Estruturas de Concreto 1 UFSCar - Conceitos Fundamentais e Durabilidade

PPGECiv UFSCar 15102024 Ricardo Laguardia Justen de Almeida 1 Estruturas de Concreto 1 Professor Ricardo Laguardia Justen de Almeida laguardiaufscarbr Período 20242 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS Departamento de Engenharia Civil Outubro2024 Unidade 1 Conceitos Fundamentais Sumário 2 Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida 11 Introdução ao concreto armado 12 Propriedades dos materiais para concreto armado 13 Durabilidade das estruturas de concreto 14 Ações e segurança Estruturas de Concreto 1 Unidade 1 Conceitos Fundamentais 13 Durabilidade das Estruturas de Concreto 3 Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida REQUISITOS DE QUALIDADE Capacidade resistente Desempenho em serviço Durabilidade da estrutura Segurança à ruptura Condições plenas de utilização durante sua vida útil Resistir às influências ambientais previstas ABNT NBR 61182023 13 Durabilidade das Estruturas de Concreto 4 Vida útil de projeto VUP Período de tempo em que a estrutura é capaz de desempenhar bem as funções para as quais foi projetada sem a necessidade de intervenções significativas não se confundindo com o tempo de vida útil total Fonte adaptado de ABNT NBR 155751 2013 PPGECiv UFSCar 15102024 Ricardo Laguardia Justen de Almeida 2 13 Durabilidade das Estruturas de Concreto 5 Vida útil de projeto VUP Geralmente a vida útil de projeto corresponde ao tempo que vai até a despassivação da armadura momento em que se inicia o processo de corrosão Normalmente esse é o tempo necessário para que a frente de carbonatação ou a frente de cloretos atinja a armadura Fonte Helene 1997 13 Durabilidade das Estruturas de Concreto 6 Vida útil de projeto VUP Logo uma das maneiras de se aumentar a vida útil de projeto é retardar a chegada dessas frentes o que se consegue com o aumento da espessura do cobrimento de concreto com a redução da relação águacimento e com o emprego de revestimentos Exemplos Vida útil anos Estruturas provisórias 10 Componentes estruturais que possam ser substituídos 10 a 25 Estruturas agrícolas e semelhantes 15 a 30 Estruturas de edifícios e outras estruturas correntes 50 Estruturas de edifícios monumentais pontes e outras estruturas similares 100 Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida 13 Durabilidade das Estruturas de Concreto 7 Mecanismos de deterioração do concreto armado Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida A deterioração do concreto pode se dar por vários fatores de natureza física química e biológica Normalmente há mais de um fator associado cuja combinação pode acelerar o processo de degradação do concreto Dentre os principais fatores de deterioração do concreto armado podem ser citados ciclos de gelodegelo expansões térmicas e retração desgaste mecânico lixiviação reações expansivas carbonatação ação de cloretos corrosão das armaduras 13 Durabilidade das Estruturas de Concreto 8 Mecanismos de deterioração do concreto armado Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida Lixiviação Mecanismo responsável por dissolver e carrear os compostos hidratados da pasta de cimento por ação de águas puras ou contaminadas A lixiviação do hidróxido de cálcio em contato com o CO2 da atmosfera gera o carbonato de cálcio com eflorescências esbranquiçadas na superfície do concreto PPGECiv UFSCar 15102024 Ricardo Laguardia Justen de Almeida 3 13 Durabilidade das Estruturas de Concreto 9 Mecanismos de deterioração do concreto armado Carbonatação A carbonatação é um fenômeno que ocorre devido às reações químicas entre o gás carbônico CO2 presente na atmosfera que penetra nos poros do concreto e o hidróxido de cálcio CaOH2 resultando em carbonato e bicarbonato de cálcio A carbonatação iniciase na superfície da peça e avança progressivamente para o interior do concreto ocasionando uma redução do pH do meio com a consequente despassivação da armadura destruição do filme protetor e início do processo de corrosão 13 Durabilidade das Estruturas de Concreto 10 Mecanismos de deterioração do concreto armado Carbonatação