ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO I · 2006. 4. 10. · Os meios à disposição do projectista para controlar a durabilidade da estrutura, face às condições ambientais em que ela se

Válter Lúcio Mar.2006 1

ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO IESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO I fctfct -- UNLUNLESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO IESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO I4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADE


ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO IESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO I fctfct -- UNLUNL

PROGRAMAPROGRAMA

1.Introdução ao betão armado2.Bases de Projecto e Acções3.Propriedades dos materiais4.Durabilidade5.Estados limite últimos de resistência à tracção e à compressão6.Estado limite último de resistência à flexão simples7.Estado limite último de resistência ao esforço transverso………………………..

Bainhas dos cabos de p.e.

Armaduras ordinárias



4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADE

Deve ser garantida a durabilidade da estrutura durante o período de vida útil de projecto, sem necessidade de acções de manutenção excepcionais nem de reparação ou de reforço estrutural.

4.1. GENERALIDADES

Cabeças de ancoragem de pré-esforço

A estrutura deve ser concebida tendo em conta:• período de vida útil de projecto;• o ambiente em que está integrada e os agentes agressivos com capacidade de a deteriorar.Os meios à disposição do projectista para controlar a durabilidade da estrutura, face às condições ambientais em que ela se encontra e ao período de vida útil de projecto, são:• a qualidade do betão a utilizar;• a espessura do recobrimento das armaduras;• medidas especiais de protecção da superfície do betão e das armaduras.



As principais acções que provocam deterioração nas estruturas de betão armado são:• acções mecânicas (cargas aplicadas ou deformações impostas que danificam as estruturas, abrasão, etc.);• erros de projecto, de execução, de utilização e de manutenção;• acções biológicas (fungos, plantas, etc.);• acções químicas que destroem a massa do betão endurecido ao longo do tempo (reacção álcalis-inertes e sulfatos e outros produtos químicos industriais);• acções químicas que reduzem a capacidade do betão de proteger as armaduras contra a corrosão (ataques de cloretos e carbonatação do betão).


O construtor deve garantir níveis de execução adequados e controlo de qualidade.O dono-da-obra deve efectuar inspecções regulares e executar acções de manutenção da estrutura.




PROTECÇÃO DAS ARMADURAS NO BETÃONo interior do betão não contaminado as armaduras encontram-se protegidas contra a corrosão devido à elevada alcalinidade do meio.

pH ≈ 13Forma-se à superfície da armadura uma barreira de protecção (película passiva) que impede a sua corrosão.

DESPASSIVAÇÃO DAS ARMADURAS

Quando o pH desce para valores inferiores a 10, ou o teor de cloretos ultrapassa o valor crítico, ocorre a destruição da película passiva.Se surgir humidade e oxigénio inicia-se o processo de corrosão das armaduras.

4.2. CORROSÃO DAS ARMADURAS

Os mecanismos de transporte dos iões despassivantes para o interior do betão são condicionados: pelas condições de exposição; pela resistência àpenetração; porosidade; fendilhação e composição química do cimento.



4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADEMECANISMO DA CORROSÃOA corrosão é um processo electroquímico.Num processo electroquímico existem osseguintes elementos:Ânodo – zona da armadura despassivadaCátodo – zona da armadura com acesso a oxigénioCondutor eléctrico – armaduraElectrólito – betãoOs produtos da corrosão são expansivos, provocando a fendilhação e/ou delaminação do betão.




PRODUTOS DA CORROSÃOFe++ + 2OH- →

Fe2O3 . H2O – óxido férrico hidratadoou 2Fe(OH) 3 – hidróxido férrico

DISSOLUÇÃO DO FERROFe → Fe++ + 2e-

REDUÇÃO DO OXIGÉNIO½ O2 + H2O + 2e- → 2OH-

CORROSÃO POR CARBONATAÇÃO

A corrosão é em geral generalizada e a sua progressão é lenta.

Carbonatação do betãoO dióxido de carbono da atmosfera reage com o hidróxido de cálcio do cimento, provocando um abaixamento do pH de cerca de 13 para cerca de 9.5.

Ca (OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O




CORROSÃO POR ACÇÃO DOS CLORETOS

A corrosão é localizada e a sua velocidade de progressão é elevada.

