PUBLICAÇÕES TÉCNICAS IBRACON
Comentários Técnicos e Exemplos de Aplicação da
NB-1
NBR 6118:2003 Projeto de estruturas de concreto –
Procedimento
LOGOTIPO DOS PATROCINADORES E DAS
EMPRESAS SÓCIAS DO IBRACON
IBRACON
Instituto Brasileiro do Concreto
Fundado em 23 de junho de 1972
Lema: “Ciência e Tecnologia para o Desenvolvimento
do Concreto e da Construção Civil”
Comentários Técnicos e Exemplos de Aplicação da NB-1
NBR 6118:2003 Projeto de estruturas de concreto – Procedimento
ISBN:
Autores: Fernando Rebouças Stucchi, Alio Ernesto Kimura, Antonio Bugan, Antonio Carlos Laranjeiras, Antranig Muradian, Arthur L. Pitta, Augusto Vasconcelos, Claudinei Pinheiro Machado, Daniel Domingues Loriggio, Eduardo Thomaz, Eugênio Cauduro, Fernando Fernandes Fontes, Francisco Graziano, Inês Laranjeira da Silva Battagin, João Bosco, João Carlos Della Bella, Joaquim Mota, José Augusto da Silva Gante, José Celso da Cunha, José Luiz Melges, José Martins Laginha, José Zamarion Ferreira Diniz, Lauro Modesto dos Santos, Leonardo de Araújo dos Santos, Libânio Miranda Pinheiro, Lídia Shehata, Luiz Aurélio Fortes da Silva, Luís Cholfe, Marcelo Waimberg, Marcio A. Ramalho, Marcio R. S. Correa, Mario Franco, Mauro Vasconcelos Real, Nelson Covas, Nílvea Bugno Zamboni, Paulo Roberto do Lago Helene, Ricardo Gaspar, Ricardo Leopoldo e Silva França, Roberto Buchaim, Ruy Nobhiro Oyamada, Sérgio Cifú, Sergio Hampshire, Sérgio Mangini, Sergio Stolovas, Túlio Nogueira Bittencourt, Waldemar dos Santos Jr., Wanda Vaz.
Comentários Técnicos e Exemplos de Aplicação da NB-1 NBR 6118:2003 Projeto de estruturas de concreto – Procedimento – São Paulo: IBRACON, 2006
268 páginas 21cm x 29,7cm
ISBN
Concreto armado; Exemplos; Normalização;
Comentários Técnicos e Exemplos de Aplicação da NB-1 NBR 6118:2003 Projeto de estruturas de concreto – Procedimento
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Fundado em 1972
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DEGUSSA
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Conselheiros Permanentes
Paulo Roberto do Lago Helene Eduardo Antonio Serrano Selmo Chapira Kuperman José Zamarion Ferreira Diniz Ronaldo Tartuce
Prefácio
O Instituto Brasileiro de Concreto – IBRACON tem como uma de suas principais atividades, elaborar e divulgar trabalhos técnicos que induzam à melhor prática do uso do concreto.
Com esse enfoque, diversos tipos de documentos são preparados pelos Comitês Técnicos do IBRACON, dentre os quais encontram-se as Práticas Recomendadas, que consistem em documentos didáticos, apresentando soluções tecnicamente corretas para o uso do concreto. Uma Prática Recomendada IBRACON pode ser abrangente ou específica, em função de seu objetivo e, como neste caso, pode ser elaborada no intuito de esclarecer procedimentos relativos à aplicação de uma Norma Técnica.
Esta publicação foi elaborada pelo CT-301 – Concreto Estrutural, que tem por objetivo avaliar continuamente o estado de avanço tecnológico do concreto estrutural, estimulando a pesquisa em seus campos de aplicação, além de estudar problemas específicos e inovações ocorridas nesses campos e elaborar recomendações sobre projeto e execução de obras em concreto estrutural.
Índice Página
Prefácio 2
Introdução 5
Histórico 6
Princípios básicos da nova NB-1 (NBR6118:2003) 8
Tópicos novos da Norma 9
Primeira Parte - Comentários Técnicos (Segunda Edição) 10
C 1 Objetivo 11
C 2 Documentos complementares 11
C 3 Definições 11
C 4 Simbologia 12
C 5 Requisitos gerais da qualidade da estrutura e avaliação da conformidade do projeto 12 C 6 Diretrizes para durabilidade das estruturas de concreto 17
C 7 Critérios de projeto visando a durabilidade 22
C 8 Propriedades dos materiais 29
C 9 Comportamento conjunto dos materiais 33
C 10 Segurança e estados limites 36
C 11 Ações 37
C 12 Resistências 48
C 13 Limites para dimensões, deslocamentos e abertura de fissuras 48
C 14 Análise estrutural 49
C 15 Instabilidade e efeitos de segunda ordem 55
C 16 Princípios gerais dimensionamento, verificação e detalhamento 56 C 17 Dimensionamento e verificação de elementos lineares 57
C 18 Detalhamento de elementos lineares 62
C 19 Dimensionamento e verificação de lajes 65
C 20 Detalhamento de lajes 73
C 21 Regiões especiais 77
C 22 Elementos especiais 79
C 25 Interfaces do projeto com a construção, utilização e manutenção 87
Bibliografia citada nos Comentários Técnicos 88
Segunda Parte – Exemplos de Aplicação (Primeira Edição) 90 Análise estrutural de edifício comercial incluindo cálculo das solicitações nos pilares e vigas do eixo 1 (exemplo de aplicação dos conceitos das seções 5, 6 e 11) 91 Vigas de edifícios - Análise linear com redistribuição e análise plástica (exemplos de
aplicação dos conceitos da seção 14) 119
Análise Elástica com redistribuição limitada de solicitações (exemplos de aplicação dos
conceitos da seção 14) 133
Rigidez e rotação plástica de peças fletidas (exemplos de aplicação dos conceitos da
seção 14) 140
Pilares (exemplos de aplicação dos conceitos da seção 15) 155
Verificação de vigas sujeitas à força cortante (exemplos de aplicação dos conceitos da
seção 17) 197
Estados limites de serviço em vigas de concreto armado (exemplos de aplicação dos
conceitos da seção 17) 210
Lajes (exemplos de aplicação dos conceitos da seção 19) 218 Punção em lajes lisas (exemplos de aplicação dos conceitos da seção 19) 235
Introdução
Esta Prática Recomendada IBRACON foi elaborada com a finalidade de complementar e esclarecer alguns aspectos dos procedimentos estabelecidos de maneira muito concisa na NBR 6118:2003.
Optou-se por esta iniciativa, tendo em vista ser esta Norma um documento de uso obrigatório (Norma técnica) que regulamenta de forma clara, mas muito ampla, os requisitos que devem necessariamente ser cumpridos no Projeto de Estruturas de Concreto e, seguindo os preceitos normativos, facilitar a correta compreensão desses procedimentos e detalhar a análise de exemplos de aplicação que facilitem a elaboração desses Projetos.
O escopo da nova Norma, que é ao mesmo tempo conservador e arrojado, contempla o concreto estrutural de classe de resistência até C50 em seu mais amplo espectro de aplicações, incorporando as mais modernas tendências e conceitos mundiais relativos a Projeto de Estruturas aos avanços já obtidos pelo País por sua tradição em construções de concreto.
No intuito de aliar os necessários esclarecimentos e informações sobre as questões tratadas na NBR 6118:2003 a uma apresentação didática, esta Prática Recomendada IBRACON aborda o Projeto Estrutural a partir de uma análise específica de alguns requisitos, finalizando com uma visão global da concepção estrutural de um edifício. Este trabalho é composto de duas partes:
Ø Comentários Técnicos (primeira parte) Ø Exemplos de Aplicação (segunda parte)
Cumpre esclarecer que os Comentários Técnicos foram publicados em primeira edição no documento a seguir referenciado, tendo sido atualizados nesta nova versão:
INSTITUTO BRASILEIRO DO CONCRETO. Prática Recomendada IBRACON –
Comentários Técnicos NBR 6118:2003.São Paulo, junho de 2003, 67p.
