duratinet ESTRUTURAS DE BETÃO Processos de deterioração Guia Técnico Parte IV - VOL 2 - Estruturas de Betão - Deterioração

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1 Seminário Manutenção e Reparação de Estruturas ESTRUTURAS DE BETÃO Processos de deterioração M. Salta e A. Santos Silva LNEC Investing in our common future Guia Técnico Parte IV - VOL 2 - Estruturas de Betão - Deterioração 1

2 Parte IV VOL 2 Processos de deterioração, suas principais causas e consequências, em estruturas de betão armado 1 Considerações gerais 2 Processos de deterioração físicos e mecânicos em estruturas de betão 3 Processos de deterioração químicos 4 Processos de deterioração biológicos e orgânicos 5 Classificação dos defeitos e sintomas de deterioração 6 Considerações Finais 7 Referências ANEXO Fichas dos Danos/Defeitos Tópicos 1. Introdução 2. Processos deterioração 2.1 Físicos 2.2 Químicos (betão e armaduras) Corrosão das armaduras Reações expansivas Outros 2.3 Biológicos 3. GT Web 2

3 Part IV Vol2 do Guia Técnico Para cada processo de deterioração descrevem-se: mecanismos e causas, fatores condicionantes relativos ao betão e ambiente técnicas de observação dos danos que originam. 1. Introdução Os danos decorrentes dos diferentes processos de deterioração e os tipos de defeitos resultantes de erros de execução são agrupados segundo uma classificação de defeitos e sintomas que considera 6 classes de defeitos, adotada no GT DURATINET, aplicável a todo o tipo de estrutura- aço, betão... Versão WEB do GT contem fichas interativas para cada mecanismo de deterioração e por tipo de defeito Classes Contaminação (1) Deformação (2) Deterioração (3) Descontinuidade (4) Deslocamento (5) Perda material (6) DURATINET: CLASSIFICAÇÃO DEFEITOS Defeitos & sintomas Descoloração ou manchas (óxidos) deposito de produtos lixiviados de outros materiais, incrustações, crescimento vegetação, acumulação de detritos, deposição marinha fouling. flexão, torsão, assentamento, rotação, variação de volume. 1. Introdução Delaminação e perda de aderência do aço, alteração da superfície do betão, perda de resistência do betão e do aço de reforço, contaminação ( CO2 e cloretos e outros produtos químicos (ácidos e sais ), lixiviação com formação de eflorescências. Defeitos por erros de execução ( porosidade e vazios superficiais, segregação, ninhos de abelha, deficiências em juntas de construção). Defeitos por processos de deterioração (fissuração do betão, fratura de aços de reforço e pré-esforço). Movimentos verticais e horizontais com translação de elementos ou da estrutura, deslocamento apoios. Destacamento do betão de recobrimento, desintegração betão na superfície (perda de pasta, ou pasta e agregados), pop-outs, e outras formas de desintegração com significante perda de constituintes do betão, redução de seção do aço de reforço ou perda total dos elementos de reforço. 3

4 Processos de deterioração Correlação processos deterioração /defeitos Classes defeitos (1) (2) (3) (4) (5) (6) PROCESSOS QUIMICOS E BIOLÓGICOS Corrosão : CO 2, cloretos, outras Corrosão pré-esforço (CST) Reações alcali-agregado (RAS) Ataque interno de sulfatos (DEF, taumasite) Ataque externo por sulfatos (agua do mar, solos, sais industriais...) Ataque ácido Lixiviação Atividade de organismos vivos (fouling) e cresc. plantas Óleos, detritos e outros tipos de depósitos PROCESSOS FÍSICOS E MECÂNICOS Gelo-degelo Fluência Retração (secagem por evaporação, plástica e térmica ) Abrasão/erosão Fogo sobrecarga OUTROS Ação sísmica, erosão e deslizamento de solo, vandalismo e outro acidental 1. Introdução Versão WEB 1. Introdução 4

