Curso: Durabilidade, Inspeção e Diagnóstico, custos e critérios de durabilidade. Eng. Tibério Andrade Recife, março/2016.

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1 tecomat Curso: Durabilidade, Inspeção e Diagnóstico, custos e critérios de durabilidade Eng. Tibério Andrade Recife, março/2016 Histórico Surgiu na segunda metade do século 19; Disseminou-se pelo mundo como o principal material de construção a partir do início do séc.20; Atendeu prontamente às necessidades de reconstrução pósguerra; A partir da segunda metade do século, o mundo começou a se deparar com o aumento vertiginoso de estruturas deterioradas; No Brasil, esta conscientização começou a tomar corpo só a partir do início da década de 90. 1

2 Casos de manifestações patológicas Referências Nos EUA, cerca de pontes de concreto apresentaram problemas de deterioração, algumas com menos de 20 anos, sendo incorporadas as estatísticas cerca de novas pontes a cada ano (RNMA(1987)); Em Recife, das 27 pontes principais da cidade, apenas 5 apresentam-se em bom estado, sendo que 03 dessas pontes requerem reparos imediatos (Carneiro (2004)); De 200 pontes de concreto armado inspecionadas na malhas viária estadual do Piauí, a grande maioria apresentou algum tipo de patologia (Teixeira; Gonsalves (2003)). 2

3 Conceitos IMPORTANTES relacionados à durabilidade Conceitos Gerais Desempenho Desempenho de um material, componente, estrutura ou edifício é o comportamento relacionado ao uso, que pode ser: acústico, térmico, lumínico, estético, mecânico, relacionado à durabilidade, dentre outros (SARJA;VESIKARI, 1996). Durabilidade Capacidade de um material, componente, estrutura ou edifício, de manter um desempenho mínimo em um determinado intervalo de tempo, sob a influência de agentes agressivos (SARJA;VESIKARI, 1996). Conceitos IMPORTANTES relacionados à durabilidade Conceitos Gerais (NBR 6118/2014) Exigências de durabilidade As estruturas de concreto devem ser projetadas e construídas de modo que, sob as condições ambientais previstas na época de projeto e quando utilizadas conforme preconizado em projeto, conservem sua segurança, estabilidade e aptidão em serviço durante a sua vida útil. 3

4 Conceitos IMPORTANTES relacionados à durabilidade Conceitos Gerais (NBR 6118/2014) Vida Útil É o período de tempo durante o qual se mantêm as características das estruturas de concreto, desde que atendidos os requisitos de uso e manutenção prescritos pelo projetista e pelo construtor, conforme 7.8 e 25.4). Conceitos IMPORTANTES relacionados à durabilidade Na (NBR 6118/2014) não há especificação para vida útil mínima das estruturas. VU TIPO (anos) 10 Temporários, substituíveis 30 Edf industriais 60 Edf. novos / reforma edf. públ. 120 Edf. publ. novos / obras de arte BS 7543, 1992 VU (anos) TIPO 1 a 5 Temporários 25 Substituíveis 50 Edifícios novos 100 obras de arte DIN,

5 Conceitos IMPORTANTES relacionados à durabilidade A NBR (norma de desempenho de edificações) estabelecerá uma vida útil de projeto mínima para estruturas de concreto armado para conjunto habitacionais, segundo a tabela abaixo. Elementos VUP mínima anos Mínima 50 Intermediária 63 superior 75 Conceitos IMPORTANTES relacionados à durabilidade Conceitos Gerais (NBR 6118/2014) Vida Útil O conceito de vida útil aplica-se à estrutura como um todo ou às suas partes. Dessa forma, determinadas partes das estruturas podem merecer consideração especial com valor diferente do todo. 5

6 Conceitos IMPORTANTES relacionados à durabilidade Conceitos Gerais (NBR 6118/2014) Vida Útil A durabilidade das estruturas de concreto requer cooperação e esforços coordenados de todos os envolvidos nos processos de projeto, construção e utilização, devendo, no mínimo, ser seguido o que estabelece a NBR 12655, sendo também obedecidas as disposições de 25.4, com relação às condições de uso, inspeção e manutenção. Conceitos IMPORTANTES relacionados à durabilidade fck = 60 MPa t. de aço m³ 120 anos de vida útil 6

7 Conceitos IMPORTANTES relacionados à durabilidade Conceitos Gerais (NBR 6118/2014) Inspeção e manutenção preventiva (item 7.8) O conjunto de projetos relativos a uma obra deve orientar-se sob uma estratégia explícita que facilite procedimentos de inspeção e manutenção preventiva. Elaboração de manual de utilização, inspeção e manutenção. Conceitos IMPORTANTES relacionados à durabilidade Conceitos Gerais (NBR 6118/2003) Manual de utilização, inspeção e manutenção (item 25.4) Dependendo do porte da construção e da agressividade do meio e de posse das informações dos projetos, dos materiais e produtos utilizados e da execução da obra, deve ser produzido por profissional habilitado, devidamente contratado pelo contratante, um manual de utilização, inspeção e manutenção.. 7