Os capítulos desta publicação mantêm correspondência com as seções identificadas pelo mesmo número na Norma, porém, quando se trata de comentários, a numeração dos capítulos e itens desta publicação é precedida pela letra “C”, para facilitar a identificação de referências no texto a itens da Norma ou dos Comentários. Quando em um capítulo desta Prática Recomendada IBRACON, a numeração dos itens não for seqüencial, significa que não há comentários específicos a respeito dos itens faltantes. No caso dos exemplos de aplicação, faz-se uma referência à principal faz-seção da norma tratada no exemplo, antes de iniciar sua apresentação.
As tabelas e figuras desta Prática Recomendada IBRACON não guardam nenhuma correlação direta com as tabelas e figuras da NB-1, mesmo que apresentem a mesma numeração.
Apenas para facilitar a compreensão, pequenos trechos de itens da Norma foram reproduzidos na parte relativa aos Comentários e encontram-se destacados em itálico e recuados com relação ao alinhamento do texto corrente desta Prática Recomendada IBRACON.
Histórico
Uma breve retrospectiva na história do desenvolvimento brasileiro mostra a influência da construção de estruturas de concreto e aponta para a publicação das primeiras normas técnicas no Brasil.
Efetivamente já nas décadas de 20 e 30, o Brasil experimentou expressivo crescimento na área da construção civil, com a implantação das primeiras fábricas de cimento no País, a criação da Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP, em 1936) e a criação da Associação Brasileira do Concreto (ABC, em 1930), reunindo profissionais do meio técnico nacional, que por influência da imigração européia dominavam técnicas de construção em concreto armado consideradas avançadas para a época.
O interesse em conhecer e controlar a qualidade dos cimentos nacionais, de custo muito inferior ao importado, aliado à cultura já disseminada no meio técnico nacional na arte de construir, levou à realização de Reuniões dos Laboratórios Nacionais de Ensaio de Materiais, com o objetivo de tratar do estabelecimento de normas brasileiras para ensaios de materiais de construção. Todas as reuniões realizadas foram acompanhadas pela revista CONCRETO (publicada pela ABC), que detalhava as fases de preparativos e as conclusões de cada reunião. Esses eventos tiveram grande importância no fortalecimento da engenharia nacional, reunindo expressivo grupo de profissionais ligados à construção: construtores, projetistas, professores, pesquisadores, representantes de órgãos públicos.
A primeira Reunião dos Laboratórios Nacionais de Ensaios de Materiais foi realizada no Rio de Janeiro, em 1937, organizada pelo Instituto Nacional de Tecnologia (INT), envolvendo diversos laboratórios do País e contando já com a participação ativa da Associação Brasileira de Cimento Portland e do Instituto de Pesquisas Tecnológicas. Na ocasião foram aprovadas as especificações e os métodos de ensaio para cimento Portland, cuja proposta fora apresentada pelo Engo. Ary Torres. Esses documentos foram oficializados por decreto do então Presidente Getúlio Vargas, tornando obrigatório seu uso em obras da iniciativa pública e posteriormente foram publicados como normas técnicas (EB-1 e MB-1) pela ABNT.
Dando seqüência a esse trabalho, duas propostas inicialmente conflitantes deram origem à primeira norma brasileira de cálculo e execução de obras de concreto armado. O texto proposto pela ABC, então dirigida pelo Engo. José Furtado Simas, e a norma elaborada pelo Engo. Telêmaco Van Langendonck, para a ABCP, foram amplamente discutidos e divulgados, recebendo sugestões de renomados engenheiros. Na terceira Reunião dos Laboratórios Nacionais de Ensaios de Materiais foi aprovado o texto resultante da fusão dessas duas iniciativas, documento que recebeu a sigla NB-1, estabelecendo o início de atividades da Associação Brasileira de Normas Técnicas, em 1940.
A revista CONCRETO publicou um número especial dedicado à norma, onde fez um enorme elogio ao trabalho realizado pela comissão (REVISTA CONCRETO, n. 33, edição especial, 1940):
“ Detenham-se os leitores de CONCRETO em leitura minuciosa da Norma que acaba de ser
aprovada e concluirão que estão de parabéns os técnicos brasileiros pela elaboração de tão valioso trabalho.
A atual Norma Brasileira pode figurar entre as mais perfeitas do mundo inteiro e acompanha os resultados das mais modernas experiências realizadas sobre concreto armado.
(...) Não se trata, assim, de uma tradução de regulamentos de outros países e sim de uma norma brasileira, elaborada por brasileiros. Fazemos questão de insistir neste ponto porque constitui um passo na realização da principal campanha de CONCRETO, iniciada desde seu
lançamento e que é a valorização de nossos empreendimentos em relação ao concreto armado.”
Conforme resumiu o Engo. Lobo Carneiro, a NB-1:1940, embora ainda baseada no chamado “estádio II”, isto é, nas teorias elásticas e nos conceitos de tensão admissível, já incluía o cálculo na ruptura, no “estádio III”, para peças solicitadas à compressão axial e o admitia com restrições como alternativa para peças fletidas. O chamado “estádio III” já era nessa época objeto de debate entre os especialistas brasileiros e também de pesquisas em outros países, embora não figurasse em nenhuma norma oficial estrangeira. Ao acompanhar a evolução das normas estruturais brasileiras para concreto verifica-se que estas sistematicamente se anteciparam, de modo pioneiro, às normas de outros países, com a inclusão dos mais recentes avanços da tecnologia do concreto armado.
Esse aspecto pioneiro das normas estruturais brasileiras se acentuou ainda mais com a visão da NB-1;1960, que além de adotar definitivamente como método principal o “cálculo de ruptura”, introduziu antes do CEB o conceito de “ resistência característica”, resultante da aplicação de critérios estatísticos aos ensaios de controle de qualidade de concreto. A partir de 1960 tornou-se mais ativa a participação brasileira nos trabalhos do CEB e da RILEM. Em conseqüência dessa interação, a NB-1:1978 é inteiramente coerente com as Recomendações Internacionais do CEB da mesma época.
Nunca, no entanto, modificações tão abrangentes e significativas foram realizadas como nesta revisão de 2003, que tornou a Norma restrita ao Projeto de Estruturas de Concreto, permitindo a utilização integral de recursos de software de forma a permitir uma análise global do comportamento da estrutura, e referenciando outros documentos para a execução das estruturas. A nova versão da NB-1 exigiu mudanças expressivas em outros documentos normativos, de maneira a atender aos requisitos impostos, principalmente quanto aos aspectos relativos à durabilidade das estruturas.
Tendo sido registrada em 1980 pelo INMETRO como NBR 6118, todas as referências à Norma passaram a respeitar essa nova denominação. Porém, por seu caráter pioneiro e sua importância para o meio técnico nacional, continuou a ser conhecida popularmente entre aqueles que a utilizam no dia-a-dia por NB-1, denominação que se decidiu utilizar nesta Prática Recomendada IBRACON.
Princípios básicos da nova NB-1 (NBR6118:2003)
Manteve-se a filosofia das anteriores NBR 6118:1978 Projeto e execução de obras de concreto armado - Procedimento e NBR 7197:1989 Projeto de estruturas de concreto protendido – Procedimento, de modo que, à NB-1, cabe definir os critérios gerais que regem o projeto das estruturas de concreto, sejam elas: edifícios, pontes, obras hidráulicas, portos ou aeroportos ou outros. Assim, ela deve ser complementada por outras normas que fixem critérios para estruturas específicas. Resolveu-se, também, separar as prescrições sobre execução, daí resultando a nova norma NBR 14931:2003 Execução de estruturas de concreto – Procedimento.
Procurou-se privilegiar a visão da estrutura como um todo, dando ênfase a todas as etapas do projeto, da definição dos requisitos da qualidade, às ações, à análise estrutural, ao dimensionamento e ao detalhamento.
Respeitou-se a experiência brasileira acumulada, sem no entanto desprezar as novas contribuições e a tendência à internacionalização das normas, da qual o Eurocode 2 é exemplo patente.
