VIKTIG Å HUSKE – ANS OG DA:
3.8 Kontraktsinngåelser
A fib, federation internationale du béton e as organizações que lhe deram origem, CEB e FIP, têm uma longa tradição no estudo da durabilidade e na criação de modelos para a descrever. Em 1978 a CEB criou o primeiro
comité de trabalho denominado “Task Group Durability”. Existem vários
trabalhos de referência da CEB e da FIP na área da durabilidade entre os quais
se distinguem o CEB Bulletin 148 “Durability of concrete structures” (1982), o
Bulletin 182 “Durable concrete structures” (1992) e o Bulletin 238 New
approach to durability design” (1997). Neste último foi criada a estrutura para a criação de um modelo probabilístico para o projeto de durabilidade.
35 A metodologia desenvolvida no fib Bulletin 34 (2006) serve de base para metodologia de projeto de vida útil de estruturas de betão armad, presente no
fib Model Code 2010.
Baseado na experiencia adquirida ao longo dos anos a fib comprometeu- -se a criar um modelo que quantifique e preveja o estado limite referente ao desempenho de uma estrutura em termos de fiabilidade.
A ideia do projeto de durabilidade, apresentado neste documento, é estabelecer um dimensionamento que evite a deterioração do betão causada pela ação ambiental da mesma forma que se dimensiona as ações estruturais nos Eurocódigos.
O dimensionamento nele exemplificado tem em conta a corrosão das armaduras devido à penetração de cloretos, entre outros, sem ter em conta a influência da fissuração.
O fib apresenta quatro passos para a obtenção da durabilidade de uma estrutura de betão armado, apresentando-se de seguida para a deterioração devido à penetração de cloretos.
O primeiro passo será quantificar o mecanismo de deterioração com modelos reais que descrevem o processo físico ou químico de um modo fiável.
O segundo passo é a definição do estado limite para o qual a estrutura deve ser dimensionada. Os estados limite geralmente definidos são a despassivação da armadura devido a penetração de cloretos, fissuração devido à corrosão do aço, destacamento do recobrimento devido à oxidação da armadura e por fim o colapso devido à perda de secção da armadura.
O terceiro passo consiste no cálculo da probabilidade de atingir o estado limite definido no passo dois, expressa em termos do fator de fiabilidade,. Este passo só será atingido aplicando o modelo escolhido no passo um.
O quarto passo corresponde à definição do tipo de estado limite, estado limite de serviço ou último. Para a despassivação das armaduras é normal
utilizar um alvo na ordem de 1.0 a 1.5, já que a sua ocorrência não põe a
estrutura em perigo imediato, ou seja trata-se de um estado limite de serviço. Já para os estados limite em que ocorre destacamento ou fissuração do betão, a definição do tipo de estado limite vai depender de situação para situação. Por exemplo, se estes estados limite se desenvolverem em zonas de ancoragem,
36 então devem ser considerados como estados limite últimos. No entanto, se estes não influenciarem a capacidade resistente da estrutura, devem ser definidos como estados limite de utilização/serviço.
A vida útil pode ser obtida a partir deste documento através de três métodos diferentes, utilizando o recobrimento das armaduras como única barreira à ação ambiental. O método probabilístico deve ser utilizado apenas em pontes e outras estruturas excecionais. O método do fator de segurança parcial é um método determinístico em que a natureza probabilística do problema é tida em conta através de um fator de segurança parcial, de forma semelhante ao cálculo estrutural. Finalmente, existe ainda a metodologia prescritiva, que ao contrário dos métodos existentes baseados na experiência, é baseada em métodos probabilísticos com modelos físicos e químicos adequados.
Neste documento existe ainda outra estratégia para atingir a vida útil de uma estrutura ou elemento de betão armado, evitando a degradação através do uso de materiais não reativos.
O fib Model Code apresenta a modelação de vários mecanismos de deterioração como:
- A corrosão induzida pela carbonatação;
- A corrosão induzida pela penetração de cloretos;
- A ação gelo/degelo possuindo agentes anti-congelantes; - A ação gelo/degelo sem possuir agentes anti-congelantes;
No entanto, devido á temperatura da zona em estudo ser praticamente sempre positiva e os ensaios feitos ás vigas em estudo demonstrarem que, a não ser em casos muito excecionais, quase nenhuma viga apresenta teores de
CO2 a profundidades relevantes, para existir carbonatação, nesta dissertação
só irá ser considerada a corrosão induzida pela penetração de cloretos. Em relação à ação dos cloretos o fib bulletin assume as classes de exposição da EN 206:2013 em que existem duas classes relativas à ação dos cloretos dependendo da sua origem. A classe XD relativa a cloretos não provenientes da água do mar e a classe XS relativa a cloretos provenientes da água do mar. Ambas as classes são subdivididas em três subclasses dependendo das condições de humidade, evidente na tabela 9. Neste trabalho irá ser focada a
37 classe de exposição XS, mais especificamente a XS3 que se pode considerar a mais adequada à estrutura em estudo.
Tabela 3.8 - Classes de exposição relativas à ação dos cloretos Classe de
exposição
Descrição do ambiente
Exemplo informativo onde a exposição pode ocorrer
Corrosão induzida por cloretos não provenientes da água do mar (onde o betão contendo reforço ou outro metal embebido é sujeito a contacto com água contendo cloretos, incluindo sais de degelo, não provenientes da água do mar)
XD1 Humidade moderada Betão exposto a cloretos do ar
XD2 Molhado, raramente
seco
Piscinas, betão exposto a águas provenientes de indústrias contendo cloretos
XD3 Ciclicamente molhado
e húmido
Partes de pontes expostas a salpicos contendo cloretos, pavimentos, lajes de parques de estacionamento
Corrosão induzida por cloretos provenientes da água do mar (onde o betão contendo reforço ou outros metais embebidos é sujeito ao contacto a cloretos de aguas do mar ou ar contendo sal proveniente de aguas do mar)
XS1
Exposto a sais aéreos mas sem contacto direto com a água do mar
Estruturas costeiras ou perto da costa marítima
XS2 Permanentemente
submerso Elementos de estruturas marítimas
XS3 Zonas de marés e
salpicos Elementos de estruturas marítimas
O cálculo da quantidade de cloretos presente no betão de recobrimento parte do princípio que a difusão é o mecanismo que rege a penetração do agente agressivo. Este mecanismo é modelado matematicamente por uma expressão baseada na segunda lei de Fick da seguinte forma (expressão 3.14):
𝐶(𝑥, 𝑡) = 𝐶0+ (𝐶𝑠,𝛥𝑥− 𝐶0) × [1 − 𝑒𝑟𝑓 𝑥 − 𝛥𝑥
2 × √𝐷𝑎𝑝𝑝(𝑡) × 𝑡
] (3.14)
Em que:
C0 - Conteúdo inicial de cloretos [%/c];
Cs,Δx - Conteúdo de cloretos do ambiente a uma profundidade de Δx
[%/c];
Δx - Profundidade da zona de convexão (camada de betão perto da superfície em que a penetração de cloretos difere da 2ª lei de Fick) [m]; x - Profundidade em que o teor de cloretos é C(x,t) [m];
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Dapp(t) - Coeficiente de difusão de cloretos aparente [m2/s];
erf - Função erro.
Este modelo é uma simplificação da realidade na medida em que existem outros mecanismos de penetração de cloretos que estão envolvidos para além da difusão, que não são expressos, e parte do princípio que o betão em estudo não apresenta fissuração de qualquer tipo.
O coeficiente de difusão aparente presente na expressão acima representa a resistência do material ao longo do tempo através de um valor médio. Este coeficiente tem a tendência de diminuir com o tempo segundo a expressão 3.15:
𝐷𝑎𝑝𝑝,𝐶 = 𝑘𝑒× 𝐷𝑅𝐶𝑀,0× 𝑘𝑡× 𝐴(𝑡) (3.15)
Em que:
DRCM,0 - Coeficiente de migração de cloretos [mm2/a];
kt - Parâmetro de transferência;
ke - Variável de transferência ambiental (expressão 3.16):
𝑘𝑒 = 𝑒𝑥𝑝 (𝑏𝑒( 1 𝑇𝑟𝑒𝑓− 1 𝑇𝑟𝑒𝑎𝑙)) (3.16) Sendo: be - Variável de regressão [K];
Tref - Temperatura de referência [K];
Treal - Temperatura do ar a que o elemento está exposto [K];
A(t) - Subfunção considerando o envelhecimento que se rege pela expressão 3.17: 𝐴(𝑡) = (𝑡0 𝑡) 𝑎 (3.17) - Expoente de envelhecimento;
39 Encontra-se ainda especificado neste documento um método probabilístico que relaciona a probabilidade de ocorrência de despassivação com uma fiabilidade alvo especificada no fib Bulletin 34 (expressão 3.18).
p{} = 𝑝𝑑𝑒𝑝.= 𝑝{𝐶𝑐𝑟𝑖𝑡.− 𝐶(𝑎, 𝑡𝑆𝐿) < 0} < 𝑝0 (3.18)
Sendo:
p{} - Probabilidade de ocorrer despassivação;
Ccrit - Teor de cloretos critico [%/massa de cimento];
C(a,tSL) - Teor de cloretos a profundidade a no tempo t [%/massa de
cimento];
a - Recobrimento [mm];
tSL- tempo de vida útil [anos];
p0- Probabilidade de falha alvo.
A fiabilidade alvo é especificada na tabela 3.9.
Tabela 3. 9 - Fiabilidade alvo Classe de exposição Descrição Classe de fiabilidade ELS ELU Despassivação Colapso XC Carbonatação RC1 1,3 (pf≈10-1) 3,7 (pf≈10-4) RC2 1,3 (pf≈10-1) 4,2 (pf≈10-5) RC3 1,3 (pf≈10-1) 4,4 (pf≈10-6) XD Sais de degelo RC1 1,3 (pf≈10-1) 3,7 (pf≈10-4) RC2 1,3 (pf≈10-1) 4,2 (pf≈10-5) RC3 1,3 (pf≈10-1) 4,4 (pf≈10-6) XS Água do mar RS1 1,3 (pf≈10-1) 3,7 (pf≈10-4) RS2 1,3 (pf≈10-1) 4,2 (pf≈10-5) RS3 1,3 (pf≈10-1) 4,4 (pf≈10-6)
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