2.1 - consideraÇÕes gerais -...

Uma estrutura mais durável, como?

97

2.1 - CONSIDERAÇÕES GERAIS

Em fase de projecto de uma estrutura de betão armado ou pré-esforçado, para além de se

considerar o seu dimensionamento em função das cargas a que estará sujeito, será necessário

definir o ambiente a que a estrutura ficará exposta para ser possível prever as interacções ao longo

do tempo de vida da estrutura, entre esse ambiente e os materiais constituintes da estrutura, o betão

e o aço. Essas interacções entre o ambiente e a estrutura manifestam-se por vários processos de

deterioração do betão e de corrosão das armaduras descritas anteriormente em 1.3.

Sendo possível e fácil conhecer a resistência mecânica potencial σR (à compressão e à

tracção) do betão de determinada estrutura, o mesmo já não se passa em relação à durabilidade da

estrutura na medida em que depende das várias resistências do betão a cada um dos ataques

físicos e químicos do ambiente a que a estrutura estará sujeita (Figura 2.1) e cuja intensidade vai

variando ao longo da vida da estrutura (Hidsdorf, 1989).

BETÃO RESISTENTE RESISTENTE ÀS CARGAS σ σ < σR

resistente à erosão

e/ou

resistente à abrasão

e/ou

BETÃO DURÁVEL resistente à cavitação e/ou

BAIXA PERMEABILIDADE

+ resistente a Cl-

e/ou RECOBRIMENTO SUFICIENTE

+ resistente a CO2

e/ou PROTECÇÃO ADICIONAL

+ resistente a SO4

- e/ou

...

...

Figura 2.1 - Resistência/durabilidade.

Definido o ambiente de exposição a que a estrutura estará sujeita e portanto, conhecidos os

processos de degradação que poderão eventualmente intervir, a grande questão será:

Em que factores é que os engenheiros e técnicos poderão interferir de modo a que a estrutura

tenha determinada vida útil?

É apresentado, nos Quadros 2.1 a 2.5, um conjunto clássico de soluções, em termos

genéricos, a esta questão.

Capítulo 2

98

Segue-se uma pormenorização dos vários factores que, segundo a abordagem clássica e os

conhecimentos actuais, podem influenciar a durabilidade de uma estrutura de betão armado ou pré-

esforçado:

Permeabilidade (2.2)

Relação água/ligante (2.3)

Colocação e compactação (2.4)

Cura e protecção (2.5)

Dosagem de ligante (2.6)

Tipo de ligante, adições (2.7)

Inertes, tipo de granulometria (2.8)

Pessoal Técnico (2.9)

Exposição ambiental (2.10)

Recobrimento das armaduras (2.11)

Projecto e pormenorização (2.12) e, finalmente,

Protecção adicional (2.13).

Para além da abordagem clássica, é hoje possível contribuir para a melhoria da durabilidade

utilizando um tipo inovador de molde, diferente do habitual - designada por CPF (Controlled Permeability Formwork) isto é, cofragem de permeabilidade controlada, cuja eficiência se

comprova no trabalho presente, e que é apresentada no capítulo 4.

Quadro 2.1 - Deterioração do betão por processos físicos.

PROCESSOS FÍSICOS

PROCESSOS CAUSA SOLUÇÃO

deterioração do betão por

ciclos gelo/degelo

aumento de volume da água ao congelar

tipo de rede de poros

- introdução de ar

- permeabilidade suficientemente baixa

- verificação da gelividade dos inertes

- não usar adições


abrasão

condições de uso

- aumento de recobrimento


- maior percentagem de graúdos

- aditivos: cinzas volantes ou sílica de fumo


cavitação condições de uso

- maior percentagem de finos

- acabamento mecânico


99

Quadro 2.2 - Deterioração do betão por processos mecânicos.

PROCESSOS MECÂNICOS


Fissuração por

retracção plástica

evaporação > exsudação

deficiente cura e

deficiente protecção, colocação e compactação

- protecção adequada

- (colocação e compactação, adequadas)

- revibração imediata ao aparecimento

Fissuração por

assentamento

plástico

impedimento de assentamento das partículas, pela

cofragem ou armaduras

- cuidados na colocação compactação

cura e protecção

- revibração imediata ao aparecimento

Fissuração por sobrecarga

deficiente dimensionamento

projecto cuidado

Fissuração por

diferenças de temperatura em betão

jovem

calor de hidratação (grandes massas)

- escolha do tipo de cimento adequado - arrefecimento

Fissuração por

retracção térmica ligação de betão jovem a betão antigo - cura adequada

Fissuração por

retracção

secagem - cura (e protecção) adequada

Quadro 2.3 - Deterioração do betão por processos biológicos.

PROCESSOS BIOLÓGICOS



ácidos sulfídrico, húmico e

sulfúrico

Em sistemas de esgotos

- evitar cavitação

- boa ventilação

- aluminatos cálcicos fundidos (Sand,

1995)


- protecção adicional

Capítulo 2

100

Quadro 2.4 - Deterioração do betão por processos químicos.

