Uma Revisão dos Modelos Matemáticos Preditivos da Reação Álcali-Sílica em Concrete: evolução, compreensão atual e as lacunas de conhecimento
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v10i11.19810Palavras-chave:
Reação Álcalis-Sílica; Modelagem matemática; Revisão sistemática; Análise bibliométrica; Meta-análise.Resumo
Modelos matemáticos preditivos foram propostos na reação álcalis-sílica (ASR). A previsão da degradação do concreto e seus efeitos sobre as propriedades mecânicas é interessante dado o longo tempo até que a degradação se torne crítica para intervenção e recuperação, bem como o difícil acesso estrutural para monitoramento e tratamento preditivo e corretivo. O presente trabalho apresenta uma visão geral da evolução dos modelos matemáticos preditivos acima mencionados, inter-relacionando-os ao amadurecimento do estado da arte fenomenológico associado ao ASR. Para este fim, foi utilizada uma revisão sistemática da literatura, seguida de análise bibliométrica e meta-análise. Neste estudo, foram selecionados 104 artigos de 1974 a 2020, dos quais 31 artigos foram revisados sobre o tema da modelagem matemática de RAS. Os resultados do método indicaram a importância da abordagem metodológica da revisão bibliográfica ao fornecer uma visão abrangente e cronológica da evolução do RAS consolidada na literatura. Verificou-se que os modelos matemáticos evoluíram tendo em conta a abordagem fenomenológica da RAS. Algumas perspectivas futuras de investigação são também sugeridas e discutidas neste artigo.
Referências
Allahyari, H., Heidarpour, A., Shayan, A. & Nguyen, V. P. (2020). A robust time-dependent model of alkali-silica reaction at different temperatures, Cem. Composite Concr. 106, 103460.
Arrais, M. S. M. C. (2011). Reação álcali-silicato: avaliação do comportamento de agregados graúdos da região metropolitana do Recife frente a diferentes tipos de cimento. Universidade Federal de Pernambuco.
ASTM, C. 1260-14. American Society for Testing and Materials, Standard Test Method for Potential Alkali Reactivity of Aggregates (Mortar-Bar Method), Annu. B. ASTM Stand. 4 (n.d.).
Baek, S., Yoon, D. Y., Lim, K. J., Cho, Y. K., Seo, Y. L. & Yun, E. J. (2018). The most downloaded and most cited articles in radiology journals: a comparative bibliometric analysis. European Radiology, 28, 4832–4838. https://doi.org/10.1007/s00330-018-5423-1
Bangert, F., Kuhl, D. & Meschke, G. (2004).Chemo-hygro-mechanical modelling and numerical simulation of concrete deterioration caused by alkali-silica reaction. Int. J. Numer. Anal. Methods Geomech. 28..689–714. https://doi.org/10.1002/nag.375.
Bazant, Z.P. & Rahimi-Aghdam, S. (2017).Diffusion-controlled and creep-mitigated asr damage via microplane model. I: Mass concrete, J. Eng. Mech. 143. https://doi.org/10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0001186.
Bazant, Z. P., Zi, G. & Meyer, C.(2000). Fracture mechanics of ASR in concretes with waste glass particles of different sizes. J. Eng. Mech. 126. 226–232. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(2000)126:3(226).
Bazant, Z. P. & Steffens, A. (2000).Mathematical model for kinetics of alkali-silica reaction in concrete. Cem. Concr. Res. 30. 419–428. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(99)00270-7.
Carasek, H., Cascudo, O. & Gomes, G.C. (2016).Contribuição à previsão de danos para estruturas de concreto atacadas pela reação álcali-agregado. Rev. IBRACON Concreto e Construções. 83. pp.30–38.
Carles-Gibergues, A. & Hornain, H. (2014). A durabilidade do concreto frente às reações expansivas de origem endógena, Durabilidade Do Concreto Bases Científicas Para a Formulação Concretos Duráveis Acordo Com o Ambient. Tradução Cascudo, O., Carasek, H.
Capra, B. & Bournazel, J.-P. (1998).Modeling of induced mechanical effects of alkali-aggregate reactions. Cem. Concr. Res. 28. 251–260. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(97)00261-5.
Charpin, L. & Ehrlacher, A. (2014).Microporomechanics study of anisotropy of ASR under loading. Cem. Concr. Res. 63.143–157. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2014.05.009.
Comby-Peyrot, I., Bernard, F., Bouchard,P.-O., Bay, F. & Garcia-Diaz, E. (2009).Development and validation of a 3D computational tool to describe concrete behaviour at mesoscale. Application to the alkali-silica reaction. Comput. Mater. Sci. 46. 1163–1177. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2009.06.002.
Denyer, D. & Tranfield, D. (2009). Producing a systematic review. In D. A. Buchanan & A. Bryman (Eds.), The SAGE handbook of organizational research methods. 671–689. Sage Publications Ltd.
Dormieux, L., Lemarchand, E., Kondo, D., Fairbairn, E. (2004). Elements of poro-micromechanics applied to concrete. Mater. Struct. Constr. 37. 31–42. https://doi.org/10.1007/bf02481625.