Pelo seu escopo mais abrangente, concreto simples a protendido, esta Norma tende a ser mais complexa. Dentro deste panorama foi importante propor-se soluções simples e pragmáticas onde possível, para dar mais ênfase a pontos antes relegados a um segundo plano, como a durabilidade, a análise estrutural, e o detalhamento de regiões de descontinuidade.
Os procedimentos mais complexos, que não poderiam ser estabelecidos em norma por serem específicos, encontram-se detalhados neste caderno de Práticas Recomendadas e serão objeto de trabalhos ainda em desenvolvimento pelo IBRACON, com exemplos práticos de aplicação da NB-1.
Na nova Norma manteve-se quando possível as hipóteses básicas e os procedimentos atuais (caso das solicitações normais), de maneira a introduzir modificações só e onde realmente elas se fizeram necessárias, caso por exemplo do dimensionamento e verificação à punção.
Para a ordenação dos capítulos adotou-se uma seqüência que procura acompanhar o processo de projeto, de modo que definem-se os materiais e os requisitos da qualidade, concebem-se as estruturas e seus métodos construtivos, definem-se as ações a considerar, suas combinações, para em seguida entrar na análise estrutural e no dimensionamento e detalhamento.
Observe-se ainda que para cada tipo de elemento estrutural reuniram-se todos os critérios de dimensionamento (estados limites últimos e de serviço) segundo o tipo de solicitação, seguidos de regras de detalhamento, antes de passar para o próximo elemento estrutural típico.
A NB-1 sinaliza como serão aplicados procedimentos mais complexos, pois nos próximos anos deverá ocorrer um desenvolvimento acelerado de software, que certamente começará a tratar de análises não lineares, uso corrente de elementos finitos, projeto de elementos especiais tais, como consolos, vigas-parede, sapatas, e outros.
Tópicos novos da Norma
Dentro da filosofia adotada, e também por exigência de modernidade, constam da nova NB-1 uma série de tópicos antes não abrangidos, entre eles podem ser citados:
a) garantia da qualidade: explicitou-se quais são os requisitos de qualidade e como obtê-los;
b) durabilidade: todas as normas mais recentes tratam com grande ênfase desta questão; o estado atual de nossas estruturas, quanto à durabilidade atesta o quanto é necessário um enfoque mais incisivo desta questão;
c) limites para dimensões, deslocamentos e abertura de fissuras: procurou-se concentrar neste tópico todos os limites necessários, quer por razões construtivas, quer por limite de validade das teorias, quer por compatibilidade de funcionamento com outros elementos;
d) análise estrutural: a NBR 6118:1978 tratava esta parte de maneira restrita, chamando-a de “esforços solicitantes”. O estágio atual de conhecimento exige uma distinção mais clara entre as várias formas possíveis de análise estrutural, assim como um alerta sobre o campo de validade e condições especiais para aplicação de cada uma delas;
e) instabilidade e efeitos de segunda ordem: a NBR 6118:1978 tratava apenas dos efeitos locais de segunda ordem, no presente texto procura-se classificar com maior precisão os fenômenos envolvidos, assim como procedimentos adequados a cada situação;
f) regiões e elementos especiais: seguindo também a tendência das normas mais atuais, procurou-se sinalizar princípios para o dimensionamento e detalhamento das regiões de descontinuidade (Regiões Especiais) e também de elementos especiais como consolos, vigas-parede, sapatas e blocos de fundação.
Primeira Parte
Comentários Técnicos da
NB-1
NBR 6118:2003 Projeto de estruturas de concreto –
Procedimento
C 1 Objetivo
A nova NB-1 fixa as condições básicas exigíveis para o projeto de estruturas de concreto simples, armado e protendido, excluídas aquelas em que se empregam concreto leve, pesado ou outros especiais, estabelecendo os requisitos gerais a serem atendidos pelo projeto como um todo, bem como os requisitos específicos relativos a cada uma de suas etapas. Em algumas dessas etapas devem ser atendidos requisitos que não se encontram estabelecidos nessa Norma, devendo ser procurados nas referências normativas (seção 2 da Norma) ou em práticas recomendadas. Essas etapas podem ser resumidas em:
a) conhecimento do problema e definição dos requisitos gerais a serem atendidos;
b) escolha dos materiais a serem utilizados e dos correspondentes requisitos de durabilidade;
c) definição das ações a considerar; d) concepção da solução a ser adotada; e) análise estrutural ;
f) verificação ou dimensionamento da estrutura; g) detalhamento das peças estruturais;
h) produção dos documentos;
i) controle de qualidade do produto final; j) assistência técnica à obra.
Esta Prática Recomendada IBRACON contém comentários técnicos e exemplos de aplicação relativos a conceitos e requisitos estabelecidos na NB-1, de forma a esclarecer e facilitar sua aplicação.
Em alguns casos, o cumprimento de um requisito de norma pode ser verificado de diversas maneiras. Um dos objetivos desta Prática recomendada IBRACON é exemplificar essa condição.
C 2 Documentos complementares
Para possibilitar o entendimento e a aplicação das orientações contidas nesta Prática Recomendada IBRACON é necessário dispor do texto completo da nova NB-1:
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118:2003 - Projeto de
estruturas de concreto - Procedimento. Rio de Janeiro. Primeira edição de março de 2003.
Versão corrigida com errata de 31.03.2004 incorporada, 170p.
Outros documentos, relacionados no Anexo desta publicação, podem facilitar o entendimento e a aplicação do conteúdo desta Prática Recomendada IBRACON. Como as normas técnicas estão em constante atualização, deve-se atentar para o uso das edições mais recentes.
C 3 Definições
Para os efeitos desta Prática Recomendada IBRACON aplicam-se as definições constantes da NB-1 e de suas referências normativas.
C 4 Simbologia
Nesta seção da NB-1 encontram-se os símbolos de aplicação geral e no primeiro item de cada seção da Norma, quando necessário, estão definidos os símbolos específicos ao tema tratado na seção.
C 5 Requisitos gerais da qualidade da estrutura e avaliação da conformidade do projeto
A responsabilidade pela vida útil da estrutura é dividida entre todos os envolvidos no processo, sendo evidenciada na NB-1 a figura do contratante, que participa das decisões em conjunto com o profissional responsável pelo projeto estrutural como a seguir se destaca (cumpre ressaltar que essas condições devem constar de contrato entre as partes):
a) em 5.1.1, definindo requisitos adicionais, quando existirem, que devam ser atendidos pela estrutura de concreto, além dos previstos na Norma:
b) em 5.1.2.3, definindo, no início dos trabalhos de elaboração do projeto, quais as influências ambientais previstas que possam alterar a durabilidade da estrutura:
c) em 5.2.1, tomando conhecimento e aceitando a qualidade da solução adotada no projeto estrutural de forma a considerar as condições arquitetônicas, funcionais, construtivas, estruturais e de integração com os demais projetos (elétrico, hidráulico, ar condicionado, entre outros):
d) em 5.2.2, tomando conhecimento e aceitando todas as condições impostas pela Norma ao projeto estrutural:
e) em 5.3, requerendo e contratando a avaliação da conformidade do projeto:
f) em 25.4, contratando um profissional habilitado para preparar o manual de utilização, inspeção e manutenção da estrutura:
C 5.1 Requisitos da qualidade da estrutura C 5.1.1 Condições gerais
As estruturas de concreto, durante sua construção e ao longo de toda a vida útil que lhe for prevista, devem comportar-se adequadamente, com nível apropriado de qualidade:
a) quanto a todas influências ambientais e ações que produzam efeitos significativos na construção;
b) em circunstâncias excepcionais, não apresentar ruptura frágil, ou falso alarme, ou ainda danos desproporcionais às causas de origem.
C 5.1.2 Classificação dos requisitos da qualidade da estrutura
Na NB-1, os requisitos da qualidade de uma estrutura de concreto são classificados em três grupos distintos:
a) capacidade resistente; b) desempenho em serviço; c) durabilidade.
