Experimental analysis on the combined effects of corrosion and fatigue in reinforced concrete beams

Abstract

Infrastructure elements, especially reinforced concrete bridges and viaducts, are exposed to a combination of degrading processes throughout their life cycle, such as corrosion and fatigue. The combined effects of both processes are known to be more harmful to the structure than the sum of both deterioration processes considered individually. Due to the limited amount of studies in this field, this research aims to evaluate, by experimental analysis, the combined effects of fatigue and corrosion on reinforced concrete beams. Eight beams measuring 7 x 14 x 130 cm were cast and divided in four groups of 2 beams each: one group for reference beams, one for corroded beams with a loss of mass of 10%, one for beams subjected to 200,000 cycles and the last for corroded fatigued beams. The results show that the combined processes drastically reduce the load capacity of the beams by less than half compared to the reference beams. It was also observed that fatigue life decreased and the failure mode changed to fragile.

Elementos de infraestrutura, especialmente as pontes e viadutos de concreto armado, estão expostos a uma combinação de processos de degradação enquanto em serviço, como a corrosão de armaduras e fadiga. Os efeitos combinados de ambos os processos são conhecidos por serem mais prejudicais para a estrutura quando comparados à soma de ambos os processos de deterioração individualmente. Tendo em vista a limitação de estudos nessa área, essa pesquisa busca avaliar, por meio de análises experimentais, a combinação dos efeitos de fadiga e corrosão de armaduras em vigas de concreto armado. Para tanto, foram concretadas oito vigas com dimensões de 7 x 14 x 130 cm, que posteriormente foram divididas em quatro grupos com duas vigas cada: um grupo para vigas de referência (sem degradação), um para vigas corroídas com perda de massa de armadura de 10%, um para vigas submetidas a 200.000 ciclos de carregamento e o último para vigas corroídas e fatigadas. Os resultados mostram que a combinação de processos reduz drasticamente a capacidade de carga das vigas para menos da metade em comparação com as vigas referências. Também foi observado que a vida de fadiga diminuiu e o tipo de ruptura se alterou de dúctil para frágil.