Dunant, C. F. & Scrivener, K. L. (2010). Micro-mechanical modelling of alkali–silica-reaction-induced degradation using the AMIE framework. Cem. Concr. Res. 40. 517–525. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2009.07.024.
Esposito, R. & Hendriks, M. A. N. (2019). Literature review of modelling approaches for ASR in concrete: a new perspective, Eur. J. Environ. Civ. Eng. 1311–1331. https://doi.org/10.1080/19648189.2017.1347068.
Esposito, R. & Hendriks, M. A. N. (2016). A multiscale micromechanical approach to model the deteriorating impact of alkali-silica reaction on concrete. Cem. Concr. Compos. 70. 139–152. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2016.03.017.
Gomes, G. C. (2017). Modelos preditivos de dano aplicados a estruturas de concreto atacadas por reação álcali-sílica: uma revisão sistemática da literatura. Universidade Federal de Goiás.
Grant, M. J.; Booth, A. (2009). A typology of reviews: an analysis of 14 review types and associated methodologies. Health information and libraries journal, 26, 91–108. https://doi.org/10.1111/j.1471-1842.2009.00848.x
Grymin, W., Koniorczyk, M., Pesavento, F. & Gawin, D. (2017). Numerical Model of the Alkali-silica Reaction Development with External Source of Alkalis. in: Procedia Eng. 509–516. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.06.244.
Hirche, D. & Wolff, G. (1974). Diffusion und ionenaustausch bei der alkali-kieselsäurereaktion. Cem. Concr. Res. 4. 609–621. https://doi.org/10.1016/0008-8846(74)90010-6.
Hobbs, D.W. (1981). Discussion: The alkali–silica reaction—a model for predicting expansion m mortar. Mag. Concr. Res. 33. 208–220.
Itam, Z., Beddu, S., Mohammad, D., Kamal, N. L. M., Razak, N. A. & Hamid, Z. A. A. (2019). Simulation of alkali-silica reaction model in a concrete gravity dam at the macroscale and mesoscale, in: Mater. Today Proc., 717–726. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.06.355.
Itam, Z. & Husain, H. (2015).Modeling of alkali-silica reaction in a two phased material model. J. Teknol. 76. 13–17. https://doi.org/10.11113/jt.v76.5637.
Kawabata, Y., Seignol, J.-F., Martin, R.-P & Toutlemonde, F. (2017). Macroscopic chemo-mechanical modeling of alkali-silica reaction of concrete under stresses. Constr. Build. Mater. 137. 234–245. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.01.090.
Larive, C. (1997). Apports combinés de l’expérimentation et de la modélisation à la compréhension de l’alcali-réaction et de ses effets mécaniques.
Léger, P., Côté, P. & Tinawi, R. (1996). Finite element analysis of concrete swelling due to alkali-aggregate reactions in dams. Comput. Struct. 60. 601–611. https://doi.org/10.1016/0045-7949(95)00440-8.
Li, S., Deng, Z., Li, C., Chen, D. & Zhang, Y. (2020). Modeling of flexural strength degradation induced by alkali-silica reaction. Constr. Build. Mater. 234. 117397. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117397.
Li, B., Baingam, L., Kurumisawa, K., Nawa, T. & XiaoZhou, L. (2018).Micro-mechanical modelling for the prediction of alkali-silica reaction (ASR) expansion: Influence of curing temperature conditions. Constr. Build. Mater. 164. 554–569. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.01.007.
Lopes, L. E. (2004). Modelagem Mecânica E Numérica Da Reação Álcali-Agregado Com Aplicação A Barragens De Concreto. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.
MacLure, K., Paudyal, V. & Stewart, D. (2016). Reviewing the literature, how systematic is systematic. International Journal Of Clinical Pharmacy, 1-10. Springer Science and Business Media LLC. http://dx.doi.org/10.1007/s11096-016-0288-3.
Multon, S., Sellier, A. & Cyr, M. (2009). Chemo–mechanical modeling for prediction of alkali silica reaction (ASR) expansion. Cem. Concr. Res. 39. 490–500. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2009.03.007.
NBR 15577-3/18: Agregados – Reatividade álcali-agregado. Parte 3: Análise petrográfica para verificação da potencialidade reativa de agregados em presença de álcalis do concreto, (n.d.).
Nielsen, A., Gottfredsen,F. & Thøgersen, F. (1993). Development of stresses in concrete structures with alkali-silica reactions. Mater. Struct. 26. 152–158. https://doi.org/10.1007/BF02472932.
Olivito, R. S. (2003).A neural diagnostic system for measuring strain in FRP composite materials. Cem. Concr. Compos. 25. 703–709. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/S0958-9465(02)00103-8.
Pan, J. W., Feng, Y. T., Wang, J. T., Sun, Q. C., Zhang, C. H. & Owen, D. R. J. (2012). Modeling of alkali-silica reaction in concrete: A review, Front. Struct. Civ. Eng. 6. 1–18. https://doi.org/10.1007/s11709-012-0141-2.
Paulon, V. A. (1981). Reações álcali-agregado em concreto. Diss. (Mestrado Em Eng. Civil) -Pós-Graduação Em Construção Civil, Esc. Politécnica Da Univ. São Paulo.
