A NORMA DE DESEMPENHO E AS ESTRUTURAS DE CONCRETO
Prof. Luiz Carlos Pinto da Silva Filho Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)
Diretor – Escola de Engenharia / Centro de Estudos e Pesquisas em Desastres (CEPED-RS)
Lider do Grupo de Pesquisa LEME – Laboratorio de Ensaios e Modelos Estruturais
Membro do Conselho Superior do IBRACON
Presidente de Honra da Associacao Latino Americana de Patologia das Construcoes (ALCONPAT INT)
Mudança de Paradigma
2013
Entrada em Vigor da Norma de Desempenho
NBR 15.575/13
Construção em Concreto
Norma de Desempenho
Mudança Radical ou Consolidação?
1. Desempenho estrutural 2. Segurança contra incêndio 3. Segurança no uso e operação 4. Estanqueidade 5. Desempenho térmico 6. Desempenho acústico 7. Desempenho lumínico 8. Saúde, higiene e qualidade do ar 9. Funcionalidade e acessibilidade 10. Conforto tátil 11. Durabilidade 12. Manutenabilidade 13. Adequação ambiental
Implementação e Impactos
Impacto nas técnicas de projeto, seleção de materiais e escolha de
sistemas construtivo
REQUISITOS MÉTODOS DE ENSAIO CRITÉRIOS DE ACEITAÇÃO
Dese
mpenho
Tempo
Vida Útil
Limite Mínimo Requerido de Desempenho
Deterioração / Envelhecimento
FALHA
Desempenho Inicial
Panorama Atual de Mudanças
2013
Norma de Desempenho
Revisão NBR 6118
Projeto de Norma de Reforma
Projeto de Norma de Inspeção Predial
PESQUISAS Sensores ; Novos Materiais ; Monitoramento
Auditoria de Projeto
Cuidados com Intervenções
Vistorias Regulares
BIM
Intervenções Previstas em Projeto (Manutenção) x Intervenções não Previstas
DESGASTE TROCA DE PNEU Intervenção de Manutenção
(PREVISTA EM PROJETO)
RASGA – TROCAR
Intervenções Corretivas Não Programadas Incremento $$$$$ EVITAR OU MINIMIZAR!!!!!
FURO - REPARAR
Desempenho
Tempo
Mínimo Requerido
Mudanca Paradigmatica
DESEMPENHO
INSPEÇÃO
AUDITORIA DE
PROJETO
3a. Revolução da Qualidade na Construção
Civil
(Foco: Qualidade do Produto)
MANUTENÇÃO
BIM
1ª - ISO 9000 2ª - PSQ
Impactos sobre as diferentes etapas do ciclo de vida das construções
CONCEPCAO
PROJETO
EXECUCAO
USO
DESMOBILIZACAO
CONSERVAÇÃO DE ESTRUTURAS
“Lifecycle Management”
Visão de Conservação de Estruturas
• No fib Model Code 2010 Service Life Design, conservação é definida como englobando todas as atividades voltadas a manter ou “retornar” uma
estrutura a um estado que satisfaça os requisitos de desempenho;
• Tipicamente, a conservação tem 2 objetivos básicos:
– atividades dedicadas a permitir que a estrutura atinja a vida útil prevista no processo de projeto (VPU);
– atividades dedicadas a estender a vida útil de serviço, permitindo que ela atenda requisitos revisados de desempenho, mais exigentes (por exemplo, carregamentos maiores ou novas funções).