PROCESSOS QUÍMICOS


Deterioração do betão

por ácidos

água descarbonante

sais de magnésio

sais amoniacais

destruição da pasta de cimento

processo ± activo dependente do produto de

reacção ± passivante




por sulfatos

cimento

reagem com os aluminatos

inertes

podendo-se formar etringite - reacção

expansiva

- cimento pobre em aluminatos

- evitar inertes com alumina (feldspatos

caulinizados)

- protecção adicional, eventualmente


por água do mar

cloretos/sulfatos

( a acção dos sulfatos é inibida pelos cloretos)

- permeabilidade muito baixa

- não usar cimento pobre em aluminatos

(diminui resistência aos cloretos que é acção

preponderante)

- para evitar penetração Cl- se usado

portland, limitar

5% < AC3 < 10%

+ - permeabilidade muitissimo baixa

- betão de alta resistência (fCK ≥ 35 MPa)

- com adições: escórias cinzas etc. (atenção

ciclos gelo/degelo)

- a/c < 0,4 ou menos

- aumentar dosagem cimento

- aumentar recobrimento (40 a 75 mm)

- PROTECÇÃO ADICIONAL


por álcalis

silíca reactiva

podem reagir com

carbonatos dos

inertes

(dolomites)

- não usar inertes com sílica reactiva

- limitação dos álcalis no cimento (0,6%)

- adições de pozolana ou sílica de fumo

- baixa permeabilidade (baixo A/C)

não se conhecem casos na Europa!


101

Quadro 2.5 - Corrosão das armaduras

PROCESSOS DE DESPASSIVAÇÃO


Carbonatação - permeabilidade baixa


Penetração de cloretos - permeabilidade baixa

- tipos de cimento com escórias, sílica de

fumo, cinzas volantes e pozolanas

Por análise dos quadros anteriores e tudo o que foi dito anteriormente, a durabilidade de uma

estrutura de betão armado ou pré-esforçado poderá ser garantida sobretudo pela permeabilidade

suficientemente baixa do betão de recobrimento e adequada espessura, de acordo com o ambiente

a que a estrutura estará sujeita (CEB, 1992; Eurocódigo 2, 1991).

2.2 - PERMEABILIDADE

Como visto em 1.2.2 relativamente ao mecanismo de transporte no betão, o termo

permeabilidade define-se, de um modo genérico, como a maior ou menor facilidade com que o

material se deixa atravessar por gases e líquidos (sob pressão ou à pressão atmosférica)

eventualmente, com substâncias dissolvidas ou em suspensão. Viu-se também que permeabilidade

de um betão resulta do sistema de poros e fendas formado inicialmente, fruto da escolha dos

componentes e suas quantidades, sobretudo relação água/cimento (vejam-se figuras 1.7 a 1.8) e

cura (vejam-se as figuras 1.7 e 1.9) mas também, tipo e dosagem de cimento, inertes, tipo e

granulometria, das condições de colocação, compactação, e protecção (CEB, 1992; Mills,1987;

Neville, 1995) e da natureza dos moldes. O sistema de poros e fendas continua a evoluir ao longo

da vida da estrutura, não só devido à continuação do processo de hidratação do cimento mas

também às interacções do meio ambiente circundante com a estrutura (lixiviação, carbonatação,

penetração de cloretos etc.).

Assim a permeabilidade determina a capacidade do betão de recobrimento de impedir ou

atrasar o ingresso de líquidos e gases agressivos (Mills, 1987).

Embora nos últimos anos se tenha feito muita investigação no que se refere à permeabilidade

do betão, não existe um método universalmente aceite para quantificar aquela grandeza, embora

existam diversos métodos a partir dos quais se determinam coeficientes de permeabilidade relativos

a determinado fluído e usando técnicas diferentes (LNEC E392; LNEC E393; ISO 7O31; Schonlin e

Hilsdorf, 1987;Hilsdorf,1989; Tanahashi et al, 1987; Bunte e Rostásy, 1989; Cabrera et al, 1989;

Coutinho e Gonçalves, 1994; Gonçalves, 19963). Alguns destes métodos foram referidos em 1.2.2.

Capítulo 2

102

2.3 - RELAÇÃO ÁGUA/LIGANTE

Relativamente às quantidades de água e cimento e portanto à relação água/cimento, a

permeabilidade aumenta vertiginosamente a partir de uma razão A/C = 0,6, em virtude da

proliferação de poros capilares formados pelo excesso de água como já visto a propósito da rede

porosa (1.2.1). Na Figura 2.2 relaciona-se a permeabilidade à água em betões obtidos com várias

relações água/cimento com o volume de poros capilares (CEB, 1992).

0.700.600.50A/C = 0.400.30

0.20

%

Volume de poros capilares

Hid

rata

ção

%P

e r m

e a

b i

l i d

a d

e

à Á

g u

a

40

60

80

1000

2

4

6

8

10

12

40302520100

14

Figura 2.2 - Influência de relação A/C na permeabilidade (CEB, 1992).

2.4 - COLOCAÇÃO E COMPACTAÇÃO

As fases de colocação e compactação são, juntamente com a cura, da maior importância em

termos de permeabilidade, ou seja, de qualidade do produto final, sobretudo quando o betão envolve

armaduras - betão de recobrimento.

Para se obter uma permeabilidade suficientemente baixa é fundamental que o projectista

tenha em mente a durabilidade da estrutura e conceba uma obra simples, com pormenores fáceis

de executar, com espaços suficientes para introdução do betão fresco e das agulhas de vibração

garantindo o preenchimento e vibração do espaço entre armaduras. Na fase de execução da obra é

necessário que o engenheiro assegure que a colocação, compactação e cura sejam bem realizadas.


103

Antes da colocação deve ser garantida uma boa fixação das armaduras para evitar o

deslocamento das mesmas, que poderá conduzir a dificuldades de execução e mesmo futura

fissuração (Figura 2.3) imprevista ou redução da espessura de recobrimento.

Figura 2.3 - Deslocamento da armadura durante a colocação do betão (CEB, 1992).

As superfícies interiores das cofragens devem estar livres de substâncias estranhas, a

cofragem deve ser rígida e estar bem vedada para evitar deslocamento ou fugas que podem

conduzir a betão permeável, fendilhado ou inestético, como se exemplifica na Figura 2.4.

Figura 2.4 - Cofragem defeituosa (CEB, 1992).

