Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito à obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / As maiores densidades demográficas no Brasil estão situadas no litoral onde, consequentemente, tem-se o maior número de edificações. Estas edificações estão sujeitas à corrosão pela migração de íons cloreto, que levam à deterioração das estruturas de concreto armado. Para oferecer maior segurança e durabilidade às estruturas estão disponíveis no mercado algumas formas de proteção, para os mais diversos tipos de ataques corrosivos. O estudo do desempenho de aditivos inibidores de corrosão para proteção de estruturas de concreto armado é de fundamental importância para garantir a durabilidade e a redução de gastos com manutenções e recuperações. Desta forma, este trabalho apresenta resultados de um estudo microestrutural (por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia ótica (MO)) e eletroquímico (por medidas de potencial e de resistência à polarização linear (LPR)) em amostras de argamassa armada. Foram avaliados três tipos de aditivos – um comercial à base de sais de nitrito (DCI), tungstato de sódio (T) e molibdato de sódio (M) – nas idades de 60 (DCI), 75 e 90 dias (DCI, T, M) em duas concentrações de aditivos mais a composição de referência. As amostras foram moldadas no formato cilíndrico (50 x 100 mm²) e reforçadas com aço CA 50 (8 mm) no centro, sendo expostas a duas formas distintas de indução e aceleração da corrosão: com o uso do potenciostato e por meio de ciclos de imersão parcial em solução de 3,5% NaCl, com posterior secagem em estufa. Pela técnica de resistência à polarização linear foi possível avaliar a taxa de corrosão estimada para as amostras. A análise dos resultados mostrou que o molibdato de sódio apresentou um desempenho melhor que os demais. Pode-se constatar que a indução da corrosão ocorreu com sucesso. Desta forma, conclui-se que os aditivos contribuíram para a redução das taxas de corrosão, porém a idade e a cura tiveram uma influência significativa nas taxas de corrosão obtidas.

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, da Universidade do Extremo Sul Catarinense – UNESC, como requisito à obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / The higher population densities in Brazil are situated on the coast, where, therefore, are placed most of the buildings. These buildings are subject to corrosion by the migration of chloride ions, leading to deterioration of reinforced concrete structures. In order to provide greater safety and durability for building structures, protection for different kinds of corrosive attacks is available in the market. The study of the performance of corrosion inhibitor additives for protection of reinforced concrete structures is of fundamental importance to ensure durability and to reduce spending on maintenance and recovery. Therefore, this paper presents a microstructural (by scanning electron microscopy (SEM) and optical microscopy (OM)) and electrochemical (by potential and linear polarization resistance (LPR) measurements) study in mortar samples. Three types of additives – a commercial, based on nitrite salts (DCI), sodium tungstate (T) and sodium molybdate (M) – were evaluated between the ages of 60 (DCI), 75 and 90 (DCI, T, M) days on two additive concentrations plus the reference composition. Samples were molded in cylindrical form (50 x 100 mm²) and reinforced with CA 50 (8 mm) steel in the center, being exposed to two distinct forms of induction and acceleration of corrosion: using a potentiostat device and by partial dipping cycles in 3.5% NaCl solution, followed by drying in an oven. By the linear polarization resistance technique it was possible to evaluate the corrosion rate measured for the samples. The results showed that sodium molybdate showed better performance than the others. It can be seen that the induction of corrosion was successful. Thus, it is concluded that the additives contribute to the reduction of the corrosion rates, but the cure and age had a significant influence on the corrosion rates obtained. / As maiores densidades demográficas no Brasil estão situadas no litoral onde, consequentemente, tem-se o maior número de edificações. Estas edificações estão sujeitas à corrosão pela migração de íons cloreto, que levam à deterioração das estruturas de concreto armado. Para oferecer maior segurança e durabilidade às estruturas estão disponíveis no mercado algumas formas de proteção, para os mais diversos tipos de ataques corrosivos. O estudo do desempenho de aditivos inibidores de corrosão para proteção de estruturas de concreto armado é de fundamental importância para garantir a durabilidade e a redução