• Atividades de monitoramento e manutenção da condição de conservação devem ser previstas no projeto da estrutura;
• O planejamento do processo de conservação é desenvolvido com base em PREMISSAS DE PROJETO e em uma ESTIMATIVA (Prognosis) DO COMPORTAMENTO da estrutura submetida a condições de carregamento e exposição ambiental ao longo da vida útil, considerando os REQUISITOS DE DESEMPENHO estabelecidos;
Analisando as Repercussões…
Concepção Projeto Execução Uso
REVOLUÇÃO DA QUALIDADE COM BASE NO DESEMPENHO
Construção em CONCRETO
INSPEÇÕES
AUDITORIA DE PROJETO
REQUISITOS REFORMAS SEGURANÇA
CONTRA INCÊNDIO
Repercussões na Fase de Concepção
• Entender/registrar melhor requisitos tecnicos, do cliente e ambientais (REQUISITOS E METODOS)
• Estruturas mais integradas com o ambiente – Desenvolvimento urbano
– Comunicação
– Preservação/geração de recursos (água, energia…)
– Sociais (convívio)
• Obras mais “customizadas” / adaptadas ao ambiente local
• Mais tempo/recursos investidos na fase de concepção
PARKROYAL Pickering / Cingapura WOHA Architects (Fonte: Plataforma BIM)
INTERFACES
CONCEPCAO PROJETO
REQUISITOS DO CLIENTE
REQUISITOS AMBIENTAIS
REQUISITOS DE DESEMPENHO NBR 15.575
NEGOCIAÇÃO /PROJEÇÃO DO DESEMPENHO REQUERIDO
FORMA DE USO - VIDA UTIL
CONTRATO ACORDO
ENTENDIMENTO
Novos Requisitos para Análise de Soluções Estruturais
Lajes Planas de Grandes Vão Esbeltas / Vibração
Fadiga
Desplacamento / Isolamento
Transmissão de Ruído
Conforto
1. Desempenho estrutural 2. Segurança contra incêndio 3. Segurança no uso e operação 4. Estanqueidade 5. Desempenho térmico 6. Desempenho acústico 7. Desempenho lumínico 8. Saúde, higiene e qualidade do ar 9. Funcionalidade e acessibilidade 10. Conforto tátil 11. Durabilidade 12. Manutenabilidade 13. Adequação ambiental
Segurança contra Incêndio
• TRRF x Dinâmica de Incêndio
• Projeto de segurança contra incêndio – decisões construtivas
• Comportamento de estruturas mistas
• Simulação e preparação para abandono
• Comportamento de membrana de lajes tipo steel-deck
(otimização da proteção)
Segurança no Uso e Operação
Segurança / Funcionalidade Subsistemas (Ex: Guarda-corpo)
Fachadas, escadas, pisos, pontas e cantos cortantes e perfurantes, etc...
Projeto com foco no conforto do usuário
1. Desempenho estrutural 2. Segurança contra incêndio 3. Segurança no uso e operação 4. Estanqueidade 5. Desempenho térmico 6. Desempenho acústico 7. Desempenho lumínico 8. Saúde, higiene e qualidade do ar 9. Funcionalidade e acessibilidade 10. Conforto tátil 11. Durabilidade 12. Manutenibilidade 13. Adequação ambiental
Novos requisitos para o projeto de estruturas-componentes de concreto
1. Desempenho estrutural 2. Segurança contra incêndio 3. Segurança no uso e operação 4. Estanqueidade 5. Desempenho térmico 6. Desempenho acústico 7. Desempenho lumínico 8. Saúde, higiene e qualidade do ar 9. Funcionalidade e acessibilidade 10. Conforto tátil 11. Durabilidade 12. Manutenibilidade 13. Adequação ambiental
Novos critérios e cuidados de projeto / monitoramento / estímulo ao uso de novos materiais / visão de ciclo de vida
PROJETO PARA VIDA UTIL
Projeto para Vida Útil
fib MODEL CODE Service Life Design (SLD)
ISO 2394 – General Principles on Reliability for Structures ISO 1383 – General Principles on the Design of Structures for Durability
TRADUÇÃO
E
DIVULGAÇÃO
Abordagens de Projeto
Avoidance of Deterioration
Full Probabilistic
Partial Safety Factors
Deemed to Satisfy
Fib Model Code for Service Life Design
fadiga / corrosão / fissuração: critérios fixos com pouca
margem para ajustes em projeto
Dimensionamento Concreto
Vida Útil
Lidar com Incerteza
ISO 16204
Introduz 4 modelos
• Corrosão induzida por carbonatação
• Corrosão induzida por cloretos
• Ataque gelo-degelo sem sais de degelo ou presença de água marinha
• Ataque gelo-degelo na presença de sais de degelo ou água marinha
Não aborda
• Ataque químico
• Reação Álcali-Agregado Não existem modelos consensuais
NEED TO BE DEVELOPED!!