Simplificadamente, as exigências do grupo (a) acima citado são identificadas como correspondentes à segurança à ruptura, as exigências do grupo (b) referem-se a danos como: fissuração excessiva, deformações inconvenientes e vibrações indesejáveis, e as exigências do grupo (c) têm como referência a conservação da estrutura, sem necessidade de reparos de alto custo, ao longo de sua vida útil.
Para tipos especiais de estruturas, devem ser fixadas outras condições particulares, como por exemplo, a exigência de resistência ao fogo, à explosão, ao impacto ou mesmo aos sismos, ou ainda exigências relativas à estanqueidade, ao isolamento térmico ou acústico. Exigências suplementares podem também ser fixadas, como por exemplo, as referentes ao impacto ambiental e aos aspectos estéticos e econômicos.
O atendimento aos requisitos da qualidade impostos às estruturas de concreto exige:
a) a adoção de hipóteses, soluções e procedimentos apropriados, que estão disciplinados na NB-1 e em outras normas complementares e especiais;
b) a adoção de medidas para a Garantia da Qualidade.
As medidas de Garantia da Qualidade, ao contrário, estão ainda pouco normalizadas em âmbito internacional e nacional. Os itens 5.2 e 5.3 da NB-1 e os correspondentes comentários desta Prática Recomendada IBRACON (C 5.2 e C 5.3), propõem medidas elementares para garantia e controle da qualidade dos projetos estruturais.
A confiabilidade e a segurança das estruturas pressupõem a possibilidade de se manter elevado o nível de garantia da qualidade através de todas as fases de projeto, construção e uso, caracterizado como segue:
a) o projeto deve ser realizado por pessoal experimentado e com apropriada qualificação, e ser submetido ao controle interno de qualidade. Sendo desejável uma verificação por pessoal independente, selecionado por sua competência e experiência;
b) os materiais e componentes da construção devem ser produzidos, ensaiados e utilizados conforme disciplinado em suas respectivas normas, procedimentos e recomendações; c) a construção deve ser executada por pessoal experiente e com qualificação apropriada,
e ser submetida a um controle interno da qualidade;
d) a estrutura deve ser utilizada, durante a vida útil que lhe é prevista, conforme estabelecido no projeto e sob manutenção adequada.
As ações aqui descritas fazem parte de um Sistema de Gestão da Qualidade.
C 5.2 Requisitos da Qualidade do Projeto
Cerca de metade dos defeitos verificados nas construções tem sua origem na fase de projeto, conforme demonstram algumas estatísticas publicadas. É pois justificável que se dispendam maiores esforços para melhoria da qualidade dos mesmos.
Uma das formas encontradas para conseguir esta melhoria é através da implantação de um Sistema de Garantia da Qualidade dos Projetos.
A Garantia da Qualidade visa, através de ações planejadas e sistemáticas, garantir um nível de segurança em que o projeto satisfaça, de fato, aos requisitos da qualidade que forem fixados por condições arquitetônicas, construtivas, estruturais, funcionais, estéticas, de integração com os demais projetos e outras pertinentes. A Garantia da Qualidade compreende todas as medidas para atender a qualidade pré-definida e, em particular, para evitar ou identificar erros. A boa qualidade de um projeto estrutural é o resultado de um trabalho integrado e associado de todos
competentes, honestos e de boa vontade. Portanto, a responsabilidade por se atingir esta boa qualidade é um compromisso e um objetivo a serem assumidos por todo o grupo e por cada participante, em particular.
O Controle da Qualidade do projeto integra-se à Garantia da Qualidade, e refere-se, genericamente, às técnicas operacionais e atividades empregadas para verificar e demonstrar o atendimento aos requisitos da qualidade.
Os requisitos da qualidade de um projeto estrutural referem-se a dois aspectos distintos da qualidade, a saber: a Qualidade da Solução Adotada e a Qualidade da Descrição da Solução.
C 5.2.1 Qualidade da Solução Adotada
Conforme estabelece a NB-1, a solução estrutural adotada em projeto deve atender aos requisitos de qualidade estabelecidos nas normas técnicas, relativos à capacidade resistente, ao desempenho em serviço e à durabilidade da estrutura.
A qualidade da solução adotada deve ainda considerar as condições arquitetônicas, funcionais, construtivas, estruturais, de integração com os demais projetos (elétrico, hidráulico, ar condicionado, etc.) e econômicas.
C 5.2.2 Condições impostas ao projeto
As condições impostas ao projeto são de várias naturezas e referem-se às condições relacionadas a seguir:
a) as condições arquitetônicas impostas ao projeto estrutural são obviamente as constantes do projeto arquitetônico. No caso de inexistir o projeto arquitetônico - como é geralmente o caso das pontes, por exemplo - estas condições referem-se àquelas que devam reger tais projetos, como condições estéticas, de implantação, de drenagem, de impermeabilização e outras que forem igualmente aplicáveis;
b) as condições funcionais referem-se às finalidades e ao uso previsto para a estrutura, e implicam a compatibilização das ações a adotar; dos vãos e gabaritos; da rigidez e da deformabilidade das peças; da estanqueidade; do isolamento térmico e acústico; das juntas de movimento, etc;
c) as condições construtivas implicam na compatibilização do projeto estrutural com os métodos, procedimentos e etapas construtivas previstas;
d) as condições estruturais referem-se basicamente à adequação das soluções estruturais adotadas em serviço e na ruptura, caracterizada pela escolha apropriada dos materiais – concreto armado, concreto protendido, aço, pré-moldados, características dos próprios materiais; pelo sistema estrutural escolhido para resistir às ações verticais e às ações horizontais; pelo tipo de fundação. Adicionalmente devem ser satisfeitas outras exigências em função do tipo da estrutura;
e) as condições de integração com os demais projetos (elétrico, hidráulico, ar condicionado, etc.) referem-se às necessidades de prever rebaixos, furos, shafts ou dispor as peças estruturais de modo a viabilizar e compatibilizar a coexistência da estrutura com os demais sistemas;
f) as condições econômicas referem-se à necessidade de otimizar os custos de construção associados aos de manutenção da estrutura em uso, e de compatibilizar esses custos com os prazos desejados.
As exigências técnicas de segurança e de durabilidade são as geralmente descritas nas normas específicas e atualizadas de projeto, e referem-se à necessidade da estrutura, com grau apropriado de confiabilidade, de:
a) resistir a todas as ações e outras influências ambientais passíveis de ocorrer durante sua fase construtiva;
b) comportar-se adequadamente sob as condições previstas de uso, durante determinado tempo de existência (vida útil).
Esta qualidade fica caracterizada por segurança adequada contra riscos de ruptura; de instabilidade (perda de equilíbrio estático); de vibrações excessivas; de deformações inconvenientes e danosas à própria estrutura ou a outros elementos da construção; de fissuração excessiva com vistas à estética, estanqueidade e proteção da armadura.
Esta confiabilidade deve ser complementada pelo atendimento às exigências que protejam e preservem a estrutura contra sua deterioração prematura, como por exemplo, as referentes a cobrimento das armaduras, drenagem, especificações de materiais adequados e de medidas adequadas à agressividade ambiente.
A segurança e a durabilidade dependem ambas da qualidade dos detalhes das armaduras (emendas, dobramentos, ancoragens, nós de pórtico, furos, etc.), com vistas a evitar rupturas localizadas e a favorecer boas condições de adensamento do concreto.
C 5.2.3 Documentação da solução adotada
O produto final do projeto estrutural é constituído por desenhos, especificações e critérios de projeto. As especificações e critérios de projeto podem constar dos próprios desenhos ou constituir documento separado.
No entanto, a documentação da solução adotada ou a qualidade da descrição da solução, para possibilitar a aplicação de critérios de conformidade, deve constituir-se, como mínimo, dos documentos de Referência da Qualidade a seguir relacionados:
a) projeto arquitetônico;
b) projetos dos outros sistemas : drenagem, elétrico, hidráulico, ar condicionado, mecânico, etc.;
c) relatórios e perfis de sondagem; d) normas técnicas;
e) pareceres ou diretrizes técnicas escritas especificamente para a obra e que sejam hierarquicamente superiores ao projeto estrutural;
f) informações do mesmo projeto, constante de desenhos já examinados e em vigor.
