O desenvolvimento do concreto de alta resistência - CAR foi um importante avanço na tecnologia de concreto, entretanto, a despeito de suas inúmeras vantagens como material estrutural, o seu emprego tem sido limitado, por ter se revelado mais susceptível à fissuração nas primeiras idades. Isto se deve à ocorrência do fenômeno da retração autógena, particularmente mais intenso nestes concretos que nos de resistência normal, uma vez que no CAR, há significativamente maior quantidade de material cimentício e menor quantidade de água, o que dá origem a uma estrutura porosa muito refinada logo nas primeiras idades, gerando altas magnitudes de tensões capilares. Além do estudo sobre o entendimento do fenômeno, as pesquisas atualmente têm buscado formas de mitigá-lo a fim de contribuir para estruturas mais duráveis. Diante do exposto, esta pesquisa investigou o comportamento do CAR, no tocante às propriedades mecânicas, elásticas e viscoelásticas e à durabilidade, quando empregado um aditivo redutor de retração - ARR que pode se configurar como estratégia mitigadora para a redução da retração autógena, bem como verificar a sua influência sobre a microestrutura e hidratação da pasta de cimento. Os resultados indicam que o ARR é eficaz na redução da retração autógena e retração por secagem, sem alterar de forma relevante as propriedades mecânicas e elásticas: a resistência à compressão sofre uma pequena queda de 5% com o uso de 2% de ARR em relação ao concreto referência, contudo, as demais propriedades não são alteradas com o uso do ARR. Quanto ao efeito sobre a fluência, não se obtiveram resultados conclusivos. A durabilidade, medida pelos ensaios de penetrabilidade a íons cloretos, permeabilidade à água, carbonatação natural e absorção capilar e por imersão, não é comprometida com a incorporação do aditivo redutor de retração. Do ponto de vista microestrutural, observou-se que o ARR altera o volume total de poros, embora de uma forma não muito expressiva; e ainda constatou-se que este aditivo afeta a velocidade de hidratação das pastas de cimento, e que possivelmente interage com compostos de hidratados da pasta, sem, no entanto, alterar as características macroestruturais do material. / The development of high strength concrete - HSC represented an important advance in concrete technology. However, even knowing that this kind of concrete has several advantages as a structural material, its application is limited by the early ages cracking. This occurrence is due to the autogenous shrinkage phenomenon, once HSC has a greater amount of cementitious material and a lower amount of water in relation to a normal-strength concrete. This condition implies in a greatly refinement of pore structure at early ages which lead to a higher magnitudes of capillary tension than the one observed in a normal-strength concrete. Beyond to study the phenomenon, much research has been conducted in many countries in order to reduce autogenous shrinkage and contribute to more durable structures. So, this research aims to investigate the effectiveness of shrinkage-reducing admixtures – SRA in decreasing the autogenous shrinkage of HSC, and mainly, verify its influence on viscoelastic, elastic and mechanicals properties and durability. The effect of SRA on microstructure and on the cement paste hydration was also investigated. The results show that SRA is effective in reducing the autogenous shrinkage and drying shrinkage without remarkable changes in elastic and mechanical properties. There were not conclusive results related to the creep property. The concrete durability under the action of aggressive agents (such as water, CO2 and chloride) was not influenced by the SRA, information provided by the results of chloride penetration, natural carbonation, water permeability, capillary absorption and absorption of water tests. In a microstructural point of view, it was observed that the addition of SRA results in a small rise in total pore volume. Besides, the results suggest that the SRA affects the rate of cement hydration and it can interact to the hydrated products of paste without implying in great influences on the macrostructural characteristics of the material.

Este trabalho propõe um modelo matemático destinado à estimativa da profundidade de carbonatação e à previsão de vida útil de projeto de estruturas de concreto, envolvendo variáveis de entrada de fácil obtenção (como resistência à compressão, tipo de cimento, umidade relativa, entre outras). Com base no conhecimento de experts (grupo focal) criou-se o banco de dados que deu origem ao modelo, o qual considera as principais variáveis de influência na ação da carbonatação, incluindo: às características do concreto (resistência à compressão do concreto aos 28 dias, o tipo de cimento empregado, o teor de adição, quando houver); às condições de exposição (macro clima - ambiente interno ou externo, protegido ou não da chuva); e, às condições ambientais (umidade relativa média da região de exposição da estrutura e o teor de CO2 do ambiente). O modelo matemático proposto baseou-se no ajuste de dados considerando as leis físico-químicas pertinentes, o qual foi testado com dados de investigações experimentais realizadas por outros pesquisadores. Os resultados indicam que o mesmo representa a ação da carbonatação do concreto, apresentando potencial de generalização. Também foi empregado para a previsão de vida útil de projeto, com uma abordagem probabilística via Simulação de Monte Carlo (SMC) e Análise de confiabilidade, inserindo as variabilidades existentes no processo de degradação. Os resultados das simulações demonstram que o modelo pode ser empregado para estimativa de vida útil via processos estocásticos. O modelo foi desenvolvido essencialmente para servir como um suporte para a análise da durabilidade de estruturas de concreto armado em ambiente urbano, podendo ser empregado tanto para a estimativa da profundidade de carbonatação do concreto quanto para a previsão de vida útil de projeto de estruturas novas ou existentes, com abordagem determinística ou probabilística. As maiores vantagens do modelo são relacionadas à entrada de dados os quais podem ser obtidos com relativa facilidade, à facilidade de aplicação e ao potencial de generalização. / This research work proposes a mathematical model to estimate carbonation depths and the service life prediction of concrete structures using easily accessible input variables (such as compressive strength, cement type, relative humidity, etc.). The model was designed using a database which was developed using the knowledge of experts (focus group). This database assesses the main variables that affect carbonation in concrete (compressive strength at 28 days, type of cement, concentration of addition, if applicable), exposure conditions (macroclimate – indoors or outdoors, exposure to rain) and environmental conditions (mean relative humidity and carbon dioxide concentration of the area where the structure is located). The proposed model was tested using experimental data from other researchers and the results suggest that it accurately represents the effects of carbonation in concrete, with results that can be expanded to other structures. The mathematical model was also applied to forecasts of the service life of a project using the probabilistic approach of Monte Carlo methods (MC) and an analysis of reliability that accounted for the intrinsic variability found in decay processes. The results of the simulations show that the model can be used to estimate the service life of a project using a stochastic technique. The model was developed to serve mainly as a supporting feature in the assessment of durability in reinforced concrete structures in urban environments and can be applied both to estimates of carbonation depths and to the service life prediction of projects of new or existing structures, using deterministic or probabilistic approaches. The major benefits offered by this model are related to the input of data, which are readily available, its ease of use and its potential for application in general situations.

O desenvolvimento do concreto de alta resistência - CAR foi um importante avanço na tecnologia de concreto, entretanto, a despeito de suas inúmeras vantagens como material estrutural, o seu emprego tem sido limitado, por ter se revelado mais susceptível à fissuração nas primeiras idades. Isto se deve à ocorrência do fenômeno da retração autógena, particularmente mais intenso nestes concretos que nos de resistência normal, uma vez que no CAR, há significativamente maior quantidade de material cimentício e menor quantidade de água, o que dá origem a uma estrutura porosa muito refinada logo nas primeiras idades, gerando altas magnitudes de tensões capilares. Além do estudo sobre o entendimento do fenômeno, as pesquisas atualmente têm buscado formas de mitigá-lo a fim de contribuir para estruturas mais duráveis. Diante do exposto, esta pesquisa investigou o comportamento do CAR, no tocante às propriedades mecânicas, elásticas e viscoelásticas e à durabilidade, quando empregado um aditivo redutor de retração - ARR que pode se configurar como estratégia mitigadora para a redução da retração autógena, bem como verificar a sua influência sobre a microestrutura e hidratação da pasta de cimento. Os resultados indicam que o ARR é eficaz na redução da retração autógena e retração por secagem, sem alterar de forma relevante as propriedades mecânicas e elásticas: a resistência à compressão sofre uma pequena queda de 5% com o uso de 2% de ARR em relação ao concreto referência, contudo, as demais propriedades não são alteradas com o uso do ARR. Quanto ao efeito sobre a fluência, não se obtiveram resultados conclusivos. A durabilidade, medida pelos ensaios de penetrabilidade a íons cloretos, permeabilidade à água, carbonatação natural e absorção capilar e por imersão, não é comprometida com a incorporação do aditivo redutor de retração. Do ponto de vista microestrutural, observou-se que o ARR altera o volume total de poros, embora de uma forma não muito expressiva; e ainda constatou-se que este aditivo afeta a velocidade de hidratação das pastas de cimento, e que possivelmente interage