de gastos com manutenções e recuperações. Desta forma, este trabalho apresenta resultados de um estudo microestrutural (por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia ótica (MO)) e eletroquímico (por medidas de potencial e de resistência à polarização linear (LPR)) em amostras de argamassa armada. Foram avaliados três tipos de aditivos – um comercial à base de sais de nitrito (DCI), tungstato de sódio (T) e molibdato de sódio (M) – nas idades de 60 (DCI), 75 e 90 dias (DCI, T, M) em duas concentrações de aditivos mais a composição de referência. As amostras foram moldadas no formato cilíndrico (50 x 100 mm²) e reforçadas com aço CA 50 (8 mm) no centro, sendo expostas a duas formas distintas de indução e aceleração da corrosão: com o uso do potenciostato e por meio de ciclos de imersão parcial em solução de 3,5% NaCl, com posterior secagem em estufa. Pela técnica de resistência à polarização linear foi possível avaliar a taxa de corrosão estimada para as amostras. A análise dos resultados mostrou que o molibdato de sódio apresentou um desempenho melhor que os demais. Pode-se constatar que a indução da corrosão ocorreu com sucesso. Desta forma, conclui-se que os aditivos contribuíram para a redução das taxas de corrosão, porém a idade e a cura tiveram uma influência significativa nas taxas de corrosão obtidas.

A durabilidade das estruturas de concreto tem se tornado um assunto de interesse mundial nas últimas duas décadas. Os custos econômicos associados a reparos de estruturas de concreto são cada vez maiores, e tem crescido a incidência de insucessos nessas intervenções. No Brasil, a técnica de intervenção corretiva mais utilizada é a de reparos localizados com argamassas à base de cimento Portland, modificadas com polímeros. Uma das patologias mais comumente apresentadas, quando essa técnica é utilizada, é a volta da corrosão, porém localizada em área adjacente ao reparo, que antes estava protegida. Isto ocorre com maior freqüência em estruturas de concreto aparente ou naquelas com condições muito críticas de exposição dos elementos estruturais à umidade. Esse tipo de deterioração, conhecido na literatura como ânodo incipiente, decorre das mudanças nas características eletroquímicas do meio que envolve o aço na região do reparo, em relação ao concreto original, e pode levar a um desequilíbrio de potencial eletroquímico entre as regiões da barra de aço nesses meios, dando origem à corrosão por macrocélula. O presente trabalho consiste em uma discussão sobre os princípios eletroquímicos envolvidos na compatibilidade entre a argamassa de reparo e o concreto da estrutura, assim como sobre o mecanismo de deterioração de reparos, decorrente da incompatibilidade; desenvolve um estudo para o estabelecimento de um método de avaliação da compatibilidade eletroquímica entre as argamassas de reparo e o substrato; por fim, propõe uma escala para a interpretação dos efeitos da diferença de potencial, entre os trechos da barra de aço no reparo e no substrato, na intensidade de corrente de macrocélula entre essas áreas. / The durability of concrete structures has become a subject of worldwide interest in the last two decades. The economic costs associated with repair of concrete structures is increasing and has increased the incidence of failures in these operations. In Brazil, the technique of corrective intervention is the most widely used repair located with mortars based on Portland cement, modified with polymers. One of the diseases most commonly made when this technique is used, it is the turn of corrosion, but located in an area adjacent to the repair, before it was protected. This occurs more often in concrete structures or apparent in those conditions very critical structural elements of exposure to moisture. This type of deterioration, known in literature as incipient anode, follows the changes in the electrochemical characteristics of the environment surrounding the steel in the repair on the original concrete, and may lead to an imbalance in electrochemical potential between the regions of the bar steel in these environments, leading to corrosion by macrocélula. This work is a discussion of the principles involved in the electrochemical compatibility between the repair mortar and concrete structure as well as on the mechanism of deterioration of repairs due to incompatibility; develop a study to establish a method for assessing electrochemical compatibility between the repair mortar and the substrate, finally, proposes a scale for the interpretation of the effects of the difference in potential between the sections of steel bar in the repair and the substrate, the intensity of current of macrocélula between these areas.

