Durability fragility curves for service life prediction of concrete with various supplementary cementitious materials subjected to natural carbonation
Curvas de fragilidade de durabilidade para previsão da vida útil do concreto com diversos materiais cimentícios suplementares sujeitos à carbonatação natural.
Autores:
- Giovana K. Nascimento Minuzzi
- Gustavo de Miranda S. Gidrão
- Laura Silvestro
- Rodrigo Scoczynski Ribeiro
- Rúbia M. Bosse
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Publicado: 12 de setembro de 2024
Abstract
This study estimates the service life of concretes containing supplementary cementitious materials (SCM) subjected to carbonation from a probabilistic and reliability-based perspective. The aim is to enhance understanding of the risks associated with degradation and to propose an alternative approach for estimating the durability of reinforced concrete (RC) structures. The inclusion of supplementary cementitious materials (SCMs) is crucial for making concrete more sustainable, as these materials can reduce the carbon footprint of concrete production and improve its durability. Using available natural carbonation data from the literature on samples containing SCM, computational codes were developed for reliability analyses via the Monte Carlo Simulation method. The results indicated that all concrete samples exhibited a 100% probability of failure for coverages of 20 mm and 25 mm at an age of 100 years. For a coverage of 30 mm, all samples maintained a failure probability of over 98% within the same period. Notably, concretes incorporating metakaolin showed a substantial reduction in failure probability across all evaluated time periods, indicating superior durability compared to other samples. These findings significantly contribute to a deeper understanding of concrete degradation processes and provide valuable insights for the design and maintenance of RC structures, particularly in the context of using SCM. By adopting a probabilistic approach, the study underscores the importance of considering variability and uncertainties in predicting concrete durability, ultimately aiding in the development of more resilient and long-lasting infrastructure.
Resumo
Este estudo estima a vida útil de concretos contendo materiais cimentícios suplementares (MCS) submetidos à carbonatação a partir de uma perspectiva probabilística e baseada em confiabilidade. O objetivo é aprimorar a compreensão dos riscos associados à degradação e propor uma abordagem alternativa para estimar a durabilidade de estruturas de concreto armado (CA). A inclusão de materiais cimentícios suplementares (MCS) é crucial para tornar o concreto mais sustentável, pois esses materiais podem reduzir a pegada de carbono da produção de concreto e melhorar sua durabilidade. Usando dados disponíveis de carbonatação natural da literatura em amostras contendo MCS, foram desenvolvidos códigos computacionais para análises de confiabilidade via método de Simulação de Monte Carlo. Os resultados indicaram que todas as amostras de concreto apresentaram 100% de probabilidade de falha para recobrimentos de 20 mm e 25 mm com 100 anos de idade. Para um recobrimento de 30 mm, todas as amostras mantiveram uma probabilidade de falha acima de 98% dentro do mesmo período. Notavelmente, os concretos incorporando metacaulim mostraram uma redução substancial na probabilidade de falha em todos os períodos avaliados, indicando durabilidade superior em comparação com outras amostras. Essas descobertas contribuem significativamente para uma compreensão mais profunda dos processos de degradação do concreto e fornecem insights valiosos para o design e a manutenção de estruturas de CA, especialmente no contexto do uso de MCS. Ao adotar uma abordagem probabilística, o estudo destaca a importância de considerar a variabilidade e as incertezas na previsão da durabilidade do concreto, auxiliando, em última análise, no desenvolvimento de infraestrutura mais resiliente e duradoura.
Essa pesquisa
contribui para as seguintes ODS:
