Proposed durability parameters for reinforced concrete structures with design service life between 50 years and 100 years in Brazil

Abstract

Abstract The main system of a construction is the structure. Its replacement is most of the times unfeasible and its repair or demolition generates waste that is often difficult to recycle, reuse or dispose of. In this way, structures with longer design service life (DSL) will generate lower environmental impacts, in addition to being financially more interesting for their users. Reinforced concrete is one of the most used types of structure, and commonly suffers with attacks of chloride ions and carbon dioxide that can facilitate the corrosion of the reinforcement. Concrete structures also suffer effects from the passage of time, as probability of accidental load increase, creep and shrinkage. The objective of this study was to determine durability and time effect parameters for DSLs between 50 and 100 years. The durability study was conducted through a review of reference studies, a selection of DSL models based on characteristic forms of environmental aggressiveness and comparison with international standards, using DSLs between 50 and 100 years and the following parameters: w/c ratio, compression strength, minimum cement usage and minimum cover. The time effect study considered Brazilian standards and their probability for accidental loads, creep, shrinkage and variations of the compressive strength, using DSLs between 50 and 100 years. The durability results were compiled in a table with practical recommended dimensional parameters. Despite some proposed parameters being higher or lower than standard values, the differences in performance were accounted through other parameters in order to maintain safety levels and to obtain minimum cover thicknesses. Variable vertical loads presented increments of 4.29% for 75 years and 7.22% for 100 years and wind velocity demonstrated a variation of 5.08% increase at 75 years and 9.84% at 100 years. Compression strength of concrete, creep coefficient and specific shrinkage deformation did not present significant variations. FBM: conceptualization, formal analysis, methodology, writing; BFT e FLB: data curation, formal analysis.Resumo O principal sistema de uma construção é a estrutura. A sua substituição é muitas vezes inviável e a sua reparação ou demolição gera resíduos muitas vezes de difícil reciclagem, reutilização ou descarte. Dessa forma, estruturas com maior vida útil do projeto (VUP) gerarão menores impactos ambientais, além de serem financeiramente mais interessantes para seus usuários. O concreto armado é um dos tipos de estrutura mais utilizados, e comumente sofre com ataques de íons cloreto e carbonatação que podem facilitar a corrosão da armadura. As estruturas de concreto também sofrem efeitos com a passagem do tempo, como aumento da probabilidade de carga acidental, fluência e retração. Este trabalho tem como objetivo propor parâmetros para vidas úteis de projeto superiores a 50 anos, relativos à durabilidade e ao efeito do tempo. O estudo da durabilidade foi conduzido a partir de uma revisão bibliográfica e escolha de modelos de previsão de vida útil baseados em formas características de agressividade ambiental e comparação com normas internacionais, com VUPs entre 50 e 100 anos e utilizando os seguintes parâmetros: relação a/c, resistência à compressão, consumo mínimo de cimento e cobrimento mínimo. O estudo do efeito do tempo considerou as normas brasileiras e sua probabilidade para cargas acidentais, fluência, retração e variações da resistência à compressão, utilizando VUPs entre 50 e 100 anos. Os resultados de durabilidade foram compilados em uma tabela com parâmetros dimensionais práticos recomendados. Apesar de alguns parâmetros propostos serem superiores ou inferiores aos valores de normas, as diferenças de desempenho foram contabilizadas através de outros parâmetros para manter os níveis de segurança e obter espessuras de cobertura mínimas. As cargas verticais variáveis apresentaram incrementos de 4,29% para 75 anos e 7,22% para 100 anos e a velocidade do vento demonstrou uma variação de 5,08% de aumento aos 75 anos e 9,84% aos 100 anos. A resistência à compressão do concreto, o coeficiente de fluência e a deformação específica de retração não apresentaram variações significativas. FBM: conceituação, análise formal, metodologia, redação; BFT e FLB: curadoria de dados, análise formal.