Avaliação dos recobrimentos de armaduras em estruturas de betão armado

Avaliação dos recobrimentos de armaduras em

estruturas de betão armado

Hugo Patrício

REFER, Rede Ferroviária Nacional - Pontes - Inspecção

1 INTRODUÇÃO

Usualmente, a realização de obras de investimento, por exemplo empreitadas de construção de novas infra-estruturas, é confiada a equipas de trabalho que têm como finalidade gerir a construção do empreendimento, sendo que, após a sua conclusão, estes equipamentos são transferidos internamente, para as equipas de conservação.

É neste contexto que o departamento de Conservação de Pontes é chamado a intervir, uma vez que após a recepção provisória da empreitada, fica responsável pela realização de todas as actividades de manutenção e reparação nas estruturas, tendo por isso, uma preocupação acrescida no controlo de parâmetros relacionados com a durabilidade das estruturas.

Desde 2008, que o Departamento de Conservação de Pontes da REFER, integrou nas suas rotinas de inspecção e diagnóstico das estruturas, a realização de ensaios não destrutivos ou ligeiramente destrutivos, com o intuito de ter maior conhecimento sobre os parâmetros chave que dizem respeito à durabilidade dos materiais e avaliação de dano.

Um dos parâmetros chave, no que diz respeito às estruturas de betão armado, é o recobrimento das armaduras.

Não obstante o facto de em fase de obra serem implementados sistemas de gestão de qualidade, temos verificado que habitualmente são identificadas áreas significativas onde o recobrimento das armaduras não satisfaz os requisitos dos cadernos de encargos.

A inexistência de normativo relacionado com os critérios de conformidade levanta as seguintes questões:

 A partir de que valores de recobrimentos se devem tomar medidas correctivas. O que são áreas significativas onde o recobrimento é inferior ao exigido?

 Quais os critérios de aceitação dos recobrimentos medidos?

 Quais os indicadores aceitáveis? Será a média da amostragem um indicador aceitável no que diz respeito à durabilidade?

 Qual a dimensão da amostragem?

De uma forma empírica, a REFER elaborou um procedimento contido no documento “REFER Guia para a realização de ensaios destrutivos e não destrutivos” que visa responder a estas questões de uma forma prática.

2 ENQUADRAMENTO

A NP EN 1992 – Eurocódigo 2: Projecto de estruturas de betão, no capítulo 4, dedicado à durabilidade e recobrimento das armaduras1, define os seguintes princípios:

 Uma estrutura duradoura deve satisfazer, durante o seu tempo de vida, os requisitos de utilização, resistência e estabilidade, sem perda significativa de utilidade nem excesso de manutenção não prevista.

 A protecção necessária da estrutura deve ser definida considerando a utilização prevista, o tempo de vida útil de projecto (ver a EN 1990), o programa de manutenção e as acções.

 Deve ser considerada a eventual importância das acções directas e das deformações impostas, das condições ambientais e dos efeitos que delas resultam. As condições ambientais são classificadas de acordo com Quadro 4.1, com base na EN 206-1.

 A protecção contra a corrosão do aço das armaduras depende da compacidade, da qualidade e da espessura do recobrimento e da fendilhação. A compacidade e a qualidade do recobrimento obtêm-se controlando o valor máximo da razão água-cimento e o teor mínimo de cimento (ver EN 206-1) e poderão estar associadas a uma classe de resistência mínima do betão.

Para se alcançar o tempo de vida útil de projecto especificado para a estrutura, devem ser tomadas medidas adequadas para proteger cada elemento estrutural das acções ambientais relevantes.

Os requisitos de durabilidade devem ser considerados:

 na concepção estrutural;

 na selecção dos materiais;

 nos pormenores construtivos;

 na execução;

 no controlo de qualidade;

 nas inspecções;

 nas verificações;

 em disposições particulares (por exemplo, utilização de aço inoxidável, revestimentos, protecção catódica).

