EFEITOS ESTRUTURAIS DA DETERIORAÇÃO EM ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO

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1 Encontro Nacional Betão Estrutural EFEITOS ESTRUTURAIS DA DETERIORAÇÃO EM ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO J. APPLETON Prof. Caterático IST / ICIST Lisboa A. COSTA Prof. Auxiliar IST / ICIST Lisboa P. FRANÇA Assistente IST / ICIST Lisboa SUMÁRIO O presente trabalho analisa os efeitos estruturais a corrosão e arauras na capaciae e carga e no coportaento as estuturas e betão arao. Tais efeitos envolve a pera e secção o aço, a elainação e fenilhação o betão e a reução ou pera e aerência açobetão. Para as arauras pré-esforçaas a corrosão poe aina originar a rotura sob tensão associaa a ua pequena pera e secção o aço. 1. INTRODUÇÃO Os efeitos a corrosão as arauras poe trauzir-se nua reução significativa a capaciae e carga nas estruturas ou eso no seu colapso (1). Assi na avaliação o estao e estruturas eterioraas este aspecto te e ser eviaente consierao. 2. EFEITOS PRIMÁRIOS DA CORROSÃO DAS ARMADURAS A corrosão e arauras é u processo electroquíico e que resulta óxios e hiróxios e ferro os quais, origina u auento e volue à superfície os varões o qual, seno ipeio pelo betão envolvente as arauras, á orige à ocorrência a forças expansivas uito iportantes que gera tracções no betão e poe prouzir a sua fenilhação ou elainação, figura 1. A velociae e corrosão I corr as arauras varia ao longo o ano e resultao a variação a teperatura e huiae ao nível as arauras.

2 Encontro Nacional Betão Estrutural Figura 1: Fenilhação e elainação e arestas e pilares e e vigas evia a corrosão e arauras É possível onitorizar este parâetro e teno e conta a sua variação ao longo o tepo (é e geral eia e µa/c 2, e esse valor obtê-se a pera e secção e µ/ano, sabeno que 1µA/c 2 correspone a 11.6 µ/ano) é possível estiar a corresponente pera e secção que, e éia, poe ser efinio por: φ = φ I corr.t (1) Verifica-se que quano o processo e corrosão está associao à espassivação as arauras pela carbonatação o betão, a velociae e corrosão é uito inferior à que se verifica quano a espassivação se verificou pela acção os cloretos. No prieiro caso são referenciaas velociaes e corrosão e 0.1 a 10 µ/ano e no seguno caso valores e 1 a 500 µ/ano, epeneno e nuerosos parâetros. Para a acção os cloretos observa-se frequenteente a concentração a corrosão (figura 2) enquanto que para a acção a carbonatação a corrosão é e geral ais unifore. Essa pera e secção associaa à proução os óxios e hiróxios e ferro evios à corrosão o aço origina forças internas iportantes. Diversos estuos ostra que ua pequena pera e secção poe originar forças capazes e fenilhar o betão. Peras e iâetro e 1% a 10%, epenente o iâetro, espaçaento as arauras, recobriento e porosiae o betão, poe originar a sua fenilhação.

3 Encontro Nacional Betão Estrutural Figura 2: Varões co fortes peras e secção evio à corrosão e aço associaa à acção os cloretos existentes na água o ar. Na figura 3 apresenta-se resultaos e u estuo siplificao e que se siulou o efeito a corrosão as arauras através e u auento a teperatura o aço. Malha e eleentos finitos 2T1, h = 150, φ12af. 100, c = 10 Figura 3: Efeito o auento e volue as arauras na fenilhação o betão

4 Encontro Nacional Betão Estrutural Nesse estuo analizou-se o efeito a istância entre arauras e o seu recobriento no parão e fenilhação o betão. Para alé a fenilhação o betão verifica-se ua pera significativa e aerência aço/betão. Frequenteente a corrosão ocorre essencialente na zona ais exterior a araura, poeno eso a zona interior funcionar coo cátoo no processo e corrosão. Na zona one ocorre a corrosão, os óxios e hiróxios e ferro vão, nua situação avançaa e corrosão, constituir ua película que te fraca capaciae e resistência, reuzino, assi, a aerência aço betão. Ora esta reução e aerência poe e uitos casos ser e prioial iportância tanto ais que correspone a ua pera percentual e resistência uito ais iportante (50 a 100%) o que a corresponente pera e secção o aço (10 a 20%). Há aina a referir que se verificou experientalente que a corrosão prouz tabé ua pera e uctiliae no aço (reução a extensão na rotura). 3. EFEITOS ESTRUTURAIS DE DETERIORAÇÃO EM LAJES No que se refere à resistência e flexão a reução a resistência M ', R (A ', s, A ', c ) está associaa à reução a secção o aço quano a corrosão se á na zona traccionaa ou à reução a altura útil quano a corrosão ocorre na zona copriia confore ilustrao na figura 4. As As Figura 4: Efeitos a corrosão a araura na reução a resistência à flexão e lajes. No que se refere ao esforço transverso a reução a resistência poe ser significativa se a corrosão afectar a aerência as arauras longituinais na zona e aarração ou reuzir a altura útil nas secções críticas. v v Figura 5: Efeitos a corrosão e arauras na resistência ao esforço transverso e lajes De acoro co a verificação e segurança pelo Eurocóigo, [3], estes efeitos poerão ser irectaente consieraos na fórula e cálculo a resistência ao esforço transverso: v R γc ( 100ρ f ) 3 / 2 f 1 1/ 2 ck 1/ 3 ck w b w b = V R,in (2)