A durabilidade das estruturas de concreto tem se tornado um assunto de interesse mundial nas últimas duas décadas. Os custos econômicos associados a reparos de estruturas de concreto são cada vez maiores, e tem crescido a incidência de insucessos nessas intervenções. No Brasil, a técnica de intervenção corretiva mais utilizada é a de reparos localizados com argamassas à base de cimento Portland, modificadas com polímeros. Uma das patologias mais comumente apresentadas, quando essa técnica é utilizada, é a volta da corrosão, porém localizada em área adjacente ao reparo, que antes estava protegida. Isto ocorre com maior freqüência em estruturas de concreto aparente ou naquelas com condições muito críticas de exposição dos elementos estruturais à umidade. Esse tipo de deterioração, conhecido na literatura como ânodo incipiente, decorre das mudanças nas características eletroquímicas do meio que envolve o aço na região do reparo, em relação ao concreto original, e pode levar a um desequilíbrio de potencial eletroquímico entre as regiões da barra de aço nesses meios, dando origem à corrosão por macrocélula. O presente trabalho consiste em uma discussão sobre os princípios eletroquímicos envolvidos na compatibilidade entre a argamassa de reparo e o concreto da estrutura, assim como sobre o mecanismo de deterioração de reparos, decorrente da incompatibilidade; desenvolve um estudo para o estabelecimento de um método de avaliação da compatibilidade eletroquímica entre as argamassas de reparo e o substrato; por fim, propõe uma escala para a interpretação dos efeitos da diferença de potencial, entre os trechos da barra de aço no reparo e no substrato, na intensidade de corrente de macrocélula entre essas áreas. / The durability of concrete structures has become a subject of worldwide interest in the last two decades. The economic costs associated with repair of concrete structures is increasing and has increased the incidence of failures in these operations. In Brazil, the technique of corrective intervention is the most widely used repair located with mortars based on Portland cement, modified with polymers. One of the diseases most commonly made when this technique is used, it is the turn of corrosion, but located in an area adjacent to the repair, before it was protected. This occurs more often in concrete structures or apparent in those conditions very critical structural elements of exposure to moisture. This type of deterioration, known in literature as incipient anode, follows the changes in the electrochemical characteristics of the environment surrounding the steel in the repair on the original concrete, and may lead to an imbalance in electrochemical potential between the regions of the bar steel in these environments, leading to corrosion by macrocélula. This work is a discussion of the principles involved in the electrochemical compatibility between the repair mortar and concrete structure as well as on the mechanism of deterioration of repairs due to incompatibility; develop a study to establish a method for assessing electrochemical compatibility between the repair mortar and the substrate, finally, proposes a scale for the interpretation of the effects of the difference in potential between the sections of steel bar in the repair and the substrate, the intensity of current of macrocélula between these areas.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-10-18T11:59:04Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Alex Mizael Martins - 2016.pdf: 6652239 bytes, checksum: 06fc65f07d3460875f7ecd163b128a49 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-10-18T12:00:09Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Alex Mizael Martins - 2016.pdf: 6652239 bytes, checksum: 06fc65f07d3460875f7ecd163b128a49 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-18T12:00:09Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Alex Mizael Martins - 2016.pdf: 6652239 bytes, checksum: 06fc65f07d3460875f7ecd163b128a49 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-12-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The introduction of wind energy into the brazilian energy matrix is of paramount importance for national energy policy. In this context, the viability of wind towers is a fundamental issue. In Brazil, these towers are built mainly in reinforced