KFUPM ePrints

Towards Optimal Design of Reinforced Concrete Structures for Corrosive Environments in Saudi Arabia

Yusuf, Moruf Olalekan (2009) Towards Optimal Design of Reinforced Concrete Structures for Corrosive Environments in Saudi Arabia. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF (my thesis)
Restricted to Registered users only until 14 September 2009.

2647Kb

Arabic Abstract

التصميم الأمثل لمنشات الخرسانة المسلحة في بيئة الخليج العربي لمقاومة تأكل الحديد المعرض للكلور مهمة أساسية من اجل تخفيض الكلفة الدورية وللتأكد من أن المنشأ لن ينهار قبل عمر الخدمة التصميمي، من اجل ضمان السلامة والديمومة للمنشات، الخرسانة العالية الجودة وقطر التسليح الكافي وسماكة الغطاء الخرساني لتعويض فقدان الخرسانة والحديد نتيجة للتدهور في البيئة المعرضة للتآكل. العمل البحثي المقدم في هذه الرسالة اعتمد على مواد الإنشاء الطبيعية العامة المتوفرة و المستخدمة في المملكة العربية السعودية. ولتحقيق الهدف الأساسي لتصميم منشات الخرسانة ذات الديمومة، تم الحصول على مقاومة ضغط الخرسانة وعامل المرونة باستخدام بيانات التجارب التي تم الحصول عليها بالتجارب على عينات الخرسانة العادية باستخدام الركام من ٠,٥ ) ونسبة الكنكري ؛٠,٤٥ ؛ الطائف( في المنطقة الغربية) والدمام ( في المنطقة الشرقية) مع نسب ماء /اسمنت متغيره ( ٠,٤ ٤٠٠ كيلوغرام لك ّ ل متر مكعب) ؛٣٧٥ ؛ ٠,٤٥ ) ونسبة محتوى المواد الإسمنتية ( ٣٥٠ ؛ ٠,٤ ؛ الناعم إلى الركام الكلي ( ٠,٣٥ مع إضافة نسبة ثمانية بالمائة في السليكا فيوم في جميع خلطات الخرسانة. تم تطوير النموذج الرياضي لقياس معدل اختراق التآكل لحديد التسليح باستخدام معطيات التجارب التي تم الحصول عليها ؛ باختبار عينات خرسانة صممت بنفس نسب الخلط لحساب المقاومة والمرونة وباستخدام ثلاث قيم لسماكة تغطية خرسانة ( ٢٥ ٥٠ ملليمتر) ، وتم وضع العينات الإختبارية في ظروف تصدء تشبيهيه وذلك بوضعها في محلول الكلور باستخدام ثلاثة ؛ ٣٧,٥ . (%١٢ ؛ %٧ ؛ % مستويات من تركيز ملح كلوريد الصوديوم ( ٣ تم تطوير طريقة للتصميم الأمثل لكمرات الخرسانة المسلحة وللأعمدة في البيئة القاسية، فالنموذج الرياضي المقترح يتكون أولا من إختيار المقاومة المثلى والمرونة ومعدل الاختراق التآكلي باستخدام نماذج إحصاء رياضية ُ طورت من التحليل العددي لنتائج الدراسات المعملية التي  صممت لأغراض البحث، ومن ثم حساب المتغيرات الأخرى للديمومة مثل فقدان الخرسانة ومعامل انتشار الكلور ووقت بداية وانتشار التآكل في الحديد باستخدام نماذج رياضية توفرت للبحث من إعمال بحوث سابقة تم التحقق من مناسبتها التكاملية مع أعمال هذا البحث ، وأخيرا تكون الخطوة التالية للتصميم الأمثل هي التصميم الإنشائي للعناصر الإنشائية وفقا لتحقيق شروط الكلفة الكلية الصغرى مع تحقيق شروط الخدمة والديمومة الهيكلية. ولتوضيح الفائدة المتحققة من استخدام طريقة التصميم الإنشائي المبرمجة والمقترحة في هذا البحث، تم إيراد عينة من أمثلة تصميم إنشائي لكمرات (جوائز) وأعمدة خرسانة مسلحة  صممت باستخدام برنامج الحاسب الآلي المعروف "مايكروسفت .( Microsoft Excel Solver) " إك

English Abstract

The optimal design of reinforced concrete (RC) structure in the Arabian Gulf environment to withstand chloride-induced reinforcement corrosion is an indispensable task so as to reduce the life cycle costs and to ensure that structures do not fail before their designed service-life. For safety and durability in structures, high quality concrete, adequate cover thickness are required that can accommodate the loss of concrete and steel due to deterioration in a given corrosive environment. With the ultimate objective of designing durable RC structures, the research presented in this thesis is based on the common construction materials available locally and used in corrosive environments in Saudi Arabia. Regarding compressive strength and elastic moduli, models were generated from experimental data obtained by testing the plain cement concrete specimens cast by using aggregate from Taif (Western region) and Dammam (Eastern region) with varied water-to-cementitious materials ratios (w/cm) (0.4, 0.45 and 0.5), fine to total aggregate ratios (0.35, 0.4 and 0.45) and cementitious materials contents (350, 375 and 400 kg/m3) with addition of eight percent silica fume in all the concrete mixtures. Models for reinforcement corrosion penetration rates were developed from the experimental data obtained by testing RC specimens cast with same mixture proportions as that for strength and elasticity but with varied cover thickness (25 mm, 37.5 mm and 50 mm) and subjected to varied chloride exposures by using three NaCl concentrations of 3%, 7% and 12%. An approach for optimal design of RC beams and column for aggressive environments was developed. The proposed design approach consists of first optimizing strength, elasticity, and corrosion penetration rate by using models developed in the present study and then calculating other durability parameters, such as loss of concrete, chloride diffusion coefficient, time to initiation and propagation of reinforcement corrosion by using the models reported in the literature. The next steps of optimal design consist of structural design of the members corresponding to a minimum total cost satisfying the serviceability and durability constraints. To illustrate the utility of the proposed approach, typical examples of optimal design of beam and column were considered, and optimal designs were carried out by using the programs written on Microsoft Excel package supported Solver.



Item Type:Thesis (Masters)
Date:30 May 2009
Date Type:Completion
Subjects:Construction
Environmental
Civil Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Civil Engineering Dept
Creators:Yusuf, Moruf Olalekan
Email:moruf@kfupm.edu.sa
Committee Advisor:Alghamdi, Saeid A.
Committee Co-Advisor:Shamsad, Ahmad
Committee Members:Maslehuddin, Mohammad and Al-gahtani, Husain J. and Khaled, Mazen
ID Code:136060
Deposited By:MORUF OLALEKAN YUSUF
Deposited On:13 Sep 2009 15:40
Last Modified:30 Apr 2011 16:58

Repository Staff Only: item control page