Proposição de um modelo para penetração de íons cloreto em concreto : estudo dos parâmetros intervenientes e análise probabilística

Abstract

Garantir a durabilidade e estimar a vida útil das estruturas de concreto armado está entre as maiores preocupações da cadeia produtiva da construção civil. Quando inserido em ambientes marinhos agressivos o concreto fica sujeito ao ataque de cloretos, o que tende a desencadear um processo de corrosão das armaduras. As avaliações da estimativa de vida útil baseadas em abordagens determinísticas, apesar do grande número de modelos propostos, frequentemente apresentam pouca precisão em virtude das incertezas envolvidas em todo o processo de deterioração. Neste sentido, os modelos probabilísticos se apresentam como um importante mecanismo capaz de representar de forma mais realística todos os parâmetros envolvidos. No entanto, ainda faltam estudos relacionados a proposições probabilísticas que avaliem a variação da concentração superficial e do coeficiente de difusão ao longo da vida da estrutura de concreto. Esta pesquisa apresenta um modelo probabilístico de penetração de íons cloreto, baseado na solução da 2º Lei de Fick, considerando-se as variações da concentração superficial e da difusibilidade ao longo do tempo, além da introdução de parâmetros que influenciam no coeficiente de difusão do concreto. Foi proposto um modelo, e este foi calibrado de acordo com dados experimentais de diferentes pesquisadores, como o objetivo de estimar a vida útil no estado limite de serviço de elementos estruturais. O método Monte Carlo (MCS) foi adotado para determinação do índice de confiabilidade (β). Os resultados mostram que uma ampliação do cobrimento de 50 mm para 60 mm, considerando uma probabilidade de falha de 5%, proporciona uma elevação de 40 % no índice de confiabilidade, sem a necessidade de alteração das características dos materiais adotados, ocasionado uma elevação média da vida útil da estrutura em 30 anos. Fato que demostra a importância de se adotar mecanismos probabilísticos de avaliação da durabilidade, definindo uma probabilidade preestabelecida de falha ou, em outras palavras, o conceito de vida útil característica.

Ensuring durability and estimating the useful life of reinforced concrete structures is among the major concerns of the civil construction production chain. When inserted in aggressive marine environments the concrete is subject to chloride attack. This chloride tends to start a corrosion process of the reinforcement. The useful life estimates are usually based on deterministic approaches. Despite a large number of proposed models, they often present little precision due to the uncertainties involved in the entire process of deterioration. In this sense, probabilistic models are an important mechanism capable of representing in a more realistic way all the associated parameters. This research presents a probabilistic model of chloride ion penetration, based on Fick’s second law solution, considering the variations of surface concentration and diffusibility over time. A model was proposed to estimate the profile of chloride penetration into concrete accurately, and this was calibrated according to experimental data from different researchers. This model was then employed with the objective of estimating the useful life in the service limit state of structural elements. The Monte Carlo Simulations (MCS) was adopted for determining the reliability index ( ). Results of the analysis show that an increase of the concrete cover from 50 mm to 60 mm, considering a probability of failure of 5%, provides a 40% increase in the reliability index, without the need to change the characteristics of the materials. This process results in an average elevation of the structure's life in 30 years. This fact demonstrates the importance of adopting probabilistic mechanisms for durability evaluation, defining a pre-established probability of failure or, in other words, the concept of characteristic useful life.