Modelos para estimar vida útil

2.2.2.1 Modelo proposto por Tuutti

De acordo com o modelo proposto por Tuutti [29], a vida útil de estruturas de concreto, analisada pelo prisma da corrosão da armadura, é subdividida em um estágio inicial de corrosão, seguida por uma fase de propagação, conforme ilustrado na Figura 2.5.

Figura 2.5 Representação esquemática do modelo proposto por Tuutti para estimar vida útil de estruturas de concreto armado [29].

A duração do estágio inicial é determinada pelo tempo necessário para agentes agressivos superarem o cobrimento de concreto e alcançarem a armadura em uma concentração suficiente para iniciar o processo de corrosão, ou seja, ser capaz de despassivar o metal. Segundo o autor, a penetração de gás carbônico e de cloretos teriam papel de maior destaque.

A fase de propagação se inicia juntamente com o processo de corrosão propriamente dito, e dura até que a peça alcance uma condição inaceitável. A umidade relativa, a temperatura e o oxigênio seriam os agentes preponderantes nesta fase, de acordo com Tuutti [29].

O concreto é capaz de impedir a corrosão da armadura por meio da ação de seus constituintes. Assim, é necessário que o concreto seja deteriorado ou possua contaminações para que se desenvolva o processo

corrosivo no metal. Desta forma, quanto maior for o período que o concreto se mantiver inalterado, maior será a proteção a armadura [30].

2.2.2.2 Modelo proposto por Helene

A partir do Modelo de Tuutti, Helene [31] propôs que a fase de inicial teria a duração de t0, e a fase de propagação até se alcançar uma condição inaceitável levaria um tempo t1. A vida útil é então o período de tempo correspondente à soma de t0 + t1, no qual t1 é definido arbitrariamente em função da importância da obra. Assim, o autor aponta que é possível distinguir pelo menos quatro definições de “vida útil”, a saber:

a) Vida Útil de Projeto: Está associada ao período de tempo t0, e pode ser estimada subjetivamente ao se assumir certos parâmetros do concreto de cobrimento, bem como do nível de agressividade do ambiente. Com estas variáveis, calcula-se o período de tempo que levará para os agentes agressivos externos atingirem a armadura, levando à despassivação. Parâmetros como fissuração, umidade relativa, resistividade elétrica, dentre outros, geralmente não são decisivos nesta estimativa, aceitando-se que a penetração de gás carbônico e cloretos tenha maior relevância nesta previsão [31].

b) Vida Útil de Serviço ou de Utilização: É estimado pelo cálculo do período de tempo t0 + t1, onde t1 vai até o aparecimento de manifestações patológicas inadmissíveis, necessitando uma previsão de taxa de corrosão, ou seja, que se adote parâmetros que estejam correlacionados à velocidade de corrosão. Esta vida útil é difícil de calcular pois a definição de quando se inicia uma “manifestação patológica inadmissível” irá variar para cada estrutura [31]_.

c) Vida Útil Total: Assim como a anterior, é dada pelo período de tempo t0 + t1, onde t1 vai até a ruptura ou colapso da estrutura. Considerando a

dificuldade em se estimar a taxa de corrosão que eventualmente irá se instalar no futuro, o valor de vida útil total passa a ter pouco significado prático. Para obras acabadas, onde foram realizadas medições “in loco” (coletando informações sobre resistividade elétrica, teor de cloretos, corrente de corrosão, etc.), é possível calcular o t1 e estimar a vida útil residual e a vida útil total [31].

d) Vida Útil Residual: Envolve parte das vidas úteis de serviço e total, correspondendo ao período de tempo no qual a estrutura será capaz de desenvolver as suas funções, contado após uma vistoria ou intervenção[27].

Um grande avanço nos conceitos de vida útil de estruturas de concreto armado é a viabilidade de se avaliar a vida útil em número de anos e não mais em função de parâmetros qualitativos. Isto foi proporcionado pelo conhecimento adquirido quanto aos mecanismos de transporte de líquidos e de gases agressivos no concreto, que possibilitou associar o tempo aos modelos matemáticos que avaliam quantitativamente estes mecanismos [32]_.

Helene [33] _{propõe ainda que a estimativa de vida útil das estruturas de} concreto pode ser efetuada através de um dos quatro procedimentos a seguir:

 Com Base nas Experiências Anteriores

Faz uso da classificação qualitativa da classe de agressividade do ambiente e de dados históricos para determinar os parâmetros a serem utilizados, como relação água/cimento, espessura de cobrimento, consumo de cimento, dentro outros [31].

Porém, não se pode considerar como um método inadequado de avaliação, devendo ser utilizado por pessoas que possuam experiência acumulada em análises de ensaios e execução de obras. A NBR 6118:2014 (“Projeto de estruturas de concreto — Procedimento”), por exemplo, utiliza conceitos praticados a décadas.

Método introduzido por pesquisadores americanos na década de 80 por meio das normas ASTM E 632:1988 (“Standard Practice for Developing Accelerated Tests to Aid Prediction of the Service Life of Building Components and Materials”) e ISO 6241:1984 (“Performance standards in building -- Principles for their preparation and factors to be considered”). Tem como objetivo mensurar em laboratório, por meio de ensaios acelerados, as reações que acontecem de forma natural ao longo do tempo.

Correlacionar estes resultados é o maior desafio, devido não apenas à complexidade das formas de degradação do material na prática, mas, também, na modelagem e na reprodução deste comportamento em ambiente de laboratório [31]_.

Diversos estudos apresentaram propostas de métodos de ensaios acelerados: uso de câmaras saturadas de CO2 para avaliação da carbonatação, incremento na velocidade na migração de cloretos na microestrutura do concreto, testes eletroquímicos para cálculo de corrosão de armaduras inseridas no concreto, envelhecimento em câmaras de névoa salina, dentre outros [34,35,36,37].

Outro fator imprescindível é a padronização dos procedimentos de ensaios realizados, a fim de gerar uma base de dados relativos à durabilidade, visando a sua utilização na previsão da vida útil das estruturas de concreto armado [38].

 Métodos Prescritivos

Trata-se de uma evolução do método baseado nas experiências anteriores e se baseia nas recomendações das normas, com o intuito de incrementar a qualidade do concreto por meio da melhoria de alguns parâmetros.

A NBR 6118:2007 (“Projeto de estruturas de concreto – Procedimento”), por exemplo, apresentava a correspondência entre as quatro classes de agressividade ambiental e os valores de cobrimento nominal para três tipos de elementos (laje e viga em concreto armado, e todas as peças em concreto protendido), totalizando 12 valores de cobrimento entre 20 e 55 mm.

Visando um maior controle, a versão de 2014 da norma apresenta 20 distintos valores de cobrimento (entre 20 e 55 mm), pois, relaciona as quatro classes de agressividade ambiental com cinco componentes distintos, sendo três de concreto armado (laje, viga e elementos em contato com o solo) e dois de concreto protendido (laje e viga). A NBR 6118:2014 (“Projeto de estruturas de concreto — Procedimento”) será abordada com mais detalhes nas próximas seções.

São alterações importantes para se maximizar a vida útil das estruturas, pois, as medidas prescritivas para o concreto e para a estrutura em geral tornaram-se mais rigorosas, associando-as com as condições ambientais [39].

 Abordagem determinística

Para o período de iniciação, este método se baseia nos métodos de transporte de gases, fluídos e íons através da microestrutura porosa do