2.1 Recobrimento das armaduras

O recobrimento das armaduras é a distância entre a superfície da armadura (incluindo ganchos, cintas, estribos e armadura de pele, quando relevante) que fica mais próxima da superfície de betão mais próxima e esta última. [1]

2.1.1 Recobrimento nominal

O recobrimento nominal deve ser especificado nos desenhos. É definido como um recobrimento mínimo, cmin, mais uma margem de cálculo para as tolerâncias de execução, Δcdev

1

O actual regulamento de estruturas de betão armado e pré-esforçado REBAP tem o seu artigo nº78 dedicado ao recobrimento das armaduras, embora não seja tão detalhado como a NP EN 1992

c

=c

+∆c

A NP EN 13670-1 define quais tolerâncias de execução admissíveis para o posicionamento das armaduras numa secção transversal de modo que o recobrimento real esteja contido no seguinte intervalo:

c_n+∆_plus>c>c_n−

(

)

=+10, +15 ou +20mm consoante a altura da secção transversal h seja

150mm, =400mm ou 2500mm.

2.1.2 Recobrimento mínimo

O recobrimento mínimo das armaduras, cmin deve assegurar: - a transmissão eficaz das forças de aderência - a protecção do aço contra a corrosão (durabilidade) - uma adequada resistência ao fogo

Deve utilizar-se o maior valor de cmin que satisfaça simultaneamente os requisitos de aderência e de condições ambientais [1]

c

=max

⁡

{

(

c

)

;

(

c

+∆c

−∆c

−∆c

)

;

(

10 mm

)

}

em que: c

min, b

Recobrimento mínimo para os requisitos de aderência

c min,dur

Recobrimento mínimo relativo às condições ambientais

Δc dur,y

Margem de segurança

Δc dur,st

Redução do recobrimento mínimo no caso de utilização de aço inoxidável [2]

Δc dur,add

Redução do recobrimento mínimo no caso de protecção adicional. Com a adopção de protecções superficiais que cumpram os requisitos da NP EN 1504-2 o

recobrimento cmin,dur pode ser reduzido em 5mm[2] [3].

2.2 Requisitos

2.2.1 Requisitos de aderência

Para garantir a eficiente transmissão de forças entre o betão e as armaduras, são definidos os seguintes requisitos de aderência para armaduras ordinárias:

Disposição dos varões Recobrimento mínimo cmin,b

isolados diâmetro do varão

agrupados diâmetro equivalente[4]

Φ_n=Φ

√

em que nb _{é o número de varões do agrupamento, limitado}

n

≤4

no caso de varões verticais comprimidos e dos varões numa emenda por sobreposição

n_b≤3

nos restantes casos

2.2.2 Requisitos de durabilidade

O valor do recobrimento nominal das armaduras para betão armado e das armaduras de pré-esforço no betão de massa volúmica normal, que tem em conta as classes de exposição e as classes estruturais, é representado por cmin,dur

O anexo nacional da NP EN 1992 estabelece valores diferentes de forma a harmonizar os valores do Eurocódigo 2 com os da especificação do LNEC E464:2005 – “Betões. Metodologia prescritiva para uma vida útil de projecto de 50 e de 100 anos face às condições ambientais” que é referida na NP EN 206-1

Para um tempo de vida útil de projecto de 50 anos, a classe estrutural a adoptar, salvo indicações mais restritivas, é S4.

Tabela 1 – Classificação estrutural recomendada[1] [2]

Critério Classe de exposição de acordo com o quadro 4.1

X0 XC1 XC2/XC3 XC4 XD1 XD2/XS1 XD3/XS2/XS 3 Tempo de vida útil de projecto de 100 anos +2 classes +2 classes +2 classes +2 classes +2 classes +2 classes +2 classes Classe de Resistencia C30/37 -1 Classe C30/37 -1 Classe C35/45 -1 Classe C40/50 -1 Classe C40/50 * -1 Classe C40/50 * * -1 Classe C45/55 ** -1 Classe Garantia especial de controlo da qualidade de produção do betão -1 Classe -1 Classe -1 Classe -1 Classe -1 Classe -1 Classe -1 Classe

