aula 07.2 durabilidade

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Mestrado em Engenharia Civil 2011 / 2012 António Costa Reabilitação e Reforço de Estruturas Aula 7.2: Durabilidade de estruturas de betão.

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Aula sobre a durabilidade do betão

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Page 1: Aula 07.2 Durabilidade

Mestrado em Engenharia Civil

2011 / 2012

António Costa

Reabilitação e Reforço de EstruturasAula 7.2: Durabilidade de estruturas de betão.

Page 2: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

DURABILIDADE

Assegurar que a estrutura satisfaça, durante o seu tempo

Objectivo

2/632011/2012

Assegurar que a estrutura satisfaça, durante o seu tempo de vida, os requisitos de utilização, resistência e estabilidade, sem perda significativa de utilidade nem excesso de manutenção não prevista

Page 3: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

METODOLOGIA

Identificar as substâncias agressivas, como é que s e

movimentam e acumulam relativamente à estrutura

Determinar quais os mecanismos de transporte e quai s

os parâmetros que controlam esses mecanismos

caracterizar

CONDIÇÕESDE

EXPOSIÇÃO

3/632011/2012

Determinar quais as reacções envolvidas na deterior ação

e quais os parâmetros que controlam essas reacções

Seleccionar as medidas de protecção que controlem

ou evitem os mecanismos de deterioração

especificar

REQUISITOSDE

DURABILIDADE

Page 4: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

CARBONATAÇÃO

CO2

CO2

4/632011/2012

� Qualidade da camada de betão de recobrimento

Este parâmetro determina a resistência do betão à p enetração do CO 2

A qualidade do recobrimento é função da composição, compactação e cura do betão

� Ambiente de exposição

Este parâmetro determina o teor de humidade do betã o e o teor de CO 2 do ar em contacto com o betão.

Estes factores influenciam significativamente a vel ocidade de carbonatação do betão

PARÂMETROS PRINCIPAISC

Page 5: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Composição do betão

� Razão água-cimento

Este parâmetro controla a dimensão e continuidade d a estrutura porosa do betão

5/632011/2012

� A velocidade de carbonatação é fortemente influenci ada pela razão A/C

Page 6: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Composição do betão

� Quantidade de cimento

Este parâmetro determina a quantidade de substância s carbonatáveis do betão

Maior quantidade Maior quantidade Menor velocidadede cimento de Ca(OH)2 de carbonatação

6/632011/2012

Page 7: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Composição do betão

� Adições

EfeitosRedução da estrutura porosa � positivo

Redução da quantidade de Ca(OH)2 � negativo

7/632011/2012

Limitar a quantidade de adições

Efectuar uma cura adequada do betão

As adições devem ser encaradas como um produto a ad icionar ao betão e não

como um substituto do cimento

Page 8: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Condições de exposição

� Determinam o teor de humidade do betão de recobrime nto

• A difusão do CO 2 na água é cerca de 10 4 vezes menor que no ar

• É necessário uma certa quantidade de água para que se desenvolva a reacção de carbonatação

8/632011/2012

� A velocidade de carbonatação é máxima em ambientes com humidades relativas de 50-70%

Page 9: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Condições de exposição

Elementos sujeitos a ambientes interiores => a ve locidade de carbonatação é máxima

Elementos enterrados ou submersos => a carbonataç ão tem pouco significado

Elementos em ambientes exteriores com chuva => a velocidade de carbonatação é baixa

Elementos em ambientes exteriores protegidos => a velocidade de carbonatação é mais elevada

9/632011/2012

Ambientes rurais ≈≈≈≈ 0.03%

Ambientes urbanos ≈≈≈≈ 0.1%Ambientes industriais

Zonas densamente povoadas ≈≈≈≈ 0.1 - 0.3%Zonas com tráfego intenso

� Determinam o teor de CO 2 no ar em contacto com o betão

> Teor de CO 2 => > Velocidade de carbonatação

Page 10: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

CLORETOS

Cl-

Cl-

10/632011/2012

� Qualidade da camada de betão de recobrimento

Este parâmetro determina a resistência do betão à p enetração de cloretos

A qualidade do recobrimento é função da composição, compactação e cura do betão

� Ambiente de exposição

Este parâmetro determina os tipos de mecanismos de transporte que vão actuar no betão

Estes mecanismos influenciam significativamente a v elocidade de penetração de cloretos

PARÂMETROS PRINCIPAIS

C

Page 11: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Composição do betão

� Razão água-cimento

Este parâmetro controla a dimensão e continuidade d a estrutura porosa do betão

Acção importante na limitação da penetração por abs orção e permeação

11/632011/2012

� A velocidade de penetração é fortemente influenciad a pela razão A/C

Page 12: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Composição do betão

� Quantidade e composição do cimento

• A quantidade de cimento influencia a fixação dos cl oretos no betão. Grosso modo a

resistência à penetração é função da raiz quadrada da quantidade de cimento

� A composição do cimento determina a capacidade de f ixação dos cloretos pela pasta de

cimento

12/632011/2012

cimento

Parâmetro mais importante: Teor em C 3A

> teor em C 3A => < velocidade de penetração

� Existe a vantagem em utilizar cimentos com elevadas quantidades de C 3A em

ambientes contaminados por cloretos

Precauções a tomar: - calor de hidratação

- ataque dos sulfatos

Page 13: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Composição do betão

� Adições

• Conduzem a um refinamento e bloqueamento da estrutu ra porosa do betão, aumentando a

resistência à penetração de cloretos

Os ensaios experimentais mostram que a utilização d e sílica de fumo, pozolanas, cinzas

13/632011/2012

Os ensaios experimentais mostram que a utilização d e sílica de fumo, pozolanas, cinzas

volantes e escórias de alto forno reduz substancial mente a velocidade de penetração de

cloretos.

