Corrosão das Armaduras Não Estruturais em Elementos de ... · Vogal: Doutor José Manuel Martins...

Srgio Boris Gouveia AlvesMESTRADO EM ENGENHARIA CIVIL

Corroso das Armaduras No Estruturaisem Elementos de Beto ArmadoDISSERTAO DE MESTRADO

DM

fevereiro | 2016

Srgio Boris Gouveia AlvesMESTRADO EM ENGENHARIA CIVIL

Corroso das Armaduras No Estruturaisem Elementos de Beto ArmadoDISSERTAO DE MESTRADO

ORIENTADORLino Manuel Serra Maia

i

Corroso das armaduras no estruturais

em elementos de beto armado

Tese submetida para a obteno do grau de Mestre em Engenharia Civil na

Universidade da Madeira

por

SRGIO BORIS GOUVEIA ALVES

Orientador

Lino Manuel Serra Maia

(Universidade da Madeira)

Verso para discusso fevereiro de 2016

Ttulo: Corroso das armaduras no estruturais em elementos de beto armado

Palavras-chave: Armaduras; Beto; Corroso; Deteriorao.

Keywords: Armor; Concrete; Corrosion; Deterioration.

Autor: SRGIO ALVES

FCEE Faculdade de Cincias Exatas e da Engenharia

Campus Universitrio da Penteada

9020 - 105 Funchal Portugal, s/n

Telefone + 351 291 705 230

Correio eletrnico: [email protected]

Jri:

Presidente: Doutor Joo Paulo Martins da Silva Lobo

Vogal: Doutor Jos Manuel Martins Neto dos Santos

Vogal: Doutor Lino Manuel Serra Maia

Funchal, Madeira

iii

Don't only practice your art,

But fOrce youR way into Its Secrets,

for it and knowledge can

raise men to the divine.

Ludwig Van Beethoven

Resumo

v

RESUMO

A corrente dissertao enquadra-se na temtica da corroso das armaduras mais concretamente nas

armaduras mnimas, no estruturais e construtivas. frequente encontrarmos sinais de degradao em

estruturas e elementos de beto armado, maioritariamente causado pela corroso das armaduras. Tais

armaduras por vezes no tm solicitaes estruturais, desta forma estuda-se a hiptese de as mesmas

terem sido dispensadas no momento de conceo da estrutura ou do elemento. Tem-se em conta todos

os fatores que podem influenciar a corroso de forma a entender o seu comportamento, assim como o

seu enquadramento legislativo. So inmeras as causas de corroso prematura das armaduras, como a

elevada porosidade do beto, a utilizao dos materiais errados de acordo com o ambiente, o

recobrimento insuficiente, entre outros. Contudo o processo de corroso provocado apenas pela

carbonatao e/ou cloretos existentes no beto que destri a pelicula passiva das armaduras.

Elaborou-se anlises em casos mais usuais com degradao acentuada. Assim, apenas analisou-se casos

onde a corroso era visvel, uma vez que a anlise se baseou apenas na observao visual, e ignorou-se

os restantes casos devido incerteza da existncia de corroso, mesmo em ambientes agressivos. Em

todos os casos teve-se em conta o comportamento qumico e fsico, do beto e das armaduras de forma

a compreender as causas da degradao e suas consequncias, assim como outros parmetros como por

exemplo a temperatura.

Com base nos dois pargrafos anteriores, e com recurso ao levantamento fotogrfico de alguns

elementos e estruturas de beto armado, analisou-se neste trabalho 8 casos no estruturais e 2 casos

estruturais referente aplicao das armaduras.

Abstract

vii

ABSTRACT

The current dissertation is part of the theme of steel corrosion, specifically minimum, non-structural and

constructive reinforcement. We often find signs of degradation on reinforcement concrete elements and

structures, mainly caused by reinforcement corrosion. Such reinforcement sometimes doesnt have

structural requests, so i studied the hypothesis of them being removed at the time the structure or element

was build. I took in to account all the influence factors to corrosion, in order to understand its behaviour,

as well its legislative framework. There are numerous causes of premature corrosion of reinforcement,

such as high concrete porosity, the use of wrong materials according the current environment,

insufficient coverage, among others. However, the corrosion process is caused only by carbonation

and/or chlorides the exist in concrete, those will destroy the reinforcement passive film.

I elaborated analysis in more usual severe degradation cases. Thus, I only analysed cases where

corrosion was visible, since the analysis is based on visual observation, and I ignored other cases due to

the uncertainty of the existence of corrosion, even in harsh environments. In all cases I took into account

the chemical and physical concrete behaviour in order to understand the degradation causes and

consequences, as well as other parameters such as temperature.

Based on the previous two paragraphs, and using photographic survey of some concrete elements and

structures, I analysed in this work 8 non-structure and 2 structural cases, concerning the application of

reinforcement.

ndice

ix

NDICE

Resumo ............................................................................................................................................................. v

Abstract .......................................................................................................................................................... vii

ndice ............................................................................................................................................................... ix

ndice de figuras ............................................................................................................................................ xiii

ndice de quadros ......................................................................................................................................... xvii

Lista de acrnimos e simbologia .................................................................................................................... xix

Termos e definies ....................................................................................................................................... xxi

Agradecimentos ........................................................................................................................................... xxiii

1. CONSIDERAES INICIAIS ..................................................................................................... 1

1.1. Introduo ............................................................................................................................................... 1

1.2. Objetivos ................................................................................................................................................. 2

1.3. Contribuies cientficas e limitaes ...................................................................................................... 3

1.4. Estrutura da dissertao .......................................................................................................................... 3

2. ESTADO DA ARTE .................................................................................................................. 5

2.1. Composio e comportamento Estrutural do Beto ................................................................................ 5

2.1.1. Constituintes do beto ................................................................................................................ 6

2.1.1.1. Cimento ......................................................................................................................................... 6

2.1.1.2. Agregados ...................................................................................................................................... 7

2.1.1.3. gua de amassadura ..................................................................................................................... 7

2.1.1.4. Adies .......................................................................................................................................... 8

2.1.1.5. Adjuvantes..................................................................................................................................... 8

2.1.2. Caratersticas fsicas do beto ..................................................................................................... 9

2.1.2.1. Resistncia compresso ............................................................................................................. 9

2.1.2.2. Resistncia trao ....................................................................................................................... 9

2.2. Composio e comportamento Estrutural do Ao ...................................................................................10

2.2.1. Composio qumica ..................................................................................................................10

2.2.2. Comportamento estrutural ........................................................................................................11

2.3. Patologias no Ao ...................................................................................................................................11

2.3.1. Carbonatao .............................................................................................................................11

2.3.1.1. Mecanismo da Corroso ............................................................................................................. 13

2.3.1.2. Teor de humidade ....................................................................................................................... 15

2.3.1.3. Razo gua-cimento e temperatura............................................................................................ 16

ndice

x

2.3.1.4. Tipo de cimento ........................................................................................................................... 17

2.3.2. Cloretos ..................................................................................................................................... 17

2.3.2.1. Penetrao dos cloretos .............................................................................................................. 18

2.3.2.2. Limite crtico de cloretos ............................................................................................................. 20

2.3.3. Carbonatao e cloretos em simultneo .................................................................................... 23

2.3.4. Corroso das armaduras ............................................................................................................ 23

2.3.4.1. Corroso uniforme ...................................................................................................................... 24

2.3.4.2. Etapas da corroso ...................................................................................................................... 25

2.4. Patologias no beto ................................................................................................................................ 26

2.4.1. Fendilhao ............................................................................................................................... 26

2.4.2. Delaminao .............................................................................................................................. 27

2.4.3. Desagregao e eroso do beto ............................................................................................... 28

2.4.4. Infiltraes ................................................................................................................................. 29

2.4.5. Deformaes ............................................................................................................................. 30

2.4.6. Deteriorao causada por erros/deficincias ............................................................................. 31

3. ENQUADRAMENTO LEGISLATIVO ....................................................................................... 33

3.1. NP EN 206-1 2007 ................................................................................................................................... 33

3.1.1. Classificao .............................................................................................................................. 33

3.1.2. Requisitos para o beto ............................................................................................................. 36

3.1.2.1. Teor de cloretos ........................................................................................................................... 36

3.1.3. Valores limite recomendados para a composio do beto ....................................................... 37

3.2. Especificao LNEC 464 2007 .................................................................................................................. 37

3.2.1. Degradao do beto e as classes de exposio ......................................................................... 38

3.2.2. Prescries para a composio do beto ................................................................................... 40

3.2.2.1. Prescries para vida til de 50 anos .......................................................................................... 40

3.2.2.2. Prescries para vida til de 100 anos ........................................................................................ 42

3.2.3. Combinaes de classes de exposio ....................................................................................... 42

3.2.4. Recobrimentos mnimos ............................................................................................................ 43

3.3. Eurocdigo 2 parte 1-1 (NP EN 1992-1-1 2010) ....................................................................................... 44

3.3.1. Classes de resistncia e de exposio ........................................................................................ 44

3.3.2. Recobrimento mnimo ............................................................................................................... 44

3.3.3. Controlo da fendilhao ............................................................................................................ 45

3.3.3.1. Armaduras mnimas..................................................................................................................... 46

3.3.4. Armadura no estrutural e construtiva ...................................................................................... 47

