Analysis of the steel reinforcement corrosion effect on the performance of concrete reinforced element strengthened with CFRP sheets
Keywords:
pathological manifestation, reinforcement corrosion, strengthening, degradation, CFRP.
Abstract
One of the main pathological manifestations in reinforced concrete structures is the corrosion of the reinforcements. In this sense, this study analyzed the influence of corrosion caused by chloride ions ingress in CFRP strengthened beams. For this, three reduced models of reinforced concrete beams were executed and flexurally and shear strengthened with CFRP sheets according to the EBR technique. Then, one of the beams was subjected to accelerated corrosion protocol with application of current density. The experimental results indicated an increase in the load carrying capacity of about 18% and an increase in stiffness of the strengthened beams maintained in the laboratory. The beam submitted to the corrosion protocol presented a decrease of the load carrying capacity of 48.9% when compared to the beams maintained in a laboratorial environment, with a mass loss of the longitudinal reinforcement of 32.2% and changed in its failure mode.
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References
ABBAS, Y., NUTMAN, J. S., OLTHUIS, W., VAN DEN BERG, A. Corrosion Monitoring of Reinforcement Steel Using Galvanostatically Induced Potential Transients. IEEE Sensors Journal, Vol. 16, No. 3, 2016 – DOI: 10.1109/JSEN.2015.2485667
AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. ACI 440.2R-2017 – Guide for the design and construction of externally bonded FRP systems for strengthening concrete structures. Detroit, 2017.
AHMAD, S. Techniques for inducing accelerated corrosion of steel in concrete. The Arabian Journal for Science and Engineering, Volume 34, Number 2C, 2009.
AL-SAIDY, A. H., SAADATMANESH, H., EL-GAMAL, S., AL-JABRI, K. S., WARIS, B. M. Structural behavior of corroded RC beams with/without stirrups repaired with CFRP sheets. Materials and Structures, 2015 - DOI 10.1617/s11527-015-0751-y
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 5739 - Concreto - Ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2018.
_______. NBR 6118 – Projetos de Estruturas de Concreto - Procedimento. Rio de Janeiro, 2014.
_______. NBR 12655 – Concreto de cimento Portland - Preparo, controle, recebimento e aceitação - Procedimento. Rio de Janeiro, 2015.
BALESTRA, C. E. T., LIMA, M. G., MEDEIROS-JUNIOR, R. A., MONTEIRO, A. J. A. E. Parâmetros ambientais e materiais que afetam a penetração de cloretos em estruturas de concreto –estudo de caso da Ilha dos Arvoredos. Revista Eletrônica de Engenhacia Civil, Volume 13, Nº 1, 270-282, 2017 – DOI: 10.5216/reec.V13i1.43054
DALFRÉ, G. M., ALVES, A., OLIVEIRA, A. C. F. Dimensionamento de sistema de reforço à flexão com materiais compósitos segundo a técnica EBR. Revista Concreto & Construções, 2019, São Paulo, Edição 94, Abr-Jun, 66-75.
DIETRICH, Y. P., TELES, C. R., VIEIRA, G. L. Desempenho mecânico e análise da corrosão das armaduras em concretos produzidos com adição de resíduos de rochas ornamentais. Revista Matéria, v. 22, n. 4, 2017 – DOI: 10.1590/S1517-707620170004.0225
EL MAADDAWY, T. A. SOUDKI, K. A. Effectiveness of Impressed Current Technique to Simulate Corrosion of Steel Reinforcement in Concrete. Jounal of Materials in Civil Engineering 2003.15:41-47 - DOI: 10.1061/(ASCE)0899-1561 15:1(41), 2003.
ESCOBAL, A. D. Caracterização da degradação de adesivos estruturais utilizados em sistemas de reforço de estruturas de concreto armado. 2017. Relatório Final de Iniciação Científica, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo.
FERREIRA, D. C. Avaliação da degradação de vigas reforçadas com FRP quando expostas ao intemperismo. 2019. 138 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Universidade Federal de São Carlos. São Carlos.
FEDERATION INTERNATIONAL DU BETON. Bulletin 14: Externally bonded FRP reinforcement for RC structures. FIB-14. Lausanne, 2001.