8 Conceitos IMPORTANTES relacionados à durabilidade Conceitos Gerais (NBR 6118/2014) Manual de utilização, inspeção e manutenção (item 25.4) O manual deve especificar de forma clara e sucinta, os requisitos básicos para a utilização, inspeção e manutenção preventiva, necessárias para garantir a vida útil prevista para a estrutura, conforme indicado pela NBR 5674 (manutenção de Edificações-Procedimentoso)... Conceitos IMPORTANTES relacionados à durabilidade 8

9 Conceitos IMPORTANTES relacionados à durabilidade Conceitos IMPORTANTES relacionados à durabilidade 9

10 Conceitos IMPORTANTES relacionados à durabilidade Conceitos IMPORTANTES relacionados à durabilidade Conceitos Gerais (NBR 6118/2003) Critérios de projeto que visam a durabilidade 10

11 Conceitos IMPORTANTES relacionados à durabilidade Conceitos Gerais (NBR 6118/2003) Critérios que visam a durabilidade Drenagem Deve-ser evitada a presença ou acúmulo de água proveniente de chuva ou decorrente de água de limpeza e lavagem, sobre as superfícies das estruturas de concreto.. Conceitos IMPORTANTES relacionados à durabilidade Conceitos Gerais (NBR 6118/2003) Critérios que visam a durabilidade Drenagem As superfícies expostas que necessitem ser horizontais, tais como coberturas, pátios, garagens, estacionamentos e outras, devem ser convenientemente drenadas, com disposição de ralos e condutores. 11

12 Conceitos IMPORTANTES relacionados à durabilidade Conceitos Gerais (NBR 6118/2003) Critérios que visam a durabilidade Drenagem Todos os topos de platibandas e paredes devem ser protegidas por chapins. Todos os beirais devem ter pingadeiras e os encontros a diferentes níveis devem ser protegidos por rufos. Conceitos IMPORTANTES relacionados à durabilidade Conceitos Gerais (NBR 6118/2003) Critérios que visam a durabilidade Formas arquitetônicas e estruturais Disposições arquitetônicas ou construtivas que possam reduzir a durabilidade devem ser evitadas. Deve ser previsto em projeto o acesso para inspeção e manutenção de partes da estrutura com vida útil inferior ao todo, tais como aparelhos de apoio, caixões, insertes, impermeabilizações e outros. 12

13 CUSTOS Avaliações realizadas por especialistas estimaram que 1,25% a 3,50% do PIB dos países desenvolvidos e em desenvolvimento são perdidos, anualmente, pela corrosão das armaduras (Andrade; Gonzales (1978)); 40 % dos recursos destinados a construção civil nos países desenvolvidos são empregados na manutenção das estruturas (Metha; Monteiro (1994)); De 348 casos de estruturas de concreto recuperadas na região amazônica, 88% das intervenções ocorreram nos primeiros 20 anos de idade, os quais representaram, aproximadamente, 70% do total de recursos aplicados (Aranha (1994)) CUSTOS Conscientização de que o custo total de um empreendimento não se resume apenas ao custo inicial, devendo ser incorporado também o custo de manutenção ao longo de sua vida útil 13

14 LEI DE SITTER (1993) LEGENDA PERDA CRÍTICA A = PROJETOS E BOAS PRÁTICAS CONSTRUTIVAS R$ 1 B = MANUTENÇÃO R$ 5 CORROSÃO (mm) CUSTOS CORROSÃO C = REPARO E MANUTENÇÃO R$25 D = RENOVAÇÃO R$125 t 2 = t 0 + t 1 = VIDA ÚTIL t 0 t 1 TEMPO (ANOS) A B C D Normalização brasileira atual Especificações para concreto duráveis 14

15 Concreto de Cimento Portland DURABILIDADE - Concreto endurecido Durabilidade (NBR 6118/14) Mecanismos de deterioração relativos a armadura Despassivação por carbonatação, isto é, por ação do gás carbônico da atmosfera. Despassivação por elevado teor de íon cloro (cloretos) NBR 6118/14 Classes de agressividade Classe de agressividade ambiental I Agressividade Fraca Classificação geral ambiente Rural Submerso Risco de deterioração da estrutura Insignificante II Moderada Urbana Pequeno III Forte Marinha Industrial Grande IV Muito forte Industrial Respingos de maré Elevado 15

16 NBR 6118/14 A/C e Res. Em função da agressividade (CA) Classe de agressividade ambiental Relação água/cimento f ck MPa I 0,65 20 II 0,60 25 III 0,55 30 IV 0,45 40 NBR 6118/14 Cobrimentonominal em função da agressividade (CA) C nom = C mínimo + 10mm Classe de agressividade ambiental Pilar e Viga (cm) Laje (cm) I 2,5 2,0 II 3,0 2,5 III 4,0 3,5 IV 5,0 4,5 16

17 NBR 6118/14 Norma puramente prescritiva, isto é, associa um parâmetro indireto com os mecanismos de despassivação da armadura Qual o mecanismo envolvido? Difusão do CO 2 e/ou íons cloretos no concreto Modelos de previsão de vida útil Modelos de previsão de vida útil Modelos determinísticos; Modelos semi probabilísticos; Modelos probabilísticos*. Nesses modelos se procura obter as variáveis que são significativas no mecanismo de difusibilidade para estimativa da vida útil da estrutura de concreto armado 17

18 Modelos de previsão de vida útil Exemplo: Cálculo da penetração de íons cloretos: Lei de Fick: C (x,t) = C s 1 erf x c 2 D(t) t Onde: C (x,t) é a concentração de íons cloretos na profundidade x c depois de um tempo t; C s é a concentração de íons cloretos na superfície; D(t) é o coeficiente de difusão de íons cloretos no concreto; erf é uma função matemática (curva de gauss) Modelos de previsão de vida útil Exemplo: Cálculo da penetração de íons cloretos: O critério de corrosão do aço, torna se, então: C(x) = C cr C(x) é a concentração do cloreto na profundidade da armadura; Ccr é a concentração crítica do cloreto no concreto, necessária para a despassivação e início da correção. Cobrimento da armadura (Cc) 18

19 Modelos de previsão de vida útil Exemplo: Cálculo de probabilidade de corrosão: Método matemático para avaliação de função de falha (Simulação Monte Carlo); Lei de Fick; Variáveis intervenientes com seus respectivos desvios padrões Modelos de previsão de vida útil Parâmetros de entrada: Exemplo: Ação ambiental Concentração de íons cloretos, Cs; Idade de atuação do cloretos, t ; Temperatura, T. Qualidade do concreto Difusibilidade do cloreto, D; Coeficiente de influência da idade, α; Teor crítico de cloretos, Ccr. Cobrimento do concreto, (Xc). 19

20 Modelos de previsão de vida útil Parâmetro de saída: Exemplo: Vida útil em anos Associado a um determinado nível de confiança de 5%, 10%, 15%, 20% Influência de tipo de cimento na difusibilidade dos íons cloretos no concreto CPIII 40 (70%) CPIII 40 (34%) CPV ARI CPII Z 40 20

21 Influência de tipo de cimento na difusibilidade dos íons cloretos no concreto Resistência à penetração do cloreto de vários tipos de concreto, com base na difusibiidade,rcm, aos 28 dias Difusibilidade do cloreto, D 28 x m 2 /s Resistência à penetração do cloreto > 15 Baixa Moderada 5 10 Alta 2,5 5 Muito alta < 2,5 Extremamente alta Fonte: Projeto de durabilidade de estruturas de concreto em ambientes de severa agressividade (Odd E. Gjφrv) Estimativa de despassivação por Carbonatação LEI DE FICK e = K x t Tempo Prof. de penetração 21

22 Simulação para o tempo de despassivação por Carbonatação Tempos passados Cobrimento = 1,0 cm Tempo atual Cobrimento = 3cm Pilares e vigas ClasseIII 15 MPa-k = 6,0 cm/ano 1/2 T = 3 anos 30 MPa =4,0 mm/ano1/2 T = 56,0 anos PRÁTICAS NA RMR Média da resistência característica à compressão praticada na região Metropolitana do Recife 40,0 MPa (a/c entre 0,45 e 0,50) Cobrimento da armadura na estrutura? 22

23 Concreto de Cimento Portland DURABILIDADE - Concreto endurecido Durabilidade (NBR 6118/14) Mecanismos de deterioração relativos ao concreto Lixiviação por ação de águas puras, carbônicas agressivas ou ácidas Expansão por ação de água e solos contaminados com sulfatos Expansão interna por ação de reações entre os álcalis do cimento e certos agregados reativos e/ou formação de etringita tardia Concreto de Cimento Portland DURABILIDADE - Concreto endurecido Expansão por ação de água e solos contaminados com sulfatos 23

24 (NBR 12655) Requisitos para concreto exposto a soluções contendo sulfatos Condições de exposição em função da agressividade Sulfato solúvel em água (SO 4-2 ) presente no solo % em massa Sulfato solúvel (SO 4-2 ) presente na água ppm Máxima Relação a/c* Mínimo f ck MPa Fraca 0,00 a 0,10 0 a Moderada** 0,10 a 0, a ,50 35 Severa*** Acima de 0,20 Acima de ,45 40 Baixa relação/cimento ou elevada resistência podem ser necessárias para obtenção de baixa permeabilidade do concreto ou proteção contra corrosão da armadura ou protenção a processos de congelamento e degelo; ** Água do mar; *** Para condições severas de agressividade, devem ser obrigatoriamente usados cimentos resistentes a sulfatos. Concreto de Cimento Portland DURABILIDADE - Concreto endurecido Expansão interna por ação de reações entre os álcalis do cimento e certos agregados reativos e/ou formação de etringita tardia 24

25 NBR 6118/14 Classes de agressividade Classe de agressividade ambiental I Agressividade Fraca Classificação geral ambiente Rural Submerso Risco de deterioração da estrutura Insignificante II Moderada Urbana Pequeno III Forte Marinha Industrial Grande IV Muito forte Industrial Respingos de maré Elevado NBR 6118/14 A/C e Res. Em função da agressividade (CA) Classe de agressividade ambiental Relação água/cimento f ck MPa I 0,65 20 II 0,60 25 III 0,55 30 IV 0,

26 (NBR 12655) Requisitos para concreto exposto a soluções contendo sulfatos Condições de exposição em função da agressividade Sulfato solúvel em água (SO 4-2 ) presente no solo % em massa Sulfato solúvel (SO 4-2 ) presente na água ppm Máxima Relação a/c* Mínimo f ck MPa Fraca 0,00 a 0,10 0 a Moderada** 0,10 a 0, a ,50 35 Severa*** Acima de 0,20 Acima de ,45 40 Baixa relação/cimento ou elevada resistência podem ser necessárias para obtenção de baixa permeabilidade do concreto ou proteção contra corrosão da armadura ou protenção a processos de congelamento e degelo; ** Água do mar; *** Para condições severas de agressividade, devem ser obrigatoriamente usados cimentos resistentes a sulfatos. Expansão interna do concreto Reação álcali agregado NBR parte 1 a 6 Formação de etringita tardia A normalização brasileira não faz referência a esse mecanismo. Redução da relação água/cimento e elevação do f ck de concretos em elementos massivos, com intuito de aumentar a durabilidade sob o ponto de vista de corrosão de armaduras, pode favorecer aos mecanismos de expansão interna 26

27 Sintomas da expansão interna FISSURAÇÃO ALEATÓRIA QUANDO A RESTRIÇÃO À EXPANSÃO É NULA OU BAIXA; FISSURAÇÃO ORIENTADA NA DIREÇÃO DA MENOR RESTRIÇÃO, QUANDO EXISTE ESTADO DE COMPRESSÃO E/OU ARMADURA NO CONCRETO. 27

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32 DIREÇÃO DE MENOR RESTRIÇÃO FISSURAÇÃO ALEATÓRIA FISSURAÇÃO ALEATÓRIA DIREÇÃO DE MENOR RESTRIÇÃO 32

33 DIREÇÃO DE MENOR RESTRIÇÃO South Africa Courtesy of B. Oberholster 33

34 Expansão interna do concreto CASO RECENTE NA REGIÃO METROPOLITANA DE RECIFE Expansão interna do concreto 34

35 Expansão interna do concreto Expansão interna do concreto 35

36 Necessidade de Inspeções 36

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41 CONCLUSÕES Os elementos de concretos das fundações, diferentemente do que se pensava, são susceptíveis a deterioração Falhas de concretagem; Microclimas específicos; Corrosão de armadura; Reação álcali/agregado; Conscientização do meio técnico, do setor público e da sociedade da necessidade de inspeções periódicas. 41

42 Inspeções FIP - FEDERAÇÃO INTERNACIONAL DE PROTENSÃO (1988) Classes de estruturas Condições de exposição carregamento da estrutura de rotina Intervalo de Inspeção (anos) extensiva de rotina extensiva De rotina extensiva Muito severo 2* 2 6* 6 10* 10 Severo 6* 6 10* 10 10* Normal 10* 10 10* - ** ** * INTERCALADA ENTRE INSPEÇÕES EXTENSIVAS ** APENAS INSPEÇÕES SUPERFICIAIS REFLEXÃO A baixa resistência à compressão de um concreto é percebida no máximo aos 28 dias de idade, o que faz com que ocorra uma rápida cobrança dos responsáveis, entretanto, a falta de durabilidade só é percebida depois de anos, quando se iniciam os primeiros sintomas. Esta característica dilui as responsabilidades e dificulta a percepção à cadeia construtiva e aos próprios consumidores de suas conseqüências. 42