LNEC - especificação E 465 (Betão)

Modelação da Durabilidade do betão segundo a

Especificação LNEC E 465

Arlindo Gonçalves

Seminário

MATERIAIS EM

AMBIENTE MARÍTIMO

FunchalOutubro de 2007

Índice da apresentação

>O novo Decreto-lei

>A durabilidade na NP EN 206

>A durabilidade segundo a especificação

LNEC E 464

>A durabilidade segundo a especificação

LNEC E 465

MATERIAIS EM AMBIENTE MARÍTIMO – Funchal, Outubro de 2007

Decreto-lei 301/2007


A durabilidade na NP EN 206

>Os requisitos para o betão resistir às acções

ambientais são dados em termos de valores limite

para a composição e de propriedades estabelecidas

para o betão (ver 5.3.2) E 464

ou, em alternativa,

>podem resultar de métodos de especificação baseados

no desempenho (ver 5.3.3) E 465

>Os requisitos devem ter em conta a vida útil

pretendida para a estrutura de betão


Categorias de vida útil na NP EN 1990

Edifícios monumentais, pontes e outras estruturas de engenharia

1005

Edifícios e outras estruturas comuns (v.g., hospitais, escolas)

504

Estruturas para a agricultura e semelhantes15 a 303

Partes estruturais substituíveis10 a 252

Estruturas temporárias101

anosCategoria

ExemplosVida útil

Classes de exposição ambientalCarbonatação - E464

Betão armado exposto a ciclos de molhagem/secagem.

Superfícies exteriores de betão armado expostas à chuva ou fora do âmbito da XC2

Ciclicamente húmido e seco

XC4

Superfícies exteriores de betão armado protegidas da chuva transportada pelo vento.

Betão armado no interior de estruturas com moderada ou elevada humidade do ar (v.g., cozinhas, casas de banho).

Moderadamente húmido

XC3

Betão armado enterrado em solo não agressivo.

Betão armado sujeito a longos períodos de contacto com água não agressiva.

Húmido, raramente seco

XC2

Betão armado no interior de edifícios ou estruturas, com excepção das áreas com humidade elevada.

Betão armado permanentemente submerso em água não agressiva.

Seco ou permanentemente húmido

XC1

Exemplos informativosDescrição do ambiente

Classe

Classes de exposição ambientalCloretos - E 464

Betão armado sujeito às marés ou aos salpicos, desde 10 m acima do nível superior das marés (5 m na costa Sul de Portugal Continental) até 1 m abaixo do nível inferior das marés.

Betão armado em que uma das superfícies está imersa em água do mar e a outra exposta ao ar (v.g., túneis submersos ou abertos em rocha ou solos permeáveis no mar ou em estuário de rios). Esta exposição exigirá muito provavelmente medidas de protecção suplementares.

Zona de marés, de rebentação e de salpicos

XS3

Betão armado permanentemente submerso. Submersão permanente

XS2

Betão armado em ambiente marítimo saturado de sais

Betão armado em áreas costeiras perto do mar, directamente exposto e a menos de 200 m do mar; esta distância pode ser aumentada até 1 km nas costas planas e foz de rios

Ar transportando sais marinhos mas sem contacto directo com água do mar

XS1

Exemplos informativosDescrição do ambiente

Classe



EXIGÊNCIAS RELACIONADAS COM AS CLASSES DE

EXPOSIÇÃO AMBIENTAL - LNEC E 464

(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.

C30/37LC30/33

C30/37LC30/33

C25/30LC25/28

C25/30LC25/28

C30/37LC30/33

C30/37LC30/33

C25/30LC25/28

C25/30LC25/28

Mínima classe de resistência

300300260260280280240240Mínima dosagem de cimento, (kg/m3)

0,550,550,650,650,600,600,650,65Máxima razão água/cimento

4035352540353525Mínimo

recobrimento nominal (mm)*

XC4XC3XC2XC1XC4XC3XC2XC1Classe de exposição

CEM II/B(1); CEM III/A (2); CEM IV(2); CEM V/A(2)CEM I (Referência); CEM II/A (1)Tipo de cimento

