DURABILIDADE E VIDA ÚTIL DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO Acadêmicos: Guilherme Schroeder Gustavo Aurélio Karol Bot Disciplina: Materiais de Construção Civil II Professora: Carmeane Effting, Dra.
Importância do tema - Crescentes problemas de degradação precoce de estruturas; - Novas necessidades competitivas de mercado; - Exigência de sustentabilidade na construção civil; - Valorização de métodos técnicos na decisão da durabilidade; - Evitar situações na qual a perda de vida útil se faz apenas com base em avaliação visual.
Objetivos - Auxiliar na previsão do comportamento do concreto em longo prazo; - Prevenir manifestações patológicas precoces nas estruturas; -Contribuir para economia, sustentabilidade e durabilidade das estruturas.
Evolução dos Estudos - Até a década de 1980 apenas o bom senso e a experiência profissional garantiam a durabilidade e estimavam a vida útil da estrutura, de forma meramente subjetiva; - Nas últimas duas décadas surgem vários documentos internacionais que contribuem para introduzir e consolidar conceitos de durabilidade e aumento da vida útil de estruturas de concreto; - O maior conhecimento dos mecanismos de transporte de líquidos e gases agressivos em meios porosos, como o concreto, já tornam possível hoje expressar a vida útil de tais estruturas de forma precisa, em anos. - Há a necessidade de se conhecer, avaliar e classificar o grau de agressividade do ambiente, bem como as propriedades do concreto utilizado e a geometria da estrutura, de modo a se ter uma relação entre agressividade do meio e durabilidade da obra; - Atualmente sabe-se também que é preciso avaliar-se separadamente a agressividade do meio à armadura e ao concreto em si.
Definições e Terminologia - Durabilidade é o resultado da interação entre a estrutura de concreto, o ambiente de uso e as condições de uso, de operação e manutenção. Não é uma propriedade que depende apenas do concreto e de sua armadura; - O conceito de durabilidade já era previsto desde o início da década de 1980 em normas como a ISO 6241: 1984 e a ASTM E 632, mas no Brasil foi incorporado às normas de estruturas de concreto apenas com a ABNT NBR 6118: 2003. - Segundo a ISO 13823: 2008, vida útil é o período efetivo de tempo durante o qual uma estrutura ou qualquer um de seus componentes satisfazem os requisitos de desempenho do projeto, sem ações imprevistas de manutenção ou reparo;
- A ABNT NBR 6118:2003 dá definição semelhante de vida útil e sugere ainda a elaboração de um Manual de Manutenção da estrutura, que explique de forma clara e sucinta os requisitos básicos para utilização e manutenção preventivas, necessárias para garantir a vida útil prevista; - Entretanto, as normas brasileiras ainda não definem um período em anos para vida útil de estruturas, exceto pela ABNT NBR 155575: 2010, que especifica período de 40 anos para edificações de até 5 andares. Assim, em âmbito nacional, a aplicação prática dos conceitos de durabilidade e vida útil ainda fica sujeita ao subjetivismo; - No exterior já existem normas que descrevem períodos e funções matemáticas de previsão da vida útil, como a ACI 365.1 R-00 (tempo em anos entre a data de concretagem e a data de despassivação da armadura mais 6 anos) e a BS7543: 2003 (60 anos para edifícios e 120 anos para pontes, estádios, barragens e metrôs.).
Durabilidade e Vida Útil O perfeito entendimento sobre durabilidade e vida útil vem através de uma visão global. Assim, deve ser considerada como resultante de ações coordenadas e realizadas em TODAS as etapas do processo construtivo: concepção; planejamento; projeto; materiais e componentes; execução propriamente dita e principalmente durante a etapa de uso da estrutura.