Recomendação: em ambientes contaminados por cloretos utilizar cimentos

com adições (cimentos CEM II, III, IV e V) ou mistu ras decimentos e adições

Page 14: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Condições de exposição

� Determinam os mecanismos de transporte de cloretos no betão

• Zona atmosférica � absorção + difusão

A deposição de cloretos à superfície do betão depen de:

- distância à orla costeira- rumo do vento

14/632011/2012

- rumo do vento- exposição à chuva

• Zona de rebentação � absorção + difusão

A carbonatação faz acelerar a penetração de cloreto s

A penetração depende do ritmo de secagem e molhagem do betão

• Zona de maré � (absorção) + difusão

• Zona submersa � permeação + difusão

Page 15: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

CORROSÃO

15/632011/2012

A velocidade com que se processa o mecanismo da cor rosão depende de dois

factores principais

� Resistividade do betão

� Quantidade de oxigénio ao nível das armaduras

PARÂMETROS PRINCIPAIS

Page 16: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Resistividade do betãoÉ influenciada fundamentalmente pelo teor de humida de do betão

16/632011/2012

Outros factores importantes:

- qualidade do betão (razão água-cimento)

- contaminação por cloretos

Page 17: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Acesso de oxigénio às armadurasÉ influenciado fundamentalmente pelo teor de humida de do betão

17/632011/2012

Outros factores importantes:

- qualidade do betão (razão água-cimento)

- espessura de recobrimento das armaduras

Page 18: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Efeito da humidade na velocidade de corrosão

18/632011/2012

� Os maiores níveis de deterioração por corrosão de a rmaduras ocorrem em elementos sujeitos a períodos alternados de molhage m e secagem

Existe um teor de humidade intermédio para o qual a velocidade de corrosão é máxima

Page 19: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Efeito da temperatura na velocidade de corrosão

A temperatura influencia a velocidade das reacções químicas e a mobilidade dos iões no mecanismo da corrosão

Os ensaios confirmam a regra de que a um aumento da temperatura de 10 ºC corresponde uma duplicação da velocidade de corrosã o

19/632011/2012

� Os climas quentes são mais agressivos relativamente à deterioração por corrosão de armaduras

Page 20: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Interacção ambiente-estrutura

O teor de humidade no interior do betão depende de dois factores:

� condições ambientais à superfície do betão

� espessura e qualidade do betão de recobrimento

A velocidade de corrosão é influenciada essencialme nte pelo teor de humidade do betão ao nível das armaduras

20/632011/2012

Page 21: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Influência da espessura e da qualidade do betão de recobrimentona humidade relativa ao nível das armaduras

21/632011/2012

a) Velocidade de corrosão baixab) Velocidade de corrosão elevadac) Velocidade de corrosão elevada

Page 22: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Fendilhação

� fendas paralelas às armaduras têm grande influência no mecanismo da corrosão

despassivaçãovelocidade de corrosão

� fendas transversais às armaduras têm uma influência importante na despassivaçãoe pouca influência na velocidade de corrosão (W < 0 .5 mm)

Permite o acesso rápido das substâncias agressivas ao nível das armaduras

O mecanismo da corrosão é fundamentalmente influenc iado pelo processo catódico nas zonas adjacentes às fendas

Qualidade do betão

22/632011/2012

Qualidade do betão

Page 23: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

SULFATOS

23/632011/2012

� Qualidade do betão

Este parâmetro determina a resistência do betão à p enetração de sulfatos

A qualidade do betão é função da composição, compac tação e cura

� Ambiente de exposição

Este parâmetro determina a quantidade de sulfatos e m contacto com o betão e os tipos de mecanismos

de transporte que vão actuar

PARÂMETROS PRINCIPAIS

� Composição do cimento

Este parâmetro determina a quantidade de substância s reactivas no betão

Page 24: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Controlar a permeabilidade do betão

Controlar a quantidade de substâncias reactivas

Impermeabilizar o betão

Três tipos

� Permeabilidade

- Utilizar razões água-cimento baixas e dosagens de cimento adequadas

- Utilizar adições activas – pozolanas, cinzas volantes, sílica de fuma e escóri as de alto forno

Medidas de protecção

24/632011/2012

- Utilizar adições activas – pozolanas, cinzas volantes, sílica de fuma e escóri as de alto forno