_______. Bulletin 90: Externally applied FRP reinforcement for concrete structures. FIB-90. Lausanne, 2019.
GRAEFF, A. G. Avaliação Experimental e Modelagem dos Efeitos Estruturais da Propagação da Corrosão em Elementos de Concreto Armado. 2007. 184 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre.
HUANG, L. HAILON, Y. XIANYU, J. NANGUO, J. ZHENNAN, X. Corrosion-induced shear performance degradation of reinforced concrete beams. Construction and Building Materials, 248 118668, 2020 – DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.118668.
JUNG J., YEON LEE B., LEE K. S. Experimental Studyonthe Structural Performance Degradation of Corrosion-Damaged Reinforced Concrete Beams. Advances in Civil Engineering, Volume 2019 – DOI: 10.1155/2019/9562574.
LINGGA, N. M., Behavior of Concrete Beams with Corroded Reinforcement Retrofitted with Carbon Fiber Reinforced Polymer. 2016, 78 p. Thesis (Master of Science in Civil & Enviromental Engineering) Portland State University. EUA.
LIU, Y., JIANG, N., DENG, Y., MA, Y., ZHANG, H., LI, M. Flexural experiment and stiffness investigation of reinforced concrete beam under chloride penetration and sustained loading. Construction and Building Materials 114 302-310, 2016 – DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.04.110
PENG, J., TANG, H., ZHANG, J. Structural Behavior of Corroded Reinforced Concrete Beams Strengthened with Steel Plate. Journal of Performance of Constructed Facilities, 2017 – DOI: 10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0001004.
RAY, I., PARISH, G. C., DAVALOS, J. F., CHEN, A. Effect of Concrete Substrate Repair Methods for Beams Aged by Accelerated Corrosion and Strengthened with CFRP. Journal of Aerospace Engineering. 24:227-239, 2011 – DOI: 10.1061/(ASCE)AS.1943-5525.0000030.
SALES, A., TUTIKIAN, B. F., DE SOUZA, C. A. C., CUNHA, M. P. T., LOURENÇO, M. Z., CASCUDO, O., HELENE, P. Corrosão e degradação em estruturas de concreto: teoria, controle e técnicas de análise e intervenção. Organização Daniel Véras Ribeiro, 1ª edição, Rio de Janeiro, Elsevier, 2018.
SAID, M. E., HUSSEIN, A. A. Structural behavior of two-way slabs with large corroded área. Engineering Structures 199 109556, 2019 – DOI: 10.1016/j.engstruct.2019.109556
SARTI JUNIOR, L. A. S. Comportamento e durabilidade de vigas de concreto armado reforçadas com mantas de CFRP submetidas ao protocolo de degradação acelerado. 2020. 170 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Universidade Federal de São Carlos. São Carlos.
STEIN, K. J.; GRAEFF, Â. G. T Análise experimental dos efeitos combinados de corrosão e fadiga em vigas de concreto armado. Ambiente Construído, v. 19, n. 3, p. 69-81, 2019 – DOI: 10.1590/s1678-86212019000300325
TANG, H., PENG, J., ZHANG, J. Influence of Further Corrosion on Structural Behavior of Corroded Reinforced-Concrete Beam Strengthened with Steel Plate Using Different Strengthening Schemes. Journal of Performance of Constructed Facilities, 34(2): 04019117, 2020 – DOI: 10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0001402.
TORRES, A. S. Avaliação da sensibilidade do ensaio CAIM – Corrosão Acelerada por Imersão Modificada – frente ao processo de corrosão de armaduras de concreto armado. 2006. 159 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre.
WANG, L. MA, Y. DING, W. ZHANG, J. LIU Y. Comparative Study of Flexural Behavior of Corroded Beams with Different Types of Steel Bars. Journal of Performance of Constructed Facilities 29(6): 04014163, 2015 – DOI: 10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0000661.