Modelo de Carbonatação
K = coeficiente de carbonatação, que reflete a resistência básica do traço utilizado (relação a/c, tipo de cimento, presença de adições, etc) em condições padrão de ensaio, submetido a condições de exposição de referência (UR, Concentração de CO2). Também embute a qualidade de execução. W(t) = função de exposição ambiental, que corrige a equação para as condições específicas mesoclimáticas de exposição consideradas em projeto para os componentes de concreto em análise
Em novas estruturas – podem ser derivados da literatura, ensaios e/ou de estruturas existentes com características semelhantes Para análise da Vida Útil remanescente podem ser deduzidas da análise de dados coletados da própria estrutura
Xc = espessura carbonatada < Cobrimento
EXPLICITAR CONFIABILIDADE
Exemplo: Projeto Probabilístico para Vida Útil
25
Qual a chance de dano aceitável?
Modelo de Gelo-Degelo
Requisito de VUP para concreto
Conhecimento Processos de Deterioração
Modelos de Cálculo da VUP
esperada
Requisitos Mínimos
Novos requisitos para o projeto de estruturas-componentes de concreto
1. Desempenho estrutural 2. Segurança contra incêndio 3. Segurança no uso e operação 4. Estanqueidade 5. Desempenho térmico 6. Desempenho acústico 7. Desempenho lumínico 8. Saúde, higiene e qualidade do ar 9. Funcionalidade e acessibilidade 10. Conforto tátil 11. Durabilidade 12. Manutenabilidade 13. Adequação ambiental
Critérios e parâmetros pouco definidos Consolidação de critérios existentes Acompanhar evolução das normas ISO
COMITE TECNICO VIDA UTIL IBRACON
Condição de Exposição
Edifício residencial de múltiplos pavimentos. Fonte: Revista Téchne
Durabilidade
UTILIZAÇÃO
MEIO AMBIENTE
Concretos Cromáticos e Decorativos
30
Egon Vetorazzi Light Reflecting Glass Beads in UHPC Matrix Concretos
Cromáticos
Concretos Decorativos
Melhor especificação dos materiais em nível de projeto
• Fc
• E
• Cobrimento
• Taxa de absorção
• K(co2)
• D(cl)
• Ft /Resiliência(compósitos com fibras)
Atual
África do Sul
TESTES EXPEDITOS CRITÉRIOS DE ACEITAÇÃO
Capacidade de absorção superficial
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
Tempo
m3
Referência Sistema silano/siloxano Sistema silicatos
SHCC - Strain Hardening Cement Composites (Bendable Concrete)
34
• 500x mais resistente à fissuração
• 40% mais leve
• 2% microfibras
• Alta durabilidade
UFRGS Self-Healing Menor custo que ECC
Compósitos de Alto Desempenho – CPR (Concreto de Pós Reativos)
170-190 Mpa Empacotamento partículas Hibridização fibras Comportamento frágil
Concreto Permeável
• Controle Inundações – Capacidade de armazenagem
– Redução do escoamento superficial
• Benefícios Ambientais – Redução ilhas de calor
– Reabastecimento lençol freático
– Oxigenação
– Controle CO2
UFRGS
37
Micro/Nano Estruturas / Partículas
Dióxido de Titânio (fotocatálise/autolimpante)
Partículas de prata Biocida
Nanotubos (aumentar fc / aumentar energia
fratura/ conduzir eletricidade) Concretos Sensores
Nanosílica (durabilidade e resistência) VHSM
Nanocoatings (proteção e coloração)
% de sucesso ??????