A frente de carbonatação ao atingir a armadura provoca o surgimento de fissuras descolamento do concreto de cobrimento aderente à armadura e principalmente a redução da área de armadura CaOH2 CO2 CaCO3 H2O 13 Durabilidade das Estruturas de Concreto 11 Mecanismos de deterioração do concreto armado Carbonatação A velocidade do avanço da frente de carbonatação depende da porosidade do concreto da umidade e da disponibilidade de CO2 na atmosfera Pequenas espessura de recobrimento elevada relação águacimento reduzidas quantidades de cimento e baixa qualidade do concreto são fatores que favorecem a velocidade de carbonatação Zonas urbanas Maior taxa de CO2 presente na atmosfera Velocidade de ataque maior Zonas rurais Menor taxa de CO2 presente na atmosfera Velocidade de ataque menor Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida 13 Durabilidade das Estruturas de Concreto 12 Mecanismos de deterioração do concreto armado Corrosão das armaduras A corrosão das armaduras é muitas vezes o primeiro sintoma visível do processo de degradação da estrutura A corrosão é uma reação eletroquímica do aço resultando em óxidos de ferro que possuem natureza expansiva O aumento do volume de aço oxidado é suficiente para produzir tensões de tração importantes capazes de romper o cobrimento colocando as armaduras em exposição A velocidade da corrosão depende da umidade do teor de oxigênio da temperatura e da presença de substâncias agressivas como os cloretos PPGECiv UFSCar 15102024 Ricardo Laguardia Justen de Almeida 4 13 Durabilidade das Estruturas de Concreto 13 Medidas de prevenção Para evitar a degradação precoce do concreto armado devemse tomar medidas para dificultar a penetração de substâncias nocivas na massa de concreto e a corrosão das armaduras tais como emprego de concreto com baixa relação águacimento concreto menos poroso adoção de cobrimentos satisfatórios limitação das aberturas das fissuras concreto menos permeável detalhamento cuidadoso das armaduras uso de revestimentos protetores reboco pintura impermeabilizantes etc proteção física da estrutura contra todo tipo de impacto drenagem eficiente capaz de evitar o acúmulo de água sobre as superfícies de concreto Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida 13 Durabilidade das Estruturas de Concreto 14 Agressividade do ambiente Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida A agressividade do ambiente está relacionada às ações físicas e químicas que atuam sobre as estruturas de concreto 13 Durabilidade das Estruturas de Concreto 15 Agressividade do ambiente Risco de deterioração da estrutura Classificação geral do tipo de ambiente para efeito de projeto Agressividade Classe de agressividade ambiental Insignificante Rural Fraca I Submersa Pequeno Urbana ab Moderada II Grande Marinha a Forte III Industrial ab Elevado Industrial ac Muito forte IV Respingos de maré a Podese admitir um microclima com uma classe de agressividade mais branda uma classe acima para ambientes internos secos salas dormitórios banheiros cozinhas e áreas de serviço de apartamentos residenciais e conjuntos comerciais ou ambientes com concreto revestido com argamassa e pintura b Podese admitir uma classe de agressividade mais branda uma classe acima em obras em regiões de clima seco com umidade média relativa do ar menor ou igual a 65 partes da estrutura protegidas de chuva em ambientes predominantemente secos ou regiões onde raramente chove c Ambientes quimicamente agressivos tanques industriais galvanoplastia branqueamento em indústrias de celulose e papel armazéns de fertilizantes indústrias químicas 13 Durabilidade das Estruturas de Concreto 16 Agressividade do ambiente Risco de deterioração da estrutura Classificação geral do tipo de ambiente para efeito de projeto Agressividade Classe de agressividade ambiental Insignificante Rural Fraca I Submersa Pequeno Urbana ab Moderada II Grande Marinha a Forte III Industrial ab Elevado Industrial ac Muito forte IV Respingos de maré a Podese admitir um microclima com uma classe de agressividade mais branda uma classe acima para ambientes internos secos salas dormitórios banheiros cozinhas e áreas de serviço de apartamentos residenciais e conjuntos comerciais ou ambientes com concreto revestido com argamassa e pintura b Podese admitir uma classe de agressividade mais branda uma classe acima em obras em regiões de clima seco com umidade média relativa do ar menor ou igual a 65 partes da estrutura protegidas de chuva em ambientes predominantemente secos ou regiões onde raramente chove c Ambientes quimicamente agressivos tanques industriais galvanoplastia branqueamento em indústrias de celulose e papel armazéns de fertilizantes indústrias químicas ABNT NBR 6118 2023 PPGECiv UFSCar 15102024 Ricardo Laguardia Justen de Almeida 5 13 Durabilidade das Estruturas de Concreto 17 Agressividade do ambiente Exemplos de classificação de ambientes quanto à agressividade São Paulo SP Classe III industrial Vitória ES Classe III marinha São Carlos SP Classe II urbana Água Vermelha SP Classe I rural Rio Claro SP Classe III industrial Pontes no mar indústrias de papel e celulose reservatórios de tratamento de esgoto armazéns com grande quantidade de sulfatos Classe IV Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida 13 Durabilidade das Estruturas de Concreto 18 Critérios de projeto que visam a durabilidade A durabilidade das estruturas é altamente dependente das características do concreto e da espessura e qualidade do concreto de cobrimento da armadura A qualidade do concreto está intimamente ligada à relação águacimento pois é esta que determina a porosidade da massa endurecida e portanto a facilidade de penetração de água ou de gases no concreto Classe de agressividade Tipo Concreto IV III II I 045 055 060 065 CA Relação águacimento em massa 045 050 055 060 CP C40 C30 C25 C20 CA Classe de concreto C40 C35 C30 C25 CP CA corresponde a elementos estruturais de concreto armado CP corresponde a elementos estruturais de concreto protendido Fonte ABNT NBR 6118 2023 13 Durabilidade das Estruturas de Concreto 19 Critérios de projeto que visam a durabilidade Além das exigências de qualidade do concreto é necessário especificar um cobrimento mínimo para as armaduras O cobrimento da armadura é definido como a distância da barra à face externa do elemento Para garantir o cobrimento mínimo cmín o projeto e a execução devem considerar o cobrimento nominal cnom que é o cobrimento mínimo acrescido da tolerância c nom mín c c c Classe de agressividade ambiental Elemento estrutural IV III II I 45 35 25 20 Laje 50 40 30 25 Vigapilar 50 40 30 Elementos estruturais em contato com o solo Cobrimento nominal das armaduras para concreto armado mm Fonte ABNT NBR 6118 2023 13 Durabilidade das Estruturas de Concreto 20 Critérios de projeto que visam a durabilidade PPGECiv UFSCar 15102024 Ricardo Laguardia Justen de Almeida 6 13 Durabilidade das Estruturas de Concreto 21 Critérios de projeto que visam a durabilidade 13 Durabilidade das Estruturas de Concreto 22 Critérios de projeto que visam a durabilidade A abertura máxima característica das fissuras desde que não ultrapasse valores da ordem de 02 a 04 mm não tem importância significativa na evolução da corrosão das armaduras para concreto armado No caso de peças de edifícios usuais podem ser adotados os seguintes limites para a abertura das fissuras em função da classe de agressividade ambiental Classe de agressividade I abertura máxima de 04 mm Classes de agressividade II e III abertura máxima de 03 mm Classe de agressividade IV abertura máxima de 02 mm Referências bibliográficas 23 ARAÚJO J M 2023 Curso de Concreto Armado 5ª edição Rio Grande Editora Dunas 2023 v 1 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 6118 Projeto de estruturas de concreto Rio de Janeiro 2023 242p CARVALHO R C FILHO J R F 2024 Cálculo e Detalhamento de Estruturas Usuais de Concreto Armado Segundo a NBR 61182023 5ª edição São Carlos EdUFSCar 2024 479p KIMURA A E PARSEKIAN G A ALMEIDA L C SANTOS S H C BITTENCOURT T N 2022 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Volume 1 Capítulos Básicos B1 a B9 1ª edição São Paulo IBRACON 2022 v 1 665p Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida