Durabilidade de Estruturas de Betão Armado e Pré-esforçado

8/17/2019 Durabilidade de Estruturas de Betão Armado e Pré-esforçado

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BETÃO ARMADO E PRÉ-ESFORÇADO I

FOLHAS DE APOIO ÀS AULAS

MÓDULO 4

DURABILIDADE DE ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO

E PRÉ-ESFORÇADO

Júlio Appleton

Ano Lectivo 2007/2008


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Betão Armado e Pré-Esforçado I

MÓDULO 4 – Durabilidade de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado 139

ÍNDICE

1. MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO ................................................................................. 140

2. MICROAMBIENTE................................................................................................................ 141

3. PERÍODO DE INICIAÇÃO E PERÍODO DE PROPAGAÇÃO ............................................. 142

4. DESPASSIVAÇÃO DAS ARMADURAS.............................................................................. 144

5. CORROSÃO DAS ARMADURAS........................................................................................ 145

6. EFEITOS DA DETERIORAÇÃO........................................................................................... 147

7. METODOLOGIAS PARA A GARANTIA DA DURABILIDADE ........................................... 147

7.1. CLASSES DE EXPOSIÇÃO ...................................................................................................147

7.2. ANÁLISE PROBABILÍSTICA DA OCORRÊNCIA DE DESPASSIVAÇÃO DAS ARMADURAS................149

7.3. RECOBRIMENTO E QUALIDADE DO BETÃO............................................................................149

7.4. OUTROS ASPECTOS IMPORTANTES PARA A GARANTIA DA DURABILIDADE DAS CONSTRUÇÕES 152

7.4.1. CONCEPÇÃO E PROJECTO ........................................................................................152

7.4.2. EXECUÇÃO ..............................................................................................................153

7.4.3. MANUTENÇÃO..........................................................................................................153


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Durabilidade de uma Estrutura – Aptidão de uma estrutura para desempenhar as

funções para que havia sido concebida durante o período de vida previsto, sem que

para tal seja necessário dispender custos de manutenção e reparação imprevistos.

Categorias parao período de

vida

Valores indicativosdo período de vida

(anos)

Exemplos

1 10 Estruturas temporárias (1)

2 10 a 25 Partes estruturais substituíveis (apoios, ...)

3 15 a 30 Estruturas para agricultura ou similares

4 50 Estruturas de edifícios e outras estruturas comuns

5 100 Monumentos, pontes e outras obras públicas

(1) Estruturas que podem ser desmontadas para serem reutilizadas não são consideradas temporárias

1. Mecanismo de Deterioração

Corrosão das armadurasCarbonatação

Cloretos

Ataque químico do betão

Ataque dos sulfatos

Reacções álcalis-inertes

Ataque dos ácidos, águas puras e sais

de amónio e magnésio

Acção da água do mar

Outros

Ataque Biológico

Desgaste por erosão, abrasão e cavitaçãoCiclos de gelo-degelo

Acção do fogo

Cristalização de sais

Reacções químicas mais significativas:

• Reacção dos sulfatos com os aluminatos da paste de cimento

Reacção expansiva


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• Reacção dos álcalis com os inertes reactivos do betão

Reacção expansiva

• Reacção dos ácidos, sais de magnésio, sais de amónio e águas puras sulfatos

com a paste de cimento

Perda das propriedades ligantes

2. Microambiente

Condições de exposição

Exemplo: Ambiente marítimo

Zona Atmosférica – Corrosão das Armaduras (XS1)

Zona de Rebentação – Corrosão das Armaduras (XS3)

Erosão do Betão

Zona de Maré – Ataque Químico do betão (XS3, XA)

Corrosão das armaduras

Erosão do Betão

Ataque Biológico

Zona Submersa – Ataque Químico do Betão (XS2)

Ataque Biológico


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Exemplo:

Ambiente Exterior – microambientes possíveis

3. Período de Iniciação e Período de Propagação

A estrutura pode estar sujeita a um nível de contaminação elevado sem que haja

sinais visíveis de deterioração (fase de iniciação)

INICIA ÃO PROPAGA ÃO

VIDA ÚTIL

NÍVEL DEDETERIORAÇÃO

TEMPO

LIMITE ACEITÁVEL

Num problema de corrosão de armaduras o fim do período de imiciação representa a

despassivação das armaduras e o período de propagação corresponde aodesenvolvimento da corrosão.


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∴ Há que desenvolver acções de inspecção, mesmo que não existam sinais de

deterioração visíveis, por forma a permitir desenvolver operações de manutenção

antes que os mecanismos de deterioração mais severos se desenvolvam.