3.4. Regulamento de estruturas de Beto Armado e Pr-Esforado .............................................................. 47

3.4.1. Fendilhao ............................................................................................................................... 47

ndice

xi

3.4.2. Recobrimento mnimo das armaduras .......................................................................................48

3.4.3. Armadura mnima, no estrutural e construtiva ........................................................................49

4. CASOS DIVERSOS ................................................................................................................ 51

4.1. Caso no estrutural 1 ..............................................................................................................................51








4.9. Caso estrutural 1.....................................................................................................................................76

4.10. Caso estrutural 2.....................................................................................................................................81

5. CONSIDERAES FINAIS ..................................................................................................... 89

5.1. Notas finais .............................................................................................................................................89

5.2. Concluses ..............................................................................................................................................89

5.3. Perspetivas futuras .................................................................................................................................90

REFERNCIAS ............................................................................................................................. 91

ndice de figuras

xiii

NDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Relevncia das causas de deteriorao do beto (2) ..................................................... 2

Figura 2.1 Dimenses dos cubos e cilindros para teste de resistncia segundo NP EN 12390-3 . 6

Figura 2.2 Consequncia da variao da quantidade de carbono presente nas armaduras ..... 10

Figura 2.3 Proteo das armaduras no beto ................................................................................ 12

Figura 2.4 Despassivao das armaduras no beto ....................................................................... 12

Figura 2.5 Penetrao do carbono no recobrimento em geral (18) ............................................. 13

Figura 2.6 Volume relativo dos produtos da corroso (25) .......................................................... 14

Figura 2.7 Fendilhao esquerda e delaminao direita do beto ......................................... 15

Figura 2.8 Trs casos distintos relativamente ao teor de humidade (da esquerda para a direita -

ambiente seco; ambiente com elevado teor de humidade; ambiente saturado) (2) ....................... 16

Figura 2.9 Velocidade da carbonatao de acordo com o teor de humidade (2) ........................ 16

Figura 2.10 Influncia da razo gua-cimento e temperatura na profundidade de carbonatao

adaptado de (2) .................................................................................................................................... 17

Figura 2.11 Profundidade de penetrao cloretos da experincia de Zhiwu Yu (35) ................ 19

Figura 2.12 Formas de aparecimento dos cloretos ........................................................................ 20

Figura 2.13 Coeficiente de difuso com uma variao da razo gua/cimento (22) .................. 21

Figura 2.14 Limites crticos de cloretos (2) .................................................................................... 22

Figura 2.15 Relao entre a espessura do recobrimento e o perodo de iniciao da corroso (2)

............................................................................................................................................................... 24

Figura 2.16 Corroso uniforme numa varanda de ao junto ao mar .......................................... 25

Figura 2.17 Acelerao da corroso das armaduras devido fendilhao do beto ................. 27

Figura 2.18 Exposio das armaduras devido delaminao do beto ...................................... 28

Figura 2.19 Desagregao e eroso do beto ................................................................................. 29

Figura 2.20 Exemplo de uma m junta de betonagem (52) .......................................................... 30

Figura 2.21 Acumulao de gua devido a deformaes na laje (53) .......................................... 31

ndice de figuras

xiv

Figura 4.1 Resultado de uma deficiente cofragem ......................................................................... 52

Figura 4.2 Posicionamento do elemento estrutural no ambiente ................................................. 52

Figura 4.3 Esquematizao de uma cofragem incorreta escorando a cofragem do elemento de

beto pelo interior ................................................................................................................................ 52

Figura 4.4 Mau posicionamento das armaduras ........................................................................... 53

Figura 4.5 Esquematizao do mau posicionamento das armaduras .......................................... 53

Figura 4.6 Elemento de beto pr fabricado destrudo ................................................................. 54

Figura 4.7 Esquematizao e posicionamento dos elementos de beto ........................................ 55

Figura 4.8 Degradao acelerada de uma pea de beto armado ................................................ 55

Figura 4.9 Degradao acelerada de uma pea de beto armado ................................................ 56

Figura 4.10 Armaduras de uma pea de beto armado em degradao acelerada .................... 57

Figura 4.11 Esquematizao das formas de degradao do recobrimento ................................. 57

Figura 4.12 Suporte de fixao de uma varanda junto ao mar .................................................... 58

Figura 4.13 Soldadura da varanda aos vares existentes no beto armado pelo exterior do mesmo

............................................................................................................................................................... 59

Figura 4.14 Esquematizao dos sistemas de fixao das varandas abordados ......................... 59

Figura 4.15 Muro de suporte de um talude .................................................................................... 60

Figura 4.16 Muro de suporte de um talude .................................................................................... 61

Figura 4.17 Esquematizao do muro de suporte de um talude .................................................. 62

Figura 4.18 Recobrimento de um muro .......................................................................................... 62

Figura 4.19 Fendilhao do recobrimento em todo o muro .......................................................... 63

Figura 4.20 Corte esquemtico do recobrimento existente no muro aps corroso das armaduras

............................................................................................................................................................... 64

Figura 4.21 Betonagem em cima de parede ................................................................................... 64

Figura 4.22 Esquema em corte da Figura 4.21 .............................................................................. 65

Figura 4.23 Fendilhao numa varanda devido corroso .......................................................... 65

Figura 4.24 Esquema em corte da varanda degradada devido corroso das armaduras ....... 66

Figura 4.25 Desvio de uma fenda num corrimo ........................................................................... 67

ndice de figuras

xv

Figura 4.26 Esquema aproximado do corte da varanda com o desvio da fendilhao .............. 67

Figura 4.27 Fendilhao do suporte do corrimo e da base dos balastres ................................ 68

Figura 4.28 Esquema em corte da fendilhao do suporte dos corrimes .................................. 68

Figura 4.29 Fendilhao e destacamento do beto em balastres ............................................... 69

Figura 4.30 Esquema em corte da fendilhao de um balastre ................................................. 69

Figura 4.31 Reparao de beto armado mal efetuada ................................................................ 70

Figura 4.32 Esquema do beto novo sobre o antigo com as armaduras corrodas .................... 71

Figura 4.33 Orientao principal da degradao .......................................................................... 71

Figura 4.34 Dimenso de alguns agregados superiores ao recomendvel ................................... 72

Figura 4.35 Estado avanado de degradao do elemento de beto armado .............................. 73

Figura 4.36 Heterogeneidade do beto no elemento estrutural ................................................... 73

Figura 4.37 Edifcio em degradao ............................................................................................... 74

Figura 4.38 Churrasqueira familiar fendilhada ............................................................................ 75

Figura 4.39 Fendilhao ao pormenor na churrasqueira ............................................................. 76

Figura 4.40 M colocao das armaduras numa laje junto ao mar ............................................ 77

Figura 4.41 Esquematizao da colocao das armaduras apresentado na Figura 4.40 ........... 77

Figura 4.42 M colocao das armaduras numa laje junto ao mar ............................................ 78

Figura 4.43 Corroso das armaduras numa zona tracionada de um tabuleiro numa ponte .... 79

Figura 4.44 Esquematizao do recobrimento e frentes de ataque do ........................................ 79

Figura 4.45 Parte exterior de uma ponte sobre o mar .................................................................. 80

Figura 4.46 Parte interior de uma ponte sobre o mar .................................................................. 80

Figura 4.47 Corte da ponte das figuras anteriores com as armaduras em anlise ..................... 81

Figura 4.48 Ponte rodoviria junto ao Aeroporto da Madeira .................................................... 82

Figura 4.49 Degradao dos pilhares e da laje de suporte do aterro ........................................... 82

Figura 4.50 Degradao dos pilhares ............................................................................................. 83



ndice de figuras

xvi

Figura 4.53 Degradao dos pilhares .............................................................................................. 84

Figura 4.54 Degradao dos pilhares .............................................................................................. 85

Figura 4.55 Alado da estrutura ..................................................................................................... 85

Figura 4.56 Corte transversal da estrutura .................................................................................... 86

Figura 4.57 Foras aplicadas ponte .............................................................................................. 86

ndice de quadros

xvii

NDICE DE QUADROS

Quadro 2.1 - Carateristicas das guas para amassadura de betes (4) ............................................ 8

Quadro 2.2 Resistncia trao dos betes mais utilizados ........................................................... 9

Quadro 3.1 - Classes de exposio da NP EN 206-1 2007 ................................................................ 34

Quadro 3.2 - Valores limite das classes de exposio para ataque qumico proveniente de solos

naturais e de guas neles contidas da NP EN 206-1 2007 ................................................................ 35

Quadro 3.3 - Mximo teor de cloretos do beto da NP EN 206-1 2007 .......................................... 36

Quadro 3.4 - Valores limite para a composio e para as propriedades do beto da NP EN 206-1

2007 ....................................................................................................................................................... 37

Quadro 3.5 Outros exemplos onde ocorrem as classes de exposio, inseridos pela especificao

LNEC E 464 2007 NP EN 206-1 2007 .......................................................................................... 38

Quadro 3.6 - Limites da composio e da classe de resistncia do beto sob ao do dixido de

carbono, para uma vida til de 50 anos da especificao LNEC E 464 2007.............................. 40

Quadro 3.7 - Limites da composio e da classe de resistncia do beto sob ao dos cloretos, para

uma vida til de 50 anos da especificao LNEC E 464 2007 ...................................................... 41

