Reliability and Durability Assessment of Recycled Aggregate Concrete under Chloride Ingress: Design Optimization and Service Life Implications
Avaliação de Confiabilidade e Durabilidade do Concreto com Agregados Reciclados sob Ingresso de Cloreto: Otimização de Projeto e Implicações para a Vida Útil.
Autores:
- Rúbia Mara Bossea
- Laura Silvestro
- Gustavo de Miranda Saleme Gidrãoa
- Tiago Luis Possebon Ortolanb
- Pietra Moraes Borgesb
- Jairo José de Oliveira Andrade
Aceito em: 25 de novembro de 2024
Abstract
This paper presents a reliability analysis of chloride penetration in concretes with varying replacement levels of natural aggregate (NA) by recycled aggregate (RA) at 25% and 50% by weight. Time-dependent Monte Carlo simulations (MCS) were performed to determine the probability of failure due to chloride ingress, which promotes corrosion initiation in reinforcements over time, and a superficial treatment made of silane was considered to improve the response of concretes in marine environments. The results indicate elevated failure probabilities for concrete containing RA, especially at 50% replacement level. Furthermore, the reference concrete exhibited inadequate durability at design cover thicknesses of 20 mm and 30 mm. The sensitivity analysis using Sobol Indices (SI) identified cover thickness and chloride concentration threshold as the most significant parameters that influence the output of chloride penetration reliability predictions. A comparative examination between reliability-based design optimization (RBDO) and deterministic design optimization (DDO) revealed that deterministic approaches can underestimate the required cover thickness by up to 180%. Assuming an admissible failure probability of 10% over 50 years of exposure, concretes with RA required cover thicknesses ranging from 1.28 to 2.0 times greater than those of NA concrete. This study contributes to the development of standard prescriptions for minimum cover thickness in RA concretes, considering a reliability-based service life estimate.
Resumo
Este artigo apresenta uma análise de confiabilidade da penetração de cloreto em concretos com níveis variáveis de substituição de agregado natural (NA) por agregado reciclado (RA) a 25% e 50% em peso. Simulações de Monte Carlo (MCS) dependentes do tempo foram realizadas para determinar a probabilidade de falha devido à entrada de cloreto, que promove o início da corrosão em reforços ao longo do tempo, e um tratamento superficial feito de silano foi considerado para melhorar a resposta de concretos em ambientes marinhos. Os resultados indicam probabilidades elevadas de falha para concreto contendo RA, especialmente no nível de substituição de 50%. Além disso, o concreto de referência exibiu durabilidade inadequada em espessuras de cobertura de projeto de 20 mm e 30 mm. A análise de sensibilidade usando Índices de Sobol (SI) identificou a espessura de cobertura e o limite de concentração de cloreto como os parâmetros mais significativos que influenciam a saída das previsões de confiabilidade da penetração de cloreto. Um exame comparativo entre a otimização de projeto baseada em confiabilidade (RBDO) e a otimização de projeto determinística (DDO) revelou que as abordagens determinísticas podem subestimar a espessura de cobertura necessária em até 180%. Assumindo uma probabilidade de falha admissível de 10% ao longo de 50 anos de exposição, concretos com RA exigiram espessuras de cobrimento variando de 1,28 a 2,0 vezes maiores do que aquelas do concreto NA. Este estudo contribui para o desenvolvimento de prescrições padrão para espessura de cobrimento mínima em concretos RA, considerando uma estimativa de vida útil baseada em confiabilidade.
Essa pesquisa
contribui para as seguintes ODS:
