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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ PR UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ CAMPUS DE CURITIBA DEPARTAMENTO DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA E DE MATERIAIS - PPGEM KIRKE ANDREW WRUBEL MOREIRA ESTUDO DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS NA PRODUÇÃO DE PRÉ-FABRICADOS DE CONCRETO CURITIBA JULHO – 2009 KIRKE ANDREW WRUBEL MOREIRA ESTUDO DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS NA PRODUÇÃO DE PRÉ-FABRICADOS DE CONCRETO Dissertação apresentada como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Engenharia, do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais, Área de Concentração em Engenharia de Materiais, do Departamento de Pesquisa e Pós-Graduação, do Campus de Curitiba, da UTFPR. Orientador: Prof. Márcia Silva de Araújo, PhD Coorientador: Prof. José Alberto Cerri, Dr. CURITIBA JULHO – 2009 TERMO DE APROVAÇÃO KIRKE ANDREW WRUBEL MOREIRA ESTUDO DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS NA PRODUÇÃO DE PRÉ-FABRICADOS DE CONCRETO Esta Dissertação foi julgada para a obtenção do título de mestre em engenharia, área de concentração em engenharia de materiais, e aprovada em sua forma final pelo Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais. _________________________________ Prof. Giuseppe Pintaúde, DSc Coordenador de Curso Banca Examinadora ______________________________ Prof. Márcia Silva de Araújo, Ph.D UTFPR ______________________________ ______________________________ Prof. José Alberto Cerri, Dr. Prof. Cezar Augusto Romano UTFPR UTFPR ______________________________ ______________________________ Prof. Carla Cristina Amodio Estorilio, Ph.D Prof. Kleber Franke Portella, Dr. UTFPR UFPR Curitiba, 03 julho de 2009 iii AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus sobre todas as coisas e pessoas que na minha vida fizeram parte para o meu crescimento pessoal e profissional. A Universidade Tecnológica Federal do Paraná pelas aulas e espaço para esse trabalho. Aos meus pais e amorosos companheiros Sebastião Agenor Moreira e Ivete Lucia Moreira. Meu pai que nas muitas gotas do suor do seu trabalho diário estavam reservados para melhorar as minhas condições de educação e a minha mãe que sobre sol ou chuva forte, sempre estava com suas mãos firmes me levando para o melhor caminho, muito obrigado! O sim desse documento também deve ser creditado à pessoa que sempre me incentivou, acreditou, esteve no meu lado e me entendeu mesmo nos momentos ao qual lhe faltou um pouco mais de atenção. Por isso tenho orgulho de dedicar com muito amor e carinho esse trabalho a minha esposa amada e companheira Michelle. Aos meus colegas do departamento acadêmico de construção civil da UTFPR, Sandro Eduardo da Silveira Mendes, Ricardo Mello Araujo, Marcos Raeder Filho e Giberto Walter Gogola que com presteza me cederam seus conhecimentos para o profissional pesquisador que hoje um pouco mais eu sou. Aos meus colegas do mestrado, em especial ao Rodrigo Kanning ao qual a troca de experiência foi útil. A Diprotec e em especial o Engº Agnelo Serrilho Ribas pela oportunidade de atuação profissional ao qual originou a idéia desse trabalho. A MC Bauchemie Brasil, em especial ao Engº Shingiro Tokudome pelo conhecimento informado sempre que possível. Ao diretor do programa de qualidade da PCI, Mr. Dean Frank, pelos documentos e informações adicionais. Ao Tecnólogo Gilsomar Marques, pela amizade e pelo auxílio na pesquisa das normas utilizadas nesse trabalho. Aos meus colegas de trabalho, pela paciência, amizade e parceria, em especial ao Engº Ivan Macedo. A minha orientadora Profª PhD, Márcia Silva de Araújo por utilizar seu conhecimento para melhorar a minha aprendizagem e por mostrar que é possível sempre melhorar processos com a pesquisa, seus conhecimentos me fizeram um profissional melhor! E ao meu co-orientador Profº Drº José Alberto Cerri, pelo conhecimento e pela calma que muitas vezes se torna necessário para o desenvolvimento de bons trabalhos. A ABCIC em especial a Engª Iria Doniak pelas informações fornecidas e as empresas participantes dessa pesquisa: B.M, Bertucci e Reuter, Cassol, Compacta, Concretis, Desempenho, D.M, Engemold, Indapar, Junção, L.C Costa, Multiposte e Sideral. iv anfang gut, alles gut (Se o começo é bom, tudo será bom) (Ditado alemão) v WRUBEL MOREIRA, Kirke Andrew, Estudo das Manifestações Patológicas na Produção de Pré-fabricados de Concreto, 120 páginas, Dissertação (Mestrado em Engenharia) - Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2009. RESUMO O uso de estruturas pré-fabricadas em concreto tem crescido nos últimos anos por apresentar algumas vantagens no processo construtivo, tais como: rapidez de execução da obra, versatilidade geométrica de estruturas e liberação do espaço físico do canteiro, utilizado para armazenagem de materiais na elaboração de formas e armaduras. O fornecimento desse material, como todo produto comercializado por uma indústria, exige qualidade, entretanto, neste tipo de produção existem dificuldades que são inerentes ao próprio processo de fabricação. Práticas inadequadas podem resultar em peças produzidas com aspectos técnicos e estéticos não ideais para estruturas de concreto, ou seja, podem apresentar manifestações patológicas. Esse trabalho tem como objetivo verificar por meio de um questionário, os principais problemas de produção e controle de qualidade na fabricação de estruturas pré-fabricadas de concreto (pilares, vigas e postes) em Curitiba e região metropolitana. Após a idealização e a aplicação desse questionário foi desenvolvida uma planilha de pontuação para definir a classificação das empresas, segundo as informações obtidas sobre: o corpo técnico, as atividades preliminares, a execução das estruturas e a qualidade dos produtos. O diagnóstico identificou as prováveis ações inadequadas e correlacionadas às manifestações patológicas, que aparecem nas peças recém-produzidas. Entre os problemas observados estão: o uso de desmoldante impróprio, o aparecimento de manchas, a formação de bolhas devido à má dosagem do concreto, o surgimento de falhas (“ninhos”) de concretagem, fissuras oriundas de cura e secagem inadequadas. Contudo, todas as manifestações patológicas observadas apresentam uma origem comum, qual seja: a falta de capacitação dos trabalhadores. Palavras-chave: Pré-fabricado de Concreto, Qualidade, Patologias vi WRUBEL MOREIRA, Kirke Andrew, Estudo das Manifestações Patológicas na Produção de Pré-fabricados de Concreto, 120 páginas, Dissertação (Mestrado em Engenharia) - Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2009. ABSTRACT The precast concrete structures application has been growing in the last years due to several advantages in the constructive process, such as: fastness building construction, structure geometrical versatility, and liberation of physical space that might be used for storage wood and steel bars to make moulds and armour steel. The supply of this material, like any other manufactured product in industry, demands quality. Meantime, in this type of production there are difficulties that are characteristics inherent of the manufactureprocess itself. Unsuitable practices can turn the pieces produced in structures of concrete with inadequate technical and aesthetic aspects, in other words, they can present pathological demonstrations. The aim of this work is, with the help of a questionnaire to check the principal problems of production and quality control in the manufacture of precast concrete structures (pillars, beams and poles) in Curitiba and metropolitan region. After the idealization and application of the questionnaire a spreadsheet of punctuation was developed to define the classification of the enterprises, according to the information obtained about: the technical staff, the preliminary