concrete, in regions of high aggressiveness (coastal regions, because of their greater wind potential) and, therefore, it is necessary to develop high performance concretes that are able to withstand environmental actions to which they are subjected, mainly the action of the chlorides, so that these structures reach the previously defined project life, thus guaranteeing the viability of the towers. In this sense, the present work evaluates the mechanical properties, the mechanisms of transport of chlorides and the performance in relation to the corrosion of the reinforcement, in concretes that contain high performance pozolanic mineral additions, in order to evaluate the influence of the presence of these additions in these properties. Three different study mixes were developed containing respectively, 9% of silica fume in composition with 1% of nanosilica, 5% of a high fineness metakaolin in composition with 5% of a slightly less fine metakaolin, both with high pozzolanic activity and a mix containing only 10% of the finest metakaolin, in addition to a reference mix. Analyzes related to the chloride transport are presented: penetrability and diffusion; analyzes related to the corrosion of reinforcement: induction of corrosion by aggressive solution wetting cycles and air drying, surface electrical resistivity of concrete and corrosion potential, besides the mechanical characterization. The concretes with incorporation of pozzolanic addition showed, in general, improvements in the mechanical properties. In the chloride transport properties and corrosion performance of the reinforcements, the improvements from the mineral additions were significant. Thus, it was concluded that the incorporation of the different mineral additions studied in the present work significantly altered the properties of the concrete, with a positive highlight for the properties associated with durability, in which the benefits of using mineral addition are more pronounced. / A introdução da energia eólica na matriz energética brasileira é de suma importância para a política energética nacional. Nesse contexto, a viabilidade das torres eólicas é questão fundamental. No Brasil essas torres são construídas, principalmente, em concreto armado em regiões de alta agressividade (regiões litorâneas, por terem maior potencial eólico) e, portanto, faz-se necessário o desenvolvimento de concretos de alto desempenho que sejam capazes de resistir às ações ambientais às quais são submetidos, principalmente à ação dos cloretos, de maneira que essasestruturas atinjam a vida útil de projeto previamente definida, garantindo assim a viabilidade das torres. Nesse sentido, o presente trabalho avalia as propriedades mecânicas, os mecanismos de transporte de cloretos e o desempenho em relação à corrosão das armaduras, de concretos que contêm adições minerais pozolânicas de alto desempenho, a fim de avaliar a influência dessas adições nessas propriedades. Foram elaborados três diferentes proporcionamentos de estudo contendo respectivamente, 9% de sílica ativa em composição com 1% de nanossílica, 5% de um metacaulim de elevada finura em composição com 5% de um metacaulim um pouco menos fino, ambos de elevada pozolanicidade e um proporcionamento contendo exclusivamente 10% do metacaulim de maior finura, além de um proporcionamento de referência. São apresentadas análises relacionadas ao transporte de cloretos: penetrabilidade e difusão; análises relacionadas à corrosão das armaduras: indução da corrosão por meio de ciclos de molhagem em solução agressiva contendo cloretos, medidas de resistividade elétrica superficial do concreto e potencial de corrosão, além da caracterização mecânica. Os concretos com incorporação de adição pozolânica apresentaram, em geral, melhorias em suas propriedades mecânicas. Já nas propriedades de transporte de cloretos, as melhorias advindas das adições minerais foram mais significativas, assim como no desempenho em relação à corrosão das armaduras. Desse modo, concluiu-se que a incorporação das diferentes adições minerais estudadas no presente trabalho alterou significativamente as propriedades do concreto, com destaque positivo para as propriedades associadas à durabilidade, nas quais os benefícios do uso da adição mineral são mais pronunciados.

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.

