1a aula (Durabildade - import ncia)1 [Modo de...

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Eng. Tibério Andrade Recife, março/2016

Curso: Durabilidade, Inspeção e Diagnóstico, custos e critérios de

durabilidade

tecomat

Histórico

� Surgiu na segunda metade do século 19;

� Disseminou-se pelo mundo como o principal material de construção a partir do início do séc.20;

� Atendeu prontamente às necessidades de reconstrução pós-guerra;

� A partir da segunda metade do século, o mundo começou a se deparar com o aumento vertiginoso de estruturas deterioradas;

� No Brasil, esta conscientização começou a tomar corpo só a partir do início da década de 90.

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Casos de manifestações patológicas

� Nos EUA, cerca de 235.000 pontes de concreto apresentaram problemas de deterioração, algumas com menos de 20 anos, sendo incorporadas as estatísticas cerca de 35.000 novas pontes a cada ano (RNMA(1987));

� Em Recife, das 27 pontes principais da cidade, apenas 5 apresentam-se em bom estado, sendo que 03 dessas pontes requerem reparos imediatos (Carneiro (2004));

� De 200 pontes de concreto armado inspecionadas na malhas viária estadual do Piauí, a grande maioria apresentou algum tipo de patologia (Teixeira; Gonsalves (2003)).

Referências

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� Conceitos Gerais

� Desempenho• Desempenho de um material, componente, estrutura ou edifício é o

comportamento relacionado ao uso, que pode ser: acústico, térmico, lumínico, estético, mecânico, relacionado à durabilidade, dentre outros (SARJA;VESIKARI, 1996).

� Durabilidade• Capacidade de um material, componente, estrutura ou edifício, de manter

um desempenho mínimo em um determinado intervalo de tempo, sob a influência de agentes agressivos (SARJA;VESIKARI, 1996).

Conceitos IMPORTANTESrelacionados à durabilidade

Conceitos Gerais (NBR 6118/2014)Exigências de durabilidade

As estruturas de concreto devem ser projetadas e construídas de modo que, sob as condições ambientais previstas na

época de projeto e quando utilizadas conforme preconizado em projeto, conservem sua segurança, estabilidade e

aptidão em serviço durante a sua vida útil.


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Conceitos Gerais (NBR 6118/2014)Vida Útil

É o período de tempo durante o qual se mantêm as características das estruturas de concreto, desde que

atendidos os requisitos de uso e manutenção prescritos pelo projetista e pelo construtor, conforme 7.8 e 25.4).

Na (NBR 6118/2014) não há especificação para vida útil mínima das estruturas.

VU (anos)

TIPO

10 Temporários, substituíveis

30 Edf industriais 60 Edf. novos / reforma

edf. públ. 120 Edf. publ. novos /

obras de arte

VU (anos) TIPO

1 a 5 Temporários

25 Substituíveis

50 Edifícios novos

100 obras de arte

BS 7543, 1992

DIN, 1992


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A NBR 15575 (norma de desempenho de edificações) estabelecerá uma vida útil de projeto mínima para

estruturas de concreto armado para conjunto habitacionais, segundo a tabela abaixo.

Elementos VUP mínimaanos

Mínima ≥ 50

Intermediária ≥ 63

superior ≥ 75



O conceito de vida útil aplica-se à estrutura como um todo ou às suas partes. Dessa forma, determinadas partes das

estruturas podem merecer consideração especial com valor diferente do todo.

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A durabilidade das estruturas de concreto requer cooperação e esforços coordenados de todos os envolvidos nos

processos de projeto, construção e utilização, devendo, no mínimo, ser seguido o que estabelece a NBR 12655, sendo também obedecidas as disposições de 25.4, com relação às

condições de uso, inspeção e manutenção.


fck = 60 MPa 36.000 t. de aço 8.500 m³ 120 anos de vida útil

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Conceitos Gerais (NBR 6118/2014)Inspeção e manutenção preventiva (item 7.8)

O conjunto de projetos relativos a uma obra deve orientar-se sob uma estratégia explícita que facilite procedimentos de

inspeção e manutenção preventiva.Elaboração de manual de utilização, inspeção e manutenção.


Conceitos Gerais (NBR 6118/2003)Manual de utilização, inspeção e

manutenção (item 25.4)

Dependendo do porte da construção e da agressividade do meio e de posse das informações dos projetos, dos materiais e produtos utilizados e da execução da obra,

deve ser produzido por profissional habilitado, devidamente contratado pelo contratante, um manual de

utilização, inspeção e manutenção. .