A compactação tem como funções obter um betão o mais denso possível particularmente em

volta das armaduras, baínhas, amarrações e cantos das cofragens e expelir as bolhas de ar para o

exterior, em particular na zona de recobrimento das armaduras, obtendo uma mistura o mais

homogénea possível (evitando segregação).

Existem vários tipos de aparelhos para compactação do betão por vibração, divididos em dois

grandes grupos, os de vibração externa e de vibração interna sendo este último o grupo de

vibradores mais eficiente. O período e o modo de vibração terá que ser determinado em função do

tipo de aparelho, betão a vibrar, forma do molde, etc. (Adam, 1975; Coutinho, 1988; CEB, 1992; NP

ENV 206)

Na Figura 2.5 pode-se observar consequências de uma vibração inadequada.

Capítulo 2

104

Figura 2.5 - Vibração insuficiente (Adam, 1975).


105

2.5 - CURA E PROTECÇÃO

2.5.1 - CONSIDERAÇÕES GERAIS

A cura e protecção são cruciais em termos de permeabilidade pois uma boa cura maximiza as

reacções que levam ao endurecimento, impermeabilidade e ausência de fendilhação e portanto em

termos de durabilidade do betão. De facto a cura promove a continuação do processo de hidratação

e a formação de gel que pode vir a bloquear os poros capilares segmentando a rede, como visto em

1.2.1.

Um betão fresco acabado de colocar e compactar pode potencialmente conduzir a um betão

durável mas apenas se bem curado e protegido.

Curar e proteger um betão significa, logo após as fases de colocação e compactação, criar as

condições necessárias para que as reacções de endurecimento se dêem o mais plenamente

possível de modo a minimizar a retracção plástica e assegurar o desenvolvimento das resistências

mecânicas incluindo eventualmente a resistência à abrasão e também da resistência aos agentes

agressivos ambientais.

Assim para se levar a cabo uma boa cura do betão não se pode permitir, por exemplo, que o

betão seque à superfície prematuramente (vento, temperaturas elevadas), nem que se verifiquem

grandes diferenças de temperatura (por exemplo, devido ao calor de hidratação ou temperaturas

muito baixas no exterior).

Se a superfície do betão seca prematuramente durante a cura, as reacções de hidratação do

cimento são impedidas, a segmentação capilar não se dá e a permeabilidade da camada superficial

do betão pode vir a ser até cinco a dez vezes superior ao betão bem curado! Por mais medidas que

se tomem após uma secagem prematura a sua eficácia será nula, na medida em que a cadeia de

reacções de hidratação não será retomada após interrupção (CEB, 1992).

De facto, para evitar a secagem logo após a colocação de betão e que eventualmente

também conduziria a fissuração por retracção plástica, é necessário garantir, sobretudo no caso de

uso de cimento com adições ou certos adjuvantes, que a taxa de evaporação seja inferior à taxa de

exsudação. A evaporação depende principalmente, da temperatura, humidade relativa do ambiente

e do vento e pode ser estimada a partir do gráfico da Figura 2.6.

Capítulo 2

106

Figura 2.6 - Efeito de condições climáticas na evaporação no betão fresco. (Soroka, 1993 - adaptado de ACI

Committee 305, 1990)

Para evitar riscos de secagem prematura deve-se-á humedecer a base e as cofragens,

colocando o betão à temperatura mínima possível, montando pára-ventos e resguardos do sol,

reduzindo o intervalo de tempo entre a colocação e início de cura e sobretudo por aspersão de

água, uso de coberturas e membranas de cura.

Na Figura 2.7 apresentam-se resultados do ensaios no mesmo betão mas em que a cura foi

realizada por métodos diferentes: ausência de cura, molhagem intermitente durante seis dias de

uma a seis vezes por dia e, finalmente, por imersão durante seis dias. Todas as outras condições de

ensaio foram mantidas constantes, tendo-se posteriormente medido a profundidade de

carbonatação, coeficiente de absorção e resistência à compressão (Esteves Ferreira, 1996).


107

quente/secotemperado

Clima

mm

CARBONATAÇÃO

15

10

5


Clima

Kg / m x h

C. ABSORÇÃO

3

2

1

nº de molhagens intermitentes por dia

654321

, 28MPa

RESISTÊNCIA

Imersão(6 dias)

sem cura

30

20

10


Clima

σ

Figura 2.7 - Evolução da profundidade de carbonatação, coeficiente de absorção e resistência à

compressão de um betão em função do método de cura. (Esteves Ferreira, 19962).

Capítulo 2

108

2.5.2 - TEMPERATURA E CURA

A velocidade de endurecimento do betão depende em larga escala da temperatura do betão,

como se pode verificar pelo gráfico apresentado na Figura 2.8 (CEB, 1992).

A temperatura de 20 0C é tomada como ponto de referência e pode-se verificar que, por

exemplo, quando a temperatura passa de 20 0C para 40 0C a velocidade de hidratação é cerca de

duas vezes e meia mais rápida e quando diminui para 10 0C então é cerca de metade. Esta relação

é importante em termos de determinação do tempo necessário de cura.

Figura 2.8 - Velocidade de reacção de um processo activado termicamente (CEB, 1992).

Um dos métodos de prever a resistência do betão em função do tempo e temperatura de cura,

o método da Maturidade, permite ao fim de dois ou três dias de fabrico, estimar a resistência que,

por processos tradicionais, é possível apenas ao fim de vinte e oito dias. Este método oferecia

algumas limitações relativamente, sobretudo, à influência na resistência final, da temperatura do

betão até ao início de presa (primeiras horas) mas, muito recentemente, foi preconizado um método

de Maturidade Modificado que permite definir o tempo de início de presa em função da temperatura

inicial, assim como prever a resistência final em função das temperaturas de cura (Jalali, 1995; Jalali

a Abyaneh, 1995; Jalali, 1996; Jalali e Santos, 1997). Este método permite, entre outras aplicações,

decidir da descofragem sem riscos em termos de qualidade do betão e também definir a duração

máxima de transporte, no caso de betão pronto.