Conceito de Vida Útil
Conceito de Vida Útil Vida útil de projeto: período que vai até a despassivação da armadura, denominado também de período de iniciação. É o conceito adotado no projeto estrutural, por questões de segurança; Vida útil de serviço: período de tempo que vai até o momento em que aparecem manchas na superfície do concreto de cobrimento ou quando há destacamento do mesmo. É importante observar-se que, enquanto em certas estruturas é inadmissível que se apresentem manchas ou fissuras, em outras, só a partir da queda de pedaços de concreto pode-se definir o fim da vida útil de serviço, por apresentar riscos à integridade de pessoas e bens;
Conceito de Vida Útil Vida útil última ou total: período que vai até a ruptura ou colapso parcial ou total da estrutura. Há redução significativa da seção resistente da armadura ou ainda, perda da aderência entre concreto e armadura; Vida útil residual: período em que a estrutura ainda é capaz de desempenhar suas funções, contado a partir de uma data qualquer, como uma vistoria, por exemplo. O prazo final, nesse caso, pode ser o limite de projeto, o limite das condições de uso ou o limite de ruptura.
Durabilidade e Vida Útil
Mecanismos de Envelhecimento e Deterioração Os mecanismos mais importante e frequentes de envelhecimento e de deterioração das estruturas de concreto são descritos na ABNT NBR 6118:2007 e ABNT 12655:2006 e listados a seguir: Mecanismos de deterioração ao concreto: - Lixiviação - Expansão Mecanismos de deterioração à armadura: - Corrosão devida á carbonatação - Corrosão por elevado teor de cloreto Mecanismos de deterioração da própria estrutura: - Ações mecânicas, movimentações de origem térmica, impactos, ações cíclicas.
Classificação da Agressividade do Meio Ambiente A agressividade do meio ambiente está relacionada às ações físicas e químicas que atuam sobre as estruturas de concreto, independentemente das ações mecânicas, das variações volumétricas de origem térmica, da retração hidráulica e outras previstas no dimensionamento das estruturas de concreto.
Classificação dos Concretos A resistência do concreto aos diferentes meios agressivos depende: - Do tipo e consumo de cimento; - Do tipo e consumo de adições e de água; - Relação água / cimento; - Natureza e Dmáx do agregado. A durabilidade das estruturas de concreto é determinada pela regra dos 4C: - Composição ou traço do concreto; - Compactação ou adensamento efetivo; - Cura efetiva; - Cobrimento adequados das armaduras;
Classificação dos Concretos
Classificação dos Concretos
Agressividade do meio versus Durabilidade do Concreto Mantidas constantes as variáveis envolvidas na durabilidade do concreto, a correspondência básica entre a agressividade do meio ambiente e a durabilidade do concreto é apresentada no Quadro 6. Quadro 6. Correspondência entre agressividade do meio ambiente e a durabilidade do concreto. Fonte: Medeiros, Andrade e Helene, 2011.
Agressividade do meio versus Durabilidade do Concreto Quadro 6 só possui sentido de aproximação. Os autores ressaltam que é possível utilizar com segurança e sem comprometimento da durabilidade um concreto não recomendável, desde que seja compensado com outras medidas protetoras e preventivas. Ponto de vista econômico: medidas visando durabilidade (projeto adequado e dosagem do concreto) são mais convenientes que futuras intervenções em uma estrutura já executada. Custos para atingir determinado nível de durabilidade e proteção crescem progressivamente consoante à idade da obra. Lei dos 5 ou regra de Sitter (1984).
Agressividade do meio versus Durabilidade do Concreto Lei dos 5 ou regra de Sitter (1984). FASE DO PROJETO: toda medida tomada em nível de projeto com o objetivo de aumentar a proteção e a durabilidade da estrutura implica em custos que podem ser associados ao número 1; FASE DE EXECUÇÃO: medidas extraprojetos, que são tomadas durante a fase de execução propriamente dita, implicam em um custo cinco vezes superior ao custo de projeto, para obter-se o mesmo nível final de durabilidade. FASE DE MANUTENÇÃO PREVENTIVA: a manutenção preventiva durante a vida útil da estrutura pode custar até 25 vezes mais que as medidas corretas tomadas em fase de projeto estrutural ou arquitetônico. Todavia, podem ser cinco vezes mais econômicas que aguardar a manutenção corretiva. FASE DE MANUTENÇÃO CORRETIVA: as atividades nesta fase para reforço e proteção da estrutura podem associar-se a um custo 125 vezes maios que as medidas tomadas em fase de projeto, com a mesma finalidade.
