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ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO IESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO I fctfct -- UNLUNLESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO IESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO I4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADE
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ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO IESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO I fctfct -- UNLUNL
PROGRAMAPROGRAMA
1.Introdução ao betão armado2.Bases de Projecto e Acções3.Propriedades dos materiais
4.Durabilidade5.Estados limite últimos de resistência à tracção e à compressão6.Estado limite último de resistência à flexão simples7.Estado limite último de resistência ao esforço transverso………………………..
Bainhas dos cabos de p.e.
Armaduras ordinárias
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4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADE
Deve ser garantida a durabilidade da estrutura durante o período de vida útil de projecto, sem necessidade de acções de manutenção excepcionais nem de reparação ou de reforço estrutural.
4.1. GENERALIDADES
Cabeças de ancoragem de pré-esforço
A estrutura deve ser concebida tendo em conta:
• período de vida útil de projecto;
• o ambiente em que está integrada e os agentes agressivos com capacidade de a deteriorar.
Os meios à disposição do projectista para controlar a durabilidade da estrutura, face às condições ambientais em que ela se encontra e ao período de vida útil de projecto, são:
• a qualidade do betão a utilizar;
• a espessura do recobrimento das armaduras;
• medidas especiais de protecção da superfície do betão e das armaduras.
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As principais acções que provocam deterioração nas estruturas de betão armado são:
• acções mecânicas (cargas aplicadas ou deformações impostas que danificam as estruturas, abrasão, etc.);
• erros de projecto, de execução, de utilização e de manutenção;
• acções biológicas (fungos, plantas, etc.);
• acções químicas que destroem a massa do betão endurecido ao longo do tempo (reacção álcalis-inertes e sulfatos e outros produtos químicos industriais);
• acções químicas que reduzem a capacidade do betão de proteger as armaduras contra a corrosão (ataques de cloretos e carbonatação do betão).
4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADE
O construtor deve garantir níveis de execução adequados e controlo de qualidade.
O dono-da-obra deve efectuar inspecções regulares e executar acções de manutenção da estrutura.
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4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADE
PROTECÇÃO DAS ARMADURAS NO BETÃO
No interior do betão não contaminado as armaduras encontram-se protegidas contra a corrosão devido à elevada alcalinidade do meio.
pH ≈ 13Forma-se à superfície da armadura uma barreira de protecção (película passiva) que impede a sua corrosão.
DESPASSIVAÇÃO DAS ARMADURAS
Quando o pH desce para valores inferiores a 10, ou o teor de cloretos ultrapassa o valor crítico, ocorre a destruição da película passiva.Se surgir humidade e oxigénio inicia-se o processo de corrosão das armaduras.
4.2. CORROSÃO DAS ARMADURAS
Os mecanismos de transporte dos iões despassivantes para o interior do betão são condicionados: pelas condições de exposição; pela resistência àpenetração; porosidade; fendilhação e composição química do cimento.
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4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADEMECANISMO DA CORROSÃO
A corrosão é um processo electroquímico.Num processo electroquímico existem osseguintes elementos:
Ânodo – zona da armadura despassivada
Cátodo – zona da armadura com acesso a oxigénio
Condutor eléctrico – armadura
Electrólito – betão
Os produtos da corrosão são expansivos, provocando a fendilhação e/ou delaminação do betão.
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4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADE
PRODUTOS DA CORROSÃOFe++ + 2OH- →
Fe2O3 . H2O – óxido férrico hidratadoou 2Fe(OH) 3 – hidróxido férrico
DISSOLUÇÃO DO FERROFe → Fe++ + 2e-
REDUÇÃO DO OXIGÉNIO½ O2 + H2O + 2e- → 2OH-
CORROSÃO POR CARBONATAÇÃO
A corrosão é em geral generalizada e a sua progressão é lenta.
Carbonatação do betãoO dióxido de carbono da atmosfera reage com o hidróxido de cálcio do cimento, provocando um abaixamento do pH de cerca de 13 para cerca de 9.5.
Ca (OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
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4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADE
CORROSÃO POR ACÇÃO DOS CLORETOS
A corrosão é localizada e a sua velocidade de progressão é elevada.
PRODUTOS DA CORROSÃO
Fe Cl3- + 3OH- →
3Cl- – ião de cloreto+ Fe(OH) 3 – hidróxido férrico
DISSOLUÇÃO DO FERROFe + 3Cl- → Fe Cl3
- + 2e-
REDUÇÃO DO OXIGÉNIO½ O2 + H2O + 2e- → 2OH-
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4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADE
Superfícies de betão sujeitas a contacto com água, não incluídas na classe de exposição XC2
Alternadamente húmido e secoXC4
Betão no interior de edifícios com uma humidade do ar ambiente moderada ou elevadaBetão exterior protegido da chuva
Humidade moderadaXC3
Superfícies de betão sujeitas a contacto prolongado com águaUm grande número de fundações
Húmido, raramente secoXC2
Betão no interior de edifícios com uma humidade do ar ambiente baixaBetão permanentemente submerso em água
Seco ou permanentemente húmidoXC1
2 Corrosão induzida por carbonatação
Betão no interior de edifícios com uma humidade do ar ambiente muito baixa
Para betão sem armadura ou elementos metálicos embebidos: todas as exposições excepto em situação de gelo/degelo, abrasão ou ataque químicoPara betão com armadura ou elementos metálicos embebidos: muito seco
X0
1 Nenhum risco de corrosão ou ataque
Exemplos informativos de condições em que podem ocorrer as classes de exposição
Descrição do ambienteDesignação da classe
4.3. CLASSES DE EXPOSIÇÃO (quadro 4.1 EN1992.1.1)
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4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADE
Elementos de estruturas marítimasZonas sujeitas aos efeitos das marés, da rebentação e da neblina marítima
XS3
Elementos de estruturas marítimasPermanentemente submersoXS2
Estruturas próximas da costa ou na costaExposto ao sal transportado pelo ar mas não em contacto directo com a água do mar
XS1
4 Corrosão induzida por cloretos presentes na água do mar
Elementos de pontes expostos a pulverizações contendo cloretosPavimentosLajes de parques de estacionamento
Alternadamente húmido e secoXD3
PiscinasElementos de betão expostos a águas industriais contendo cloretos
Húmido, raramente secoXD2
Superfícies de betão expostas a cloretos transportados pelo ar
Humidade moderadaXD1
3 Corrosão induzida por cloretos
Exemplos informativos de condições em que podem ocorrer as classes de exposição
Descrição do ambienteDesignação da classe
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4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADE
Terrenos naturais e água no terrenoAmbiente químico altamente agressivo, de acordo com a EN 206-1, Quadro 2
XA3
Terrenos naturais e água no terrenoAmbiente químico moderadamente agressivo, de acordo com a EN 206-1, Quadro 2
XA2
Terrenos naturais e água no terrenoAmbiente químico ligeiramente agressivo, de acordo com a EN 206-1, Quadro 2
XA1
6. Ataque químico
Estradas e tabuleiros de pontes expostos a produtos descongelantesSuperfícies de betão expostas a pulverizações directas contendo produtos descongelantes e expostas ao geloZonas sujeitas aos efeitos da rebentação de estruturas marítimas expostas ao gelo
Saturação elevada em água com produtos descongelantes ou com água do mar
XF4
Superfícies horizontais de betão expostas àchuva e ao gelo
Saturação elevada em água, sem produtos descongelantes
XF3
Superfícies verticais de betão de estruturas rodoviárias expostas ao gelo e a produtos descongelantes transportados pelo ar
Saturação moderada em água, com produto descongelante
XF2
Superfícies verticais de betão expostas à chuva e ao gelo
Saturação moderada em água, sem produto descongelante
XF1
5. Ataque gelo/degelo
Exemplos informativos de condições em que podem ocorrer as classes de exposição
Descrição do ambienteDesignação da classe
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4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADE
CEM II/A-L 42,5RTipo I – cimento PortlandTipo II – cimento Portland com adições > 5%Tipo III – cimento de alto fornoTipo IV – cimento puzolânico
A – menor percentagem de adiçõesB – maior percentagem de adições
D – fumo de sílicaL – fillers cacáriosP – pozolanasS – escóriasV – cinzas volantes
32,5 – classe de resistência 32,5MPa42,5 – classe de resistência 42,5MPa52,5 – classe de resistência 52,5MPaN – resistência inicial normalR – alta resistência inicial
4.3. TIPOS DE CIMENTOS
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4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADE
CEM II/B-L 32,5R (br) Cimento branco para múltiplas aplicações em obra, na preparação de argamassas industriais, na prefabricação de elementos estruturais e não estruturais.
CEM II/A-L 42,5 (br) Cimento branco de elevada resistência para betão arquitectónicos de resistência média a elevada e prefabricação de peças e artefactos.
Cimentos Portland de Calcário
CEM I 52,5N (br) Cimento branco de muito elevada resistência para o fabrico de betões de elevado efeito arquitectónico e resistência elevada.
Cimento Portland
Cimentos Brancos
CEM IV/A (V) 32,5R Cimento de elevada resistência química e baixo calor de hidratação para obras de betão em grande massa, betões e argamassas sujeitos a ambientes agressivos .
Cimento Pozolânico
CEM II/B-L 32,5N Cimento para o fabrico de betões correntes armados e não armados, todo o tipo de argamassas pré preparadas ou realizadas em obra, prefabricação ligeira e fabricação de artefactos.
CEM II/A-L 42,5R Cimento de elevada resistência e menor calor de hidratação para múltiplas aplicações.
Cimentos Portland de Calcário
CEM I 42,5R Cimento de elevada resistência final e inicial para betão de média a elevada resistência, pronto ou fabricado em obra.
CEM I 52,5R Cimento de muito elevada resistência inicial e final, para fabrico de betões de elevado desempenho e betão pré-esforçado a idades muito jovens.
Cimentos Portland
Cimentos Cinzentos
CIMENTOS SECILCIMENTOS SECIL
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4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADE
cnom = cmin + Δcdev
4.4. RECOBRIMENTO DAS ARMADURAS
Tolerância de execução
Recobrimento mínimo
Δcdev = 10mm
O recobrimento nominal em betonagens • contra o terreno deve ser ≥ 75mm• sobre betão de limpeza deve ser ≥ 50mm
Em certas condições a tolerância de execução, assim como Δcdev podem ser reduzidos.
Recobrimento nominal
cmin
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4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADE
cmin = max {cmin,b ; cmin,dur + Δcdur,γ – Δcdur,st – Δcdur,add; 10mm}
Recobrimento mínimo para a aderência aço-betão
Recobrimento mínimo relativo às condições ambientais
Margem de segurançaΔcdur,γ = 0
Redução para o caso de protecções adicionais
Δcdur,add =5mmRedução para aços inoxidáveis
Δcdur,st =10mm
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4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADE
cmin,b - Recobrimento mínimo para garantir a aderência aço-betão+ em armaduras ordinárias:
• varões isolados = diâmetro do varão (φ)
• agrupamentos de varões = diâmetro equivalente (φn)+ em armaduras de pós-tensão (não superior a 80mm):
• baínhas circulares = diâmetro da baínha• baínhas rect. = máx (menor dim. da baínha;e 0.5 maior dim.)
+ em armaduras de pré-tensão:• 1.5 x o diâmetro do cordão ou do fio liso• 2.5 x o diâmetro do fio indentado
Se a máxima dimensão do agregado for superior a 32 mm, cmin,b deve ser aumentado de 5 mm
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A classe estrutural a adoptar para um tempo de vida útil de projecto de 50 anos é S4, e para 30 anos ou inferior é S2.
4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADEValores do recobrimento mínimo, cmin,dur, requisitos relativos à durabilidade
das armaduras para betão armado, de acordo com a EN 10080(Quadro 4.4 da EN1992.1.1)
55504540352520S6
50454035302015S5
45403530251510S4
40353025201010S3
35302520151010S2
30252015101010S1
XD3 / XS3XD2 / XS2XD1 / XS1XC4XC2 / XC3XC1X0
Classe de Exposição de acordo com o Quadro 4.1Classe Estrutural
Requisito ambiental para cmin,dur (mm)
Interior dos edifícios
Estruturas no exterior
Estruturas próximas da costa
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4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADEValores do recobrimento mínimo, cmin,dur, requisitos relativos à durabilidade
das armaduras de pré-esforço (Quadro 4.5 da EN1992.1.1)
65605550453520S6
60555045403015S5
55504540352510S4
50454035302010S3
45403530251510S2
40353025201510S1
XD3 / XS3XD2 / XS2XD1 / XS1XC4XC2 / XC3XC1X0
Classe de Exposição de acordo com o Quadro 4.1Classe Estrutural
Requisito ambiental para cmin,dur (mm)
Interior dos edifícios
Estruturas no exterior
Estruturas próximas da costa
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Notas ao Quadro 4.31. Considera-se que a classe de resistência e a razão água-cimento estão relacionadas. Poderá considerar-se uma composição especial (tipo de cimento, razão água-cimento, enchimento de finos) a fim de obter uma baixa permeabilidade.2.O limite pode ser reduzido de uma classe de resistência se a introdução de ar for superior a 4%.Outras Notas:* ≥ C50/60 quando o cimento utilizado for CEM I ou CEM IIA** ≥ C60/75 quando o cimento utilizado for CEM I ou CEM IIA
4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADEClassificação estrutural recomendada (Quadro 4.3 EN1992.1.1)
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
Elemento com geometria de laje (posição das armaduras não afectada pelo processo construtivo)
≥ C45/55**reduzir de 1
classe
≥ C40/50*reduzir de 1 classe
≥ C40/50*reduzir de 1 classe
≥ C40/50reduzir de 1 classe
≥ C35/45reduzir de 1
classe
≥ C30/37reduzir de 1 classe
≥ C30/37reduzir de 1 classe
Classe de Resistência 1) 2)
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
Tempo de vida útil de projecto de 100 anos
XD3 / XS2 / XS3
XD2 / XS1XD1XC4XC2 / XC3XC1X0
Classe de Exposição de acordo com o Quadro 4.1
Critério
Classe Estrutural
Interior dos edifícios
Estruturas no exterior
Estruturas próximas da costa
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Tomou-se Δcdev=10mm. Considerar o requisito de aderência cnom ≥ (φ ou φn) + Δcdev
4 4 –– DURABILIDADEDURABILIDADERECOBRIMENTO NOMINAL
cnom = cmin,dur + Δcdevpara betão armado, para um tempo de vida útil de projecto de 50 anos
65605550453530S6
60555045403025S5
55504540352520S4
50454035302020S3
45403530252020S2
40353025202020S1
XD3 / XS3XD2 / XS2XD1 / XS1XC4XC2 / XC3XC1X0
Classe de Exposição de acordo com o Quadro 4.1Classe Estrutural
(mm)
Interior dos edifícios
Estruturas no exterior
Estruturas próximas da costa