Corrosão das Armaduras do Betão Armado Causas, Consequências, Prevenção e Projeto de ...

323 Pages·2015·8.24 MB·Portuguese

INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA DE LISBOA

Área Departamental de Engenharia Civil

ISEL

Corrosão das Armaduras do Betão Armado
Causas, Consequências, Prevenção e
Projeto de Durabilidade

TIAGO MANUEL HELENO DOS SANTOS
(Licenciado em Engenharia Civil)

Trabalho final de mestrado para obtenção do grau de Mestre
em Engenharia Civil

(Documento Definitivo)

Orientadores:
Mestre Manuel Brazão Farinha
Doutora Cristina Borges Azevedo

Júri:
Presidente:
Doutor Luciano Carmo Jacinto
Vogais:
Doutor Pedro Raposeiro Silva
Mestre Manuel Brazão Farinha

Novembro 2014
Resumo
Atualmente verifica-se um notável envelhecimento e uma degradação prematura das
estruturas de betão armado em Portugal, com elevados custos de inspeção, manutenção,
reparação e reabilitação. A corrosão das armaduras é a principal causa e origem desta
deterioração, com subsequente redução da durabilidade estrutural.

Os efeitos prejudiciais inerentes à corrosão das armaduras podem ser minimizados mediante
uma atuação criteriosa durante as fases de projeto, execução e inspeção, em conformidade com
a normalização europeia existente, a qual garante períodos de vida útil de 50 e 100 anos.

A prevenção da corrosão das armaduras e o conceito de durabilidade de uma estrutura
envolvem a definição do período de vida útil pretendido, a identificação da(s) classe(s) de
exposição ambiental e a seleção da espessura do betão de recobrimento, entre outros fatores.
Para além da adoção de detalhes geométricos e pormenorizações construtivas, bem como a
seleção da composição do betão, as fases de execução e inspeção desempenham um papel
fundamental. No entanto, perante situações expectáveis de elevada corrosividade poderá ser
necessária a implementação de métodos complementares de prevenção.

Nesta dissertação é estudado, aprofundadamente, o fenómeno eletroquímico da corrosão, as
suas causas, os seus efeitos e as várias formas de assegurar a durabilidade das estruturas de
betão armado, mediante uma síntese da normativa Europeia relevante e uma análise
bibliográfica.

O presente trabalho pretende apresentar uma análise comparativa entre a via tradicional
prescritiva e a metodologia de atribuir propriedades de desempenho ao betão, com a finalidade
de contribuir para o estabelecimento de um conjunto de diretivas para o projetista e para uma
estimativa mais realista da durabilidade, enquadrando todas as variáveis do problema.

Palavras-Chave: betão armado, armaduras, corrosão, carbonatação, cloretos, durabilidade,
metodologia prescritiva, metodologia baseada no desempenho, sustentabilidade.

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Abstract
There is currently a remarkable ageing and premature degradation of reinforced concrete
structures in Portugal, with high costs of inspection, maintenance, repair and rehabilitation. The
reinforcement corrosion is the main cause and the origin of this deterioration, with subsequent
reducing of structural durability.

The harmful effects inherent to reinforcement corrosion can be minimized by a judicious
performance during design, execution and inspection stages, in accordance to the existent
European standards, which guarantees lifetime periods of 50 and 100 years.

The prevention of the reinforcement corrosion and the durability concept of a structure
involve the definition of the intended lifetime period, the identification of environmental
exposure class or classes and the selection of concrete cover thickness, among other factors.
Apart from the adoption of geometric and construction details, as well as the selection of
concrete composition, the execution and the inspection stages play a key role. However, in the
presence of expected highly corrosive situations, the implementation of additional preventive
methods may be required.

In this dissertation is studied thoroughly the electrochemical phenomenon of corrosion, its
causes, its effects and the multiple ways to ensure durability of reinforced concrete structures,
through a synthesis of the relevant European standards and a bibliographic analysis.

The aim of this work is to present a comparative analysis between the traditional prescriptive
approach and the performance-based methodology, in order to contribute for the
establishment of a group of design guidelines and to a more realistic assessment of durability,
framing the whole problem variables.

Key-words: reinforced concrete, reinforcement, corrosion, carbonation, chlorides, durability,
prescriptive methodology, performance-based methodology, sustainability.

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Agradecimentos
Apesar de ter sido elaborada de forma individual, a presente dissertação não poderia ter sido
desenvolvida sem o apoio de alguns intervenientes, aos quais quero expressar o meu profundo
agradecimento.

Ao Eng. Manuel Brazão Farinha quero deixar uma palavra de apreço pela sua orientação,
amizade, compreensão, estímulo, experiência, conselhos, sugestões e sobretudo pela sua
disponibilidade constante perante as minhas dúvidas e incertezas ao longo deste trabalho e em
todas as respetivas vertentes, incluindo a seleção do tema, o material científico disponibilizado
e nomeadamente na organização do meu percurso literário.
De forma equivalente, quero agradecer à Dr.ª Cristina Borges Azevedo, minha orientadora,
pela sua colaboração, empenho, planeamento, espirito crítico, motivação, conhecimentos
transmitidos e enorme recetividade desde o início deste trabalho, particularmente na área da
Química e na revisão atenta da dissertação aliada às suas propostas, advertências e carácter
opinativo nas respetivas correções.

