Modelagem numérica da expansão do concreto devido à reação álcali-agregado

Abstract

Resumo: A reação álcali-agregado é uma reação química que ocorre entre os íons alcalinos liberados durante a hidratação do cimento e determinados minerais reativos pertencentes aoagregado. Esta reação provoca a expansão heterogênea do concreto, reduz importantes propriedades do concreto, como as resistências à compressão e à tração módulo deelasticidade, culminando com a redução da vida útil da estrutura.Prever danos provenientes da expansão pode sugerir meios de reduzir seus efeitos,e paratal previsão a ferramenta mais poderosa é a modelagem matemática. Dentre as diversasmetodologias apresentadas na atualidade,o modelo paramétrico é o que consegue melhoradaptar os diversos fatores que influenciam a reação e assim determinar a distribuiçãoespacial da expansão, bem como a sua taxa.Nesta metodologia, os fatores de reatividade dos constituintes do concreto, de temperatura, de umidade, de porosidade e de estado de tensões são normalizados a fim de seremcombinados através de uma equação constitutiva. Para melhor adaptação dos resultados obtidos pela modelagem matemática aos valores observados em campo, técnicas deotimização são empregadas.Neste trabalho é introduzida uma nova equação constitutiva no intuito de apresentar umaalternativa mais simples para representar a expansão devido à reação álcali-agregado. Estaé então analisada junto a outra equação constitutiva conhecida em um programa comercialde elementos finitos tri-dimensional.

Abstract: The alkali-aggregate reaction isa chemical reaction that occurs between alkali ions released during cement hydration and certain reactive minerals pertaining to the aggregate.This reaction provokes an heterogeneous expansion of the concrete, reduces importantproperties of the concrete, as compressive and traction strength and Young modulus,leading to the reduction of the structure useful life.Foreseeing the damages that the expansion may cause, suggests ways to reduce its effects,and for this, the most powerful tool is the mathematical modeling. Amongst the diversemethodologies presented nowadays, the parametric model is the one that better combinethe diverse factors that influence the reaction and thus determine the spacial distributionof the concrete expansion due to the alkali-aggregate reaction.In this methodology, the influence factors from the concrete constituents reactivity, temperature, humidity, porosity and tension are normalized inorder to be combined througha constitutive equation. To better adjust the results obtained in the mathematical modelwith the values observed in the real structure, optimization techniques are employed.In this work it is introduced a new constitutive equation which aims to present an easieralternative to represent the expansion due to alkali-aggregate reaction. Then, this newequation in analyzed with another known constitutive equation in a three-dimensionalfinite element comercial package.