DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO E CONCRETOS ESPECIAISENG. ANDRÉA CHOCIAY

OBJETIVOSDurabilidade das estruturas de

concreto armado: especificação do concreto do projeto a edificação e mecanismos de degradação.

Concretos especiais: principais tipos e aplicações

Durabilidade das estruturas de concreto Foi considerado por muito tempo, um material de

grande durabilidade. Inventado em 1901;

Após a década de 70 houveram muitas alterações no cimento, que aliado a erros de projeto e execução e falta de manutenção, resultaram em estruturas deterioradas.

A partir da década de 80, é refeita toda a parte de normas de concreto, introduzindo-se inclusive o conceito de vida útil das estruturas de concreto

Normas: NBR 6118/2003 – Projeto de Estruturas de concretoNBR 14931/2004 – Execução de estruturas de concreto

Durabilidade de estruturas de concreto armadoA durabilidade esta ligada a qualidade dos

projetos e execução das estruturas.

Não basta saber somente como as peças de concreto estarão dispostas, mas tambem qual a especificação de concreto para cada situação. ◦ É diferente a situação em que o concreto será usado

próximo ao mar, de um concreto para viadutos.

A NBR 6118/2003 fornece tabelas que definem as classes de agressividade a que a estrutura estará submetida e tambem a relação entre a Classe de agressividade e a qualidade do concreto.

Durabilidade de estruturas de concreto armado – Utilização da Norma

Durabilidade de estruturas de concreto armado – Utilização da Norma

Quanto menor a relação, maior a resistência do concreto!

Durabilidade de estruturas de concreto armado – InstruçõesAlcançados os objetivos propostos em norma,

é necessário que seja feita um acompanhamento minuncioso da execução das peças, desde verificar o posicionamento das formas até o adensamento do concreto durante a concretagem, para que se garanta a qualidade/durabilidade do mesmo.

Este concreto final deve ser denso, bem curado, resistente, de baixa permeabilidade e sem fissuras excessivas. Ou seja, sob a ação das intempéries mantenha bom desempenho e aparência, sem exigir muita manutenção.

Durabilidade de estruturas de concreto armadoO tempo que o concreto deve manter suas

características e propriedades é conhecido como vida útil. Ele atinge o fim desta vida útil quando suas propriedades se deterioram de modo a se tornar inseguro seu uso e antieconômico.

É necessário sempre levar em consideração a agressividade do ambiente em que esta estrutura estará inserida.

O concreto é poroso e permite percolação de água, e para que isso não afete o mesmo, nem a armadura, é necessário atender a resistência exigida, a relação agua/cimento e o cobrimento da armadura.

Mecanismos de Transporte de Fluidos na matriz do concretoPara entender sua deterioração, é

necessário entender como os poros e fissuras no concreto permitem esta interação com o ambiente. São os poros que permitirão o transporte de substâncias agressivas, como sais e ácidos, dentro do concreto.

Os principais mecanismos de transporte são: Permeabilidade, Difusão, Absorção Capilar e Migração.

Mecanismos de Transporte de Fluidos na matriz do concreto – Permeabilidade

Afetada pelo tamanho dos poros, distribuição e conectividade.

Se torna mais permeável quando se aumenta o consumo de cimento e se hidrata mais a pasta. Torna a estrutura compacta!

Taxa de fluxo de um fluido para dentro de um sólido poroso

Mecanismos de Transporte de Fluidos na matriz do concreto – Difusão

Transferência de íons na umidade encontrada nos poros

Vai das regiões mais umidas para as mais secas. A difusão é interrompida em partes secas.

Mecanismos de Transporte de Fluidos na matriz do concreto – Absorção Capilar

Transporte de liquidos nos poros devido a tensão superficial

Quanto mais denso, mais dificil se penetrar nos poros

Maior a tensão, maior a ascenção capilar

Mecanismos de Transporte de Fluidos na matriz do concreto – Absorção Capilar

Transporte de ions devido a ação do campo elétrico gerado por células de corrosão.

Fluxo de íons para as regiões anódicas onde ocorre a corrosão.