XIE, J., HU, R. Experimental study on rehabilitation of corrosion-damaged reinforced concrete beams with carbon fiber reinforced polymer. Contruction and Building Materials 38, 708-716, 2012 – DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2012.09.023
ZHANG, W., ZHANG, H., GU., X., LIU, W. Structural behavior of corroded reinforced concrete beams under sustained loading. Construction and Building Materials 174 675-683, 2018 – DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.04.145
ZHU, W., FRANÇOIS, R., FANG, Q., ZHANG, D. Influence of long-term chloride diffusion in concrete and the resulting corrosion of reinforcement on the serviceability of RC beams. Cement and Concrete Composites 71, 2016, 144-152 – DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2016.05.003
AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. ACI 440.2R-2017 – Guide for the design and construction of externally bonded FRP systems for strengthening concrete structures. Detroit, 2017.
AHMAD, S. Techniques for inducing accelerated corrosion of steel in concrete. The Arabian Journal for Science and Engineering, Volume 34, Number 2C, 2009.
AL-SAIDY, A. H., SAADATMANESH, H., EL-GAMAL, S., AL-JABRI, K. S., WARIS, B. M. Structural behavior of corroded RC beams with/without stirrups repaired with CFRP sheets. Materials and Structures, 2015 - DOI 10.1617/s11527-015-0751-y
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 5739 - Concreto - Ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2018.
_______. NBR 6118 – Projetos de Estruturas de Concreto - Procedimento. Rio de Janeiro, 2014.
_______. NBR 12655 – Concreto de cimento Portland - Preparo, controle, recebimento e aceitação - Procedimento. Rio de Janeiro, 2015.
BALESTRA, C. E. T., LIMA, M. G., MEDEIROS-JUNIOR, R. A., MONTEIRO, A. J. A. E. Parâmetros ambientais e materiais que afetam a penetração de cloretos em estruturas de concreto –estudo de caso da Ilha dos Arvoredos. Revista Eletrônica de Engenhacia Civil, Volume 13, Nº 1, 270-282, 2017 – DOI: 10.5216/reec.V13i1.43054
DALFRÉ, G. M., ALVES, A., OLIVEIRA, A. C. F. Dimensionamento de sistema de reforço à flexão com materiais compósitos segundo a técnica EBR. Revista Concreto & Construções, 2019, São Paulo, Edição 94, Abr-Jun, 66-75.
DIETRICH, Y. P., TELES, C. R., VIEIRA, G. L. Desempenho mecânico e análise da corrosão das armaduras em concretos produzidos com adição de resíduos de rochas ornamentais. Revista Matéria, v. 22, n. 4, 2017 – DOI: 10.1590/S1517-707620170004.0225
EL MAADDAWY, T. A. SOUDKI, K. A. Effectiveness of Impressed Current Technique to Simulate Corrosion of Steel Reinforcement in Concrete. Jounal of Materials in Civil Engineering 2003.15:41-47 - DOI: 10.1061/(ASCE)0899-1561 15:1(41), 2003.
ESCOBAL, A. D. Caracterização da degradação de adesivos estruturais utilizados em sistemas de reforço de estruturas de concreto armado. 2017. Relatório Final de Iniciação Científica, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo.
FERREIRA, D. C. Avaliação da degradação de vigas reforçadas com FRP quando expostas ao intemperismo. 2019. 138 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Universidade Federal de São Carlos. São Carlos.
FEDERATION INTERNATIONAL DU BETON. Bulletin 14: Externally bonded FRP reinforcement for RC structures. FIB-14. Lausanne, 2001.
_______. Bulletin 90: Externally applied FRP reinforcement for concrete structures. FIB-90. Lausanne, 2019.
GRAEFF, A. G. Avaliação Experimental e Modelagem dos Efeitos Estruturais da Propagação da Corrosão em Elementos de Concreto Armado. 2007. 184 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre.
HUANG, L. HAILON, Y. XIANYU, J. NANGUO, J. ZHENNAN, X. Corrosion-induced shear performance degradation of reinforced concrete beams. Construction and Building Materials, 248 118668, 2020 – DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.118668.
JUNG J., YEON LEE B., LEE K. S. Experimental Studyonthe Structural Performance Degradation of Corrosion-Damaged Reinforced Concrete Beams. Advances in Civil Engineering, Volume 2019 – DOI: 10.1155/2019/9562574.
