Modellazione di travi in calcestruzzo armato precompresso soggette a corrosione indotta da cloruri.

The thesis aims to analyze how the choice of parameters describing corrosion and the method of modeling it, influence the prediction of the structural behavior of prestressed reinforced concrete elements. In these, chloride-induced corrosion can cause degradation of the mechanical properties of prestressing strands and reinforcing steel, cracking of concrete, and deterioration of the bond between steel and cement matrix, leading to significant changes in structural behavior. In the first part of the paper, after a review of the scientific literature, the most relevant parameters describing the phenomenon of chloride corrosion were summarized, and a comparative study of four constitutive laws of strands deteriorated by corrosion was carried out. Next, the constitutive laws were implemented in a nonlinear finite element model to simulate the behavior of prestressed reinforced concrete beams. The implemented code allows nonlinear modeling of structures formed by one-dimensional beam-type elements (characterized by axial and flexural stiffness) considering corrosion degradation. After appropriate validations, the code was used to evaluate the accuracy of the analyzed constitutive laws by comparing the results of the analytical model with some experimental results published in the literature, both at the sectional level, in terms of bending moment-curvature, and at the structural level, in terms of load-displacement. These comparisons showed how the difference between the experimental and analytical results increases, in absolute terms, as the degree of corrosion increases, indicating greater difficulty in predicting structural behavior as the level of deterioration increases. In addition, the choice of damage parameter to quantify corrosion (pit, section loss, or mass loss) and the definition of the ultimate strength of the corroded strand (as the rupture of a single wire or the rupture of all the wires) significantly influences the model results compared with the experimental data. In conclusion, this thesis discusses the advantages and disadvantages of the one-dimensional modeling method for prestressed reinforced concrete elements. It illustrates how the choice of corrosion modeling strategy from the mechanical and geometrical perspectives can influence the analytical results both at the sectional level, in terms of capacity, and at the global level, in terms of displacement.

In questo elaborato di tesi si vuole andare ad analizzare come la scelta dei parametri che descrivono la corrosione e il metodo di modellazione della stessa, influenzino la previsione del comportamento strutturale di elementi in calcestruzzo armato precompresso. In questi, la corrosione indotta da cloruri può causare il degrado delle proprietà meccaniche dell’acciaio da armatura lenta e da precompressione, la fessurazione del calcestruzzo e il deterioramento dell’aderenza tra acciaio e matrice cementizia, portando, nel complesso, a rilevanti modifiche del comportamento strutturale. Nella prima parte dell’elaborato, dopo una revisione della letteratura scientifica, sono stati riassunti i parametri più rilevanti che descrivono il fenomeno della corrosione da cloruri e si è effettuato uno studio comparativo tra quattro legami costitutivi di trefoli deteriorati dalla corrosione. In seguito, i legami costitutivi sono stati implementati in un modello non lineare agli elementi finiti per simulare il comportamento di travi in calcestruzzo armato precompresso. Il codice implementato permette la modellazione non lineare di strutture formate da elementi mono-dimensionali di tipo beam (caratterizzati da rigidezza assiale e flessionale) considerando il degrado da corrosione. Dopo le opportune validazioni, il codice è stato utilizzato per valutare l’accuratezza dei legami costitutivi analizzati, confrontando i risultati del modello analitico con alcuni risultati sperimentali pubblicati in letteratura, sia a livello sezionale, in termini di momento-curvatura, sia a livello strutturale, in termini di carico-spostamento. Da tali confronti è emerso come la differenza tra i risultati sperimentali e quelli analitici aumenti, in termini assoluti, al crescere del grado di corrosione, indicando una maggiore difficoltà nel prevedere il comportamento strutturale all’aumentare del livello di deterioramento. Inoltre, la scelta del parametro di danno per quantificare la corrosione (pit, perdita di sezione, o perdita di massa) e la definizione di resistenza ultima del trefolo corroso (intesa come rottura di un singolo filo o la rottura di tutti i fili) influenza significativamente i risultati del modello e il confronto con il dato sperimentale. In conclusione, in questo elaborato vengono analizzati i vantaggi e gli svantaggi del metodo di modellazione mono-dimensionale per elementi in calcestruzzo armato precompresso e viene illustrato come la scelta della strategia di modellazione della corrosione dal punto di vista meccanico e geometrico possa influenzare i risultati analitici sia a livello sezionale, in termini di capacità, che a livello globale, in termini di spostamento.