzades amb formigó armat, la causa més comuna de la seva deterioració és la presència de carbonatació i/o ions de clorurs induint la corrosió del seu armat. És per això que el repte actual s'orienta més a avaluar, reforçar i adaptar les estructures existents que al projecte i construcció de noves. Amb el propòsit de crear una eina que permeti la seva avaluació, es parteix d'un model de difusió que relaciona l'exposició ambiental i la component temporal de la deterioració estructural amb les seves conseqüències materials i geomètriques, les quals afecten el comportament resistent de la secció. La traducció del model de difusió la realitza un model de dany, basat en relacions empíriques provinents de diversos estudis desenvolupats durant el present segle. Posteriorment, un model mecànic de fibres permetrà obtenir la resposta seccional en diversos instants de temps. Una vegada realitzat el model global, compost per les tres rutines prèviament descrites, es busca aprofundir en l'estudi del procés de corrosió amb la creació d'un model subrogat. Aquest model, que dona títol i culmina el present treball, cerca imitar les prediccions del model complet proveint d'una explicació comprensible d'aquest. No sols ha de buscar-se el seu potencial en la seva senzillesa, si no en la seva capacitat computacional d'alleujar el cost temporal de càlcul, vital en un desenvolupament factible d'eines per al càlcul no lineal d'estructures sota corrosió.

En un mundo en constante crecimiento y desarrollo, una gestión eficiente de los recursos es fundamental para garantizar la conservación y estabilidad económica y social. Puentes, carreteras, viaductos, edificaciones y demás infraestructuras, recursos vitales en la actividad humana, lastran un deterioro inherente a su edad. Repararlas, derruirlas o substituirlas supone un impacto socio económico suficientemente relevante para motivar su estudio. Si nos centramos en aquellas realizadas con hormigón armado, la causa más común de su deterioro es la presencia de carbonatación y/o iones de cloruros induciendo la corrosión de su armado. Es por ello por lo que el reto actual se orienta más a evaluar, reforzar y adaptar las estructuras existentes que al proyecto y construcción de nuevas. Con el propósito de crear una herramienta que permita su evaluación, se parte de un modelo de difusión que relaciona la exposición ambiental y la componente temporal del deterioro estructural con sus consecuencias materiales y geométricas, las cuales afectan al comportamiento resistente de la sección. La traducción del modelo de difusión la realiza un modelo de daño, basado en relaciones empíricas provenientes de diversos estudios desarrollados durante el presente siglo. Posteriormente, un modelo mecánico de fibras permitirá obtener la respuesta seccional en diversos instantes de tiempo. Una vez realizado el modelo global, compuesto por las tres rutinas previamente descritas, se busca profundizar en el estudio del proceso de corrosión con la creación de un modelo subrogado. Dicho modelo, que da título y culmina el presente trabajo, busca imitar las predicciones del modelo completo proveyendo de una explicación comprensible del mismo. No solo ha de buscarse su potencial en la sencillez del mismo, sino en su capacidad computacional de aliviar el coste temporal de cálculo, vital en un desarrollo factible de herramientas para el cálculo no lineal de estructuras bajo corrosión.

In a constantly growing and developing world, efficient resource management is essential to ensure conservation and economic and social stability. Bridges, roads, viaducts, buildings, and other infrastructures, vital resources in human activity, suffer from inherent deterioration due to their age. Repairing, demolishing, or replacing them has a socio-economic impact significant enough to enhance their study. If we focus on those constructed with reinforced concrete, the most common cause of their deterioration is the presence of carbonation and/or chloride ions, which induce the corrosion of their reinforcement. That is why the current challenge is more oriented towards assessing, strengthening, and adapting existing structures than towards the design and construction of new ones. With the purpose of creating a tool for their evaluation, we start with a diffusion model that relates environmental exposure and the temporal component of structural deterioration to its material and geometric consequences, which affect the structural behavior of the section. The translation of the diffusion model is carried out by a damage model based on empirical relationships from various studies conducted during this century. Subsequently, a fiber mechanical model will allow obtaining the sectional response at different points in time. Once the global model, composed of the three routines described above, is created, the aim is to delve deeper into the study of the corrosion process by creating a surrogate model. This model, which is the title and culmination of this work, aims to mimic the predictions of the complete model, providing a comprehensible explanation of it. Its potential should not only be sought in its simplicity but also in its computational ability to alleviate the calculation time cost, which is vital in the feasible development of tools for the nonlinear analysis of structures under corrosion.