Quadro 3.8 - Limites da composio e da classe de resistncia do beto sob ao do gelo/degelo,

para uma vida til de 50 anos da especificao LNEC E 464 2007 ............................................. 41

Quadro 3.9 - Limites da composio e da classe de resistncia compresso do beto sob ataque

qumico, para uma vida til de 50 anos da especificao LNEC E 464 2007 .............................. 41

Quadro 3.10 - Combinaes de classes de exposio da especificao LNEC E 464 2007 ......... 42

Quadro 3.11 - Recobrimentos mnimos (mm) cmin,dur no beto armado na E 464 2007 ............. 43

Quadro 3.12 - Recobrimentos mnimos (mm) cmin,dur no beto pr-esforado na E 464 2007 .... 43

Quadro 3.13 - Valores recomendados de wmax (mm) ........................................................................ 46

Quadro 3.14 - Estados limite de fendilhao do REBAP ................................................................. 48

Quadro 3.15 - Recobrimentos mnimos no REBAP ......................................................................... 48

Quadro 4.1 Foras aplicadas ........................................................................................................... 87

Lista de acrnimos e simbologia

xix

LISTA DE ACRNIMOS E SIMBOLOGIA

Acrnimos

EN Europische Norm (Norma Europeia)

LNEC Laboratrio Nacional de Engenharia Civil

NP Norma Portuguesa

REBAP Regulamento de estruturas de beto armado e pr-esforado

Simbologia

Letras minsculas

cdur,y Margem de Segurana

s Valor absoluto da tenso mxima admissvel na armadura imediatamente depois da

formao da fenda

Act rea de beto tracionado

As,min rea mnima das armaduras para beto armado na zona tracionada

cdur,add Reduo do recobrimento mnimo no caso de proteo adicional

cdur,st Reduo do recobrimento mnimo no caso de utilizao de ao inoxidvel

cmin Recobrimento mnimo

cmin,b Recobrimento mnimo para os requisitos de aderncia

cmin,dur Recobrimento mnimo relativo s condies ambientais

fct,eff Valor mdio da resistncia do beto trao data em que se prev que se possam formar

as primeiras fendas

Notao e simbologia

xx

k Coeficiente que considera o efeito das tenses no uniformes autoequilibradas, de que

resulta uma reduo dos esforos de coao

kc Coeficiente que tem em conta a distribuio de tenses na seo, imediatamente antes

da fendilhao e da variao do brao do binrio

Letras maisculas

C Concrete (beto normal)

HC Heavy concrete (beto pesado)

KN Kilo Newton

LC Light Concrete (Beto leve)

MPa Mega Pascal

Termos e definies

xxi

TERMOS E DEFINIES

De modo a facilitar e clarificar a leitura desta dissertao, apresentam-se de seguida alguns termos e

definies utilizados na bibliografia.

Cloretos superfcie Cloretos ligados superfcie dos poros do beto

Cloretos ligados a C3A Cloretos ligados ao sal de Fridel existente no beto

Cloretos livres Cloretos existentes nos poros do beto

Cloretos Totais Cloretos existentes no beto

Coeficiente de difuso Coeficiente que representa a facilidade com que um soluto se move num

solvente

Endurecimento um fenmeno que consiste em tornar rgido aumentando a resistncia

mecnica, resultado da presa

Presa um processo correspondente passagem do estado pastoso (no caso do

cimento) ao estado slido

Agradecimentos

xxiii

AGRADECIMENTOS

O conhecimento no tem limites e facilmente adquirido quando temos certas pessoas que nos apoiam

e esto sempre presentes para nos erguer.

Assim e s assim esta etapa tornou-se possvel!

Agradeo profundamente aos que me ajudaro a conquistar mais uma vitria.

Ao meu orientador Dr. Lino Maia, pela oportunidade que me facultou, coordenando-me, incentivando-

me e partilhando os seus conhecimentos com a maior excelncia.

A minha esposa Carina Gois, que me fornece fora para continuar.

Aos meus pais Srgio Alves e Helena Alves e irm Melissa Alves, que me mostraram e mostram o

caminho a percorrer.

A todas as outras pessoas que contriburam diretamente e indiretamente.

Funchal, fevereiro 2016

Srgio Alves

Captulo 1 Consideraes iniciais

1

1 1. CONSIDERAES INICIAIS

1.1. INTRODUO

Esta dissertao tem um foco acentuado nos elementos de beto armado, tendo em conta que nesta

insere-se particularmente a deteriorao do beto causada pela corroso das armaduras. O tema ganha

um determinado interesse devido quantidade de deterioraes existentes nos diversos ambientes e em

diferentes tipos de elementos de beto armado estruturais como nos no estruturais. O beto armado

um dos principais materiais de construo em todo o mundo mas no tem o mesmo ndice de utilizao

em todos os pases, sendo mais utilizado nuns pases do que noutros, devido diferente relao

utilidade/custo, em comparao com diferentes materiais existentes no mercado local. Como todos os

materiais existentes, o beto armado est sujeito ao desgaste e s alteraes qumicas e fsicas de acordo

com a sua utilizao e exposio. Apesar de existirem medidas regulamentares que permitem melhorar

a durabilidade do material de modo a impedir tais anomalias, a corroso das armaduras existentes no

beto armado muitas vezes prematura e difcil de controlar. Esta prematuridade compromete o

comportamento estrutural da estrutura porque corri as armaduras resultando numa diminuindo da

seco das mesmas. Uma diminuio das armaduras corresponde a uma diminuio doas esforos

resistentes podendo comprometer os elementos de beto armado e conduzir ao colapso do mesmo.

medida que a corroso aumenta, as foras de trao devido expanso das armaduras tambm aumentam

e acabam por causar a fendilao e a delaminao do beto. Esta alterao no beto reduz a seco do

elemento estrutural assim como os esforos resistentes na zona de compresso.

Na corroso prematura das armaduras podero estar envolvidos diversos fatores, como por exemplo

uma m pormenorizao, um mau controlo de qualidade, a insero de erros no projeto, a falta de

manuteno, uma m execuo, a presena de um excesso de agentes agressores no meio ambiente face

Corroso das armaduras no estruturais em elementos de beto armado

2

ao previsto ente outros fatores. Todos os fatores apresentados tm como consequncia a carbonatao

ou o ataque de cloretos ou ambos em simultneo. A corroso do ao uma das causas mais dominantes

na degradao prematura do beto armado (Figura 1.1) (1).

Figura 1.1 Relevncia das causas de deteriorao do beto (2)

Em muitos dos casos as armaduras existentes nos elementos de beto armado no so estruturais e desta

forma no so exigveis no seu dimensionamento estrutural. Pelo fato dessas armaduras existirem, iro

deteriorar o beto envolvente devido corroso. O mesmo ocorre com algumas armaduras mnimas

como no caso de lajes.

Com este trabalho pretende-se analisar diversos casos de elementos de beto armado onde a corroso

afeta as armaduras no estruturais e mnimas, e analisar tambm a possibilidade de estas serem

dispensadas uma vez que provvel que no sejam necessrias, onde se evitar assim a degradao dos

elementos de beto armado ou de beto quando seja possvel a dispensa da armadura.

1.2. OBJETIVOS

Esta dissertao tem como principal objetivo avaliar elementos e estruturas de beto armado no que

concerne possvel dispensa das armaduras, devido deteriorao do beto causada pela corroso das

mesmas. correntemente observvel a existncia de estruturas de beto armado em que a armadura

visvel, est corroda e contribui para uma m esttica do beto envolvente, mas no compromete a

eficincia estrutural. A colocao de tais armaduras podem ser consequncia de vrios fatores, desde

uma m interpretao de clculos efetuados a uma m interpretao em obra, entre outros. Este tipo de

Captulo 1 Consideraes iniciais

3

armaduras pode-se considerar no estruturais, desta forma no so necessrias e podiam ter sido

dispensadas. Com esta dissertao pretende-se ainda:

Efetuar um levantamento de situaes em que foram utilizadas armaduras construtivas em

elementos de beto que no precisavam de armaduras estruturais e cuja corroso das armaduras

conduziu a deteriorao do elemento;

Enquadrar os objetos em estudos na legislao sobre a necessidade da introduo de armaduras

no estruturais / armaduras mnimas / armaduras construtivas nos elementos de beto;

Elaborar anlises estruturais quanto necessidade de colocao de armaduras nos diversos

casos.

1.3. CONTRIBUIES CIENTFICAS E LIMITAES

Os casos prticos que constam nesta dissertao foram analisados sem acesso ao seu projeto de

fabrico/execuo, ou seja, foram analisados com base apenas na inspeo visual.

Trata-se de uma observao de projeo onde esta elaborada tendo em conta a regulamentao, com a

exceo do caso de armaduras em zonas do beto comprimidas nas vigas, ou no caso da utilizao de

armaduras mnimas quando o clculo de tais armaduras resulta num valor inferior s mnimas,

aumentando o volume da corroso resultante. Seria interessante elaborar um estudo ao pormenor das

referidas armaduras, quais as suas vantagens e desvantagens assim como a necessidade de coloca-las.

