Submitted by Edileide Reis (leyde-landy@hotmail.com) on 2014-09-11T12:35:27Z No. of bitstreams: 1 Mayane Leite da Nobrega.pdf: 439822 bytes, checksum: 78840ac132654a75047c45bc9088bca0 (MD5) / Approved for entry into archive by Fatima Cleômenis Botelho Maria (botelho@ufba.br) on 2014-09-11T15:55:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Mayane Leite da Nobrega.pdf: 439822 bytes, checksum: 78840ac132654a75047c45bc9088bca0 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-11T15:55:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mayane Leite da Nobrega.pdf: 439822 bytes, checksum: 78840ac132654a75047c45bc9088bca0 (MD5) / As leis da termodinâmica foram obtidas a partir da busca dos cientistas por explicações para o funcionamento teórico da máquina térmica e de como maximizar seu rendimento. Para o desenvolvimento da termodinâmica enquanto ciência foram muitos os cientistas que contribuíram fortemente, entre os quais se encontram: Sadi Carnot (1796-1832), como o primeiro engenheiro a apresentar interesses em investigar teoricamente o funcionamento das máquinas térmicas; James Prescott Joule (1818-1889), pelo seu princípio de conservação da energia; Rudolf Clausius (1822-1888) e William Thomson (1824-1907) pelos seus respectivos enunciados da segunda lei da termodinâmica; e Max Planck (1858-1947) pela síntese realizada no final do século XIX que apresentava uma visão geral do campo. A presente investigação tem como objetivo apresentar a evolução do pensamento de Thomson e sua contribuição na construção da segunda lei, destacando sua relação com outros pensadores que o influenciaram nesta trajetória.

As estruturas de concreto armado são um dos tipos de estrutura mais utilizados no mundo e quando localizadas em ambientes não agressivos, respeitam a vida útil para a qual foram projetadas. Entretanto, a durabilidade dessas estruturas pode ser fortemente reduzida por processos de degradação de origens ambientais e/ou funcionais. Dentre esses processos, destacam-se aqueles que desencadeiam a corrosão das armaduras, sendo a difusão de cloretos um dos fatores de maior importância no desencadeamento do processo corrosivo. Apesar da robustez de diversos modelos propostos na literatura, abordagens determinísticas frequentemente falham ao prever o tempo de início da corrosão devido à enorme e à inerente aleatoriedade envolvida nesse processo. Neste contexto, a durabilidade pode ser mais realisticamente representada por meio de modelos probabilísticos. Este trabalho apresenta uma formulação numérica, baseada no Método dos Elementos Finitos (MEF), para a determinação de cenários de falha de vigas de concreto armado submetidas à penetração de cloretos. Nessa formulação, a não linearidade física do concreto é descrita pelo modelo de dano de Mazars e a variação da concentração de cloretos no interior do concreto é determinada por meio da segunda lei de Fick. Além disso, as leis de corrosão de Faraday são adotadas para a determinação da taxa de redução das áreas de aço ao longo do tempo. A partir das cargas de colapso calculadas pelo modelo mecânico, as probabilidades de falha são determinadas utilizando o algoritmo de confiabilidade FORM. Os resultados obtidos mostram a influência da corrosão na segurança estrutural de estruturas de concreto armado ao longo do tempo, assim como, seu impacto na durabilidade dessas estruturas. / Reinforced concrete structures are one of the most commonly used types of structures in the world and when these structures respects the structural life predicted when it is located in non-aggressive environments. However, the durability of these structures can be strongly reduced by degradation processes caused by environmental and/or functional origins. Among these processes, those related to reinforcement\'s corrosion are more outstanding, being the chloride diffusion one of most important factors that triggers the corrosion process. Despite the robustness of several models proposed in literature, deterministic approaches often fail to predict the time of corrosion initiation due to the huge inherent randomness involved in the process itself. In this context, the durability can be more realistically represented by probabilistic models. This work presents a numerical formulation based on the Finite Element Method (FEM) to determine the failure configuration of reinforced concrete beams subjected to chloride penetration. In this formulation, the non-linearity of the concrete is described by Mazars damage model and the variation of chloride concentration along concrete cover is determined by Fick\'s second law. Moreover, Faraday\'s law concerning corrosion is adopted in order to determine the reduction rate of steel areas over a period of time. The probabilities of failure are determined using the reliability algorithm FORM, which accounts the collapse Sloads calculated by the mechanical model. The results showed the influence of corrosion phenomenon on the structural safety of reinforced concrete along time as well as its impact on the structural durability.

