EXEMPLO DE APLICAÇÃO DOS CONCEITOS DA SEÇÃO 7 Exemplos de Aplicação dos critérios de durabilidade da Norma ABNT NBR 6118:2014 Autores: Paulo Helene, Carlos Britez, Mariana Carvalho e Marcos Carnaúba 1. Aplicação dos conceitos de durabilidade a dois casos práticos: um edifício no interior, em Brasília, e outro na costa, por exemplo Vitória/ES. Premissas: 1. A maioria dos edifícios têm estrutura de concreto aparente nas garagens, que devem ser considerados ambientes externos pois sempre estão em contato direto com o exterior; 2. A maioria dos edifícios têm jardins e costumam lavar os pisos térreos atingindo os pés de pilares; 3. A maioria dos edifícios têm revestimentos cerâmicos em fachadas que, infelizmente são lavados com ácido muriático (ácido clorídrico comercial); 4. A maioria dos edifícios têm as coberturas planas e impermeabilizadas. Com essas premissas, pode-se projetar assim: Grupo A g Garagens, térreo, pilares de fachada, cisternas, reservatório superior e cobertura devem ter cobrimento maior, concreto melhor ou ambos; Grupo B g Todos os ambientes internos secos (cozinhas, banheiros, áreas de serviço, dormitórios, salas, corredores, bibliotecas) podem ter cobrimentos menores, concretos inferiores ou ambos; Grupo C g Elementos estruturais de concreto armado em contato direto com o solo (fundações), em condições normais de agressividade (ausência de sulfatos e águas puras, ácidas, magnesianas e amoniacais). A partir da Tabela 6.1 da ABNT NBR 6118:2014 e pela Table 1 da EN 206-1:2000, para a classificação da agressividade, tem-se: Obra Grupo A Grupo B Grupo C NBR 6118 EN 206 NBR 6118 EN 206 NBR 6118 EN 206 Brasília II XC4 I XC1 II XC2 Vitória III XS1 II XC3 III XC2
20 ABNT NBR 6118:2014 Comentários e Exemplos de Aplicação A partir das tabelas 7.1 e 7.2 da ABNT NBR 6118:2014, da EN 206-1:2000 (Anexo F, Table F.1) e do Eurocode 2 (Table 4.4N da EN 1992-1-1:2004), resulta em: Obra e Grupo Brasília Vitória A B CA CP CA CP Concreto e elementos Relação a/c fck (MPa) Cobrimento (mm) NBR 6118 EN 206 NBR 6118 EN 206 NBR 6118 EN 206 25 < 0,60 < 0,50 25 30 viga/pilar 30 30 < 0,55 < 0,50 30 30 viga/pilar 35 20 < 0,65 < 0,65 20 20 viga/pilar 25 25 < 0,60 < 0,65 25 20 viga/pilar 30 C CA fundações < 0,60 < 0,60 25 25 45** 25 A B CA CP CA CP 35 < 0,55 < 0,50 30 30 viga/pilar 40 40 < 0,50 < 0,50 35 30 viga/pilar 45 25/20* < 0,60 < 0,55 25/30* 30 viga/pilar 30/25* viga/pilar < 0,55 < 0,55 30/35* 30 30/25* 35 C CA fundações < 0,55 < 0,60 30 25 45** 25 * NOTA 1: a ABNT NBR 6118:2014 permite que os cobrimentos sejam reduzidos de 5mm quando se utiliza um concreto de classe de resistência superior à especificada na tabela 7.1. ** NOTA 2: Ver nota da tabela 7.2 da ABNT NBR 6118:2014. 30 40 15 25 35 45 25 CONSIDERAÇÕES No caso de pilares ou vigas de fachada, do ponto de vista da durabilidade, podem ser empregados cobrimentos diferentes dependendo da exposição de cada face do elemento estrutural, como ilustra a Fig. 1.
EXEMPLO DE APLICAÇÃO DOS CONCEITOS DA SEÇÃO 7 21 (a) (b) Figura 1 - Adoção de diferentes espessuras de cobrimento para diferentes exposições das faces de um pilar. (a) e de uma viga (b), segundo a ABNT NBR 6118:2014: face externa com classe de agressividade II e face interna com classe de agressividade I (medidas em mm). 2. Ações e mecanismos de deterioração das estruturas 2.1 É possível utilizar água salobra no concreto? E no concreto armado? Por quê? Deve ser atendida a ABNT NBR 15900:2009. Em geral no concreto simples, a água salobra pode ser utilizada e não representa problemas. Já no concreto armado e protendido, o uso de água salobra é problemático, pois o aço pode sofrer corrosão por carbonatação ou por cloretos. 2.2 É possível utilizar gipsita (gesso) para acelerar o endurecimento e consequente desfôrma e retirada de escoramento rápidos do concreto? Por quê? Não, em nenhuma hipótese. A gipsita possui íons sulfato (SO 4 2 - ) em sua composição, e o sulfato reage com a pasta de cimento, originando reações expansivas e deletérias no concreto a médio e longo prazo. 3. Vida útil Considerando um concreto com a constante k CO2 = 2,0 mm/ano 1/2, qual seria o cobrimento mínimo (em mm) de concreto necessário para uma VUP de 120anos, admitindo como fim da vida útil a despassivação da armadura mais externa (estribo) por carbonatação. Com o valor de cobrimento obtido, qual seria o impacto em anos a menos de VU, caso, por erro de execução, houvesse uma redução de 5mm nesse cobrimento mínimo?
