Desarrollo e implementación de un modelo numérico de predicción de la vida útil de tanques de almacenamiento de agua potable en concreto reforzado con exposición a cloruros

Trabajo de investigaciónEn el presente documento se desarrolló un modelo de predicción numérico del ataque del ión cloruro en tanques de almacenamiento de agua potable, realizando en el respectivo modelo una descripción del fenómeno generado en 7 diferentes muestras de concreto; las cuales se basan en valores experimentales de fuentes externas, obteniendo como resultado los puntos de afectación de la estructura conrespecto a una concentración de cloruros en un periodo de tiempo determinado, entre otros elementos que pueden ayudar a determinar los puntos y causa de deterioro de los tanques debido a la penetración de este elemento que se encuentra presente en el agua potable.INTRODUCCIÓN 1. GENERALIDADES 2. MODELACIÓN NUMÉRICA 3. DESARROLLO DEL MODELO 4. IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO 5. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 7. BIBLIOGRAFÍA 8. ANEXOSPregradoIngeniero Civi

Simulación multifísica y multifase del ensayo de migración del ión cloruro en el concreto (NT Build – 492) teniendo en cuenta los fenómenos de adsorción e interacción iónica

En el presente trabajo se desarrolla, implementa y valida una formulación numérica, multifísica y multifase que describe la penetración del ion cloruro en el concreto, incluyendo los fenómenos de adsorción e interacción iónica. El modelo numérico ha sido implementado en el software COMSOL MULTIPHYSICS® desarrollado por la empresa COMSOL Inc©, el cual es una plataforma de análisis de fenómenos multifísicos mediante el método de los elementos finitos. Para el desarrollo del modelo se ha considerado que este es multiespecie (porque incluye cinco especies para la representación del fenómeno), multifísico (porque incluye diferentes tipos de física como: mecánica, química física, electroquímica y electromagnetismo) y multifase (porque incluye las fases líquida y sólida del concreto). Adicionalmente, se ha garantizado la inclusión de los fenómenos de interacción iónica (mediante el cumplimiento del principio de electroneutralidad, la primera ley Kirchhoff, la distorsión del potencial eléctrico y la ley de la conservación de la masa) y la adsorción (mediante el empleo de las isotermas de adsorción y el capacity factor) en el planteamiento y solución numérica del problema. La validación del modelo numérico se realizó con base en los resultados experimentales obtenidos durante el desarrollo de la presente investigación y con los resultados experimentales del trabajo de Leonardo Fonseca Barrera (Fonseca, 2016). Para finalizar, el modelo desarrollado está en capacidad de calcular la evolución de la concentración de los iones cloruro (Cl- ), hidroxilo (OH- ), sodio (Na+) y potasio (K+) para cada tiempo y en cada punto de la muestra, la distorsión de potencial eléctrico no lineal y el cambio de la concentración de todos los iones en dos dimensiones Palabras clave: Vida útil de las estructuras, corrosión en estructuras, modelación numérica, modelos multiespecie, penetración de cloruros, Coeficiente de difusión en concreto, Migración en concreto, Capacidad de fijación de cloruros.Abstract.. In this work a multiphysic and multiphase numerical formulation, which describes the chloride penetration in concrete, including the phenomena of adsorption and ionic interaction, has been developed, implemented and validated. The numerical model has been implemented in the COMSOL Multiphysics ® platform, developed by COMSOL Inc ©, which is a multiphysics solver and simulation software using the finite element method. The model has been developed to be multi-species (that includes five species to represent the phenomenon), multiphysics (it includes physical mechanics, physical chemistry, electrochemistry and electromagnetism) and multiphase (it includes the liquid and solid phases of the concrete). Additionally, it has ensured the inclusion of ionic interaction phenomenon (it includes the conservation of mass) and the adsorption phenomenon (It includes the adsorption isotherms and the binding capacity factor), within the approach and numerical solution of the problem. The numerical validation of the model was made based on the experimental results obtained during the development of this re (Fonseca, 2016). Finally, the model is able to calculate the evolution of the concentration of chloride (Cl-), hydroxyl (OH- ), sodium (Na+) and potassium (K+) ions, for each time and each spatial sample point, the nonlinear electric potential distortion and the evolution of the ions concentration in two dimensionsMaestrí

Evaluación y reparación de vigas de concreto reforzado de puentes en Costa Rica por medio de materiales FRP

Proyecto de Graduación (Licenciatura en Ingeniería en Construcción) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Ingeniería en Construcción, 2017.The use of fiber reinforced polymers (FRP) is a relative new technique in Civil Engineering, but they have shown significant increases in the ultimate strengths. This materials have higher mechanical properties than others regularly use in structural engineering; i.e. deformed steel bars. This project is about the retrofit design for reinforced concrete girders in the bridges of Costa Rica. The main steps in both flexural and shear retrofit design with FRPs are shown. In order to apply these technique, two bridges are studied under two different types of damages. With distinct analysis software, the Quebrada El Fierro Bridge is analyzed due to longitudinal cracking and the Río Kooper Bridge is analyzed under vertical corrosion. The procedures and methodology applied for these two bridges may be done for other bridges in Costa Rica with the same type of damages. By the end, two retrofit proposals are given, one per bridge. One of them is about adding regular reinforcement to a beam cross section and the other consists in wrapping the girder with FRP Jacketing. This is because not all the concrete cross sections need to be or must be repaired/retrofitted with FRP. There are other ways to deal with engineering problems

Modelos de penetración del Ión cloruro orientados a la predicción de la vida útil de las estructuras de concreto

El presente trabajo de investigación presenta una síntesis del estado del arte de la modelación numérica de los mecanismos de penetración del ión cloruro, asociados al deterioro de la vida útil de las estructuras de concreto. Se exponen los avances en este campo desde la formulación de las primeras aproximaciones, surgidas a mediados del siglo XIX hasta los avances de los últimos años. El trabajo se desarrolla alrededor de la presentación y discusión de los modelos clasificándolos dentro de una de las dos grandes líneas reconocibles de modelación numérica de los mecanismos de transporte iónico en medios porosos: Los modelos tradicionales, los cuales están basados en las leyes de Fick de difusión y los modelos de multi-especie los cuales estudian el transporte de más de una especie iónica a la vez. Se presentan las bondades y limitaciones de cada una de las dos tendencias, se modelan una situación de penetración de cloruros con un modelo de cada tendencia y se presenta el desarrollo de un módulo de verificación experimental, donde se realizan los ensayos de RCPT, NT-492 y NT-442. Gradualmente se plantea, mediante la exposición de los fundamentos conceptuales de cada una de las dos tendencias obtenida de la literatura técnica, que los modelos de multi-especie representan el fenómeno de transporte del ión cloruro de una manera más consistente desde un punto de vista conceptual. Por este motivo, el presente trabajo finaliza sugiriendo que las futuras investigaciones en este campo tenderán a acoger la técnica de multi-especies y que las mismas estarán orientadas a solucionar las limitaciones que en la actualidad existen con la implementación de esta metodología.Abstract. This research presents an overview of state of the art of numerical modeling of the mechanisms of penetration of chloride ion associated with the deterioration of the useful life of concrete structures. Advances in this field are discussed from the formulation of the first approaches that emerged in the mid-nineteenth century to the advances of recent years. The work revolves around the presentation and discussion of classifying patterns within one of the two major recognizable lines of numerical modeling of the mechanisms of ion transport in porous media: Traditional models, which are based on Fick's laws of broadcast and multi-species models which study the transport of more than one ion species at a time. The advantages and limitations of each of the two tendencies are present, a situation of penetration of chlorides are modeled using a model of each trend and development of experimental verification module where RCPT assays are performed, occurs NT- 492 and NT-442. Gradually arises, by exposing the conceptual underpinnings of each of the two trends obtained from the literature, that the models of multi-kind represent the phenomenon of transport of chloride ion in a more consistent manner from a conceptual standpoint . Therefore, this paper concludes by suggesting that future research in this field tend to embrace the art of multi-species and that they will be aimed at addressing the limitations that currently exist with the implementation of this methodology.Maestrí

Evaluación del estado de degradación de diversos tipos de varilla de acero utilizadas como refuerzo en concretos carbonatados y contaminados con cloruros

Les avancées technologiques ont permis la conception de nouveaux types d’aciers pour les constructions en béton arme. En particulier, des modifications de la surface sont effectuées sur des aciers au carbone (AC) en vue d’apporter une amélioration de leurs propriétés, notamment une meilleure résistance à la corrosion. Dans les matériaux cimentaires, en raison de leur forte basicité (pH de l’ordre de 12,5 à 13,5) les aciers se recouvrent d’une couche passivante composée d’oxydes de fer qui les protège de la corrosion. Cependant, le béton étant un matériau poreux, certains agents agressifs peuvent pénétrer dans le réseau poreux et provoquer la corrosion des armatures si les dispositions nécessaires n’ont pas été prises. Il s’avère que la corrosion des armatures est la pathologie la plus courante des ouvrages de Génie Civil. Ses conséquences sont une diminution de la section des aciers, la formation de fissures dans le béton, une altération de l’adhérence entre les armatures et le béton, et elles peuvent conduire jusqu’à la ruine de la construction

