Análise numérica do fator de envelhecimento do concreto e sua influência na resposta de modelos de penetração de cloretos

Abstract

Fatores relacionados à durabilidade e à previsão de vida útil têm ganhado importância cada vez maior no projeto de estruturas de concreto armado ao longo dos últimos anos. Diversos fatores influenciam o processo corrosivo em estruturas de concreto armado. Dentre eles, pode ser destacada a agressividade do ambiente e a qualidade do concreto. Os principais causadores de deterioração precoce em estruturas de concreto são a penetração de íons cloretos e a carbonatação. Esses agentes acarretam prejuízos, tanto do ponto de vista técnico, como do ponto de vista econômico, o que inclui os danos causados e os custos para a recuperação. Os íons cloreto penetram a estrutura em diferentes graus em decorrência da ação do meio ambiente, sendo o agente principal do processo de despassivação das armaduras. Esse processo gera as condições necessárias para o início do processo corrosivo, o qual é considerado o processo de degradação mais recorrente e severo em estruturas de concreto armado em ambientes de atmosfera marinha. Ao longo da vida útil do concreto, ao menos três fatores estão em constante mudança: a microestrutura dos poros, a perda de capacidade de fixação dos cloretos e as diferenças de concentração de cloretos na superfície e no interior do concreto. Nesse contexto, o presente trabalho visa avaliar a influência do processo de envelhecimento do concreto utilizando o fator de envelhecimento adotado em distintos modelos matemáticos baseados na solução da 2a Lei de Fick. Foram realizadas análises numéricas através dos modelos apresentados por GJØRV (2015), KWON (2007) e LIFE 365 (1999) a fim de avaliar a concentração de cloretos em diferentes profundidades e idades para os concretos em estudo. Por meio das análises paramétricas realizadas através do programa MATLAB, observou-se grande influência gerada pelas variações do fator de envelhecimento nos modelos propostos por Gjørv e Life 365, que gerou um aumento na estimativa de concentração de cloretos no interior do concreto. Observou-se também a maior influência da concentração superficial de cloretos no modelo proposto por Kwon. Além disso, através do teste de aderência de Kolmogorov-Smirnov, constatou-se que as concentrações de cloretos estimadas através dos três modelos seguem uma distribuição de probabilidades Lognormal, a qual representa o comportamento dos três modelos com grande fidelidade. Por fim, observaram-se estimativas de concentrações mais elevadas para o modelo proposto por Kwon, o qual se considerou como uma análise mais crítica, em função dos resultados apresentados, enquanto que o modelo Life 365 apresentou-se como mais completo, devido às considerações que podem ser realizadas durante o processo, como o diâmetro da fissura do concreto, as adições minerais presentes e o tipo de ação que o concreto esteja sofrendo.

Factors related to durability and service life prediction have gained increasing importance in the design of reinforced concrete structures over the last few years. Several factors influence the corrosive process in reinforced concrete structures. Among them, the aggressiveness of the environment and the quality of the concrete can be highlighted. The main causes of early deterioration in concrete structures are the penetration of chloride ions and carbonation. These agents cause losses, both from a technical point of view and from an economic point of view, which includes the damage caused and the costs of recovery. Chloride ions penetrate the structure to different degrees as a result of the action of the environment, being the main agent in the depassivation process of the reinforcement. This process generates the necessary conditions for the beginning of the corrosive process, which is considered the most recurrent and severe degradation process in reinforced concrete structures in marine atmosphere environments. Over the lifetime of concrete, at least three factors are constantly changing: the microstructure of the pores, the loss of chloride holding capacity and the differences in chloride concentration on the surface and inside the concrete. In this context, the present work aims to evaluate the influence of the concrete aging process using the aging factor adopted in different mathematical models based on the solution of Fick's 2nd Law. Numerical analyzes were performed using the models presented by GJØRV (2015), KWON (2007) and LIFE 365 (1999) in order to evaluate the chloride concentration at different depths and ages for the concretes under study. Through the parametric analyzes carried out through the MATLAB program, a great influence was observed generated by the variations of the aging factor in the models proposed by Gjørv and Life 365, which generated an increase in the estimate of chloride concentration inside the concrete. A greater influence of the surface concentration of chlorides was also observed in the model proposed by Kwon. Furthermore, through the Kolmogorov-Smirnov adherence test, it was found that the chloride concentrations estimated through the three models follow a Lognormal probability distribution, which represents the behavior of the three models with great fidelity. Finally, estimates of higher concentrations were observed for the model proposed by Kwon, which was considered a more critical analysis, due to the results presented, while the Life 365 model was presented as more complete, due to the considerations that can be carried out during the process, such as the diameter of the concrete crack, the mineral additions present and the type of action that the concrete is undergoing.