Corrosione nelle strutture in calcestruzzo: effetti, modellazione, prevenzione e manutenzione

The corrosion of reinforcements in ordinary and prestressed concrete is a degradation phenomenon that was underestimated in the early years of using this material. Based on numerous studies conducted since the 1980s and 1990s, the importance of considering these phenomena during the design and verification phases of this type of structure began to be recognized. Corrosion of reinforcements is the most relevant degradation phenomenon as it can significantly compromise the safety of the structure, greatly reducing its service life. For this reason, it is necessary to understand how to model the influence of corrosion within the analysis of reinforced concrete structures, studying variations in constitutive laws and damage mechanisms that influence the capacity of structures over the entire life-cycle. Given the complexity of degradation phenomena, a probabilistic approach is often necessary for estimating structural performance over time, taking uncertainties into account. In this way damage mechanisms due to corrosion are implemented throughout the lifetime using a probabilistic approach, allowing for the planning of maintenance or restoration interventions if a reliability threshold below the expected level is reached. The present thesis addresses this problem and presents an extensive literature review in the field of corrosion of reinforced concrete structures. The effects of corrosion on materials and their constitutive laws are discussed, with an overview of analytical and numerical models to illustrate how to consider these effects in structural analysis. Safety verification methods are also addressed, focusing on a probabilistic approach that uses the reliability index as a comparison parameter to identify the exceeding of limit states. Finally, the planning and optimization of inspection, maintenance, and repair interventions during the life cycle of a structure are outlined.

La corrosione delle armature presenti nel calcestruzzo ordinario e precompresso è un fenomeno di degrado che è stato sottovalutato nei primi anni di utilizzo. Sulla base di numerose ricerche svolte a partire dagli anni 80’ e 90’ si è iniziato a cogliere l’importanza di una corretta valutazione di questi fenomeni durante le fasi di progettazione e di verifica di questa tipologia di strutture. La corrosione delle armature è il fenomeno di degrado più rilevante in quanto è in grado di compromettere notevolmente la sicurezza della struttura riducendo notevolmente la sua vita di servizio. Per questo motivo è necessario comprendere come modellare l’influenza della corrosione all’interno dell’analisi delle strutture in c.a., studiando le variazioni dei legami costitutivi e dei meccanismi di danneggiamento che definiscono la capacità di un elemento durante il ciclo di vita di una struttura. Data la complessità dei fenomeni di degrado, in molti casi è necessario utilizzare un approccio probabilistico per la stima delle prestazioni strutturali nel tempo, che sia in grado di tenere conto delle incertezze. In questo modo i meccanismi di danneggiamento dovuti alla corrosione possono essere valutati nell’intero ciclo di vita di una struttura, tramite un approccio probabilistico, che permette di pianificare interventi di manutenzione o ripristino, qualora venga raggiunta una soglia di affidabilità inferiore al livello previsto. La tesi si sviluppa in questo contesto e presenta una estesa revisione bibliografica nell’ambito della corrosione delle strutture in c.a. Vengono trattati nel dettaglio gli effetti della corrosione sui materiali e i loro legami costitutivi e vengono proposti modelli analitici e numerici che illustrano come considerare questi effetti nell’analisi strutturale. Vengono inoltre presentati i metodi di verifica focalizzandosi su una impostazione probabilistica, che impiega l’indice di affidabilità come parametro di confronto per identificare il superamento degli stati limite. Infine, viene illustrato come pianificare e ottimizzare gli interventi di ispezione, manutenzione e riparazione durante il ciclo di vita di una struttura.