A solução estrutural adotada deve estar descrita nos desenhos e nas especificações, de modo a permitir a completa e perfeita execução da estrutura. Isto implica exigir que os desenhos e as especificações contenham informações completas, claras, corretas, consistentes entre si e consistentes com as exigências.
Uma forma conveniente de obter a Qualidade do Projeto está em verificar as informações mais relevantes do projeto pelo menos com relação à sua ordem de grandeza, por procedimento independente e preferencialmente simples, orientado pela experiência e pelo bom senso, e tendo em mente que, na elaboração e no controle de um projeto, não se pode perder uma visão geral entre os resultados obtidos e os supostamente esperados.
A utilização de listas auxiliares de verificações (check-lists), elaboradas pelo próprio Controle da Qualidade para cada projeto, favorecem o melhor desempenho nas verificações, pois ajudam a responder às indagações que decorrem das exigências de qualidade definidas. Chama-se entretanto a atenção de que as melhores listas têm sempre caráter e formato personalizados, de quem as elabora. Além disto, por não serem completas, não são rotinas que dispensem o esforço mental de análise consciente e competente do projeto.
C 5.3 Avaliação da conformidade do projeto
Com o objetivo de garantir a qualidade do projeto e reduzir as chances de encontrar erros nas verificações de controle da qualidade, ou na execução e operação da obra, medidas preventivas devem ser tomadas desde o início dos trabalhos. Essas medidas devem englobar a discussão e aprovação das decisões tomadas, a distribuição dessas e outras informações pelos elementos pertinentes da equipe e a programação coerente das atividades, respeitando as regras lógicas de precedência.
De acordo com a NB-1, o Controle da Qualidade consiste, basicamente, em verificar se o projeto estrutural, conforme definido nos seus respectivos desenhos, especificações e critérios de projeto, atende às exigências de qualidade que lhe foram prefixadas (5.2). Para isto, as informações dos desenhos e das especificações devem ser analisadas, comparativamente, com os Documentos de Referência da Qualidade, previamente identificados e classificados. O Controle da Qualidade deve avaliar, paralelamente, se as informações dos desenhos e especificações são:
a) completas; b) claras;
c) em escalas apropriadas; d) consistentes (entre si); e) corretas.
As informações serão completas, claras, em escalas apropriadas e consistentes com relação: a) à identificação do documento;
b) às necessidades da administração e planejamento da obra;
c) às exigências peculiares dos serviços relativos ao sistema de fôrmas (fôrmas e escoramento), concretagem, armação, etc.
As informações serão corretas se compatíveis com as ações, esforços e materiais adotados. Em outras palavras, esta atividade indica a necessidade de verificar se os resultados consubstanciados nos desenhos e especificações são compatíveis com as hipóteses de projeto. O relatório do Controle da Qualidade identificará as informações e aspectos do projeto considerados em não-conformidade com as exigências de qualidades prefixadas e os Documentos de Referência da Qualidade, respectivos.
Para atender Ao que estabelece a NB-1, os serviços de Controle da Qualidade de Projeto devem ser executados antes da fase de construção, e, de preferência, simultaneamente com a fase de projeto, como condição essencial para que seus resultados se tornem efetivos e conseqüentes.
C 6 Diretrizes para durabilidade das estruturas de concreto C 6.1 Exigências de durabilidade
Projetar para durabilidade implica em desacelerar o processo de deterioração das partes críticas da estrutura. Isto implica, normalmente, em uma estratégia de múltiplos estágios, os quais podem basear-se freqüentemente, em barreiras sucessivas que se opõem à deterioração.
O conceito de vida útil conduz a um tratamento integralizado das seguintes fases: - planejamento;
- projeto; - construção;
- utilização ou operação; e - manutenção.
Em conseqüência dessa integração, estão envolvidos na questão da durabilidade todos aqueles que participam de alguma das fases anteriormente mencionadas, assim, cada um deles têm uma parcela de responsabilidade, conforme já explicitado em C 5.
Não é intenção da Norma, entretanto, impor obrigações legais a terceiros, mas, apenas, esclarecer o contexto geral de trabalho em que está inserido o projetista.
C 6.2 Vida útil de projeto
A vida útil de projeto pode também ser entendida como o período de tempo durante o qual a estrutura é capaz de desempenhar bem as funções para as quais foi projetada. Pode-se distinguir pelo menos três situações e suas correspondentes vidas úteis, apresentadas na figura C 6.1, que contempla o fenômeno da corrosão de armaduras por ser o mais freqüente, o mais importante e mais conhecido cientificamente, mas que como modelo conceitual aplica-se a todos os mecanismos de deterioração.
Figura C 6.1 - Conceituação de vida útil das estruturas de concreto tomando-se por referência o fenômeno de corrosão das armaduras
A partir da figura C 6.1 podem ser definidas as seguintes vidas úteis1), 2) :
a) período de tempo que vai até a despassivação da armadura, normalmente denominado de período de iniciação. A esse período de tempo pode-se associar a chamada vida útil de
de carbonatação ou a frente de cloretos atinja a armadura. O fato da região carbonatada ou de um certo nível de cloretos atingir a armadura e teoricamente despassivá-la, não significa que necessariamente a partir desse momento haverá corrosão importante, embora usualmente isso ocorra. Esse período de tempo, no entanto, é o período que se recomenda seja ser adotado no projeto da estrutura, a favor da segurança;
b) período de tempo que vai até o momento em que aparecem manchas na superfície do concreto, ou ocorrem fissuras no concreto de cobrimento, ou ainda quando há o destacamento do concreto de cobrimento. A esse período de tempo associa-se a chamada vida útil de serviço ou de utilização. É muito variável de caso a caso, pois em certos locais é inadmissível que uma estrutura de concreto apresente manchas de corrosão ou fissuras. Em outros casos somente o inicio da queda de pedaços de concreto, colocando em risco a integridade de pessoas e bens, pode definir o momento a partir do qual deve-se considerar terminada a vida útil de serviço.
c) período de tempo que vai até a ruptura ou colapso parcial ou total da estrutura. A esse período de tempo associa-se a chamada vida útil última ou total. Corresponde ao período de tempo no qual há uma redução significativa da seção resistente da armadura ou uma perda importante da aderência armadura / concreto, acarretando o colapso parcial ou total da estrutura.
d) nessa modelagem foi introduzido ainda o conceito de vida útil residual, que corresponde ao período de tempo em que a estrutura ainda será capaz de desempenhar suas funções, contado neste caso a partir da data, qualquer, de uma vistoria. Essa vistoria e correspondente diagnóstico pode ser efetuado a qualquer instante da vida em uso da estrutura. O prazo final, neste caso, tanto pode ser o limite de projeto, o limite das condições de serviço, quanto o limite de ruptura, dando origem a três “vidas úteis residuais”; uma mais curta contada até a despassivação da armadura, outra até o aparecimento de manchas, fissuras ou destacamento do concreto e outra longa, contada até a perda significativa da capacidade resistente do componente estrutural ou seu eventual colapso.
É importante salientar que os custos de intervenção na estrutura para atingir um certo nível de durabilidade e proteção, crescem exponencialmente quanto mais tarde for essa intervenção. A evolução desse custo pode ser assimilado ao de uma progressão geométrica de razão 5, conhecida por lei dos 5 ou regra de Sitter, representada na figura C 6.2 3).