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Conceitos Gerais (NBR 6118/2014)Manual de utilização, inspeção e

manutenção (item 25.4)

O manual deve especificar de forma clara e sucinta, os requisitos básicos para a utilização, inspeção e

manutenção preventiva, necessárias para garantir a vida útil prevista para a estrutura, conforme indicado pela NBR

5674 (manutenção de Edificações-Procedimentoso). . .


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Conceitos Gerais (NBR 6118/2003)

Critérios de projeto que visam a durabilidade

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Conceitos Gerais (NBR 6118/2003)Critérios que visam a durabilidade

Drenagem

Deve-ser evitada a presença ou acúmulo de água proveniente de chuva ou decorrente de água de limpeza e lavagem, sobre as superfícies das estruturas de concreto.

.

.



Drenagem

As superfícies expostas que necessitem ser horizontais, tais como coberturas, pátios, garagens, estacionamentos e outras, devem ser convenientemente drenadas, com disposição de ralos e condutores.

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Drenagem

Todos os topos de platibandas e paredes devem ser protegidas por chapins. Todos os beirais devem ter pingadeiras e os encontros a diferentes níveis devem ser protegidos por rufos.



Formas arquitetônicas e estruturais

Disposições arquitetônicas ou construtivas que possam reduzir a durabilidade devem ser evitadas.

Deve ser previsto em projeto o acesso para inspeção e manutenção de partes da estrutura com vida útil inferior ao todo, tais como aparelhos de apoio, caixões, insertes, impermeabilizações e outros.

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� Avaliações realizadas por especialistas estimaram que 1,25% a 3,50% do PIB dos países desenvolvidos e em desenvolvimento são perdidos, anualmente, pela corrosão das armaduras (Andrade; Gonzales (1978));

� 40 % dos recursos destinados a construção civil nos países desenvolvidos são empregados na manutenção das estruturas (Metha; Monteiro (1994));

� De 348 casos de estruturas de concreto recuperadas na região amazônica, 88% das intervenções ocorreram nos primeiros 20 anos de idade, os quais representaram, aproximadamente, 70% do total de recursos aplicados (Aranha (1994))

CUSTOS

Conscientização de que o custo total de um empreendimento não se resume apenas ao custo inicial, devendo ser incorporado também o custo

de manutenção ao longo de sua vida útil

CUSTOS

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LEGENDA

A = PROJETOS E BOAS PRÁTICAS CONSTRUTIVAS

R$ 1

B = MANUTENÇÃO R$ 5

C = REPARO EMANUTENÇÃO R$25

D = RENOVAÇÃO R$125CUSTOS CORROSÃO

t2= t0 + t1 = “ VIDA ÚTIL”

t0 t1 TEMPO (ANOS)A B C D

CORROSÃ

O (m

m)

PERDA CRÍTICA

LEI DE SITTER (1993)

Normalização brasileira atualEspecificações para concreto duráveis

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Concreto de Cimento PortlandDURABILIDADE - Concreto endurecido

Durabilidade (NBR 6118/14)Mecanismos de deterioração

relativos a armadura

Despassivação por carbonatação, isto é,por ação do gás carbônico da atmosfera.

Despassivação por elevado teor de íon cloro(cloretos)

Classes de agressividade

Classe de agressividade

ambientalAgressividade

Classificação

geral

ambiente

Risco de deterioração da

estrutura

I FracaRural

InsignificanteSubmerso

II Moderada Urbana Pequeno

III ForteMarinha

GrandeIndustrial

IVMuito

forte

Industrial

ElevadoRespingos de maré

NBR 6118/14

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A/C e Res. Em função da agressividade (CA)


ambientalRelação água/cimento

fck

MPa

I ≤ 0,65 ≥ 20

II ≤ 0,60 ≥ 25

III ≤ 0,55 ≥ 30

IV ≤ 0,45 ≥ 40

NBR 6118/14

Cobrimento nominal em função

da agressividade (CA)


ambiental

Pilar e Viga

(cm)

Laje

(cm)

I ≥ 2,5 ≥ 2,0

II ≥ 3,0 ≥ 2,5

III ≥ 4,0 ≥ 3,5

IV ≥ 5,0 ≥ 4,5

Cnom = Cmínimo + 10mm

NBR 6118/14

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NBR 6118/14

Norma puramente prescritiva, isto é, associa um parâmetro indireto com os mecanismos

de despassivação da armadura

Qual o mecanismo envolvido ?

Difusão do CO2 e/ou íons cloretos no concreto

Modelos de previsão de vida útil


• Modelos determinísticos;• Modelos semi probabilísticos;• Modelos probabilísticos*.