ANÁLISIS DE CONFIABILIDAD Y RIESGO DE UN PUENTE EXPUESTO A CORROSIÓN UBICADO EN EL VALLE DE TOLUCA

Se obtienen estimaciones de los tiempos de inspección de un puente, hasta los cuales se puede esperar antes de que su nivel de seguridad disminuya a niveles peligrosos. Lo anterior, con técnicas de confiabilidad estructural.Los puentes vehiculares son monumentos majestuosos en el mundo de la ingeniería, desde el sencillo puente de vigas, a los majestuosos puentes colgantes, atirantados, o los hechos en forma de arco, los puentes permiten comunicar a dos puntos geográficos de manera rápida y segura, trayendo con ellos una gran cantidad de beneficios de manera indirecta que se pueden resumir en comunicación, salud, trabajo y desarrollo. El proyecto y cálculo de los puentes, pertenecen a la ingeniería estructural, siendo numerosos los diseños que los ingenieros han diseñado y construido a lo largo de la historia, influenciados por los materiales disponibles, las técnicas desarrolladas, y los recursos económicos de cada época [1]. Durante la vida útil de un puente vehicular, éste, deberá resistir solicitaciones permanentes, variables y accidentales para cumplir el objetivo estructural para el cual fue construido, sin embargo además de las mencionadas anteriormente existen otros tipos de solicitaciones como las ambientales, que son producto de la exposición del puente a la intemperie, siendo la corrosión en el acero de refuerzo uno de los principales factores de fallas importantes, ya que éste fenómeno disminuye la resistencia y durabilidad de los elemento estructurales, e incluso llevándolos al colapso sin haber alcanzado su máxima resistencia. Generalmente la corrosión del acero de refuerzo en puentes de concreto se inicia por penetración de cloruros en regiones marinas o por carbonatación en zonas rurales e industriales [2]

Inspección por corrosión y estructural de un elemento de concreto reforzado interno, que atraviesa el embovedado de San Roque en el cadenamiento 0+145, en Tuxtla Gutiérrez, Chiapas

El río Sabinal atraviesa, de poniente a oriente, la ciudad de Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, con una longitud aproximada de 12 km. Este río tiene 21 afluentes y con el paso de los años y el crecimiento poblacional, la zona federal del río y sus afluentes fue invadido por la mancha urbana. Actualmente cuatro afluentes embovedados representan un alto riesgo para la población que se ubica adjunta o sobre estas estructuras, porque algunas de ellas tienen más de 50 años sin recibir mantenimiento y además están sometidas a la agresividad ambiental interna, producto de los gases que emanan de las aguas negras como: sulfuros de hidrógeno, metano y amoniaco principalmente, esto sumado al bióxido de carbono, oxígeno y nitrógeno presentes en la atmósfera que junto a la humedad y temperatura contribuyen a su deterioro acelerado. En este artículo se presenta el análisis de la inspección visual, integrando aspectos de deterioro de materiales asociados a los posibles daños estructurales, además de los resultados obtenidos con pruebas electroquímicas y químicas puntuales para la evaluación por corrosión del elemento estructural de concreto reforzado interno que atraviesa el embovedado. Es posible concluir que las estructuras que conforman el embovedado se encuentran con patologías diversas, clasificadas desde daños comunes como eflorescencias, zonas blandas y hongos en materiales de mampostería de ladrillo y piedra. En algunas zonas recubiertas con materiales de concreto reforzado, se observaron agrietamientos, coqueras, eflorescencias, lixiviación de sales cristalizadas, infiltraciones y escurrimientos en la masa del concreto, hasta daños severos como reventones, desprendimientos parciales del concreto, corrosión generalizada y pérdida total, en ciertos puntos, del acero de refuerzo principal de la estructura. Esta degradación es activa y constante, de acuerdo a los parámetros electroquímicos evaluados; por lo tanto, podría afectar su eficiencia ante solicitaciones estáticas o dinámicas, así como la durabilidad de los elementos evaluados

Análisis de los efectos de la corrosión en el comportamiento estructural para una edificación aporticada convencional de concreto reforzado en Colombia

