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Investing in our common future
Seminário“Manutenção e Reparação de Estruturas”
ESTRUTURAS DE BETÃOProcessos de deterioração
M. Salta e A. Santos Silva
LNEC
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Guia TécnicoParte IV - VOL 2 - Estruturas de Betão - Deterioração
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Parte IV – VOL 2Processos de deterioração, suas principais causas e consequências, em estruturas de betão armado
1 – Considerações gerais
2 – Processos de deterioração físicos e mecânicos em estruturas de betão
3 – Processos de deterioração químicos
4 – Processos de deterioração biológicos e orgânicos
5 – Classificação dos defeitos e sintomas de deterioração
6 – Considerações Finais
7 – Referências
ANEXO – Fichas dos Danos/Defeitos
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Tópicos
1. Introdução2. Processos deterioração
2.1 Físicos2.2 Químicos (betão e armaduras)
2.2.1 Corrosão das armaduras2.2.2 Reações expansivas2.2.3 Outros
2.3 Biológicos3. GT Web
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Para cada processo de deterioração descrevem-se: �mecanismos e causas , � fatores condicionantes relativos ao betão e ambiente � técnicas de observação dos danos que originam.
Os danos decorrentes dos diferentes processos dedeterioração e os tipos de defeitos resultantes de erros deexecução são agrupados segundo uma classificação dedefeitos e sintomas que considera 6 classes de defeitos,adotada no GT DURATINET, aplicável a todo o tipo deestrutura- aço , betão…...
Versão WEB do GT contem fichas interativas para cadamecanismo de deterioração e por tipo de defeito
1. IntroduçãoPart IV Vol2 do Guia Técnico
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Classes Defeitos & sintomas
Contaminação (1)
Descoloração ou manchas (óxidos) deposito de produtos lixiviados de outros materiais, incrustações , crescimento vegetação, acumulação de detritos, deposição marinha “fouling”.
Deformação
(2)flexão, torsão, assentamento, rotação, variação de volume.
Deterioração
(3)
Delaminação e perda de aderência do aço, alteração da superfície do betão , perda de resistência do betão e do aço de reforço, contaminação ( CO2 e cloretos e outros produtos químicos (ácidos e sais ), lixiviação com formação de eflorescências.
Descontinuidade(4)
Defeitos por erros de execução ( porosidade e vazios superficiais, segregação, ninhos de abelha, deficiências em juntas de construção).
Defeitos por processos de deterioração (fissuração do betão, fratura de aços de reforço e pré-esforço).
Deslocamento
(5)
Movimentos verticais e horizontais com translação de elementos ou da estrutura, deslocamento apoios.
Perda material (6)
Destacamento do betão de recobrimento, desintegração betão na superfície (perda de pasta, ou pasta e agregados) , “ pop-outs”, e outras formas de desintegração com significante perda de constituintes do betão, redução de seção do aço de reforço ou perda total dos elementos de reforço.
DURATINET: CLASSIFICAÇÃO DEFEITOS 1. Introdução
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Processos de deterioração Classes defeitos(1) (2) (3) (4) (5) (6)
PROCESSOS QUIMICOS E BIOLÓGICOSCorrosão : CO2 , cloretos, outras ■ ■ ■ ■
Corrosão pré-esforço (CST) ■ ■
Reações alcali-agregado (RAS) ■ ■ ■ ■ ■
Ataque interno de sulfatos (DEF, taumasite) ■ ■ ■ ■
Ataque externo por sulfatos (agua do mar, solos, saisindustriais...)
■ ■ ■
Ataque ácido ■ ■ ■
Lixiviação ■ ■
Atividade de organismos vivos (fouling) e cresc. plantas ■ ■ ■ ■
Óleos, detritos e outros tipos de depósitos ■
PROCESSOS FÍSICOS E MECÂNICOSGelo-degelo ■ ■
Fluência ■ ■ ■
Retração (secagem por evaporação, plástica e térmica ) ■
Abrasão/erosão ■ ■
Fogo ■ ■ ■
sobrecarga ■ ■ ■
OUTROSAção sísmica, erosão e deslizamento de solo, vandalismoe outro acidental
■ ■ ■ ■
Correlação processos deterioração /defeitos1. Introdução
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Versão WEB1. Introdução
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FICHA : Processo Deterioração – Corrosão das armaduras
1. Introdução
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FICHA : Defeito/Dano – Fissuras 1. Introdução
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O betão não é um material inerte:
� Em resultado da natureza química do betão a microestrutura está emconstante “evolução”�Tem uma estrutura porosa que interatua com o meio exterior pordiferentes tipos de mecanismos, nomeadamente, difusão, permeação,absorção, que transportam os agentes de degradação , água , CO2,cloretos, sulfatos…� Tem uma estrutura heterogénea que além da formação de zonas deinterface, mediante determinadas características dos seus constituintes,pode desenvolver reações químicas internas originando tensõesexpansivas , levando a fissuração e perda de resistência/rigidez
Além disto, no betão armado, a existência de armaduras , em condiçõesde inadequada proteção da camada de recobrimento de betão podeiniciar processos de corrosão, levando à perda de aderência e àfissuração e destacamento do betão de recobrimento e perda de aço.
1. Introdução
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Betão tem uma estrutura porosa1. Introdução
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BetãoQUÍMICOS FÍSICOS/MECÂNICOS BIOLÓGICOS/ORGÂNICOS
Reação Álcalis-Agregado (RAA)Reação Sulfática Interna (RSI)
Reação Sulfática Externa (RSE)Carbonatação
Contaminação por cloretosLixiviação
Ataque ácido
Gelo-degeloFluênciaRetração
Fissuração térmicaAbrasão/Erosão
FogoSobrecargas
Atividade de organismos vivos
Acumulação de sujidades ou lixos
Contaminação por óleos e gorduras
Armaduras
Corrosão localizada e por picadas do açoFratura dos aços de pré-esforço (CST, fragilização H2)
Corrosão por correntes vagabundas
Processos de deterioração de estruturas de betão ar mado
2. Proc. Deterioração
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FÍSICOS/MECÂNICOS
Gelo-degelo
Fluência
Retração
Fissuração térmica
Abrasão/Erosão
Fogo
Sobrecargas
2. 1 Físicos
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FÍSICOS/MECÂNICOS
Gelo-degelo, fluência, retração,
fissuração térmica, abrasão/erosão
Controlo da composição do betão
A/C, dosagem cimento,
adições (int. ar), tipo agregados
Condições de cura
O eurocódigo NP EN 1992-1-1 trata da
mitigação destes problemas
2. 1 Físicos
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Gelo-degeloTensões internas de expansão devido á solidificação da água
2. 1 Físicos
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MicroestruturaC-S-H
FluênciaAumento da deformação sob carga permanente:• Perda de água entre camadas de C-S-H• Rearranjo das ligações entre essas camadas
2. 1 Físicos
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Retração
Retração por secagem do betão devido aevaporação rápida do excesso de água nos poroscapilares origina diminuição de volume do betão queestando confinado conduz a tensões de traçãoperpendiculares a superfície que resultam na formaçãode uma rede de fissuração.É um processo lento mas que se pode desenvolver empouco tempo ou levar anos quando se trata deelementos espessos.
Retração endógena ou autogénea é devidaá evolução química da pasta em resultado dahidratação da pasta de cimento e pode ocorrermesmo sem trocas de água, é um processo que sedá no betão em idades jovens provoca fissuras depequena profundidade
Reduzem durabilidade > prevenção
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Fissuração térmicaTensões térmicas no betão devido a baixacondutividade e condições temperatura nãohomogénea entre núcleo e a periferia, devidoao calor de hidratação gerado que induztensões de tração na periferia do elementoespesso originando fissuras
2. 1 Físicos
Reduzem durabilidade > prevenção
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Abrasão-erosãoResulta do impacto de fluidos, líquidos ou gasososou sólidos coma superfície do betão. A existênciade detritos arrastados pode agravar estefenómenos ( água de rios, impacto de ondas,ventos arrastando areias, ..).A resistência do betão a compressão e o tipo deagregado são os principais condicionantes, bemcomo o acabamento de superfície.
2. 1 Físicos
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Fogo
Pilar duma ponte afetado por um incêndioRelação entre a temperatura do betão e aalteração da sua coloração e efeitosfísicos
2. 1 Físicos
Inicio de perda resistência T>400ºC
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� Sobrecargas
Deslocamento devido a assentamento
Deformação de um tabuleiro
2. 1 Físicos
Causas externas : do solo ou de cargas excessivasCausas internas : fenómenos expansivos
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QUÍMICOSCarbonatação
Contaminação por cloretosReação Álcalis-Agregado (RAA)Reação Sulfática Interna (RSI)
Reação Sulfática Externa (RSE) e cristalização de s aisLixiviação
Ataque ácido
ARMADURASCorrosão localizada e por picadas do aço
Fratura dos aços de pré-esforço (CST, fragilização H2)Corrosão por correntes vagabundas
2. 2 Químicos
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Corrosão das armaduras
TIPOS CORROSÃO
UNIFORME LOCALIZADA
CLORETOSCARBONATAÇÃO
CORROSÃO SOB TENSÃO
2.2.1 Corrosão
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Cl-
Cl-
Cl-
CO2
CO2
CO2espessura
qualidade do betão
Película Passivação
BETÃO ARMADO ( armaduras passivas)
Carbonatação Penetração cloretos
2.2.1 Corrosão
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Cl-
Fe→Fe2+ +2e-Ânodo
Cátodo O2+H2O+e→OH-
CORROSÃO: Perda passivação localizada:
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Perda passivação: rotura da película pelos cloretos
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
2.2.1 Corrosão
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Mecanismos de transporte de iõescloreto no betão variam com ascondições de exposição
Corrosão das estruturas em ambiente marítimo � Difusão (D):
� Absorção (A):
� Permeação� Migração
( )
−=
∂∂=
∂∂
tD
xerfCtxC
x
CD
t
C
ap
s
ap
21,
2
2
tkClAtQ p)()( =A D
2.2.1 Corrosão
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CO2
CO2CO2
Fe→Fe2+ +2e-Ânodo
Cátodo O2+H 2O+e→OH-
CORROSÃO: Perda passivação CO2
�Dióxido carbono (reduz a alcalinidade do betão)Ca(OH2)+CO2�CaCO3 + H2O
pH >12,5
pH< 9
CO2
CO2
CO2
2.2.1 Corrosão
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Consequências da corrosão
• Expansão na interface aço betão
• Perda de aderência• Fissuração betão• Destacamento do
betão • Perda seção do aço • Perda ductilidade do
aço
2.2.1 Corrosão
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Corrosão / carbonatação2.2.1 Corrosão
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Corrosão / cloretos
Chocho no Interior
2.2.1 Corrosão
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Elevadas tensões >75% tensão rotura
Tipo de microestrutura do aço
Fratura frágil do aço de alta resistência resultante daação da tensão e dum ambiente corrosivo (presençacloretos) originando fenómeno corrosão sob tensãoque pode estar tb associado a fenómeno defragilidade por hidrogénio. Ocorre mesmo emcondições de arejamento deficiente
BETÃO ARMADO ( armaduras ativas)
• Ancoragens com deficiência no sistema de proteção
• Bainhas de pré- esforçocom caldas contaminadas,….
2.2.1 Corrosão
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QUÍMICOS
Carbonatação
Contaminação por cloretos
Reação Álcalis-Agregado (RAA)Reação Sulfática Interna (RSI)
Reação Sulfática Externa (RSE) Lixiviação
Ataque ácido
2. 2 Químicos
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� Processos de deterioração químicos� reação álcalis-agregado
AGREGADOSREACTIVOS
HUMIDADEALCALINIDADE
ELEVADA
HUMIDADEALCALINIDADE
ELEVADA
AGREGADOSREACTIVOS
RISCORAA
2.2.2 Reações expansivas
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� Processos de deterioração químicos� reação sulfática externa
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� Processos de deterioração químicos� reação sulfática interna
AMBIENTEHÚMIDO
TEMPERATURANATUREZA
DOCIMENTO
- zona de maré- falta de estanquidade
ou de drenagem
partes maciças -dosagem em cimento
elevada -cimento de elevada
resistência mecânica -betonagem no verão -tratamentos térmicos -
- C3A- SO3
- álcalis
TEMPERATURANATUREZA
DOCIMENTO
AMBIENTES HÚMIDOS
RISCORSI
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• Fissuração em rede (craquelé)• Fissuração orientada• Movimentos, deformações• Pequenas crateras
Manifestações da ocorrência
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� Processos de deterioração químicos� lixiviação
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BIOLÓGICOS/ORGÂNICOS
Atividade de organismos vivosAcumulação de sujidades ou lixos
Contaminação por óleos e gorduras
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� Processos de deterioração biológicos
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musgos e incrustações
� Processos de deterioração biológicos
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� A durabilidade do betão caracteriza a sua resistência às ações fortuitas, aosataques químicos e a outros processos de deterioração;
� Muitos dos fatores que levam à iniciação e desenvolvimento da maioria dosdefeitos do betão são comuns;
� A inspeção visual realizada como parte integrante de um sistema de inspeçãopode identificar o tipo de defeitos apresentados e fornecer informações acerca dodesempenho do material e dos mecanismos de deterioração;
Guia TécnicoParte IV - VOL 2 - Estruturas de Betão - Deterioração
� O correto diagnóstico do processo de deterioração e as propriedades do materialpodem ser obtidas através de ensaios laboratoriais realizados em amostrasextraídas da estrutura. A utilização de ensaios não destrutivos (TND) tambémpode fornecer informações úteis.