A NORMA DE DESEMPENHO E AS ESTRUTURAS DE CONCRETO

Prof. Luiz Carlos Pinto da Silva Filho Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)

Diretor – Escola de Engenharia / Centro de Estudos e Pesquisas em Desastres (CEPED-RS)

Lider do Grupo de Pesquisa LEME – Laboratorio de Ensaios e Modelos Estruturais

Membro do Conselho Superior do IBRACON

Presidente de Honra da Associacao Latino Americana de Patologia das Construcoes (ALCONPAT INT)

Mudança de Paradigma

2013

Entrada em Vigor da Norma de Desempenho

NBR 15.575/13

Construção em Concreto

Norma de Desempenho

Mudança Radical ou Consolidação?

1. Desempenho estrutural 2. Segurança contra incêndio 3. Segurança no uso e operação 4. Estanqueidade 5. Desempenho térmico 6. Desempenho acústico 7. Desempenho lumínico 8. Saúde, higiene e qualidade do ar 9. Funcionalidade e acessibilidade 10. Conforto tátil 11. Durabilidade 12. Manutenabilidade 13. Adequação ambiental

Em linha com tendências internacionais

Implementação e Impactos

Impacto nas técnicas de projeto, seleção de materiais e escolha de

sistemas construtivo

REQUISITOS MÉTODOS DE ENSAIO CRITÉRIOS DE ACEITAÇÃO

Dese

mpenho

Tempo

Vida Útil

Limite Mínimo Requerido de Desempenho

Deterioração / Envelhecimento

FALHA

Desempenho Inicial

Panorama Atual de Mudanças

2013

Norma de Desempenho

Revisão NBR 6118

Projeto de Norma de Reforma

Projeto de Norma de Inspeção Predial

PESQUISAS Sensores ; Novos Materiais ; Monitoramento

Auditoria de Projeto

Cuidados com Intervenções

Vistorias Regulares

BIM

Intervenções Previstas em Projeto (Manutenção) x Intervenções não Previstas

DESGASTE TROCA DE PNEU Intervenção de Manutenção

(PREVISTA EM PROJETO)

RASGA – TROCAR

Intervenções Corretivas Não Programadas Incremento $$$$$ EVITAR OU MINIMIZAR!!!!!

FURO - REPARAR

Desempenho

Tempo

Mínimo Requerido

Mudanca Paradigmatica

DESEMPENHO

INSPEÇÃO

AUDITORIA DE

PROJETO

3a. Revolução da Qualidade na Construção

Civil

(Foco: Qualidade do Produto)

MANUTENÇÃO

BIM

1ª - ISO 9000 2ª - PSQ

Impactos sobre as diferentes etapas do ciclo de vida das construções

CONCEPCAO

PROJETO

EXECUCAO

USO

DESMOBILIZACAO

CONSERVAÇÃO DE ESTRUTURAS

“Lifecycle Management”

Visão de Conservação de Estruturas

• No fib Model Code 2010 Service Life Design, conservação é definida como englobando todas as atividades voltadas a manter ou “retornar” uma

estrutura a um estado que satisfaça os requisitos de desempenho;

• Tipicamente, a conservação tem 2 objetivos básicos:

– atividades dedicadas a permitir que a estrutura atinja a vida útil prevista no processo de projeto (VPU);

– atividades dedicadas a estender a vida útil de serviço, permitindo que ela atenda requisitos revisados de desempenho, mais exigentes (por exemplo, carregamentos maiores ou novas funções).

• Atividades de monitoramento e manutenção da condição de conservação devem ser previstas no projeto da estrutura;

• O planejamento do processo de conservação é desenvolvido com base em PREMISSAS DE PROJETO e em uma ESTIMATIVA (Prognosis) DO COMPORTAMENTO da estrutura submetida a condições de carregamento e exposição ambiental ao longo da vida útil, considerando os REQUISITOS DE DESEMPENHO estabelecidos;

Analisando as Repercussões…

Concepção Projeto Execução Uso

REVOLUÇÃO DA QUALIDADE COM BASE NO DESEMPENHO

Construção em CONCRETO

INSPEÇÕES

AUDITORIA DE PROJETO

REQUISITOS REFORMAS SEGURANÇA

CONTRA INCÊNDIO

Repercussões na Fase de Concepção

• Entender/registrar melhor requisitos tecnicos, do cliente e ambientais (REQUISITOS E METODOS)