5 FICHA : Processo Deterioração Corrosão das armaduras 1. Introdução FICHA : Defeito/Dano Fissuras 1. Introdução 5

6 O betão não é um material inerte: 1. Introdução Em resultado da natureza química do betão a microestrutura está em constante evolução Tem uma estrutura porosa que interatua com o meio exterior por diferentes tipos de mecanismos, nomeadamente, difusão, permeação, absorção, que transportam os agentes de degradação, água, CO2, cloretos, sulfatos Tem uma estrutura heterogénea que além da formação de zonas de interface, mediante determinadas características dos seus constituintes, pode desenvolver reações químicas internas originando tensões expansivas, levando a fissuração e perda de resistência/rigidez Além disto, no betão armado, a existência de armaduras, em condições de inadequada proteção da camada de recobrimento de betão pode iniciar processos de corrosão, levando à perda de aderência e à fissuração e destacamento do betão de recobrimento e perda de aço. Betão tem uma estrutura porosa 1. Introdução 6

7 2. Proc. Deterioração Processos de deterioração de estruturas de betão armado Betão QUÍMICOS FÍSICOS/MECÂNICOS BIOLÓGICOS/ORGÂNICOS Reação Álcalis-Agregado (RAA) Reação Sulfática Interna (RSI) Reação Sulfática Externa (RSE) Carbonatação Contaminação por cloretos Lixiviação Ataque ácido Gelo-degelo Fluência Retração Fissuração térmica Abrasão/Erosão Fogo Sobrecargas Armaduras Atividade de organismos vivos Acumulação de sujidades ou lixos Contaminação por óleos e gorduras Corrosão localizada e por picadas do aço Fratura dos aços de pré-esforço (CST, fragilização H 2 ) Corrosão por correntes vagabundas 2. 1 Físicos FÍSICOS/MECÂNICOS Gelo-degelo Fluência Retração Fissuração térmica Abrasão/Erosão Fogo Sobrecargas 7

8 2. 1 Físicos FÍSICOS/MECÂNICOS Gelo-degelo, fluência, retração, fissuração térmica, abrasão/erosão Controlo da composição do betão A/C, dosagem cimento, adições (int. ar), tipo agregados Condições de cura O eurocódigo NP EN trata da mitigação destes problemas Gelo-degelo Tensões internas de expansão devido á solidificação da água 2. 1 Físicos 8

9 Fluência Aumento da deformação sob carga permanente: Perda de água entre camadas de C-S-H Rearranjo das ligações entre essas camadas 2. 1 Físicos Microestrutura C-S-H Retração Retração por secagem do betão devido a evaporação rápida do excesso de água nos poros capilares origina diminuição de volume do betão que estando confinado conduz a tensões de tração perpendiculares a superfície que resultam na formação de uma rede de fissuração. É um processo lento mas que se pode desenvolver em pouco tempo ou levar anos quando se trata de elementos espessos. Retração endógena ou autogénea é devida á evolução química da pasta em resultado da hidratação da pasta de cimento e pode ocorrer mesmo sem trocas de água, é um processo que se dá no betão em idades jovens provoca fissuras de pequena profundidade Reduzem durabilidade > prevenção 9

10 Fissuração térmica 2. 1 Físicos Tensões térmicas no betão devido a baixa condutividade e condições temperatura não homogénea entre núcleo e a periferia, devido ao calor de hidratação gerado que induz tensões de tração na periferia do elemento espesso originando fissuras Reduzem durabilidade > prevenção Abrasão-erosão 2. 1 Físicos Resulta do impacto de fluidos, líquidos ou gasosos ou sólidos coma superfície do betão. A existência de detritos arrastados pode agravar este fenómenos ( água de rios, impacto de ondas, ventos arrastando areias,..). A resistência do betão a compressão e o tipo de agregado são os principais condicionantes, bem como o acabamento de superfície. 10

11 Fogo 2. 1 Físicos Pilar duma ponte afetado por um incêndio Relação entre a temperatura do betão e a alteração da sua coloração e efeitos físicos Inicio de perda resistência T>400ºC Sobrecargas 2. 1 Físicos Deformação de um tabuleiro Deslocamento devido a assentamento Causas externas: do solo ou de cargas excessivas Causas internas: fenómenos expansivos 11

12 QUÍMICOS Carbonatação Contaminação por cloretos Reação Álcalis-Agregado (RAA) Reação Sulfática Interna (RSI) Reação Sulfática Externa (RSE) e cristalização de sais Lixiviação Ataque ácido 2. 2 Químicos ARMADURAS Corrosão localizada e por picadas do aço Fratura dos aços de pré-esforço (CST, fragilização H 2 ) Corrosão por correntes vagabundas Corrosão das armaduras Corrosão TIPOS CORROSÃO UNIFORME LOCALIZADA CARBONATAÇÃO CLORETOS CORROSÃO SOB TENSÃO 12