Agregar Valor
Superfícies Autolimpantes
Incorporação de Materiais Fotocatalíticos
(TiO2)
40 Maior resistência à sujidade e capacidade de despoluição
Novos Materiais
NEWS GERDAU (Maio/2013)
A Gerdau, juntamente com outras sete empresas, está participando do projeto NAMOS, que está sendo desenvolvido na União Europeia. O objetivo do estudo é aprimorar, por meio da nanotecnologia, as propriedades mecânicas dos aços especiais e reduzir o consumo de energia durante o processo produtivo.
O projeto envolve 35 pesquisadores de diversos países da Europa e o valor do investimento na pesquisa é de 1,1 milhão de euros.
A pesquisa beneficia especialmente o setor automotivo, na medida em que aprimora as características mecânicas do aço como resistência, tenacidade e vida útil do produto.
Os aços especiais nanoligados também podem ser aplicados em aerogeradores, equipamento utilizado no segmento de energia renovável.
Projeto cada vez mais complexo
Gestão de Projeto
Segurança contra
Incêndio
Projeto Estrutural
Projeto de Materiais
(Concreto)
Dimensionamento de
Subsistemas (Guarda-
Corpo - Forros – Elevadores,
etc) Simulações Térmicas e Acústicas
Inventário de Custos
Ambientais
Análises Econômicas
Projeto Arquitetônico
BIM Project
Manager
Time de Especialistas Atuação Integrada
INTERFACES
PROJETO
DECISÕES/INFORMAÇÕES DE PROJETO
CONSOLIDAÇÃO DO DESEMPENHO
EXECUÇÃO
3D BIM REQUISITOS DE EXECUÇÃO
PARA ALCANÇAR DESEMPENHO Materiais Sistemas
Forma de Montagem / Assembly
Estímulo à Industrialização/Pré-fabricação
Melhor controle Mais uniformidade Mais produtividade Necessidade de ajuste do marco fiscal!!
Perspectivas para pré-fabricados (PF) de concreto é promissora com crescimento para até final da década (Amaryllis Romano – economista e consultora da Tendências Consultoria Integrada) Anuário ABCIC
“consegue fazer bem mais com menos e com resíduo zero “(Paulo Helene)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0 10 20 30 40 50
tempo (anos)
Cl-
(%
so
bre
a m
assa
de
cim
ento
)
0,28 0,45 0,75
Atenção aos cuidados básicos Controle da Relação a/c
45
6,8 17,5
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
0
5
10
15
20
25
30
Obs 0%
Obs 5%
Obs 10%
Obs 15%
Obs 20%
0%
5%
10%
15%
20%
Pro
fundid
ade c
arb
onata
ção -
Ecc
(m
m)
Relação água/cimento
0 5 10 15 20
Obs0,30
Obs0,35
Obs0,45
Obs0,60
Obs0,80
Teor de sílica ativa (%)
0,30
0,35
0,45
0,60
0,80
Dal Molin et al.
• Limitação Relação a/c
Relação a/c < 0,50 0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200 1320 1440
Tempo (min)
Co
rre
nte
(A
)a/c 0,35
a/c 0,5
a/c 0,7
Silva Filho e Torres
Duplica expectativa de vida útil
Penetração Cloretos Condições Agressivas
Corrosão Por Carbonatação
0,75
0,40
Atenção aos cuidados básicos Controle do Cobrimento
46
C
NBR 6118 (2003) – Aumento do cobrimento
Modelo simples de
carbonatação Xc =k √t com k
=0,3 (bom concreto)
2,7 anos – Xc = 0,5 11 anos – Xc = 1
25 anos – Xc = 1,5
44 anos – Xc = 2
Classe de agressividade
ambiental
I II III IV
Cobrimento nominal (mm)
Laje 20 25 35 45
Viga/
Pilar 25 30 40 50
JUDICIALIZAÇÃO
Uso de materiais menos propensos a falhas
CONCRETO AUTO-ADENSÁVEL
• Principal avanço recente
• Uso em larga escala
– Dispensa uso de vibração
– Facilita adensamento e acabamento
– Reduz ruído e mão de obra
