Modelling of chloride transport in non-saturated concrete : from microscale to macroscale

Corrosion of steel bars embedded in concrete has a great influence on structural performance and durability of reinforced concrete. Chloride penetration is considered to be a primary cause of concrete deterioration in a vast majority of structures. Therefore, modelling of chloride penetration into concrete has become an area of great interest. The present work focuses on modelling of chloride transport in concrete. The differential macroscopic equations which govern the problem were derived from the equations at the microscopic scale by comparing the porous network with a single equivalent pore whose properties are the same as the average properties of the real porous network. The resulting transport model, which accounts for diffusion, migration, advection, chloride binding and chloride precipitation, consists of three coupled differential equations. The first equation models the transport of chloride ions, while the other two model the flow of the pore water and the heat transfer. In order to calibrate the model, the material parameters to determine experimentally were identified. The differential equations were solved by means of the finite element method. The classical Galerkin method was employed for the pore solution flow and the heat transfer equations, while the streamline upwind Petrov Galerkin method was adopted for the transport equation in order to avoid spatial instabilities for advection dominated problems. The finite element codes are implemented in Matlab® . To retrieve a good understanding of the influence of each variable and parameter, a detailed sensitivity analysis of the model was carried out. In order to determine the diffusive and hygroscopic properties of the studied concretes, as well as their chloride binding capacity, an experimental analysis was performed. The model was successfully compared with experimental data obtained from an offshore oil platform located in Brazil. Moreover, apart from the main objectives, numerous results were obtained throughout this work. For instance, several diffusion coefficients and the relation between them are discussed. It is shown how the electric field set up between the ionic species depends on the gradient of the species’ concentrations. Furthermore, the capillary hysteresis effects are illustrated by a proposed model, which leads to the determination of several microstructure properties, such as the pore size distribution and the tortuosity-connectivity of the porous network. El fenómeno de corrosión del acero de refuerzo embebido en el hormigón ha tenido gran influencia en estructuras de hormigón armado, tanto en su funcionalidad estructural como en aspectos de durabilidad. La penetración de cloruros en el interior del hormigón esta considerada como el factor principal en el deterioro de la gran mayoría de estructuras. Por lo tanto, la modelización numérica de dicho fenómeno ha generado gran interés. El presente trabajo de investigación se centra en la modelización del transporte de cloruros en el interior del hormigón. Las ecuaciones diferenciales que gobiernan los fenómenos a nivel macroscópico se deducen de ecuaciones planteadas a nivel microscópico. Esto se obtiene comparando la red porosa con un poro equivalente, el cual mantiene las mismas propiedades de la red porosa real. El modelo está constituido por tres ecuaciones diferenciales acopladas que consideran el transporte de cloruros, el flujo de la solución de poro y la transferencia de calor. Con estas ecuaciones se tienen en cuenta los fenómenos de difusión, migración, advección, combinación y precipitación de cloruros. El análisis llevado a cabo en este trabajo ha definido los parámetros necesarios para calibrar el modelo. De acuerdo con ellas, se seleccionaron los ensayos experimentales a realizar. Las ecuaciones diferenciales se resolvieron mediante el método de elementos finitos. El método clásico de Galerkin se empleó para solucionar las ecuaciones de flujo de la solución de poro y de la transferencia de calor, mientras que el método streamline upwind Petrov-Galerkin se utilizó para resolver la ecuación de transporte de cloruros con la finalidad de evitar inestabilidades espaciales en problemas con advección dominante. El código de elementos finitos está implementado en Matlab® . Con el objetivo de facilitar la comprensión del grado de influencia de cada variable y parámetro, se realizó un análisis de sensibilidad detallado del modelo. Se llevó a cabo una campaña experimental sobre los hormigones estudiados, con el objeto de obtener sus propiedades difusivas, químicas e higroscópicas. El modelo se contrastó con datos experimentales obtenidos en una plataforma petrolera localizada en Brasil. Las simulaciones numéricas corroboraron los datos experimentales. Además, durante el desarrollo de la investigación se obtuvieron resultados paralelos a los planteados inicialmente. Por ejemplo, el análisis de diferentes coeficientes de difusión y la relación entre ellos. Así como también se observó que el campo eléctrico establecido entre las especies iónicas disueltas en la solución de poro depende del gradiente de concentración de las mismas. Los efectos de histéresis capilar son expresados por el modelo propuesto, el cual conduce a la determinación de una serie de propiedades microscópicas, tales como la distribución del tamaño de poro, además de la tortuosidad y conectividad de la red porosa.

