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1 DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Profa Dra. Eliana Barreto Monteiro 2 VOCE SABE O PORQUE? Uma pergunta intrigante que ressalta é por que nossas estruturas de concreto se deterioram, muitas vezes com menos de 20 anos de idade, enquanto que as estruturas de concreto dos romanos conseguem durar mais de 2.000 anos? Ponte Romana, século 19 AC, Fonte: Branco et al (2013). 3 Nem tanto Nem tão pouco Pirâmides de Gizé - Egito Belo Horizonte - Brasil Fonte: Silva et al 2017 4Fonte: Silva et al 2017 Variáveis do projeto Reais interações da estrutura 5 Conceito de Durabilidade O que é durabilidade? A durabilidade é “ a capacidade que um produto, componente ou construção possui de manter o seu desempenho acima dos níveis mínimos especificados, de maneira a atender às exigências dos usuários, em cada situação específica” (CIB W80/RILEM 71-PSL, 1993) 6 Conceito de Durabilidade O que é durabilidade? Capacidade de resistir à ação das intempéries, ataques químicos, abrasão ou qualquer outro processo de deterioração, isto é, o concreto durável conservará a sua forma original, qualidade e capacidade de utilização quando exposto ao seu meio ambiente (ACI 201, 1991) 7 Conceito de Durabilidade Interação concreto + meio ambiente = Função características físicas características químicas Características Físicas: •Porosidade •Permeabilidade •Absorção Características Químicas: •Composição do Cimento •Composição das Adições Estas características permitirão uma maior ou menor capacidade de Interação com os agentes agressivos presentes no meio ambiente 8 Conceito de Durabilidade O material atingiu o fim da sua vida útil quando suas propriedades sob dadas condições de uso deterioram a um tal ponto que a continuação do uso deste material é considerada, como insegura, ou antieconômica 9 RECOMENDAÇÕES DE BOA PRÁTICA PARA AUMENTAR A DURABILIDADE DO CONCRETO ➢ Utilizar Baixa Relação a/c ➢ Realizar cura ➢ Utilizar cimento e cobrimento adequados ➢ Seguir as normas técnicas ➢ Evitar circulação de água desnecessária... 10 RECOMENDAÇÕES DE BOA PRÁTICA PARA AUMENTAR A DURABILIDADE DAS ARMADURAS Deterioração devido a pequenas espessuras do cobrimento Cimento sem adição proporciona maior quantidade de reserva alcalina = coeficiente de segurança para carbonatação Cimento com adição (pozolana, cinza volante, microssílica e escória de alto forno) = menor permeabilidade COBRIMENTO DO CONCRETO = BARREIRA 11 Assegura a fabricação de um concreto denso e pouco permeável Menor relação água/cimento mais durável RECOMENDAÇÕES DE BOA PRÁTICA PARA AUMENTAR A DURABILIDADE DAS ARMADURAS Assegura um bom cobrimento da armadura Assegura uma compacidade do material final 12 RECOMENDAÇÕES DE BOA PRÁTICA PARA AUMENTAR A DURABILIDADE DAS ARMADURAS CAMADA DE COBRIMENTO BARREIRA QUÍMICA BARREIRA FÍSICA 13 PROJETAR PARA A DURABILIDADE O PROBLEMA DE DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO DEVE CONSIDERAR OS SEGUINTES ASPECTOS: ➢A classificação da agressividade do meio ambiente; ➢A classificação da resistência do concreto a deterioração; ➢Os modelos de deterioração e envelhecimento das estruturas de concreto; ➢A vida útil desejada, ou seja, o período de tempo em qual se deseja que a estrutura atenda a certos requisitos funcionais com um mínimo de manutenção. NBR 6118 PROJETAR PARA A DURABILIDADE Classe de agressividade ambiental Agressividade Classificação geral do tipo de ambiente para efeito de projeto Risco de deterioração da estrutura I Fraca Rural Insignificante Submersa II Moderada Urbana Pequeno III Forte Marinha Grande Industrial IV Muito forte Industrial Elevado Respingos de maré IV CLASSE DE AGRESSIVIDADE AMBIENTAL IV CLASSE DE AGRESSIVIDADE AMBIENTAL Estaleiro – PE Fonte: Aquino et al, (2016) 17 PROJETAR PARA A DURABILIDADE Classe do concreto Nível de resistência Máxima relação água/ciment o Deterioração por carbonatação Deterioração por ataque por cloretos % de adição % de adição Durável ≥ 40 Mpa ≤ 0,45 ≤ 10% de pozolana, sílica ativa ou escória de alto forno ≥ 20% de pozolana ou sílica ativa ≥ 65% de escória de alto forno Resistente ≥ 30 Mpa ≤ 0,50 ≤ 10% de pozolana ou sílica ativa ≤ 15% de escória de alto forno ≥ 10% de pozolana ou sílica ativa ≥ 35% de escória de alto forno Normal ≥ 25 Mpa ≤ 0,60 qualquer qualquer Fraco ≥ 20 Mpa ≤ 0,65 qualquer qualquer CLASSIFICAÇÃO DOS CONCRETOS FRENTE AO RISCO DE CORROSÃO DAS ARMADURAS 18 PROJETAR PARA A DURABILIDADE COBRIMENTO DO CONCRETO SEGUNDO A CLASSE DE AGRESSIVIDADE Concreto Componente ou elemento Classe de agressividade I II III IV Cobrimento nominal (mm) Concreto armado La jeViga/pilar 20 25 25 30 35 40 45 50 NBR 6118 19 PROJETAR PARA A DURABILIDADENBR 6118 CLASSIFICAÇÃO DA AGRESSIVIDADE DO AMBIENTE SOBRE ARMADURAS Classe da agressividade Macro Clima Gás carbônico no ambiente I Atmosfera rural 0,3% II urbana 0,3% III marinha ou industrial 0,3% IV Pólos industriais >0,3% fonte: Adaptado de HELENE (1995) 20 PROJETAR PARA A DURABILIDADENBR 6118 Tabela de Limites de abertura de fissuras propostos, Carmona Filho e Carmona (2013) 21 PROJETAR PARA A DURABILIDADE CORRESPONDENCIA ENTRE AGRESSIVIDADE DO AMBIENTE E DURABILIDADE DO CONCRETO Classe de agressividade ambiental Agressividade Concreto recomendado I FRACA qualquer tipo II MÉDIA Normal, resistente e durável III FORTE Resistente e durável IV MUITO FORTE Durável 22 ✓NBR 6118:2014 - Projeto de estruturas de concreto - Procedimento ✓NBR 14931:2004 - Execução de estruturas de concreto - Procedimento NORMATIZAÇÃO (PRINCIPAIS) 23 PROJETAR PARA A DURABILIDADE X = K T X Profundidade que os cloretos alcançam por difusão Profundidade que a frente de carbonatação avança T Tempo k Constante k CARBONATAÇÃO 0,1 a 1,0 cm 2/ano CLORETOS 0,15 a 2,7 cm 2/ano 24 PROJETAR PARA A DURABILIDADE Exemplo 1 : Em quantos anos a frente de carbonatação atinge a armadura numa edificação de 2,0 cm de cobrimento, para uma estrutura construída com 15 MPa? K = 0,7 Resposta: 8 anos 25 PROJETAR PARA A DURABILIDADE Exemplo 2 : Numa estrutura com cobrimento de 2,5 cm e Fck = 50 MPa, os cloretos vão atingir a armadura em 50 anos? K = 0,2 Resposta: Não, em 50 anos os cloretos vão atingir 1,40 cm 26 VIDA ÚTIL DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO A vida útil é “ o tempo em que a estrutura se mantém dentro de um limite mínimo de comportamento em serviço para qual foi projetada, sem elevados custos de manutenção e reparação (CEB, 1989) O que é vida útil? 27 Fatores identificados como “regra dos 4C” (HELENE, 2011): ◼ Composição ou traço do concreto; ◼ Compactação ou adensamento efetivo do concreto na estrutura; ◼ Cura efetiva do concreto na estrutura; ◼ Cobrimento das armaduras. VIDA ÚTIL DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO 28 VIDA ÚTIL DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO Os coeficientes de segurança das normas são fixados para uma vida útil de cinqüenta anos Porque vida útil de 50 anos? Segundo a NBR 6118 (2014), as estruturas de concreto armado devem ser projetadas e construídas de modo que, sob as condições ambientais previstas na época do projeto, e mantendo a sua utilização conforme preconizado em projeto, conservem sua segurança, estabilidade e aptidão em serviço, durante um período mínimode 50 anos. O QUE SE PASSA AO FIM DE 50 ANOS, OU SEJA, O FIM DA VIDA ÚTIL ESTRUTURAL? REDUÇÃO DA RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS PROBABILIDADE DE COLAPSO PASSA A SER UMA ESTRUTURA INSEGURA, “ILEGAL”! 