• Estruturas mais integradas com o ambiente – Desenvolvimento urbano

– Comunicação

– Preservação/geração de recursos (água, energia…)

– Sociais (convívio)

• Obras mais “customizadas” / adaptadas ao ambiente local

• Mais tempo/recursos investidos na fase de concepção

PARKROYAL Pickering / Cingapura WOHA Architects (Fonte: Plataforma BIM)

INTERFACES

CONCEPCAO PROJETO

REQUISITOS DO CLIENTE

REQUISITOS AMBIENTAIS

REQUISITOS DE DESEMPENHO NBR 15.575

NEGOCIAÇÃO /PROJEÇÃO DO DESEMPENHO REQUERIDO

FORMA DE USO - VIDA UTIL

CONTRATO ACORDO

ENTENDIMENTO

Novos Requisitos para Análise de Soluções Estruturais

Lajes Planas de Grandes Vão Esbeltas / Vibração

Fadiga

Desplacamento / Isolamento

Transmissão de Ruído

Conforto

1. Desempenho estrutural 2. Segurança contra incêndio 3. Segurança no uso e operação 4. Estanqueidade 5. Desempenho térmico 6. Desempenho acústico 7. Desempenho lumínico 8. Saúde, higiene e qualidade do ar 9. Funcionalidade e acessibilidade 10. Conforto tátil 11. Durabilidade 12. Manutenabilidade 13. Adequação ambiental

Segurança contra Incêndio

• TRRF x Dinâmica de Incêndio

• Projeto de segurança contra incêndio – decisões construtivas

• Comportamento de estruturas mistas

• Simulação e preparação para abandono

• Comportamento de membrana de lajes tipo steel-deck

(otimização da proteção)

Segurança no Uso e Operação

Segurança / Funcionalidade Subsistemas (Ex: Guarda-corpo)

Fachadas, escadas, pisos, pontas e cantos cortantes e perfurantes, etc...

Projeto com foco no conforto do usuário

1. Desempenho estrutural 2. Segurança contra incêndio 3. Segurança no uso e operação 4. Estanqueidade 5. Desempenho térmico 6. Desempenho acústico 7. Desempenho lumínico 8. Saúde, higiene e qualidade do ar 9. Funcionalidade e acessibilidade 10. Conforto tátil 11. Durabilidade 12. Manutenibilidade 13. Adequação ambiental

Novos requisitos para o projeto de estruturas-componentes de concreto

1. Desempenho estrutural 2. Segurança contra incêndio 3. Segurança no uso e operação 4. Estanqueidade 5. Desempenho térmico 6. Desempenho acústico 7. Desempenho lumínico 8. Saúde, higiene e qualidade do ar 9. Funcionalidade e acessibilidade 10. Conforto tátil 11. Durabilidade 12. Manutenibilidade 13. Adequação ambiental

Novos critérios e cuidados de projeto / monitoramento / estímulo ao uso de novos materiais / visão de ciclo de vida

PROJETO PARA VIDA UTIL

Projeto para Vida Útil

fib MODEL CODE Service Life Design (SLD)

ISO 2394 – General Principles on Reliability for Structures ISO 1383 – General Principles on the Design of Structures for Durability

TRADUÇÃO

E

DIVULGAÇÃO

Abordagens de Projeto

Avoidance of Deterioration

Full Probabilistic

Partial Safety Factors

Deemed to Satisfy

Fib Model Code for Service Life Design

fadiga / corrosão / fissuração: critérios fixos com pouca

margem para ajustes em projeto

Dimensionamento Concreto

Vida Útil

Lidar com Incerteza

ISO 16204

Introduz 4 modelos

• Corrosão induzida por carbonatação

• Corrosão induzida por cloretos

• Ataque gelo-degelo sem sais de degelo ou presença de água marinha

• Ataque gelo-degelo na presença de sais de degelo ou água marinha

Não aborda

• Ataque químico

• Reação Álcali-Agregado Não existem modelos consensuais

NEED TO BE DEVELOPED!!