Os custos de reparação de uma estrutura que se apresente na fase de propagação

são sempre elevados.

Influência do recobrimento na profundidade de carbonatação

Recobrimento mínimo e qualidade (resistência) do betão – Valores de referência


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4. Despassivação das Armaduras

No betão não contaminado as armaduras encontram-se protegidas contra a corrosão

devido à elevada alcalinidade do meio.

Hidróxido de cálcio

Hidróxido de sódio e potássio → pH ≈ 12.5 a 13.5

Nestas condições forma-se à superfície da armadura uma barreira de protecção

(película passiva) que impede a sua corrosão.

pH ≥≥≥≥ 12,5

Película passiva

(γ γγ γ F e2O 3)

Armadura

A corrosão não épossível

Protecção das armaduras no betão

Quando o pH desce para valores inferiores a 10 - 11, ou o teor de cloretos ultrapassao valor crítico, ocorre a destruição da película passiva.

A despassivação das armaduras origina o início do mecanismo da corrosão

Dissolução da película passiva

CarbonataçãopH valor crítico

A corrosão é possível

Corrosão das armaduras após a dissolução da película passiva


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5. Corrosão das Armaduras

O mecanismo da corrosão é um processo electroquímico, i.e. envolve reacções

químicas e correntes eléctricas

Para que a corrosão se possa desenvolver é necessário a presença dos seguintes

elementos:

Ânodo Zona da armadura despassivada

Cátodo Zona da armadura com acesso ao oxigénio

Conductor eléctrico Armadura

Electrólito Betão


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Modelo de uma célula de corrosão

H2OO

CÁTODO

ÂNODO

Cl- CO2 H2O O2

DISSOLUÇÃO DO AÇO

Fe Fe++ + 2e-

REDUÇÃO DO OXIGÉNIO

1/2 O2 + H2O + 2e- 2OH-

2 e-

OH-

PRODUTOS DA CORROSÃO

Fe++ + 2OH- Fe (OH)2

Fe++

Volume relativo dos produtos da corrosão (Aumento percentual)


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Situações em que não ocorre corrosão significativa:

• A armadura não está despassivada ⇒ não existe ânodo

• Em elementos submersos não há disponibilidade de oxigénio ⇒ não existe

cátodo

• Em elementos situados em ambientes secos o betão tem uma condutividade

baixa ⇒ não existe electrólito

6. Efeitos da Deterioração

Efeitos de corrosão das armaduras

• Fendilhação/Delaminação/Descasque do betão de recobrimento

• Perda de aderência aço/betão

• Perda de secção e ductilidade do aço

7. Metodologia para a Garantia da Durabilidade

7.1. Classes de exposição

Designaçãoda classe

Descrição do ambiente Exemplos informativos decondições em que podem ocorreras classes de exposição

1 Nenhum risco de corrosão ou ataque

X0Para betão sem armadura ouelementos metálicos embebidos:todas as exposições excepto emsituação de gelo/degelo, abrasão ouataque químico Para betão com armadura ouelementos metálicos embebidos:muito seco

Betão no interior de edifícios comuma humidade do ar ambiente muitobaixa

2 Corrosão induzida por carbonatação XC1 Seco ou permanentemente húmido Betão no interior de edifícios comuma humidade do ar ambientebaixaBetão permanentemente submersoem água

XC2 Húmido, raramente seco Superfícies de betão sujeitas acontacto prolongado com águaUm grande número de fundações

XC3 Humidade moderada Betão no interior de edifícios comuma humidade do ar ambientemoderada ou elevadaBetão exterior protegido da chuva

XC4 Alternadamente húmido e seco Superfícies de betão sujeitas a

contacto com água, não incluídas naclasse de exposição XC2


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3 Corrosão induzida por cloretos XD1 Humidade moderada Superfícies de betão expostas a

cloretos transportados pelo arXD2 Húmido, raramente seco Piscinas

Elementos de betão expostos aáguas industriais contendo cloretos

XD3 Alternadamente húmido e seco Elementos de pontes expostos apulverizações contendo cloretosPavimentosLajes de parques de estacionamento

4 Corrosão induzida por cloretos presentes na água do mar XS1 Exposto ao sal transportado pelo ar

mas não em contacto directo com aágua do mar

Estruturas próximas da costa ou nacosta

XS2 Permanentemente submerso Elementos de estruturas marítimasXS3 Zonas sujeitas aos efeitos das marés,

da rebentação e da neblina marítimaElementos de estruturas marítimas

5. Ataque gelo/degeloXF1 Saturação moderada em água, sem

produto descongelanteSuperfícies verticais de betãoexpostas à chuva e ao gelo

XF2 Saturação moderada em água, comproduto descongelante

Superfícies verticais de betão deestruturas rodoviárias expostas aogelo e a produtos descongelantestransportados pelo ar

XF3 Saturação elevada em água, semprodutos descongelantes

Superfícies horizontais de betãoexpostas à chuva e ao gelo

XF4 Saturação elevada em água comprodutos descongelantes ou comágua do mar

Estradas e tabuleiros de pontesexpostos a produtos descongelantesSuperfícies de betão expostas apulverizações directas contendoprodutos descongelantes e expostasao geloZonas sujeitas aos efeitos darebentação de estruturas marítimas

expostas ao gelo6. Ataque químico

XA1 Ambiente químico ligeiramenteagressivo, de acordo com a EN 206-1, Quadro 2

Terrenos naturais e água no terreno

XA2 Ambiente químico moderadamenteagressivo, de acordo com a EN 206-1, Quadro 2


XA3 Ambiente químico altamenteagressivo, de acordo com a EN 206-1, Quadro 2


Nota: Este quadro é parte integrante da EN1992-1-1 – Capítulo 4. A composição do betão

afecta quer a protecção das armaduras quer a resistência do betão aos ataques. O Anexo E dáclasses de resistência indicativas para as diferentes classes de exposição. Tal pode conduzir àescolha de classes de resistência mais elevadas do que as que seriam necessárias ao cálculoestrutural. Neste caso, deve adoptar-se o valor de f ctm associado à resistência mais elevadapara o cálculo da armadura mínima e para o controlo da largura de fendas (ver 7.3.2 a 7.3.4).


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7.2. Análise Probabilística da Ocorrência de Despassivação das armaduras

Os parâmetros associados à avaliação destes fenómenos (ex: corrosão)têm uma

determinada distribuição estatística.

A avaliação não pode ser feita com base em valores médios. Deve ser feita em termosde probabilidade de ocorrência. Por exemplo 10%.

Avaliação da Probabilidade de corrosão, Z, Resistência, R, e Carga (Acção), F.

Z = R – F

R – Distribuição do recobrimento

F – Penetração do teor crítico de

cloretos F (t)

Pf = ∅ [- µz / σz] = ∅ (- β)

µz – valor médio de Z

σz Desvio padrão de Z: ( )σ2R + σ2F1/2

β – índice de fiabilidade

7.3. Recobrimento e Qualidade do Betão

Em Portugal e para um período de vida de 50 anos a classe a adoptar é S4.

Armadura Ordinária

Requisitos relativos à condição de exposição ambiental para Cmin,dur (mm)

Classe de exposição de acordo com o Quadro 4.1 Classe

Estrutural X0 XC1 XC2/XC3 XC4 XD1/XS1 XD2/XS2 XD3/XS3

S1 10 10 10 15 20 25 30

S2 10 10 15 20 25 30 35

S3 10 10 20 25 30 35 40

S4 10 15 25 30 35 40 45

S5 15 20 30 35 40 45 50

S6 20 25 35 40 45 50 55


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Armaduras Pré-Esforçadas

Requisitos relativos à condição de exposição ambiental para Cmin,dur (mm)

Classe de exposição de acordo com o Quadro 4.1 Classe

Estrutural X0 XC1 XC2/XC3 XC4 XD1/XS1 XD2/XS2 XD3/XS3

S1 10 15 20 25 30 35 40

S2 10 15 25 30 35 40 45

S3 10 20 30 35 40 45 50

S4 10 25 35 40 45 50 55

S5 15 30 40 45 50 55 60

S6 20 35 45 50 55 60 65

Classe Estrutural

Condições de exposição de acordo com o quadro 4.1 Criterio

X0 XC1 XC2/XC3 XC4 XD1 XD2/XS1 XD3/XS2/ XS3

Período de vida útil

de 100 anos

aumentar

2 classes

aumentar

2 classes

aumentar

2 classes

aumentar

2 classes

aumentar

2 classes

aumentar

2 classes

aumentar 2

classes

Classe de

resistência

≥ C30/37

reduzir 1

classe

≥ C30/37

reduzir 1

classe

≥ C35/45

reduzir 1

classe

≥ C40/50

reduzir 1

classe

≥C40/50*a

reduzir 1

classe

≥ C40/50

reduzir 1

classe

≥C45/55*b

reduzir 1

classe

Elemento tipo laje

(se a posição das

armaduras não for

afectada pelo

processo construtivo)

reduzir 1

classe

reduzir 1

classe

reduzir 1

classe

reduzir 1

classe

reduzir 1

classe

reduzir 1

classe

reduzir 1

classe

Controlo de

qualidade especial

para a produção do

betão

reduzir 1

classe

reduzir 1

classe

reduzir 1

classe

reduzir 1

classe

reduzir 1

classe

reduzir 1

classe

reduzir 1

classe

*a ou C50/60 – CEM I/IIA *b ou C60/75 – CEM I/IIA

O valor a indicar nos desenhos é o do recobrimento nominal.

