Análise numérica da probabilidade de falha de uma estrutura composta por elementos de pórtico sob efeito de corrosão por carbonatação

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Teodoro, Chiara Pinheiro
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: carbonatação; carbonation; concreto armado; corrosão; corrosion; elemento de pórtico; frame element; método dos elementos finitos posicional; Monte Carlo simulation; positional finite element method; reinforced concrete; simulação de Monte Carlo; structural service life; vida útil
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18134/tde-27072023-151427/

As estruturas de concreto armado são usadas mundialmente e são projetadas para serem duráveis, estáveis e resistentes. Porém, com a ação de intempéries e com o passar do tempo a estrutura sofre degradação, e uma das principais manifestações patológicas que ela pode apresentar é a corrosão, que pode ser causada por cloretos ou por carbonatação. Como consequência dos produtos de corrosão, a estrutura sofre, no estágio da iniciação, a despassivação da armadura. Posteriormente, na propagação, a estrutura sofre perda da área de aço, destacamento do concreto, fissuração, manchas, perda da capacidade resistente e, por fim, o colapso. Para o cálculo da vida útil da estrutura podem ser utilizadas análises determinísticas, experimentais e probabilísticas. Devido ao vasto número de incertezas intrínsecas ao problema, um estudo probabilístico, através da teoria da confiabilidade, se mostra coerente. No presente trabalho foi calculada a probabilidade de despassivação, de fissuração e de falha de uma estrutura de concreto armado submetida à corrosão por carbonatação ao longo dos anos, através de simulações de Monte Carlo. Para a probabilidade de falha no estado limite de serviço foi utilizado o estado limite de deformação excessiva. O modelo de corrosão adotado e a análise probabilística foram acoplados a um programa de método dos elementos finitos posicional (MEFP) para elemento de pórtico laminado desenvolvido em linguagem FORTRAN. A formulação implementada é Lagrangiana total, e utiliza como graus de liberdade as posições nodais e vetores generalizados que refletem o giro e a variação da altura da seção transversal. Considera-se a não linearidade geométrica, permitindo o cálculo de estruturas com grandes deslocamentos e rotações, utilizando a lei constitutiva de Saint-Venant-Kirchhoff. Para o compósito laminado foi utilizada a teoria FSDT (teoria de primeira ordem em relação ao cisalhamento) acrescido do efeito zigue-zague. Os resultados da análise numérica realizados nos exemplos de validação demonstraram a eficácia da formulação para estruturas bidimensionais sob a aplicação de diferentes tipos de carregamento externo, uma vez que os deslocamentos e rotações obtidos apresentaram concordância com os resultados apresentados na literatura. A danificação do concreto aplicada através do modelo de dano de Mazars junto com os modelos de corrosão escolhidos implementados no modelo numérico de MEFP teve resultado satisfatório quando comparado com a literatura para representar uma viga de concreto armado submetido a forças externas e corrosão por carbonatação. A probabilidade de despassivação e início da fissuração da estrutura em 50 anos foi de 57,38% e 25,72%, respectivamente, para o melhor cenário, e estes resultados tiveram grande influência do cobrimento e teor de CO2. A probabilidade de falha teve grande influência do diâmetro da armadura e da taxa de corrosão, e em 75 anos após a despassivação, a probabilidade de falha para viga de concreto armado estudada foi de 37,31% e 13,13% para o melhor e pior cenário, respectivamente.