Figura C 6.2 - Representação da evolução dos custos em função da fase da vida da estrutura em que a intervenção é feita
a) fase de projeto: toda medida tomada a nível de projeto com o objetivo de aumentar a proteção e a durabilidade da estrutura, como por exemplo, aumentar o cobrimento da armadura, reduzir a relação água/cimento do concreto ou aumentar fck, especificar adição de sílica ativa, tratamentos protetores de superfície e outras tantas, implica num custo que pode ser associado ao número 1 (um);
b) fase de execução: toda medida extra-projeto, tomada durante a fase de execução propriamente dita, implica num custo 5 (cinco) vezes superior ao custo que acarretaria tomar uma medida equivalente na fase de projeto, para obter-se o mesmo nível final de durabilidade ou vida útil da estrutura. Um exemplo típico é a decisão em obra de reduzir a relação água/cimento para aumentar a durabilidade. A mesma medida tomada na fase de projeto permitiria o redimensionamento automático da estrutura considerando um novo concreto de resistência à compressão mais elevada, de maior módulo de deformação e de menor fluência. Esses predicados permitiriam reduzir as dimensões dos componentes estruturais, reduzir as fôrmas e o volume de concreto, reduzir o peso próprio e reduzir as taxas de armadura. Essas medidas tomadas na execução, apesar de eficazes e oportunas do ponto de vista da vida útil, não mais podem propiciar economia e otimização da estrutura;
c) fase de manutenção preventiva: as operações isoladas de manutenção do tipo: pinturas freqüentes, limpezas de fachada sem beirais e sem proteções, impermeabilizações de coberturas e reservatórios mal projetados, e outras, necessárias a assegurar as boas condições da estrutura durante o período da sua vida útil, podem custar até 25 vezes mais que medidas corretas tomadas na fase de projeto estrutural ou arquitetônico. Por outro lado podem ser cinco vezes mais econômicas que aguardar a estrutura apresentar problemas patológicos evidentes que requeiram uma manutenção corretiva;
d) fase de manutenção corretiva: corresponde aos trabalhos de diagnóstico, reparo, reforço e proteção das estruturas que já perderam sua vida útil de projeto e apresentam manifestações patológicas evidentes. A estas atividades pode-se associar um custo 125 vezes superior ao custo das medidas que poderiam e deveriam ter sido tomadas na fase de projeto e que implicariam num mesmo nível de durabilidade que se estime dessa obra após essa intervenção corretiva.
C 6.2.2 A vida útil da estrutura depende tanto do desempenho dos elementos e componentes
estruturais propriamente ditos quanto dos demais componentes e partes da obra. Os demais elementos e componentes incorporados à estrutura, tais como drenos, juntas, aparelhos de apoio, instalações, pingadeiras, rufos, chapins, impermeabilizações, revestimentos e outros, possuem geralmente vida útil mais curta que a do concreto, o que exige previsões adequadas para suas substituições e manutenções, uma vez que ali estão para proteger a estrutura de concreto.
C 6.2.3 Recomenda-se que todos os envolvidos nos processos de projeto, construção e
manutenção estabeleçam de forma conjunta e coerente a extensão da vida útil desejável para a estrutura, tendo como referência um patamar mínimo de 50 anos e, a partir da análise das condições de exposição, escolham detalhes que objetivem assegurar a vida útil prevista e defina medidas mínimas de inspeção, monitoramento e manutenção preventiva. Em obras de caráter provisório, transitório ou efêmero é tecnicamente recomendável adotar-se vida útil de projeto de pelo menos um ano. Para as pontes e outras obras de caráter permanente, podem ser adotados períodos de 50, 75 ou até mais de 100 anos5).
C 6.3 Mecanismos de envelhecimento e deterioração
C 6.3.1 Mecanismos preponderantes de deterioração relativos ao concreto
a) lixiviação: por ação de águas puras, carbônicas agressivas e ácidas que dissolvem e
carreiam os compostos hidratados da pasta de cimento. A sintomatologia básica é uma superfície arenosa ou com agregados expostos sem a pasta superficial, eflorescências de carbonato, elevada retenção de fuligem e risco de desenvolvimento de fungos, com conseqüente redução do pH do extrato aquoso dos poros superficiais;
b) expansão: por ação de águas e solos que contenham ou estejam contaminados com
sulfatos, dando origem a reações expansivas e deletérias com a pasta de cimento hidratado. A sintomatologia básica é uma superfície com fissuras aleatórias, esfoliação e redução significativa da dureza e da resistência superficial do concreto, com conseqüente redução do pH do extrato aquoso dos poros superficiais. Do ponto de vista do concreto, os sulfatos presentes na água do mar, nas águas servidas, nas águas industriais e nos solos úmidos e gessíferos, podem acarretar reações deletérias de expansão com formação de compostos expansivos do tipo etringita e gesso secundário6). O teor de sulfato em um concreto depende do consumo de cimento e do teor de gesso primário no referido cimento. Assim, por exemplo, um concreto de massa específica 2 300 kg/m3, com 350 kg de cimento por metro cúbico, preparado com um cimento que contenha no máximo 3% de gesso, deve ter um teor máximo total de sulfatos de 0,46% sobre a massa de concreto. Se as quantidades encontradas forem superiores, significa que houve contaminação proveniente do exterior7);
c) expansão: por ação das reações entre os álcalis do cimento e certos agregados reativos.
Dentre os agregados reativos pode-se destacar a opala, a calcedônia, as sílicas amorfas, certos calcários, que para conduzir a reações significativamente deletérias requerem estar em presença de elevada umidade. A sintomatologia básica é uma expansão geral da massa de concreto com fissuras superficiais e profundas;
d) reações deletérias superficiais: de certos agregados decorrentes de transformações de
produtos ferruginosos presentes na sua constituição mineralógica. Destaca-se como exemplo os problemas oriundos com agregados que contêm pirita que pode acarretar manchas, cavidades e protuberância na superfície dos concretos.
C 6.3.2 Mecanismos preponderantes de deterioração relativos à armadura
a) despassivação por carbonatação, ou seja, por ação do gás carbônico da atmosfera que
penetra por difusão e reage com os hidróxidos alcalinos da solução dos poros do concreto reduzindo o pH dessa solução. A despassivação deletéria só ocorre de maneira significativa em ambientes de umidade relativa abaixo de 98% e acima de 65%, ou em ambientes sujeitos a ciclos de molhagem e secagem, possibilitando a instalação da corrosão. O fenômeno não é perceptível a olho nu, não reduz a resistência do concreto e até aumenta sua dureza superficial. A identificação da frente ou profundidade de carbonatação requer ensaios específicos. Ao atingir a armadura, dependendo das condições de umidade ambiente pode promover séria corrosão com aparecimento de manchas, fissuras, destacamentos de pedaços de concreto e até perda da seção resistente e da aderência, promovendo o colapso da estrutura ou suas partes.
b) despassivação por elevado teor de íon cloro (cloreto), ou seja, por penetração do
cloreto através de processos de difusão, de impregnação ou de absorção capilar de águas contendo teores de cloreto, que ao superarem um certo limite em relação à concentração de hidroxilas na solução dos poros do concreto, despassivam a superfície do aço e instalam a corrosão. Eventualmente, esses teores elevados de cloreto podem ter sido introduzidos, inadvertidamente, durante o amassamento do concreto, geralmente através do excesso de aditivos aceleradores de endurecimento. O fenômeno não é perceptível a olho nu, não reduz
a resistência do concreto nem altera seu aspecto superficial. A identificação da frente ou da profundidade de penetração de certo teor crítico de cloreto requer ensaios específicos. Ao atingir a armadura pode promover séria corrosão com aparecimento de manchas, fissuras, destacamentos de pedaços de concreto e até perda da seção resistente e da aderência, promovendo o colapso da estrutura ou de suas partes.
C 6.4 Agressividade do ambiente
Uma classificação mais rigorosa do que a apresentada na NB-1, com base na concentração efetiva de certas substâncias agressivas no ambiente que envolve a estrutura ou suas partes pode também ser utilizada em casos especiais, recomendando-se os limites orientativos constantes da norma CETESB L 1.0078). No caso de agressividade ao concreto, avaliada através de determinações específicas de teores de substâncias agressivas, podem ser adotados os valores referenciais9) apresentados na tabela C 6.1.