Los programas de regularización urbana en Brasil y su adecuación a los nuevos paradigmas urbanos tras el "Estatuto da Cidade": un estudio de casos en la ciudad de Porto Alegre, Rio Grande do Sul

En América Latina, y en Brasil en particular, las ocupaciones informales de la tierra urbana se tornaran un fenómeno generalizado en todas las ciudades, hecho que evidencio una serie de problemas urbanos y de ineficiencia en el proveimiento de los derechos básicos de los ciudadanos, principalmente el derecho a la morada digna, con eso, trajo la necesidad de priorización de política publicas curativas, como los programas de regularización urbana, cuyo objetivo es la inserción de las ocupaciones informales en la ciudad formal, con todos los impactos que eso genera: urbanísticos, legales, sociales y económicos. La ley federal intitulado Estatuto da Cidade (EC), reglamentada en 2001, es entendida como un avanzo jurídico por justamente intentar contrabalancear ese contexto, trayendo una serie de principios e instrumentos que buscan garantizar la función social de la propiedad y de la ciudad. Esa nueva lógica, en la teoría, tiene que ser la base de todas las políticas urbanas del país. Con eso, esa tesis tiene como objetivo evaluar si, realmente, los programas de regularización urbana desarrollados en Brasil cumplen con los dictámenes de dicha legislación. Para eso, fue elegido la metodología del estudio de caso, que fue desarrollado en la ciudad de Porto Alegre, capital del Rio Grande do Sul. Primero fue analizado el Estatuto da Cidade, para la definición de los principios de evaluación, luego, fue propuesto un sistema de evaluación, que fue aplicado en los dos casos estudiados: un anterior a la promulgación del EC, el Condominio dos Anjos, que serbio como parámetro referencial, y otro desarrollado tras la promulgación de dicha legislación, el Programa Integrado Entrada da Cidade (PIEC). Tras los análisis, se puede concluir que la legislación federal efectivamente no ha tenido el reflejo necesario, como conclusiones principales se puede citar: que la legislación municipal de Porto Alegre desde la década 90 ya tenía avances considerables, incluso algunos sirvieron de ejemplo en la elaboración del EC, luego, eso puede explicar el bajo impacto percibido; y que el principal fiscalizador y delineador de la política urbana es el financiador del programa, luego, muchas estrategias y dibujos proyectuales dependen de la línea de dicha financiación. ABSTRACT In Latin America, and Brazil in particular, informal urban land occupations pervasive be turned into all cities, a fact evidenced a series of urban problems and inefficiency to provide the basic rights of citizens, mainly the right to a decent housing, with that, brought the need for prioritization of public policy, such as urban regularization programs, aimed at the inclusion of informal occupations in the formal city, with all the impacts that generates: urban, legal, social and economic. Federal law entitled Estatuto da Cidade (EC), regulated in 2001, is understood as a legal advanced for just try to counterbalance this context, bringing a number of principles and instruments that seek to guarantee the social function of property and the city. This new logic, in theory, has to be the basis of all urban policies of the country. With that, this thesis aims to assess whether urban regularization programs developed in Brazil, actually, comply with the dictates of that legislation. For that, it was elected the methodology of the case study, which was developed in the city of Porto Alegre, capital of Rio Grande do Sul, Brazil. It was first analyzed the EC, for defining the principles for evaluation, then, was proposed an evaluation system, which was applied in two case studies: one before the promulgation of the EC, the Condominio dos Anjos, which used as a reference parameter, and another developed following the enactment of this legislation, the Program Integrate Entrada da Cidade (PIEC). After the analysis, it can be concluded that the federal legislation has not actually had the reflection necessary, main conclusions can be cited: the municipal legislation in Porto Alegre, since the early 90s, had considerable progress, including some served as an example in developing the EC, then, that may explain the low perceived impact; the principal auditor and eyeliner urban policy is the founder of the program, of course, many strategies and project drawings depend on the line of financing.

