Estruturas de Concreto - Aula 03 DURABILIDADE e SEGURANÃA

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Universidade de São PauloUniversidade de São Paulo
Escola Politécnica Escola Politécnica -- Engenharia CivilEngenharia Civil
PEF PEF -- Departamento de Engenharia de Estruturas Departamento de Engenharia de Estruturas 
e Fundaçõese Fundações
PEF 2303
ESTRUTURAS DE CONCRETO I
Durabilidade e Segurança Estrutural
Aula 3
Professores: Túlio N. Bittencourt 
João Carlos Della Bella 
Januário Pellegrino Neto
Francisco Paulo Graziano
PEF 2303 PEF 2303 -- Estruturas de Concreto IEstruturas de Concreto I
• o concreto quando bem executado, é um material estável;
• e quando exposto as intempéries, sua resistência mecânica 
cresce lentamente com o tempo;
• o aço é um material sujeito à corrosão eletroquímica, essa 
corrosão ou ferrugem reduz a seção resistente do aço, limitando 
a sua durabilidade;
• as barras de aço (armadura) são protegidas contra a corrosão 
pelo fato de o concreto ser um meio alcalino, e essa proteção é
mantida mesmo com o concreto fissurado moderadamente;
• por isso, as estruturas de concreto armado têm uma grande 
durabilidade quando expostas ao meio ambiente
Durabilidade do Concreto EstruturalDurabilidade do Concreto Estrutural
PEF 2303 PEF 2303 -- Estruturas de Concreto IEstruturas de Concreto I
• Exigências de Durabilidade
As estruturas de concreto devem ser projetadas e 
construídas de modo que sob as condições 
ambientais previstas na época do projeto e quando 
utilizadas conforme preconizado em projeto 
conservem suas segurança, estabilidade e aptidão 
em serviço durante um período mínimo de 50 anos, 
sem exigir medidas extras de manutenção e reparo.
Durabilidade do Concreto EstruturalDurabilidade do Concreto Estrutural
(Diretrizes do Projeto de Revisão da NBR6118/2000)(Diretrizes do Projeto de Revisão da NBR6118/2000)
PEF 2303 PEF 2303 -- Estruturas de Concreto IEstruturas de Concreto I
Vida Útil (50 anos)
ƒ por vida útil de projeto, entende-se o período de 
tempo durante o qual se mantêm as características 
das estruturas de concreto sem exigir medidas extras 
de manutenção e reparo, isto é, é após esse período 
que começa a efetiva deterioração da estrutura, com 
o aparecimento de sinais visíveis como: produtos de 
corrosão da armadura, desagregação do concreto, 
fissuras, etc.
ƒ o conceito de vida útil aplica-se à estrutura como um 
todo ou às suas partes.
Durabilidade do Concreto EstruturalDurabilidade do Concreto Estrutural
(Diretrizes do Projeto de Revisão da NBR6118/2000)(Diretrizes do Projeto de Revisão da NBR6118/2000)
PEF 2303 PEF 2303 -- Estruturas de Concreto IEstruturas de Concreto I
Mecanismos de Envelhecimento e Deterioração
• Mecanismos preponderantes de deterioração relativos ao concreto;
lixiviação, expansões, reações deletérias superficiais de agregados
• Mecanismos preponderantes de deterioração relativos à armadura;
despassivação por carbonatação e por elevado teor de cloretos
• Mecanismos de deterioração da estrutura propriamente dita
São todos aqueles relacionados às ações mecânicas, movimentações de 
origem térmica, impactos, ações cíclicas, deformação lenta (fluência), 
relaxação, etc.
Durabilidade do Concreto EstruturalDurabilidade do Concreto Estrutural
(Diretrizes do Projeto de Revisão da NBR6118/2000)(Diretrizes do Projeto de Revisão da NBR6118/2000)
PEF 2303 PEF 2303 -- Estruturas de Concreto IEstruturas de Concreto I
Durabilidade do Concreto EstruturalDurabilidade do Concreto Estrutural
(Diretrizes do Projeto de Revisão da NBR6118/2000)(Diretrizes do Projeto de Revisão da NBR6118/2000)
Classe de 
agressividade 
 
Agressividade 
Risco de deterioração 
da estrutura 
I fraca insignificante 
II média pequeno 
III forte grande 
IV muito forte elevado 
 