1.4. ESTRUTURA DA DISSERTAO

Na elaborao desta dissertao utilizou-se cinco captulos na sua estruturao, sendo o primeiro as

consideraes iniciais onde consta uma breve apresentao do tema, assim como os seus objetivos e

uma sintetizao estrutural de conduo da dissertao.

O segundo captulo dedica-se inteiramente ao estado de arte da dissertao, nele inclui-se todos os

aspetos e conhecimentos necessrios ao desenvolvimento deste trabalho, nomeadamente composio e

comportamento dos materiais de construo envolvidos, assim como uma descrio detalhada dos

processos de corroso das armaduras e seus influentes.

O terceiro captulo dedicado legislao existente, no que concerne s exigncias regulamentares

afetas durabilidade das estruturas, fazendo especial referncia aos mtodos, limites e requisitos de

projeo estrutural.


4

No quarto captulo apresentam-se casos de estudo onde a corroso de armaduras no estruturais

pertinente em elementos de beto armado, apresentam-se tambm anlises estruturais quanto

existncia de tais armaduras.

O quinto e ltimo captulo denominado de consideraes finais apresenta as notas finais, as principais

concluses obtidas e perspetivas futuras de pesquisa e desenvolvimento para investigaes posteriores

relacionadas com o tema.

Captulo 2 Estado de arte

5

2 2. ESTADO DA ARTE

2.1. COMPOSIO E COMPORTAMENTO ESTRUTURAL DO BETO

O beto um material resultante da mistura de vrios constituintes, podendo estes serem separados em

2 grupos. Um grupo os componentes bsicos: o cimento, agregados de vrias dimenses, gua, e outro

grupo as adies e adjuvantes (3). Este material pode ser utilizado na execuo de estruturas apenas por

si s ou na conjuno de armaduras, denominado de beto simples, beto armado e beto pr-esforado.

O beto passa por 2 fases, a primeira fase denomina-se beto fresco e consiste na adio de todos os

seus componentes assim como a sua amassadura e depsito em formas, a segunda fase trata-se do

processo de endurecimento atravs de reaes qumicas de hidratao entre os gros de cimento e a

gua, adquirindo uma certa resistncia. Esta resistncia tem incio em poucas horas aps o fabrico do

beto e atinge entre 60 a 90 % do endurecimento total aps 28 dias, dependendo do tipo de cimento e

cura utilizados (4).

O beto aps endurecer pode ser classificado como beto leve (LC), beto normal (C) e beto pesado

(HC) dependendo da sua massa volmica, menor ou igual a 2000 kg/m3, maior que 2000 kg/m3 at 2600

kg/m3 e superior a 2600 kg/m3, respetivamente (4). A classificao refere ainda a classe de resistncia

do beto, temos o exemplo do beto C30/37 que corresponde a um beto normal com uma resistncia

compresso aos 28 dias de pelo menos 30 MPa medido em cilindros e 37 MPa medido em cubos (5)

(Figura 2.1). No REBAP a classe de resistncia tem uma designao diferente sendo o exemplo anterior

equivalente a B37.


6

Figura 2.1 Dimenses dos cubos e cilindros para teste de resistncia segundo NP EN 12390-3

O beto classificado em diferentes classes de exposio de acordo com o meio ambiente, estas classes

de exposio so regulamentares e esto explcitas no Capitulo 3.

2.1.1. CONSTITUINTES DO BETO

O beto contem vrios constituintes tendo por base o cimento, a gua e os agregados, mas podem ser

adicionados outros mais de acordo com as necessidades em obra como requisitos de durabilidade,

resistncia e proteo das armaduras.

2.1.1.1. CIMENTO

O cimento um material inorgnico, ou seja um ligante hidrfilo hidrulico, que ganha presa, endurece

e pode aglomerar outros materiais, ao misturar com a gua forma uma pasta que endurece ao ar ou num

ambiente saturado de gua (4) (3).

O cimento Portland, obtm-se atravs da mistura de calcrio (CaCO3) com argilas, que atravs da sua

cozedura temperatura de 1450C forma pequenos aglomerados denominados de clinquer (4). Esse

clinquer modo aps o seu arrefecimento juntamente com gesso para regular o tempo de presa e

adjuvantes para facilitar a moagem, o seu custo torna-se elevado devido aos gastos elevados de energia

(6). A ele adicionado outras adies como pozolanas, cinzas volantes, escrias de alto-forno entre

outras para modificar as suas propriedades de acordo com o pretendido. Os seus componentes minerais

principais so silicato triclcico, silicato biclcico, aluminato triclcico e alumino ferrato tetra clcico

(7). Os cimentos so definidos na Norma NP EN 197-1 e podem ser utilizados no beto simples, armado

ou pr-esforado (4).


7

2.1.1.2. AGREGADOS

Os agregados ocupam geralmente entre 70 a 80 % do volume do beto sendo desta forma um constituinte

importante (6). A sua composio principalmente proveniente de rochas, podendo ser partculas ou

areias, existe ainda agregados artificiais ou partculas recicladas que podem tambm, ser utilizadas como

aglomerados. Os agregados tem dimenses entre 0,1 mm e 20 cm e afetam marcadamente o

comportamento do beto (6), designam-se por areias os agregados com dimenses inferiores a 5 mm

(areia rolada quando de origem natural e areia britada quando de origem artificial) e agregados grossos

quando tenham dimenses superiores a 5 mm (godos quando com origem natural e brita quando de

origem artificial) (4).

As propriedades mais importantes que devem ser consideradas na seleo dos agregados para

constituio do beto podem ser de natureza fsica, qumica e geomtrica, deve ter determinada forma e

dimenses proporcionadas, boa resistncia s foras que iro provocar tenses no beto (geralmente

esto na ordem dos 60 MPa), adequadas propriedades trmicas, boas propriedades qumicas que

permitam boa aderncia pelo ligante e resistncia s tenses e no devem conter substancias que

prejudiquem o beto (4).

A quantidade dos agregados deve ser a maior possvel, tendo em conta que as suas partculas so

aglomeradas pela pasta de cimento, desta forma a sua dimenso deve ser a mxima possvel desde que

compatvel com as condies e exigncias em obra (6). tambm de salientar que as dimenses dos

agregados devem ser variadas de forma a obter um bom preenchimento dos possveis vazios existentes

no beto, onde a sua granulometria ir condicionar a compacidade do beto. Quanto maior for a mxima

dimenso do agregado menor ser a quantidade de cimento e gua necessria, contudo o tamanho do

agregado ir ser condicionado pelo afastamento das armaduras (8). Uma granulometria mais compacta

resulta num beto com mais facilidade em se desagregar mas em contrapartida tem uma resistncia mais

elevada devido baixa porosidade, pouca retrao e grande durabilidade (4).

Os agregados so definidos nas normas NP EN 12620 e NP EN 13055-1.

2.1.1.3. GUA DE AMASSADURA

A gua de amassadura um componente essencial no fabrico do beto, confere uma boa trabalhabilidade

ao beto e permite uma boa compactao (9). A quantidade de gua a utilizar no beto deve ser

controlada, quando em excesso cria-se uma rede de poros que aps a secagem que prejudica a resistncia

do beto, desta forma dever ser a mnima quantidade possvel que garanta uma adequada

trabalhabilidade (4). A gua dever ainda respeitar outros parmetros estipulados no Quadro 2.1 de


8

forma a no comprometer as caratersticas fsicas e qumicas do beto, nem contribuir posteriormente

para a degradao da estrutura.

Quadro 2.1 - Carateristicas das guas para amassadura de betes (4)

Caraterstica Legislao

Valor a satisfazer

Beto simples Beto armado e

pr-esforado

pH NP 411 4 4

Resduo dissolvido (g/dm3) E 380 35 10

Resduo em suspenso (g/dm3) E 380 5 2

Consumo Qumico de Oxignio (mg/dm3) NP 1414 500 500

Teor de cloretos (mg/dm3) NP 423 4500 600

Teor de sulfatos (mg/dm3) NP 413 2000 2000

Teor de ortofosfatos (mg/dm3) E379 100 100

Teor de nitratos (mg/dm3) E382 500 500

Teor de sulfuretos (mg/dm3) NP 1417 100 100

Teor de sdio e de potssio (mg/dm3) E 381 1000 1000

2.1.1.4. ADIES

As adies so materiais inorgnicos que se adiciona ao beto para melhorar determinadas propriedades

como por exemplo a durabilidade e resistncia do beto, podem ser de origem natural ou origem em

subprodutos industriais (10). As adies podem ser classificadas em dois tipos, sendo do tipo I as adies

quase inertes como o filer calcrio e do tipo II as adies com propriedades hidrulicas latentes como a

escria granulada de alto-forno, as cinzas volantes e a slica de fumo. A utilizao de adies do tipo II

confere ao beto menor resistncia inicial mas a longo prazo resulta em melhores propriedades

mecnicas, maior resistncia ao ataque qumico maior resistncia ao ataque qumico e menor teor em

hidrxido de clcio (4).