PRODUTOS DA CORROSÃO

Fe Cl3- + 3OH- →3Cl- – ião de cloreto

+ Fe(OH) 3 – hidróxido férrico

DISSOLUÇÃO DO FERROFe + 3Cl- → Fe Cl3

- + 2e-REDUÇÃO DO OXIGÉNIO½ O2 + H2O + 2e- → 2OH-




Superfícies de betão sujeitas a contacto com água, não incluídas na classe de exposição XC2

Alternadamente húmido e secoXC4

Betão no interior de edifícios com uma humidade do ar ambiente moderada ou elevadaBetão exterior protegido da chuva

Humidade moderadaXC3

Superfícies de betão sujeitas a contacto prolongado com águaUm grande número de fundações

Húmido, raramente secoXC2

Betão no interior de edifícios com uma humidade do ar ambiente baixaBetão permanentemente submerso em água

Seco ou permanentemente húmidoXC1

2 Corrosão induzida por carbonatação

Betão no interior de edifícios com uma humidade do ar ambiente muito baixa

Para betão sem armadura ou elementos metálicos embebidos: todas as exposições excepto em situação de gelo/degelo, abrasão ou ataque químicoPara betão com armadura ou elementos metálicos embebidos: muito seco

X0

1 Nenhum risco de corrosão ou ataque

Exemplos informativos de condições em que podem ocorrer as classes de exposição

Descrição do ambienteDesignação da classe

4.3. CLASSES DE EXPOSIÇÃO (quadro 4.1 EN1992.1.1)




Elementos de estruturas marítimasZonas sujeitas aos efeitos das marés, da rebentação e da neblina marítima

XS3

Elementos de estruturas marítimasPermanentemente submersoXS2

Estruturas próximas da costa ou na costaExposto ao sal transportado pelo ar mas não em contacto directo com a água do mar

XS1

4 Corrosão induzida por cloretos presentes na água do mar

Elementos de pontes expostos a pulverizações contendo cloretosPavimentosLajes de parques de estacionamento

Alternadamente húmido e secoXD3

PiscinasElementos de betão expostos a águas industriais contendo cloretos

Húmido, raramente secoXD2

Superfícies de betão expostas a cloretos transportados pelo ar

Humidade moderadaXD1

3 Corrosão induzida por cloretos






Terrenos naturais e água no terrenoAmbiente químico altamente agressivo, de acordo com a EN 206-1, Quadro 2

XA3

Terrenos naturais e água no terrenoAmbiente químico moderadamente agressivo, de acordo com a EN 206-1, Quadro 2

XA2

Terrenos naturais e água no terrenoAmbiente químico ligeiramente agressivo, de acordo com a EN 206-1, Quadro 2

XA1

6. Ataque químico

Estradas e tabuleiros de pontes expostos a produtos descongelantesSuperfícies de betão expostas a pulverizações directas contendo produtos descongelantes e expostas ao geloZonas sujeitas aos efeitos da rebentação de estruturas marítimas expostas ao gelo

Saturação elevada em água com produtos descongelantes ou com água do mar

XF4

Superfícies horizontais de betão expostas àchuva e ao gelo

Saturação elevada em água, sem produtos descongelantes

XF3

Superfícies verticais de betão de estruturas rodoviárias expostas ao gelo e a produtos descongelantes transportados pelo ar

Saturação moderada em água, com produto descongelante

XF2

Superfícies verticais de betão expostas à chuva e ao gelo

Saturação moderada em água, sem produto descongelante

XF1

5. Ataque gelo/degelo






CEM II/A-L 42,5RTipo I – cimento PortlandTipo II – cimento Portland com adições > 5%Tipo III – cimento de alto fornoTipo IV – cimento puzolânico

A – menor percentagem de adiçõesB – maior percentagem de adições

D – fumo de sílicaL – fillers cacáriosP – pozolanasS – escóriasV – cinzas volantes32,5 – classe de resistência 32,5MPa42,5 – classe de resistência 42,5MPa52,5 – classe de resistência 52,5MPaN – resistência inicial normalR – alta resistência inicial

4.3. TIPOS DE CIMENTOS




CEM II/B-L 32,5R (br) Cimento branco para múltiplas aplicações em obra, na preparação de argamassas industriais, na prefabricação de elementos estruturais e não estruturais.

CEM II/A-L 42,5 (br) Cimento branco de elevada resistência para betão arquitectónicos de resistência média a elevada e prefabricação de peças e artefactos.

Cimentos Portland de Calcário

CEM I 52,5N (br) Cimento branco de muito elevada resistência para o fabrico de betões de elevado efeito arquitectónico e resistência elevada.

Cimento Portland

Cimentos Brancos

CEM IV/A (V) 32,5R Cimento de elevada resistência química e baixo calor de hidratação para obras de betão em grande massa, betões e argamassas sujeitos a ambientes agressivos .

Cimento Pozolânico

CEM II/B-L 32,5N Cimento para o fabrico de betões correntes armados e não armados, todo o tipo de argamassas pré preparadas ou realizadas em obra, prefabricação ligeira e fabricação de artefactos.

CEM II/A-L 42,5R Cimento de elevada resistência e menor calor de hidratação para múltiplas aplicações.

Cimentos Portland de Calcário

CEM I 42,5R Cimento de elevada resistência final e inicial para betão de média a elevada resistência, pronto ou fabricado em obra.

