durabilidade do concreto e sustentabilidade · durabilidade das estruturas de concreto (ceotto,...
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NORIE
PROJETO DE UM EDIFÍCIO SUSTENTÁVEL
Ser viável economicamente para os investidores.
Satisfazer as necessidades dos usuários.
Ser projetado e construído com tecnologia que
reduza o impacto ao meio ambiente e o trabalho
degradante do ser humano.
Consumir o mínimo de recursos naturais em sua
construção e principalmente em sua operação.
Baixa geração de resíduos.
Ter qualidade e durabilidade.
Condições de ser reutilizado.
(Ceotto, 2007)
NORIE
Percepção do
imóvel pelo cliente
Que edifício
interessante!!!!
Custo de operação
Custo de
manutenção
Custo de reparos,
recuperações e
reforços
Passivo ambiental
Custo de
reutilização
CLIENTE
(adaptado de Ceotto, 2007)
NORIE
Percepção do
imóvel pelo cliente
Que edifício
interessante!!!!
Custo de operação
Custo de
manutenção
Custo de reparos,
recuperações e
reforços
Passivo ambiental
Custo de
reutilização
CLIENTE
(adaptado de Ceotto, 2007)
NORIE
Ciudad de las artes y la ciencia Calatrava Valência - Espanha
(Cortesia: Maurício Carvalho Ayres Torres)
NORIE
REPARO
DEMOLIÇÃO
OBRAS NOVAS
RECUPERAÇÃO
REFORÇO
• Escassez de matérias primas
• Geração de resíduos
• Emissões de gases / CO2
• Consumo de energia
• Custo
NORIE
REPARO
DEMOLIÇÃO
OBRAS NOVAS
RECUPERAÇÃO
REFORÇO
• Escassez de matérias primas
• Geração de resíduos
• Emissões de gases / CO2
• Consumo de energia
• Custo
NORIE
A indústria do concreto é a maior consumidora de recursos naturais
20 bilhões ton. de concreto/ano
2,9 bilhões ton. de cimento/ano
15 bilhões ton. de agregados/ano
3 bilhões ton. de calcário/ano
1,5 bilhões de m3 de água/ano
Preservação Ambiental x Concreto
NORIE
RECURSO NATURAL EXTRAÇÃO ATUAL
(kg/ano)
RESERVA NATURAL
(kg)
USO REMANESCENTE
(anos)
MANGANÊS 7,3 E+09 5,0 E+12 685
CARVÃO 4,5 E+12 3,0 E+15 666
POTÁSSIO 2,6 E+10 1,7 E+13 649
URÂNIO 3,3 E+07 1,3 E+10 412
BAUXITA 1,1 E+11 2,8 E+13 257
FOSFATO 1,4 E+11 3,4 E+13 248
FERRO 4,3 E+11 1,0 E+14 231
NÍQUEL 9,2 E+08 1,1 E+11 120
MERCÚRIO 3,1 E+06 2,4 E+08 77
PETRÓLEO 3,2 E+12 2,4 E+14 75
GÁS NATURAL 2,0 E+12 1,3 E+14 66
COBRE 9,8 E+09 6,1 E+11 62
ESTANHO 1,8 E+08 1,0 E+10 56
CÁDMIO 2,0 E+07 9,7 E+08 49
ZINCO 7,1 E+09 3,3 E+11 47
CHUMBO 2,8 E+09 1,2 E+11 43
PRATA 1,4 E+07 4,2 E+08 30
OURO 2,2 E+06 6,1 E+07 28
Fontes: World Energy Council apud LIPPIATT (1998) e U.S. Bureau of Mines apud LIPPIATT (1998).
Remanes-
centes
de recursos
não-
renováveis
NORIE
Disposição inadequada
Risco de contaminação do solo e fontes de água
Aterro de inertes
Piracicaba/SP
NORIE
REPARO
DEMOLIÇÃO
OBRAS NOVAS
RECUPERAÇÃO
REFORÇO
• Escassez de matérias primas
• Geração de resíduos
• Emissões de gases / CO2
• Consumo de energia
• Custo
NORIE
A indústria do concreto é a maior consumidora de recursos naturais
20 bilhões ton. de concreto/ano
2,9 bilhões ton. de cimento/ano
cerca de 2 bilhões ton. de CO2/ano
Preservação Ambiental x Concreto
NORIE
• Nos últimos 30 anos, a
temperatura média da terra
aumentou 3ºC;
• Estima-se que até 2100
aumente até 5ºC.
EFEITO ESTUFA
Blessmann (2003)
TEMPERATURA GLOBAL
NORIE(http://library.thinkquest.org/C0126481/consmed.html, 2006)
Degelo das calotas
polares e
geleiras
Dilatação térmica
da massa de água
oceânica
Consequências do efeito estufa
NORIE
TEMPERATURA GLOBAL
Aumento da temperatura da
superfície dos oceanos
Acima de 27oC
Condições para formação de furacões
Consequências do efeito estufa nos oceanos
NORIE
O Catarina,
fenômeno que
atingiu o litoral sul
do Brasil em 2004,
foi o primeiro
furacão
extratropical
conhecido.
(http://www.apolo11.com/furacao_catarina.php, 2006)
NORIE
REPARO
DEMOLIÇÃO
OBRAS NOVAS
RECUPERAÇÃO
REFORÇO
• Escassez de matérias primas
• Geração de resíduos
• Emissões de gases / CO2
• Consumo de energia
• Custo
NORIE
Produção cimento consome entre
7-10 Bilhões GJ/ano
Energia para produção de agregados
Energia para produção de aço
NORIE
REPARO
DEMOLIÇÃO
OBRAS NOVAS
RECUPERAÇÃO
REFORÇO
• Escassez de matérias primas
• Geração de resíduos
• Emissões de gases / CO2
• Consumo de energia
• Custo
NORIE
CONSUMO DE CONCRETO NO MUNDO
• Obras novas 45%
• Projetos de infra-estrutura 15%
• Reparos e renovação do ambiente edificado
40%
(MEHTA, 2009)
NORIE
Desenvolvimento sustentável
depende da construção civil
Depende da qualidade e
durabilidade das
estruturas de concreto
NORIE
1960 ~ 3 bilhões de toneladas por ano
(1 ton/per capta)
Atual ~ 20 bilhões de toneladas por ano
(1 ton/per capta)
(Mehta, 2009)
~ 7 bilhões de m3
CONSUMO MUNDIAL DE CONCRETO
NORIE
0
10
20
30
40
50
60
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2003 2006 2007 2008
Ano
Pro
du
çã
o d
e c
ime
nto
no
Bra
sil
(milh
õe
s.t
on
)
DÉCADA DE 70
Milagre Econômico DÉCADA DE 80
Estagnação
Plano Cruzado
DÉCADA DE 90
Consolidação do
Setor
Plano Real
ANO 2000
Crise econômica mundial
Início da
década
de 00
Crise na
CC
Recuperação do setor
da Construção
civil
(SNIC, 2010)
Produção de cimento no Brasil
NORIE
CULPADO
BAIXA
VIDA ÚTIL
DO CONCRETO
RESPONSÁVEL
PELA ESPECIFICAÇÃO
E EXECUÇÃO
DO CONCRETO
CONCRETO
NORIE
Projetando para garantir a
qualidade
e a
durabilidade
das estruturas de concreto
(Ceotto, 2007)
NORIE
DEGRADAÇÃO DAS CONSTRUÇÕES
DE CONCRETO
DETERIORAÇÃO
FÍSICO-MECÂNICO
CORROSÃO DO
CONCRETO
CORROSÃO DA
ARMADURA
EROSÃO
FISSURAÇÃO
EXPANSÃO
LIXIVIAÇÃO CARBONATAÇÃO
DESPASSIVAÇÃO
íons gases água
NORIE
FATORES NECESSÁRIOS PARA OCORRER CORROSÃO
O2 H2O
+ umidade nos poros
CORROSÃO DAS ARMADURAS
O2
H2O H2O O2
H2O
NORIE
Classe de agressividade Concreto
Tipo I II III IV
CA < 0,65 < 0,60 < 0,55 < 0,45 a/c
CP < 0,60 < 0,55 < 0,50 < 0,45
CA > C20 > C25 > C30 > C40 Classe de
Concreto
(NBR 8953) CP > C25 > C30 > C35 > C40
As exigências da Norma
(Tabela 13 da NBR 6118/2007)
NORIE
Relação água/cimentofck (fc28)
(MPa) CP I 32CP II
32
CP II
40
CP III
32
CP III
40
CP IV
32
CP V
ARI/RS
CP V
ARI
20 (26,6) 0,67 0,61 0,67 0,60 0,66 0,63 0,71 0,74
25 (31,6) 0,61 0,54 0,60 0,54 0,60 0,55 0,63 0,67
30 (36,6) 0,55 0,48 0,54 0,49 0,55 0,49 0,56 0,61
35 (41,6) 0,50 0,42 0,49 0,45 0,51 0,45 0,50 0,55
(Prática recomendada IBRACON, 2003)
Cimentos brasileiros atuais
NORIE
ÁGUA NO CONCRETO
Água de hidratação ~ 0,20 / 0,21
Água de gel ~ 0,18 / 0,19
Água livre
~ 0,34
fck 20 MPa
CPV ARI
a/c 0,74
Porosidade / capilaridade
~ 0,40
NORIE
TAXA DE ABSORÇÃO
(STOLFO e DAL MOLIN, 1997 - NORIE)
CP I
CPB
absortividade de concretos (idade: 28 dias)
2
6
10
14
18
22
26
0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00
Relação a/ag
S (
mm
/h1
/2)
CP-II ECP-II F
CP-V ARI RSCP-V ARI
NORIE
Idade: 42 dias UR: 70%
0.40 0.50 0.65 0.80 1.00 a/c
2
0
4
6
8
10
12
14
CP
POZ
AF
ARI
Carbonatação x Relação a/c
(WOLF e DAL MOLIN, 1989 - NORIE)
NORIE
0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70
0
10
20
30
40
50
60
70
Pro
fund
ida
de
de
ca
rbo
na
taçã
o -
pca
rb (
mm
)
Relação água/aglomerante
COBRIMENTO
Teor de sílica ativa
obs.0%
obs.10%
obs.20%
0%
5%
10%
15%
20%
161 dias
PROFUNDIDADE DE CARBONATAÇÃO
(KULAKOWSKI e DAL MOLIN, 2002 - NORIE/PPGEM)
NORIE
Estimativa da Profundidade Carbonatada
y
10 Anos [mm] 30 Anos [mm]
18,3
11,7
6,6
31,8
20,3
11,5
0,65
0,55
0,48
y = 5,8 t
y = 3,7 t
y = 2,1 t
a/c Profundidade
NORIE
Carbonatação x Tempo
Profundidade
Carbonatação
[mm]
Tempo (Vanos )
DUPLICANDO A
ESPESSURA DO
COBRIMENTO
AUMENTA VIDA ÚTIL
EM 4 VEZES
NORIE
Previsão de Vida Útil
Concentração externa de Cl- 3,5%
Perfil de concentração de Cl- 10 anos
Espessura de cobrimento 2,5 cm
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0 0,5 1 1,5 2 2,5
cobrimento (cm)
Cl-
(%
sob
re a
mas
sa
de c
imen
to)
0,28 0,45 0,75
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 d
e c
imen
to)
0,28 0,45 0,75
6,8 11,3
17,5
Teor SA = 10%
Temp = 25oC
Idade = 28 dias
Relação
a/agl
(HOFFMANN e DAL MOLIN, 2001 - NORIE)
NORIE
Concreto fck = 20 MPa x fck = 60 MPa
Área do pavimento - 320 m2
3º pav. de 15 pavimentos
CONCRETO (m3) ARMADURA (kg) FÔRMAS (M2)
fck21 MPa
fck60 MPa
ECON%
fck21 MPa
fck60 MPa
ECON%
fck21 MPa
fck60 MPa
ECON%
PILARES 13,2 6,8 - 49 2981 1192 - 60 136,6 93,2 -32
VIGAS 14,9 12,1 - 19 1623 1623 - 180,2 149,1 - 17
LAJES 27,0 26,1 - 994 994 - 280,8 280,8 -
TOTAL 55,1 45 -18 5598 3966 -29 597,6 523,1 - 12
Aumento da resistência do concreto
NORIE
CUSTO EM US$
CONCRETO ARMADURA FÔRMA TOTAL
fck21 MPa
fck60 MPa
fck21 MPa
fck60 MPa
fck21 MPa
fck60 MPa
fck21 MPa
fck60 MPa
MAT 468 464 1591 636 3871 2628 5931 3728
PILARES MO 507 261 1163 465 774 525 2443 1251
MAT 528 826 867 866 5086 4210 6481 5903
VIGAS MO 572 464 633 633 1016 841 2221 1939
MAT 958 1782 531 531 7940 7940 9428 10252
LAJES MO 1036 1002 388 388 1587 1587 3011 2976
MAT 1954 3073 2989 2034 16896 14777 21839 19884
TOTAL MO 2115 1727 2184 1486 3377 2953 7675 6166
TOTAL GERAL 4069 4800 5173 3520 20273 17730 29515 26050
-12%
NORIE
PC X fc CLORETOS Difusão X fc
y = -6E-07x 2 - 0,0037x + 69,081
R2 = 0,525
0
20
40
60
80
100
0 2000 4000 6000 8000
Carga total passante (Coulombs)
fc (
MP
a)
0% sílica ativa
y = -2E-07x 2 - 0,0133x + 64,009
R2 = 0,3879
0
20
40
60
80
100
0 2000 4000 6000 8000
Carga total passante (Coulombs)
fc (
MP
a)
20% sílica ativa
y = 85,408e -0,0851x
R2 = 0,6519
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
coeficiente de difusão de Cl-
(x 10 -9 cm2/s)
f c (
MP
a)
0% sílica ativa
y = 66,56e -0,0669x
R2 = 0,5896
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
coeficiente de difusão de Cl-
(x10 -9 cm2/s)
f c (
MP
a)
20% sílica ativa
fc não é um
bom
parâmetro
para avaliar
a
durabilidade
dos
concretos
(HOFFMANN e
DAL MOLIN, 2001)
NORIE
Abatimento (slump)
Dmáx característica do agregado graúdo
Resistência característica do concreto - fck
ESPECIFICAÇÃO CONCRETO
Tipo de aglomerante ?
NORIE
PENETRAÇÃO DE CLORETOS
(STOLFO, AZEVEDO e DAL MOLIN, 1997 - NORIE)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
0,3 0,35 0,45 0,6 0,8
relação a/agl
carg
a t
ota
l (C
ou
lom
bs)
ARI
POZ
CP I
CPB
(MATTOS e DAL MOLIN, 2002 - NORIE)
NORIE
0 1000 2000 3000 4000 5000
Carga passante (Coulombs)
10
30
50
70
0
20
40
60
80
Re
sis
tên
cia
à c
om
pre
ssã
o -
180
dia
s (
MP
a)
CP IV POZ
CP V ARI
CP V ARI + CCA 5%
CP V ARI + CCA 10%
CP V ARI + CCA 15%
CP V ARI + CCA 20%
(AZEVEDO e DAL MOLIN, 1999 - NORIE)
Penetração de cloretos
baixa moderada alta
NORIE
0
10
20
30
40
50
1 1,5 2 2,5 3
espessura de cobrimento
(cm)
vid
a ú
til
de p
roje
to (
an
os)
CPIIF 0,35
CPIIF 0,60
CPIV 0,35
CPIV 0,60
CPV 0,35
CPV 0,60
Vida Útil de Projeto - ação de cloretos
(ANDRADE e DAL MOLIN, 2001 - NORIE)
NORIE
Produção de cimento no Brasil
TIPO DE CIMENTO
SIGLA
2003
2008
COMUM (CP I) 2% <1%
COMPOSTO (CP II) 72% 64%
ALTO-FORNO (CP III) 13% 17%
POZOLÂNICO (CP IV) 7% 11%
ARI (CP V-ARI) 6% 7%
BRANCO (CPB) <0,2% <0,2%
(SNIC, 2010)
NORIE
Redução da relação água/cimento / Redução
da porosidade
CONCRETOS MAIS DURÁVEIS E SUSTENTÁVEIS
Utilização de adições em cimentos/concretos
Redução do consumo de cimento
Novos materiais
NORIE
CONCRETO AUTO-ADENSÁVEL
Consumo de Cimento (kg/m3)
para concretos de 30 MPa
(TUTIKIAN, CREMONINI e DAL MOLIN, 2004 - NORIE/UFRGS)
391
368
334
500
466
407
394456
425
249
234
396
314
269
252
349
326
272
272
281
207
176
287
264
219
213
461
314
0
100
200
300
400
500
600
700
3 dias 7 dias 28 dias 63 dias
kg
/m3
REF FC sem MV FC com MV MC sem MV
MC com MV CCA sem MV CCA com MV
NORIE
CONCRETO AUTO-ADENSÁVEL
Penetração de Cloretos (C)
(TUTIKIAN, CREMONINI e DAL MOLIN, 2004 - NORIE/UFRGS)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Pen
etr
ação
de ío
ns
clo
reto
s (
C)
20 30 40
Resistência à Compresão (MPa)
Referência FC sem VMA FC com VMA MC sem VMA
MC com MVA CCA sem VMA CCA com VMA
- 31%
- 91%
- 33%
- 92%
- 36%
- 94%
NORIE
RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO
LEITE e DAL MOLIN (2001) - NORIE
12,0
18,0
24,0
30,0
36,0
42,0
0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Relação a/c
fc (
MP
a)
Referência
100%AMR-0%AGR
50%AMR-50%AGR
0%AMR-100%AGR
100%AMR-100%AGR
Concretos com Agregados Reciclados
(LEITE e DAL MOLIN, 2004 - NORIE/UFRGS)
NORIE
Aspectos de durabilidade – estimativa de vida útil
45,8 (1)
34,8 (2) 35,1
Concreto com 20 MPa
relação a/c de 0,60
Concreto reciclado Concreto convencional
Estimativa de vida útil (anos) Condição
(1) concreto com 100% de agregado miúdo reciclado e brita natural;
(2) concreto com 50% de agregado miúdo natural e 50% de agregado graúdo reciclado
VIEIRA e DAL MOLIN (2004) - NORIE
Concretos com Agregados Reciclados
NORIE
CONCRETOS
MAIS DURÁVEIS
SUSTENTABILIDADE
SEM CUSTOS
FINANCEIROS
ADICIONAIS
REDUZINDO
CUSTOS
AMBIENTAIS
“MATERIAL SAVED IS A MATERIAL GAINED”
CONSIDERAÇÕES FINAIS