2.1.1.5. ADJUVANTES

Os adjuvantes so produtos adicionados em pouca quantidade antes ou na fase de amassadura,

normalmente inferior a 5% da massa de cimento, com a finalidade de modificar as propriedades do beto

sendo a mais importante a trabalhabilidade do mesmo. Como foi referido anteriormente deve-se

adicionar a menor quantidade de gua de amassadura possvel sendo o adjuvante uma boa soluo para

tal, porque no alterar a trabalhabilidade devido reduo da gua (11). Alm da trabalhabilidade os

adjuvantes podem retardar e/ou acelerar a presa, acelerar o endurecimento do beto, aumentar a

resistncia aos ciclos gelo/desgelo, diminuir a permeabilidade, ajudar a bombagem e inibir a corroso

das armaduras (4).


9

2.1.2. CARATERSTICAS FSICAS DO BETO

A principal funcionalidade do beto resistir compresso uma vez que este material tem uma

capacidade de compresso muito superior trao, assim sendo este material colocado

estrategicamente com a funcionalidade resistente em locais onde exista compresso (4). Contudo

tambm utilizado em zonas tracionadas para cobrir as armaduras e consequentemente transferir os

esforos s fundaes, poder tambm ser utilizado para conferir rigidez estrutura.

2.1.2.1. RESISTNCIA COMPRESSO

Como foi referido anteriormente a sua resistncia depender dos seus constituintes e o seu ensaio feito

atravs de cubos e cilindros de cimento, obtendo estes ltimos uma resistncia cerca de 20% inferior do

ensaio cbico, devido maior esbelteza do objeto (4). Devido heterogeneidade do material deve-se ter

em conta uma disperso dos valores obtidos em ensaios, desta forma devido a essa variao a resistncia

caraterstica do beto tem em conta a probabilidade de 95% de ser excedida.

2.1.2.2. RESISTNCIA TRAO

A resistncia trao do beto tem um papel importante na fendilhao do mesmo e na aderncia s

armaduras, mas os valores da resistncia trao so muito inferiores compresso (cerca de 10%) (4).

de referir que a mesma pea de beto pode estar sujeita a foras de compresso, trao e toro em

simultneo, sendo que nesta situao este deve ser reforado com armaduras no mbito de garantir uma

resistncia de acordo com as solicitaes (5). Seguidamente apresentam-se a resistncia trao

caraterstica para os betes mais utilizados no Quadro 2.2.

Quadro 2.2 Resistncia trao dos betes mais utilizados

Designao fctm (MPa)

C15/20 1,9

C20/25 2,2

C25/30 2,6

C30/37 2,9

C35/45 3,2

C40/50 3,5


10

2.2. COMPOSIO E COMPORTAMENTO ESTRUTURAL DO AO

O ao pode apresentar-se numa estrutura de construo em diversas formas, mas no sentido desta

dissertao apenas torna-se relevante referir o seu aparecimento como armaduras ordinrias e armaduras

de pr-esforo no beto armado. Quanto s armaduras ordinrias estas apresentam-se nervuradas de

forma a possuir aderncia com o beto e lisas (estas ultimas muito incomum) enquanto as armaduras de

pr-esforo podem ter aderncia ou no, podendo ser aplicadas antes da betonagem ou aps o

endurecimento atravs de bainhas deixadas no interior do beto (12).

2.2.1. COMPOSIO QUMICA

As armaduras (ao) tm como principais constituintes o ferro e o carbono, possuem tambm algumas

impurezas como mangans, silcio, crmio, nquel, cobre e alumnio onde estas podem ser controladas

de forma a obter as propriedades desejadas. A percentagem de carbono utilizada separa os tipos de ao

denominados de aos macios e aos duros, os aos duros tm uma percentagem de carbono mais elevada

at 2 %. Quanto maior for a quantidade de carbono maior ser a resistncia rotura, maior o limite de

elasticidade do material e menor o limite de elasticidade (Figura 2.2) (13).

Figura 2.2 Consequncia da variao da quantidade de carbono presente nas armaduras

Enquanto os aos macios tm uma resistncia entre os cerca de 200 a 600 MPa, os aos duros atingem

valores entre os 1600 a 1800 MPa, j a elasticidade varia entre os 20 a 30 % nos primeiros tornando-os

dcteis e 4 a 8% nos segundos tornando-os frgeis.


11

2.2.2. COMPORTAMENTO ESTRUTURAL

As armaduras apesar de terem um bom comportamento trao e compresso (no caso das ordinrias),

estas so utilizadas no beto armado essencialmente em situaes trao, para transferir esforos no

caso dos estribos da viga e para impedir a flexo de outras armaduras no caso dos estribos dos pilhares.

Algumas armaduras so utilizadas apenas por razes construtivas como o caso das armaduras

utilizadas a meio vo de uma viga na parte onde a compresso est instalada (12). No caso das armaduras

ordinrias estas colocam-se o mais afastadas da linha neutra do elemento para garantir uma maior

resistncia criando um maior momento resistente, como consequncia estas localizam-se muito

prximas do ambiente exterior onde apenas tm como proteo o recobrimento em beto. Estas

armaduras apresentam-se disponveis no mercado com dimetros comuns de 6, 8, 10 , 12, 16, 20, 25 e

32 mm e uma teno de cedncia de 235, 400 e 500 MPa (14).

2.3. PATOLOGIAS NO AO

Os problemas que podero surgir no ao, alm da sua deformao e rotura, so provocadas pela

incapacidade de proteo do beto envolvente aos agentes agressores sendo os principais problemas a

carbonatao e o ataque de cloretos (15).

2.3.1. CARBONATAO

O beto armado considerado um elemento de elevada durabilidade devido proteo qumica que o

beto confere s armaduras nele embebidas (3) (16). A carbonatao ocorre no beto porque o hidrxido

de clcio reagem o dixido de carbono que provem do ar ou da gua para forma carbonato de clcio,

esta carbonatao melhora a resistncia do beto, mas desvantajoso no caso do beto armado porque

diminui o pH, conduzindo corroso das armaduras (17). No interior do beto armado as armaduras

encontram-se protegidas devido elevada alcalinidade do meio (18). O beto que envolve as armaduras,

possui um pH elevado entre 12 e 14 devido presena elevada de hidrxido de clcio e quantidades

inferiores de hidrxido de sdio e potssio, compostos resultantes da hidratao dos silicatos de clcio

do cimentos e dos lcalis do clnquer (2). Devido a este ambiente alcalino ocorre a passivao das

armaduras atravs da formao de uma pelicula passiva na superfcie da armadura (10 nanmetros de

espessura), esta pelicula constitui uma barreira de proteo que impede a corroso (Figura 2.3) (19).

No se conhece a 100% a composio da referida pelicula, mas considera-se que base de complexos

de ferro e clcio com ies OH- e CO32-, xidos de ferro Fe2O3 e Fe3O4 e gua molecular (2).


12

Figura 2.3 Proteo das armaduras no beto

A penetrao do dixido carbnico atravs dos poros do beto armado, mais concretamente na zona do

recobrimento (Figura 2.4), reage com o hidrxido de clcio (carbonatao) e provoca uma diminuio

da alcalinidade (20). Esta reduo alcalina quando atinge valores de pH inferiores a cerca de 10 11,

iniciar-se- a despassivao das armaduras atravs da dissoluo da pelicula expansiva existente e

originar o incio do mecanismo da corroso das armaduras quando na presena de O e H2O (2).

Figura 2.4 Despassivao das armaduras no beto

A Figura 2.5 representa a profundidade da penetrao no beto ao longo do tempo, esta no tem uma

velocidade de penetrao constante e sempre decrescente desde o incio da penetrao. A maior

velocidade nos primeiros 10 anos e nos restantes continua a descer mas com uma menor desacelerao.

No caso de elaborar uma eventual medio de profundidade de carbonatao, h que ter em conta que

quanto mais antiga for a estrutura maior deve ser a sensibilidade da medio uma vez que a profundidade

por ano diminui drasticamente (18).


13

Figura 2.5 Penetrao do carbono no recobrimento em geral (18)

A resistncia carbonatao de um elemento de beto pode ser determinada de acordo com a

especificao do LNEC E391 de 1993 (20).

2.3.1.1. MECANISMO DA CORROSO

O processo de corroso das armaduras d-se por um processo eletroqumico, envolvendo reaes

qumicas e correntes eltricas e constitui-se por quatro componentes principais: nodo, ctodo, condutor

metlico e eletrlito (21). Na zona despassivada da armadura ocorre nodos geralmente muito pequenos

e prximos uns dos outros atravs da criao de micro clulas de corroso, mantendo ctodos tambm

muito pequenos em todo o resto da mesma armadura (22). Uma vez que a armadura um bom condutor

eltrico e o beto considerado um eletrlito como um meio aquoso em que a corrente eltrica

transportada por ies, aps ocorrer a dissoluo do ao, permite que o ferro (Fe) perca 2 eletres (Reao

2.1) (reao andica) e estes sejam conduzidos para as zonas onde existam ctodos (2).

Fe Fe2+ + 2e- (Reao 2.1)

Os dois eletres iro reagir com o oxignio e a gua existente volta dos ctodos, resultar numa reduo

do oxignio e produzir duas molculas de hidrxido por reao catdica (Reao 2.2) (23).

O2 + H2O + 2e- 2OH- (Reao 2.2)

Estas duas molculas de OH- reagiro com o Fe2+ de (Reao 2.1) e produzir hidrxido de ferro (Reao

2.3) o qual ser o composto resultante da corroso.