� Substâncias reactivas

- Utilizar cimentos com baixo teor em C 3A

- Utilizar adições activas para reduzir a quantidade de hidróxido de cálcio

� as adições têm um duplo efeito na protecção do betã o

� Revestimentos superficiais

- Em ambientes muito contaminados é conveniente impe rmeabilizar o betão para evitar

o contacto com os sulfatos

Page 25: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

ÁLCALIS

PARÂMETROS PRINCIPAIS

25/632011/2012

� Composição do betão

Este parâmetro determina a resistência à difusão do álcalis no interior do betão

e a quantidade de agregados reactivos

� Ambiente de exposição

Este parâmetro determina a humidade do betão

PARÂMETROS PRINCIPAIS

� Composição do cimento

Este parâmetro determina o teor em álcalis do betão

Page 26: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Medidas de protecção� Evitar a utilização de agregados reactivos

- avaliação da reactividade aos álcalis – Especificaç ão LNEC E 415

� Limitar o teor em álcalis no cimento

- cimentos com baixo teor em álcalis: Na 2O equiv < 0.6%

� Limitar o teor em álcalis no betão

26/632011/2012

� Betões com baixa permeabilidade

- controlo da penetração de água e do movimento de á lcalis no interior do betão

- utilizar adições activas para reduzir a permeabili dade do betão e o teor em hidróxido

de cálcio da pasta de cimento

� Revestimentos superficiais para o betão

- para humidades relativas inferiores a 80% não ocor re expansão significativa

� Limitar o teor em álcalis no betão

- Na2O equiv < 3 kg/m 3

Page 27: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Prevenção das Reacções Expansivas Internas

27/632011/2012

Page 28: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Enquadramento Normativo

ESTRUTURAS DE BETÃO

Execução de Estruturas de Betão

NP ENV 13670-1

Projecto de Estruturas de Betão

NP EN 1992

BETÃONP EN 206-1

NP EN 197cimento

NP EN 450cinzas volantes

NP EN 12350ensaios de betão

fresco

28/632011/2012

NP EN 13263sílica de fumo

NP EN 1008água de amassadura

NP EN 934-2adjuvantes

NP EN 13055-1agregados leves

NP EN 12620agregados

NP EN 12878pigmentos

fresco

NP EN 12390ensaios de betão

endurecido

DurabilidadeEsp LNEC E 461Esp LNEC E 464Esp LNEC E 465

Page 29: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

−−−− Dono de Obra� Especificar o uso, o período de vida útil e os requisitos para o projecto e obra

� Controlo de qualidade

� Inspecção e ensaios

−−−− Projectista� Identificar as condições de exposição ambientais

� Concepção (sistema estrutural, geometria dos elementos)

� Especificação dos materiais e recobrimentos

� Critérios de projecto (controlo da fendilhação, ...)

Enquadramento geral dos intervenientes no processo de garantia da Durabilidade

29/632011/2012

� Pormenorização e definição de eventuais medidas de protecçã o adicional

� Manual de manutenção

−−−− Empreiteiro� Executar a estrutura de acordo com os requisitos especifica dos

� Controlar a composição do betão (razão A/C, tipo de cimento, a gregados, ...)

� Controlar a betonagem e cura do betão

� Controlar os recobrimentos

− Utilizador� Inspecção/avaliação do comportamento

� Manutenção

� Evitar alterações na utilização da estrutura que agravem a ag ressividade das condições de exposição

Page 30: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

A protecção a conferir à estrutura deve ser definid a considerando:

• Utilização

• Vida útil

• Manutenção prevista

• Efeito das acções directas

indirectas

30/632011/2012

Acções ambientais:Condições de exposição químicas e físicas a que a e strutura está sujeita para

além das acções mecânicas actuantes (NP EN 206-1; E 464)

AMBIENTAIS

Page 31: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Classes de exposição ambiental

(LNEC E464)

Classe Descrição doambiente

Exemplos informativos

X0 Para betão sem armaduras: Todas as exposições, excepto ao gelo/degelo, abrasão ou ao ataque químico

Betão enterrado em solo não agressivo.Betão permanentemente submerso em água não agressiva.

Betão com ciclos de molhagem/secagem não sujeito a abrasão, gelo/degelo ou

ataque químico.

Para betão armado: muito seco

Betão armado em ambiente muito seco. Betão no interior de edifícios com muito baixa humidade do ar.

Quadro 1 – Sem risco de corrosão ou ataque

31/632011/2012

Betão no interior de edifícios com muito baixa humidade do ar.

Classe Descrição do ambiente Exemplos informativos

XC1 Seco ou permanentemente húmido

Betão armado no interior de edifícios ou estruturas, com excepção das áreas comhumidade elevada.Betão armado permanentemente submerso em água não agressiva.

XC2 Húmido, raramente seco Betão armado enterrado em solo não agressivo.Betão armado sujeito a longos períodos de contacto com água não agressiva.

XC3 Moderadamente húmido Superfícies exteriores de betão armado protegidas da chuva transportada pelo vento.Betão armado no interior de estruturas com moderada ou elevada humidade do ar (v.g.,

cozinhas, casas de banho).