Nesses modelos se procura obter as variáveis que são significativas no mecanismo de difusibilidade

para estimativa da vida útil da estrutura de concreto armado

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Exemplo:

Cálculo da penetração de íons cloretos:

Lei de Fick:

C (x,t) = Cs 1 – erf xc2√D(t) t

Onde:C (x,t) é a concentração de íons cloretos na profundidade xc depois de um tempo t;Cs é a concentração de íons cloretos na superfície;D(t) é o coeficiente de difusão de íons cloretos no concreto;erf é uma função matemática (curva de gauss)


Exemplo:

Cálculo da penetração de íons cloretos:

O critério de corrosão do aço, torna–se, então:

C(x) = Ccr

C(x) é a concentração do cloreto na profundidade da armadura;Ccr é a concentração crítica do cloreto no concreto, necessária para a despassivação e início da correção.

Cobrimento da armadura (Cc)

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Exemplo:

Cálculo de probabilidade de corrosão:

• Método matemático para avaliação de função de falha (Simulação Monte Carlo);

• Lei de Fick;

• Variáveis intervenientes com seus respectivos desvios padrões


Exemplo:

Parâmetros de entrada:

• Ação ambiental• Concentração de íons cloretos, Cs;• Idade de atuação do cloretos, t’;• Temperatura, T.

• Qualidade do concreto• Difusibilidade do cloreto, D;• Coeficiente de influência da idade, α;

• Teor crítico de cloretos, Ccr.

• Cobrimento do concreto, (Xc).

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Exemplo:

Parâmetro de saída:

Vida útil em anosAssociado a um determinado nível de confiança de

5%, 10%, 15%, 20%

Influência de tipo de cimento na difusibilidade dos íons cloretos no concreto

CPIII 40 (70%)

CPIII 40 (34%)

CPV ARI

CPII Z 40

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Influência de tipo de cimento na difusibilidade dos íons cloretos no concreto

Difusibilidade do cloreto, D28

x 10-12 m2/sResistência à penetração do

cloreto

> 15 Baixa

10 -15 Moderada

5 – 10 Alta

2,5 –5 Muito alta

< 2,5 Extremamente alta

Resistência à penetração do cloreto de vários tipos de concreto, com base na difusibiidade,RCM, aos 28 dias

Fonte: Projeto de durabilidade de estruturas de concreto em ambientes de severa agressividade (Odd E. Gjφrv)

Tem

po

Prof. de penetração

Estimativa de despassivação por CarbonataçãoLEI DE FICK

e = K x √t

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Tempos passadosCobrimento

= 1,0 cm

15 MPa- k = 6,0 cm/ano1/2

T = 3 anos

Tempo atualCobrimento

= 3cm Pilares e vigas ClasseIII

30 MPa =4,0 mm/ano1/2

T = 56,0 anos

Simulação para o tempo de despassivação por Carbonatação

Média da resistência característicaà compressão

praticada na região Metropolitana do Recife 40,0 MPa (a/c entre 0,45 e 0,50)

Cobrimento da armadura na estrutura

?

PRÁTICAS NA RMR

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Durabilidade (NBR 6118/14)Mecanismos de deterioração

relativos ao concreto

Lixiviação por ação de águas puras, carbônicas agressivas ou ácidas

Expansão por ação de água e solos contaminados com sulfatos

Expansão interna por ação de reações entre os álcalis do cimento e certos agregados reativos e/ou formação de etringita tardia


Expansão por ação de água e solos contaminados com sulfatos

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Requisitos para concreto exposto a soluções contendo sulfatos

Condições de exposição em

função da agressividade

Sulfato solúvel em água (SO4

-2) presente no solo

% em massa

Sulfato solúvel (SO4

-2) presente na água ppm

Máxima

Relação

a/c*

Mínimo

fck

MPa

Fraca 0,00 a 0,10 0 a 150 - -

Moderada** 0,10 a 0,20 150 a 1500 0,50 35

Severa*** Acima de 0,20 Acima de 1500 0,45 40

•Baixa relação/cimento ou elevada resistência podem ser necessárias para obtenção de baixa permeabilidade do concreto ou proteção contra corrosão da armadura ou protenção a processos de congelamento e degelo;•** Água do mar;•*** Para condições severas de agressividade, devem ser obrigatoriamente usados cimentos resistentes a sulfatos.