Tabela C 6.1 - Classificação da agressividade do ambiente visando a durabilidade do concreto Classe de agressividad e pH CO2 agressivo mg/l Amônia NH4+ mg/l Magnésia Mg2+ mg/l Sulfato SO4 2-mg/l Sólidos dissolvido s mg/l I > 5,9 < 20 < 100 < 150 < 400 > 150 II 5,9 – 5,0 20 – 30 100 – 150 150 – 250 400 – 700 150 – 50 III 5,0 – 4,5 30 – 100 150 – 250 250 – 500 700 – 1500 < 50 IV < 4,5 > 100 > 250 > 500 > 1500 < 50 NOTAS:
1) No caso de solos a análise deve ser feita no extrato aquoso do solo.
2) Água em movimento, temperatura acima de 30ºC, ou solo agressivo muito permeável conduz a um aumento de um grau na classe de agressividade.
3) Ação física superficial tal como abrasão e cavitação aumentam a velocidade de ataque químico.
C 7 Critérios de projeto visando a durabilidade C 7.1 Generalidades
Para evitar envelhecimento prematuro e satisfazer as exigências de durabilidade devem ser observados os seguintes critérios do conjunto de projetos relativos à obra:
a) prever drenagem eficiente;
b) evitar formas arquitetônicas e estruturais inadequadas;
c) garantir concreto de qualidade apropriada, particularmente nas regiões superficiais dos elementos estruturais;
d) garantir cobrimentos de concreto apropriados para proteção às armaduras; e) detalhar adequadamente as armaduras;
f) controlar a fissuração das peças;
g) prever espessuras de sacrifício ou revestimento protetores em regiões sob condições de exposição ambiental muito agressivas;
h) definir um plano de inspeção e manutenção preventiva
C 7.2 Drenagem
A água poluída e impregnada no concreto mantendo-o úmido é a condição mais favorável à deterioração precoce da estrutura.
Devem ser criadas boas condições de drenagem evitando acúmulo sobre a estrutura e encaminhando-a para tubulações de drenagem adequadas, como estabelece a NB-1.
C 7.4 Qualidade do concreto de cobrimento
A qualidade potencial do concreto depende preponderantemente da relação água/cimento e do grau de hidratação. São esses os dois principais parâmetros que regem as propriedades de absorção capilar de água, de permeabilidade por gradiente de pressão de água ou de gases, de difusividade de água ou de gases, de migração de íons, assim como todas as propriedades mecânicas tais como, módulo de elasticidade, resistência à compressão, à tração, fluência, relaxação, abrasão, e outras. Assim, a NB-1 estabelece:
7.4.2 Ensaios comprobatórios de desempenho da durabilidade da estrutura frente ao tipo
e nível de agressividade previsto em projeto devem estabelecer os parâmetros mínimos a serem atendidos. Na falta destes e devido à existência de uma forte correspondência entre a relação água/cimento, a resistência à compressão do concreto e sua durabilidade, permite-se adotar os requisitos mínimos expressos na tabela 7.1.
Tabela 7.1 - Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto
Classe de agressividade (tabela 6.1)
Concreto Tipo I II III IV CA ≤ 0,65 ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,45 Relação água/cimento em massa CP ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,50 ≤ 0,45 CA ≥ C20 ≥ C25 ≥ C30 ≥ C40 Classe de concreto (NBR 8953) CP ≥ C25 ≥ C30 ≥ C35 ≥ C40 NOTAS:
1) O concreto empregado na execução das estruturas deve cumprir com os requisitos estabelecidos na NBR 12655.
2) CA corresponde a componentes e elementos estruturais de concreto armado. 3) CP corresponde a componentes e elementos estruturais de concreto protendido.
É importante acrescentar nesta segunda edição desses comentários, que a recente revisão da NBR12655:2009 “Concreto de cimento Portland – preparo, controle e recebimento – Procedimento” acrescentou a essa tabela uma linha adicional relativa ao consumo mínimo de cimento como elemento adicional importante para melhorar a confiança em se obter um concreto com a durabilidade esperada. De fato, esse era um procedimento muito usado e testado em tempos passados, como elemento importante em ambientes agressivos, como ambiente marinho,por exemplo, mas que não havia sido contemplado na NB1 por falta de consenso e por se julgar que ficaria melhor na norma de preparo de concreto.. A NBR12655:2006 estabelece para as classes de agressividade I, II, III e IV, o consumo mínimo de 260, 280, 320, 360 kg de cimento por metro cúbico de concreto, seja ele armado ou protendido.
7.4.3 Os requisitos das tabelas 7.1 e 7.2 são válidos para concretos executados com
cimento Portland que atenda, conforme seu tipo e classe, às especificações das NBR 5732, NBR 5733, NBR 5735, NBR 5736, NBR 5737, NBR 11578, NBR 12989 ou NBR 13116, com consumos mínimos de cimento por metro cúbico de concreto de acordo com a NBR 12655.
É importante ressaltar que a NBR 12655 não contempla o uso de adições não normalizadas no concreto
7.4.4 Não é permitido o uso de aditivos contendo cloreto na sua composição em
estruturas de concreto armado ou protendido.
7.4.3 Os requisitos das tabelas 7.1 e 7.2 são válidos para concretos executados com
cimento Portland que atenda, conforme seu tipo e classe, às especificações das NBR 5732, NBR 5733, NBR 5735, NBR 5736, NBR 5737, NBR 11578, NBR 12989 ou NBR 13116, com consumos mínimos de cimento por metro cúbico de concreto de acordo com a NBR 12655.
7.4.4 Não é permitido o uso de aditivos contendo cloreto na sua composição em
estruturas de concreto armado ou protendido.
A qualidade efetiva do concreto na obra deve ser assegurada por corretos procedimentos de mistura, transporte, lançamento, adensamento, cura e desmoldagem. Embora um concreto de resistência mais alta, seja, em princípio e sob certas circunstâncias, potencialmente mais durável do que um concreto de resistência mais baixa (de mesmos materiais)10), 11), a resistência à compressão não é, por si só, uma medida suficiente da durabilidade do concreto, pois esta depende das camadas superficiais do concreto da estrutura. Nessas camadas, a moldagem, o adensamento, a cura e a desmoldagem têm efeito muito importante nas propriedades de difusividade, permeabilidade e absorção capilar de água e gases. Apesar disso decidiu-se fazer referência às classes de concreto (ver NBR 8953) por ser esta a propriedade mais consagrada nos projetos estruturais.
Convém dar preferência a certos tipos de cimento Portland mais adequados a resistir à agressividade ambiental, em função da natureza dessa agressividade. Do ponto de vista da maior resistência à lixiviação e para minimizar o risco de reações álcali-agregado são preferíveis os cimentos com adições tipo CP III e CP IV; para reduzir a taxa de carbonatação são preferíveis os cimentos tipo CP I e CP V e para reduzir a penetração de cloretos são preferíveis os cimentos com adições tipo CP III e CP IV. A tabela C 7.1 dá uma idéia de como varia a resistência do concreto com a mudança do tipo de cimento.
Tabela C 7.1 – Resultados, em MPa, obtidos em ensaios realizados para determinação de resistência à compressão aos 28 dias de concretos, em função da relação a/c, para vários tipos de cimento
Relação a/c Tipo de cimento 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 CP I - 32 28 32 37 41 47 CP II - 32 24 28 31 35 39 CP II - 40 28 32 36 41 46 CP III - 32 23 27 31 36 41 CP III - 40 27 32 37 42 49 CP IV - 32 24 28 32 36 41 CP V - ARI/RS 30 33 38 42 46 CP V - ARI 33 38 42 47 53 Notas:
1) Agregados de origem granítica.
2) Diâmetro máximo dos agregados de 25 mm. 3) Abatimento entre 50 mm e 70 mm.
4) Concretos com aditivo plastificante normal, ou seja, aqueles que não possuem ação superplastificante ou superfluidificante.
5) Não foi estabelecida a correlação em função do consumo de cimento por metro cúbico de concreto, cuja influência é expressiva, de acordo com a literatura técnica.