Evaluación del impacto del programa Monumenta en los centros históricos del sur de Brasil : los casos de Pelotas, Porto Alegre (Rio Grande do Sul) y São Francisco do Sul (Santa Catarina)

Esta Tesis tiene como objetivo demostrar que los programas de preservación del patrimonio, durante su fase de implementación, deben someterse a un análisis multidisciplinar que haga un balance de su ejecución. Dicho análisis permitirá identificar resultados significativos, capaces de fundamentar la rectificación de las bases conceptuales de la política pública en cuestión. Este reajuste podrá darse, por lo tanto, durante su vigencia y, de forma más relevante, posteriormente, sus motivos y resultados permitirán elaborar nuevas estrategias que serán aplicadas en futuros programas de intervención. Por otro lado se indagó, además, si las ciudades participantes en un programa nacional de preservación del patrimonio, regidas por normas y metas comunes, podrían alcanzar resultados diferentes. Para atender a estos objetivos, la investigación se encuentra enfocada a la realidad brasileña, siendo seleccionado como objeto de estudio el Programa Monumenta. Este Programa formó parte de la política pública cultural del Ministerio de Cultura con una importante implicación del Banco Interamericano de Desarrollo. Implementado a partir de 1999, procuró promover un proceso de recuperación urbana sostenible y de preservación del patrimonio de 26 Sitios Históricos Urbanos o Conjuntos de Monumentos Urbanos protegidos por el Instituto del Patrimonio Histórico y Artístico Nacional (Iphan). El Programa contó con el apoyo de la Unesco y del Iphan, así como con la participación de las Administraciones Municipales y/o Estatales, sectores privados y la sociedad civil. Las hipótesis planteadas en esta Tesis Doctoral fueron: (a) el análisis de los resultados en la fase de implementación de un programa de preservación del patrimonio es imprescindible, porque permite extraer conclusiones preliminares y orientar sus reformas; (b) los objetivos a corto plazo establecidos por el Programa Monumenta fueron alcanzados de modo diferenciado en las distintas ciudades beneficiadas; (c) a pesar de las diferencias, el Programa Monumenta presentó resultados preliminares positivos y significativos en la preservación del patrimonio histórico urbano brasileño. Los procedimientos metodológicos se centraron en un análisis cuantitativo, cualitativo y comparativo de los resultados alcanzados por tres ciudades beneficiadas por el Programa Monumenta, seleccionadas según su tamaño poblacional: Pelotas, Porto Alegre (Estado de Rio Grande do Sul) y São Francisco do Sul (Estado de Santa Catarina). Estos procedimientos fueron aplicados en los siguientes indicadores: utilización de los equipamientos culturales, características de la población y de los domicilios, variación de las actividades económicas, financiación destinada al sector privado para la recuperación de inmuebles y el fomento de la seguridad urbana. La Tesis ha englobado discusiones y conceptos abordados en las disciplinas de la Sociología Urbana, Geografía Urbana, Historia, Economía y Estadística de modo que se atribuye al objeto de investigación una visión interdisciplinar que ayudará a la comprensión de la teoría y la práctica preservacionistas. El análisis de la varianza, la regresión lineal y el análisis factorial fueron las herramientas estadísticas aplicadas sobre los datos con el objetivo de constatar la significación de los resultados y la relación de correspondencia entre algunas variables. Esta Tesis contribuye a la elaboración de una metodología analítica que puede ser aplicada en el cálculo de la superficie ocupada por las actividades económicas, con base en el método estadístico del Diagrama de Caja y Bigotes, de John Wilder Tukey. Las conclusiones corroboran las hipótesis planteadas y pretenden contribuir al diseño de las nuevas políticas públicas de preservación de sitios históricos de carácter urbano, enfatizando, con ello, la necesidad de evaluaciones más profundas de los resultados durante su fase de implementación. ---------------------------------------------------------------------------------- RESUMO--------------------------------------------------------------------------- A presente Tese apresenta como objetivo principal demonstrar que os programas de preservação do patrimônio histórico, durante a sua fase de implementação, necessitam de uma análise multidisciplinar sobre a sua execução. Essa análise permite identificar resultados significativos, capazes de fundamentar a retificação das bases conceituais da política pública em questão. A correção poderá, portanto, ser realizada tanto durante a sua vigência como posteriormente, ao permitir a elaboração de novas estratégias a serem aplicadas nos futuros programas de intervenção. Por outro lado, indagou-se se cidades participantes de um mesmo programa nacional de preservação do patrimônio histórico, regidas por normas e metas comuns, poderiam alcançar resultados não similares. Para atender tais objetivos, a investigação enfoca a realidade brasileira, tendo sido selecionado o Programa Monumenta como objeto de estudo. Esse Programa fez parte de uma política pública cultural do Ministério da Cultura, que atuou em parceria com o Banco Interamericano de Desenvolvimento. Implantado em nível nacional, a partir de 1999, visava promover um processo de recuperação urbana sustentável, bem como a preservação do patrimônio de 26 Sítios Urbanos Históricos ou Conjuntos de Monumentos Urbanos, protegidos pelo Instituto do Patrimônio Histórico e Artístico Nacional (Iphan). O Programa contou com o apoio da Unesco e do Iphan, além da participação das Administrações Municipais e/ou Estaduais, setores