Limites da composição e da classe de resistência do betão sob

acção da carbonatação para uma vida útil de 50 anos

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

Tipo de cimentoCEM IV/A (cimento de referência);

CEM IV/B; CEM III/A; CEM V/A

CEM I; CEM II

Classe de exposição XS1/ XD1 XS2/ XD2 XS3/ XD3 XS1/ XD1 XS2/ XD2 XS3/ XD3

Recobrimentomínimo (mm)

35 40 45 35 40 45

Máxima razão água/cimento

0,55 0,55 0,45 0,45 0,45 0,40

Mínima dosagem de cimento, C (kg/m3)

340 360 380 360 360 380

Mínima classe de resistência

C30/37 LC30/33

C30/37 LC35/38

C35/45 LC35/38

C40/50 LC35/38

C40/50 LC40/44

C50/60 LC40/44

EXIGÊNCIAS RELACIONADAS COM AS CLASSES DE

EXPOSIÇÃO AMBIENTAL - LNEC E 464

O recobrimento indicado no projecto deve ser o nominal (mínimo + 10 mm)

Recobrimentos mínimos (mm) c min,dur. no betão armado - EN 1992-1-1

555045403525206

504540353020155

454035302515104

403530252010103

353025201510102

302520151010101

XD3/ XS3

XD2/ XS2

XD1/ XS1

XC4XC2/3XC1X0

Classe de exposição ambientalClasse estru-tural


>Enquadramento geral da garantia do tempo

de vida útil de projecto das estruturas de

betão armado face às acções ambientais,

para 50 e 100 anos



Respeitando os mínimos recobrimentos nominais

> Caso se pretenda aplicar uma composição que não respeite os

limites indicados nos Quadros 6 e 7,

ou

> Caso se pretenda utilizar outros cimentos que não os indicados

nos Quadros 6 e 7

Deve recorrer-se ao conceito de

desempenho equivalente



> Se os recobrimentos nominais forem

menores do que os mínimos previstos nos

Quadros 6 e 7, no caso de 50 anos de vida

útil, ou do que estes mínimos acrescidos de

10 mm, no caso de 100 anos de vida útil,

ou



> Se os recobrimentos nominais forem

maiores do que os dos Quadros 6 e 7 e,

para 50 anos de vida útil, se pretender

aplicar uma composição que não respeite

os limites indicados nesses Quadros,



> Deve recorrer-se aos métodos de

especificação do betão baseados no

desempenho relacionado com a durabilidade,

seguindo, nomeadamente, a metodologia

estabelecida na



Modelos analíticos probabilísticos


Especificação E 465

A metodologia geral do projecto de durabilidade procura garantir, em cada estado limite e para a vida útil pretendida t g:

- que a resistência da estrutura face às acções ambientais, Rs(tg), calculada utilizando modelos de desempenho, seja superior à acção ambiental S(tg):

Rs(t g) - S(tg) > 0 ou, em alternativa,

- que a vida útil, tL, avaliada através do modelo de desempenho, seja superior à vidaútil pretendida, tg:

tL – tg > 0

É nesta última condição que a metodologia desta Especificação se baseia para estimar as propriedades de desempenho, recorrendo ao factor de segurança da vida útil, γγγγ

Podem calcular-se de forma determinística as propriedades de desempenho para o valor da vida útil de cálculo t d = γγγγ * tg

>Em relação aos estados limites e no que respeita à

durabilidade, estabelece-se nesta Especificação

apenas o estado limite de utilização, definido como o

início da fendilhação do betão de recobrimento por

corrosão das armaduras

>Não se consideram estados limites últimos, por o

processo de corrosão não ser súbito e permitir em

geral tomar oportunamente medidas correctivas


Factor de segurança da vida útil γγγγ



Nota: o valor sublinhado é o da EN 1990

1,212*10 -2

1,56,7*10 -2

2,02,3*10 -2

ββββprobabilidade

RC1RC2RC3Classes de fiabilidade

Mínimos índices de fiabilidade ββββ

CC3 - Elevadas consequências económicas, sociais e ambientais ou para a vida humana, aplicável por exemplo a edifícios altos, pontes principais, hospitais, teatros;

CC2 - Médias consequências, aplicável, v.g., a edifícios de habitação, industriais e de escritórios;

CC1 – Pequenas consequências, aplicável, v.g., a armazéns ou construções pouco frequentadas.