109

2.5.3 - MÉTODOS E TEMPOS DE CURA (E PROTECÇÃO)

Quanto mais longo o período de cura e mais eficaz a sua protecção, maior a

impermeabilidade, tensão de rotura, resistência ao desgaste e a ataques químicos, mas na prática é

necessário conciliar os requisitos de qualidade com os de economia.

Os métodos de cura e protecção são vários, entre os quais se destacam:

- manutenção da cofragem no lugar.

- aspersão com água em intervalo frequentes (ver Figura 2.7).

- uso de filmes plásticos, protectores.

- uso de coberturas de várias substâncias que formam membranas protectoras.

Estes métodos podem ser usados separadamente, ou combinados e o tempo de cura deve

ser aumentado em condições rigorosas de exposição ambiental ou por exemplo quando sujeito a

abrasão. Segundo a NP ENV 206 os tempos de cura mínimos variam, entre 1 a 8 dias para

condições ambientais usuais e de acordo com a razão A/C, a classe de resistência do cimento e a

temperatura de cura.

Em suma, em termos de planeamento, deve-se garantir que o betão tenha atingido a

resistência necessária aquando da descofragem, que seja evitada a secagem prematura (regas,

protecções), que se evitem diferenças térmicas exageradas no betão (calor de hidratação,

temperaturas exteriores baixas) e que em situações de temperaturas muito baixas não se permita a

congelação nas primeiras horas (quinze a vinte horas) enquanto não atingir a resistência necessária.

Relativamente à protecção do betão jovem contra a fendilhação de origem térmica, deverá ser

garantido uma temperatura máxima (60 0C segundo a NP ENV 206) e uma diferença máxima

através das secções, durante o arrefecimento, após descofragem (20 0C segundo a NP ENV 206) e

ainda, é recomendável um valor para a diferença máxima através das juntas de construção ou

quando há grandes variações de dimensões nas secções (entre 10 a 15 0C segundo a NP ENV

206).

Em relação à protecção contra baixas temperaturas, uma medida de protecção aconselhável

será aquecer os componentes como os inertes e a água. No caso de temperaturas elevadas

(superior a 60 0C) haverá que proteger o betão, por arrefecimento dos inertes e água de

Capítulo 2

110

amassadura o que é possível através de protecções adequadas, o uso de água com gelo ou mesmo

de nitrogénio líquido para arrefecimento da massa de betão fresco.

(Coutinho, 1988; Eurocódigo 2, 1991; CEB, 1992; NP ENV 206; Esteves Ferreira, 1996;

Sampaio, 1996).

2.5.4 - MÉTODOS DE ACELERAÇÃO DE CURA

Existem vários métodos de acelerar a cura entre os quais os métodos por vapor à pressão

atmosférica em que se procede ao aquecimento dos moldes antes da colocação ou aquecimento

por ciclos, após a colocação do betão. É sempre necessário garantir que o betão não seque. Na

Figura 2.9 mostra-se a evolução das tensões de rotura por compressão do betão, conforme a

temperatura de tratamento. Existem também métodos de aceleração de cura por vapor sob pressão

como os designados por endurecimento em autoclave.

Nos métodos de aceleração de cura, a vantagem de se conseguir aumento de resistência em

pouco tempo poderá ser anulada ou mesmo, ultrapassada pela desvantagem da resistência em

idades mais avançadas não atingir os valores que corresponderiam à cura normal. De facto o

processo de cristalização como é acelerado não é perfeito nem ordenado, originando cristais

pequenos e mal conformados de modo que o crescimento cristalino posterior não se faz em boas

condições - o betão é envelhecido precocemente e com certeza que em termos de permeabilidade e

durabilidade, acarretará inconvenientes.

Figura 2.9 - Evolução da resistência à compressão do betão tratado a diferentes temperaturas, à pressão

atmosférica (Coutinho, 1988).


111

2.6 - DOSAGEM DE LIGANTE

A capacidade de fixação de CO2 e Cl- pela pasta de cimento aumenta com o aumento da

dosagem de cimento.

No entanto as velocidades de carbonatação e de penetração depende muito mais de relação

água/cimento, de compactação eficaz e cura adequada do que propriamente da dosagem de

cimento.

Apesar de tudo é importante que a dosagem de cimento garanta determinada

trabalhabilidade, para que seja possível compactar convenientemente e assim, garantir uma baixa

permeabilidade.

Em termos gerais para obras correntes, uma dosagem de 300 Kg de cimento (por m3 de

betão) é suficiente para se conseguir uma permeabilidade suficientemente baixa e durabilidade

adequada, se se mantiver a relação água/cimento abaixo dos 0,5 a 0,6, dependendo das condições

ambientais (presença ou não de cloretos) e providenciando no sentido de uma cura satisfatória.

Um modo de garantir qualidade suficiente do betão de acordo com a exposição ambiental

será aumentar as resistências mínimas do betão exigidas em relação a cada classe de exposição

ambiental (Na NP ENV 206 o objectivo das classes de resistência mínima é essa).

2.7 - TIPOS DE LIGANTE

Em geral os cimentos compostos ou resultantes de adições de pozolanas, escórias de alto

forno e cinzas volantes são de endurecimento lento nas primeiras idades.