Cnom = Cmin + ∆C

∆C – Tolerância (rigor) no posicionamento das armaduras (10mm)


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Para além do recobrimento a EN206 estabelece os requisitos da qualidade dos betões

para as várias condições de agressividade ambiental:

Tipo de

cimento CEM I (Referência); CEM II/A(1)

CEM II/B (1); CEM III/A (2); CEM IV (2);CEM V/A (2)

Classe de

exposiçãoXC1 XC2 XC3 XC4 XC1 XC2 XC3 XC4

Mínimo

recobrimento

nominal (mm)

25 35 35 40 25 35 35 40

Máxima razão

água/cimernto0.65 0.65 0.60 0.60 0.65 0.65 0.55 0.55

Mínimadosagem de

cimento, C

(kg/m3)

240 240 280 280 260 260 300 300

Mínima classe

de resistência

C25/30

LC25/28

C25/30

LC25/28

C30/37

LC30/33

C30/37

LC30/33

C25/30

LC25/28

C25/30

LC25/28

C30/37

LC30/33

C30/37

LC30/33

(1) Não aplicável aos cimentos II/A-T e II/A-W e aos cimentos II/B-T e II/B-W, respectivamente(2) Não aplicável aos cimentos com percentagem inferior a 50% de clínquer portland, em massa

Limites da composição e da classe de resistência do betão sob acção de cloretos,para uma vida útil de 50 anos

Tipo de cimento CEM IV/A (Referência); CEM IV/B;CEM III/A; CEM III/B; CEM V; CEMII/B (1); CEM II/A-D

CEM I; CEM II/A (1)

Classe de

exposiçãoXS1/XD1 XS2/XD2 XS3/XD3 XS1/XD1 XS2/XD1 XS3/XD3

Mínimo

recobrimento

nominal (mm)

45 50 55 45 50 55

Máxima razão

água/cimento0,55 0,50 0,45 0,45 0,45 0,40

Mínima

dosagem de

cimento, C

(kg/m3)

320 320 340 360 360 380

Mínima classe

de resistência

C30/37

LC30/33

C30/37

LC30/33

C35/45

LC35/38

C40/50

LC40/44

C40/50

LC40/44

C50/60

LC50/55

(1) Não aplicável aos cimentos II –T, II-W, II/B-L e II/B-LL


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Limites da composição e da classe de resistência à compressão do betão sob ataque

químico, para uma vida útil de 50 anos

Tipo de cimento CEM IV/A (Referência); CEM IV/B;CEM III/A; CEM III/B; CEM V; CEM

II/B

(1)

; CEM II/A-D

CEM I; CEM II/A (1)

Classe de

exposiçãoXA1 XA2 (2) XA3 (2) XA1 XA2 (2) XA3 (2)

Máxima razão

água/cimento0,55 0,50 0,45 0,50 0,45 0,45

Mínima

dosagem de

cimento, C

(kg/m3)

320 340 360 340 360 380

Mínima classe

de resistência

C30/37

LC30/33

C35/45

LC35/38

C35/45

LC35/38

C35/45

LC35/38

C40/50

LC40/44

C40/50

LC40/44

(1) Não aplicável aos cimentos II-T, II-W, II/B-L e II/B-LL.(2) Quando a agressividade resultar da presença de sulfatos, os cimentos devem satisfazer os requisitos

mencionados na secção 5, nomeadamente no Quadro 10, aplicando-se ao betão as exigênciasestabelecidas neste quadro para o CEM IV.

7.4. Outros aspectos importantes para a garantia da durabilidade das construções

7.4.1. Concepção e Projecto

Forma Estrutural

• Adoptar sempre que possível formas simples que minimizem a área de exposição

ao ambiente

• Evitar saliências e cantos

Adoptar formas arredondadas


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Dono de Obra

Critério de Projecto

Caderno de EncargosProjecto

Concepção – Robustez

Pormenorização

Especificações Técnicas

7.4.2. Execução

Controlo Técnico de Execução

Recobrimentos

Qualidade do Betão

Cura

7.4.3. Manutenção

Inspecção e ensaios

Conservação. Medidas preventivas

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