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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

duratiNetSeminário DURATINET

Lisboa, 26 novembro 2013

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



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



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



Versão WEB1. Introdução

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FICHA : Processo Deterioração – Corrosão das armaduras

1. Introdução



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



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



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



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



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



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



� 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



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



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



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



Corrosão / carbonatação2.2.1 Corrosão

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Corrosão / cloretos

Chocho no Interior

2.2.1 Corrosão



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



� 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



� 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



� Processos de deterioração químicos� lixiviação

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BIOLÓGICOS/ORGÂNICOS

Atividade de organismos vivosAcumulação de sujidades ou lixos

Contaminação por óleos e gorduras



� Processos de deterioração biológicos

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musgos e incrustações

� Processos de deterioração biológicos



� 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.

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Versão WEB

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