Por estes motivos os cimentos compostos ou com adições são geralmente mais sensíveis à

cura do que o cimento, portland. Assim se o endurecimento tardio for obtido por uma cura adequada

quando se usam cimentos compostos ou com adições, a permeabilidade é menor do que com o uso

de cimentos portland como se esquematiza na Figura 2.10.

Capítulo 2

112

escórias

cimentos compostos

cinzas volantespozolanas naturais

endurecimento lento

Permeabilidade

boa cura

má cura

percentagemde adições

cimentos compostos

cimento portland

cura mais importante do que para o cimento portland

Figura 2.10 - Influência do tipo de cimento na permeabilidade (adaptado de CEB, 1992).

Relativamente à sílica de fumo num trabalho recente de betão confeccionado com essa

adição (5,10,15 e 20% da massa de cimento), conclui-se que estes betões exigem um tempo de

cura menor ou igual ao equivalente fabricado com cimento portland tipo Ι, isto é, o betão com sílica

de fumo tem um comportamento diferente dos betões fabricados com outras adições (Khan e Ayers,

1994), conseguindo-se resistências iniciais elevadas, ao contrário de betões, por exemplo, com

cinzas (Proença, 1996).

A resistência à penetração de cloretos e à maioria dos ataques químicos é mais elevado em

cimentos compostos ou com adições, relativamente ao cimento portland, o mesmo não acontecendo

com a resistência à carbonatação (ver figura 1.58 a 1.60) e resistência a ciclos gelo/degelo,

sobretudo quando o betão é mal curado.

Em relação à resistência aos sulfatos a vulnerabilidade dos betões está directamente

relacionada com a vulnerabilidade do teor em aluminato tricálcico (3CaO. Al2 O3). Os betões

resistem aos sulfatos tanto melhor quanto maior for a impermeabilidade do betão e menor o teor em

aluminato tricálcico do cimento usado, pelo que é a aconselhável o uso de cimentos com baixo teor

daquele composto (Coutinho, 1974; CEB, 1992; Coelho, 1996). Se o ataque é muito severo é

conveniente protecção adicional constituído por um sistema de protecção contra a penetração por

impregnação hidrófuga com revestimento interior dos poros (Rodrigues, 1996). Os revestimentos

são constituídos, por exemplo, por pinturas, tratamento de superfície com betuminosos ou resinas

sintéticas.


113

2.8 - INERTES, TIPO E GRANULOMETRIA

Como visto anteriormente (1.3.1.3) é necessário ter presente a possibilidade de reacção

álcalis/inerte ou álcalis/carbonato ou a sua resistência a ciclos gelo/degelo, na escolha do tipo de

inerte, assim como a reacção de agentes agressivos tais como cloretos, sulfatos, impurezas

orgânicas como o ácido húmido, impurezas inorgânicas como argila ou outras impurezas de grande

finura para além de ser necessário considerar a porosidade dos inertes.

Assim, e de um modo geral, não devem ser usados inertes com sílica sob a forma de opala,

calcedónia ou cristobalite, granitos com feldspatos alterados ou em vias de alteração (caulinizados),

inertes com sulfuretos ou sulfatos (gesso), inertes com minerais argilosos ou óxidos de ferro nem

inertes como os calcários ou grés (rochas geladiças).

Existem vários processos de verificação da qualidade dos inertes para fabrico do betão tendo

em vista o exposto anteriormente, entre os quais:

∗ Ensaios de resistência mecânica - determinação da tensão de rotura, ensaios de

esmagamento, ensaios de desgaste e abrasão(Los Angeles).

∗ Ensaios de desagregação pelo sulfato de sódio e magnésio.

∗ Ensaios relativos à forma das partículas dos inertes, por exemplo, determinação do

índice volumétrico.

∗ Ensaios de absorção de água.

∗ Ensaios relativos às reacções dos álcalis do cimento com o inerte.

∗ Ensaios referentes às impurezas contidas nos inertes tais como impurezas de origem

orgânica, partículas de argilas, partículas finas e matéria solúvel, partículas friáveis,

moles e leves.

∗ Ensaios relativos aos teores de cloretos, sulfuretos, sulfatos e álcalis.

Para o cálculo das quantidades dos componentes, quando se estuda a composição do betão,

é necessário ainda, conhecer a massa volúmica dos inertes, a absorção, a sua humidade, baridade

e granulometria (Coutinho, 1988; LNEC E373).Em relação à granulometria, esta deve conduzir a

uma mistura o mais compacta possível (Durriez Arrambide, 1962; Sampaio, 1978; Coutinho, 1988;

CEB, 1992).

2.9 - PESSOAL TÉCNICO

A responsabilidade dos engenheiros, técnicos e pessoal de construção civil, é fundamental e

decisiva em termos de obtenção de uma estrutura durável.

Capítulo 2

114

De facto, a produção de betão e execução de estruturas segue procedimentos muito simples

comparados com os procedimentos noutras tecnologias estruturais tais como a aeronáutica,

tecnologia nuclear ou electrónica e consequentemente, a influência da qualidade do desempenho do

pessoal técnico envolvido é muito importante em termos de produto final obtido.

Griffiths et al., levaram a cabo um estudo estatístico englobando noventa e cinco edifícios de

cinco a trinta e seis pisos, em Sidney, Austrália, e concluíram que os edifícios com mais pisos

estavam em melhor condições devido ao profissionalismo, isto é, à responsabilidade demonstrada

pelos engenheiros, técnicos e mão de obra, perante as obras de maior envergadura (Griffiths et al,

1987).

Na realidade uma elevada proporção de defeitos estruturais e funcionais podem ser atribuídos

ao não cumprimento de regras de projecto e construção amplamente reconhecidas, à falta de

experiência e especialização insuficiente do pessoal ou, simplesmente, devido à falta de atenção

dos operários.