Tabela 2 – Valores do recobrimento mínimo cmin,dur (mm), relativos aos requisitos de

durabilidade das armaduras ordinárias [1] [2]

Classe estrutural Classe de exposição X0 XC1 XC2/XC3 XC4 XD1/XS1 XD2/XS2 XD3/XS3 S1 10 10 10 15 20 25 30 S2 10 10 15 20 25 30 35 S3 10 10 20 25 30 35 40 S4 10 15 25 30 35 40 45 S5 15 20 30 35 40 45 50 S6 20 25 35 40 45 50 55

3 METODOLOGIA DE AVALIAÇÃO DOS RECOBRIMENTOS

O controlo da conformidade inclui o conjunto de acções e decisões a implementar de acordo com as regras de conformidade previamente estabelecidas para verificar a conformidade com as especificações.

O documento “REFER - Guia para a realização de ensaios destrutivos e não

destrutivos” define:

 as regras para o dimensionamento do plano de amostragem

3.1 Critérios de conformidade

Deverão ser cumpridas as seguintes condições:

1. 80% dos valores lidos deverão apresentar um recobrimento

rec≥c

−∣∆

∣

2. 85% dos valores lidos deverão apresentar um recobrimento

rec≥c

Os critérios dizem respeito aos recobrimentos definidos no caderno de encargos e requisitos mínimos associados à durabilidade respectivamente.

3.2 Plano de amostragem

Atendendo aos custos associados à realização dos ensaios, sobretudo no acesso aos elementos estruturais, não é viável proceder à cobertura de 100% das áreas visíveis das obras de arte, torna-se portanto necessário de se estabelecerem áreas que se considerem ser representativas da qualidade dos métodos de construção empregues.

Deverão ser observados os seguintes princípios:

 P1. Deverão ser considerados e analisados de forma independente os seguintes elementos estruturais: i)Tabuleiro e ii) apoios do tabuleiro - pilares/encontros.

 P2. Consoante o comprimento da obra de arte, a % de elementos a inspeccionar (α) varia nos seguintes segmentos:

Comprimento da ponte % Elementos a inspeccionar  % Área a inspeccionar  <100m 50% 10% <500m 25% 500m 10%

 P3. Uma vez determinado o número de elementos estruturais onde se realizarão os ensaios, estimam-se as seguintes áreas consideradas representativas da população:

Tabuleiro

Aa_tabuleiro=α. β . N_vaos.

(

)

Onde:

Aa

largura_tabuleiro Largura média do tabuleiro em planta

comp_vão Comprimento do vão médio

Pilares e Encontros

Aa

=α. β . N

.

(

Perimetro

. Altura

)

Onde:

Aa

N_pilares Número de pilares ou alinhamentos de pilares

pilar

Perimetro Perímetro médio dos pilares

Altura_pilar Altura média dos pilares (desde o topo da sapata)

4 CASO EXEMPLAR

Como caso exemplar apresenta-se a ponte da Gafanha da Nazaré localizada no ramal de acesso ao porto de Aveiro entre os km 6+125 e 6+501, estabelecendo a sua ligação à linha do Norte.

A ponte tem um comprimento igual a 197m, é constituída por 7 vãos contínuos, apresentando-se com um traçado em planta recto.

O viaduto de acesso, com comprimento igual a 177.80m é constituído por 3 módulos independentes de 5 vãos cada.

4.1 Exigências do caderno de encargos

As exigências do caderno de encargos relativamente aos elementos de betão armado, podem ser resumidas no seguinte quadro:

Elementos estruturais Betão – Classe Recobrimento nominal

Pilares/Encontros Maciço e estacas C35/45 – ECL3 50mm Pilares / Encontros Elevação 45mm Tabuleiro 40mm

O recobrimento nominal definido para o tabuleiro é de 40mm enquanto para os pilares é de 45mm.