privados e sociedade civil. As hipóteses estabelecidas nesta Tese Doutoral foram: (a) a análise dos resultados na fase de implementação de um programa de preservação do patrimônio é imprescindível, pois permite extrair conclusões preliminares e orientar as suas reformulações; (b) os objetivos em curto prazo, estabelecidos pelo Programa Monumenta, foram alcançados de modo diferente pelas cidades beneficiadas; (c) apesar das diferenças, o Programa Monumenta apresentou resultados preliminares positivos e significativos sobre a preservação do patrimônio histórico urbano brasileiro. Os procedimentos metodológicos se centraram em análises quantitativa, qualitativa e comparativa dos resultados alcançados em três cidades beneficiadas pelo Programa Monumenta, selecionadas de acordo com o tamanho populacional: Pelotas, Porto Alegre (Estado do Rio Grande do Sul) e São Francisco do Sul (Estado de Santa Catarina). Esses procedimentos foram aplicados nos seguintes indicadores: utilização dos equipamentos culturais, características da população e dos domicílios, atividades econômicas, financiamento destinado ao setor privado para a recuperação dos imóveis e, ainda, o fomento da segurança urbana. A Tese inclui discussões e conceitos abordados nas disciplinas de Sociologia Urbana, Geografia Urbana, História, Economia e Estatística, de modo a atribuir ao objeto de investigação uma visão interdisciplinar e uma compreensão entre a teoria e a prática preservacionista. A análise de variância, regressão linear e análise fatorial foram as técnicas estatísticas aplicadas sobre os dados, com o objetivo de constatar a significação dos resultados e a relação de correspondência entre algumas variáveis. Esta Tese contribui com a elaboração de uma metodologia aplicada no cálculo da superfície ocupada pelas atividades econômicas, utilizando como método estatístico o Diagrama de Caixa e Bigodes, de John Wilder Tukey. As conclusões corroboram com as hipóteses estabelecidas e pretendem contribuir para o desenho de novas políticas públicas de preservação de sítios históricos de caráter urbano, enfatizando a necessidade de avaliações mais profundas dos resultados durante a sua fase de implementação. ---------------------------------------------------------------------------------- ABSTRACT ---------------------------------------------------------------------------------- The main goal of this PhD. Thesis is to demonstrate that a multidisciplinary analysis is needed during the implementation phase of preservation of heritage programmes. Such analysis allows the identification of significant results, which in turn can serve as the foundation for the conceptual bases of the public policy at hand. Thus, any corrections can be made both during the programme and afterward, by introducing new strategies to be applied in future intervention programmes. On the other hand, this project also asks whether cities participating in the same national preservation of heritage programme with common rules and goals can achieve distinct results. In order to meet these objectives, the project chose Brazil as its focus and Monumenta Programme for its object of study. This Programme is part of the Ministry of Culture’s public cultural policy, and was developed with cooperation by the Inter-American Development Bank. Implemented at the national level in 1999, the Programme aimed at promoting a process of sustainable urban renewal and the preservation of 26 urban historic sites or urban monumental ensembles, protected by the National Historic and Artistic Heritage Institute (IPHAN). UNESCO and IPHAN supported the Programme, and participants included municipal and state offices, private businesses, and local residents. The hypotheses established in this Doctoral Thesis were: (a) the analysis of the results in the implementation phase of a cultural public policy is imperative, because it enables preliminary conclusions to be drawn and orientate reforms; (b) the short-term objectives set out in the Monumenta Programme were achieved differently in the benefitted cities; (c) despite the differences, the Monumenta Programme displayed significant positive preliminary results in the conservation of the urban historic heritage in Brazil. Methodology procedures centered around quantitative, qualitative, and comparative analyses of the results achieved in three benefiting cities, selected according to population size: Pelotas, Porto Alegre (Rio Grande do Sul State) and São Francisco do Sul (Santa Catarina State). These procedures were applied to the following indicators: the use of the cultural facilities, characteristics of the population and the residential housing, variation of the economic activities, financing destined for the recovery of real estate, and promoting urban safety. The Thesis includes discussions and concepts addressed in urban sociology, urban geography, history, economics, and statistics, in order to examine the object of study with an interdisciplinary eye and an understanding between preservation theory and practice. Variance analysis, linear regression, and factorial analysis were the statistical techniques applied to the data, with the goal of defining the significance of the results and the correspondence ratio between some of the variables. This Thesis attempted to elaborate an applied methodology for calculating the space occupied by economic activities, using John Wilder Tukey's statistical method of Box-and-Whisker Plot. The conclusions corroborated the hypotheses established and are meant to contribute to the design of new public policies of historical site preservation in urban settings, emphasizing the need for deeper evaluations of the results during the implementation phase.