Modelo de Carbonatação

K = coeficiente de carbonatação, que reflete a resistência básica do traço utilizado (relação a/c, tipo de cimento, presença de adições, etc) em condições padrão de ensaio, submetido a condições de exposição de referência (UR, Concentração de CO2). Também embute a qualidade de execução. W(t) = função de exposição ambiental, que corrige a equação para as condições específicas mesoclimáticas de exposição consideradas em projeto para os componentes de concreto em análise

Em novas estruturas – podem ser derivados da literatura, ensaios e/ou de estruturas existentes com características semelhantes Para análise da Vida Útil remanescente podem ser deduzidas da análise de dados coletados da própria estrutura

Xc = espessura carbonatada < Cobrimento

Modelo de Penetração de Cloretos

Baseado na 2ª. Lei de Fick

EXPLICITAR CONFIABILIDADE

Exemplo: Projeto Probabilístico para Vida Útil

25

Qual a chance de dano aceitável?

Modelo de Gelo-Degelo

Requisito de VUP para concreto

Conhecimento Processos de Deterioração

Modelos de Cálculo da VUP

esperada

Requisitos Mínimos

Novos requisitos para o projeto de estruturas-componentes de concreto

1. Desempenho estrutural 2. Segurança contra incêndio 3. Segurança no uso e operação 4. Estanqueidade 5. Desempenho térmico 6. Desempenho acústico 7. Desempenho lumínico 8. Saúde, higiene e qualidade do ar 9. Funcionalidade e acessibilidade 10. Conforto tátil 11. Durabilidade 12. Manutenabilidade 13. Adequação ambiental

Critérios e parâmetros pouco definidos Consolidação de critérios existentes Acompanhar evolução das normas ISO

COMITE TECNICO VIDA UTIL IBRACON

Considerar forma de uso no projeto de vida útil

Condição de Exposição

Edifício residencial de múltiplos pavimentos. Fonte: Revista Téchne

Durabilidade

UTILIZAÇÃO

MEIO AMBIENTE

Concretos Cromáticos e Decorativos

30

Egon Vetorazzi Light Reflecting Glass Beads in UHPC Matrix Concretos

Cromáticos

Concretos Decorativos

Melhor especificação dos materiais em nível de projeto

• Fc

• E

• Cobrimento

• Taxa de absorção

• K(co2)

• D(cl)

• Ft /Resiliência(compósitos com fibras)

Atual

África do Sul

TESTES EXPEDITOS CRITÉRIOS DE ACEITAÇÃO

Capacidade de absorção superficial

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

Tempo

m3

Referência Sistema silano/siloxano Sistema silicatos

Estímulo ao uso de novos materiais que agreguem valor

33

Comportamento a tração

SHCC - Strain Hardening Cement Composites (Bendable Concrete)

34

• 500x mais resistente à fissuração

• 40% mais leve

• 2% microfibras

• Alta durabilidade

UFRGS Self-Healing Menor custo que ECC

Compósitos de Alto Desempenho – CPR (Concreto de Pós Reativos)

170-190 Mpa Empacotamento partículas Hibridização fibras Comportamento frágil

Concrete Cloth

Lançamento Auto-adensável Adaptável

Concreto Permeável

• Controle Inundações – Capacidade de armazenagem

– Redução do escoamento superficial

• Benefícios Ambientais – Redução ilhas de calor

– Reabastecimento lençol freático

– Oxigenação

– Controle CO2

UFRGS

37

Matrizes não Portland: Aluminatos

Calcium Aluminate Concrete (CAC)

Micro/Nano Estruturas / Partículas

Dióxido de Titânio (fotocatálise/autolimpante)

Partículas de prata Biocida

Nanotubos (aumentar fc / aumentar energia

fratura/ conduzir eletricidade) Concretos Sensores

Nanosílica (durabilidade e resistência) VHSM

Nanocoatings (proteção e coloração)

% de sucesso ??????

Agregar Valor

Superfícies Autolimpantes

Incorporação de Materiais Fotocatalíticos

(TiO2)

40 Maior resistência à sujidade e capacidade de despoluição

Novos Materiais

NEWS GERDAU (Maio/2013)

A Gerdau, juntamente com outras sete empresas, está participando do projeto NAMOS, que está sendo desenvolvido na União Europeia. O objetivo do estudo é aprimorar, por meio da nanotecnologia, as propriedades mecânicas dos aços especiais e reduzir o consumo de energia durante o processo produtivo.