13 BETÃO ARMADO ( armaduras passivas) Corrosão Carbonatação Penetração cloretos Cl - CO 2 Cl - espessura qualidade do betão CO 2 Cl - CO 2 Película Passivação CORROSÃO: Perda passivação localizada: Cl Corrosão Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cátodo O 2 +H 2 O+e OH - Ânodo Fe Fe 2+ +2e - Perda passivação: rotura da película pelos cloretos 13

14 Mecanismos de transporte de iões cloreto no betão variam com as condições de exposição Corrosão das estruturas em ambiente marítimo Difusão (D): C t C 2 C = D ap 2 x = C s 1 erf 2 ( x, t ) Corrosão x D ap t Absorção (A): A D Q( t) = A( Cl) k p t Permeação Migração CORROSÃO: Perda passivação CO Corrosão CO 2 CO 2 CO 2 CO 2 ph >12,5 Ânodo CO 2 ph< 9 Fe Fe 2+ +2e - CO 2 Cátodo O 2 +H 2 O+e OH - Dióxido carbono (reduz a alcalinidade do betão) Ca(OH 2 )+CO 2 CaCO 3 + H 2 O 14

15 Consequências da corrosão Corrosão Expansão na interface aço betão Perda de aderência Fissuração betão Destacamento do betão Perda seção do aço Perda ductilidade do aço Corrosão / carbonatação Corrosão 15

16 Corrosão / cloretos Corrosão Chocho no Interior Fratura frágil do aço de alta resistência resultante da ação da tensão e dum ambiente corrosivo (presença cloretos) originando fenómeno corrosão sob tensão que pode estar tb associado a fenómeno de fragilidade por hidrogénio. Ocorre mesmo em condições de arejamento deficiente BETÃO ARMADO ( armaduras ativas) Corrosão Ancoragens com deficiência no sistema de proteção Bainhas de pré- esforço com caldas contaminadas,. Elevadas tensões >75% tensão rotura Tipo de microestrutura do aço 16

17 2. 2 Químicos QUÍMICOS Carbonatação Contaminação por cloretos Reação Álcalis-Agregado (RAA) Reação Sulfática Interna (RSI) Reação Sulfática Externa (RSE) Lixiviação Ataque ácido Processos de deterioração químicos reação álcalis-agregado Reações expansivas AGREGADOS REACTIVOS AGREGADOS REACTIVOS HUMIDADE HUMIDADE RISCO ALCALINIDADE RAAELEVADA ALCALINIDADE ELEVADA 17

18 Processos de deterioração químicos reação sulfática externa Processos de deterioração químicos reação sulfática interna AMBIENTES HÚMIDOS AMBIENTE HÚMIDO -zona de maré -falta de estanquidade ou de drenagem RISCO NATUREZA RSI TEMPERATURA DO TEMPERATURA CIMENTO NATUREZA DO CIMENTO partes maciças - dosagem em cimento elevada - cimento de elevada resistência mecânica - betonagem no verão - tratamentos térmicos - -C 3A -SO 3 -álcalis 18

19 Manifestações da ocorrência Fissuração em rede (craquelé) Fissuração orientada Movimentos, deformações Pequenas crateras Processos de deterioração químicos lixiviação 19

20 BIOLÓGICOS/ORGÂNICOS Atividade de organismos vivos Acumulação de sujidades ou lixos Contaminação por óleos e gorduras Processos de deterioração biológicos 20

21 Processos de deterioração biológicos musgos e incrustações Guia Técnico Parte IV - VOL 2 - Estruturas de Betão - Deterioração A durabilidade do betão caracteriza a sua resistência às ações fortuitas, aos ataques químicos e a outros processos de deterioração; Muitos dos fatores que levam à iniciação e desenvolvimento da maioria dos defeitos do betão são comuns; A inspeção visual realizada como parte integrante de um sistema de inspeção pode identificar o tipo de defeitos apresentados e fornecer informações acerca do desempenho do material e dos mecanismos de deterioração; O correto diagnóstico do processo de deterioração e as propriedades do material podem ser obtidas através de ensaios laboratoriais realizados em amostras extraídas da estrutura. A utilização de ensaios não destrutivos (TND) também pode fornecer informações úteis. 21

22 Versão WEB 22