Resumo Este trabalho apresenta a modelagem e análise dos efeitos da corrosão por carbonatação em elementos de concreto armado através de um modelo numérico baseado no Método dos Elementos Finitos. Para controlar e minimizar os danos associados à corrosão faz-se necessário deter ferramentas e conhecimento suficientes para entender os efeitos desta manifestação patológica sobre o comportamento mecânico do concreto armado. Diante dos resultados obtidos, constatou-se que a depender do nível de corrosão das armaduras, o elemento de concreto tem seu estado de tensão e deformação comprometido. Ademais, os resultados apontam a eficiência do modelo desenvolvido e a sua aplicabilidade frente à simulação do comportamento mecânico de estruturas de concreto armado sujeitas à corrosão uniforme.

Abstract This paper presents the modeling and analysis of the corrosion effects due to carbonation on reinforced concrete elements through a numerical model based on the Finite Element Method. In order to minimize corrosion damage, tools are required to understand the pathological manifestation on the mechanical behavior of reinforced concrete. It was found that depending on the reinforcement corrosion stage, the state of stress and deformation of the concrete element is compromised. Besides, results show the efficiency of the developed model and its applicability to the simulation of the mechanical behavior of reinforced concrete structures subjected to uniform corrosion.

Resumen Este trabajo presenta la modelización y análisis de los efectos de la corrosión por carbonatación en elementos de concreto reforzado a través de un modelo numérico basado en el Método de los Elementos Finitos. Para controlar y minimizar el daño asociado a la corrosión se hace necesario disponer de herramientas y conocimientos suficientes para comprender los efectos de esta manifestación patológica sobre el comportamiento mecánico del concreto reforzado. Ante los resultados obtenidos, se constató que, dependiendo del nivel de corrosión de las armaduras, el elemento de concreto tiene su estado de tensión y deformación alterado. Además, los resultados indican la eficiencia del modelo desarrollado y su aplicabilidad frente a la simulación del comportamiento mecánico del concreto reforzado con corrosión uniforme.

RESUMO O presente trabalho apresenta uma análise numérica da vida útil de estruturas de concreto armado sujeitas à corrosão uniforme. O processo de modelagem foi dividido em dois estágios, iniciação e propagação. A modelagem da fase de iniciação foi feita via Redes Neurais Artificiais (RNA) enquanto que a fase de propagação foi modelada através do Método dos Elementos Finitos (MEF). Os resultados demonstram que o modelo gerado pelo acoplamento das RNA ao MEF, possibilita de forma eficiente, a simulação da degradação de estruturas de concreto armado devido à ação da corrosão uniforme e, a aplicabilidade da ferramenta numérica quanto a previsão da vida útil destas estruturas.

ABSTRACT The present work intends to analyze and numerically model the corrosion process, estimating the service life of concrete structures. The modelling process was divided in two stages, initiation and propagation. The modeling of the initiation phase was carried out by Artificial Neural Networks (ANN), and the modeling of the propagation phase was done by means of Finite Element Method (FEM). The results show the efficiency of the model generated by the coupling of ANN to the FEM to analyze and study the durability of reinforced concrete structures under uniform corrosion, and the numerical model applicability to estimate the service life of reinforced concrete structures.

RESUMEN Este estudio tiene como objetivo analizar y estimar la vida útil de estructuras de hormigón armado bajo la acción de corrosión uniforme. El modelado se dividió en dos etapas, iniciación y propagación. El modelado de la fase de iniciación fue realizado por medio de Redes Neurales Artificiales (RNA) y el modelado de la fase de propagación fue hecho por medio del Método de los Elementos Finitos (MEF). El acoplamiento de la RNA en el MEF posibilitó analizar y estudiar la durabilidad de estructuras de hormigón armado bajo la acción de corrosión uniforme, presentándose como una metodología alternativa para la estimación del tiempo de vida útil de estas estructuras.

Resumo Apesar da indústria cimenteira ser considerada uma das mais poluentes do setor, responsável por aproximadamente 5% das emissões mundiais de CO2, o concreto tem a potencialidade de absorver esse gás, através do processo de carbonatação, compensando em partes as emissões geradas na sua produção. Com o objetivo de analisar este processo, o presente estudo avalia por meio de simulações as emissões e a captura de CO2 de concretos com consumos de 300 a 580 kg de cimento por metro cúbico de concreto, produzidos com diferentes tipos de cimento Portland (CP II F, CP II E, CP II Z, CP III, CP IV e CP V). Por meio da modelagem matemática fez-se o balanço das emissões, identificando o traço que apresenta boa resistência à carbonatação e maior absorção de CO2 durante o ciclo de vida do concreto. Os resultados apontam que concretos com consumo de cimento entre 380 e 420 kg/m³ e com maiores taxas de adições apresentam melhores balanços de emissões.

Abstract While the cement plant is considered one of the most polluting industry, responsible for about 5% of global CO2 emissions, the concrete has the potential to uptake this gas through the carbonation process, offset in part the emissions generated in its production. With the purpose to analyze this process, this study aims to evaluate emissions and CO2 uptake with cement content 300-580 kg produced with different cement types (CP II F, CP II E, CP II Z, CP III, CP IV and CP V). Through mathematical modeling, the emissions balance was made, identifying the mix that shows good resistance to carbonation and greater absorption of CO2 during the concrete life cycle. The results show that concrete with cement consumption between 380 and 420 kg/m³ showed better balance emissions.