Design of a cathodic protection system for the conservation of reinforced concrete structures

The aim of this thesis is to analyse the effectiveness of Cathodic Protection (CP) to control, or avoid, corrosion in reinforced concrete structures affected by chloride–induced corrosion. In particular the effect of the concrete electrical resistivity on the effective protection condition of the reinforcement and the possible problem of the over protection are evaluated. In this way the correct parameters for an effective application of the CP system can be determined. The first part of the work analyses the state of the art of electrochemical techniques used for the protection of the reinforced concrete structures. Subsequently a focus on Cathodic Protection is reported, examining the current standard (International standard ISO 12696) and technical recommendations related to the design and the installation of the system. In this thesis it is used, as a case study, a building in New York City, thanks to the internships period in Echem Consultants LLC. Thanks to this partnership the theoretical and practical procedures to properly design, install and test an ICCP system have been carried out. In the last part of the thesis the results obtained using a finite element model (F.E.M.) in order to evaluate the effect of the concrete electrical resistivity on the cathodic protection effectiveness is presented. The concrete electrical resistivity (ρ) influences the protection conditions and thanks to its measurement into concrete it is possible to regulate the current supplied by CP system in order to guarantee the protection and avoid the overprotection.

Lo scopo di questa tesi è di analizzare l'efficacia della protezione catodica (CP) per controllare, o evitare, la corrosione nelle strutture in cemento armato interessate dalla corrosione indotta da cloruro. In particolare vengono valutati l'effetto della resistività elettrica del calcestruzzo sulla condizione di protezione effettiva del rinforzo e il possibile problema della protezione eccessiva. In questo modo è possibile determinare i parametri corretti per un'applicazione efficace del sistema CP. La prima parte del lavoro analizza lo stato dell'arte delle tecniche elettrochimiche utilizzate per la protezione delle strutture in cemento armato. Successivamente viene riportato un focus sulla protezione catodica, che esamina lo standard corrente (norma internazionale ISO 12696) e le raccomandazioni tecniche relative alla progettazione e all'installazione del sistema. In questa tesi viene utilizzato, come caso di studio, un edificio a New York City, grazie al periodo di tirocinio in Echem Consultants LLC. Grazie a questa partnership sono state condotte le procedure teoriche e pratiche per progettare, installare e testare correttamente un sistema ICCP. Nell'ultima parte della tesi sono presentati i risultati ottenuti utilizzando un modello ad elementi finiti (F.E.M.) per valutare l'effetto della resistività elettrica concreta sull'efficacia della protezione catodica. La resistività elettrica del calcestruzzo (ρ) influenza le condizioni di protezione e grazie alla sua misura nel calcestruzzo è possibile regolare la corrente fornita dal sistema CP per garantire la protezione ed evitare l'iperprotezione.