A corrosão de armaduras é uma das causas mais comuns de degradação mecânica em estruturas em concreto armado. Esse processo leva à redução da vida útil e, consequentemente, a prejuízos econômicos. Desse modo, o presente trabalho visa contribuir com a análise dos fenômenos associados à degradação mecânica do concreto armado sujeito a processos corrosivos devido à carbonatação e à ação de cloretos. Para tal finalidade, modelos analíticos baseados na segunda lei de Fick são usados para quantificar a difusão de CO2 e de íons cloreto no concreto, os quais permitem determinar o tempo de início da corrosão. A degradação mecânica de estruturas em concreto armado é considerada por meio de um modelo em dano concentrado que contempla perda da rigidez, redução da área de aço e da tensão de escoamento de armaduras devido ao processo corrosivo. A formulação de dano concentrado foi modificada de forma a incluir uma variável de estado de corrosão e uma lei de evolução da corrosão, baseada em equações semi-empíricas disponíveis na literatura. Essas equações determinam a redução no diâmetro das armaduras e a perda da capacidade resistente do aço. O problema da corrosão é formulado como um processo estocástico sendo resolvido por meio do método de simulação de Monte Carlo para dois exemplos: uma viga isostática e um pórtico plano com grau de hiperestaticidade igual a três. A formulação da equação de estado limite é baseada em um valor de dano aceitável. Curvas de probabilidade de início da corrosão e de probabilidade de falha da estrutura são obtidas ao longo de 50 anos. No caso da estrutura hiperestática, o caminho mais provável de falha, também chamado de caminho crítico, é determinado. Observa-se que o processo corrosivo provoca mudanças no caminho crítico, e portanto, deve ser considerado nas análises de reparo estrutural. Mapas de dano e de probabilidade de falha foram desenvolvidos para mostrar as mudanças no comportamento estrutural devido à corrosão. / The reinforcement\'s corrosion is one of the most common causes of mechanical degradation in reinforced concrete structures. This process leads to the reduction of the service life and, consequently, economic loss. Thereby, this study aims to contribute with the analysis of the phenomena associated to the mechanical degradation of reinforced concrete, due to the carbonation and the chloride ions. For this purpose, analytical models based on second Fick\'s law are used to quantify CO2 and chloride ions diffusion, which enables to determine the corrosion time initiation. The mechanical degradation of reinforced concrete structures is modeles by the lumped damage model which accounts for stiffness loss, reinforcement mass loss and yield stress reduction due to the corrosive process. The lumped damage formulation was modified to include the state corrosion variable and the corrosion evolution law based on semi-empirical equations available in the literature. These equations determine the reinforcement\'s diameter reduction and the loss of resistant capacity of the reinforcement\'s bar. The corrosion problem is formulated as a stochastic process and solved by the Monte Carlo simulation for two examples: an isostatic beam and a hyperstatic frame. The limit state functions are based on the acceptable damage value. Curves of probability of corrosion initiation and probability of failure are obtained over a range of 50 years. In the hyperstatic case, the most probable failure path, also named the critical path, is determined. It is observed that the corrosive process causes changes on the critical path and, therefore, it must be accounted on structural repair analysis. Damage and probability of failure maps were developed to show the changes on the structural behavior due to the corrosion.

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.

A corrosão de armaduras é uma das causas mais comuns de degradação mecânica em estruturas em concreto armado. Esse processo leva à redução da vida útil e, consequentemente, a prejuízos econômicos. Desse modo, o presente trabalho visa contribuir com a análise dos fenômenos associados à degradação mecânica do concreto armado sujeito a processos corrosivos devido à carbonatação e à ação de cloretos. Para tal finalidade, modelos analíticos baseados na segunda lei de Fick são usados para quantificar a difusão de CO2 e de íons cloreto no concreto, os quais permitem determinar o tempo de início da corrosão. A degradação mecânica de estruturas em concreto armado é considerada por meio de um modelo em dano concentrado que contempla perda da rigidez, redução da área de aço e da tensão de escoamento de armaduras devido ao processo corrosivo. A formulação de dano concentrado foi modificada de forma a incluir uma variável de estado de corrosão e uma lei de evolução da corrosão, baseada em equações semi-empíricas disponíveis na literatura. Essas equações determinam a redução no diâmetro das armaduras e a perda da capacidade resistente do aço. O problema da corrosão é formulado como um processo estocástico sendo resolvido por meio do método de simulação de Monte Carlo para dois exemplos: uma viga isostática e um pórtico plano com grau de hiperestaticidade igual a três. A formulação da equação de estado limite é baseada em um valor de dano aceitável. Curvas de probabilidade de início da corrosão e de probabilidade de falha da estrutura são obtidas ao longo de 50 anos. No caso da estrutura hiperestática, o caminho mais provável