É importante que se proceda a uma educação contínua e eficiente de todo o pessoal

envolvido nas obras, no que refere a novas teorias, novas tecnologias e que haja transmissão da

experiência adquirida com o objectivo de motivar o pessoal e envolvê-lo no trabalho, reduzindo

assim o risco de falhas e erros por negligência e falta de conhecimentos. Na obra, um dos

processos de manter um controle geral das armaduras e processos necessários na criação de

estruturas complicadas e sobretudo controlar a interdependência das tarefas e momentos de

execução durante a construção é a existência de um manual de manutenção de qualidade.

No entanto nem o mais rigoroso sistema de procedimentos de controle pode compensar a

falta de motivação do pessoal para produzir um produto final de qualidade.

(Griffiths et al, 1987; Rostam, 1989; CEB, 1992)

2.10 - EXPOSIÇÃO AMBIENTAL

A durabilidade de uma estrutura de betão armado ou pré-esforçado depende das interacções

entre o material (betão e aço das armaduras) com o ambiente que rodeia essa estrutura e que leva

à deterioração do betão e corrosão das armaduras.

Assim, é fundamental procurar definir com a maior precisão possível o ambiente que rodeia

as estruturas.


115

A abordagem clássica tem sido definir "classes de exposição ambiental" referentes a cada

tipo de ambiente, englobando os vários agentes agressivos e o seu grau de agressividade, e a partir

daí definir requisitos, em termos de durabilidade, tais como, por exemplo, a relação máxima

água/cimento, a dosagem mínima de cimento etc., que conduzam a um betão suficientemente

impermeável.

Na Europa e aqui em Portugal (NP EN 206) é esta a abordagem utilizada. Uma abordagem

diferente é a de autores japoneses (Kunishima e Okamura, 1989) que propuseram racionalizar o

projecto de uma estrutura em função da durabilidade, considerando que a durabilidade pretendida

para uma estrutura em determinado ambiente pode ser obtida através de várias combinações de

procedimentos construtivos. Para tal sugeriram que, para determinada obra, se definissem dois

índices - um relativo à durabilidade e o outro relativo ao ambiente: o primeiro índice seria calculado

em fase de projecto, em função da avaliação relativa aos métodos construtivos usados, qualidade

dos materiais e pormenorização. O segundo índice - referente ao ambiente, seria calculado de modo

que não fosse necessário proceder a reparações durante o período de vida pretendido para a obra.

O índice de "durabilidade" teria que exceder o índice de "ambiente" para que a obra atingisse a

durabilidade pretendida.

2.11 - RECOBRIMENTO

Para além da permeabilidade do betão de recobrimento que deve ser reduzida de modo a

evitar a penetração dos agentes agressivos (líquidos ou gasosos) deve ser também considerada

determinada espessura de recobrimento sobre as armaduras de modo que estas estejam protegidas

durante o tempo de vida da obra.

A espessura de recobrimento é, na realidade muito importante em termos de durabilidade.

Alías autores australianos (Griffiths et al, 1987) concluíram, a partir de um estudo estatístico das

falhas verificadas em 95 edifícios de cinco a trinta e seis pisos, que uma das causas mais

importantes dessas falhas era o recobrimento insuficiente.

Como visto anteriormente (1.3.2.3 e 1.3.2.4), a carbonatação e a penetração de cloretos na

camada de betão de recobrimento são os principais processos que levam à corrosão das

armaduras. Estes mecanismos, como visto no capítulo 1, variam grosso-modo com a raiz do tempo,

pelo que, se se considerasse determinada espessura de recobrimento que resistisse durante, por

exemplo, cem anos, conduziria a uma resistência de apenas cerca de um quarto do tempo, como se

exemplifica na Figura 2.11 (Concrete Society, 1996).

Capítulo 2

116

Figura 2.11 - Efeito da espessura de recobrimento (Concrete Society, 1996).

Partindo de conhecimentos actuais sobre os mecanismos de carbonatação e penetração de

cloretos que causam corrosão das armaduras e apresentadas em 1.3.2 é possível estabelecer,

como visto em 1.1.3, gráficos do tipo apresentado nas Figuras 2.12 e 2.13, que possibilitam, para

um determinado ambiente de exposição, de acordo com o tipo de betão previsto (classe, tipo de

cimento, adições), estimar o recobrimento necessário de acordo com a vida útil que se pretende

para a estrutura. (Heléne, 19962).

Figura 2.12 - Ábaco para obtenção da espessura de recobrimento das armaduras em função do ambiente (zona

urbana e industrial), do betão (C10 a C50) e da vida útil desejada (1 a 100 anos) (Heléne, 19962).


117

Figura 2.13 - Ábaco para obtenção da espessura de recobrimento das armaduras em função do ambiente (zona

de respingos de maré), do betão (C10 a C50) e da vida útil desejada (Heléne, 19962)

Na Figura 2.14 apresenta-se uma ábaco da mesma índole dos anteriores, em que se confirma

o facto de a impermeabilidade do betão de recobrimento ter uma influência preponderante

comparada com a influência da espessura de recobrimento em termos de durabilidade, pelo que é

preferível a utilização de betões de alta qualidade em vez de aumento das espessuras de

recobrimento que podem até implicar utilização de armaduras de pele (Costa e Appleton, 1996).

Figura 2.14 - Idade relativa ao início da corrosão. (Costa e Applelon, 1996)

Capítulo 2

118

Refere-se ainda que, em termos de corrosão iniciada e portanto, após a fase em que os

agentes agressivos já tenham transposto o betão de recobrimento, a velocidade de corrosão

depende também de diâmetro das armaduras. Assim, com o mesmo recobrimento são as

armaduras de maior diâmetro que corroem mais intensamente, relativamente às de menor diâmetro,

(Ravindrajah, 1987), como se esquematiza na Figura.2.15.

betão carbonatadoou

betão com cloretos

agentes corrosivos

maior corrosão menor corrosão

RR

Figura 2.15 - Corrosão em função do diâmetro das armaduras.