O projeto envolve 35 pesquisadores de diversos países da Europa e o valor do investimento na pesquisa é de 1,1 milhão de euros.

A pesquisa beneficia especialmente o setor automotivo, na medida em que aprimora as características mecânicas do aço como resistência, tenacidade e vida útil do produto.

Os aços especiais nanoligados também podem ser aplicados em aerogeradores, equipamento utilizado no segmento de energia renovável.

Projeto cada vez mais complexo

Gestão de Projeto

Segurança contra

Incêndio

Projeto Estrutural

Projeto de Materiais

(Concreto)

Dimensionamento de

Subsistemas (Guarda-

Corpo - Forros – Elevadores,

etc) Simulações Térmicas e Acústicas

Inventário de Custos

Ambientais

Análises Econômicas

Projeto Arquitetônico

BIM Project

Manager

Time de Especialistas Atuação Integrada

INTERFACES

PROJETO

DECISÕES/INFORMAÇÕES DE PROJETO

CONSOLIDAÇÃO DO DESEMPENHO

EXECUÇÃO

3D BIM REQUISITOS DE EXECUÇÃO

PARA ALCANÇAR DESEMPENHO Materiais Sistemas

Forma de Montagem / Assembly

Estímulo à Industrialização/Pré-fabricação

Melhor controle Mais uniformidade Mais produtividade Necessidade de ajuste do marco fiscal!!

Perspectivas para pré-fabricados (PF) de concreto é promissora com crescimento para até final da década (Amaryllis Romano – economista e consultora da Tendências Consultoria Integrada) Anuário ABCIC

“consegue fazer bem mais com menos e com resíduo zero “(Paulo Helene)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 10 20 30 40 50

tempo (anos)

Cl-

(%

so

bre

a m

assa

de

cim

ento

)

0,28 0,45 0,75

Atenção aos cuidados básicos Controle da Relação a/c

45

6,8 17,5

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

0

5

10

15

20

25

30

Obs 0%

Obs 5%

Obs 10%

Obs 15%

Obs 20%

0%

5%

10%

15%

20%

Pro

fundid

ade c

arb

onata

ção -

Ecc

(m

m)

Relação água/cimento

0 5 10 15 20

Obs0,30

Obs0,35

Obs0,45

Obs0,60

Obs0,80

Teor de sílica ativa (%)

0,30

0,35

0,45

0,60

0,80

Dal Molin et al.

• Limitação Relação a/c

Relação a/c < 0,50 0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200 1320 1440

Tempo (min)

Co

rre

nte

(A

)a/c 0,35

a/c 0,5

a/c 0,7

Silva Filho e Torres

Duplica expectativa de vida útil

Penetração Cloretos Condições Agressivas

Corrosão Por Carbonatação

0,75

0,40

Atenção aos cuidados básicos Controle do Cobrimento

46

C

NBR 6118 (2003) – Aumento do cobrimento

Modelo simples de

carbonatação Xc =k √t com k

=0,3 (bom concreto)

2,7 anos – Xc = 0,5 11 anos – Xc = 1

25 anos – Xc = 1,5

44 anos – Xc = 2

Classe de agressividade

ambiental

I II III IV

Cobrimento nominal (mm)

Laje 20 25 35 45

Viga/

Pilar 25 30 40 50

JUDICIALIZAÇÃO

Cura

Uso de materiais menos propensos a falhas

CONCRETO AUTO-ADENSÁVEL

• Principal avanço recente

• Uso em larga escala

– Dispensa uso de vibração

– Facilita adensamento e acabamento

– Reduz ruído e mão de obra

– Mais compacto

48

Impacto ambiental Precisa de finos: Cimento Cinzas (Casca de Arroz, Bagaço de Cana, Açaí, etc) Pó de Brita Resíduos Lavagem caminhões, Corte de pedras ornamentais, Britagem de agregados naturais ou reciclados Lodos tratamento água