activities, the structures execution and the quality of the products. The diagnosis identified the probable unsuitable actions correlated to the pathological signs, which appear in the pieces recently produced. The observed problems were: the use of de-molding unsuitable, the stains appearance, the formation of bubbles due to deficient concrete composition, the appearance of failure in concrete filling, cracks originating from unsuitable curing. However, all the pathological demonstrations observed presents as common origin, the absence of training to workers. Keywords: Precast Concrete, Quality, Pathology vii SUMÁRIO RESUMO .................................................................................................................... vi ABSTRACT ............................................................................................................... vii LISTA DE FIGURAS.................................................................................................... x LISTA DE TABELAS .................................................................................................. xi LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS..................................................................... xii 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 1 2 REVISÃO DA LITERATURA ................................................................................ 3 2.1. Pré-fabricados .................................................................................................................... 3 2.1.1. Breve histórico do pré-fabricado ...................................................................................... 3 2.1.2. A pré-fabricação no Brasil ............................................................................................... 4 2.2. Processo de Fabricação ..................................................................................................... 5 2.2.1. Etapas de produção ........................................................................................................ 7 2.3. Formas ............................................................................................................................... 8 2.3.1. Geometria das formas ..................................................................................................... 8 2.3.2. Material para confecção de formas.................................................................................12 2.4. Insumos .............................................................................................................................13 2.4.1. Cimento .........................................................................................................................14 2.4.2. Agregado .......................................................................................................................15 2.4.3. Aditivo e adições ............................................................................................................16 2.4.4. Água ..............................................................................................................................16 2.5. Propriedade do Concreto no Estado Fresco .......................................................................17 2.5.1. Trabalhabilidade ............................................................................................................17 2.6. Propriedade das Peças Pré-Fabricadas .............................................................................20 2.6.1. Resistência mecânica à compressão .............................................................................21 2.6.2. Resistência mecânica em flexão ....................................................................................22 2.7. Manifestações Patológicas na Produção de Pré-fabricados ...............................................23 2.7.1. Medidas de prevenção e correção das manifestações patológicas .................................24 3 Metodologia ....................................................................................................... 32 3.1. Amostragem da Pesquisa ..................................................................................................32 3.2. Questionário ......................................................................................................................34 3.3. Tratamento Estatístico dos Resultados ..............................................................................35 4 Resultados e discussões ................................................................................. 37 4.1 Tipos de Classificação .......................................................................................................37 4.2 Comportamento Geral das Empresas por Item ...................................................................45 4.3 Análise dos Itens por Empresa...........................................................................................46 4.4 Análise do Item Identificação .............................................................................................48 viii 4.5 Análise do item atividades preliminares ..............................................................................50 4.6 Análise do item execução da estrutura ...............................................................................57 4.7 Análise do item qualidade ..................................................................................................62 4.8 Manifestações Patológicas Verificadas nas Empresas .......................................................64 4.8.1 Bolhas na superfície.......................................................................................................64 4.8.2 Manchas claras e manchas escuras...............................................................................68 4.8.3 Fissuras na superfície de concreto .................................................................................72 4.8.4 Quebras de peça ...........................................................................................................74 4.8.5 Falhas de concretagem ..................................................................................................80 4.8.6 Resistência Inadequada .................................................................................................82 4.8.7 Resumo das principais manifestações patológicas .........................................................82 5 CONCLUSÕES .................................................................................................. 86 5.1 Conclusões ........................................................................................................................86 5.2 Sugestões para Trabalhos Futuros ....................................................................................88 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 89 APÊNDICE A - Empresas de Pré-Fabricados no Paraná ......................................95 APÊNDICE B - Empresas Selecionadas para a Aplicação do Questionário .... 101 APÊNDICE C - Questionário Utilizado na Pesquisa ........................................... 103 ix LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 – Esquema geral da indústria de pré-fabricados ........................................ 6 Figura 2.2 – Medida da consistência do concreto pelo “Slump Test” Adaptada de GIAMUSSO 1992 ............................................................................................... 18 Figura 2.3 – Adaptada de HELENE & TERZIAN 1993 - Análise da coesão em concretos ............................................................................................................ 19 Figura 2.4 - Adaptada de HELENE & TERZIAN 1993 - Concreto sem finos, foto à esquerda: após desforma e, foto à direita: desmanchado após o batimento lateral, em conseqüência da pouca coesão ....................................................... 20 Figura 2.5 – Caldeira para a produção de vapor para cura térmica em peças pré- fabricadas (Adaptado de CAMPOS, 2009) ......................................................... 30 Figura 2.6 – Processo final de cura de laje pré-fabricada (Adaptado de Campos, 2009) .................................................................................................................. 31 Figura 4.1 – Conceitos de empresas pelo escore padrão ......................................... 43 Figura 4.2 – Conceitos de empresas pela média individual ...................................... 43 Figura 4.3 – Conceitos de empresas em função da porcentagem para atingir a excelência .......................................................................................................... 44 Figura 4.4 – Agregados expostos a intempéries e a contaminação pelo solo ........... 52 Figura 4.5 – Agregados com risco de serem misturados ......................................... 53 Figura 4.6 – A areia preenchendo próximo ao volume total do carrinho ................... 54 Figura 4.7 – Areia acima do volume do carrinho ....................................................... 54 Figura 4.8 – Variações de aspecto da armadura (oxidação) ..................................... 55 Figura 4.9 – Risco sobre o concreto: nesse caso o risco afundou e não está na cor branca ................................................................................................................ 59 Figura 4.10 – Peça recém-concretada e exposta ao sol ........................................... 59 Figura 4.11 – Mangote vibrador tocando a forma ...................................................... 60 Figura 4.12 – Bolhas em proporções Figura 4.13 – Bolhas em excesso ............... 65 x Figura 4.14 – Peça que utilizou cera desmoldante .................................................... 67 Figura 4.15 – Vibrador Carrapato Figura 4.16 – Mangote Vibrador ....................... 68 Figura 4.17 – Manchas claras e esbranquiçadas ...................................................... 70 Figura 4.18 – Manchas escuras distribuídas ............................................................. 70 Figura 4.19 – Manchas escuras pontuais .................................................................. 71 Figura 4.20 – Fissuras em peças pré-fabricadas ...................................................... 74 Figura 4.21 – Pulverizador do tipo costal para aplicação de desmoldante ................ 76 Figura 4.22 – Excesso de desmoldante na forma ..................................................... 76 Figura 4.23 – A quarta peça de baixo para cima apresenta lasca de concreto ......... 77 Figura 4.24 – Excesso de água no concreto ............................................................. 78 Figura 4.25 – Reaproveitamento de mistura ............................................................. 80 Figura 4.26 – Falha de concretagem no canto superior da peça .............................. 81 xi LISTA DE TABELAS Tabela 2.1 – Formato de pilares, adaptado de Teixeira (1986) ................................... 9 Tabela 2.2 - Formato de vigas, adaptado de Teixeira (1986) .................................... 10 Tabela 2.3 - Formato de lajes, adaptado de Teixeira (1986) ..................................... 11 Tabela 2.4 – Formas utilizadas para pré-fabricados ................................................. 13 Tabela 2.5 – Desmoldantes para Pré-fabricados ...................................................... 26 Tabela 4.1 – Classificação segundo o escore padrão por item ................................. 38 Tabela 4.2 – Classificação em função das médias individuais .................................. 39 Tabela 4.3 – Nova classificação das empresas ........................................................ 41 Tabela 4.4 – Comparativo entre média, mediana, desvio padrão e coeficiente de variação .............................................................................................................. 45 Tabela 4.5 – Comparativo para valores individuais das empresas ........................... 46 Tabela 4.6 – Identificação do corpo técnico das empresas ....................................... 48 Tabela 4.7 – Atividades preliminares ........................................................................ 51 Tabela 4.8 – Execução de estruturas ........................................................................ 58 Tabela 4.9 – Qualidade das peças produzidas ......................................................... 62 Tabela 4.10 – Frequência de bolhas ......................................................................... 65 Tabela 4.11 – Manchas na superfície de concreto .................................................... 69 Tabela 4.12 – Fissuras nas peças de concreto ......................................................... 72 Tabela 4.13 – Quebras na superfície de concreto ..................................................... 75 Tabela 4.14 – Ninhos de concretagem ...................................................................... 81 Tabela 4.15 – Relação entre atividades e manifestações patológicas em pré- fabricados ........................................................................................................... 83 Tabela 4.16 – Recomendações de prevenção das manifestações patológicas em pré-fabricados .................................................................................................... 84 xii Tabela 4.16 – Recomendações de prevenção das manifestações patológicas em pré-fabricados. ................................................................................................... 85 xiii LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABCIC - Associação Brasileira das Construções Industrializadas de Concreto ABCP - Associação Brasileira do Cimento Portland ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas BNH - Banco Nacional de Habitação COMEC - Coordenação da Região Metropolitana de Curitiba CP II - Cimento Portland Composto CP III - Cimento Portland de Alto Forno CP IV - Cimento Portland Pozolânico CP V ARI - Cimento Portland de Alta Resistência Inicial CP V ARI RS - Cimento Portland de Alta Resistência Inicial Resistente a Sulfatos EDITEL - Listas Telefônicas do Estado do Paraná ET - Estudo Técnico FIEP - Federação das Industriais do Estado do Paraná INT - Instituto Nacional de Tecnologia IPT EPUSP - Instituto de Pesquisas Técnológicas da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo NBR - Norma Brasileira NM - Norma Mercosul PCI - Precast Concrete Institute (Instituto do Concreto Pré-fabricado) RMC - Região Metropolitana de Curitiba Capítulo 1 Introdução 1 1 INTRODUÇÃO Na construção civil, em algunsempreendimentos, a rapidez na construção e o emprego de novas tecnologias são exigências de mercado, o que o torna mais competitivo. Reduzir os custos e os prazos de execução, aumentar as margens de lucro, além de produzir peças com qualidade e bom acabamento são atualmente as principais habilitações para que as empresas possam competir e sobreviver no mercado. Para atender esses requisitos surgiram, em um curto período de tempo, as indústrias de pré-fabricados de concreto. Entretanto, como todo tipo de produção, as peças pré-fabricadas também devem ser produzidas com qualidade, isenta de qualquer manifestação patológica que possa influenciar na durabilidade e estética da peça de concreto. A falta de qualidade das peças pré-fabricadas de concreto como a presença de bolhas, manchas claras e escuras, fissuras, quebras, etc é comum nessas indústrias de Curitiba e da região metropolitana, e ainda: essas empresas apresentam dificuldades para identificar e prevenir essas manifestações patológicas de produção, por não possuírem referências e experiências próprias ou de outras empresas do setor, o que torna difícil a correção e precaução antecipada dos problemas de produção. Ainda pode se considerar que um elemento de concreto armado, que seja inadequadamente preparado poderá num futuro apresentar manifestações patológicas estruturais, podendo comprometer a sua durabilidade e a segurança de quem utiliza essa estrutura. Os pesquisadores MEKBEKIAN e AGOPYAN (1997) iniciaram pesquisas de adaptação de sistemas de qualidade como a ISO 9000 para a indústria de pré- fabricação. FILLIPI (2006) desenvolveu pesquisa utilizando o selo de qualidade ABCIC, relatando que procedimentos e cuidados na produção de pré-fabricados tornam as estruturas mais duráveis e resistentes. FORTE e PADARATZ (2004), fizeram um estudo sobre as manifestações patológicas em estruturas pré-fabricadas de concreto na região de Florianópolis, identificando problemas estruturais pré e pós-produção. JOUKOSKI, PORTELLA, GARCIA e demais colaboradores (2002) desenvolveram um estudo de identificação das principais falhas de produção em indústrias de postes pré-fabricados do Paraná. Esse estudo apontou que manifestações patológicas como bolhas, quebras e falta Capítulo 1 Introdução 2 de resistência estão relacionadas com a falta de conhecimento técnico e o uso de normas técnicas por parte das empresas fabricantes desses produtos. O objetivo do presente trabalho foi levantar os tipos de falhas no processo de produção de estruturas de concreto pré-fabricadas, mais especificamente em vigas, pilares e postes, das empresas na Região Metropolitana de Curitiba, por meio de aplicação de um questionário. A aplicação do questionário foi realizada em toda a linha de processo das peças pré-fabricadas: identificação pessoal e técnica da empresa, qualificação das matérias-primas, recebimento e armazenamento dos materiais, dosagem e mistura do concreto, preparo e montagem das armaduras e peças complementares, preparação e fechamento de formas, lançamento e adensamento do concreto, cura do concreto, desmoldagem de peças e qualificação da produção. Esse questionário utilizou como base as recomendações da norma NBR 9062/2006 (e também as normas complementares) e documentos para obtenção do selo ABCIC. Posteriormente foi realizada uma análise de todas as respostas com o objetivo de identificar as falhas durante o processo. Pretendeu-se assim desenvolver um método de qualificação das empresas em relação aos seus pares. Também se pretendeu a partir do questionário e das visitas técnicas, montar um texto simples e ilustrativo de boas práticas para a produção de peças pré- fabricadas estrutural. Capítulo 2 Revisão da Literatura 3 2 REVISÃO DA LITERATURA 2.1. Pré-fabricados De acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) – NBR 9062/2006, entende-se como pré-moldado o elemento moldado previamente, fora do local de utilização definitiva da estrutura e em instalações temporárias (Canteiros de obras temporários); é definido como pré-fabricado todo elemento moldado, fora do local de utilização, porém industrialmente e em instalações permanentes de empresa destinada para esse fim. 2.1.1. Breve histórico do pré-fabricado “O final do século XIX e início do século XX foram marcados pelo grande incremento do emprego do concreto armado na Construção Civil. Desde, então, até o final da Segunda Guerra Mundial (1945), o desenvolvimento do pré-fabricado acompanhou o desenvolvimento do concreto armado e protendido”, segundo EL DEBS (2000). Após o final da Segunda Guerra Mundial, a construção pré-fabricada de concreto, por sua vez, acabou consolidando-se como a forma mais viável e mais difundida para se promover a industrialização da construção, devido à escassez de mão de obra e a necessidade de reconstrução rápida em grande escala. A opção pelo "grande painel" pré-fabricado de concreto, como resposta técnica e econômica às necessidades de reconstrução da Europa, após a Segunda Guerra Mundial, converteu esta tecnologia num logotipo deste período. (EL DEBS, 2002). Existem lacunas na história, principalmente no Brasil, no qual a tecnologia da pré-fabricação ficou estagnada: elementos pré-fabricados desde a mais antiga época - pirâmides do Egito; 1848 – Lambot (França) – Construção de um barco com argamassa de cimento reforçada com ferro; 1891 – Construtora Coignet - Vigas para suporte de cargas do Casino Biarritz de Paris; Capítulo 2 Revisão da Literatura 4 1907 – Método “Tilt-up” - Paredes moldadas na horizontal; 1945 – após a 2º Guerra Mundial, principalmente na Europa, que começou verdadeiramente a história da pré–fabricação como “manifestação mais significativa da industrialização na construção”; 1950-1970 – A utilização intensiva do pré-fabricado em concreto deu-se em função da necessidade de se construir em grande escala; 1970-1980 – Acidentes com painéis pré-fabricados marcaram esta época. Edifício Ronam Point na Inglaterra ruiu após explosão de botijão de gás (Castelo de Cartas); Após 1980 – Demolição de conjuntos habitacionais e deterioração funcional. 2.1.2. A pré-fabricação no Brasil O pré-fabricado no Brasil foi influenciado pelo avanço ocorrido na Europa e nos Estados Unidos, após a Segunda Guerra Mundial, nas décadas 50 e 60, o uso de estruturas pré-moldadas de concreto datam do final dos anos 50, quando empresas como a Sobraf e a Protendit iniciaram suas atividades. Para VASCONCELOS (2002), “a primeira notícia que se tem de uma obra grande com utilização de elementos pré-moldados no Brasil, refere-se à execução do hipódromo da Gávea, no Rio de Janeiro. Christiani-Nielsen, firma construtora dinamarquesa com sucursal no Brasil, executou em 1926 a obra completa do hipódromo, com diversas aplicações de elementos pré-moldados. Dentre eles, podem-se citar as estacas nas fundações e as cercas no perímetro da área reservada ao hipódromo”. Pode-se resumir o histórico da pré-fabricação no Brasil, da seguinte maneira: 1925 - Pré-moldagem em canteiro de estacas para a Fundação do Jockey Club Rio de Janeiro; 1956 - Uso da pré-tensão em placas de 12 mm de espessura pelo sistema Hoyer; logo após surgiram as primeiras pistas de protensão: 120 m para poste (empresa Maringoni); 100 m para estacas (Paulo Lorena); 80 m para estruturas (Protendit); 1961 - Utilização de pré-fabricados em obras pública Construtora Marna (Paraná); Capítulo 2 Revisão da Literatura 5 1966 - Criação do BNH - uso de mão de obrapara geração de emprego; desestimula a construção pré-fabricada; 1970 a 1980 - Houve pouco desenvolvimento; 1980 a 1990 - Foram feitas obras públicas e fundações; 1990 - Retomada do uso do pré-fabricado. Segundo CAMPOS (2006), “o Brasil dispõe hoje de um parque produtor de pré-fabricados, cuja experiência e a capacitação técnica permitem o desenvolvimento de produtos extremamente adequados a estas demandas. A falta de disseminação do uso de sistemas pré-fabricados abertos, baseados na utilização de componentes pré-fabricados com um alto valor agregado, é hoje mais uma questão cultural do que o fruto de uma limitação tecnológica”. Para CAMPOS (2006), “a industrialização progressiva do pré-fabricado no Brasil, vem vivenciando uma série de transformação, visando atender as exigências do mercado atual, promovendo qualificação no processo construtivo. Atendendo a demanda de projetos com racionalidade, estética, eficácia e otimizando desta forma, a pré-fabricação no país”. 2.2. Processo de Fabricação A finalidade de fábricas de peças pré-fabricadas é produzir elementos com qualidade controlada, com intervalo de confiança pré-estabelecido, cumprindo com as prescrições e normas existentes quando se tratar de peças em série, ou então, segundo as especificações do cliente, quando se tratar de peças especiais fabricadas sob encomenda (TEIXEIRA, 1986). Já para EL DEBS (2000), pré-fabricado é aquele executado em instalações permanentes distantes da obra. A capacidade de produção da fábrica e a produtividade do processo, que dependem principalmente dos investimentos em formas e equipamentos, podem ser pequenas ou grandes. Nesse caso, deve-se considerar a questão do transporte da fábrica até a obra, tanto no que se refere ao custo dessa atividade como no que diz respeito à obediência aos gabaritos de transporte e as facilidades de transporte. Capítulo 2 Revisão da Literatura 6 Ainda, para EL DEBS (2000), os custos totais de fabricação devem possibilitar a concorrência dos elementos pré-fabricados no mercado. Em termos de disposições gerais, uma fábrica de pré-moldados deve ter a seguinte divisão: armazéns para agregados. armazéns ou silos para os aglomerantes. centrais de concreto. área para moldagem do concreto. área de cura das peças produzidas. dependências auxiliares. oficinas. A Figura 2.1 apresenta um esquema geral de produção das peças pré-fabricadas. Figura 2.1 – Esquema geral da indústria de pré-fabricados Capítulo 2 Revisão da Literatura 7 2.2.1. Etapas de produção A fabricação de peças pré-moldadas segue um esquema de produção que pode ser de três tipos: em linha, em linhas paralelas e em estrela. A diferença está somente na disposição das matérias-primas e em como cada etapa do processo está disposta ao longo do percurso de produção (TEIXEIRA, 1986): fábrica em linha: o sistema de produção começa no local de armazenagem dos agregados. A quantidade necessária de material é retirada e transportada até o local onde o concreto é preparado. Ao longo do trajeto, o cimento armazenado em um silo é dosado por meio de balança. Todos os insumos são transportados até o misturador, normalmente em pequenos volumes, para a preparação do concreto, sendo a água adicionada nesta etapa. O transporte do concreto é feito geralmente com carrinhos de mão até o local de aplicação. Esse processo é utilizado em empresas de pré-fabricados de pequeno a médio porte, nos quais, quase todos os materiais são medidos em volume. fábrica em linhas paralelas: apresenta uma única diferença em relação à fábrica em linha, qual seja: a armazenagem dos materiais é feita próxima à usina e em paralelo. Esse processo é o mais utilizado sendo utilizado em empresas de pré-fabricados de médio porte, que são a maioria. O transporte dos materiais é feito muitas vezes com pás mecânicas ou até mesmo em equipamentos que controlam os volumes. fábrica em estrela: existe uma central eletrônica dosadora para a preparação do concreto e todo o estoque fica em torno da central. É utilizada em grandes empresas de pré-fabricados e todo o material é medido em massa. Os materiais são transportados por correias, caçambas mecanizadas ou elevadores de carga. Produzido o concreto, o mesmo é transportado por gruas ou outros elementos mecânicos, até as formas nas quais as peças serão moldadas. Após um período entre 12 às 24 horas, a peça entra na etapa de cura do concreto que pode ser natural (ao ar livre), por aspersão de água, em ambiente úmido, com imersão das peças em água, em vapor, termoelétrica, entre outros. Após a cura as peças vão para estoque ou até mesmo para a obra caso haja necessidade de montagem imediata da estrutura. Capítulo 2 Revisão da Literatura 8 2.3. Formas São peças de formatos variados, utilizadas para a moldagem da peça de concreto desejada. Conforme a necessidade de produção de peças pré-fabricadas, o melhor formato e material para as formas devem ser escolhidos de maneira a garantir fácil manejo, e maior rendimento. São o formato e o tipo de material da forma que influenciam na qualidade final da peça pré-fabricada, por isso é preciso ficar atento a cada detalhe (EL DEBS, 2000). Para TEIXEIRA (1986) as formas devem cumprir as seguintes especificações: permitir precisão de formas e dimensões, para que a peça tenha uma dimensão média uniforme com o menor desvio padrão possível; facilidade de preparo e facilidade de montagem de moldes por partes: deve ser uma forma fácil de montar para receber o concreto e ao mesmo tempo possua facilidade de desmontagem para a remoção do concreto. Esse fator é importante, pois pode comprometer a qualidade da peça de concreto; resistência mecânica para suportar o peso do concreto bem como a pressão extra das etapas de vibração; não reagir e absorver em grandes quantidades as películas desmoldantes e que também não devem reagir com os compostos do concreto no estado fresco; oferecer vedação, pois as formas necessariamente devem ser impermeáveis e possuir o mínimo de juntas possíveis para que se tornem estanqueis. 2.3.1. Geometria das formas Basicamente, a linha de produção de elementos estruturais pré-fabricados é formada por cinco grupos: pilar, viga, laje de piso, painel de vedação e viga-telha. E dentro de cada linha de produção existem diferentes dimensões e formatos de cada grupo, a escolha depende do tipo e tamanho da obra que se quer produzir (TEIXEIRA, 1986) Os pilares pré-fabricados de concreto são produzidos em seções quadradas, retangulares ou octogonais e podem ser maciços ou possuir um furo central para o Capítulo 2 Revisão da Literatura 9 escoamento da água pluvial oriunda da cobertura do sistema montado. As dimensões podem variar desde (20x20) cm até (70x70) cm ou (70x120) cm. Dificilmente se encontra formato em outras dimensões, a menos que haja uma necessidade específica em um determinado projeto. A Tabela 2.1, adaptada de TEIXEIRA (1986), apresenta algumas formas para pilares. Os pilares possuem em uma das extremidades, consoles para encaixe da viga. As vigas pré-fabricadas por ser um elementos de ligação de diversos elementos da estrutura montada e por absorverem esforços de lajes e pilares possuem um grande número de geometrias e, por isso, as formas também devem ser adaptadas a esses formatos. Tabela 2.1 – Formato de pilares, adaptado de Teixeira (1986) Pilar Secção da forma Peça produzida Pilar Secção da forma Peça produzida Quadrado Cheio Quadrado RetangularCheio Retângulo Quadrado Vazado Quadrado Retangular Vazado Retângulo Octogonal Quadrado chanfrado As vigas podem ser executadas em concreto armado ou protendido. Elas cumprem na estrutura funções de suporte da laje de piso, viga-telha, laje de forro, elementos de cobertura, etc. A viga funciona também como elemento de travamento de painéis e como coletora de águas pluviais. Existem algumas formas padrões de vigas, porém seu uso depende mais do projeto a ser executado. Para TEIXEIRA (1986) em pesquisa para a Associação Capítulo 2 Revisão da Literatura 10 Brasileira de Construção Industrializada de Concreto (ABCIC), existem diversas geometrias diferentes, podendo ser mais que 15 tipos. As secções mais utilizadas segundo TEIXEIRA (1986) estão apresentadas na Tabela 2.2. Tabela 2.2 - Formato de vigas, adaptado de Teixeira (1986) Viga Secção da forma Peça produzida Viga Secção da forma Peça produzida Retangular Retângulo T Invertida Retângulo com L nas duas laterais Calha U Retângulo com U vazado na parte superior L L convencional I Retângulo com C vazado nas duas laterais Calha J J invertido Calha I Retângulo com C vazado nas duas laterais e no lado superior Chata U Retângulo com U chato vazado na parte superior T Retângulo com L invertido nas duas laterais Octogonal Vazada Quadrado vazado interiormente com chanfro na extremidade Capítulo 2 Revisão da Literatura 11 As medidas das secções transversais das peças podem variar de 0,20 m até 0,70 m de base e de 0,30 m até 2,20 m de altura, variando também conforme as necessidades do projeto. As lajes pré-fabricadas, que têm como principal característica de execução a protensão (estiramento de cabos de aço) na sua fabricação, também apresentam menor incidência de fissuras ou quebras das peças durante o processo de transporte (NÓBREGA, 2004). As lajes são produzidas por máquinas de extrusão que se deslocam ao longo da pista de protensão. Como têm comprimento igual ao das pistas, elas serão cortadas por discos diamantados no tamanho específico do projeto. A largura é de 1,00 m e a altura de 0,10 m; 0,15 m; 0,20 m ou 0,25 m. As lajes tipo T e T duplo podem variar a largura de 1 m até 2,50 m, as demais dimensões continuam as mesmas. As geometrias das formas de lajes podem ser vistas na Tabela 2.3 conforme TEIXEIRA (1986). Tabela 2.3 - Formato de lajes, adaptado de Teixeira (1986) Laje Seção da forma Peça produzida Piso Duplo T Retângulo com prolongamento de dois I Piso T Retângulo com prolongamento de um I Piso U Invertido Retângulo com um I em cada extremidade Piso Vazado Processo por máquinas extrusoras Piso Múltiplo T Retângulo com prologamento de I Capítulo 2 Revisão da Literatura 12 2.3.2. Material para confecção de formas As formas devem ser confeccionadas com materiais que apresentem durabilidade, pouca deformação e sejam impermeáveis para que a qualidade final da peça produzida não seja comprometida. Para atender a essas necessidades, basicamente, as formas são produzidas com dois tipos de materiais, são eles (MELO, 2004): a) aço: são chapas perfiladas de aço fundido (por ser um material rígido). As principais vantagens de se utilizar esse tipo de material como forma são: a alta resistência à tração do aço, ao impacto e à deformação, permitindo que a forma possa ser utilizada diversas vezes. O aço deve ser tratado para resistir a produtos corrosivos, já que além do concreto ser um material alcalino, produtos químicos adicionados ao concreto e as películas desmoldantes podem atacar o aço sem tratamento. A principal desvantagem do uso desse material para formas é o custo, por isso a geometria de peças mais complexas é um dos motivos mais importante para a confecção de formas de aço. b) madeira: é recomendada quando o processo de fabricação de peças não se dá muitas vezes, ou seja, a forma é pouco utilizada. É um material mais barato que o aço, e ainda existe a cultura de se utilizá-lo em outros locais da construção civil. Porém, a única vantagem para a utilização desse material na indústria de pré- moldado em forma é o econômico. Visto que as formas de madeiras são menos resistentes aos esforços e, por isso, devem ser mais ancoradas e travadas, além de, também, serem materiais absorventes, e exigirem tratamento para diminuir a capacidade de absorção e aumentar a resistência ao ataque químico corrosivo, e assim evitar o desperdício. LOTURCO (2005) também faz um comparativo entre esses quatro tipos de formas, e, considera as mais utilizadas em pré-fabricados, como podem ser vistos na Tabela 2.4. Os materiais mais usados para a confecção de formas são a madeira e o metal. Às vezes, em menor escala, são utilizados outros materiais alternativos, que não são frequentemente usados ou por causa do custo, ou por dificuldade de fabricação, como, por exemplo, os materiais compósitos a base de resina Capítulo 2 Revisão da Literatura 13 polimérica, geralmente poliéster, e fibras de vidros. EL DEBS (2000) ainda cita formas de plástico e de concreto, mas com aplicação tímida nas indústrias de pré- fabricado. Tabela 2.4 – Formas utilizadas para pré-fabricados Forma Vantagens Desvantagens Metálica Precisão geométrica. Não geram resíduos. Maior número de reutilizações. Redução da mão de obra. Estanqueidade. Exigem mais cuidados no manuseio. Projeto mais detalhado. Pouca flexibilidade. Madeira Reaproveitamento em outras peças. Maior adaptabilidade. Grande flexibilidade de uso. Menor custo (matéria-prima). Maior geração de resíduos. Menor reutilização. Plástico Precisão geométrica. Não geram resíduos. Redução de mão de obra. Estanqueidade. Melhor acabamento das peças. Inflamável. Baixa resistência à abrasão constante. Pouca flexibilidade. Resina poliéster com fibra de vidro Precisão geométrica. Redução de mão de obra. Estanqueidade. Melhor acabamento das peças. Custo elevado. Manutenção elevada. Pouca flexibilidade. 2.4. Insumos É de fundamental importância conhecer os materiais que constituem o concreto utilizado em estruturas pré-fabricadas, pois estes influenciam a dosagem do concreto, a durabilidade da estrutura, e a qualidade do concreto produzido. Conforme SOBRAL (1985), em estudo técnico da Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP ET-43), a deterioração do concreto depende da escolha das matérias-primas e o controle antes da produção do concreto, pois materiais inadequados poderão influenciar a durabilidade da estrutura. Como a peça produzida deve apresentar resistência inicial e durabilidade ao intemperismo, a escolha do material deve meticulosamente estar dentro de padrões de fornecimento observadas na norma ISO 9000/2000 e em alguns programas de qualidade, como o selo ABCIC. Capítulo 2 Revisão da Literatura 14 2.4.1. Cimento O cimento é o mais importante elemento na composição de concretos, pois deve ser dosado corretamente para evitar problemas de retração e falta de resistência, conforme GIAMMUSSO (1992). Na produção de concreto, sua maior contribuição é na resistência à compressão se comparado aos agregados. O cimento de preferência é o CP V ARI ou CP V ARI-RS, sendo este último o mais utilizado quando a peça pré-moldada é destinada a montagem de indústrias e fábricas. O cimento ARI e o ARI-RS são mais finosem relação aos outros cimentos, o que auxilia no desenvolvimento de resistências mais elevadas. Tal ajuda tem seu preço. Devido à forte reação química e liberação de energia produzida nas reações químicas, o controle da cura do concreto com esse tipo de cimento deve ser eficiente, caso contrário, surgem patologias como fissuras, trincas e perda de resistência. A NBR 9062/2006 recomenda a consulta à NBR 6118/2007 para o preparo e aplicação do concreto para pré-fabricado. Para TERZIAN (2005), os tipos de cimento mais indicados para pré-fabricados são o CPV-ARI e o CP-II, de classe 40, pois proporcionam elevadas resistências iniciais. O CP III apresenta restrições de uso em sistemas pré-fabricados de concreto protendido, quanto à aderência direta e na sua aplicação em calda de injeção, pois esse cimento possui compostos que poderão provocar o rompimento dos cabos sob tensão. É recomendada a utilização de cimento Portland pozolânico CP-IV em casos nos quais o pré-fabricado seja exposto à ambiente sujeito ao ataque químico do concreto, pois esse tipo de cimento tem como característica a melhora da resistência ao intemperismo e ao ataque da estrutura de concreto. Existem discussões em relação à utilização do CP-IV em pré-fabricados, pois esse tipo de cimento não facilita a desmoldagem de peças em poucas horas, e, muitas vezes, é necessário aumentar o consumo desse aglomerante. MARQUES, PEIXOTO e REGADO (2006), em testes de laboratório de estruturas pré-fabricadas, demonstraram que é possível a utilização de CP-IV, desde que se utilizem aditivos e cura térmica. Capítulo 2 Revisão da Literatura 15 2.4.2. Agregado Esse material é caracterizado quanto à distribuição granulométrica, à massa específica e à massa unitária. A areia pode ser natural (extraída de cavas) ou artificial (pó de pedra), ou ainda podem ser usadas as duas em conjunto. No caso da areia natural, esta deve ser lavada para que as impurezas não venham a reagir ou comprometer o concreto, enquanto, a areia artificial deve conter pouca quantidade de material pulverulento. As impurezas desses dois tipos de areia podem, por exemplo, aumentar o consumo de água, o que favorece a perda de resistência à compressão e aumenta a permeabilidade do concreto (TERZIAN, 2005). Em pré-fabricados são utilizados três tipos de britas: a brita 0, a brita 1 e a brita 2. Na maioria das vezes, a brita 1 é predominante e é utilizada sozinha. Isso se explica por esta brita passar entre a armadura em quase todos os casos. Quando se utiliza a brita 0 ou a brita 2, elas são associadas à brita 1, pois a brita 0 necessita de uma grande quantidade para preencher o volume da forma, além de aumentar o consumo de água; e a segunda (brita 2) tem a vantagem de preencher melhor o volume da forma, mas há a desvantagem de deixar espaços vazios. De preferência recomenda-se a utilização de britas com formato cúbico em vez de lamelar, pois apresenta maior trabalhabilidade, já que as de formato lamelar travam facilmente (HELENE, 1993). Segundo TERZIAN (2005) com a diversidade de tipos de agregados no Brasil, é difícil uma padronização para a utilização em pré-fabricados, porém existem regras que podem ser úteis no momento da escolha do material, sendo elas: devem ser evitados os agregados lamelares, os alongados ou os que possuam muito pó aderido à superfície. Esses agregados proporcionam aumento no consumo de água da mistura; especial atenção deve ser dada ao recebimento dos agregados nas indústrias de pré-fabricados, que devem ter um controle rigoroso, efetivo e permanente. A variabilidade na distribuição granulométrica, a forma e o teor Capítulo 2 Revisão da Literatura 16 do pó interferem significativamente na resistência do concreto. 2.4.3. Aditivo e adições Aditivos são produtos químicos líquidos ou em pó, que adicionados em pequenas quantidades sobre a massa de cimento no momento da produção do concreto, modificam algumas de suas propriedades no estado fresco e endurecido. Já as adições são materiais em forma de pó que são adicionados na produção de cimento ou até mesmo no momento da preparação do concreto, em grandes quantidades, e participam das reações de hidratação do cimento (GIAMMUSSO, 1992). Os aditivos são materiais que possuem interação física ou química com o concreto, dependendo da especificação do concreto que se quer produzir. Para pré- fabricado, é utilizado preferencialmente um superplastificante normal ou de terceira geração (policarboxilatos) por reduzirem a quantidade de água. Como consequência da escolha desse produto, o aditivo não poderá retardar o início de pega para que não haja a perda de resistência mecânica nas primeiras idades. Algumas empresas de pré-fabricação utilizam aceleradores juntamente com os superplastificantes. Entretanto, se a peça não receber uma cura adequada surgirão patologias como fissuras e trincas, devido à reação acelerada dos compostos do cimento, que gera energia acima da quantidade de hidratação esperada do cimento, além do possível aparecimento de manchas na peça (HELENE, 1992). A escolha recai de preferência sobre o cimento com adição, pois este garante maior durabilidade. As adições mais utilizadas são pozolanas que diminuem possíveis reações do agregado com o aglomerante, além de aumentar a impermeabilidade do concreto no estado endurecido. 2.4.4. Água Como o cimento, a água é um dos compostos mais importante do concreto. Ela influencia na durabilidade, podendo variar a resistência à compressão, aumentar a capilaridade e como consequência a permeabilidade, além de que, se for imprópria, pode provocar reações indesejáveis no concreto, como falso início de Capítulo 2 Revisão da Literatura 17 pega ou o seu retardo. Quanto maior o consumo desse material, mais chances das patologias ocorrerem. Porém, se ao contrário, a quantidade de água for insuficiente, a trabalhabilidade do concreto fica comprometida, por isso o uso de aditivos superplastificantes (GIAMMUSSO, 1992). 2.5. Propriedade do Concreto no Estado Fresco As características do concreto no estado fresco determinam o seu comportamento na etapa de fabricação e qualidade do pré-fabricado produzido. 2.5.1. Trabalhabilidade É a característica do concreto no estado fresco que determina a facilidade com que ele pode ser misturado, transportado e adensado. Um concreto que seja difícil de ser lançado e adensado não só aumenta o custo de manipulação como também apresenta resistência mecânica, durabilidade e aparência inadequadas. A característica fundamental para que um concreto seja bem adensado é a trabalhabilidade, isto é, a adequação da sua consistência ao processo utilizado para o lançamento e adensamento. Um concreto pode ser seco, plástico ou fluido de acordo com o sistema de adensamento, quais sejam: rolagem, prensagem, centrifugação, vibração, adensamento manual ou auto-adensamento. As características do concreto fresco relacionadas com a trabalhabilidade são: a) consistência (GIAMMUSSO, 1992) Depende principalmente da quantidade de água na mistura. Aumentando a quantidade de água, a mistura fresca torna-se mais plástica e trabalhável. A necessidade, ou demanda, de água é função da superfície específica das partículas dos materiais sólidos, ou seja, do cimento e dos agregados e, ainda, da consistência desejada. Em geral, a superfície específica das partículas do agregado graúdo é menor do que o do agregado miúdo, assim, a demanda de água para uma Capítulo 2 Revisão da Literatura 18 mesma consistência é menor para o graúdo. As areiasmuito finas e o alto teor de cimento são os fatores que levam ao aumento da demanda de água. A consistência pode ser medida por diversos métodos, mas o mais usado é o do “abatimento do tronco de cone”, “slump test”, (NM67, 1998) demonstrado na Figura 2.2. Figura 2.2 – Medida da consistência do concreto pelo “Slump Test” Adaptada de GIAMUSSO 1992 As considerações gerais que orientam as decisões relativas à trabalhabilidade dos concretos frescos são as seguintes (HELENE, 1992): a fluidez do concreto não deve ser superior à necessária para o transporte, lançamento e adensamento do concreto; a quantidade de água para uma dada consistência depende basicamente das características do agregado, apesar de que sempre é possível aumentar a coesão e a facilidade de manuseio pelo aumento da relação areia/ brita em lugar do aumento das partículas finas da areia. Para concretos que requeiram elevada fluidez, o uso de aditivos redutores de água e retardadores de pega deve ser preferível à adição de mais água, no canteiro de obra. Essa água extra, que não foi considerada na dosagem tem sido frequentemente, responsável por falhas de desempenho do concreto. Capítulo 2 Revisão da Literatura 19 b) coesão (GIAMMUSSO, 1992) A coesão é a propriedade que mantém os concretos misturados, isto é, seus componentes não se separam. Na prática, avalia-se a coesão do concreto pelo aspecto da mistura, conforme relacionado na sequência: os agregados não tendem a se mostrar limpos ou “lavados” após desforma do cone, conforme Figura 2.3 à esquerda; as bordas da mistura se mostram convexas, como gotas de líquido que não espalham sobre uma superfície; não se nota nenhuma tendência de separação de água ou pasta depois do batimento na lateral do cone de cimento, principalmente nas bordas da mistura, conforme mostrada na Figura 2.3 à direita. Figura 2.3 – Adaptada de HELENE & TERZIAN 1993 - Análise da coesão em concretos Os fatores que influenciam a coesão são: teor de finos: quanto maior a quantidade de material sólido fino, ou seja, o cimento e agregado passante na peneira com abertura de 0,3 mm, maior a coesão dos componentes da mistura. Caso contrário, o concreto não consegue aglutinação e o fechamento dos espaços vazios, portanto, não há coesão, conforme Figura 2.4. Capítulo 2 Revisão da Literatura 20 Figura 2.4 - Adaptada de HELENE & TERZIAN 1993 - Concreto sem finos, foto à esquerda: após desforma e, foto à direita: desmanchado após o batimento lateral, em conseqüência da pouca coesão ar incorporado: o ar incorporado tem um comportamento semelhante ao dos agregados finos, tendo, portanto, um efeito negativo notável sobre a coesão do concreto. proporção de água: quando o concreto, devido à falta de finos, não consegue reter a água, esta sobe, acumulando-se na sua superfície livre do concreto ainda fresco. A este fenômeno é denominado exsudação. Se esta água evaporar rapidamente o concreto sofre uma retração com fissuração intensa. 