A estas CC, a EN 1990 faz corresponder classes de f iabilidade RC3, RC2 e RC1



2,0RC1

2,3RC2

2,8RC3

Factor γγγγ para o Estado Limite de Utilização

Classes de fiabilidade

Factores de segurança da vida útil γγγγ

No cálculo dos valores de γγγγ considerou-se para o tempo de vida útil uma distribuição lognormal com coeficiente de variação de 0,5.


Modelo de degradação adoptadoTuutti


Tempo de propagação

>Lei de Faraday

>Expressão experimental de estima da redução de raio, x , que provoca a iniciação da fissuração

pcor tIx 0115,0=

x = 10-3 * (74,5 + 7,3R/φ0 – 17,4 fcd)

Tempo de propagação tp

tp = k φφφφ0 / (1,15 αααα Icorr )

k = 0,1*(74,5 + 7,3 R/φ0 – 17,4 fcd) /(φ0/2)


Velocidade de corrosão Icorr

desprezávelbaixo

moderadoelevado

< 0,10,1-0,50,5-1

>1

Nível de corrosãoIntensidade da corrente de corrosão (µA/cm2)

Quadro 11 – Níveis de corrosão

ElevadoDesprModer. Baixo/ Moder.

Despr. BaixoDespr.

XS3XS2XS1XC4XC3XC2XC1

Quadro 12 – Classes de exposição e níveis de corrosã o das armaduras


Tempos de propagação Carbonatação

3 / 47 / 733 / 3520

4 / 58 /1035 / 4782,5

4 / 48 / 941 / 4220

Reg. seca15

R. húm.5

5 / 69 /1242 / 5482XC4

>33 / 3520

>35 / 4782,5

>41 / 422045>42 / 5482XC3

7 / 7>33 / 3520

7 / 9>35 / 4782,5

8 / 8>41 / 4220108 /11>42 / 5482XC2

330 / 32020

350 / 39082,5

410 / 41020>100420 / 46082XC1

tg=50 anos

10,50,1

tp estimado

(anos)

tp (anos) calculado para Icorr (µA/cm2)φ0

(mm)fcd

(MPa)


Tempos de propagação - Cloretos

0 / 01 / 1200 / 11 / 1841 / 11 / 120

01 / 12 / 283XS3

> 20 / 3020

> 40 / 6084

50 / 60204070 / 9083

XS2

0 / 00 / 1200 / 11 / 1841 / 11 / 120

01 / 11 / 283XS1

tg=50 anos10,50,1

tp estimado

(anos)

tp (anos) calculado para Icorr

(µA/cm2)

φ0

(mm)

fcd

(Mpa)

Tempos de iniciação

>Sendo o tempo da vida útil de cálculo dado por

td = γ * tg = γ (ti+tp)

>O período de iniciação de cálculo, tic = γ * ti, é dado por

tic = γ (tg – tp)

Tempos de iniciação

207252h-1090104126h-5

184224s-20708098s-15XC4

23289010121445XC3

16122420809211210XC2

-->100--->100XC1

2,32,82,02,32,8

RC2RC3tpRC1RC2RC3tp

tg=100 anostg=50 anost ic

(anos)

Modelação do ambiente

* Ausência de oxigénio para o processo de corrosão

1100%XS3(zona de marés e de rebentação)

1*100%XS2(submersão permanente)

0,680%XS1(ar com sais do mar)

0,180,22

Região seca: 80%Região húmida: 80%

XC4(ciclicamente húmido e seco)

0,170%XC3(moderadamente húmido)

0,890%XC2(húmido, raramente seco)

0,051*

Ambiente seco: 60%Amb. húmido: 100%

XC1 (seco/sempre húmido)

