Reliability algorithms applied to reinforced concrete structures durability assessment

Abstract

This paper addresses the analysis of probabilistic corrosion time initiation in reinforced concrete structures exposed to ions chloride penetration. Structural durability is an important criterion which must be evaluated in every type of structure, especially when these structures are constructed in aggressive atmospheres. Considering reinforced concrete members, chloride diffusion process is widely used to evaluate the durability. Therefore, at modelling this phenomenon, corrosion of reinforcements can be better estimated and prevented. These processes begin when a threshold level of chlorides concentration is reached at the steel bars of reinforcements. Despite the robustness of several models proposed in the literature, deterministic approaches fail to predict accurately the corrosion time initiation due to the inherently randomness observed in this process. In this regard, the durability can be more realistically represented using probabilistic approaches. A probabilistic analysis of ions chloride penetration is presented in this paper. The ions chloride penetration is simulated using the Fick's second law of diffusion. This law represents the chloride diffusion process, considering time dependent effects. The probability of failure is calculated using Monte Carlo simulation and the First Order Reliability Method (FORM) with a direct coupling approach. Some examples are considered in order to study these phenomena and a simplified method is proposed to determine optimal values for concrete cover.Este artigo aborda a análise probabilística do tempo de início da corrosão em estruturas de concreto armado expostas à penetração de íons cloretos. Durabilidade estrutural é um critério importante que deve ser avaliado em cada tipo de estrutura, especialmente quando estas estruturas são construídas em ambientes agressivos. Considerando os elementos em concreto armado, o processo de difusão de cloreto é amplamente utilizado para avaliar a durabilidade. Dessa forma, com a modelagem deste fenômeno, a corrosão das armaduras pode ser mais bem estimada e evitada. Estes processos começam quando um nível limite de concentração de cloretos é alcançado nas barras de aço da armadura. Apesar da robustez dos vários modelos propostos na literatura, as abordagens determinísticas não conseguem prever com precisão o tempo de início de corrosão, devido à aleatoriedade inerentemente aos parâmetros que controlam este processo. A este respeito, a durabilidade pode ser representada de forma mais realista utilizando abordagens probabilísticas. Uma análise probabilística da penetração de íons cloreto é apresentada neste artigo. A penetração de íons cloreto é simulada usando a segunda lei de Fick da difusão. Esta lei representa o processo de difusão de cloreto, considerando efeitos dependentes do tempo. A probabilidade de falha é calculada usando simulação de Monte Carlo e o Método de Confiabilidade de Primeira Ordem (FORM) com uma abordagem via acoplamento direto. Alguns exemplos são considerados, a fim de estudar estes fenômenos e um método simplificado é proposto para determinar os valores ótimos para o cobrimento de concreto.