LINGGA, N. M., Behavior of Concrete Beams with Corroded Reinforcement Retrofitted with Carbon Fiber Reinforced Polymer. 2016, 78 p. Thesis (Master of Science in Civil & Enviromental Engineering) Portland State University. EUA.
LIU, Y., JIANG, N., DENG, Y., MA, Y., ZHANG, H., LI, M. Flexural experiment and stiffness investigation of reinforced concrete beam under chloride penetration and sustained loading. Construction and Building Materials 114 302-310, 2016 – DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.04.110
PENG, J., TANG, H., ZHANG, J. Structural Behavior of Corroded Reinforced Concrete Beams Strengthened with Steel Plate. Journal of Performance of Constructed Facilities, 2017 – DOI: 10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0001004.
RAY, I., PARISH, G. C., DAVALOS, J. F., CHEN, A. Effect of Concrete Substrate Repair Methods for Beams Aged by Accelerated Corrosion and Strengthened with CFRP. Journal of Aerospace Engineering. 24:227-239, 2011 – DOI: 10.1061/(ASCE)AS.1943-5525.0000030.
SALES, A., TUTIKIAN, B. F., DE SOUZA, C. A. C., CUNHA, M. P. T., LOURENÇO, M. Z., CASCUDO, O., HELENE, P. Corrosão e degradação em estruturas de concreto: teoria, controle e técnicas de análise e intervenção. Organização Daniel Véras Ribeiro, 1ª edição, Rio de Janeiro, Elsevier, 2018.
SAID, M. E., HUSSEIN, A. A. Structural behavior of two-way slabs with large corroded área. Engineering Structures 199 109556, 2019 – DOI: 10.1016/j.engstruct.2019.109556
SARTI JUNIOR, L. A. S. Comportamento e durabilidade de vigas de concreto armado reforçadas com mantas de CFRP submetidas ao protocolo de degradação acelerado. 2020. 170 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Universidade Federal de São Carlos. São Carlos.
STEIN, K. J.; GRAEFF, Â. G. T Análise experimental dos efeitos combinados de corrosão e fadiga em vigas de concreto armado. Ambiente Construído, v. 19, n. 3, p. 69-81, 2019 – DOI: 10.1590/s1678-86212019000300325
TANG, H., PENG, J., ZHANG, J. Influence of Further Corrosion on Structural Behavior of Corroded Reinforced-Concrete Beam Strengthened with Steel Plate Using Different Strengthening Schemes. Journal of Performance of Constructed Facilities, 34(2): 04019117, 2020 – DOI: 10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0001402.
TORRES, A. S. Avaliação da sensibilidade do ensaio CAIM – Corrosão Acelerada por Imersão Modificada – frente ao processo de corrosão de armaduras de concreto armado. 2006. 159 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre.
WANG, L. MA, Y. DING, W. ZHANG, J. LIU Y. Comparative Study of Flexural Behavior of Corroded Beams with Different Types of Steel Bars. Journal of Performance of Constructed Facilities 29(6): 04014163, 2015 – DOI: 10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0000661.
XIE, J., HU, R. Experimental study on rehabilitation of corrosion-damaged reinforced concrete beams with carbon fiber reinforced polymer. Contruction and Building Materials 38, 708-716, 2012 – DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2012.09.023
ZHANG, W., ZHANG, H., GU., X., LIU, W. Structural behavior of corroded reinforced concrete beams under sustained loading. Construction and Building Materials 174 675-683, 2018 – DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.04.145
ZHU, W., FRANÇOIS, R., FANG, Q., ZHANG, D. Influence of long-term chloride diffusion in concrete and the resulting corrosion of reinforcement on the serviceability of RC beams. Cement and Concrete Composites 71, 2016, 144-152 – DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2016.05.003
Published
2022-03-03
How to Cite
Marcelo Fernandes Pereira, Gláucia Maria Dalfré, Luis César Siqueira De Luca, José Roberto de Oliveira, & Ricardo Luiz Canato. (2022). Analysis of the steel reinforcement corrosion effect on the performance of concrete reinforced element strengthened with CFRP sheets. Revista Tecnológica, 30(1), 87-106. https://doi.org/10.4025/revtecnol.v30i1.56591
Section
Articles
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