XC4 Ciclicamente húmido e seco Betão armado exposto a ciclos de molhagem/secagem.Superfícies exteriores de betão armado expostas à chuva ou fora do âmbito da XC2

Quadro 2 – Corrosão induzida por carbonatação

Page 32: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Classes de exposição ambiental

Classe Descrição do ambiente Exemplos informativos

XD1 Moderadamente húmido Betão armado em partes de pontes afastadas da acção directa dos saisdescongelantes, mas expostas a cloretos transportados pelo ar.

XD2 Húmido, raramente seco Betão armado completamente imerso em água contendo cloretos; piscinas.

XD3 Ciclicamente húmido e seco Betão armado directamente afectado pelos sais descongelantes ou pelos salpicosde água contendo cloretos(1).Betão armado em que uma das superfícies está imersa em água contendo cloretos

e a outra exposta ao ar (v.g., algumas piscinas ou partes delas). Lajes de parques

de estacionamento de automóveis(2) e outros pavimentos expostos a sais contendo

cloretos.

Quadro 3 – Corrosão induzida por cloretos não provenientes da água do mar

32/632011/2012

cloretos.

(1) No nosso país estas situações deverão ser consideradas na classe XD1; (2) Idem, se relevante

Classe Descrição do ambiente Exemplos informativos

XS1 Ar transportando sais marinhos mas sem contacto directo com água do mar

Betão armado em ambiente marítimo saturado de sais.Betão armado em áreas costeiras perto do mar, directamente exposto e a menos

de 200 m do mar; esta distância pode ser aumentada até 1 km nas costas planas

e foz de rios.

XS2 Submersão permanente Betão armado permanentemente submerso.

XS3 Zona de marés, de rebentação e de salpicos

Betão armado sujeito às marés ou aos salpicos, desde 10 m acima do nívelsuperior das marés (5 m na costa Sul de Portugal Continental) até 1 m abaixo donível inferior das marés.Betão armado em que uma das superfícies está imersa em água do mar e a outra

exposta ao ar (v.g., túneis submersos ou abertos em rocha ou solos permeáveis

no mar ou em estuário de rios). Esta exposição exigirá muito provavelmente

medidas de protecção suplementares.

Quadro 4 – Corrosão induzida por cloretos da água do mar

Page 33: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Classes de exposição ambiental

Classe Descrição do ambiente Exemplos informativos

XF1 Moderado número de ciclos de gelo/degelo, sem produtos descongelantes

Betão em superfícies verticais expostas à chuva e ao gelo.Betão em superfícies não verticais mas expostas à chuva ou gelo.

XF2 Moderado número de ciclos de gelo/degelo, com produtos descongelantes

Betão, tal como nas pontes, classificável como XF1, mas exposto aos saisdescongelantes directa ou indirectamente.

Quadro 5 – Ataque pelo gelo/degelo

33/632011/2012

6. Ataque químico

XA1 Ambiente químico ligeiramente agressivo, deacordo com a EN 206-1, Quadro 2

Terrenos naturais e água no terreno

XA2 Ambiente químico moderadamente agressivo,de acordo com a EN 206-1, Quadro 2

Terrenos naturais e água no terreno

XA3 Ambiente químico altamente agressivo, deacordo com a EN 206-1, Quadro 2

Terrenos naturais e água no terreno

Page 34: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Classes de exposição ambiental

Caracterização química

Classes de exposição

Água no solo XA1 – pouco agressivas XA2 – moderadamente agressivas

XA3 – muito agressivas

mg/l ≥ 200 e ≤ 600 > 600 e ≤ 3000 > 3000 e ≤ 6000

pH ≤ 6.5 e ≥ 5.5 < 5.5 e ≥ 4.5 < 4.5 e ≥ 4.0

CO2 agressivo mg/l ≥ 15 e ≤ 40 > 40 e ≤ 100 > 100até à saturação

mg/l ≥ 15 e ≤ 30 > 30 e ≤ 60 > 60 e ≤ 100

SO2-4

NH+

34/632011/2012

mg/l ≥ 15 e ≤ 30 > 30 e ≤ 60 > 60 e ≤ 100

Mg2+ mg/l ≥ 300 e ≤ 1000 > 1000 e ≤ 3000 > 3000até à saturação

Solos

mg/kgª) total ≥ 2000 e ≤ 3000(b) > 3000b) e ≤ 12000 > 12000 e ≤ 24000

Acidez ml/kg > 200Baumann Gully Não encontrado na prática

a) Os solos argilosos com uma permeabilidade abaixo de 10-5 m/s podem ser colocados numa classe mais baixab) O limite de 3000 mg/kg deve ser reduzido para 2000 mg/kg, caso exista risco de acumulação de iões sulfato no betão devido a ciclos de secagem e

molhagem ou à absorção capilar.