As estruturas de concreto armado são um dos tipos de estrutura mais utilizados no mundo e quando localizadas em ambientes não agressivos, respeitam a vida útil para a qual foram projetadas. Entretanto, a durabilidade dessas estruturas pode ser fortemente reduzida por processos de degradação de origens ambientais e/ou funcionais. Dentre esses processos, destacam-se aqueles que desencadeiam a corrosão das armaduras, sendo a difusão de cloretos um dos fatores de maior importância no desencadeamento do processo corrosivo. Apesar da robustez de diversos modelos propostos na literatura, abordagens determinísticas frequentemente falham ao prever o tempo de início da corrosão devido à enorme e à inerente aleatoriedade envolvida nesse processo. Neste contexto, a durabilidade pode ser mais realisticamente representada por meio de modelos probabilísticos. Este trabalho apresenta uma formulação numérica, baseada no Método dos Elementos Finitos (MEF), para a determinação de cenários de falha de vigas de concreto armado submetidas à penetração de cloretos. Nessa formulação, a não linearidade física do concreto é descrita pelo modelo de dano de Mazars e a variação da concentração de cloretos no interior do concreto é determinada por meio da segunda lei de Fick. Além disso, as leis de corrosão de Faraday são adotadas para a determinação da taxa de redução das áreas de aço ao longo do tempo. A partir das cargas de colapso calculadas pelo modelo mecânico, as probabilidades de falha são determinadas utilizando o algoritmo de confiabilidade FORM. Os resultados obtidos mostram a influência da corrosão na segurança estrutural de estruturas de concreto armado ao longo do tempo, assim como, seu impacto na durabilidade dessas estruturas. / Reinforced concrete structures are one of the most commonly used types of structures in the world and when these structures respects the structural life predicted when it is located in non-aggressive environments. However, the durability of these structures can be strongly reduced by degradation processes caused by environmental and/or functional origins. Among these processes, those related to reinforcement\'s corrosion are more outstanding, being the chloride diffusion one of most important factors that triggers the corrosion process. Despite the robustness of several models proposed in literature, deterministic approaches often fail to predict the time of corrosion initiation due to the huge inherent randomness involved in the process itself. In this context, the durability can be more realistically represented by probabilistic models. This work presents a numerical formulation based on the Finite Element Method (FEM) to determine the failure configuration of reinforced concrete beams subjected to chloride penetration. In this formulation, the non-linearity of the concrete is described by Mazars damage model and the variation of chloride concentration along concrete cover is determined by Fick\'s second law. Moreover, Faraday\'s law concerning corrosion is adopted in order to determine the reduction rate of steel areas over a period of time. The probabilities of failure are determined using the reliability algorithm FORM, which accounts the collapse Sloads calculated by the mechanical model. The results showed the influence of corrosion phenomenon on the structural safety of reinforced concrete along time as well as its impact on the structural durability.

Orientador: Rubén Augusto Romero Lázaro / Resumo: A análise de sistemas altamente complexos quando e analizado o problema de planejamento de expansão de redes de transmissão de longo prazo, é o foco principal deste trabalho. Os modelos e metodos propostos são aplicados ao problema de planejamento estático tradicional, que é um problema de otimização matemática classificado como NP-completo, não-linear inteiro misto. O qual envolve no investimento, variáveis operacionais contínuas e variáveis inteiras. O comportamento normal de cada sistema pode conter informação essencial para a criação de novos métodos, como os planos de corte baseados em cortes de diferença de ângulos para problemas de grande escala, o que é a base é o ponto de partida deste trabalho, derivando em desigualdades válidas é ciclos críticos. Os cortes angulares básicos reduzem o espaço de busca do problema e o tempo total de cálculo deste problema, enquanto ao método de inequações válidas que pode ser usado para fornecer limites inferiores sólidos no investimento ótimo do planejamento de transmissão, já que a diferença entre o modelo DC (modelo exato) e o modelo de transporte (modelo mais relaxado) são as restrições angulares. Os ciclos críticos têm sido desenvolvidos para melhoraralguns dos modelos tradicionais do problemas de planejamento da expansão da rede de transmissão de longo prazo. A razão por trás disso é a ausência da segunda lei de Kirchhoff, que completa a representação do sistema, mas aumenta a complexidade. Para resolver os problemas resultantes... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The analysis of highly complex systems when solving the long-term transmission network expansion planning problem is the main focus of this work. The proposed improved models and methodology are applied to the traditionalstatic planning problem, which is a mathematical optimization problem classified as NP-complete and mixed-integer nonlinear problem. It involves continuousoperating variables and integer investment variables. The normal behavior of each system can be shown essential information to the creation of new methods, as the cutting-planes based in bus-angle difference cuts for large-scale problems which were the starting point of this work, deriving in valid inequalities and critic cycles. The angular cuts aim to reduce the search space of the problem and the total computation time of this NP-hard problem as for the valid inequalities methodthat can be used to provide strong lower bounds on the optimal investment of the transmissionplanning, since the difference between the DC model (exact model) and the transport model (more relaxed model) are the angular constraints. Critic cycles has been develop in order to improve some of the traditional long-term transmission network expansion planning problem models. The reason behind it is the absence of second Kirchhoff’s law which completes the representationof the system, but increase the complexity. In order to solve the resulting problems, this work uses the modeling language AMPL with the solver CPLEX. In test systems w... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor