Mechanical and probabilistic analysis of reinforcement corrosion of reinforced concrete structures subjected to chlorides penetration

O presente estudo trata do problema da corrosão de armaduras em estruturas de concreto armado submetidas à penetração de cloretos. É amplamente reconhecido nos meios técnico e científico que, dentre os diversos processos causadores de patologias nas estruturas de concreto armado, destacam-se aqueles que desencadeiam a corrosão das armaduras. O processo de corrosão é iniciado quando a concentração de cloretos na interface armadura/concreto atinge um valor limite, despassivando a camada química protetora ao redor da armadura. A utilização de uma abordagem probabilística é capaz de tratar o problema de forma mais consistente, uma vez que as variáveis envolvidas no fenômeno possuem um alto grau de aleatoriedade associado. A formulação utilizada para a análise não linear mecânica emprega o método dos elementos finitos, utilizando o modelo de dano de Mazars para descrever o comportamento do concreto e o modelo elastoplástico para descrever o comportamento do aço. A lei de Fick é empregada para descrever o mecanismo de difusão dos íons cloretos no interior dos elementos de concreto armado e leis empíricas são utilizadas para representar a penalização das áreas de aço das armaduras bem como a redução de sua tensão de escoamento. A formulação utilizada para a análise probabilística emprega o FORM (First Order Reliability Method), o método de superfície de resposta e a simulação de Monte Carlo. Enfoque especial é dado na análise de estruturas hiperestáticas, com o objetivo de determinar a probabilidade de falha do sistema, sendo esta uma das contribuições desse estudo. Os resultados obtidos indicam de que forma os efeitos corrosivos considerados contribuem para a redução da durabilidade estrutural.This work deals with the problem of reinforcement corrosion of concrete structures subjected to chloride penetration. It is widely recognized in the technical and scientific communities that, among the different processes which cause pathologies in reinforced concrete structures, reinforcement corrosion is one of the most relevant. The corrosion process starts when chloride concentration at the reinforcement/concrete interface reaches a threshold value, causing depassivation of the protecting chemical layer surrounding the armor. A probabilistic approach is capable of dealing with the problem in a more consistent manner, since the variables involved in the phenomenon have a high degree of randomness. The formulation used in the mechanical non-linear analysis utilizes the finite element method, employing Mazars\' damage model to describe the concrete behavior and the elastoplastic model to describe the steel behavior. Fick\'s law is used to describe the diffusion mechanism of chloride ions inside the concrete elements and empirical laws are used to represent the steel area reduction as well as the reduction of steel yield stress. The formulation used for the probabilistic analysis employs the FORM (First Order Reliability Method), the response surface method and the Monte Carlo simulation. A contribution of this study concerns the analysis of hyper-static structures, in order to evaluate the failure probability of the system, giving special attention to this type of problem. The obtained results show how the considered corrosive effects influences the structural durability reduction