– Mais compacto
48
Impacto ambiental Precisa de finos: Cimento Cinzas (Casca de Arroz, Bagaço de Cana, Açaí, etc) Pó de Brita Resíduos Lavagem caminhões, Corte de pedras ornamentais, Britagem de agregados naturais ou reciclados Lodos tratamento água
Sistema de Qualidade da Execução
Controle Tecnologico
Inspeções durante a Obra
Auditoria de Projeto
CONTROLE DE QUALIDADE DA
EXECUCAO (CQE)
MATERIAIS
PROJETO ATENDIMENTO DE ESPECIFICACOES DE PROJETO / EARLY PROBLEM DETECTION
Acompanhamento da Execução
"Crews are at work replacing a 500-foot section of a 755-foot-long concrete railroad bridge north of Oceanside, Calif. Rebuilding the portion of the bridge was a decision contractors made after "tiny cracks spread through the superstructure after wooden braces that supported concrete molds fell down before the material had properly set." Flatiron Construction and Herzog Contracting are the contractors on the $40.6 million bridge project"
Marine Worms Destroy San Diego Bridge
By Marc Howe Top Image: Railroad Bridge over the Santa Margarita River on Camp Pendleton. (Don Bartletti / Los Angeles Times)
Sistemas de Inspeção
Inspeções durante a Execução
Inspeções Regulares Inspeções Especiais
Inspeção Cadastral Controle de Entrega
Funcionalidade/ Sistema de Manutenção
Segurança
Segurança Estrutural Fachadas/Marquises Segurança contra Incêndio Elevadores / Reservatórios
Inspeção Emergencial Ação
Excepcional
Birth Certificate FIB Model Code / ISO
EX: fc, E, cobrimento,
permeabilidade do
concreto, condições
ambientais, qualidade
da execução, modelos
de previsão da vida
útil, microclimas, etc
Birth Certificate
MODEL CODE Service Life Design 2010
INTERFACES
EXECUÇÃO
MANUAL DE USO E OPERAÇÃO
PLANO/CUIDADOS DE MANUTENÇÃO
REGISTROS
DESEMPENHO EFETIVO
USO
USUÁRIO GESTOR DE MANUTENÇÃO
Manutenção
Inspeções Manual de Uso e Operação Plano de Manutenção Estratégias de Manutenção (Preventiva - Corretiva) Gestao de Manutencao
CONDIÇÃO DE CONSERVAÇÃO
(n dimensões) físicas e funcionais
Tempo VUP
FALHA
Desempenho alvo de projeto
Dese
mpenho
Estratégia de Manutenção
Modelo de Degradação
Coleta de dados para verificação da adequação das previsões de V.U.
Inspeções
Detecção Precoce de Problemas
60
PRINCÍPIO DA
PREVENÇÃO:
Diagnosticar cedo
para intervir antes,
reduzindo custos e
riscos!!!
Monitoramento Contínuo
http://www.ib-schiessl.de
Embedded Corrosion Instrument – ECI linear polarization resistance, open circuit potential, resistivity, chloride ion concentration, and temperature
Sensores de Corrosão
Sensores de Fibra Ótica
Sensor de
Deformação
Sensor de
Temperatura
0
10
20
30
40
50
60
0 20 40 60 80 100
De
form
ação
Esp
ecí
fica
(1
0-6
/MP
a)
Tempo (dia)
Fluência - 1º Teste
Carlson
ótico
Monitoramento Contínuo
NOVAS E MAIS SOFISTICADAS SOLUÇÕES
Sensores/Registradores de Umidade/ Maturidade
Smart Aggregates Avaliação E Song et Al, 2008
Conclusoes
• Revolução da Qualidade – Consolidação do Conceito de Desempenho – Visão de Conservação
• Repercussões – Ajustes na Cadeia Produtiva – Novos requisitos/mudanças nas etapas do processo
• Tendencias – Projeto mais complexo - BIM (Gestão da Informação) – Projeto de Vida Util (Modelos de deterioração) – Monitoramento/Sensores/IHM – Mercado de manutenção/intervenção