A proteção das armaduras é fator preponderante na NB-1, destacando-se:
7.4.5 A proteção das armaduras ativas externas deve ser garantida pela bainha,
completada por graute, calda de cimento Portland sem adições, ou graxa especialmente formulada para esse fim.
7.4.6 Atenção especial deve ser dedicada à proteção contra a corrosão das ancoragens
das armaduras ativas.
O ideal para proteção durável contra a corrosão das ancoragens das armaduras ativas parece ser o emprego de grautes de base cimento modificado com polímeros.
7.4.7 Para o cobrimento deve ser observado o prescrito em 7.4.7.1 a 7.4.7.7.
7.4.7.1 Para atender aos requisitos estabelecidos nesta Norma, o cobrimento mínimo da
armadura é o menor valor que deve ser respeitado ao longo de todo o elemento considerado e que se constitui num critério de aceitação.
7.4.7.2 Para garantir o cobrimento mínimo (cmin) o projeto e a execução devem considerar
o cobrimento nominal (cnom), que é o cobrimento mínimo acrescido da tolerância de
execução (∆c). Assim, as dimensões das armaduras e os espaçadores devem respeitar os cobrimentos nominais, estabelecidos na tabela 7.2, para ∆c = 10 mm.
7.4.7.3 Nas obras correntes o valor de ∆c deve ser maior ou igual a 10 mm.
7.4.7.4 Quando houver um adequado controle de qualidade e rígidos limites de tolerância
da variabilidade das medidas durante a execução pode ser adotado o valor ∆c = 5 mm, mas a exigência de controle rigoroso deve ser explicitada nos desenhos de projeto. Permite-se, então, a redução dos cobrimentos nominais prescritos na tabela 7.2 em 5 mm.
7.4.7.5 Os cobrimentos nominais e mínimos estão sempre referidos à superfície da
armadura externa, em geral à face externa do estribo. O cobrimento nominal de uma determinada barra deve sempre ser:
a) cnom≥ φ barra;
b) cnom≥ φ feixe = φn = φ n ;
c) cnom≥ 0,5 φ bainha.
7.4.7.6 A dimensão máxima característica do agregado graúdo utilizado no concreto não
pode superar em 20% a espessura nominal do cobrimento, ou seja: dmáx ≤ 1,2 cnom
Tabela 7.2 - Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal para ∆c = 10mm
Classe de agressividade ambiental (tabela 6.1) I II III IV3) Tipo de estrutura Componente ou
elemento Cobrimento nominal mm Laje2) 20 25 35 45 Concreto armado Viga/Pilar 25 30 40 50
Concreto protendido1) Todos 30 35 45 55
1) Cobrimento nominal da armadura passiva que envolve a bainha ou os fios, cabos e
cordoalhas, sempre superior ao especificado para o elemento de concreto armado, devido aos riscos de corrosão fragilizante sob tensão.
2) Para a face superior de lajes e vigas que serão revestidas com argamassa de contrapiso,
com revestimentos finais secos tipo carpete e madeira, com argamassa de revestimento e acabamento tais como pisos de elevado desempenho, pisos cerâmicos, pisos asfálticos e outros tantos, as exigências desta tabela podem ser substituídas por7.4.7.5 respeitado um cobrimento nominal ≥ 15 mm.
3) Nas faces inferiores de lajes e vigas de reservatórios, estações de tratamento de água e
esgoto, condutos de esgoto, canaletas de efluentes e outras obras em ambientes química e intensamente agressivos, a armadura deve ter cobrimento nominal ≥ 45 mm.
A qualidade efetiva do concreto superficial de cobrimento e proteção à armadura depende da adequabilidade da fôrma, do aditivo desmoldante e, preponderantemente da cura dessas superfícies. Em especial devem ser curadas as superfícies expostas precocemente, devido à desmoldagem, tais como fundos de lajes, laterais e fundos de vigas e faces de pilares e paredes. Uma diretriz geral, encontrada na literatura técnica, diz que a durabilidade da estrutura de concreto é determinada por quatro fatores identificados como regra dos 4C:
- composição ou traço do concreto;
- compactação ou adensamento efetivo do concreto na estrutura; - cura efetiva do concreto na estrutura;
- cobrimento ou espessura do concreto de cobrimento das armaduras.
Portanto a vida útil desejada para a estrutura pode ser alcançada através de uma combinação adequada e inteligente desses fatores, ou seja, ao empregar um concreto de melhor qualidade é possível reduzir o cobrimento mantendo a mesma vida útil de projeto, e vice-versa. Admitindo que o adensamento e a cura serão e deverão ser bem executados em quaisquer circunstâncias, fica um certo grau de liberdade entre a escolha da resistência (qualidade) do concreto e a espessura do cobrimento. Essa ainda não é a postura do CEB12), que não
figura C 7.1 onde está apresentado um ábaco correspondente a uma estrutura sujeita a um ambiente agressivo no qual predomina a ação do gás carbônico, ou seja um fenômeno preponderante de carbonatação13). Como se pode observar qualitativamente (não tomar valores numéricos deste ábaco para projeto), uma mesma vida útil pode ser alcançada por diferentes pares cobrimentos / resistência de concreto.
O ábaco indicado na figura C 7.1, é apenas conceitual e qualitativo, correlacionando vida útil de projeto com espessura de cobrimento das armaduras e com a qualidade do concreto (C10 a C50), em função do ambiente (neste caso zona urbana e industrial).
Figura C 7.1 – Correlações conceituais e qualitativas da carbonatação em faces externas dos componentes estruturais de concreto expostos à intempérie
O mesmo raciocínio pode ser aplicado para uma situação considerada de extrema agressividade, ou seja, para a zona de respingos de maré, conforme apresentada na figura C 7.2.
O ábaco indicado na figura C 7.2, também apenas conceitual e qualitativo, correlacionando vida útil de projeto com espessura de cobrimento das armaduras e com a qualidade do concreto (C 10 a C 50), em função do ambiente (neste caso zona de respingos de maré). Como se pode constatar em condições de extrema agressividade, sempre qualitativamente, somente os concretos de 45 MPa e 50 MPa com cobrimentos mínimos de 9 cm e 5 cm respectivamente, poderiam alcançar 50 anos de vida útil de projeto.
Figura C 7.2 – Correlações conceituais da difusão de cloretos em faces externas de componentes estruturais de concreto expostos à zona de respingos de maré
Esta nova visão da questão da durabilidade, expressa neste comentário aponta para uma mudança radical na forma de exigir requisitos de projeto. Atualmente, uma vez classificada a agressividade do ambiente o passo seguinte é escolher a qualidade do concreto e atender a uma certa espessura de cobrimento. Desse atendimento aos dois requisitos espera-se alcançar uma certa vida útil de projeto. Dentro da nova conceituação, após a classificação da agressividade do ambiente, o passo a tomar deve ser o de escolher uma vida útil de projeto e, a partir dela, com liberdade, combinar inteligentemente o cobrimento de concreto das armaduras com a qualidade (resistência) desse concreto.
C 7.5 Detalhamento das armaduras
O congestionamento das barras dificulta a moldagem, propicia a segregação dos componentes do concreto e impede um bom adensamento, ao dificultar a entrada do vibrador, comprometendo a compacidade final do concreto endurecido14).
C 7.6 Controle da fissuração
A abertura máxima característica wk das fissuras, desde que não exceda valores da ordem de
0,3 mm a 0,4 mm, em elementos e componentes estruturais submetidos e projetados em conformidade com as demais exigências desta Norma (ver tabela 13.3), não têm importância significativa na evolução da corrosão das armaduras passivas15), 16), 17), 18), 19), 20).
Assim, uma diferenciação mais detalhada entre aberturas limite de fissuras transversais à armadura principal não é necessária nas estruturas correntes de concreto armado.
É de interesse, no entanto, fixar aberturas limite de fissuras mais restritas, no caso destas afetarem a funcionalidade da estrutura, como é o caso, por exemplo, da estanqueidade de reservatórios, assim como nos casos em que possam vir a causar desconforto psicológico nos usuários.