de falha, também chamado de caminho crítico, é determinado. Observa-se que o processo corrosivo provoca mudanças no caminho crítico, e portanto, deve ser considerado nas análises de reparo estrutural. Mapas de dano e de probabilidade de falha foram desenvolvidos para mostrar as mudanças no comportamento estrutural devido à corrosão. / The reinforcement\'s corrosion is one of the most common causes of mechanical degradation in reinforced concrete structures. This process leads to the reduction of the service life and, consequently, economic loss. Thereby, this study aims to contribute with the analysis of the phenomena associated to the mechanical degradation of reinforced concrete, due to the carbonation and the chloride ions. For this purpose, analytical models based on second Fick\'s law are used to quantify CO2 and chloride ions diffusion, which enables to determine the corrosion time initiation. The mechanical degradation of reinforced concrete structures is modeles by the lumped damage model which accounts for stiffness loss, reinforcement mass loss and yield stress reduction due to the corrosive process. The lumped damage formulation was modified to include the state corrosion variable and the corrosion evolution law based on semi-empirical equations available in the literature. These equations determine the reinforcement\'s diameter reduction and the loss of resistant capacity of the reinforcement\'s bar. The corrosion problem is formulated as a stochastic process and solved by the Monte Carlo simulation for two examples: an isostatic beam and a hyperstatic frame. The limit state functions are based on the acceptable damage value. Curves of probability of corrosion initiation and probability of failure are obtained over a range of 50 years. In the hyperstatic case, the most probable failure path, also named the critical path, is determined. It is observed that the corrosive process causes changes on the critical path and, therefore, it must be accounted on structural repair analysis. Damage and probability of failure maps were developed to show the changes on the structural behavior due to the corrosion.

O presente estudo trata do problema da corrosão de armaduras em estruturas de concreto armado submetidas à penetração de cloretos. É amplamente reconhecido nos meios técnico e científico que, dentre os diversos processos causadores de patologias nas estruturas de concreto armado, destacam-se aqueles que desencadeiam a corrosão das armaduras. O processo de corrosão é iniciado quando a concentração de cloretos na interface armadura/concreto atinge um valor limite, despassivando a camada química protetora ao redor da armadura. A utilização de uma abordagem probabilística é capaz de tratar o problema de forma mais consistente, uma vez que as variáveis envolvidas no fenômeno possuem um alto grau de aleatoriedade associado. A formulação utilizada para a análise não linear mecânica emprega o método dos elementos finitos, utilizando o modelo de dano de Mazars para descrever o comportamento do concreto e o modelo elastoplástico para descrever o comportamento do aço. A lei de Fick é empregada para descrever o mecanismo de difusão dos íons cloretos no interior dos elementos de concreto armado e leis empíricas são utilizadas para representar a penalização das áreas de aço das armaduras bem como a redução de sua tensão de escoamento. A formulação utilizada para a análise probabilística emprega o FORM (First Order Reliability Method), o método de superfície de resposta e a simulação de Monte Carlo. Enfoque especial é dado na análise de estruturas hiperestáticas, com o objetivo de determinar a probabilidade de falha do sistema, sendo esta uma das contribuições desse estudo. Os resultados obtidos indicam de que forma os efeitos corrosivos considerados contribuem para a redução da durabilidade estrutural. / This work deals with the problem of reinforcement corrosion of concrete structures subjected to chloride penetration. It is widely recognized in the technical and scientific communities that, among the different processes which cause pathologies in reinforced concrete structures, reinforcement corrosion is one of the most relevant. The corrosion process starts when chloride concentration at the reinforcement/concrete interface reaches a threshold value, causing depassivation of the protecting chemical layer surrounding the armor. A probabilistic approach is capable of dealing with the problem in a more consistent manner, since the variables involved in the phenomenon have a high degree of randomness. The formulation used in the mechanical non-linear analysis utilizes the finite element method, employing Mazars\' damage model to describe the concrete behavior and the elastoplastic model to describe the steel behavior. Fick\'s law is used to describe the diffusion mechanism of chloride ions inside the concrete elements and empirical laws are used to represent the steel area reduction as well as the reduction of steel yield stress. The formulation used for the probabilistic analysis employs the FORM (First Order Reliability Method), the response surface method and the Monte Carlo simulation. A contribution of this study concerns the analysis of hyper-static structures, in order to evaluate the failure probability of the system, giving special attention to this type of problem. The obtained results show how the considered corrosive effects influences the structural durability reduction.