DURABILIDADE DE ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO (I)

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  MATERIAS DE CONSTRUđấO APOIO À DISCIPLINA Eng. Civil, 2º Ano Docente: Pedro Lança - Escola Superior de Tecnologia e

  Materiais de Construção Pedro Lança

  Durabilidade de estruturas de betão armado

DURABILIDADE DE ESTRUTURAS

  Materiais de Construção Pedro Lança

DE BETÃO ARMADO (I)

  “Uma falta de controlo da qualidade durante a

  • construção e a existência de planos inadequados de

  inspecção e manutenção da durabilidade durante a vida de serviço das estruturas também tem uma contribuição importante para esta situação.”

  " … Tudo isto faz que o betão, e em especial o betão

  • armado, seja um material muito vulnerável e pouco estável; a sua duração não será provavelmente muito longa.“

  Eng. Sousa Coutinho "O fabrico e as propriedades do betão"

  Materiais de Construção Pedro Lança

  DURABILIDADE

  • meio ambiente
  • agentes agressores
  • protecção

  VERIFICAđấO em SERVIÇO

  DIMENSIONAMENTO à ROTURA δf x F ≤

  • controlo de tensões e deformações
  • estabili
  • solo-estrutura

  R/ δr DESEMPENHO

  VIDA ÚTIL DURABILIDADE DE ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO (II)

  Materiais de Construção

VIDA ÚTIL DE ESTRUTURAS (I)

  Pedro Lança

  > Vida útil, o que é? Há vida inútil? Em Marte? Na fase de projecto de uma determinada estrutura e com

  • base nas solicitações do tipo mecânico e ambiental a que estará sujeita, são definidos os requisitos de segurança e funcionalidade.

  Vida útil da estrutura será então o período de tempo durante

  • o qual a estrutura satisfaz esses requisitos de segurança, de funcionalidade e estéticos, sem custos de manutenção não previstos, isto é, o período de tempo durante o qual o desempenho da estrutura é satisfatório (superior ao mínimo aceitável)

  Materiais de Construção

VIDA ÚTIL DE ESTRUTURAS (II)

  Pedro Lança

  > Vida útil e vida residual

INTERVENđỏES AO LONGO

  Materiais de Construção Pedro Lança

DA VIDA ÚTIL

  > Nível de qualidade ao longo do tempo:

  • trabalhos de conservação, os que

  pretendem repor a qualidade inicial da construção, sendo a sua extensão correspondente ao vector designado pela letra A indicada na figura.

  • - trabalhos de reabilitação os que

  pretendem repor a qualidade regulamentar equivalente da construção, sendo a sua extensão correspondente ao vector da letra B indicada na figura. trabalhos de renovação os que

  • - pretendem introduzir ganhos na qualidade e melhoramentos funcionais de uso da construção realizando, sendo a sua extensão correspondente à letra C indicada na figura como grau (Mansos, 2003) de melhoria funcional e orgânica

  Materiais de Construção Pedro Lança

  > Características fundamentais do betão como material de construção:

  

1. Resistência à acção das forças a que está sujeita;

  2. Resistência às acções ambientais com a passagem do tempo, ou durabilidade.

  (Fonte: Martini) DURABILIDADE DE ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO (I)

  Materiais de Construção Pedro Lança

  > No início da utilização do betão armado:

  • Betões e ligantes de baixas resistências
  • Peças com maiores dimensões

  Maior durabilidade das armaduras

  DURABILIDADE DE ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO (II)

  • Maiores dosagens de cimento
  • Espessuras de recobrimento elevadas
  • Colocação do betão mais cuidada

DURABILIDADE DE ESTRUTURAS

  Materiais de Construção Pedro Lança

DE BETÃO ARMADO (III)

  Evolução das resistências médias à compressão do betão aos 28 dias fabricado com cimento portland Curva tensão-extensão de dois tipos de aços diferentes

  (Aço macio) (Coutinho, 1998)

DURABILIDADE DE ESTRUTURAS

  Materiais de Construção Pedro Lança

DE BETÃO ARMADO (IV)

  > Utilização actual do betão armado Diminuição

  1. Deficiente Conhecimento propriedades

  • da secção

  protecção natural Métodos de cálculo

  • resistente

  das armaduras pela elevada Aumento da quantidade de

  • alcalinidade do

  armadura betão envolvente

  Dificuldade passagem e Betão mais

  • acomodação do betão fresco poroso

  2. O betão Utilização de sobre dosagens

  • envelhece

  de água

  3. Necessidade de Recobrimento mais pequeno

  • manutenção da

  Betão armado Construções de betão pré-estrutura mais sensível esforçado, com secções a fenómenos mais reduzidas e com o aço de corrosão sujeito a tensões mais

  Conceito de

CLASSES DE RESISTÊNCIA À

  Materiais de Construção Pedro Lança

  COMPRESSÃO (ENV 206)

  Materiais de Construção

CONTROLO DA PRODUđấO:

  Pedro Lança

  (ENV 206) TOLERÂNCIAS

  Materiais de Construção

CONTROLO DE CONFORMIDADE:

  Pedro Lança

  (ENV 206) AMOSTRAGEM

  Materiais de Construção

CONTROLO DE CONFORMIDADE:

  Pedro Lança

  (ENV 206) CRITÉRIOS (I)

  Materiais de Construção

CONTROLO DE CONFORMIDADE:

  Pedro Lança

  (ENV 206) CRITÉRIOS (II)

  Materiais de Construção

CONTROLO DE CONFORMIDADE:

  Pedro Lança

  (ENV 206) CRITÉRIOS (III)

  Materiais de Construção

CONTROLO DE CONFORMIDADE:

  Pedro Lança

  (ENV 206) CRITÉRIOS (IV)

  Materiais de Construção

CLASSES DE EXPOSIđấO:

  Pedro Lança

  (ENV 206) SEM RISCO - CARBONATAđấO

  Materiais de Construção

CLASSES DE EXPOSIđấO:

  Pedro Lança

  (ENV 206) CLORETOS

  Materiais de Construção

CLASSES DE EXPOSIđấO:

  Pedro Lança

  (ENV 206) GELO/DEGELO

  Materiais de Construção

CLASSES DE EXPOSIđấO:

  Pedro Lança

  (ENV 206) ATAQUE QUÍMICO

  Materiais de Construção

COMPOSIđấO DO BETấO vs

  Pedro Lança

  CLASSES DE EXPOSIđấO (ENV 206) Quadro F.1 (ENV 206)– Valores limite para a composição e para as propriedades do betão

  Materiais de Construção

TEOR DE CLORETOS vs

  Pedro Lança

TIPO DE BETÂO e EXPOSIđấO AMBIENTAL

  Quadro 2/DNA (ENV 206) – Classes de teor de cloretos do betão (Gomes, 2005)

  Materiais de Construção Pedro Lança

  PARÂMETROS QUE AFECTAM A DURABILIDADE DE UM BETÂO

  Materiais de Construção

PARÂMETROS QUE AFECTAM

  Pedro Lança

A DURABILIDADE (I)

  A composição de um betão, para atender às exigências de durabilidade, deverá ser estudada cuidadosamente, em obediência aos seguintes parâmetros, quantificando em conformidade com as classes de exposição ambiental:

  • • Razão Água/cimento • Dosagem de cimento • Teor de ar no betão fresco • Tipo de cimento • Classes de resistência • Permeabilidade • Recobrimento

  Os valores da razão A/C máxima e da dosagem C mínima referem-se aos ligantes definidos na norma NP 2064. Ao empregar adições (pozolanas ou outras adições com propriedades hidráulicas latentes), os valores referidos na norma NP ENV 206 deverão ser convenientemente modificados, conforme o que for estabelecido nas normas nacionais.

  Materiais de Construção Pedro Lança

RAZÂO ÁGUA/CIMENTO (I)

  Para relações a/c baixas ( ≈0,20 a 0,38), possíveis devido ao uso de super plastificantes, o volume de capilares é muito reduzido, resultando numa pasta de cimento muito densa (pouco porosa).

  Para relações a/c superiores a cerca de 0,38 todo o cimento hidrata transformando-se em gel cujo volume não preenche todo o espaço livre. A porosidade, após a hidratação final, será tanto maior quanto a relação a/c.

  O volume de poros capilares aumenta muito a partir da relação a/c 0,4 a 0,5 e uma cura inadequada pode levar a uma hidratação incompleta agravando o volume dos poros e a aderência aos inertes.

  Materiais de Construção Pedro Lança

  RAZÂO ÁGUA/CIMENTO (II) Cura de um betão (exemplo)

  Materiais de Construção Pedro Lança

  POROSIDADE vs PERMEABILIDADE Diferença entre permeabilidade e porosidade

  Materiais de Construção Pedro Lança

CURA DE UM BETÃO (I)

  Grânulos de cimento Portland – 1h de hidratação (Fonte: ACS)

  Materiais de Construção Pedro Lança

CURA DE UM BETÃO (II)

  Grânulos de cimento Portland – 4h de hidratação (Fonte: ACS)

  Materiais de Construção Pedro Lança

CURA DE UM BETÃO (III)

  Grânulos de cimento Portland – 5h de hidratação (Fonte: ACS)

  Materiais de Construção Pedro Lança

CURA DE UM BETÃO (IV)

  Grânulos de cimento Portland – 18 h de hidratação (Fonte: ACS)

  Materiais de Construção Pedro Lança

CURA DE UM BETÃO (V)

  Zona de interface pasta-agregado (Fonte: Gomes e Pereira, UBI)

  Materiais de Construção Pedro Lança

TIPO DE CIMENTO (I)

  Segundo a NP ENV 196-4, e tendo em vista a diversidade de aplicações:

  • CE I – cimento Portland simples;
  • CE II – cimento Portland composto;
  • CE III – cimento de alto forno;

    • CE IV – cimento pozolânico.

  Materiais de Construção Pedro Lança

TIPO DE CIMENTO (II) • CE I – cimento Portland simples; • CE II – cimento Portland composto; • CE III – cimento de alto forno; • CE IV – cimento pozolânico

  O cimento do tipo I confere boa protecção contra a corrosão das armaduras, dada a sua maior reserva (protecção adicional contra a carbonatação). alcalina Os cimentos compostos (tipo II) apresentam maior resistência às acções químicas (ataque pelos sulfatos, por ácidos e reacções álcali-agregado) e maior resistência adicionado ao clínquer a escória à penetração de cloretos. granulada de alto forno (LNEC E-375), a pozolana natural (NP 4220), as cinzas volantes (NP EN 450) e o filler (LNEC E-377) Se ambiente é muito agressivo a utilização de cimento tipo IV poderá ser mais indicado, também preferível se os agregados forem siliciosos reactivos com os álcalis.

  Materiais de Construção Pedro Lança

  TIPO DE CIMENTO (III) Clinquer de cimento Portland Escória de alto forno Cal Cinzas volantes

  Materiais de Construção Pedro Lança

  Clinquer de cimento Portland

  Materiais de Construção Pedro Lança

  Escória de alto forno Cal

  Materiais de Construção Pedro Lança

  Cinzas volantes

  Materiais de Construção Pedro Lança

  Sílica de fumo

  Materiais de Construção Pedro Lança

  INTRODUđấO ầ DETERIORAđấO DO BETÃO ARMADO

  Durabilidade de est rut uras de bet ão arm ado

  Qualidade com o Condição de Durabilidade

  Materiais de Construção Pedro Lança

  > Mecanismos de deterioração (básicos)

  • Deterioração Física
    • Acções indirectas (deformações ou deslocamentos impostos)
    • Temperatura - Água (humidade, chuva, gelo/degelo)
    • Poluição

  • Deterioração Química (betão)
    • CO
    • Carbonatação
    • Cloretos - Sulfatos - Reacções expansivas com o cimento
    • Álcális - Reacções expansivas com os inertes

  2

  DETERIORAđấO DO BETấO ARMADO (I)

  • Deterioração por Corrosão (armaduras)

  Materiais de Construção Pedro Lança

DETERIORAđấO DO BETấO ARMADO (II)

  (básicos) > Mecanismos de deterioração

  • (Gomes, 2005)
  • ácidos, sais e águas puras
  • sulfatos

Corrosão das Armaduras

  • álcalis (Coutinho, 2001)

  Ataque Químico

  Materiais de Construção Pedro Lança

CARBONATAđấO DE UM BETấO (I)

  Num betão totalmente saturado de água não haverá carbonatação, pois a difusão do CO

  2 é conseguida através dos poros do betão.

  Materiais de Construção Pedro Lança

CARBONATAđấO DE UM BETấO (II)

  > Frente de carbonatação [indicador da fenolftaleína]

  Materiais de Construção Pedro Lança

BIBLIOGRAFIA (I) PUBLICAđỏES

  > Chubb, Mike. Bridge Engineering. Research Activities . Power Point. WS atkins

  > Costa, Douglas C. PCC2540 – Durabilidade . Apresentação em PowerPoint. 2005 > Coutinho, Joana Sousa.

  Durabilidade . Ataque por sulfatos. FEUP, 2001.

  > Gomes, J.P. Castro; Pereira, C. Gonilho. Introdução ao Estudo e Caracterização da Microestrutura do Cimento e Betão . Grupo de Construção, DEC, Universidade da Beira Interior. Apoio ao mestrado de estruturas, geotecnica e fundações da Universidade do Minho, 2005. Gomes,

  > Castro. Corrosão Degradação das Armaduras . Apoio ao mestrado de estruturas, geotecnica e fundações da Universidade do Minho, 2005.

  > Lança, Pedro; Mesquita, Carlos. Relatório Oz n.º 416 . 2002a. > Lança, Pedro; Mesquita, Carlos. Relatório Oz n.º 439 . 2002b. > Pedro; Mesquita, Carlos. Relatório Oz n.º 444 . 2002c.

  Materiais de Construção Pedro Lança

BIBLIOGRAFIA (II) > Lança, Pedro; Mesquita, Carlos. Relatório Oz n.º 484 . 2002d

  > Manso, Armando Costa.

  Conservação e reabilitação de edifícios . Avaliação de custos e recentes desenvolvimentos . 2º. Simpósio Internacional Sobre Patologia, Durabilidade e Reabilitação dos Edifícios. LNEC, 2003.

  > Ripper, Thomaz. Curso de durabilidade, reparação e reforço de estruturas de betão . IST, 1997

  INTERNET > A short overview of the ancient concrete technology . Disponível em http://www.ics.trieste.it/Documents/Downloads/df2894.pdf

  > Coutinho, Joana Sousa. Durabilidade de estruturas de betão armado . Tese de disserteção para a obtenção do grau de Doutor. FEUP, 1998. Disponível em http://paginas.fe.up.pt/~jcouti/

  > Faculty of Applied Science and Engineering (FASE). University of Toronto. Disponível em http://www.civil.engineering.utoronto.ca/English/page-6-7370- 1.html

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