CEM I 52,5R Cimento de muito elevada resistência inicial e final, para fabrico de betões de elevado desempenho e betão pré-esforçado a idades muito jovens.

Cimentos Portland

Cimentos Cinzentos

CIMENTOS SECILCIMENTOS SECIL




cnom = cmin + Δcdev

4.4. RECOBRIMENTO DAS ARMADURAS

Tolerância de execução

Recobrimento mínimo

Δcdev = 10mm

O recobrimento nominal em betonagens • contra o terreno deve ser ≥ 75mm• sobre betão de limpeza deve ser ≥ 50mm

Em certas condições a tolerância de execução, assim como Δcdev podem ser reduzidos.

Recobrimento nominal

cnom




cmin = max {cmin,b ; cmin,dur + Δcdur,γ – Δcdur,st – Δcdur,add; 10mm}

Recobrimento mínimo para a aderência aço-betão

Recobrimento mínimo relativo às condições ambientais

Margem de segurançaΔcdur,γ = 0

Redução para o caso de protecções adicionais

Δcdur,add =5mmRedução para aços inoxidáveis

Δcdur,st =10mm




cmin,b - Recobrimento mínimo para garantir a aderência aço-betão+ em armaduras ordinárias:

• varões isolados = diâmetro do varão (φ)• agrupamentos de varões = diâmetro equivalente (φn)

+ em armaduras de pós-tensão (não superior a 80mm):• baínhas circulares = diâmetro da baínha• baínhas rect. = máx (menor dim. da baínha;e 0.5 maior dim.)

+ em armaduras de pré-tensão:• 1.5 x o diâmetro do cordão ou do fio liso• 2.5 x o diâmetro do fio indentado

Se a máxima dimensão do agregado for superior a 32 mm, cmin,b deve ser aumentado de 5 mm



A classe estrutural a adoptar para um tempo de vida útil de projecto de 50 anos é S4, e para 30 anos ou inferior é S2.

4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADEValores do recobrimento mínimo, cmin,dur, requisitos relativos à durabilidade

das armaduras para betão armado, de acordo com a EN 10080(Quadro 4.4 da EN1992.1.1)

55504540352520S6

50454035302015S5

45403530251510S440353025201010S3

35302520151010S2

30252015101010S1

XD3 / XS3XD2 / XS2XD1 / XS1XC4XC2 / XC3XC1X0Classe de Exposição de acordo com o Quadro 4.1Classe

Estrutural

Requisito ambiental para cmin,dur (mm)

Interior dos edifícios

Estruturas no exterior

Estruturas próximas da costa



4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADEValores do recobrimento mínimo, cmin,dur, requisitos relativos à durabilidade

das armaduras de pré-esforço (Quadro 4.5 da EN1992.1.1)

65605550453520S660555045403015S555504540352510S450454035302010S345403530251510S240353025201510S1


Estrutural

Requisito ambiental para cmin,dur (mm)






Notas ao Quadro 4.31. Considera-se que a classe de resistência e a razão água-cimento estão relacionadas. Poderá considerar-se uma composição especial (tipo de cimento, razão água-cimento, enchimento de finos) a fim de obter uma baixa permeabilidade.2.O limite pode ser reduzido de uma classe de resistência se a introdução de ar for superior a 4%.Outras Notas:* ≥ C50/60 quando o cimento utilizado for CEM I ou CEM IIA** ≥ C60/75 quando o cimento utilizado for CEM I ou CEM IIA

4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADEClassificação estrutural recomendada (Quadro 4.3 EN1992.1.1)

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

Garantia especial de controlo da qualidade da produção do betão

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

Elemento com geometria de laje (posição das armaduras não afectada pelo processo construtivo)

≥ C45/55**reduzir de 1

classe

≥ C40/50*reduzir de 1 classe

≥ C40/50*reduzir de 1 classe

≥ C40/50reduzir de 1 classe

≥ C35/45reduzir de 1

classe



Classe de Resistência 1) 2)

aumentar de 2

classes

aumentar de 2

classes

aumentar de 2

classes

aumentar de 2

classes

aumentar de 2

classes

aumentar de 2

classes

aumentar de 2

classes

Tempo de vida útil de projecto de 100 anos

XD3 / XS2 / XS3

XD2 / XS1XD1XC4XC2 / XC3XC1X0

Classe de Exposição de acordo com o Quadro 4.1Critério

Classe Estrutural






Tomou-se Δcdev=10mm. Considerar o requisito de aderência cnom ≥ (φ ou φn) + Δcdev

4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADERECOBRIMENTO NOMINAL

cnom = cmin,dur + Δcdevpara betão armado, para um tempo de vida útil de projecto de 50 anos

65605550453530S6

60555045403025S5

55504540352520S450454035302020S3

45403530252020S2

40353025202020S1


Estrutural

(mm)




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