Variables cinemáticas que gobiernan la corrosión bajo tensión de armaduras activas para hormigón

Resumen

Esta Tesis estudia las variables cinemáticas en la punta de una fisura que se consideran relevantes en la fractura en régimen subcrítico por mecanismos de Corrosión Bajo Tensión (CBT) para barras fisuradas de acero eutectoide como las que se emplean en las armaduras activas para hormigón. Así, se considera una placa con una fisura de borde en condiciones de deformación plana sometida a solicitación en modo I con plasticidad a pequeña escala. Un análisis de alta resolución resuelve el problema tensodeformacional de contorno en régimen elastoplástico con el planteamiento de grandes deformaciones (doble no linealidad) mediante el Método de los Elementos Finitos (MEF). La CBT es un fenómeno de rotura de gran interés debido al enorme gasto económico que supone y, también, a que se desconocen con detalle los mecanismos que gobiernan dicha fractura ya sea por Disolución Anódica Localizada (DAL) o por Fisuración asistida por Hidrógeno (FAH). Se ha encontrado que la velocidad de arrastre del carro de la máquina de ensayos influye de forma clara en la fractura en ambiente agresivo. Puesto que esta fractura se debe a un crecimiento subcrítico de la fisura se puede suponer que las variables mecánicas que afectan al fenómeno observado serán aquellas que tengan lugar en la zona de proceso de la punta de la fisura, incluyendo tanto la superficie de la fisura como la zona delante del frente de la fisura. No obstante y a pesar de la importancia que parecen tener las variables cinemáticas en la descripción de los mecanismos de fractura por CBT se ha encontrado un vacío en cuanto a publicaciones científicas se refiere que aborden el problema desde el punto de vista mecánico. Los estudios encontrados exponen sus conclusiones sin centrase en aspectos como el conocimiento del problema cinemático que tiene lugar en el fondo de la fisura, e incluso sin definir rigurosamente la velocidad de deformación en dicha zona. En el primer capítulo se exponen los objetivos perseguidos con esta investigación, además de realizar una revisión bibliográfica de los antecedentes de interés analizados sobre la descripción de la CBT y su relación con las variables cinemáticas en la punta de una fisura. En el segundo capítulo se expone el planteamiento general del problema. En concreto se plantea la modelización de la fisura, los materiales a simular, la definición de la geometría, las condiciones de contorno y la presentación y justificación de los casos de solicitación objeto de análisis. Además se presenta la discretización del dominio (la punta de la fisura) y el análisis de convergencia de la solución numérica. En el tercer capítulo se exponen los resultados a los que se ha llegado con el desarrollo de esta Tesis sobre las variables cinemáticas consideradas relevantes en los procesos de CBT. De modo previo, se exponen las tensiones y deformaciones en torno al extremo de fisura bajo solicitación monótona. Después, se muestran las variables cinemáticas en la punta de la fisura, distinguiendo zonas superficiales próximas a la punta de la fisura, la propia punta de la fisura y la zona delante de la punta de la fisura. También se presenta un desarrollo para la obtención de una velocidad de deformación natural “a la carta” en la punta de la fisura. A continuación se presentan los resultados obtenidos para la influencia de la prefisuración por fatiga en las variables cinemáticas y por último se presentan y comparan (con las del acero perlítico) las variables cinemáticas relevantes para el caso simulado de acero de pretensado. En el cuarto capítulo se plantea la discusión de los resultados obtenidos a la luz de publicaciones citadas. Se centra el análisis en la influencia de la velocidad de solicitación en ensayos a velocidad de extensión constante (EVEC) sobre la velocidad de deformación en el punto del extremo de la fisura (y sus implicaciones en CBT) y en la influencia de la velocidad de deformación natural en el punto extremo de la fisura en el fenómeno de corrosión-fatiga. Por último, en el quinto capítulo, se presentan las conclusiones más relevantes y se plantea el trabajo futuro que puede plantearse a partir del desarrollo de esta Tesis.