Probabilistic chloride diffusion modelling in cracked concrete structures by transient BEM formulation Translated title: Modelagem probabilística da difusão de cloreto em estruturas de concreto fissurado pela formulação transiente do MEC

Abstract

Abstract Reinforcement corrosion is a concern in the structural engineering domain, since it triggers several pathological manifestations, reducing the structural service life. Chloride diffusion has been considered one of main causes of reinforcements' corrosion in reinforced concrete. Corrosion starts when the chloride concentration at the reinforcements interface reaches the threshold content, leading to depassivation, whose assessment of its time of starts is a major challenge. This study applied the transient Boundary Element Method (BEM) approach for modelling chloride diffusion in concrete pores. The subregion BEM technique effectively represented the cracks inherent to the material domain, and environmental effects were also considered. Because of the inherent randomness of the problem, the service life was evaluated within the probabilistic context; therefore, Monte Carlo Simulation (MCS) assessed the probabilistic corrosion time initiation. Three applications demonstrated the accuracy and robustness of the model, in which the numerical results achieved by BEM were compared against numerical, analytical, and experimental responses from the literature. The probabilistic modelling substantially reduced the structural service life when the cracks length was longer than half of concrete cover thickness in highly aggressive environments.

Translated abstract

Resumo A corrosão das armaduras é uma preocupação no domínio da engenharia estrutural, uma vez que este fenômeno desencadeia diversas manifestações patológicas, reduzindo a vida útil estrutural. A difusão do cloreto tem sido considerada uma das principais causas da corrosão das armaduras em concreto armado. A corrosão começa quando a concentração de cloreto na interface das armaduras atinge o teor limite, levando à despassivação, cuja avaliação do seu tempo de início é um grande desafio. Este estudo aplicou a abordagem transiente do Método dos Elementos de Contorno (MEC) para modelar a difusão de cloretos em poros do concreto. A técnica de sub-região do MEC possibilitou a representação de fissuras no domínio de forma eficaz, sendo também considerados efeitos ambientais. Por causa da inerente aleatoriedade do problema, a vida útil foi avaliada dentro do contexto probabilístico; portanto, a Simulação de Monte Carlo (SMC) avaliou o tempo de iniciação da corrosão probabilisticamente. Três aplicações demonstraram a precisão e robustez do modelo, no qual os resultados numéricos obtidos pelo MEC foram comparados com respostas numéricas, analíticas e experimentais da literatura. A modelagem probabilística reduziu substancialmente a vida útil estrutural quando o comprimento das fissuras superou a metade da espessura do cobrimento de concreto em ambientes altamente agressivos.