A temperatura facilita o fenômeno

Mecanismos de deterioração do concretoDivididos em:

◦Deterioração de origem física: Desgaste superficial Cristalização de sais nos poros Congelamento Ação do fogo

◦Deterioração de origem quimica Ação de sais Eflorescências Ataque de sulfato Reação Álcali-Agregado

◦ Ação da corrosão na armadura

Deterioração de origem físicaDesgaste superficial – Abrasão

Atrito seco devido o tráfego de pessoas, veiculo e o vento.

Perda gradual da argamassa superficial

Deve-se aumentar a resistência da superficie, através de pasta de cimento, agregados, aditivos/impermeabilizantes e endurecedores

Quanto maior a dureza e menor a porosidade da passta, maior resistência a abrasão

Deterioração de origem físicaDesgaste superficial - Erosão

Fluido em movimento, transportando particulas, colidindo ou escorregando na superficie do concreto

Quanto mais poroso, e quanto mais, maiores, mais rapidas e duras forem as particulas, maior a erosão

Utilizar agregados duros, bom concreto, menos poroso e com uma cura adequada.

Deterioração de origem físicaDesgaste superficial - Cavitação

Geralmente em locais de agua corrente. Formação de bolhas, com reduzida pressão de vapor que estouram em contato com pressao mais elevada e causam erosões. Ocorre em lugares de

agua corrente, como vertedouros e condutos.

Fornece uma superficie irregular e corroida

É mais barato o reparo, e evitar altas velocidades na superficie bem como se utilizar de concretos de alta resistência

Deterioração de origem físicaCristalização de sais nos poros

Os sais induzem tensões internas e fissuras Liquido evapora e deixa

os sais, posteriormente é umidecido novamente e ocupa um volume maior, deteriorando progressivamente o concreto

Os concretos sujeitos a cristalização são aqueles porosos e em contato com soluções salinas

Deterioração de origem físicaCongelamento

Nas baixas temperaturas, a agua presente no concreto congela e posteriormente descongela.

O concreto apresenta fissuras e destacamentos na superficie.

Ocorre na agua presente nos grandes poros, e devido ao alto grau de hidratação

A presença de ar nos poros diminui os danos ja que fornece caminhos menores para a agua. Os sais de degelo ajudam a dissolver o gelo criado.

Deterioração de origem físicaAção do fogo

Provoca danos ao material, como fissuras, lascamento na estrutura e exposição da armadura.

Alta temperatura (350 graus) retira toda a hidratação

Concretos de alta resistencia, possuem baixa permeabilidade e consequente dificuldade na evaporação

O jato dagua usado para apagar o fogo, provoca um choque térmico, e a rehidratação se dá com inchamento e fissuramento

Deterioração de origem químicaAtaque ácido

Atacados por ácido sulfurico, nitrico, cloridrico, acético, etc.

Depende da concentração do ácido e o tempo de exposição

O carater basico do composto de cimento, em conjunto com o ácido acelera a deterioração

Os poros são destruidos, compostos são lixiviados e aligação entre componentes fica prejudicada.

Deterioração de origem químicaAtaque de sulfatos

Sulfatos encontrados em aguas e solos poluidos.

Reação entre o ion sulfato e os compostos hidratados do cimento

Componentes do cimento vão sendo decompostos e a superficie começa a apresentar fissuração devido a expansão do material

Escolher cimentos como o alumioso ou o pozolânico.

Deterioração de origem químicaLixiviação

Ação de aguas puras, carbônicas e ácidas que dissolvem e carreiam os compostos hidratados da pasta

A liviação aconteçe entre os poros por difusão ou dissolução

Estruturas em contato com aguas puras ou ácidas como barragens e redes de abastecimento de agua.

Produz superficies sem a pasta superficial, com eflorescências (manchas brancas), retenção de fuligem com muitos fungos

Materiais próprios e cura adequada diminuem a permeabilidade

Deterioração de origem químicaCarbonatação

Etapa molhada é dada pelo ácido carbônico e a etapa seca é o transporte da agua saturada com hidróxido de cálcio.

Com uma nova alcalinidade, é destruida a proteção da armadura e com umidade e oxigênio, dá-se inicio à corrosão.

Com mais presença de agua, ocorre lixiviação, aumento da porosidade e permeabilidade e decréscimo na resistência a compressão

Deterioração de origem químicaReação Álcali-Agregado

Reação quimica envolvendo ions alcalinos do cimento e constituintes mineralógicos dos agregados como sílica e carbonatos.

