1. Introdução

O concreto armado (CA) é um dos materiais mais utilizados na construção civil em todo o mundo. A produção global anual de concreto é estimada em aproximadamente 11 bilhões de metros cúbicos (^{Ceballos, 2016}). Um dos principais problemas que afetam a segurança e durabilidade das estruturas de concreto armado é a corrosão (^{Rodríguez, 2014}). A corrosão pode começar quando agentes agressivos como cloretos, sulfatos e dióxido de carbono, entre outros, penetram no concreto (^{Castro, 1988}). A corrosão pode induzir uma degradação nas propriedades físicas e mecânicas do aço da armadura. A referida degradação é atribuída a alterações na composição química devido à reação química do aço com os agentes agressivos do meio ambiente (^{Maldonado-López, 1996}). A corrosão pode causar danos aos elementos CA, como fissuras e desplacamento do cobrimento da armadura. Esses danos causam perdas na resistência e capacidade de deformação dos elementos de CA, colocando em risco a segurança das estruturas. Danos às estruturas associados à corrosão geram custos significativos e perdas econômicas em muitos países (^{Vázquez-Castillo, 1998}). O custo anual de reparos em estruturas de CA no Reino Unido é de aproximadamente £ 755 milhões (^{Rodríguez, 2014}). Nos EUA, o custo de manutenção e reparo da infraestrutura costeira é estimado em US$ 660 milhões (^{Xianming et al. 2012}). Portanto, medidas de prevenção, avaliação e controle adequado da corrosão são de extrema importância.

Os atuais regulamentos mexicanos sobre a durabilidade das estruturas de concreto armado concentram-se principalmente em dois aspectos, prevenção e avaliação. As Normas Técnicas Complementares para Projeto e Construção de Estruturas de Concreto (^NTCC-2017) especificam recomendações voltadas à prevenção da corrosão. Essas normas propõem recomendações mínimas para a resistência à compressão do concreto e para a espessura do cobrimento de concreto dos elementos estruturais com base nos níveis de exposição ao meio ambiente. Por outro lado, existem normas que especificam recomendações baseadas principalmente no comportamento eletroquímico de vigas de concreto armado. Por exemplo, no ^{NMX-C-514-ONNCCE-2016}, os níveis de corrosão são estabelecidos com base na taxa de corrosão. Adicionalmente, a ^{NMX-C-523-ONNCCE-2015} estabelece níveis de risco de corrosão com base na resistividade elétrica do concreto. Essas normas não estão explicitamente associadas ao comportamento estrutural dos elementos de concreto armado.

Existem alguns estudos onde se avalia o comportamento estrutural de elementos de concreto armado afetados pela corrosão. As variáveis mais estudadas foram o nível de corrosão (^{Gu et al., 2010}; ^{Ou et al., 2016}; ^{Ye et al., 2018}), o diâmetro da armadura de tração longitudinal (Gu et al., 2010; Ou et al., 2016; ^{Shaikh, 2018}) e a magnitude das cargas mantidas (^{Tachibana et al., 1990}; ^{Castel et al., 2000}; ^{Vidal et al., 2007}; ^{Torres et al., 2007}; ^{Juárez et al., 2011}; Ye et al., 2018). Por outro lado, existem estudos sobre o comportamento eletroquímico de vigas de concreto armado afetadas pela corrosão (^{Andrade y González, 1978}; ^{Andrade et al., 1993}; ^{Elsener et al., 2003}). Nos estudos anteriores observa-se que o comportamento estrutural e o comportamento eletroquímico dos elementos foram considerados separadamente. Apenas um estudo foi encontrado onde o comportamento estrutural e eletroquímico de vigas de CA estão correlacionados (^{Yu et al., 2015}). No entanto, neste estudo apenas 2 vigas corroídas foram testadas. O único parâmetro considerado para relacionar o comportamento estrutural e eletroquímico foi a taxa de corrosão. Com base na revisão dos estudos anteriores, observa-se que ainda são necessários mais estudos experimentais onde se relacionam outros parâmetros que definem o comportamento estrutural e eletroquímico das vigas de CA. Os parâmetros mais utilizados para avaliar o comportamento estrutural à flexão de vigas de concreto armado são resistência, rigidez e capacidade de deformação. Os parâmetros mais utilizados para avaliar o comportamento eletroquímico são a taxa de corrosão, o potencial de corrosão, a resistividade elétrica do concreto e a concentração de cloretos. As relações entre os parâmetros acima permitirão uma melhor avaliação das estruturas afetadas pela corrosão.

O objetivo deste trabalho é avaliar a mudança no comportamento de flexão de vigas de concreto armado. Foram consideradas vigas sem corrosão e vigas com parâmetros eletroquímicos associados a um alto nível de corrosão. Essas vigas foram retirados do trabalho de ^{Moreno-Herrera et al. (2022}).

2. Metodologia

2.3 Sistema de carregamento e instrumentação para testar vigas existentes

As vigas de controle e corroídas foram testadas sob cargas verticais incrementais até a ruptura. As vigas foram ensaiadas após o período de aplicação de cargas mantidas e a indução de corrosão. Foi utilizado o mesmo sistema de carregamento de quatro pontos descrito acima (Figura 1). As cargas foram aplicadas usando um atuador hidráulico e medidas usando uma célula de carga. Os deslocamentos verticais no comprimento médio das vigas foram medidos por meio de dois potenciômetros lineares. As deformações em armaduras longitudinais em tração foram medidas usando extensômetros. Antes da concretagem, os extensômetros foram colados à armadura longitudinal em tração (^{Moreno-Herrera et al., 2022}).

Figura 1 Sistema de carregamento de quatro pontos 

3. Resultados e discussão

A Figura 2 mostra o padrão de fissuração final das vigas. O padrão de fissuração foi semelhante tanto para as vigas de controle quanto para as vigas corroídas. Este padrão foi caracterizado pela formação de fissuras de flexão verticais na parte central das vigas e fissuras de flexão-cisalhamento inclinadas nas extremidades.

Figura 2 Padrões de fissuração final de vigas 

A Figura 3 mostra as curvas carga-deslocamento das vigas. A Tabela 3 mostra a carga de escoamento ( 𝑃 𝑦 ) e o deslocamento de escoamento correspondente ( ∆ 𝑦 ), bem como a carga máxima ( 𝑃 𝑚2 ) e o deslocamento máximo correspondente ( ∆ 𝑚2 ) das vigas. As cargas de escoamento foram determinadas usando as deformações unitárias medidas com os strain gages das vigas. A Tabela 3 inclui a rigidez de fluência inicial ( 𝐾 𝑦 ) e a ductilidade de deslocamento (𝜇) das vigas. A rigidez de escoamento inicial foi calculada usando a carga de escoamento. A ductilidade de deslocamento foi calculada como a razão entre o deslocamento máximo e o deslocamento de escoamento correspondente de cada viga. Para a viga VCC1-0,8, apenas a carga máxima e seu deslocamento correspondente são relatados, devido a problemas com as medições do extensômetro.

Figura 3 Curvas de carga - deslocamento vertical 

A Tabela 3 mostra que as cargas médias de escoamento e as cargas máximas médias juntamente com seus deslocamentos médios correspondentes foram semelhantes para todas as vigas, respectivamente. A razão entre as cargas médias de escoamento das vigas corroídas e as cargas médias de escoamento das vigas de controle foi de 0,99. Por sua vez, a razão entre as cargas máximas médias das vigas corroídas e as cargas máximas médias das vigas de controle foi de 1,01.

Adicionalmente, a Tabela 3 mostra que a rigidez de escoamento inicial média foi semelhante para todas as vigas. A razão entre a média das rigidezes de escoamento inicial das vigas corroídas e a média das rigidezes de escoamento inicial das vigas de controle foi de 0,90. Por fim, a Tabela 3 mostra que a ductilidade média de deslocamento das vigas foi semelhante. A razão entre as ductilidades de deslocamento médias das vigas corroídas e as ductilidades de deslocamento médias das vigas de controle foi de 1,01.

Apesar dos valores dos parâmetros eletroquímicos das vigas corroídas indicarem um alto nível de corrosão, não foi observada diferença significativa no comportamento estrutural das vigas corroídas em flexão, em comparação com as vigas controle. A carga de escoamento, a carga máxima, a rigidez de escoamento inicial e a ductilidade de deslocamento das vigas estudadas foram semelhantes. Embora os parâmetros acima sejam adequados do ponto de vista estrutural, os parâmetros eletroquímicos indicam um risco na durabilidade das vigas. Portanto, do ponto de vista eletroquímico, medidas devem ser tomadas para mitigar a corrosão nessas vigas.

4. Conclusões e recomendações

Oito vigas de concreto armado foram ensaiadas sob cargas verticais incrementais até a ruptura. Foram consideradas vigas sem corrosão e vigas com parâmetros eletroquímicos associados a um alto nível de corrosão. Com base nos resultados obtidos neste trabalho, são apresentadas as seguintes conclusões e recomendações: