Desenvolvimento de modelo semiempírico geral para previsão temporal da concentração de cloretos no concreto

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Reichert, Thiago Alessi
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/90187
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Ronaldo Alves de Medeiros Junior
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spelling Balestra, Carlos Eduardo TinoUniversidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia CivilMedeiros Junior, Ronaldo Alves de, 1988-Reichert, Thiago Alessi2024-10-11T22:43:44Z2024-10-11T22:43:44Z2024https://hdl.handle.net/1884/90187Orientador: Prof. Dr. Ronaldo Alves de Medeiros JuniorCoorientador: Prof. Dr. Carlos Eduardo Tino BalestraDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. Defesa : Curitiba, 16/05/2024Inclui referênciasÁrea de concentração: Engenharia CivilResumo: A corrosão de armaduras induzida por íons cloretos é reconhecida como a principal causa de degradação das estruturas de concreto armado expostas ao ambiente marinho. Com base em aspectos tecnológicos, econômicos, sociais e ambientais, preocupações sobre a durabilidade dessas estruturas justificam o desenvolvimento de modelos de previsão de vida útil. O perfil de cloretos de uma estrutura em ambiente marinho geralmente exibe um ponto de máxima concentração que o divide em duas regiões: zona de difusão, que ocorre após o pico de concentração nas camadas mais internas do concreto, e zona de convecção, localizada nas camadas mais próximas à superfície (sujeitas aos ciclos de molhagem e secagem). Embora a solução da segunda lei de Fick seja empregada desde 1970 para a modelagem desses perfis, o modelo de Fick ajusta somente os dados na zona de difusão, enfrentando dificuldades na representação da zona de convecção. Diante disso, o objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo semiempírico de previsão da concentração de cloretos no concreto que, baseado nas leis de Fick da difusão, seja capaz de modelar perfis de cloretos com pico de concentração. Para a validação do modelo, foram utilizados 150 perfis de cloretos de diferentes estruturas sob degradação natural em ambiente marinho ou de sais de degelo. O modelo de dupla exponencial (MDE) foi desenvolvido a partir de uma aproximação da segunda lei de Fick pelo método das diferenças finitas. Além disso, um modelo acoplado foi proposto para descrever a dependência temporal do coeficiente de difusão e da concentração superficial de cloretos e, com isso, permitir ao MDE previsões de longo prazo a partir de perfis de cloretos ainda em idades recentes. Após uma discussão detalhada de suas propriedades físico-matemáticas, o novo modelo semiempírico foi comparado com a Equação de Holliday Modificada e o modelo de Fick por meio de relações de compatibilidade entre suas formulações. Uma análise estatística dos ajustes foi conduzida por métricas de erro, de correlação e de síntese. Cenários críticos de modelagem do MDE foram identificados pela análise de sensibilidade das constantes de ajuste. A principal inovação do modelo de dupla exponencial é a descrição, para todos os pontos de um perfil de cloretos, do aumento da profundidade e da concentração de cloretos em função do tempo. Assim, o MDE destaca-se por superar as inconsistências apresentadas pelos modelos de Fick e de Holliday, especialmente as relacionadas ao ajuste da zona de convecção e à descrição da profundidade de pico ao longo do tempo. Essas características do novo modelo estão alinhadas, ainda, com seu desempenho estatístico semelhante ao do modelo empírico de Holliday e superior ao do modelo analítico de Fick. Portanto, o modelo semiempírico de dupla exponencial, em razão de sua capacidade de modelar perfis de cloretos em diferentes tempos de exposição e de representar os fenômenos físicos relacionados, oferece uma abordagem robusta e confiável para a previsão da concentração de cloretos no concreto, contribuindo para o desenvolvimento de estratégias de manutenção e reabilitação, bem como para o projeto de novas estruturas mais duráveis e sustentáveis.Abstract: Reinforcement corrosion induced by chloride ions is recognized as the primary cause of degradation in reinforced concrete structures exposed to marine environments. Based on technological, economic, social, and environmental aspects, concerns about the durability of these structures justify the development of service life prediction models. The chloride profile of a structure in a marine environment generally exhibits a peak concentration point that divides it into two regions: the diffusion zone, which occurs after the concentration peak in the innermost layers of concrete, and the convection zone, located in the layers closest to the concrete surface (subjected to wetting and drying cycles). Although the solution of Fick's second law has been employed since 1970 for modeling these profiles, Fick's model fits the data only in the diffusion zone, facing difficulties in representing the convection zone. The objective of this work is to develop a semiempirical model for predicting chloride concentration in concrete that, based on Fick's laws of diffusion, is capable of modeling chloride profiles with concentration peaks. For model validation, 150 chloride profiles from different structures under natural degradation in marine or deicing salts environments were used. The double exponential model (MDE) was developed from an approximation of Fick's second law using the finite difference method. Moreover, a coupled model was proposed to describe the time dependence of the diffusion coefficient and the surface chloride concentration, thereby allowing the MDE to make long-term predictions from chloride profiles even at recent ages. After a detailed discussion of its physicomathematical properties, the new semiempirical model was compared to the Modified Holliday Equation and Fick's model through compatibility relationships between their formulations. A statistical analysis of the fits was conducted using error, correlation, and synthesis metrics. Critical modeling scenarios of the MDE were identified by sensitivity analysis of the adjustment constants. The main innovation of the double exponential model is the description, for all points of a chloride profile, of the increase in depth and chloride concentration over time. Thus, the MDE stands out for overcoming the inconsistencies presented by Fick's and Holliday's models, especially those related to adjusting the convection zone and describing the peak depth over time. These characteristics of the new model are also aligned with its statistical performance similar to the empirical Holliday's model and superior to the analytical Fick's model. Therefore, the semiempirical double exponential model, due to its ability to model chloride profiles at different exposure times and represent the related physical phenomena, offers a robust and reliable approach for predicting chloride concentration in concrete, contributing to the development of maintenance and rehabilitation strategies as well as the design of new structures more durable and sustainable.1 recurso online : PDF.application/pdfConcreto armado - CorrosãoConcreto - DurabilidadeEngenharia CivilDesenvolvimento de modelo semiempírico geral para previsão temporal da concentração de cloretos no concretoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - THIAGO ALESSI REICHERT.pdfapplication/pdf29089335https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/90187/1/R%20-%20D%20-%20THIAGO%20ALESSI%20REICHERT.pdfcddee0c2b3a800887dc7ffeed17fdd59MD51open access1884/901872024-10-11 19:43:44.446open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/90187Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082024-10-11T22:43:44Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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