com compostos de hidratados da pasta, sem, no entanto, alterar as características macroestruturais do material. / The development of high strength concrete - HSC represented an important advance in concrete technology. However, even knowing that this kind of concrete has several advantages as a structural material, its application is limited by the early ages cracking. This occurrence is due to the autogenous shrinkage phenomenon, once HSC has a greater amount of cementitious material and a lower amount of water in relation to a normal-strength concrete. This condition implies in a greatly refinement of pore structure at early ages which lead to a higher magnitudes of capillary tension than the one observed in a normal-strength concrete. Beyond to study the phenomenon, much research has been conducted in many countries in order to reduce autogenous shrinkage and contribute to more durable structures. So, this research aims to investigate the effectiveness of shrinkage-reducing admixtures – SRA in decreasing the autogenous shrinkage of HSC, and mainly, verify its influence on viscoelastic, elastic and mechanicals properties and durability. The effect of SRA on microstructure and on the cement paste hydration was also investigated. The results show that SRA is effective in reducing the autogenous shrinkage and drying shrinkage without remarkable changes in elastic and mechanical properties. There were not conclusive results related to the creep property. The concrete durability under the action of aggressive agents (such as water, CO2 and chloride) was not influenced by the SRA, information provided by the results of chloride penetration, natural carbonation, water permeability, capillary absorption and absorption of water tests. In a microstructural point of view, it was observed that the addition of SRA results in a small rise in total pore volume. Besides, the results suggest that the SRA affects the rate of cement hydration and it can interact to the hydrated products of paste without implying in great influences on the macrostructural characteristics of the material.

Este trabalho propõe um modelo matemático destinado à estimativa da profundidade de carbonatação e à previsão de vida útil de projeto de estruturas de concreto, envolvendo variáveis de entrada de fácil obtenção (como resistência à compressão, tipo de cimento, umidade relativa, entre outras). Com base no conhecimento de experts (grupo focal) criou-se o banco de dados que deu origem ao modelo, o qual considera as principais variáveis de influência na ação da carbonatação, incluindo: às características do concreto (resistência à compressão do concreto aos 28 dias, o tipo de cimento empregado, o teor de adição, quando houver); às condições de exposição (macro clima - ambiente interno ou externo, protegido ou não da chuva); e, às condições ambientais (umidade relativa média da região de exposição da estrutura e o teor de CO2 do ambiente). O modelo matemático proposto baseou-se no ajuste de dados considerando as leis físico-químicas pertinentes, o qual foi testado com dados de investigações experimentais realizadas por outros pesquisadores. Os resultados indicam que o mesmo representa a ação da carbonatação do concreto, apresentando potencial de generalização. Também foi empregado para a previsão de vida útil de projeto, com uma abordagem probabilística via Simulação de Monte Carlo (SMC) e Análise de confiabilidade, inserindo as variabilidades existentes no processo de degradação. Os resultados das simulações demonstram que o modelo pode ser empregado para estimativa de vida útil via processos estocásticos. O modelo foi desenvolvido essencialmente para servir como um suporte para a análise da durabilidade de estruturas de concreto armado em ambiente urbano, podendo ser empregado tanto para a estimativa da profundidade de carbonatação do concreto quanto para a previsão de vida útil de projeto de estruturas novas ou existentes, com abordagem determinística ou probabilística. As maiores vantagens do modelo são relacionadas à entrada de dados os quais podem ser obtidos com relativa facilidade, à facilidade de aplicação e ao potencial de generalização. / This research work proposes a mathematical model to estimate carbonation depths and the service life prediction of concrete structures using easily accessible input variables (such as compressive strength, cement type, relative humidity, etc.). The model was designed using a database which was developed using the knowledge of experts (focus group). This database assesses the main variables that affect carbonation in concrete (compressive strength at 28 days, type of cement, concentration of addition, if applicable), exposure conditions (macroclimate – indoors or outdoors, exposure to rain) and environmental conditions (mean relative humidity and carbon dioxide concentration of the area where the structure is located). The proposed model was tested using experimental data from other researchers and the results suggest that it accurately represents the effects of carbonation in concrete, with results that can be expanded to other structures. The mathematical model was also applied to forecasts of the service life of a project using the probabilistic approach of Monte Carlo methods (MC) and an analysis of reliability that accounted for the intrinsic variability found in decay processes. The results of the simulations show that the model can be used to estimate the service life of a project using a stochastic technique. The model was developed to serve mainly as a supporting feature in the assessment of durability in reinforced concrete structures in urban environments and can be applied both to estimates of carbonation depths and to the service life prediction of projects of new or existing structures, using deterministic or probabilistic approaches. The major benefits offered by this model are related to the input of data, which are readily available, its ease of use and its potential for application in general situations.