A classe ECL3 (actualmente em desuso) corresponde a elementos situados em ambiente nas zonas de maré ou resultante do uso de sais à base de cloretos, com ciclos de secagem e molhagem, em que o transporte dos iões cloretos se faz preferencialmente por difusão e por sucção capilar. [5]

4.2 Requisitos relativo às condições ambientais Cmin,dur

Não foram encontradas especificações do tempo de vida útil definidas quer em caderno de encargos quer no projecto de execução pelo que se assume que o período de vida útil (mínimo para uma estrutura deste tipo) é de 50 anos.

De acordo com a NP EN 1992-1-1, para um tempo de vida útil de projecto de 50 anos, a classe estrutural a adoptar, salvo indicações mais restritivas, é S4.

Elemento Classe de

exposição

Classe estrutural cmin,dur

Pilares/Encontros estacas e maciços XS3 S4 45mm Pilares/Encontros elevação S4 45mm Tabuleiro S3 40mm

Note-se que cmin,duré igual ao recobrimento nominal. Esta situação é anormal uma vez que deve sempre existir uma margem de tolerância de execução conforme definida pela NP EN 13670.

4.3 Plano de amostragem

Assim, o plano de amostragem adoptado foi o seguinte:

Elemento Num. Total de

elementos Área total da amostra Elementos a ensaiar Tabuleiro 22 49m2 5 vãos

Pilares e encontros 23 17m2 5 pilares

4.4 Avaliação do tabuleiro

O recobrimento de referência para o tabuleiro é 28mm uma vez que ao recobrimento nominal definido pelo caderno de encargos, foi retirada a parcela correspondente às tolerâncias de execução (10mm) e o erro de leitura associado ao pacómetro (2mm). [6]

Das leituras efectuadas resultaram os seguintes indicadores estatísticos

 Dimensão da amostra: N=854 leituras

 média da amostra: x=39,5mm

 variância da amostra: σ2=132,7mm2

 desvio padrão: σ=11,52mm

Assumindo que os valores dos recobrimentos têm uma distribuição normal, pode-se definir o intervalo [38.8mm; 40.3mm] como sendo o que contêm, com 95% de confiança o valor esperado do recobrimento.

Apesar do intervalo de confiança ser superior inclusive ao recobrimento nominal, pode-se observar na curva de % de frequência relativa acumulada, que existem 15,86% de valores com o recobrimento inferior ao valor limite, pelo que não são cumpridos os critérios de aceitação.

Figura 1 – Valores dos recobrimentos lidos no tabuleiro

5 CONCLUSÕES

Apesar da actuação dos diferentes agentes envolvidos, na actividade de construção e dos sistemas de gestão de qualidade, verifica-se que apesar da média dos recobrimentos se encontrar geralmente dentro dos limites aceitáveis, existem áreas significativas onde o recobrimento é inferior aos limites mínimos exigidos para efeitos de durabilidade.

A inexistência de normativo que guie a avaliação do recobrimento das armaduras faz com que seja necessário acordar posteriormente com o empreiteiro quais os limites aceitáveis, para que sejam tomadas medidas correctivas.

A REFER tem, no seu guia para a realização de ensaios destrutivos e não destrutivos, critérios para o controlo de conformidade, que servem de referência para a realização das inspecções no âmbito das recepções de empreitadas.

Contudo o desejável seria que estes procedimentos estivessem já incorporados nos contratos de execução das estruturas, por exemplo na EN 13670 – Execução de estruturas em betão, à semelhança do que a EN 206 já incorpora no seu capítulo 8 dedicado ao Controlo de Conformidade.

6 REFERÊNCIAS

[1] NP EN 1992 – Estruturas de betão – Cap4. Durabilidade e recobrimento de armaduras [2] NP EN 1992 – DAN – Documento de aplicação nacional

[3] Especificação LNEC E464 – Metodologia prescritiva para uma vida útil de projecto de 50 e 100 anos face às condições ambientais

[4] NP EN 1992 – 8,9,1 Agrupamento de varões

[5] Especificação LNEC E378 (substituída pela E464) – Betões – Guia para a utilização de

ligantes hidráulicos

[6] Recommendation of RILEM TC 189-NEC "Non-destructive evaluation of the concrete cover": Comparative test - Part II: Comparative test of "Covermeters"