14

Fe2+ + 2HO- Fe(OH)2 (Reao 2.3)

Alm das reaes mencionadas existiro reaes andicas secundrias (Reaes 2.3) cujos produtos iro

originar um elevado aumento do volume na zona do nodo (Figura 2.6), podendo aumentar o tamanho

em 6 vezes (24).

Fe2+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+ + 3e-

3Fe + 4H2O Fe3O4 + 8H+ + 8e-

Fe + 2H2O FeO(OH-) + 3H+ + 2e-

FeO(OH-) + O2 Fe3O4 ou Fe(OH)2

(Reaes 2.3)

(21)

Figura 2.6 Volume relativo dos produtos da corroso (25)

Alguns dos produtos resultantes acumulam-se na pasta cimentcia, quando os poros e os vazios

existentes no beto ficam preenchidos, ocorrem tenses devido expanso das armaduras causando

fendilhao e delaminao no beto (Figura 2.7) (2).

0 1 2 3 4 5 6 7

Hydrated ferric oxide

Ferric hydroxide

Ferrous hydroxide

Akageneite

Lepidocrocite

Goethite

Feroxyhite

Maghemite

Hematite

Magnetite

xido de ferro

Ferro puro

Volume base xidos Hidrxidos

Fe

FeO

Fe3O4

-Fe2O3

-Fe2O3

-FeOOH

-FeOOH

-FeOOH

-FeOOH

Fe(OH)2

Fe(OH)3

Fe(OH)33H2O


15

Figura 2.7 Fendilhao esquerda e delaminao direita do beto

Quanto maior for a acessibilidade do oxignio s armaduras e maior for a condutividade eltrica do

beto, maior ser a velocidade de corroso (26). A corroso s possvel se acontecerem todos os

parmetros abordados e existir diferenas de potencial na superfcie das armaduras em simultneo (27).

tambm de referir que num ambiente submerso no ocorrer corroso significativa devido no

disponibilidade de oxignio, nem num beto localizado num ambiente muito seco tambm no ocorrer

a corroso das armaduras devido baixa condutividade, uma vez que no existir eletrlito (21). A

corroso por ao da carbonatao um processo de degradao lento e pode demorar dezenas de anos

(21).

A taxa de corroso das armaduras por ao da carbonatao varia entre os 20 a 50 m/ano (28).

2.3.1.2. TEOR DE HUMIDADE

O beto quando seco, apesar de ter uma boa acessibilidade ao oxignio tem uma resistividade muito

elevada e medida que o teor de humidade aumenta, tambm aumenta a velocidade de corroso (2). At

aos 40 % de teor de humidade o aumento da velocidade relativamente baixo, mas aps os 40% a

velocidade sobe mais rpido com um incremento igual de teor de humidade face a menos de 40%. A

velocidade mxima de corroso atingida quando o teor de humidade atinge os 70 % e volta a baixar

at deixar de existir a corroso, isto deve-se fraca existncia de oxignio at sua ausncia devido

presena de gua nos poros do beto (Figura 2.9), neste ultimo caso o oxignio passa a ser o fator que

controlar a velocidade da corroso (29). A Figura 2.8 apenas apresenta risco de corroso na imagem

do centro.


16

Figura 2.8 Trs casos distintos relativamente ao teor de humidade (da esquerda para a direita -

ambiente seco; ambiente com elevado teor de humidade; ambiente saturado) (2)

Figura 2.9 Velocidade da carbonatao de acordo com o teor de humidade (2)

2.3.1.3. RAZO GUA-CIMENTO E TEMPERATURA

A razo gua-cimento assim como a quantidade de cimento sero os fatores que iro condicionar a

porosidade de beto aumentando ou diminuindo-a. Desta forma uma maior razo gua-cimento resulta

numa maior permeabilidade com maior porosidade, o que torna-se favorvel corroso pois existe mais

espao para os agentes agressores. Quanto ao cimento, se aumentamos a sua quantidade maior ser a

disponibilidade de Ca(OH)2 o que resultar numa profundidade menor de carbonatao (Figura 2.10)

(2), assim como a uma temperatura mais baixa (30). J o perodo de cura contribuir para uma menor

profundidade de carbonatao quanto maior for.


17

Figura 2.10 Influncia da razo gua-cimento e temperatura na profundidade de carbonatao

adaptado de (2)

2.3.1.4. TIPO DE CIMENTO

O tipo de cimento tambm ser um fator importante na profundidade de penetrao da carbonatao

(31). As reservas alcalinas no beto que podem reagir com o dixido de carbono so condicionadas pelo

tipo de cimento, os cimentos com adies pozolnicas possuem menor quantidade de produtos alcalinos

logo a velocidade de carbonatao ser maior devido baixa alcalinidade resultante do beto (32). Desta

forma os cimentos Portland normais so os mais resistentes penetrao da carbonatao devido sua

alta alcalinidade (31). As adies dos cimentos podem reduzir a velocidade de penetrao, estas

reduziro a porosidade do beto devido aos produtos resultantes bastantes finos, resultantes da

combinao com Ca(OH)2 formando silicato de clcio hidratado, este silicato dificultar a difusibilidade

de dixido de carbono (33).

2.3.2. CLORETOS

O beto inerentemente durvel quando exposto aos cloretos (34), contudo o ataque de cloretos

considerado um dos mais importantes fatores que afetam a vida de servio das estruturas de beto

armado, a degradao dessas estruturas devido penetrao dos cloretos tm criado problemas srios

na engenharia civil durante muitos anos (35). O seu processo rpido (alguns anos) e d-se atravs de

2 etapas sendo a primeira denominada de iniciao, esta caracteriza-se pela diminuio da alcalinidade

e pela penetrao de cloretos at atingirem o limite critico, esta etapa no gere perda de funcionalidade


18

da estrutura (22). A segunda etapa ocorre aps a despassivao das armaduras, a partir da perda da

proteo do ao comea o processo de corroso e posteriormente a degradao do beto armado devido

corroso das armaduras (36). Ao contrrio da carbonatao formam-se macro clulas de corroso por

ao dos cloretos, sendo as zonas catdicas muito superiores s zonas andicas podendo ser o seu grau

de proximidade muito varivel (22), esta desproporo das zonas catdicas face s andicas tem como

consequncia um aceleramento na corroso das armaduras, dissolvendo o ao nas zonas andicas devido

s altas densidades de corrente nessas zonas. A corroso geralmente localizada ou por picados, mas

pode tambm ser considerada no geral quando o nvel de contaminao muito elevado. A taxa de

corroso por aes dos cloretos variam entre os 50 a 100 m/ano em betes de boa qualidade e 100 a

500 m/ano em betes de baixa qualidade (28), muito superior carbonatao.

2.3.2.1. PENETRAO DOS CLORETOS

Os cloretos penetram-se do exterior para o interior do beto atravs de vrios mecanismos,

nomeadamente permeao, absoro ou difuso (22). Estes mecanismos podem ocorrer em simultneo

ou isoladamente. A permeao consiste no transporte dos cloretos atravs de lquidos ou gases atravs

da presso exercida sobre o beto, como por exemplo em estruturas submersas onde a presso torna-se

elevado devido ao peso da gua. A absoro ocorre apenas quando a estrutura encontra-se em ciclos de

molhagem e secagem. Na fase de molhagem ocorre a penetrao de cloretos por capilaridade e assim

que ocorrer a secagem, apesar de a gua se evaporar os cloretos mantm-se no interior do beto e

acumulam assim nas sucessivas molhagens e secagens, quantidades de cloretos superiores ao seu meio

envolvente (ocorre principalmente em zona de rebentao das ondas e das mars). A difuso no

corresponde troca de lquidos entre o beto e o meio mas sim na criao de uma ponte entre lquidos,

para isso o beto deve possuir lquidos e o seu meio envolvente tambm. Desta forma quanto maior for

a porosidade do beto (macroporos) maior ser o risco de ataque de cloretos, devido a existir mais espao

livre entre o beto para uma maior concentrao dos referidos agentes (22).

Zhiwu Yu elaborou testes emergindo amostras de beto de classe C50 numa soluo saturada de calcrio

com 5% de cloreto de sdio a 20 durante 28 dias e mediu a concentrao dos cloretos no beto de

acordo com a profundidade (35). Na Figura 2.11 indica que o contedo de cloretos diminui com o

aumento da profundidade tal como a carbonatao, as respetivas curvas so um ajuste dos dados

recolhidos os quais possuem uma margem de erro pouco significativa.


19

Figura 2.11 Profundidade de penetrao cloretos da experincia de Zhiwu Yu (35)

O contedo de cloretos e sua profundidade de penetrao aumentam com o tempo, onde o valor mximo

de cloretos atingido primeiramente na superfcie do beto. Quanto maior for a profundidade de

penetrao menor ser a sua velocidade porque o salto da curva dos 28 dias para a curva dos 3 meses

muito superior da curva dos 3 meses curva dos 4 meses, tal deve-se ao preenchimento dos vazios pelos

cloretos dificultando a entrada dos mesmos (35), a velocidade neste caso decrescente mas no

uniforme. Observa-se tambm que o incio da curva dos 28 meses menos acentuada que as restantes

curvas e medida que a sua concavidade se situa mais profunda (com o aumento do tempo), a zona

antes da concavidade tende a formar uma reta, tal indica que a velocidade de penetrao at os 0,20 %

de contedo de cloretos superior, a acelerao de penetrao mxima em cerca de 0,016 % (teor

existente j no beto muito antes da cura) e d-se uma desacelerao at esta chegar a zero nos 0,20%,

aps tal acontecimento a velocidade constante. O contedo de cloretos nunca zero porque o mesmo

j existe no beto no momento da sua conceo (37). Quanto maiores forem as foras de compresso no

beto, maior ser a concentrao de cloretos na superfcie do mesmo devido s suas caratersticas como

por exemplo a microestrutura, a porosidade e a saturao inicial que influencia o gradiente de

concentrao dos cloretos (35).