(NBR 12655)


Expansão interna por ação de reações entre os álcalis do cimento e certos

agregados reativos e/ou formação de etringita tardia

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Classes de agressividade


ambientalAgressividade

Classificação

geral

ambiente

Risco de deterioração da

estrutura

I FracaRural

InsignificanteSubmerso

II Moderada Urbana Pequeno

III ForteMarinha

GrandeIndustrial

IVMuito

forte

Industrial

ElevadoRespingos de maré

NBR 6118/14

A/C e Res. Em função da agressividade (CA)


ambientalRelação água/cimento

fck

MPa

I ≤ 0,65 ≥ 20

II ≤ 0,60 ≥ 25

III ≤ 0,55 ≥ 30

IV ≤ 0,45 ≥ 40

NBR 6118/14

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Requisitos para concreto exposto a soluções contendo sulfatos

Condições de exposição em

função da agressividade

Sulfato solúvel em água (SO4

-2) presente no solo

% em massa

Sulfato solúvel (SO4

-2) presente na água ppm

Máxima

Relação

a/c*

Mínimo

fck

MPa

Fraca 0,00 a 0,10 0 a 150 - -

Moderada** 0,10 a 0,20 150 a 1500 0,50 35

Severa*** Acima de 0,20 Acima de 1500 0,45 40

•Baixa relação/cimento ou elevada resistência podem ser necessárias para obtenção de baixa permeabilidade do concreto ou proteção contra corrosão da armadura ou protenção a processos de congelamento e degelo;•** Água do mar;•*** Para condições severas de agressividade, devem ser obrigatoriamente usados cimentos resistentes a sulfatos.

(NBR 12655)

Expansão interna do concreto

• Reação álcali agregado• NBR 15577 parte 1 a 6

• Formação de etringita tardia• A normalização brasileira não faz referência a

esse mecanismo.

Redução da relação água/cimento e elevação do fck de concretos em elementos massivos, com intuito de

aumentar a durabilidade sob o ponto de vista de corrosão de armaduras, pode favorecer aos

mecanismos de expansão interna

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FISSURAÇÃO ALEATÓRIA QUANDO A RESTRIÇÃO À EXPANSÃO É NULA

OU BAIXA;

FISSURAÇÃO ORIENTADA NA DIREÇÃO DA MENOR RESTRIÇÃO,

QUANDO EXISTE ESTADO DE COMPRESSÃO E/OU ARMADURA NO CONCRETO.

FISSURAÇÃO ALEATÓRIA QUANDO A RESTRIÇÃO À EXPANSÃO É NULA

OU BAIXA;

FISSURAÇÃO ORIENTADA NA DIREÇÃO DA MENOR RESTRIÇÃO,

QUANDO EXISTE ESTADO DE COMPRESSÃO E/OU ARMADURA NO CONCRETO.

Sintomas da expansão interna

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DIREÇÃO DE MENOR RESTRIÇÃODIREÇÃO DE MENOR RESTRIÇÃO

FISSURAÇÃO ALEATÓRIAFISSURAÇÃO ALEATÓRIAFISSURAÇÃO ALEATÓRIA

DIR

EÇ

ÃO

DE

ME

NO

R R

ES

TR

IÇÃ

O

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DIREÇÃO DE MENOR RESTRIÇÃODIREÇÃO DE MENOR RESTRIÇÃO

South AfricaSouth Africa

Courtesy of B. Oberholster

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CASO RECENTE NA REGIÃO METROPOLITANA DE RECIFE


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Necessidade de Inspeções

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CONCLUSÕES

� Os elementos de concretos das fundações, diferentemente do que se pensava, são susceptíveis a deterioração

• Falhas de concretagem;

• Microclimas específicos;

• Corrosão de armadura;

• Reação álcali/agregado;

Conscientização do meio técnico,

do setor público e da sociedade

da necessidade de inspeções periódicas.

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Condições de exposição carregamento da estrutura

Classes de estruturas1 2 3

Intervalo de Inspeção (anos)

de rotina

extensivade

rotinaextensiva

De rotina

extensiva

Muito severo 2* 2 6* 6 10* 10

Severo 6* 6 10* 10 10*

Normal 10* 10 10* - ** **

FIP - FEDERAÇÃO INTERNACIONAL DE PROTENSÃO (1988)

* INTERCALADA ENTRE INSPEÇÕES EXTENSIVAS

** APENAS INSPEÇÕES SUPERFICIAIS

Inspeções

A baixa resistência à compressão de um concreto é percebida no máximo aos 28 dias de idade, o que faz

com que ocorra uma rápida cobrança dos responsáveis, entretanto, a falta de durabilidade só é

percebida depois de anos, quando se iniciam os primeiros sintomas. Esta característica dilui as

responsabilidades e dificulta a percepção à cadeia construtiva e aos próprios consumidores de suas

conseqüências.

REFLEXÃO

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