CONTROLE ADICIONAL VIA ENSAIO DE ADERÊNCIA – GRUPO APULOT

Controle Tecnológico

Ançaalise aos 7 dias

Sistema de Qualidade da Execução

Controle Tecnologico

Inspeções durante a Obra

Auditoria de Projeto

CONTROLE DE QUALIDADE DA

EXECUCAO (CQE)

MATERIAIS

PROJETO ATENDIMENTO DE ESPECIFICACOES DE PROJETO / EARLY PROBLEM DETECTION

Inspeção durante execução

MODEL CODE 2010 SLD / Eurocode

Acompanhamento da Execução

"Crews are at work replacing a 500-foot section of a 755-foot-long concrete railroad bridge north of Oceanside, Calif. Rebuilding the portion of the bridge was a decision contractors made after "tiny cracks spread through the superstructure after wooden braces that supported concrete molds fell down before the material had properly set." Flatiron Construction and Herzog Contracting are the contractors on the $40.6 million bridge project"

Marine Worms Destroy San Diego Bridge

By Marc Howe Top Image: Railroad Bridge over the Santa Margarita River on Camp Pendleton. (Don Bartletti / Los Angeles Times)

Sistemas de Inspeção

Inspeções durante a Execução

Inspeções Regulares Inspeções Especiais

Inspeção Cadastral Controle de Entrega

Funcionalidade/ Sistema de Manutenção

Segurança

Segurança Estrutural Fachadas/Marquises Segurança contra Incêndio Elevadores / Reservatórios

Inspeção Emergencial Ação

Excepcional

Birth Certificate FIB Model Code / ISO

EX: fc, E, cobrimento,

permeabilidade do

concreto, condições

ambientais, qualidade

da execução, modelos

de previsão da vida

útil, microclimas, etc

Birth Certificate

MODEL CODE Service Life Design 2010

INTERFACES

EXECUÇÃO

MANUAL DE USO E OPERAÇÃO

PLANO/CUIDADOS DE MANUTENÇÃO

REGISTROS

DESEMPENHO EFETIVO

USO

USUÁRIO GESTOR DE MANUTENÇÃO

Manutenção

Inspeções Manual de Uso e Operação Plano de Manutenção Estratégias de Manutenção (Preventiva - Corretiva) Gestao de Manutencao

CONDIÇÃO DE CONSERVAÇÃO

(n dimensões) físicas e funcionais

Desafio: Manutenibilidade

FORMA CONDIÇÕES DE ACESSO

Inspeções Periódicas

Tempo VUP

FALHA

Desempenho alvo de projeto

Dese

mpenho

Estratégia de Manutenção

Modelo de Degradação

Coleta de dados para verificação da adequação das previsões de V.U.

Inspeções

Detecção Precoce de Problemas

60

PRINCÍPIO DA

PREVENÇÃO:

Diagnosticar cedo

para intervir antes,

reduzindo custos e

riscos!!!

Alterações de Uso

Monitoramento Contínuo

http://www.ib-schiessl.de

Embedded Corrosion Instrument – ECI linear polarization resistance, open circuit potential, resistivity, chloride ion concentration, and temperature

Sensores de Corrosão

Sensores de Fibra Ótica

Sensor de

Deformação

Sensor de

Temperatura

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80 100

De

form

ação

Esp

ecí

fica

(1

0-6

/MP

a)

Tempo (dia)

Fluência - 1º Teste

Carlson

ótico

Monitoramento Contínuo

NOVAS E MAIS SOFISTICADAS SOLUÇÕES

Sensores/Registradores de Umidade/ Maturidade

Smart Aggregates Avaliação E Song et Al, 2008

CONCLUSÕES

Conclusoes

• Revolução da Qualidade – Consolidação do Conceito de Desempenho – Visão de Conservação

• Repercussões – Ajustes na Cadeia Produtiva – Novos requisitos/mudanças nas etapas do processo

• Tendencias – Projeto mais complexo - BIM (Gestão da Informação) – Projeto de Vida Util (Modelos de deterioração) – Monitoramento/Sensores/IHM – Mercado de manutenção/intervenção

Conclusoes

• Estruturas de Concreto

– Mais complexas

– Mais duraveis

– Mais “Inteligentes”

– Mais industrializada

MAS AINDA EM CONCRETO...

By the year 2056, concrete construction will be the most prevalent form of building in the United States. (Robert Garbini )