Sucessivamente, quero manifestar uma enorme gratidão à instituição LNEC e aos respetivos
Engenheiros, Investigadores e Doutores pelo seu auxílio, disponibilidade e paciência no
esclarecimento das minhas frequentes questões relativas às matérias de maior complexidade e
analogamente a oportunidade que me concederam de estabelecer contacto com tamanha
entidade científica. De maneira alguma, consigo diferenciar ou qualificar o valor de cada discurso
e recomendação como contributo para a realização deste trabalho. Com efeito, quero gratificar
a Eng. Manuela Salta por me ter proporcionado uma visão, perspetiva e interesse por
determinadas noções e conceitos para uma investigação e análise coerentes desta temática.
Pretendo igualmente demonstrar uma especial consideração pelo Eng. André Monteiro, que me
sugeriu e socorreu bastante na aplicação prática deste trabalho. Ao Eng. António Bettencourt
quero proferir uma profunda gratificação pelos diálogos científicos que me facultou e que
possibilitaram superar os meus obstáculos, inclusivamente os dados fornecidos para a
concretização do capítulo prático desta dissertação. Agradeço ao Eng. Manuel Vieira pelo seu
apoio, flexibilidade e doutos conselhos na fase final deste estudo. Quero igualmente referenciar
a ajuda da Eng. Maria Paula Rodrigues na partilha da sua sabedoria e material didático.

Agradeço sinceramente:

 Ao Eng. Pedro Marques;
 À Prof. Dr.ª Sandra Aleixo;
 Ao Eng. José Barroso Aguiar;
 Ao Eng. Paulo Helene;
 Ao Eng. Rui Neves;
 À Ana Lavado e Carla Silva;
 À Prof. Elisabete Luís.

Agradeço ainda, de forma especial, a todos os meus colegas e professores que me
acompanharam ao longo do meu percurso académico e que contribuíram, de forma direta ou
indireta, para a concretização desta dissertação mediante a sua disponibilidade, apoio,
ensinamentos, opiniões, ideias, fornecimento de dados e de material científico.

Aos meus queridos pais agradeço e dedico este trabalho por tudo o que investiram e
sacrificaram por mim, ao longo da minha vida, por me apoiarem incondicionalmente e por
estarem sempre presentes. As minhas sinceras desculpas pela minha ausência.
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vi
Índice geral
1 Introdução ..................................................................................................... 1
1.1 Enquadramento ......................................................................................................... 1
1.2 Objetivos ................................................................................................................... 4
1.3 Estrutura da dissertação ........................................................................................... 5
2 Fundamentos da corrosão .............................................................................. 7
2.1 Corrosão química e corrosão eletroquímica ............................................................. 7
2.2 Reações eletroquímicas ............................................................................................ 8
2.3 Potencial de redução, passivação e estabilidade termodinâmica ............................ 8
2.4 Tipos e formas de corrosão ..................................................................................... 11
2.4.1 Corrosão uniforme .............................................................................................. 11
2.4.2 Corrosão por picadas ........................................................................................... 12
2.4.3 Corrosão galvânica .............................................................................................. 13
2.4.4 Corrosão intersticial ............................................................................................ 14
2.4.5 Corrosão filiforme ............................................................................................... 14
2.4.6 Corrosão seletiva ................................................................................................. 15
2.4.7 Corrosão intergranular ........................................................................................ 16
2.4.8 Corrosão sob ações mecânicas ........................................................................... 17
2.4.9 Corrosão microbiológica ..................................................................................... 19
2.4.10 Ilustração esquemática dos vários tipos e formas de corrosão ...................... 20
2.5 Fragilização por hidrogénio ..................................................................................... 21
2.6 Custos da corrosão .................................................................................................. 22
3 Corrosão das armaduras em estruturas de betão armado ............................. 23
3.1 Fases da corrosão .................................................................................................... 23
3.2 Despassivação das armaduras................................................................................. 24
3.3 Reações do processo de corrosão ........................................................................... 25
3.4 Efeitos da corrosão das armaduras ......................................................................... 27
3.5 Fatores mais relevantes para a corrosão das armaduras ....................................... 28
3.6 Intensidade da corrente de corrosão eletroquímica .............................................. 30
3.7 Carbonatação .......................................................................................................... 31
3.7.1 Reações e mecanismo de ocorrência .................................................................. 31
3.7.2 Fatores que influenciam a velocidade e profundidade de carbonatação ........... 35
3.8 Ação dos cloretos .................................................................................................... 45
3.8.1 Reações e mecanismo de ocorrência .................................................................. 45
3.8.2 Mecanismos de transporte e influência das condições de exposição ................ 47
3.8.3 Limite crítico de cloretos ..................................................................................... 50
3.8.4 Fatores que influenciam o coeficiente de difusão de cloretos ........................... 52
vii
3.9 Ação sinérgica dos cloretos e carbonatação ........................................................... 58
4 Projeto de durabilidade de uma estrutura .................................................... 61
4.1 Enquadramento e normalização ............................................................................. 61
4.2 Causas e consequências da degradação de uma estrutura .................................... 62
4.3 Fase de projeto ........................................................................................................ 64
4.3.1 Conceito e requisitos de durabilidade ................................................................ 64
4.3.2 Detalhes de projeto ............................................................................................. 67
4.3.3 Classes de exposição ambiental .......................................................................... 69
4.3.4 Recobrimento das armaduras ............................................................................. 72
4.3.5 Controlo da fendilhação ...................................................................................... 77
4.4 Qualidade do betão ................................................................................................. 78
4.4.1 Requisitos prescritivos ........................................................................................ 78
4.4.2 Água de amassadura ........................................................................................... 80
4.4.3 Adjuvantes ........................................................................................................... 81
4.4.4 Teor de cloretos .................................................................................................. 83
4.4.5 Razão água-cimento e dosagem de ligante......................................................... 84
4.4.6 Adições ................................................................................................................ 85
4.5 Fase de execução .................................................................................................... 90
4.5.1 Cofragem e cimbres ............................................................................................ 91
4.5.2 Espaçamento entre varões .................................................................................. 95
4.5.3 Colocação e compactação do betão ................................................................... 97
4.5.4 Cura do betão ...................................................................................................... 98
4.6 Fase de inspeção ................................................................................................... 104
4.6.1 Fiabilidade estrutural ........................................................................................ 104
4.6.2 Classes de execução .......................................................................................... 106
4.6.3 Inspeção da produção e entrega do betão fresco ............................................ 107
4.6.4 Inspeção da operação de cofragem .................................................................. 108
4.6.5 Inspeção da operação de armação ................................................................... 108
4.6.6 Inspeção da operação de betonagem ............................................................... 108
5 Métodos de prevenção da corrosão das armaduras .................................... 109
5.1 Enquadramento ..................................................................................................... 109
5.1.1 Requisitos mínimos ........................................................................................... 110
5.1.2 Causas da corrosão das armaduras ................................................................... 111
5.1.3 Princípios e métodos de proteção .................................................................... 111
5.1.4 Métodos complementares de prevenção da corrosão das armaduras ............ 112
5.2 Impregnação .......................................................................................................... 115
5.3 Impregnação hidrofóbica ...................................................................................... 117
5.4 Revestimentos de superfície ................................................................................. 121
viii
5.5 Inibidores de corrosão........................................................................................... 124
5.5.1 Inibidores anódicos ........................................................................................... 125
5.5.2 Inibidores catódicos .......................................................................................... 125
5.5.3 Inibidores mistos ............................................................................................... 125
5.5.4 Inibidores mais utilizados .................................................................................. 126
5.6 Proteção catódica .................................................................................................. 128
5.6.1 Prevenção catódica ........................................................................................... 129
5.6.2 Proteção catódica por corrente imposta .......................................................... 132
5.6.3 Proteção catódica por ânodos de sacrifício ...................................................... 134
5.7 Galvanização do aço .............................................................................................. 137
5.8 Revestimentos epoxídicos das armaduras ............................................................ 142
5.9 Aços inoxidáveis .................................................................................................... 149
5.10 Síntese dos métodos preventivos da corrosão das armaduras ............................ 152
5.11 Combinação de sistemas de prevenção da corrosão das armaduras ................... 153
6 Caso de estudo ........................................................................................... 161
6.1 Âmbito ................................................................................................................... 161
6.2 Enquadramento ..................................................................................................... 162
6.3 Conteúdos da LNEC E465 ...................................................................................... 163
6.4 Modelos de cálculo e metodologia do projeto de durabilidade ........................... 164
6.4.1 Aplicação dos modelos de cálculo do período de iniciação .............................. 166
6.4.2 Aplicação do modelo de cálculo do período de propagação ............................ 173
6.5 Determinação dos períodos de vida útil ............................................................... 175
6.6 Análise dos resultados obtidos.............................................................................. 179
6.6.1 Generalidades ................................................................................................... 179
6.6.2 Análise dos resultados obtidos relativos ao fenómeno da carbonatação ........ 179
6.6.3 Análise dos resultados obtidos relativos à ação dos cloretos ........................... 187
6.7 Síntese das conclusões obtidas no caso de estudo ............................................... 199
7 Conclusões e desenvolvimentos futuros ..................................................... 201
7.1 Conclusões ............................................................................................................. 201
7.1.1 Causas da corrosão das armaduras em estruturas de betão armado .............. 201
7.1.2 Projeto, execução e inspeção ............................................................................ 201
7.1.3 Projeto de durabilidade ..................................................................................... 203
7.2 Desenvolvimentos futuros .................................................................................... 204
Referências bibliográficas .................................................................................. 207
Anexo A ............................................................................................................. A.1
Anexo B............................................................................................................ A.12

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