NH+4

SO2-4

Page 35: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Classes de exposição ambiental

� Sempre que nas classes XA1 ou XA2 houver riscos de acumulação de sulfatos devidos a ciclos de secagem e molhagem ou de absorção capilar devem satisfazer-se os requisitos da classe superior

� O ataque por bactérias anaeróbias que produzem ácido s (p.e. em esgotos), é um ataque químico fortemente agressivo � Classe XA3

� Sempre que o teor de qualquer dos elementos agressi vos seja superior ao limite indicado para a classe XA3 deve-se proteger o betão

35/632011/2012

Outras formas particulares de acções agressivas

� Utilização da estrutura para armazenamento de produto s agressivos

� Cloretos contidos no betão

� Reacções álcalis-sílica

� Abrasão, erosão, cavitação

� Variações de temperatura

� Penetração de água sob pressão

� Acções biológicas agressivas

� …..

Page 36: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Aspectos a considerar:

� Concepção estrutural – forma estrutural: geometria; robustez

� Pormenorização da estrutura - recobrimento das armaduraspormenorização das armadurasdrenagem

� Selecção dos materiais – betão composição: A/C; dosagem de cimentotipo de cimento

Requisitos de durabilidade

36/632011/2012

tipo de cimentoagregados

� Execução – colocação e compactação do betãoprotecção e curarecobrimento das armaduras

� Controlo de qualidade

� Medidas especiais de protecção - armaduras em aço inoxrevestimentos superficiais (betão e armaduras)prevenção/protecção catódica

Page 37: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Medidas de protecção adicional

37/632011/2012

Revestimentos superficiais para betão

Prevenção catódica

Page 38: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

ESPECIFICAÇÃO DA DURABILIDADE

2 métodos:

� Metodologia prescritivacom base em requisitos de composição e recobrimento de armaduras

38/632011/2012

com base em requisitos de composição e recobrimento de armaduras

� Metodologia baseada em propriedades de desempenho do betãomodelação dos mecanismos de deterioração consideran do a variabilidade dos parâmetros em causa (análise prob abilística)

Page 39: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

RECOBRIMENTO DAS ARMADURAS

Recobrimento nominal a especificar nos desenhos de projecto

Cnom = Cmin + ∆∆∆∆ Cdev

METODOLOGIA PRESCRITIVA

39/632011/2012

Cnom = Cmin + ∆∆∆∆ Cdev

∆∆∆∆ Cdev = 10 mm (NP ENV 13670-1)

Recobrimento C min

protecção das armaduras contra a corrosão

transmissão de forças entre a armadura e o betão

resistência ao fogo

deve assegurar

Page 40: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

RECOBRIMENTO MINIMO

Cmin = máx {C min,b ; Cmin,dur + ∆∆∆∆ Cdur, γγγγ - ∆∆∆∆ Cdur,st – ∆∆∆∆ Cdur,add ; 10mm}

Cmin,b – recobrimento mínimo para garantir a aderência

Cmin,dur – recobrimento mínimo relativo às condições ambienta is

METODOLOGIA PRESCRITIVA

40/632011/2012

∆∆∆∆ Cdur, γγγγ – margem de segurança adicional

∆∆∆∆ Cdur,st – redução do recobrimento no caso de utilização de a ço inox

∆∆∆∆ Cdur,add – redução do recobrimento no caso de utilização de protecções adicionais

Cmin,dur

Condições de exposição

Classe estrutural

Page 41: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Classe estrutural

� Definem-se 6 classes estruturais S1 a S6 por forma a contemplar os seguintes aspectos:

- Período de vida útil- Classe de resistência do betão (qualidade do betão)

METODOLOGIA PRESCRITIVA

41/632011/2012

- Classe de resistência do betão (qualidade do betão)- Forma estrutural- Controlo de qualidade

� A classe estrutural de referência recomendada é a S 4 (relativa a um período de vida útil de 50 anos)

� Os requisitos relativos à composição e resistência do betão referem-se a esta classe estrutural

Page 42: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Classe Estrutural

Critério

Classe de Exposição de acordo com o Quadro 4.1

X0 XC1 XC2 / XC3 XC4 XD1 XD2 / XS1

XD3 / XS2 /XS3

Tempo de vida útil de projecto de 100 anos

aumentar de 2

classes

aumentar de 2

classes

aumentar de 2

classes

aumentar de 2

classes

aumentar de 2

classes

aumentar de 2

classes

aumentar de 2 classes

Quadro 4.3N: Classificação estrutural recomendada

METODOLOGIA PRESCRITIVA

42/632011/2012

Classe de Resistência 1) 2)

≥ C30/37reduzir de

1 classe

≥ C30/37reduzir de

1 classe

≥ C35/45reduzir de

1 classe

≥ C40/50reduzir de

1 classe

≥ C40/50reduzir de

1 classe

≥ C40/50reduzir de

1 classe

≥ C45/55reduzir de 1

classe

Elemento com geometria de laje(posição das armaduras não

afectada pelo processo

construtivo)

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

Garantia especial de controlo da qualidade da produção do betão

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

reduzir de 1 classe

Page 43: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

�Requisito ambiental para cmin,dur (mm)

ClasseEstrutural

Classe de Exposição de acordo com o Quadro 4.1

X0 XC1 XC2 / XC3

XC4 XD1 / XS1

XD2 / XS2

XD3 / XS3

S1 10 10 10 15 20 25 30

S2 10 10 15 20 25 30 35

S3 10 10 20 25 30 35 40

S4 10 15 25 30 35 40 45

S5 15 20 30 35 40 45 50

Quadro 4.4N: Valores do recobrimento mínimo, cmin,dur, requisitos relativos à durabilidade das armaduras para betão armado, de acordo com a EN 10080

METODOLOGIA PRESCRITIVA

43/632011/2012

S6 20 25 35 40 45 50 55

�Requisito ambiental para cmin,dur (mm)

ClasseEstrutural

Classe de Exposição de acordo com o Quadro 4.1

X0 XC1 XC2 / XC3 XC4 XD1 / XS1

XD2 / XS2

XD3 / XS3

S1 10 15 20 25 30 35 40

S2 10 15 25 30 35 40 45

S3 10 20 30 35 40 45 50

S4 10 25 35 40 45 50 55

S5 15 30 40 45 50 55 60

S6 20 35 45 50 55 60 65

Quadro 4.5N: Valores do recobrimento mínimo, cmin,dur, requisitos relativos à durabilidade das armaduras de pré-esforço

Page 44: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

∆∆∆∆ Cdur, γγγγ – valor recomendado 0mm

∆∆∆∆ Cdur,st = 10 mm (aço inox austenítico ou austenítico-ferrít ico)

∆∆∆∆ Cdur,add = 5 mm (protecção superficial do betão satisfazendo a E468)

∆∆∆∆ Cdur,add = 5 mm (revestimento das armaduras com epóxi)

METODOLOGIA PRESCRITIVA

44/632011/2012

No entanto:

A utilização das possíveis reduções do recobrimento não poderá permitir que o valor de C min,dur seja inferior ao correspondente à:

- Classe 2 para uma vida útil de 50 anos

- Classe 4 para uma vida útil de 100 anos

Page 45: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Tipo de cimento CEM I (Referência) ; CEM II/A (1) CEM II/B(1); CEM III/A (2); CEM IV(2); CEM V/A (2)

Quadro 6 – Limites da composição e da classe de resi stência do betão sob acção do dióxido de carbono, para uma vida útil de 50 ano s

- Vida útil de 50 anos-

Prescrições relativas à composição e classe de resi stência do betão

LNEC E464

45/632011/2012

Classe de exposição XC1 XC2 XC3 XC4 XC1 XC2 XC3 XC4

Mínimo recobrimento nominal (mm)* 25 35 35 40 25 35 35 40

Máxima razão água/cimento

0,65 0,65 0,60 0,60 0,65 0,65 0,55 0,55

Mínima dosagem de cimento, C (kg/m3)

240 240 280 280 260 260 300 300

Mínima classe de resistência

C25/30LC25/28

C25/30LC25/28

C30/37LC30/33

C30/37LC30/33

C25/30LC25/28

C25/30LC25/28

C30/37LC30/33

C30/37LC30/33

(1) Não aplicável aos cimentos II/A-T e II/A-W e aos cimentos II/B-T e II/B-W, respectivamente.(2) Não aplicável aos cimentos com percentagem inferior a 50% de clínquer portland, em massa.

Page 46: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Tipo de cimento CEM IV/A (Referência) ; CEM IV/B; CEM III/A; CEM III/B; CEM V; CEM II/B (1);

CEM II/A-DCEM I; CEM II/A (1)

Classe de exposição XS1/ XD1 XS2/ XD2 XS3/ XD3 XS1/ XD1 XS2/ XD2 XS3/ XD3

Mínimo recobrimento nominal (mm)* 45 50 55 45 50 55

Máxima razão água/cimento 0,55 0,55 0,45 0,45 0,45 0,40

Mínima dosagem de cimento, C (kg/m3)

320 320 340 360 360 380

Mínima classe de resistência

C30/37 LC30/33

C30/37 LC30/33

C35/45 LC35/38

C40/50 LC40/44

C40/50 LC40/44

C50/60 LC50/55

Quadro 7 – Limites da composição e da classe de resi stência do betão sob acção dos cloretos, para uma vida útil de 50 anos

Prescrições relativas à composição e classe de resi stência do betão

46/632011/2012

resistência LC30/33 LC30/33 LC35/38 LC40/44 LC40/44 LC50/55(1) Não aplicável aos cimentos II-T, II-W, II/B-L e II/B-LL.

Tipo de cimento CEM I (Referência) ; CEM II/A (1) CEM II/B(1); CEM III/A (2); CEM IV(2); CEM V/A(2)

Classe de exposição XF1 XF2 XF1 XF2

Máxima razão água/cimento

0,60 0,55 0,55 0,50

Mínima dosagem de cimento, C (kg/m3)

280 280 300 300

Mínima classe de resistência

C30/37LC30/33

C30/37LC30/33

C30/37LC30/33

C30/37LC30/33

Teor mínimo de ar (%) ______ 4,0 ______ 4,0(1) Não aplicável aos cimentos II/A-T e II/A-W e aos cimentos II/B-T e II/B-W, respectivamente.(2) Não aplicável aos cimentos com percentagem inferior a 50% de clínquer portland, em massa.

Quadro 8 – Limites da composição e da classe de resi stência do betão sob acção do gelo/degelo, para uma vida útil de 50 anos

Page 47: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Tipo de cimento CEM IV/A (Referência) ; CEM IV/B; CEM III/A; CEM III/B; CEM V; CEM II/B (1);

CEM II/A-DCEM I; CEM II/A (1)

Classe de exposição XA1 XA2 (2) XA3 (2) XA1 XA2 (2) XA3 (2)

Máxima razão água/cimento 0,55 0,50 0,45 0,50 0,45 0,45

Mínima dosagem de cimento, C (kg/m3)

320 340 360 340 360 380

Mínima classe de resistência

C30/37 LC30/33

C35/45 LC35/38

C35/45 LC35/38

C35/45 LC35/38

C40/50 LC40/44

C40/50 LC40/44

(1) Não aplicável aos cimentos II-T, II-W, II/B-L e II/B-LL.(2) Quando a agressividade resultar da presença de sulfatos, os cimentos devem satisfazer os requisitos mencionados na secção 5,

Quadro 9 – Limites da composição e da classe de resi stência à compressão do betão sob ataque químico, para uma vida útil de 50 anos

Prescrições relativas à composição e classe de resi stência do betão

47/632011/2012

(2) Quando a agressividade resultar da presença de sulfatos, os cimentos devem satisfazer os requisitos mencionados na secção 5,

nomeadamente no Quadro 10, aplicando-se ao betão as exigências estabelecidas neste quadro para o CEM IV.

� Se na composição do betão forem utilizadas adições os termos dosagem de cimento e razão água-cimento devem ser substituídos por dosagem de ligante e razão água-ligante

� A dosagem de cimento indicada nos quadros referem-se a betões com com Dmáx 32 mm

Para outros valores de Dmáx tem-se:

12.5 ≤ Dmáx < 20mm: C20/12.5 = 1.10 C

4 < Dmáx <12.5 mm: C12.5/4 = 1.23 C

Page 48: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

� Quando a agressividade química for devida à acção d os sulfatos

� Cimentos resistentes aos sulfatos

Tipo de cimentoCEM I (1) CEM II (2) CEM III,IV,V(3)

Prescrições relativas à composição e classe de resi stência do betão

48/632011/2012

Teor de C3 A

XA2 ≤≤≤≤ 5 % ≤≤≤≤ 8 % ≤≤≤≤ 10 %

XA3 ≤≤≤≤ 5 % ≤≤≤≤ 6 % ≤≤≤≤ 8 %

Teor d (C3 A+C4 AF) ≤≤≤≤ 20 % ≤≤≤≤ 25 %

(1) Aplicável também aos cimentos CEM II/A-L, II/A-LL e II/A-M(2) Só aplicável aos cimentos CEM II/S, II/D, II/P e II /V

(3) Só exigível aos cimentos CEM III/A, IV/A e V/A

Page 49: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Prescrições relativas à composição e classe de resi stência do betão

Alterações dos requisitos dos quadros 6 a 9:

� Classes XC; XD e XS

- Vida útil de 100 anos -

49/632011/2012

� Classes XC; XD e XS

o recobrimento nominal é aumentado de 10 mm

� Classes XF e XA

razão A/C é diminuída de 0.05

C é aumentada de 20 kg/m 3

classe de resistência é aumentada de 2 classes

Page 50: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

As diferentes superfícies de um dado elemento estru tural podem estar sujeitas a diferentes classes de exposição ou à com binação de várias classes de exposição

XD2

Quadro 11 – Combinações de classes de exposição

Combinação de classes de exposição

50/632011/2012

XC2 com:

XD2

XS2 + ataque da água do mar (XA1)

XF1

XA1, XA2 ou XA3

XC3 ou XC4 XF1

com : XD1+ XF2

XS1

XD3

XS3+ ataque da água do mar (XA1)

XC4 com: XA1, XA2 ou XA3

Page 51: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

CORTE TIPO

Exemplo: Ponte localizada num estuário

XC4/XS1

Combinação de classes de exposição

51/632011/2012

XC3/XS1 XC4/XS1

XC4/XS3

XC4/XS3/XA1

XC2/XS2/XA1

Page 52: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Combinação de classes de exposição

Exemplo: Viaduto localizado no interior

XC3 XC4

52/632011/2012

XC4

XC2/XA1

Page 53: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Nos casos de não satisfação dos requisitos definido s nos quadros 6 e 7 há que recorrer às seguintes metodologias:

� Conceito de desempenho equivalente- composição não respeitando os limites indicados

- utilização de outros cimentos que não os indicados

53/632011/2012

� Métodos baseados no desempenho- recobrimentos menores os mínimos indicados

- recobrimentos maiores que os indicados e composiçõ es com menores exigências

- períodos de vida útil diferentes de 50 e 100 anos

Page 54: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

Conceito de desempenho equivalente

Comparação do desempenho da composição de estudo co m o desempenho de uma composição de referência que satisfaça os requisito s dos quadros 6 e 7

Classe de exposição

Propriedades a determinar

Métodos de ensaio

Número e tipo de provetes

(mm)

XC1XC2

Carbonatação acelerada

LNEC E 391

1 provete 150x150x600

54/632011/2012

XC2

XC3

XC4

Permeabilidade ao oxigénio

LNEC E 392

3 provetesφ 150; h= 50

Resistência à compressão

NP EN 12390-3

3 provetes de 150x150x150

XS1/XD1 XS2/XD2

XS3/XD3

Coef. de difusão dos cloretos

LNEC E 463

2 provetes φ 100; h= 50

Absorção capilar LNEC E 393

3 provetesφ 150; h= 50

Resistência à compressão

NP EN 12390-3

3 provetes de 150x150x150

O desempenho médio das composições de estudo deve s er igual ou superior ao da composição de referência

Page 55: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

CLASSIFICAÇÃO DO BETÃO -EN 206-

• Classes de resistência à compressão

• Classes de exposição ambiental

• Classes de consistência

55/632011/2012

• Classes de consistência

• Classes relacionadas com o Dmáx

• Classes de massa volúmica (betão leve)

• Classes de teor de cloretos

Page 56: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

CLASSIFICAÇÃO DO BETÃO

• Classes de resistência à compressãoBetão normal e betão pesado: C12/15 a C90/105Betão leve : LC12/13 a LC 80/88

56/632011/2012

• Classes de exposição ambientalEspecificação LNEC E464

• Classes relacionadas com o DmáxA classificação é definida pela máxima dimensão doagregado mais grosso

Page 57: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

CLASSIFICAÇÃO DO BETÃO

• Classes de consistência

Classes de abaixamento (S1 a S5)

Classe Abaixamento (mm)

S1 10 a 40

57/632011/2012

Classes Vêbê (V0 a V4)

Classes de compactação (C0 a C4)

Classes de espalhamento (F1 a F6)

S1

S2

S3

S4

S5

10 a 40

50 a 90

100 a 150

160 a 210

≥≥≥≥ 220

Page 58: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

CLASSIFICAÇÃO DO BETÃO

• Classes de massa volúmica (betão leve)

Classes Massa volúmica (kg/m 3)

1.0 801 – 1000

58/632011/2012

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

801 – 1000

1001 – 1200

1201 – 1400

1401 – 1600

1601 – 1800

1801 - 2000

Page 59: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

CLASSIFICAÇÃO DO BETÃO

• Classes de teor de cloretos

Utilização do betão Classes de exposição ambiental

59/632011/2012

XC ; XF; XA XS; XD Betão sem armaduras de aço ou outros metais embebidos

Cl 1.0 Cl 1.0

Betão com armaduras ou outros metais embebidos

Cl 0.4 Cl 0.2

Betão com armaduras pré-esforçadas Cl 0.2 Cl 0.1

Page 60: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

TIPOS DE ESPECIFICAÇÃO DO BETÃO -EN 206-

• Betão de comportamento especificadoBetão cujas propriedades requeridas e característic as adicionais são especificadas ao produtor

60/632011/2012

• Betão de composição prescritaBetão cuja composição e materiais constituintes são especificados aoprodutor

• Betão de composição prescrita em normaBetão de composição prescrita cuja composição se en contra estabelecida numa norma válida no local de utilizaç ão do betão (actualmente inexistente)

Page 61: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

TIPOS DE ESPECIFICAÇÃO DO BETÃO

BETÃO DE COMPORTAMENTO ESPECIFICADORequisitos fundamentais a especificar (betão normal )

• Conformidade com a EN 206 -1

61/632011/2012

• Conformidade com a EN 206 -1

• Classe de resistência à compressão

• Classe de exposição

• Máxima dimensão do agregado mais grosso

• Classe de teor de cloretos

• Classe de consistência

Page 62: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

TIPOS DE ESPECIFICAÇÃO DO BETÃO

BETÃO DE COMPOSIÇÃO PRESCRITARequisitos fundamentais a especificar (betão normal )

• Conformidade com a NP EN 206-1• Dosagem de cimento

62/632011/2012

• Dosagem de cimento• Tipo e classe de resistência do cimento• Razão A/C ou consistência• Tipo, categorias e teor máximo de cloretos dos agregados• Máxima dimensão do agregado mais grosso e quaisquer

limitações para a granulometria• Tipo e quantidade de adições e adjuvantes• As origens dos adjuvantes ou adições e do cimento, em

substituição de características impossíveis de definir por outros meios

Page 63: Aula 07.2 Durabilidade

Reforço e Reabilitação de Estruturas

TIPOS DE ESPECIFICAÇÃO DO BETÃO

DESIGNAÇÃO ABREVIADA PARA O BETÃO DE COMPOSTAMENTO ESPECIFICADO

• Referência à norma: NP EN 206-1• Classe de resistência à compressão

63/632011/2012

• Classe de resistência à compressão • Classe de exposição• Classe de teor de cloretos• Máxima dimensão do agregado mais grosso • Classe de consistência

Exemplo: NP EN 206-1; C30/37; XC4(Pt); Cl 0,4; D 25; S4