Computational modeling for predicting corrosion initiation in reinforced concrete structures

Abstract

ResumoThis article presents a model for penetration of chloride by diffusion in reinforced concrete structures based on the solution of the Fick's 2nd Law, using the finite element method (FEM) in two-dimensional domain. This model predicts the time, in a given situation, so that a certain limit of chlorides for depassivation of reinforcement is reached, characterizing the end of service life. Several approaches for the chloride surface concentration and for the diffusion coefficient are used, parameter which must be corrected due to the effects of temperature, solar radiation, exposure time, and relative humidity. Moreover, a parametric analysis is carried out in order to study the factors involved and their impact on the ingress of chlorides by diffusion, contributing to a better understanding of the phenomenon. In addition, the developed model is applied to the cities of Vitória (ES) and Florianópolis (SC) to analyze the service life for different concrete covers, making a comparison with the Brazilian standard.Keywords: chlorides, corrosion, diffusion, finite element method, service life.Este trabalho apresenta um modelo de penetração de cloretos por difusão em estruturas de concreto armado baseado na solução da 2ª Lei de Fick, utilizando o método dos elementos finitos (MEF) no domínio bidimensional. Este modelo prevê o tempo necessário, em determinada situação, para que um determinado limite de cloretos para a despassivação da armadura seja atingido, caracterizando o fim da vida útil. Utilizam-se diversas abordagens para a concentração superficial de cloretos e para o coeficiente de difusão, parâmetro que deve ser corrigido devido aos efeitos da temperatura, da radiação solar, do tempo de exposição e da umidade relativa. Além do mais, é realizada análise paramétrica visando o estudo dos fatores intervenientes e seus impactos na penetração de cloretos por difusão, de modo a contribuir para uma maior compreensão do fenômeno. Ademais, o modelo desenvolvido é aplicado às cidades de Vitória (ES) e Florianópolis (SC) analisando-se a vida útil para diferentes cobrimentos de concreto, fazendo um paralelo com a norma brasileira.Palavras-chave: cloretos, corrosão, difusão, método dos elementos finitos, vida útil.

Numerical analysis of reinforced concrete beam subject to pitting corrosion

“…Following Liberati et al (2014), Cao and Cheung (2014) and Pellizzer, Leonel and Nogueira (2018), it is assumed that the diffusion coefficient and the surface concentration of chloride ions remain constant over time. For a review of non-constant diffusion coefficient and superficial chloride concentration, the reader is invited to consult the work of Dominicini and Calmon (2017). Figure 1 shows the chloride concentration profile for the stationary and transient regime.…”

Modelos preditivos de vida útil de estruturas de concreto sujeitas à iniciação da corrosão de armaduras por cloretos: contribuição ao estado da arte por meio de revisão sistemática da literatura – Parte 2

“…Esse modelo, desenvolvido por pesquisadores brasileiros, leva em conta a radiação solar e considera o D função de t, T e h, tendo-se as variações da temperatura e da umidade regidas por uma função senoidal. O modelo considera cinco diferentes abordagens em relação à concentração superficial: uma constante e quatro variando com o tempo, com diferentes equações [67], porém no artigo foi adotado um valor constante. O modelo é bidimensional, porém na aplicação ele foi unidimensional.…”