TdM**Humidade relativaClasse de exposição

Modelação da humidade relativa e do tempo de molhag em do betão nas classes de exposição

**TdM - Tempo de molhagem

n

C t

tkkk

R

tX

∗∗∗∗∗= 0

65

21*00007,02

Cálculo do período de iniciação devido à carbonataç ão

Modelos - carbonatação (R C65)

k0 = 3, nas condições de ensaio da E391

k1 – depende da humidade relativa

k2 – depende das condições de cura (=1 para cura segundo a norma)

to = 1 ano

n – depende dos ciclos de molhagem e secagem

Rc65 – resistência à carbonatação acelerada

Modelos - carbonatação (RC65)

> A determinação em laboratório da resistência à carbonatação dum betão, RC65, é feita seguindo a Especificação LNEC E 391

0,090,020,180n

0,410,770,201,0k1

XC4XC3XC2XC1

Quadro 6 – Valores dos parâmetrosk1 e n para cálculo de RC65

> a é um factor de valor 150

> k é o coeficiente de permeabilidade ao ar do betão de recobrimento, em 10-16 m2 (k = mk60)

> p é um expoente que depende da humidade relativa do betão

> c é o teor de óxido de cálcio da matriz de cimento hidratado do betão (kg/m3)

> k2 é o factor que permite considerar a influência da cura


Modelos - carbonatação (K 60)

5,0

4,0

c

tkaX

p∗∗= 525252

25152

60 ,p,i

,

,,

kmta

cRk

××××= ×

Modelos - carbonatação (K60)

* aplicável também ao CEM II/A-L

3104706150,190100

2854305700,250,05795

2654105350,320,11790

2533885100,370,18485

2403654850,420,25680

2353584700,450,38275

2303504600,480,53470

2303504600,50,73765

2303504600,511,0060

CEM IVCEM II/IIICEM I *

c (kg/m3)pmHR(%)

Cálculo do período de iniciação devido aos cloretos

D – coeficiente de difusão dos cloretos (variável no tempo)

Cs – concentração de cloretos na superfície do betão

C(x,t) – concentração de cloretos à profund. X

erf – função erro

−=

tD

XerfCtxC S

21),(

tDX *2ξ=2

2

4 ξ∗∗=

t

XDou

que reorganizada

sendoS

S

C

txCCerf

),(1 −= −ξ

Modelos - Cloretos (D)



0,30,4a/c >0,40

0,40,50,30 < a/c ≤ 0,40

0,50,6a/c ≤0,30

XS3XS1; XS2Água/cimento

Concentração dos cloretos, C R (% em massa do cimento)

temphorvertc/abs kkkkCC ⋅∗∗∗=

( ) 00 Dt

tktD

n

a ×

×=


ktemp

0,60,70,81,01,21,52,2

35ºC30 ºC25ºC20 ºC15ºC10 ºC0 ºC

• Admitem-se variações lineares entre os limites** As distâncias podem aumentar em zonas planas e relativamente baixas e nos vales dos rios. Nas ilhas da

Madeira e dos Açores podem ser duplicadas.

0.4*3 km**

0.6*1 km**

1*0

khorDistância à linha de costa**

1.0XS3

1*1.4 *

a 1m de profundidadea 25 m de profundidade

XS2

0,7XS1

kvertClasse de exposição

Valores dos parâmetros k vert e khor para calcular Cs


1,0Cofragem de permeabilidade controlada e 3 dias de cura

húmida

0,75em contacto permanente com água

2,4normalizada

kD,cNúmero de dias de cura

1,0XS2

1,0XS3

0,4XS1

KD,RHClasses de exposição

0,40 ºC

0,7510 ºC

0,815 ºC

1,020 ºC

1,225 ºC

1,530 ºC

KD,T Temperatura do betão (ºC)

K = kD,c * kD,RH * kD,T * D0 * (t0/t)n

* Excepto CEM II-W, II-T, II/B-L e II/B-LL

0,650,55XS3

0,550,45XS2

0,650,55XS1

CEM III / IV

CEM I / II*

nClasses de exposição

45372411

59483315

80654722(4)(5)(6)