Corrosion is a phenomenon that affects the quality of the materials used in construction, which causes losses from an economic point of view, as well as affects the functionality of a structure, generating possible safety problems for people or users. Therefore, it is important to consider this phenomenon when designing and constructing buildings. In this work a porticoed structure was designed complying with the requirements of the current Colombian standard NSR-10 carried out in SAP 2000, likewise, by means of determined correlations and methods for the study of the corrosion of steel embedded in concrete which involve variables What; coating thickness, concrete quality, presence of chloride in the environment, concrete porosity and the intensity of corrosion Icorr. The degree of corrosion of the armor was calculated for a period of 50 years. The results show for said time a percentage of corrosion of 2.37% (Loss of mass of the reinforcement) and a loss of the resistance to compression f`c of the structural elements of 2.45%. An analysis is carried out from the structural life point on the affectation that the structure could suffer from the effects of corrosion for a particular case study.La corrosión es un fenómeno que afecta la calidad de los materiales empleados en la construcción, lo cual ocasiona pérdidas desde el punto de vista económico, así como también afecta la funcionalidad de una estructura, generando posibles problemas de seguridad a las personas o usuarios. Por lo anterior, es importante considerar este fenómeno al momento de diseñar y construir edificaciones. En este trabajo se diseñó una estructura aporticada cumpliendo con requisitos de la norma colombiana actual NSR-10 realizado en SAP 2000, así mismo, por medio de correlaciones determinadas y métodos para el estudio de la corrosión del acero embebido en el concreto los cuales involucran variables como; espesor de recubrimiento, calidad del hormigón, presencia de cloruro en el ambiente, porosidad del concreto y la intensidad de corrosión Icorr. Se calculó el grado de corrosión de la armadura para un periodo de 50 años. Los resultados muestran para dicho tiempo un porcentaje de corrosión del 2.37% (Pérdida de masa de la armadura) y una pérdida de la resistencia a la compresión f`c de los elementos estructurales del 2.45%. Se realiza un análisis desde el punto de vida estructural sobre la afectación que podrían sufrir la estructura por los efectos de la corrosión para un estudio de caso particular

Influencia del cemento combinado con ceniza y puzolana, en la corrosión del acero utilizado para concreto reforzado

Por razones técnicas, ambientales y económicas, el uso de las puzolanas obtenidas como subproductos (desechos) agroindustriales en las mezclas de concreto, están siendo el centro de atención de nuevas investigaciones a nivel mundial; actualmente son escasos los trabajos reportados sobre este tema en nuestro país, de aquí proviene la importancia de esta investigación, en la cual se analizó la influencia de la sustitución de ceniza de bagazo de caña (CBC) y toba volcánica (TV), en las propiedades del concreto reforzado, específicamente en el índice de corrosión, resistencia a la compresión, flexión y adherencia

Efecto de la introducción de nanopartículas sobre la microestructura de matrices endurecidas base cemento Portland.

Área de Estudio: Ingeniería Civil Propósito y Método del Estudio: Evaluar las evoluciones microestructurales generadas por la inyección de nanopartículas base silicio (NBS) hacia el interior de matrices endurecidas base cemento portland. Para este propósito se sintetizaron NBS amorfas por el método sol-gel con tamaños menores a 25 nm; se fabricaron morteros cilíndricos (50 mm Ø por 50 mm de largo) con un consumo de cemento (CPO-40) de 300 kg/m3, una relación a/c de 0.65 y una relación de cemento/agregado 1:3, curados por 28 días. Inmediatamente después del curado se les dio un tratamiento electrocinético, que consistió en inyectar una solución de NBS al 0.1% mediante la aplicación de un campo eléctrico de 20 VDC por 4h, al finalizar el tratamiento, los especímenes fueron cortados transversalmente, en 3 rodajas de 50 mm Ø por 16 mm de largo y puestos en inmersión en agua, los cuales fueron monitoreados constantemente por 60 días mediante EIS obteniendo su resistividad eléctrica, como un parámetro que se asocia a la porosidad. Se evaluaron los cambios microestructurales mediante SEM y porosimetría por fisisorción de N2. A los 45 días de haber sido aplicado el tratamiento se sometieron especímenes a ensayos de carbonatación acelerada durante 7 días y se obtuvo la absorción capilar al agua, Con la finalidad de corroborar que los cambios microestructurales provocados por las NBS son benéficos Contribuciones y Conclusiones: La evolución microestructural asociado por la inyección de NBS, hacia el interior de matrices cementantes en estado endurecido mejora el efecto barrera de los especímenes tratados ante el paso de agentes agresivos. Debido a que la resistividad la resistividad, disminuye el avance de la corrosión y la sortividad. Abriendo la posibilidad de que, en un futuro muy próximo, sea una posible aplicación in-situ para la prevención del deterioro prematuro de las estructuras de concreto