Agressividade do Ambiente 
(ações físicas e químicas que atuam sobre as estruturas)
PEF 2303 PEF 2303 -- Estruturas de Concreto IEstruturas de Concreto I
Para evitar envelhecimento prematuro e satisfazer as exigências de 
durabilidade devem ser observados os seguintes critérios do conjunto de 
projetos relativos à obra:
• prever drenagem eficiente;
• evitar formas arquitetônicas e estruturais inadequadas;
• garantir concreto de qualidade apropriada, particularmente nas regiões 
superficiais dos elementos estruturais;
• garantir cobrimentos de concreto apropriados para proteção às 
armaduras;
• detalhar adequadamente as armaduras;
• controlar a fissuração das peças;
• prever espessuras de sacrifício ou revestimento protetores em regiões sob 
condições de exposição ambiental muito agressivas;
• definir um plano de inspeção e manutenção preventiva.
Durabilidade do Concreto EstruturalDurabilidade do Concreto Estrutural
(Critérios de Projeto)(Critérios de Projeto)
PEF 2303 PEF 2303 -- Estruturas de Concreto IEstruturas de Concreto I
•• Comportamento básico dos materiaisComportamento básico dos materiais
•• Comportamento dos materiaisComportamento dos materiais
•• Comportamento das estruturasComportamento das estruturas
•• Métodos de Verificação da SegurançaMétodos de Verificação da Segurança
Introdução à Segurança EstruturalIntrodução à Segurança Estrutural
PEF 2303 PEF 2303 -- Estruturas de Concreto IEstruturas de Concreto I
Comportamento básico dos materiaisComportamento básico dos materiais
E = (módulo
de deformação)
σ
ε
carga
descarga
σ
ε
elástico
elástico-linear
∆l
F F
l
A
l
l∆== εσ ;
A
F
PEF 2303 PEF 2303 -- Estruturas de Concreto IEstruturas de Concreto I
Comportamento básico dos materiaisComportamento básico dos materiais
visco-elástico
to t
εo
εct
εo
εt
ε∞
εc∞
Quando a deformação do material elástico 
linear é afetada pela permanência da carga, 
tem-se o comportamento visco-elástico.
εc = εo .ϕ(t,to)
ϕ(t,to) = coeficiente de fluência
εt = εo + εc = εo + εo .ϕ(t,to) = εo [1 + ϕ(t,to)]
PEF 2303 PEF 2303 -- Estruturas de Concreto IEstruturas de Concreto I
Comportamento básico dos materiaisComportamento básico dos materiais
elásto-plástico elásto-plástico perfeito
σ
ε
carga
descarga
εresidual
σ
ε
elástico
plástico
PEF 2303 PEF 2303 -- Estruturas de Concreto IEstruturas de Concreto I
•• Comportamento do concretoComportamento do concreto
•• Comportamento do aço de concreto armadoComportamento do aço de concreto armado
•• Comportamento do concreto armadoComportamento do concreto armado
Comportamento dos Materiais no Comportamento dos Materiais no 
Concreto ArmadoConcreto Armado
PEF 2303 PEF 2303 -- Estruturas de Concreto IEstruturas de Concreto I
Comportamento do ConcretoComportamento do Concreto
0,8
0,6
0,4
0,2
t = 2 min
t = 20 min
t = 100 min
t = 3 dias
C D
A B
limite de ruptura
fluência
limite de
fluência (t∞)
t = duração do carregamento.
Idade do concreto no instante da 
aplicação da carga = 28 dias
fc = resistência do concreto no ensaio 
rápido (curto prazo)
2 4 6 80
• O diagrama (σc x εc) do concreto 
depende da idade do concreto, por causa 
do seu endurecimento, e da velocidade 
de carregamento.
• As diversas curvas representam 
diferentes durações de carregamento (t) 
até a ruptura. Para durações maiores, a 
tensão última cai assintoticamente para a 
resistência a longo prazo, da ordem de 
80% da de curto prazo. Este fenômeno é
conhecido como efeito RÜSCH.
PEF 2303 PEF 2303 -- Estruturas de Concreto IEstruturas de Concreto I
Comportamento do Aço no Concreto ArmadoComportamento do Aço no Concreto Armado
PEF 2303 PEF 2303 -- Estruturas de Concreto IEstruturas de Concreto I
Comportamento do Concreto ArmadoComportamento do Concreto Armado
p
M
x
dx
r
dx
εc
εs
d
b
A
s
dx
r
dx
d
c s= +( )ε ε
1
r d
c s= +ε ε M
EI r
d y
dx
= ≅ −1
2
2
PEF
2303 PEF 2303 -- Estruturas de Concreto IEstruturas de Concreto I
•• Comportamento elástico linearComportamento elástico linear
Comportamento das EstruturasComportamento das Estruturas
P
a
p
P
a
a
EI
p
EI
P a ap P= ⋅


⋅ + 



⋅ = +5
24 3
4 3l l
( ) ( )
PEF 2303 PEF 2303 -- Estruturas de Concreto IEstruturas de Concreto I
•• Comportamento não linear (Comportamento não linear (física - devido ao material)
Comportamento das EstruturasComportamento das Estruturas
a
EI
p
EI
P a ap P= ⋅


⋅ + 



⋅ ≠ +5
24 3
4
3
3
3
l l
( ) ( )sec sec
M
1/r
p
P
a
EIsec
PEF 2303 PEF 2303 -- Estruturas de Concreto IEstruturas de Concreto I
•• Comportamento não linear (Comportamento não linear (geométrica - devida à deformação)
Comportamento das EstruturasComportamento das Estruturas
H
aP M H P a= ⋅ + ⋅l
a H
EI P
Pfl
≅
−






l3
3
1
1
P EIfl = π
2
24l
PEF 2303 PEF 2303 -- Estruturas de Concreto IEstruturas de Concreto I
•• Redistribuição de esforços devido a Redistribuição de esforços devido a 
acomodação plásticaacomodação plástica
Comportamento das EstruturasComportamento das Estruturas
1/r
My
-My
M
y
My
A B
C
p
curvatura 
última
PEF 2303 PEF 2303 -- Estruturas de Concreto IEstruturas de Concreto I
•• Colapso da estruturaColapso da estrutura
Comportamento das EstruturasComportamento das Estruturas