Agressividade do meio versus Durabilidade do Concreto Lei dos 5 ou regra de Sitter (1984).
Métodos para estimativa da vida útil A estimativa de vida útil pode ser feita basicamente por quatro procedimentos (Medeiros, Andrade e Helene, 2011): com base nas experiências anteriores; com base em ensaios acelerados; com base em enfoque determinista; com base em enfoque estocrático ou probabilista.
Método com base nas experiências anteriores Quanto tempo vai durar? Não se sabe, mas desta maneira tem funcionado bem.. A primeira norma brasileira sobre estruturas de concreto (1931) permitiu cobrimentos bem inferiores aos indicados pela norma americana (maior ou igual a 5cm ou 3,8cm, de acordo com a situação), girando em torno de 1cm à 2cm. Atualmente, ocorrem grandes prejuízos causados por perda precoce da vida útil em prédios públicos e privados mais antigos por este motivo. Irresponsabilidade da norma, valores bem inferiores aos das normativas dos países desenvolvidos. Método imperou entre as normas brasileiras entre 1937 e 1978. Paralelo com a realidade atual: os países desenvolvidos utilizam, em geral, fck maior ou igual a 24MPa. Já o Brasil exige, em muitos casos, apenas 20 MPa (concreto simples, armado ou protendido).
Método com base em ensaios acelerados Gera degradação acelerada nos materiais, porém o mecanismo de degradação no ensaio acelerado difere das condições reais. Melhor aplicação ao estudo de produtos orgânicos. Difícil aplicação direta no projeto de estruturas de concreto cujos principais materiais são de natureza inorgânica. Em ensaio realizado, os concretos com idade reduzida foram inseridos em câmera de carbonatação (concentração de CO2 igual a 5%) e determinou-se que 14 semanas de ensaio corresponderam a cerca de 420 semanas de exposição em atmosfera natural.
Método com enfoque determinista Os métodos com enfoque determinista são modelos matemáticos onde a intenção é que os mesmos dados de entrada produzam invariavelmente os mesmos dados de saída. Existem modelos numéricos atuais de envelhecimento. Não existem ainda modelos satisfatórios para prever a velocidade de deterioração por sulfatos, lixiviação, reação álcali-agregado.
Método com enfoque determinista Base teórica: Mecanismos de transporte de gases, de fluídos e de íons através dos poros do concreto no período de iniciação e lei de Faraday no período de propagação, quando trata-se de corrosão das armaduras. Método de previsão até despassivar (Termodinâmica da corrosão): relação entre a extensão percorrida pelo agente agressivo, coeficiente do mecanismo (permeabilidade, absorção capilar, difusão de gases e íons, migração de íons) e a vida útil em anos. Método de previsão após despassivar (Cinética da corrosão): perda de massa do aço (Eq. Faraday), difusão da ferrugem (Eq. Fick) e geometria da peça (resistência dos materiais).
Método com enfoque probabilista Mais moderno e mais realístico método. Distribuições estatísticas. Modelo mais simples: combinação dos modelos deterministas introduzindo parâmetros probabilísticos.
Considerações finais Necessidade de modelagem dos mecanismos de degradação, definição dos Estados Limites de Durabilidade. Necessidade de incorporação de métodos probabilísticos para variabilidades das características do concreto e condições ambientais. considerar as O sucesso do desempenho da estrutura durante a sua vida útil depende de: Decisões do proprietário e agentes de construção; Definição correta da qualidade e vida útil requerida; Qualidade dos materiais; Mão de obra qualificada; Inspeções de qualidade durante a execução da obra; Normas de projeto estrutural utilizam método baseado em experiências anteriores, é necessário também introduzir métodos determinísticos e probabilísticos.
Considerações finais Desafio: possibilitar a interação entre os envolvidos nos processos de construção civil: engenheiros projetistas e de campo, arquitetos, fabricantes de materiais e outros participantes da cadeia produtiva, para que conscientizem-se da importância da durabilidade das estruturas em função dos critérios econômicos e de segurança para a sociedade. O desempenho dependerá basicamente dos cuidados adotados nas fases de projeto, execução, controle de materiais e programa de manutenção.