22 ABNT NBR 6118:2014 Comentários e Exemplos de Aplicação Vida útil de projeto Redução de 5mm no cobrimento: e = 17mm \ Redução de 120 72,25 = 47,75 48 anos na vida útil, por uma falha de execução. 4. Classificação da agressividade ambiental: Com relação à classificação da agressividade ambiental, não há muitas dúvidas concernentes às atmosferas rural, respingos de maré e industriais, mas há interpretações conflitantes ao definir o que deveria ser classificado como agressividade moderada, exemplificada por atmosfera urbana (por exemplo: quantos habitantes por área ou automóveis por área?), e até que distância da orla deve ser considerada agressividade forte, exemplificada por atmosfera marinha. O texto da ABNT NBR 6118:2014 procura classificar em apenas 4 níveis de agressividade, exemplificando-os com atmosferas rural, urbana, industrial, marinha e respingos de maré (obras em contato direto com a água do mar), mas na realidade deseja dizer que há quatro grandes grupos de agressividade: fraca, moderada, forte e muito forte. Esta última classe (muito forte) e a primeira (fraca) são de fácil caracterização e entendimento. As dúvidas e conflitos ficam, principalmente, em distinguir agressividade moderada. Um ponto controverso tem sido saber qual a distância mínima da praia para poder classificar como agressividade moderada ou forte. No caso de uma estrutura de concreto armado a ser construída numa pequena cidade litorânea de 50mil habitantes, qual seria o enquadramento mais adequado: agressividade fraca, classe I, pois não há poluição urbana nem industrial pesadas ; agressividade moderada, classe II, pois se trata de uma obra urbana numa cidade, ou agressividade forte, classe III, devido à proximidade com a orla? Essa conclusão deve se basear na posição do terreno, na direção dos ventos predominantes, na arrebentação das ondas na região, na temperatura média da região e na distância do local à orla. Analisando separadamente cada um destes fatores, tem-se: A) Localização da obra: 1.800m da orla (Fig. 2). A posição do terreno (vista aérea do local de implantação, destacado em vermelho) indica que não há indícios de forte poluição urbana ou industrial, apesar de localizado em território urbano.
EXEMPLO DE APLICAÇÃO DOS CONCEITOS DA SEÇÃO 7 23 Figura 2 - Localização e implantação da obra, a cerca de 1800m da orla, no RS-BR (Google Maps). B) Temperatura, índice pluviométrico, umidade relativa, direção e velocidade dos ventos conforme Tab. 1. Tabela 1. Dados meteorológicos médios do município em questão, referentes ao ano de 2011 (The Weather Channel. Disponível em: <http://br.weather.com/weather/climatology/brxx0367?dayofyear=245>). Direção e sentido predominante do vento Velocidade do vento (m/s) Precipitação (mm) Umidade relativa (%) Temperatura média (ºC) N-NE para S-SO 3,0 117,5 76 18,8 CONSIDERAÇÕES: A classificação da agressividade ambiental, segundo o ponto de vista da durabilidade da armadura, pode ser avaliada segundo a Tab. 2.
24 ABNT NBR 6118:2014 Comentários e Exemplos de Aplicação Tabela 2. Classificação da agressividade do ambiente visando à durabilidade (HELENE, 1993 1 ). Classe de agressividade Macro clima típico Microclima típico Gás carbônico (CO 2 ) no ambiente Cloretos (Cl - ) no ambiente Fraca Rural UR 60% 0,3% 200mg/L Moderada Urbano 60% UR 95% 0,3% < 500mg/L Forte Muito forte Marinho ou industrial Polos industriais 60% UR 98% 0,3% > 500 mg/l interiores úmidos de indústria 0,3% > 500 mg/l Um dos ambientes fortemente agressivos é a maresia, ou brisa marinha ou aerosol marinho, encontrado unicamente em regiões litorâneas. Precisa haver a combinação de uma forte arrebentação de ondas que gerem partículas de água, que então são transportadas pelo vento até a costa onde chocam contra as edificações, e se depositam na superfície da estrutura. O transporte significativo de partículas de sal dissolvidos na água do mar, necessita de velocidades de vento superiores a 10m/s. A deposição das partículas salinas à medida que há um distanciamento da costa é cada vez menor e só ocorre de modo acentuado nas primeiras centenas de metros a partir da interface com o mar. Assim este processo é característico de cada região, com flutuações ao longo do ano. Diversos estudos defendem que, para distâncias de 1.000m da costa, os níveis de cloreto podem ser considerados desprezíveis 2,3,4 mas o bom senso recomenda que cada caso seja analisado com cuidado. Os ventos influenciam muito no transporte de partículas de água salgada, principalmente com relação à sua direção mais frequente em relação à costa. No caso deste exemplo os ventos sopram, preponderantemente, na direção nordeste e, portanto, paralelamente à praia, praticamente não transportando partículas de água salgada para o continente. A temperatura ambiente também é capaz de acelerar as reações de deterioração tipo corrosão de armaduras, justificado pela lei de Arrenhius. Admite-se que um aumento de 10ºC na temperatura possa dobrar a velocidade das reações 5. Essa é a forte 1 HELENE, Paulo. Contribuição ao estudo da corrosão em armaduras de concreto armado. 1993. 213f. Tese de Livre Docência. Departamento de Engenharia de Construção Civil PCC, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo EPUSP, São Paulo, 1993. Disponível em: <http://www.phd.eng.br/wp-content/ uploads/2014/07/td1.pdf>. 2 MEIRA, Gibson Rocha; PADARATZ, Ivo José. Efeito do distanciamento em relação ao mar na agressividade por cloretos. Fortaleza, IBRACON, 44o Congresso Brasileiro do Concreto. 2006. 3 CASTRO-BORGES, Pedro; DE RINCÓN, Oladis; PAZINI, Enio Figueiredo. Chloride Penetration Profiles in Marine Environments. Proceedings: II International Conference on High-Performance Concrete, and Performance and Quality of Concrete. ACI SP-186, p. 371 389. Gramado, 1999. 4 BEZERRA, Ronaldo Pontes. Disseminação de íons cloreto na orla marítima do Bairro de Boa Viagem, Recife- PE. Pontifícia Universidade Católica de Pernambuco, 2006. (Dissertação de Mestrado). 5 CASCUDO Matos, Osvaldo. Influência das Características do Aço Carbono Destinado ao Uso como Armaduras para Concreto Armado no Comportamento frente à Corrosão. 2000. São Paulo, Universidade de São Paulo, Escola Politécnica, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Departamento de Engenharia de Construção Civil (Tese de Doutorado).
EXEMPLO DE APLICAÇÃO DOS CONCEITOS DA SEÇÃO 7 25 justificativa para que exista mais concretos deteriorados em regiões litorâneas quentes do que em regiões de clima temperado. Ainda há de se considerar a forte influência da UR do ambiente na velocidade de corrosão das armaduras. Guimarães 6 constatou que com a redução do grau de saturação de 100% para 85%, a difusão dos íons diminui rapidamente, restando na rede de poros apenas água adsorvida, sem cloretos. Tendo em vista o conjunto de elementos de contorno deste exemplo, pode-se concluir que não haverá agressividade devida a cloretos em suspensão no ar (maresia), ou seja, não se trata de atmosfera de agressividade forte tipo marinha, e, portanto, a agressividade do ambiente, neste caso, deve ser considerada como moderada, correspondente à classe II da ABNT NBR 6118:2014. 5. Vida útil Considerando um pilar de concreto localizado num ambiente com classe de agressividade II (classe de resistência C25 e relação a/c máxima de 0,60), projetado para VUP de 50anos de acordo com a ABNT NBR 6118:2014 e tendo a carbonatação como mecanismo de degradação preponderante, pergunta-se: 5.1 Como atender ao período de vida útil superior de 75anos especificado pela ABNT NBR 15575:2013, sem que seja alterada a qualidade do concreto (classe de resistência, relação a/c, entre outros)? VUP = 50anos VUP = 75anos \ Pode-se elevar a VUP de 50anos para 75anos, aumentando a espessura do cobrimento nominal de concreto para, no mínimo 37mm, mantendo o mesmo f ck. 5.2 Como atender ao período de vida útil superior de 75anos especificado pela ABNT NBR 15575:2013, mantendo o cobrimento de projeto? VUP = 75anos \ Pode-se elevar a VUP de 50anos para 75anos, utilizando um concreto de classe de resistência superior, ou seja, passar de 25MPa para 35MPa, no mínimo, mantendo o mesmo cobrimento nominal de 30mm. 6 GUIMARÃES, André T. C. Vida útil de estruturas de concreto armado em ambientes marítimos. 2000. São Paulo, Universidade de São Paulo, Escola Politécnica, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Departamento de Engenharia de Construção Civil (Tese de Doutorado).
26 ABNT NBR 6118:2014 Comentários e Exemplos de Aplicação A ABNT NBR 6118:2014 traz, sob a tabela 7.2, o seguinte texto: Para concretos de classe de resistência superior ao mínimo exigido, os cobrimentos definidos na Tabela 7.2 podem ser reduzidos em até 5mm, ou seja, considera equivalente adotar C30 com 25mm de cobrimento ou C25 com 30mm de cobrimento. Dessa forma, para uma VUP de 50anos, uma variação de 5mm no cobrimento e 5MPa na classe de concreto corresponde a variar k CO2 em: Aumentar a VUP de 50anos para 75anos corresponde a variar de k CO2 de 4,24 3,46 = 0,78. Proporcionalmente, tem-se: k CO2 f ck 0,71 5MPa 0,78 f ck 0,71*f ck = 0,78*5 f ck f ck = 5,49 MPa Assim, a classe de concreto resultante será de 25 + 5,49 = 30,49 g 35MPa.