Se o betão de recobrimento for muito permeável, isto é, de má qualidade é provável que o

betão não fissure muito cedo na vida da obra, pois os produtos da corrosão conseguem difundir-se

até à superfície da estrutura notando-se descoloração da superfície do betão (Ravindrarajah e Org,

1987).

2.12 - PROJECTO E PORMENORIZAÇÃO

Em termos de durabilidade devem-se evitar pormenores complicados, isto é, para que uma

estrutura seja durável é importante que seja fácil a sua execução, que se possa construir bem, em

suma, que a obra seja simples (Figura 2.16), o que nem sempre é possível por razões

arquitectónicas.

COMPLEXIDADE = PROBLEMAS

Figura 2.16 - Simplicidade implica durabilidade.

Assim, na fase de projecto e pormenorização é fundamental em termos de durabilidade

atender a diversos aspectos entre os quais:


119

1 - forma dos elementos estruturais deve ser tal que conduza a uma drenagem adequada

evitando a saturação do betão. Será portanto, conveniente evitar a concepção de

superfícies horizontais, por exemplo como na Figura 2.17, ou utilizar sistemas de

protecção adicional, sobretudo em zonas submetidas a ciclos de molhagem/secagem.

Figura 2.17 - Projecto de pormenores.

2 - Em zonas da estrutura correspondentes a pontos fracos, por exemplo juntas, dever-se-á

ter cuidado especial na pormenorização em termos de permitir uma drenagem conveniente

(ver figura 1.53).

3 - As superfícies do betão devem ser lisas e em rebordos ou "esquinas" de elementos

estruturais as espessuras de recobrimento das armaduras devem ser respeitadas em

ambas as direcções pois os agentes agressivos penetrarão por ambos os lados do rebordo

ou esquina.

4 - A pormenorização das armaduras é fundamental no que respeita ao estado de fendilhação

que se instalará na estrutura nas várias fases da vida da obra (ver 1.3.1.1). É necessário

que a pormenorização das armaduras permita a colocação e compactação convenientes

do betão, como se esquematiza um exemplo na Figura - 2.18, e conduza à instalação de

estados de fendilhação toleráveis em termos de distribuição e de aberturas das fissuras.

(CEB, 1992; Poineau, 1989; Geyer, 1989; Blades e Perl, 1989; Salta, 19961)

Capítulo 2

120

colocação compactação

difíceisespaçamento inadequado

colocação compactação fáceis

Figura 2.18 - Projecto de pormenores

2.13 - PROTECÇÃO ADICIONAL

2.13.1 - CONSIDERAÇÕES GERAIS

Em situações de elevada agressividade do ambiente pode ser necessário recorrer à

protecção adicional que permita controlar os processos de corrosão das armaduras e deterioração

do betão e assim, prolongar a vida útil das estruturas de betão armado e pré-esforçado.

Foram já feitas várias referências em pontos anteriores a medidas que se podem tomar para

proteger o betão contra o ataque por agentes agressivos que levam à sua deterioração e à corrosão

das armaduras e que se apresentaram, de uma forma resumida nos quadros 2.1 a 2.5.

Resumidamente poder-se-á dizer que, em condições usuais, a durabilidade de uma estrutura

depende:

→ da permeabilidade (relação água/cimento baixa, compactação, cura, etc.) e da

espessura de recobrimento.

→ do tipo de cimento (adições)

No caso de se pretender prolongar a vida útil de uma estrutura será então necessário utilizar

protecção adicional.

À semelhança da classificação feita para os mecanismos de agressividade, a protecção

adicional pode ser conferida em especial ao betão ou em especial às armaduras.

Na Figura 2.19 apresentam-se resumidamente os métodos de protecção usados actualmente, quer

a nível de betão quer a nível de armaduras (CEB, 1995; Salta e Fontinha, 1996).


121

2

Figura 2.19 - Protecção do betão e do aço contra os agentes agressivos.

2.13.2 - PROTECÇÃO ADICIONAL AO BETÃO

Este tipo de protecção adicional será necessário em condições de elevada agressividade

entre as quais ambientes de elevada acidez, elevada concentração de sais de magnésio,

amoniacais ou com elevado teor em sulfatos (ver 1.3.1.3).

Nestas condições dever-se-á então usar protecção adicional adequada constituída por um

revestimento delgado (espessura até 1mm) que funciona por impregnação hidrófuga com

revestimento interior dos poros ou, então, revestimentos mais espessos (1 - 5 mm) que funcionam

por impregnação com bloqueamento total ou parcial dos poros. Estes sistemas de protecção devem

ser estudados de acordo com o agente agressivo em causa, sua concentração, o ambiente a que

estará sujeito (o próprio sistema de protecção também se pode degradar), o estado de fissuração

Capítulo 2

122

que se prevê para o betão, etc. (Rodrigues, 1996). Os tipos de revestimento podem ser de natureza

diversa como por exemplo silano, silicone, resinas epoxídicas poliuretanos, poliester, acrílicos, vinis

oleoresinosos etc. (Appleton, 1997).

2.13.3 - PROTECÇÃO ADICIONAL AO AÇO

É possível conferir protecção adicional às armaduras, para além da conferida por baixa

permeabilidade do betão de recobrimento, suficiente espessura deste e tipo de cimento apropriado

(adições). A protecção adicional terá como objectivo principal protelar a penetração de cloretos ou a

progressão da carbonatação, até às armaduras (ver 1.3.2.2).