Pesavento, F., Gawin, D., Wyrzykowski, M., Schrefler, B. A. & Simoni, L.(2012). Modeling alkali-silica reaction in non-isothermal, partially saturated cement based materials. Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 95–115. https://doi.org/10.1016/j.cma.2012.02.019.
Pignatelli, R., Comi, C., & Monteiro, P. J. M. (2013). A coupled mechanical and chemical damage model for concrete affected by alkali–silica reaction. Cem. Concr. Res. 53. 196–210. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2013.06.011.
Pignatelli R. (2012). Modeling of degradation induced by alkali-silica reaction in concrete structures. Politecnico Di Milano.
Poyet, S., Sellier, A., Capra, B., Foray, G., Torrenti, J.-M., Cognon, H. & Bourdarot, E.(2007). Chemical modelling of Alkali Silica reaction: Influence of the reactive aggregate size distribution. Mater. Struct. Constr. 40. 229–239. https://doi.org/10.1617/s11527-006-9139-3.
Priszkulnik, S. (2005).Inspeção e diagnóstico de estruturas de concreto afetadas pelas reações cimento-agregado. ISAIA, GC (Ed.), Concreto: ensino, pesquisa e realizações, IBRACON. 1017–1071.
Rahman, M. A. & Lu, Y. (2019).A time-dependent chemo-mechanical analysis of alkali-silica reaction for the disparate geometry of concrete meso-structure. Constr. Build. Mater. 847–857. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.03.025.
Ravindran, V. & Shankar, S. (2015). Systematic reviews and meta-analysis demystified. Indian Journal Of Rheumatology, 10, 89-94. Medknow. http://dx.doi.org/10.1016/j.injr.2015.04.003.
Saouma, V. & Perotti, L. (2006).Constitutive model for alkali-aggregate reactions. ACI Mater. J.
Saouma, V. & Xi, Y. (2004). Literature review of alkali aggregate reactions in concrete dams. Department of Civil, Environmental, Archit. Eng. Univ. Color.
Siddaway, A. P., Wood, A. M. & HEDGES, L. V. (2018). How to do a systematic review: a best practice guide for conducting and reporting narrative reviews, meta-analyses, and metasyntheses. Annual Review of Psychology, 70, 747–770.https://doi.org/10.1146/annurev-psych-010418-102803
STANTON, T. E. (1940). Expansion of concrete through reaction between cement and aggregate, in: Proc. ASCE, 1781–1811.
Suwito, A., Jin, W., Xi, Y., & Meyer, C. (2002).A mathematical model for the pessimum size effect of ASR in concrete. Concr. Sci. Eng. 4 23–34.
Svensson, S. E. (1991). Eigenstresses generated by diffusion in a spherical particle embedded in an elastic medium. Int. J. Mech. Sci. 33. 211–223. https://doi.org/10.1016/0020-7403(91)90047-7.
Swamy, R. N. (1991). The Alkali-Silica Reaction in Concrete. CRC Press.
Swamy, R. N. (1992). The Alkali-Silica Reaction in Concrete. Blackie ed.
Ulm, F.-J., Coussy, O., Kefei, L. & Larive, C. (2000). Thermo-chemo-mechanics of ASR expansion in concrete structures. J. Eng. Mech. 126. 233–242. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(2000)126:3(233).
Valduga, L. (2007).Influência das condições de ensaio da ASTM C 1260 na verificação da reação álcali-agregado. UFRGS.
Winnicki, A., Serega, S. & Norys, F. (2014).Chemoplastic modelling of alkali-silica reaction (ASR). in: Comput. Model. Concr. Struct. Euro-C 2014 Int. Conf. 765–774.
Yeh, I.-C. (2007).Modeling slump flow of concrete using second-order regressions and artificial neural networks. Cem. Concr. Compos. 29. 474–480. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2007.02.001.
Downloads
Publicado
Como Citar
Edição
Seção
Licença
Copyright (c) 2021 Dhiego Henrique Ferreira Revoredo; Ana Cecília Vieira Nobrega; Arnaldo Manoel Pereira Carneiro; João Emanuell Araújo Marciano
Este trabalho está licenciado sob uma licença Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Autores que publicam nesta revista concordam com os seguintes termos:
1) Autores mantém os direitos autorais e concedem à revista o direito de primeira publicação, com o trabalho simultaneamente licenciado sob a Licença Creative Commons Attribution que permite o compartilhamento do trabalho com reconhecimento da autoria e publicação inicial nesta revista.
2) Autores têm autorização para assumir contratos adicionais separadamente, para distribuição não-exclusiva da versão do trabalho publicada nesta revista (ex.: publicar em repositório institucional ou como capítulo de livro), com reconhecimento de autoria e publicação inicial nesta revista.
3) Autores têm permissão e são estimulados a publicar e distribuir seu trabalho online (ex.: em repositórios institucionais ou na sua página pessoal) a qualquer ponto antes ou durante o processo editorial, já que isso pode gerar alterações produtivas, bem como aumentar o impacto e a citação do trabalho publicado.