115947434

18014613160

321260295135(1)(2)(3)

RC65

90701080tic(anos)RC1

51412912

66533916

90735624(4)(5)(6)

1301058837

20316415666

361291351148(1)(2)(3)

RC65

104801292tic(anos)RC2

60483314

78634519

106866527(4)(5)(6)

15312410242

23819418174

424344407167(1)(2)(3)

RC65

1269814112tic (anos)RC3

tg=50 anos

Resistência à carbonatação dos betões, RC65 (kg.ano/m 5) com cura normalizada

E 4

65

22,724,627,038,8

17,919,421,330,7

13,714,916,323,535 4045

10,110,912,017,2

7,07,68,312,0

4,54,95,37,720 2530

CEM III / IV

10,911,813,018,7

8,69,310,314,8

6,67,27,911,335 4045

4,95,35,88,3

3,43,64,05,8

2,22,32,63,720 2530

CEM I / II

tic =115 anosCimento Recob.

RC2

E 4

65

Coeficientes de difusão potencial dos cloretos, D0 (10-12 m/s), do betão com CEM I/II ou CEM III/IV na classe XS1 junto ao mar


Resultados experimentais carbonatação RC65

RC65 = 0,0016σ3,106

R2 = 0,83

RC65= 0,0018σ2,8618

R2 = 0,90

0

200

400

600

800

1000

1200

10,0 30,0 50,0 70,0 90,0σ(MPa)

RC

65 (

kg.y

ear/

m5 )

CEM I ; II/A

CEM II/B to V


Resultados experimentais carbonatação K60

CEM I to CEM V

k60= 7042,1σ-2,8395

R2 = 0,74

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

10,0 30,0 50,0 70,0 90,0σ (MPa)

k 60 (

10-1

6 m2 )


Resultados experimentais cloretos D0

D0 = 8471,6 σ -1,5246

R2 = 0,89

D0 = 981,15σ-1,2445

R2 = 0,660,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

10,0 30,0 50,0 70,0 90,0σMPa)

D0

(10-1

2 m2 /s

)

CEM I or II/A

CEM II/B to V


Resultados experimentais carbonatação 50 anos RC65

952059520554120

CEM II/B a V

CEM I, II/A

CEM II/B a V

CEM I, II/A

CEM II/B a V

CEM I, II/A

S4E 464

905624S4

1308837S3

20315666S2

361351148S1E 465

XC4 - HRXC3XC2

S1 a S4 - classes estruturais


Resultados experimentais carbonatação 100 anos RC65

952059520554120

CEM II/B to V

CEM I, II/A

CEM II/B to V

CEM I, II/A

CEM II/B to V

CEM I, II/A

S6E 464

1066521S6

1388829S5

18812742S4

27119865S3

424352115S2

753793260S1E 465

XC4 - HRXC3XC2



Resultados experimentais cloretos 50 anos D0

7,213,98,817,88,817,8S4E 464

6,73,515,310,716,311,3S4

5,32,811,78,212,08,3S3

4,02,18,66,08,35,8S2

3,01,66,04,25,33,7S1LNEC E465

CEM II/B a Va/c=0,40

CEM I, II/Aa/c=0,35


CEM I, II/Aa/c=0,40


CEM I, II/Aa/c=0,40

XS3/XD3XS2/XD2XS1/XD1



Resultados experimentais cloretos 100 anos D0

7,213,98,817,88,817,8S6E 464

7,33,516,310,519,812,5S6

6,02,913,28,515,69,9S5

4,92,310,46,712,07,6S4

3,91,88,05,18,85,6S3

2,91,45,93,86,13,9S2

2,21,04,12,63,92,5S1E 465


CEM I, II/Aa/c=0,40


CEM I, II/Aa/c=0,40


CEM I, II/Aa/c=0,40

XS3/XD3XS2/XD2XS1/XD1


E 469 -EspaçadoresE 469 -Espaçadores


FIMGrato pela atenção

[email protected]

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LNEC - especificação E 465 (Betão)