Expansão e fissuração do concreto.

Deterioração das armaduras

Reação entre metal e ambiente. Devido também a má qualidade do recobrimento ou contato com íons cloreto. Diminui a seção da armadura,

forma produto expansivo fissurando o concreto, pode levar ao lascamento da superficie e perda de aderencia concreto-metal

O cimento hidratado protégé o aço da corrosão, mas se este entrar em contato com o CO2 na atmosfera, inicia-se a corrosão, e isto pode ser evitado com um maior recobrimento.

Os ions cloreto são altamente agressivos e estao presentes na agua de amassamento, as vezes no agregado e em regiões próximas ao mar ou industriais.

Não há corrosão se o concreto estiver seco ou totalmente saturado

Durabilidade das estruturas de concretos especiais

O concreto hoje deve atender critérios específicos de cada obra, sendo assim houve-se a necessidade de pesquisar e criar os concretos especiais

Concreto = cimento + areia + brita + H2O

O concreto especial é a otimização desta mistura, para melhorar características específicas.

Se torna um concreto especial pela aplicação de aditivos, dosagem modificada ou são realmente criados para atender um apelo estético.

Concreto colorido Agrega maior valor estético com a adição de alguns pigmentos.

Dispensa a aplicação de revestimentos, reduzindo custos, tempo e manutenção da obra.

São utilizados pigmentos, preferencialmente inorgânicos por serem mais duráveis.

Deve-se tomar cuidado na fabricação das peças, para que não existam tons diferentes. Ou seja, utilizar a mesma marca de cimento e adensar bem para que não seja feita nenhuma correção.

O maior problema apresentado a este concreto é o surgimento de elforescências, fenômeno que compromete a estética da peça.

Aplicações: rejuntes, pavers, telhas de concreto, etc

Aplicação concreto coloridoHotel Unique - SP

Concreto Branco Assim como o colorido, o cimento branco vem tirar a monotonia

da cor concreto padrão.

Utilizado por motivos estéticos. Seus cuidados adicionais geram custos, mas a qualidade da peça final é muito boa, reduzindo o retrabalho.

Neste concreto, deve-se ser feita uma seleção minunciosa da matéria prima, pois é mais dificil atingir o branco desejável. Sendo assim o agregado deve ser claro.

Existe o cimento branco estrutural (25 a 40MPa) utilizado em estruturas aparentes de concreto e o não estrutural utilizado para rejuntes e argamassas

É um dos concretos mais caros já que deve ser feita uma seleção do material, mas como dispensa acabamento e possui pouca manutenção o custo pode equivaler ao comum.

Aplicação do concreto branco

Museu Iberê Camargo

Concreto com utilização de resíduos Como a construção civil é uma grande geradora de

entulhos, viu-se a necessidade de que ela própria utiliza-se esses residuos para que diminuisse sua deposição em aterros.

O entulho processado em usinas de reciclagem pode ser usado como agregado não estrutural, substituindo a brita e a areia em concretos e argamassas.

Este reuso, permite a utilização de todo entulho sem ter de separá-lo.

Se usado como agregado graudo no concreto, torna-se mais barato do que se usado como miudo na argamassa.

Concreto com utilização de resíduosMesmo com todos os beneficios e normas de

reutilização, sua utilização esbarra em algumas dificuldades como a Triagem que solicita o entulho como agregado somente o referente a concreto, e hoje não há uma separação deste nas caçambas, a variabilidade dos agregados e a insuficiência nos métodos de controle de qualidade ja que a separação é feita por catação manual e inspeçao visual .

O material vem mostrando bom desempenho quando utilizado em obras urbanas, como base de pavimento e em artefatos de concreto.

Concreto com fibrasComo forma de melhorar a resistência a tração do

concreto, sem empregar o aço é a adição de fibras na mistura.