Quanto s vrias classes do beto, observa-se que quanto melhor a qualidade do beto mais difcil a

penetrao dos cloretos (35).


20

2.3.2.2. LIMITE CRTICO DE CLORETOS

No momento de amassadura do beto e pelo contato com um ambiente contaminado com cloretos, estes

integram-se no beto sob 3 formas: dissolvem-se na soluo do beto sob a forma de cloretos livres

(agressivos), absorvem-se quimicamente ao aluminato triclcico (C3A sal de Friedel, no agressivos)

e fisicamente na superfcie dos poros (no agressivos) (Figura 2.12) (2).

Figura 2.12 Formas de aparecimento dos cloretos

Os cloretos livres so os principais intervenientes na corroso das armaduras, desta forma medida que

estes se combinam quimicamente a C3A, resulta na reduo da velocidade de penetrao assim como

na reduo de cloretos livres (22). O fenmeno da corroso desencadeia-se quando o teor de cloretos

livre atinge um certo limite, o qual de difcil compreenso pois existem vrios fatores que o

influenciam. O limite de teor de cloretos admissvel varivel e depende da alcalinidade do meio, sendo

o limite superior quanto mais elevada for a alcalinidade (38). Depende ainda de outros fatores j

abordados na carbonatao como: o tipo de cimento; a compactao e cura; a razo gua/cimento; a

temperatura; a humidade; a profundidade da carbonatao; e o estado de conservao dos vares (2).

Tipo de cimento

Quanto melhor for a qualidade do beto e a espessura do recobrimento, maior ser o limite do teor de

cloretos para o incio da corroso, tanto a especificao LNEC E 464 como a NP EN 206-1 estabelecem

diferentes classes de exposio a aplicar nos diferentes casos (tais classes sero reveladas no capitulo

do enquadramento legislativo na presente dissertao).

Compactao e cura

A compactao como o nome indica consiste em compactar o beto, isto , provocar a sada do ar

existente no beto atravs do rearranjo das partculas do mesmo. Esta sada do ar resulta numa menor

porosidade que por sua vez resulta numa menor penetrao dos cloretos. A cura e o seu perodo ir


21

determinar o grau de hidratao das partculas de cimento na camada superficial do recobrimento, a um

aumento do perodo conduz a um aumento da resistncia penetrao dos cloretos

Razo gua/cimento

Como foi estipulado anteriormente, quanto maior for a dimenso dos poros mais fcil ser a penetrao

dos cloretos atravs dos lquidos, quanto aos gases, estes no dependem do tamanho dos poros mas sim

de toda a estrutura porosa devido s suas molculas serem muito inferiores s molculas de lquidos.

Com uma reduo da razo gua/cimento (sem considerar outras adies), os poros tendem a reduzir de

tamanho reduzindo assim a permeabilidade e consequentemente a entrada de cloretos. Apesar de o

tamanho dos poros ser um fator determinante na penetrao dos poros, a condutividade dos poros

tambm o porque formam uma rede porosa interligada no interior do beto, esta rede pode tambm ser

interrompida eliminando a sua continuidade reduzindo a razo gua/cimento com perodos de cura

adequados. Esta descontinuidade deve-se formao de um tipo de gel denominada de silicato de clcio

hidratado (CSH) resultante da diminuio de A/C. Consequncia duma menor porosidade ser o

aumento da resistncia do beto devido a uma ligao mais resistente e menor desenvolvimento de

cristais de hidrxido de clcio (22). Na Figura 2.13 apresenta a influncia da razo gua cimento no

coeficiente de difuso, quanto maior a razo A/C maior o coeficiente de difuso que resulta numa melhor

penetrao dos cloretos. De acordo com a especificao LNEC E 464 os cimentos pozolnicos e de alto

forno so os mais indicados para estruturas inseridas em ambientes com o teor de cloretos elevado, tal

comprova-se na Figura 2.13.

Figura 2.13 Coeficiente de difuso com uma variao da razo gua/cimento (22)


22

Temperatura

A variao de temperatura conduzir libertao dos cloretos combinados, ou seja os cloretos presos

fisicamente na superfcie dos poros e quimicamente a C3A libertar-se-o para cloretos livres (21).

Humidade

O teor de humidade que apresenta maior risco para o ataque dos cloretos situa-se entre os 75 e 85 %,

uma humidade at os 50% e em ambientes saturados o limite dos teor crtico de cloretos superior

devido maior resistividade do beto e restrio do oxignio s armaduras respetivamente (Figura 2.14)

(21).

Figura 2.14 Limites crticos de cloretos (2)

Profundidade de carbonatao

Os cloretos ao atuar em conjunto com a carbonatao, aceleram o processo de corroso das armaduras

(2.3.3).

Estado de conservao dos vares

O processo de corroso torna-se agravado na presena de cloretos quando existe a despassivao das

armaduras devido ao decrscimo da alcalinidade ou as mesmas j se encontram em corroso pela

carbonatao.


23

2.3.3. CARBONATAO E CLORETOS EM SIMULTNEO

A corroso das armaduras aps a despassivao das armaduras, pode ser iniciada pela carbonatao ou

pela ao dos cloretos e os dois em conjuntamente gerando efeitos com maior intensidade. Apesar de

no existirem muitos estudos sobre este tema, sabe-se que na presena dos dois agentes em simultneo

o processo de corroso pode acontecer muito antes do previsto (39). O aumento da velocidade de

corroso est relacionado com o decrscimo da alcalinidade pela carbonatao, o pH ao descer liberta

os ies Cl- existentes no sal de Friedel aumentando consideravelmente os cloretos livres e por sua vez a

agressividade de corroso (40). Uma vez que o processo da carbonatao comum nos elementos de

beto armado, as condies mais gravosas para os dois processos em simultneo sero aquelas em que

o ambiente envolvente contem maior contaminao de cloretos, como o caso dos elementos estruturais

junto ao mar. Os cloretos existentes entram em contato com o beto atravs das mars, de rebentao de

ondas e salpicos e tambm so transportadas pelo vento, em zonas que o elemento esteja submerso o

risco de corroso no grave (41). De forma a reduzir a velocidade da penetrao dos agentes nas

situaes indicadas, deve-se utilizar o beto prescrito pelas normas com rigor.

2.3.4. CORROSO DAS ARMADURAS

A corroso das armaduras reconhecida como o fator predominante que limita a vida de servio de

estruturas de beto armado, expostas a ambientes agressivos (42). A corroso eletroqumica abordada

anteriormente pode manifestar-se atravs de diferentes formas no caso dos metais, embora possua

mecanismos idnticos com a formao de zonas andicas e catdicas. Fong-Yuan Ma (43) diz que a

corroso pode ser por picadas, galvnica, intersticial, filiforme, seletiva, intergranular, devido a aes

mecnicas, microbiolgica e uniforme, onde esta ultima a nica que faz sentido salientar para esta

dissertao tendo em conta que apenas se refere as armaduras ordinrias de ao e pr-esforo no interior

do beto. Tal processo provoca uma reduo da armadura e diminui desta forma a resistncia trao,

a resistncia fadiga e confere uma maior deformao ao elemento de beto armado, causa tambm a

fissurao e a delaminao do beto, onde este perde seo e a aderncia dos vares, aumenta tambm

a taxa de corroso (44). Pela fragilizao por hidrognio e quando na presena de fenmenos de corroso

sob tenso, poder ocorrer a rotura frgil das armaduras ou at o colapso das mesmas (2). Uma perda de

seo do ao pelo efeito da corroso resulta tambm numa perda de ductilidade do mesmo diminuindo

a extenso na rotura (45).

O dixido de carbono e os ies cloreto so os principais agentes responsveis pelo processo da corroso

das armaduras, contudo no prejudicam a integridade do beto apesar de se encontrarem no mesmo, mas


24

quando esses agentes chegam s armaduras corroem-nas e esta corroso que trar problemas ao beto.

So muitos os fatores que podem desencadear o processo de corroso das armaduras, sendo os mais

relevantes: a dosagem de cimento, a razo gua-cimento, a compacidade, a homogeneidade do beto, a

cura do beto, o estado da superfcie e presena de elevadas tenses nos vares, a humidade, o oxignio,

a temperatura, os ies despassivantes e dixido de carbono atmosfrico (2).

Na Figura 2.15 apresenta o perodo da corroso das armaduras de acordo com o tipo de agente agressor

nomeadamente ataque por carbonatao e por cloretos. Em ambos os casos uma melhor resistncia do

beto resulta num recobrimento mnimo inferior face a uma classe de resistncia mais baixa, isto deve-

se dificuldade da penetrao dos agentes agressores no caso de um beto mais resistente (46). Quanto

penetrao dos agentes para a mesma classe de resistncia do beto, facilmente podemos observar que

os cloretos corroem numa escala muito superior face carbonatao, temos por exemplo um C45 aos

90 anos tem uma penetrao de carbonatao de 1 cm enquanto que os cloretos 10 cm.