5 Encontro Nacional Betão Estrutural (ρ l representa a quantiae e araura eviaente aarraa para alé o ponto one se realiza a verificação a segurança). Na figura 6 apresenta-se os resultaos obtios co a utilização e u prograa não linear e eleentos finitos, concebio especialente para estruturas e betão arao [4], para ua laje, consierano o efeito e ua elainação total o betão a face inferior, para três situações e porenorização e arauras (A sc2 representa ua porenorização co a totaliae as arauras o vão aarraas no apoio, A sc1 representa ua porenorização co 50% as arauras o vão aarraas no apoio e A sc0 representa ua porenorização co eena total as arauras junto à laje (figura 6)). Para alé este efeito observa-se aina u auento as aberturas e fenas e a eforação as estruturas. Este exeplo para alé e ostrar a pera e resistência a laje (por esforço transverso) evia à elainação o betão a face inferior a laje, ostra aina a iportância que poe ter a porenorização as arauras na capaciae e carga as estruturas e betão arao. Na utilização a expressão o EC2 e para siular o ano (elainação o betão expono as arauras) consiera-se que a pera e aerência e 50% corresponente à reução a superfície e contacto aço-betão poeria ser siulaa pela corresponente reução a área a araura A sl (ρ l ). No prograa ATENA o ano foi siulao retirano o betão e recobriento e reuzino para 50% a área e contacto a araura. O oelo e aerência aoptao [4] foi o o CEB Moel Coe 90. De referir que a resistência à flexão conuz a u valor e M ult = 986kN a que correspone u valor e V ult = M ult 4/l = 280kN. O valor e aoptao foi e 392 e f ck = 25MPa. No quaro seguinte sintetiza-se os resultaos obtios para o valor últio o esforço transverso V ult. O efeito o ano é tanto aior quanto enos aequaa é a porenorização (22 a 49%). O efeito o ano e a porenorização conuz a peras e resistência iportantes que chega a atingir 25% quano coparao co o oelo e referência M1BM Asc2. A sc2 A sc1 A sc0 se ano x co ano se ano co ano se ano co ano M1BM Asc2 M2Asc2 M1BMAsc1 M2Asc1 M1BM Asc0 M2 Asc0 V ult Moelo % rel.x analítico % V ult / (1) - V R EC2 A sl c /2 0 - (1) valor obtio para V R,in, inepenente e ρ l

6 Encontro Nacional Betão Estrutural R (kn) M1BM M1BMAs_c1 M1BMAs_c2 M2 M2As_c1 M2As_c () M1BM: R = 146,8 kn => Deforação: = 86,4 e Fenilhação: w áx = 1,58 M1BM: R = 146,8 kn => Tensão na araura (σ áx = 184,1 MPa) Figura 6: Análise não linear a laje e betão arao

7 Encontro Nacional Betão Estrutural EFEITOS ESTRUTURAIS DA DETERIORAÇÃO EM VIGAS No que se refere à resistência à flexão a aborage é exactaente igual à feita para as lajes. Para o esforço transverso a reução e resistência é e geral significativa porque os estribos as vigas são frequenteente as arauras ais afectaas pela corrosão ocorreno uitas vezes a pera total a secção o aço e fases avançaas e eterioração as estruturas (o reuzio iâetro os estribos torna esta araura ais vulnerável a peras percentuais e secções). Para alé a pera a secção o aço, a elainação o betão trauz-se tabé nua reução e largura útil a ala (b ', w ) confore ilustrao na figura 7. As w b w (As w) b w Figura 7: Efeito a corrosão e arauras na resistência ao esforço transverso e vigas Estes efeitos eve ser analisaos não só e ua fora local as e ua fora global através a análise não linear a estrutura coo ilustrao no capítulo 3 ou através e oelos e escoras e tirantes coo se ilustra na figura 8. Se ano Co ano Figura 8: Efeitos a corrosão e arauras no oelo o coportaento e ua viga sujeita à flexão ao esforço transverso

8 Encontro Nacional Betão Estrutural EFEITOS ESTRUTURAIS DA DETERIORAÇÃO EM PILARES A corrosão e arauras poe prouzir e pilares ua pera significativa a secção as cintas A sw, ua pera a secção e betão (A ', c ) evia à elainação o betão e aina ua pera e secção as arauras longituinais (figura 9) Ac As w As w Asl Asl Ac Figura 9: Efeitos estruturais a corrosão e pilares A reução a secção as cintas te reflexo na capaciae resistente ao esforço transverso os pilares as, sobretuo, poe ter ua forte influencia na reução o efeito e cintage o betão e travaento as arauras. A reução a secção e betão e as arauras longituinais tê u reflexo irecto na pera e resistencia à flexão coposta e pilares [2]. 6. REFERÊNCIAS [1] Appleton, J. Avaliação a Segurança Estrutural no Processo e Reparação, Seinário Inspecção e Reparação e Estruturas e Betão Arao co Corrosão, LNEC, 20 Julho 1998 [2] Roriguez, J.; Ortega, L.M., Casal, J. an Diez, J.M. Assessing Structural Conitions of Concrete Structures with Corroe Reinforceent, Concrete Repair, Rehabilitation an Protection, (es. R.K. Dhir an M.R. Jones), E&FN Spon, Lonon, 65-78, 1996 [3] CEN EN Design of Concrete Structures General Rules an Rules for Builings, April 2003 [4] ATENA Coputer Progra for Non Linear Finite Eleent Analysis of Reinforce Concrete Structures Cervenka Consulting, 2001