ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO I PROGRAMA

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1 Válter Lúcio Mar.06 1 PROGRAMA 1.Introdução ao betão armado 2.Bases de Projecto e Acções 3.Propriedades dos materiais 4.Durabilidade 5.Estados limite últimos de resistência à tracção e à compressão 6.Estado limite último de resistência à flexão simples 7.Estado limite último de resistência ao esforço transverso.. Armaduras ordinárias Bainhas dos cabos de p.e. Válter Lúcio Mar.06 2

2 4.1. GENERALIDADES Deve ser garantida a durabilidade da estrutura durante o período de vida útil de projecto, sem necessidade de acções de manutenção excepcionais nem de reparação ou de reforço estrutural. A estrutura deve ser concebida tendo em conta: período de vida útil de projecto; o ambiente em que está integrada e os agentes agressivos com capacidade de a deteriorar. Os meios à disposição do projectista para controlar a durabilidade da estrutura, face às condições ambientais em que ela se encontra e ao período de vida útil de projecto, são: a qualidade do betão a utilizar; a espessura do recobrimento das armaduras; medidas especiais de protecção da superfície do betão e das armaduras. Cabeças de ancoragem de pré-esforço Válter Lúcio Mar.06 3 O construtor deve garantir níveis de execução adequados e controlo de qualidade. O dono-da-obra deve efectuar inspecções regulares e executar acções de manutenção da estrutura. As principais acções que provocam deterioração nas estruturas de betão armado são: acções mecânicas (cargas aplicadas ou deformações impostas que danificam as estruturas, abrasão, etc.); erros de projecto, de execução, de utilização e de manutenção; acções biológicas (fungos, plantas, etc.); acções químicas que destroem a massa do betão endurecido ao longo do tempo (reacção álcalis-inertes e sulfatos e outros produtos químicos industriais); acções químicas que reduzem a capacidade do betão de proteger as armaduras contra a corrosão (ataques de cloretos e carbonatação do betão). Válter Lúcio Mar.06 4

3 4.2. CORROSÃO DAS ARMADURAS PROTECÇÃO DAS ARMADURAS NO BETÃO No interior do betão não contaminado as armaduras encontram-se protegidas contra a corrosão devido à elevada alcalinidade do meio. ph 13 Forma-se à superfície da armadura uma barreira de protecção (película passiva) que impede a sua corrosão. DESPASSIVAÇÃO DAS ARMADURAS Os mecanismos de transporte dos iões despassivantes para o interior do betão são condicionados: pelas condições de exposição; pela resistência à penetração; porosidade; fendilhação e composição química do cimento. Quando o ph desce para valores inferiores a, ou o teor de cloretos ultrapassa o valor crítico, ocorre a destruição da película passiva. Se surgir humidade e oxigénio inicia-se o processo de corrosão das armaduras. Válter Lúcio Mar.06 5 MECANISMO DA CORROSÃO A corrosão é um processo electroquímico. Num processo electroquímico existem os seguintes elementos: Ânodo zona da armadura despassivada Cátodo zona da armadura com acesso a oxigénio Condutor eléctrico armadura Electrólito betão Os produtos da corrosão são expansivos, provocando a fendilhação e/ou delaminação do betão. Válter Lúcio Mar.06 6

4 CORROSÃO POR CARBONATAÇÃO A corrosão é em geral generalizada e a sua progressão é lenta. Carbonatação do betão O dióxido de carbono da atmosfera reage com o hidróxido de cálcio do cimento, provocando um abaixamento do ph de cerca de 13 para cerca de 9.5. Ca (OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O DISSOLUÇÃO DO FERRO Fe Fe e - REDUÇÃO DO OXIGÉNIO ½O 2 + H 2 O + 2e - 2OH - PRODUTOS DA CORROSÃO Fe OH - Fe 2 O 3. H 2 O óxido férrico hidratado ou 2Fe(OH) 3 hidróxido férrico Válter Lúcio Mar.06 7 CORROSÃO POR ACÇÃO DOS CLORETOS A corrosão é localizada e a sua velocidade de progressão é elevada. DISSOLUÇÃO DO FERRO Fe + 3Cl - Fe Cl e - REDUÇÃO DO OXIGÉNIO ½O 2 + H 2 O + 2e - 2OH - PRODUTOS DA CORROSÃO Fe Cl OH - 3Cl - ião de cloreto + Fe(OH) 3 hidróxido férrico Válter Lúcio Mar.06 8

5 4.3. CLASSES DE EXPOSIÇÃO (quadro 4.1 EN ) Designação da X0 XC1 XC2 XC3 XC4 Descrição do ambiente 1 Nenhum risco de corrosão ou ataque Para betão sem armadura ou elementos metálicos embebidos: todas as exposições excepto em situação de gelo/degelo, abrasão ou ataque químico Para betão com armadura ou elementos metálicos embebidos: muito seco 2 Corrosão induzida por carbonatação Seco ou permanentemente húmido Húmido, raramente seco Humidade moderada Alternadamente húmido e seco Exemplos informativos de condições em que podem ocorrer as de exposição Betão no interior de edifícios com uma humidade do ar ambiente muito baixa Betão no interior de edifícios com uma humidade do ar ambiente baixa Betão permanentemente submerso em água Superfícies de betão sujeitas a contacto prolongado com água Um grande número de fundações Betão no interior de edifícios com uma humidade do ar ambiente moderada ou elevada Betão exterior protegido da chuva Superfícies de betão sujeitas a contacto com água, não incluídas na de exposição XC2 Válter Lúcio Mar.06 9 Designação da XD1 XD2 XD3 XS1 XS2 XS3 Descrição do ambiente 3 Corrosão induzida por cloretos Humidade moderada Húmido, raramente seco Alternadamente húmido e seco Permanentemente submerso 4 Corrosão induzida por cloretos presentes na água do mar Exposto ao sal transportado pelo ar mas não em contacto directo com a água do mar Zonas sujeitas aos efeitos das marés, da rebentação e da neblina marítima Superfícies de betão expostas a cloretos transportados pelo ar próximas da costa ou na costa Elementos de estruturas marítimas Elementos de estruturas marítimas Exemplos informativos de condições em que podem ocorrer as de exposição Piscinas Elementos de betão expostos a águas industriais contendo cloretos Elementos de pontes expostos a pulverizações contendo cloretos Pavimentos Lajes de parques de estacionamento Válter Lúcio Mar.06

6 Designação da 5. Ataque gelo/degelo XF1 XF2 XF3 XF4 6. Ataque químico XA1 XA2 XA3 Descrição do ambiente Saturação moderada em água, sem produto descongelante Saturação moderada em água, com produto descongelante Saturação elevada em água, sem produtos descongelantes Saturação elevada em água com produtos descongelantes ou com água do mar Ambiente químico ligeiramente agressivo, de acordo com a EN 6-1, Quadro 2 Ambiente químico moderadamente agressivo, de acordo com a EN 6-1, Quadro 2 Ambiente químico altamente agressivo, de acordo com a EN 6-1, Quadro 2 Terrenos naturais e água no terreno Terrenos naturais e água no terreno Terrenos naturais e água no terreno Exemplos informativos de condições em que podem ocorrer as de exposição Superfícies verticais de betão expostas à chuva e ao gelo Superfícies verticais de betão de estruturas rodoviárias expostas ao gelo e a produtos descongelantes transportados pelo ar Superfícies horizontais de betão expostas à chuva e ao gelo Estradas e tabuleiros de pontes expostos a produtos descongelantes Superfícies de betão expostas a pulverizações directas contendo produtos descongelantes e expostas ao gelo Zonas sujeitas aos efeitos da rebentação de estruturas marítimas expostas ao gelo Válter Lúcio Mar TIPOS DE CIMENTOS CEM II/A-L 42,5R Tipo I cimento Portland Tipo II cimento Portland com adições > 5% Tipo III cimento de alto forno Tipo IV cimento puzolânico A menor percentagem de adições B maior percentagem de adições D fumo de sílica L fillers cacários P pozolanas S escórias V cinzas volantes 32,5 de resistência 32,5MPa 42,5 de resistência 42,5MPa 52,5 de resistência 52,5MPa N resistência inicial normal R alta resistência inicial Válter Lúcio Mar.06 12

7 Cimentos Cinzentos Cimentos Portland Cimentos Portland de Calcário Cimento Pozolânico Cimentos Brancos Cimento Portland Cimentos Portland de Calcário CIMENTOS SECIL CEM I 52,5R Cimento de muito elevada resistência inicial e final, para fabrico de betões de elevado desempenho e betão pré-esforçado a idades muito jovens. CEM I 42,5R Cimento de elevada resistência final e inicial para betão de média a elevada resistência, pronto ou fabricado em obra. CEM I 52,5N (br) Cimento branco de muito elevada resistência para o fabrico de betões de elevado efeito arquitectónico e resistência elevada. CEM II/A-L 42,5 (br) Cimento branco de elevada resistência para betão arquitectónicos de resistência média a elevada e prefabricação de peças e artefactos. CEM II/A-L 42,5R Cimento de elevada resistência e menor calor de hidratação para múltiplas aplicações. CEM II/B-L 32,5N Cimento para o fabrico de betões correntes armados e não armados, todo o tipo de argamassas pré preparadas ou realizadas em obra, prefabricação ligeira e fabricação de artefactos. CEM IV/A (V) 32,5R Cimento de elevada resistência química e baixo calor de hidratação para obras de betão em grande massa, betões e argamassas sujeitos a ambientes agressivos. CEM II/B-L 32,5R (br) Cimento branco para múltiplas aplicações em obra, na preparação de argamassas industriais, na prefabricação de elementos estruturais e não estruturais. Válter Lúcio Mar RECOBRIMENTO DAS ARMADURAS c nom = c min + Δc dev c min Δc dev = mm Recobrimento nominal Recobrimento mínimo Tolerância de execução Em certas condições a tolerância de execução, assim como Δc dev podem ser reduzidos. O recobrimento nominal em betonagens contra o terreno deve ser 75mm sobre betão de limpeza deve ser mm Válter Lúcio Mar.06 14

8 c min = max {c min,b ; c min,dur + Δc dur,γ Δc dur,st Δc dur,add ; mm} Recobrimento mínimo para a aderência aço-betão Recobrimento mínimo relativo às condições ambientais Redução para o caso de protecções adicionais Δc dur,add =5mm Margem de segurança Δc dur,γ = 0 Redução para aços inoxidáveis Δc dur,st =mm Válter Lúcio Mar.06 c min,b - Recobrimento mínimo para garantir a aderência aço-betão + em armaduras ordinárias: varões isolados = diâmetro do varão (φ) agrupamentos de varões = diâmetro equivalente (φ n ) + em armaduras de pós-tensão (não superior a 80mm): baínhas circulares = diâmetro da baínha baínhas rect. = máx (menor dim. da baínha;e 0.5 maior dim.) + em armaduras de pré-tensão: 1.5 x o diâmetro do cordão ou do fio liso 2.5 x o diâmetro do fio indentado Se a máxima dimensão do agregado for superior a 32 mm, c min,b deve ser aumentado de 5 mm Válter Lúcio Mar.06 16

9 Valores do recobrimento mínimo, c min,dur, requisitos relativos à durabilidade das armaduras para betão armado, de acordo com a EN 080 (Quadro 4.4 da EN ) Requisito ambiental para c min,dur (mm) Classe Classe de Exposição de acordo com o Quadro 4.1 Estrutural X0 XC1 XC2 / XC3 XC4 XD1 / XS1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 A estrutural a adoptar para um tempo de vida útil de projecto de anos é S4, e para anos ou inferior é S2. XD2 / XS2 XD3 / XS3 Interior dos edifícios no exterior próximas da costa Válter Lúcio Mar Valores do recobrimento mínimo, c min,dur, requisitos relativos à durabilidade das armaduras de pré-esforço (Quadro 4.5 da EN ) Requisito ambiental para c min,dur (mm) Classe Estrutural S1 S2 S3 S4 S5 S6 Classe de Exposição de acordo com o Quadro 4.1 X0 XC1 XC2 / XC3 XC4 XD1 / XS1 XD2 / XS2 60 XD3 / XS Interior dos edifícios no exterior próximas da costa Válter Lúcio Mar.06 18

10 Classe Estrutural Critério Tempo de vida útil de projecto de 0 anos Classificação estrutural recomendada (Quadro 4.3 EN ) 1) 2) Classe de Resistência Elemento com geometria de laje (posição das armaduras não afectada pelo processo construtivo) Garantia especial de controlo da qualidade da produção do betão Classe de Exposição de acordo com o Quadro 4.1 X0 C/37 XC1 C/37 XC2 / XC3 C/ C/ C/* XD2 / XS1 C/* XD3 / XS2 / XS3 C/** Notas ao Quadro Considera-se que a de resistência e a razão água-cimento estão relacionadas. Poderá considerar-se uma composição especial (tipo de cimento, razão água-cimento, enchimento de finos) a fim de obter uma baixa permeabilidade. 2.O limite pode ser reduzido de uma de resistência se a introdução de ar for superior a 4%. Outras Notas: * C/60 quando o cimento utilizado for CEM I ou CEM IIA ** C60/75 quando o cimento utilizado for CEM I ou CEM IIA Interior dos edifícios no exterior Válter Lúcio Mar XC4 XD1 próximas da costa RECOBRIMENTO NOMINAL c nom = c min,dur + Δc dev para betão armado, para um tempo de vida útil de projecto de anos (mm) Classe Estrutural Classe de Exposição de acordo com o Quadro 4.1 X0 XC1 XC2 / XC3 XC4 XD1 / XS1 XD2 / XS2 XD3 / XS3 S1 S2 S3 S4 S5 60 S Tomou-se Δc dev =mm. Considerar o requisito de aderência c nom (φ ou φ n ) + Δc dev Interior dos edifícios no exterior próximas da costa Válter Lúcio Mar.06

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