Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/1822/2675

TítuloProbability-based durability analysis of concrete structures in marine environment
Autor(es)Ferreira, Rui Miguel
Orientador(es)Jalali, Said
Data2004
Resumo(s)A majority of concrete structures in marine environment shows signs of degradation due to the corrosion of the reinforcement in the presence of chlorides. In some cases, the degradation is visible within a few years of construction completion. Despite the fact that the marine environment is particularly sever, other factors affect the premature degradation due to corrosion, such as: poor construction quality as a result of poor workmanship; inadequate standards based on prescriptive measures; and poor design as a result of insufficient information with regards to the parameters that influence the degradation process. While standards are gradually improving, with the tendency to become performance based in future, much information is needed to assist the designer in the decision making process. This research work is aimed at providing designers with adequate means for probability – based durability analysis of concrete structures in marine environment. A durability model for the reinforcement corrosion, based on the second Law of Fick, is developed that takes into account the time dependant parameter for diffusion coefficient and the influence of temperature. The model has been developed primarily for providing a general basis for durability analysis of concrete structures in marine environment. Such a durability analysis can be applied for obtaining a more controlled durability and the long-term performance durability design of new concrete structures, as well as, an improved basis for condition assessment of existing concrete structures in marine environment. The model has been developed to satisfy a balanced compromise of practicality and robustness. The existing models are either difficult to use due to the complexity of calculations, and the fact that they require sophisticated tests for collecting the necessary data, or are too simplistic to provide reliable results. The proposed model requires few basic data, either available or easily obtainable, without compromising its scientific robustness and validity. As an extension of the model a probability - based software is proposed for the durability analysis. The parameters of the model have been discussed and the sensitivity of the model towards these parameters is analysed. Results show that the proposed software provides valuable information indicating the effect of each parameter on the outcome and the extent in which these parameters should be stochastically defined. Further, the proposed model was validated comparing the results from the assessments of the structures with the outcome of the probabilistic simulation of the service life of the structure. The effect small changes in parameters have on the overall performance can be rapidly evaluated. Through the use of the proposed model, the designer can appreciate the consequences of design options on the concrete and the structure. The importance of correct temperature use in the model is demonstrated with two examples, one at 10 ºC and another at 20 ºC. An increase (more than double) in the time to reach the serviceability limit was observed. The results from this investigation demonstrate that the analysis of the durability performance of the structures can be expanded and improved by using the proposed model, in relation to the traditional condition assessment.
A maior parte das estruturas de betão armado em ambiente marítimo demonstram sinais de degradação resultante da corrosão das armaduras na presença de cloretos. Nalguns casos, a degradação é visível poucos anos após a construção da estrutura. Se bem que o ambiente marítimo é extremamente severo, existem outros factores que afectam a degradação prematura do betão, tais como: a fraca qualidade da construção resultante da falta de mão de obra especializada; normas baseadas em requisitos prescritivos; projectos desadequados devido à falta de informação em relação aos parâmetros que influenciam o processo da degradação. Enquanto que as normas, de uma forma geral, estão a melhorar, com a tendência a basearem-se cada vez mais em requisitos de desempenho, ainda há necessidade em auxiliar o projectista na especificação da durabilidade da estrutura. Este trabalho de investigação está centrado em fornecer aos projectista meios adequados para uma análise probabilística da durabilidade da estruturas de betão armado em ambiente marítimo. Um modelo de durabilidade para a corrosão da armadura baseado na segunda Lei de Fick é desenvolvido tendo em conta a dependência do coeficiente de difusão com o tempo e com a temperatura. O modelo foi desenvolvido essencialmente para servir como um suporte para a análise da durabilidade de estruturas de betão armado em ambiente marítimo. Uma análise desta natureza pode ser aplicada tanto ao controlo da durabilidade e do desempenho a longo prazo de novas estruturas de betão armado, como à avaliação do estado de degradação de estruturas existentes em ambiente marítimo. O modelo proposto é desenvolvido por forma a conciliar a facilidade de uso com a robustez científica. Modelos existentes ou são demasiado complicados para serem utilizados de uma forma prática, i.e. requerem normalmente ensaios sofisticados para recolher os dados necessário, ou, são excessivamente simplificados para fornecerem resultados fiáveis. O modelo proposto requer poucos dados básicos que, estão facilmente disponíveis, ou poderão ser obtidos com relativa simplicidade, sem contudo comprometer a robustez e validade científica. Como extensão natural do modelo, é proposto um software baseado na metodologia probabilística para a análise da durabilidade. Os parâmetros do modelo foram estudados, e a sensibilidade do modelo a variação destes é analisada. Os resultados demonstram que o software proposto fornece informações valiosas no que respeite à influência de cada parâmetro na análise da durabilidade, e na forma como estes devem ser quantificados estocasticamente. O modelo proposto foi validado com resultados obtidos de estruturas existentes. Através das simulações probabilísticas o efeito de alterações dos parâmetros do modelo no desempenho da estrutura pode ser eficazmente avaliado. Recorrendo ao software, o projectista pode avaliar a consequência de opções de projecto no betão e na estrutura. A importância de utilização de temperaturas prevalecentes no local da obra é demonstrada através de exemplos analisados a 10 ºC e 20 ºC. Os resultados desta investigação realçam que a análise do desempenho de durabilidade das estruturas pode ser expandida e melhorada com recurso ao modelo proposto quando comparado com a avaliação da durabilidade tradicional.
TipodoctoralThesis
Descrição[Tese de doutoramento em Engenharia Civil]
URIhttp://hdl.handle.net/1822/2675
AcessoopenAccess
Aparece nas coleções:BUM - Teses de Doutoramento
CEC-MAT - Teses de Doutoramento

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