Figura 2.15 Relao entre a espessura do recobrimento e o perodo de iniciao da corroso (2)

2.3.4.1. CORROSO UNIFORME

A corroso uniforme acontece em toda a superfcie do metal quando exposta ao agente corrosivo, onde

diminui a sua espessura uniformemente (47). Na Figura 2.16 apresenta-se um exemplo de corroso

uniforme onde podemos observar que o metal corri uniformemente de acordo com a sua exposio,

apesar de a pea em questo possui uma camada de tinta protetora, os cloretos acabam sempre por atingir

o metal mais rpido em certas zonas no que outras devido a irregularidades. Uma vez que os cloretos


25

chegam ao ao, comea o processo de corroso e a tinta (em barras de ao pintadas) volta da zona

atingida comea-se a soltar-se volta do ao expondo mais ao aos agentes agressores, reduzindo a

espessura at que a pea deixe de existir.

Figura 2.16 Corroso uniforme numa varanda de ao junto ao mar

Este tipo de corroso comum nas armaduras do beto armado quando estas esto expostas aos agentes

agressores. No caso de elementos de beto armado, quando os agentes corrosivos destroem a pelicula

passiva das armaduras, estas entram em corroso localizada, mais concretamente na zona despassivada

que se expandir ao resto das armaduras atravs da degradao do beto causada pela prpria corroso

(48). No dimensionamento de algumas estruturas, em fase de projeto, o projetista poder ter em

considerao a perda de seco devido corroso aumentando a mesma para garantir o tempo de vida

pretendido da estrutura (2).

2.3.4.2. ETAPAS DA CORROSO

A corroso das armaduras pode ser descrita em 3 etapas: o perodo da corroso inicial; a permanncia

de ferrugem ou o perodo inicial de fendilhao; e o perodo da propagao das fendas (41). O perodo

inicial define o tempo que demora para os cloretos presentes no ambiente chegarem ao ao, atravs do

recobrimento e/ou acumulao em quantidade significativa no beto, de forma a destruir a pelicula

passiva do ao e iniciar a sua corroso, durante este perodo no h a ocorrncia de danos (41). O perodo

da fendilhao inicial define o tempo que demora para o aparecimento da ferrugem para gerar tenses


26

internas, que leva fendilhao do recobrimento e o perodo de propagao da fendilhao define a

expanso das fendas.

2.4. PATOLOGIAS NO BETO

As estruturas tradicionais tm como materiais principais o beto e as armaduras nele contido

denominado de beto armado. Sem estes dois componentes em simultneo no seria possvel suportar o

peso das estruturas como os carregamentos previstos, utilizando apenas o beto. O beto armado

utilizado em elementos estruturais garante a eficcia e a durabilidade dos mesmos, quando estes esto

sujeitos a foras de trao e/ou compresso. O beto protege as armaduras contra a corroso atravs do

recobrimento que constitui uma barreira fsica e qumica contra a entrada de agentes agressores, a

corroso das armaduras a principal causa de deteriorao dos elementos de beto armado (20). Podem

ser muitas as causas que originam ou influenciam este fenmeno, porm as principais so devido ao

dos ies de cloreto e da carbonatao (49), como foram referidas anteriormente.

Existem algumas patologias como a fendilhao, a delaminao, a desagregao do beto e a eroso que

contribuem para a acelerao da corroso das armaduras, entre as patologias criadas no beto como

consequncia da corroso das armaduras, como a delaminao do beto, deformaes ou at colapso

parcial ou total da estrutura pelo desaparecimento das armaduras.

2.4.1. FENDILHAO

A fendilhao no beto devido corroso das armaduras tem uma influncia substancial no desempenho

e segurana da estrutura de beto armado (Figura 2.17). No s afeta a esttica criando a necessidade de

manuteno, como tambm acelera o processo de corroso dos vares de ao alimentando a corroso

com oxignio e gua pela zona fendilhada, que futuramente ir criar novas fendas (1). Tanto a

fendilhao como a delaminao iro diminuir a seo do elemento estrutural, e como resultado ir

alterar o comportamento da estrutura e diminuir a sua capacidade de servio. A fendilhao pode ter

diferentes origens, pode ocorrer devido s foras internas no beto de retrao ou devido variao de

temperatura (deformaes impedidas), sendo muito comum em peas longas de beto, pode ocorrer

devido ao excesso de carga aplicada como por exemplo em vigas, e pode tambm ocorrer devido

expanso das armaduras durante a corroso das mesmas.


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Figura 2.17 Acelerao da corroso das armaduras devido fendilhao do beto

2.4.2. DELAMINAO

A delaminao no beto entende-se como um destacamento de uma poro de uma pea de beto (Figura

2.18). Pode ser provocado devido a reaes expansivas internas no beto ou devido corroso das

armaduras sendo muito comum em armaduras corrodas muito prximas. As reaes expansivas internas

devem-se a reaes lcalis-slicas e sulfticas, estas quando ocorrem conduzem delaminao ou

perda de resistncia em determinadas condies, devido criao de compostos expansivos (50). A

delaminao devido corroso das armaduras ocorre quando as mesmas expandem-se criando foras de

trao internas conduzindo ao destacamento do recobrimento, tal acontece devido proximidade das

armaduras entre elas que faz com que o recobrimento entre as armaduras no tenham rea suficiente

para contrariar a tenso exercida pela expanso provocada pela corroso das armaduras. Caso a rea

fosse suficiente ocorreria a fendilhao em vez da delaminao.

Em ambos os casos ocorre a acelerao da corroso das armaduras, sendo esta mais acentuada na

delaminao causada pela corroso das armaduras uma vez que as expe diretamente com o exterior,

delaminao causada pelas reaes expansivas internas contribuir para a corroso mas numa escala


28

inferior uma vez que o destacamento poder ser at numa zona onde no exista armaduras, ou

simplesmente a espessura do destacamento poder ser inferior do recobrimento.

Figura 2.18 Exposio das armaduras devido delaminao do beto

2.4.3. DESAGREGAO E EROSO DO BETO

A pasta de cimento utilizada no beto tem uma resistncia ao desgaste inferior dos seus agregados,

onde esta o fator condicionante para a desagregao e eroso do beto, uma vez que a desagregao e

eroso do beto deve-se sua perda (Figura 2.19). O seu desencadeamento est associado

movimentao fsica de partculas de lquidos, ao impacto de outros objetos assim como o deslizamento

dos mesmos. Pode tambm ocorrer a desagregao do beto atravs de processos qumicos como a

presena de cido, gua pura e sulfatos (51). O fogo tambm um condicionante que pode conduzir


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desagregao do beto. um processo lento mas que certamente reduz a espessura do recobrimento e

facilita a penetrao doas agentes agressores s armaduras.

Figura 2.19 Desagregao e eroso do beto

2.4.4. INFILTRAES

Como foi referido na seo da fendilhao, a infiltrao uma forma de penetrao direta ao interior do

beto, porque permite que lquidos e gases tenham acesso imediato s armaduras. Apesar de a

fendilhao ser o processo mais comum que provoca as infiltraes existem tambm outros como por

exemplo as infiltraes de gua em juntas de betonagens deficientes (Figura 2.20).


30

Figura 2.20 Exemplo de uma m junta de betonagem (52)

2.4.5. DEFORMAES

As deformaes no provocam a corroso diretamente mas podem acelerar o incio da corroso das

armaduras. mais usual em lajes, estas aps se deformarem (como por exemplo devido fluncia)

possuem boa capacidade de reteno de lquidos impedido o seu escoamento (poas de gua) (Figura

2.21), devido a essa reteno faz com que a penetrao dos mesmos no beto seja mais prolongada o

que resulta numa penetrao mais profunda, com o ciclo molhagem secagem resulta numa grande

acumulao de cloretos a profundidades superiores ao previsto.


31

Figura 2.21 Acumulao de gua devido a deformaes na laje (53)

2.4.6. DETERIORAO CAUSADA POR ERROS/DEFICINCIAS

Alm das patologias mencionadas anteriormente que condicionam a corroso das armaduras, existem

outros fatores que tambm iro influenciar devido a erros humanos (54):

Problemas e/ou deficincias de projeo;

Deficiente drenagem e impermeabilizao;

Deficiente pormenorizao das armaduras;

Deficiente controlo da fendilhao;

Conceo estrutural inadequada juntas de dilatao;

Formas estruturais sensveis deteriorao;

Efeito de canto;

Elementos esbeltos em ambientes muito agressivos;

Deficiente avaliao das aes/esforos atuantes;

Deficincias de execuo:

o Seleo inadequada dos materiais;


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o Fabrico do beto;

o Cofragens deficientes;

o Posicionamento das armaduras;

o Recobrimentos espaadores;

o Colocao compactao do beto;

o Cura do beto;

o Remoo prematura do escoramento da cofragem.

Captulo 3 Enquadramento legislativo

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3 3. ENQUADRAMENTO LEGISLATIVO

Corrosão das Armaduras Não Estruturais em Elementos de ... · Vogal: Doutor José Manuel Martins...

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