32 A) PENETRAÇÃO DE AGENTES AGRESSIVOS POR DIFUSÃO OU PERMEABILIDADE B) FISSURAÇÃO DEVIDA ÀS FORÇAS DE EXPANSÃO DOS PRODUTOS DE CORROSÃO C) LASCAMENTO DO CONCRETO E CORROSÃO ACENTUADA D) LASCAMENTO ACENTUADO E REDUÇÃO SIGNIFICATIVA DA SEÇÃO DA ARMADURA Andrade (2001) comenta que o tempo ou período de iniciação da corrosão também é conhecido como a vida útil de projeto de uma estrutura de concreto 33 VIDA ÚTIL DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO NBR 6118 (2014) VIDA ÚTIL DE PROJETO FONTE: FIGUEIREDO E MEIRA, 2013. G R A U D E D E G R A D A Ç Ã O CO2, Cl- TEMPO Nível Máximo Aceitável VIDA ÚTIL INICIAÇÃO PROPAGAÇÃO CORREÇÃO Período de tempo correspondente ao intervalo que inicia no fim da concretagem até a despassivação das armaduras 35 VIDA ÚTIL DE UTILIZAÇÃO Conceito de vida útil de utilização da estrutura atingida evidenciada pelas fissuras provocadas pela corrosão das armaduras Período de tempo que vai até o momento do surgimento de manchas na superfície do concreto ou quando ocorrem as primeiras fissuras provenientes da expansão das armaduras pelo produto da corrosão NBR 6118 (2014) 36 VIDA ÚTIL TOTAL Conceito de vida útil total da estrutura atingida evidenciada pela ruptura dos elementos estruturais Período de tempo que vai até a ruptura total ou parcial da estrutura. corresponde ao período na qual ocorreu uma redução na seção resistente do aço significante ao colapso total ou parcial NBR 6118 (2014) 37 VIDA ÚTIL RESIDUAL Conceito de vida útil residual foi adquirida após recuperação estrutural Corresponde ao período de tempo, a partir de um determinado momento após uma vistoria , em que a estrutura ainda será capaz de desempenhar satisfatoriamente sua função a qual foi projetada NBR 6118 (2014) 38 Evolução Conceitual de um Projeto de Estruturas Fonte: Poissan (2010). 39 Estruturas Duráveis 40 HELENE, 2006 Centro Empresarial Nações Unidas São Paulo 1998 Altura 179 m fck = 50 MPa 41 São Paulo – 2005 FcK = 149 MPa 42 PROPRIEDADES TEMPO RECORDE CONVENCIONAL PROFUNDIDADE DE CARBONATAÇÃO 91 DIAS ZERO 28 mm ABSORÇÃO ÁGUA POR IMERSÃO 0,35% 5,1% ABSORÇÃO DE ÁGUA POR CAPILARIDADE 1,20 kg/cm2 12,0 kg/cm2 43 Millennium Palace, 46 Andares, SC. Fonte: sc.olx.com.br 44Fonte: MEHTA; MONTEIRO, 2008 45 Burj Khalifa Dubai Emirados Árabes Início construção 2005 Fim construção 2010 12 mil operários trabalharam Altura 705 a 808 m fck = 80 MPa Torre principal fck = 50 MPa demais estruturas REVISTA CONCRETO, 2007 Custo – US$ 1 Bilhão 160 Andares 53 Elevadores 3 mil vagas estacionamento 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 Fonte: MEHTA; MONTEIRO, 2008 57 58 •Concreto de Alta Resistência Sílica Ativa e Superplastificantes RESISTÊNCIA CONCRETO 59 Possui 343 metros de altura. Sua construção participaram 500 operários. Durou 3 anos. Seu custo 394 milhões de euros. A ponte foi construída tendo como horizonte 120 anos de vida útil. O Viaduto de Millau (França) Santana; Gois (2017) 60 “Porque somos mortais, inevitavelmente mortais, tendemos a acreditar que tudo o que dure mais do que nós é eterno”. (Vicente Custódio de Souza)
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