Existem vários tipos de protecção adicional relativamente às armaduras, que actuam a nível

do betão, a nível da armadura ou a nível de ambiente externo.

1. Protecção adicional a nível do betão:

As armaduras podem ser protegidas adicionalmente através do tratamento do betão que as

envolve quer por introdução de inibidores de corrosão durante a produção do betão ou por

impregnação posterior (Fadayomi, 1997), como se esquematiza na Figura 2.20 (Sika, 1996), quer

por protecção das superfícies do betão com revestimentos que dificultam ou impedem a penetração

de dióxido de carbono, cloretos e/ou oxigénio (por exemplo, soluções de silano) até às armaduras.

(Rodrigues, 1996; Salta e Fontinha, 1996; Glauz e Jain, 1994; Nmai, 1995).

Figura 2.20- Protecção adicional das armaduras, através de inibidores introduzidos no betão na produção ou por

impregnação posterior (Sika, 1996).


123

2. Protecção adicional a nível da armadura:

Este tipo de protecção pode ser feito por exemplo pelo uso de aços com maior resistência aos

meios agressivos, como o aço inoxidável, ou então, pelo uso de armaduras com revestimentos

metálicos, com por exemplo o zinco (aço galvanizado) - Figura 2.21, ou com revestimentos de

resinas epoxídicos ou ainda por prevenção catódica. No Quadro 2.6 comparam-se os revestimentos

galvanizados e epoxídicos (Salta e Fontinha, 1996), no entanto refere-se que as desvantagens dos

revestimentos epoxídicos parecem ser devidos sobretudo à danificação do revestimento na

dobragem do aço durante a construção. Os revestimentos com PVC caíram em desuso em virtude

de se ter constatado que o próprio PVC se deteriora. Também é possível prevenir a corrosão das

armaduras, através da prevenção catódica.

Figura 2.21 - Velocidade de corrosão do zinco em função do pH (CEB, 1995; Salta e Fontinha, 1996).

Quadro 2.6 - Comparação entre a galvanização e a aplicação de resinas epoxídicas (Salta e Fontinha, 1996).

Galvanização Resinas epoxídicas

Influência no aço nenhuma nenhuma Temperaturas suporta os 200 0C - 300 0C sem danos tolera os 200 0C mas acima dos 100 0C

podem ocorrer problemas de aderência betão/aço

Ligação ao betão desenvolvimento mais tardio nos tempos iniciais mas no fim é igual à do aço não revestido

redução em média de 15% em relação ao aço não revestido; podem originar perdas de aderência a cargas inferiores

No betão carbonatado benéfico não há referências de grandes problemas na sua aplicação

Influência no aço nenhuma nenhuma

No betão contaminado com cloretos cloretos adicionados ao betão redução do tempo de serviço devido à formação de picadas cloretos exterior teores acima 1% - 1.5% do cimento podem ser prejudiciais se o betão tiver períodos cíclicos de humedecimento

resistem bem aos cloretos (se não estiverem excessivamente danificados);há alguns registos de experiências muitonegativas

No betão fissurado velocidades de corrosão aceleradas em fissuras de larguras > 0.3 mm (dependendo da espessura do recobrimento)

redução do perigo de corrosão (se não estiver danificado)

Capítulo 2

124

Em relação à prevenção catódica, este método consiste em aplicar às zonas catódicas o

potencial das regiões anódicas. Existem dois processos de obter este resultado, um primeiro que

consiste em utilizar como ânodo um metal menos nobre do que o metal a ser protegido (Coutinho,

1974), isto é de potencial mais baixo, ou então, aplicar uma corrente directa através do betão e a

partir de um sistema anódico, em geral colocado sobre a superfície do betão, ligado a uma fonte de

baixa voltagem (terminal positivo). A corrente é aplicada através do betão até à armadura que

funciona como cátodo, estando este ligado ao terminal negativo - Figura 2.22.

È possível usar protecção catódica posterior em armaduras revestidas com epoxy se previsto

de início, usando uma técnica especial de revestimento das armaduras depois do corte, dobragem e

montagem dos varões. Conjuntos de armaduras são imersos em tanques com pó de epoxy

fluidizado (Rostam, 1995).

Figura 2.22 - Esquema da protecção catódica de armaduras numa estrutura de betão (Pedeferri, 1996).

Na utilização deste método de prevenção ou protecção adicional, é necessário tomar em

consideração vários aspectos tais como condições de operação, distribuição da corrente, risco de

fragilização por hidrogénio, sistema anódico e monitorização, testes à continuidade catódica,

execução de obras de reparação, manutenção etc. (Consultar CEN/TC262/SC2/WG2 - Cathodic

Protection of Steel in Concrete, Part one: Atmospherically Exposed Concrete, em publicação e

NACE Standard RPO290 - 90 - Cathodic Protection of Reinforcing Steel in Atmospherically Exposed

Structures) (Pedeferri, 1996).

Na Figura 2.23 apresenta-se um esquema dos diferentes métodos de protecção contra a

corrosão das armaduras, incluindo inibidores de nitrito (de sódio e cálcio), em relação ao limite

crítico da concentração de cloretos (Cr ) no betão para ocorrer corrosão (Salta e Fontinha, 1996).


125

Figura 2.23 - Valores máximos de concentração de cloretos suportados pelos diferentes métodos de protecção

contra a corrosão das armaduras (Salta e Fontinha, 1996).

3. Protecção adicional a nível do ambiente

Por vezes é possível evitar que determinados agentes agressivos invadam o ambiente

circundante da estrutura controlando a sua quantidade ou o seu tipo (sais descongelantes)ou

controlando a humidade e temperatura (ar condicionado).

2.1 - consideraÇÕes gerais -...

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