As fibras reduzem a velocidade de propagação de fissuras e melhora a capacidade resistente da estrutura.◦ Fibras naturais: Atingem grandes resistências mas por

serem naturais se deterioram rapido (bambu,sisal, etc)◦ Fibras poliméricas: Grande flexibilidade e tenacidade,

controla o fissuramento em pisos industriais, possui alta resistência aos álcalis (poliéster, nylon,etc)

◦ Fibras minerais: São utilizadas para aumentar a resistência a tração (carbono,vidro,amianto)

◦ Fibras metálicas: Aumenta a aderência da pasta de cimento, absorve muita energia na ruptura e controla fissuras (aço)

Concreto com fibras - AplicaçõesDestaca-se no uso como reforço de base

de fundações superficiais, reforço de pavimentos industriais e concreto projetado para revestimento de tuneis e taludes.

◦Pavimentos: elimina as telas metálicas, economiza espaço na obra por não ter as barras de ferro, facilita a execução de juntas.

◦Concreto projetado para túneis: velocidade de execução e possibilidade de aplicá-lo imediatamente à escavação

Concreto Projetado Concreto transportado por tubulações e projetado em

altas velocidades.

Apresenta grande versatilidade e é aplicado quando não se pode usar fôrma e quando se tem pouco tempo para execução como em contenção de taludes, reforços estruturais,túneis, etc.

Possui alta resistência, melhor aderência ao substrato, baixa permeabilidade, elima custo de formas, etc.

Pode apresentar alguns defeitos como laminação (camadas pouco duraveis), oclusão de material (formação de poros com baixa resistência e alta permeabilidade) e alterações na superficie.

Concreto compactado a roloConcreto de consistência seca, aplicado

por espalhamento manual ou mecânico, compactado com rolo vibratório liso.

Construção rápida e econômica, utilizada em pavimentação e barragens.

Possui baixo consumo de cimento, redução de fôrmas, custo baixo com transporte e baixa temperatura.

Concreto massaGrande volume de concreto com dimensões

largas.

Utilizado em vigas, pilar, estacas, comporta ou barragem.

Tem a temperatura muito elevada na hidratação, o que pode ocasionar fissuras.

Para este concreto, afim de evitar aumento de temperatura, deve-se usar cimento pozolânico (CP IV) e escória de alto forno (CP III).

Concreto estrutural leve É conseguido através do uso de agregados leves

(pedra pome, escória, argilas, ardósia,etc).

Tem-se uma redução significativa na massa específica, já que existe mais ar do que agregados, redução nos esforços, economia nas fôrmas e cimbramentos e redução nas dimensões dos elementos estruturais.

Utilizado nos pré-fabricados, plataformas marítimas, pontes e edificações de muitos andares.

Os agregados possuem uma melhor ligação entre a superficie e a matriz da pasta, possibilitando seu uso como material estrutural.

Concreto pesado Uso de agregados pesados (barita, magnetita e

hematita).

Usado para blindagem em usinas nucleares, unidades médicas e instalações de pesquisa atômica, pois blinda raio X e gama.

Possui baixo custo de manutenção.

É necessario que ambos agregados sejam pesados para não segregar o concreto.

É um concreto mais áspero, e para corrigir isso é usada maior concentração de areia fina e cimento.

Concreto auto adensável Devido ao seu peso próprio, ele possui maior facilidade

de ser aplicado na fôrma e não necessita ser adensado, garantindo preeenchimento de todos os espaços.

Obtido com introdução de aditivos quimicos superplastificantes, facilitando o bombeamento e a homogeneidade.

Utilizado em locais com grande densidade de armadura e o vibrador nao entra, fundações por hélice continua, lajes de pequena espessura e elementos pré fabricados

Elevada fluidez devido ao aditivo

Acelera o cronograma e possui facil logistica

Concreto de auto desempenho Apresenta maior resistência mecânica, é mais durável a

ataques de agentes agressivos, e apresenta maior trabalhabilidade. Possui menores despesas com manutençao e reparos.

Alto consumo de cimento, utiliza aditivos quimicos redutores de agua e adições de minerais.

Utilizado em pilares de edificações com redução de seçao, estética, agilidade na construção em altura, maior reaproveitamento de fôrmas, redução de armação e concreto.

Reduz tempo de execução, aumenta a área util com diminuição das peças estruturais, aumento da vida util, resistente a abrasao, permeabilidade próxima de zero, grande aderência a superficies de concreto, elimina reflexão no concreto projetado.

ConclusãoPara cada tipo de obra, é possivel

ter um concreto que atenda às especificidades desta.