2.6. Propriedade das Peças Pré-Fabricadas Os elementos pré-fabricados também devem levar em consideração alguns fatores para que seja alcançada a durabilidade e a resistência da peça projetada. Tanto para TEIXEIRA (1986) quanto TERZIAN (2005), o concreto para a utilização em pré-fabricados deve seguir os pré-requisitos, tais como: preparação fácil e com mão de obra especializada, a fim de ser produzido com a qualidade exigida na indústria; não devem conter materiais que produzam reações com as formas ou que prejudiquem o processo; a sua mistura não pode ser manual, a utilização de betoneira de metragem cúbica elevada ou misturador planetário é a mais adequada; Capítulo 2 Revisão da Literatura 21 deve ser lançado de forma uniforme atendendo a norma NBR 6118/2007; depois do lançamento, o concreto deverá ser adensado por vibração, centrifugação ou prensagem, é permitida a adoção de mais de um destes métodos concomitantemente, desde que seja respeitado o tempo de adensamento; deve apresentar resistência à compressão inicial elevada para desmoldagem e saque da peça em 24 horas; a cura do concreto deve ser conduzida assim que ocorrer a migração (exsudação) da água para a superfície, com produtos químicos ou a tradicional cura à vapor; 2.6.1. Resistência mecânica à compressão Para HELENE (1992), a resistência à compressão é a medida da tensão máxima necessária para romper (esmagar ou fraturar) o material. O concreto resiste muito bem a esforços de compressão, sendo tal resistência especificada pelo projetista estrutural. A resistência e a durabilidade estão intimamente associadas constituindo-se nas qualidades mais desejadas de um concreto. Em estruturas pré-fabricadas são de interesse também as resistências iniciais, porém como citado, as peças devem possuir uma desforma rápida, e por isso, há a necessidade da peça apresentar uma resistência elevada nas primeiras idades (EL DEBS, 2000). A resistência de estruturas pré-fabricadas depende basicamente de três variáveis (EL DEBS, 2000): escolha do material: conforme também já citado anteriormente, as características do cimento, dos agregados, da água, dos aditivos e das adições estão intimamente ligados ao desenvolvimento de grandes resistências nas primeiras idades do concreto. A dosagem das matérias-primas também deve visar à durabilidade e à resistência. Existem inúmeros métodos de dosagem como, por exemplo, o ABCP, IPT-EPUSP, INT, etc. Cabe aos especialistas em concreto a escolha do método; aplicação do concreto: o treinamento da mão de obra pode garantir uma ótima aplicação do concreto pré-fabricado, evitando que falhas como ninhos Capítulo 2 Revisão da Literatura 22 de concretagem ou emendas possam prejudicar a peça, principalmente no desenvolvimento da resistência à compressão; cura do concreto: como se utilizam cimentos de rápida liberação de energia, o processo de cura em pré-fabricados se torna importante para que não se desenvolvam patologias que afetem as resistências à compressão e em flexão. São utilizados alguns processos de cura, que além de garantir a diminuição de algumas patologias, favorecem o aumento da resistência à compressão do concreto nas primeiras idades, principalmente de duas maneiras: evitando a evaporação precoce da água de hidratação, e; a geração de calor para diminuir o tempo da reação de hidratação do cimento. A falta de cura pode ter efeito nocivo sobre a resistência, caso não seja bem realizada, pois poderá provocar fissuração generalizada, criando descontinuidades na estrutura da pasta, prejudicando sua resistência e aderência aos agregados e à armadura. Além disso, propicia um caminho para a umidade e outros agentes agressivos, os quais podem atacar a armadura e o próprio concreto. 2.6.2. Resistência mecânica em flexão É a capacidade de o concreto resistir aos esforços de tração e compressão no estado endurecido. Como já citado, o concreto é um material que resiste aos esforços de compressão, desde que o concreto seja bem dosado, por isso também é utilizado em pré-fabricados. O concreto não possui o mesmo desempenho quando submetido aos esforços de compressão e de tração. Em geral, o concreto tem resistência à compressão superior à resistência à tração. Por isso recebe armaduras ou cabos de aço, para que a resistência à tração das estruturas de concreto pré-fabricadas seja melhorada. Para a indústria de pré-fabricados, o pior problema correlacionado ao fato do concreto não suportar bem aos esforços detração é o surgimento de manifestações patológicas, como por exemplo: as fissuras e as quebras de peças. Isso ocorre principalmente quando se retira a peça do molde ou até mesmo durante o transporte e, normalmente, nas primeiras idades. Por isso, as armaduras de aços Capítulo 2 Revisão da Literatura 23 devem ser muito bem dimensionadas nesses tipos de estruturas. 2.7. Manifestações Patológicas na Produção de Pré-fabricados “Patologia pode ser entendida como a parte da engenharia que estuda os sintomas, os mecanismos, as causas e as origens dos defeitos das construções civis, ou seja, é o estudo das partes que compõem o diagnóstico do problema”. (HELENE 1992). Em pré-fabricados as patologias não são em maior número do que em outras estruturas de concreto, porém, também, não são menos importantes, porque qualquer patologia pode provocar danos relevantes à construção. Para a determinação dessas características indesejáveis do concreto na peça pré-fabricada, devem-se verificar as causas e as consequências que podem ser de planejamento, projeto, materiais utilizados e execução, bem como procurar encontrar as causas do surgimento das manifestações patológicas. As manifestações patológicas podem causar danos de durabilidade e resistência mecânica, desde a peça recém-produzida até após alguns anos de seu uso. Porém, as maiores incidências e causas de manifestações patológicas são originadas no momento de preparo, aplicação e deslocamento do elemento pré- fabricado, ou seja, durante o início do processo construtivo (FACHINETTO, 2002). A escolha e a utilização inadequada de materiais, erro de dosagem, montagem inadequada de formas e utilização de elementos prejudiciais para a desmoldagem de peças, aplicação do concreto sem critérios ou cuidados, cura ineficiente e transporte precário são algumas das causas que dão início as patologias na estrutura, ou seja, todos estes fatores devem ser observados antes da execução das estruturas pré-fabricadas, com o único objetivo de manter as condições mínimas de produção desses elementos fabricados (FORTES, 2004). A patologia leva a um acréscimo de custos na produção, pois quando se constata a sua existência, é uma prática comum a correção das mesmas, até mesmo para aumentar a durabilidade e a qualidade do produto. Com isso, há gastos com materiais e mão de obra para o procedimento de reparo, o que encarece o custo final da peça produzida. Capítulo 2 Revisão da Literatura 24 Outro fator é o tempo para realizar os reparos que muitas vezes são longos, pois compreende etapas necessárias para que a peça tenha outra vez as características mínimas para utilização. Dependendo do tamanho e da organização da fábrica, esse tempo muitas vezes não é respeitado e é comum verificar que as peças pouco tratadas e reparadas são deslocadas para o estoque ou até mesmo para a obra (EL DEBS, 2000). 2.7.1. Medidas de prevenção e correção das manifestações patológicas As medidas terapêuticas de correção dos problemas tanto podem incluir pequenos reparos localizados, quanto uma recuperação generalizada da peça, caso a estrutura já esteja comprometida. Existem inúmeros materiais de recuperação de falhas no concreto, porém o custo desses materiais é extremamente elevado para aplicação (HELENE,1992). Alguns autores como HELENE (1992), FORTES (2004) e TERZIAN (2005), apresentam soluções de reparos e recuperação de estruturas armadas de concreto, citam em suas bibliografias que o processo pode ser utilizado inclusive em estruturas pré-fabricadas, posteriormente a sua montagem. Porém a norma NBR 9062/2006 não cita procedimentos de reparo em estruturas de pré-fabricados e os documentos de procedimentos para obtenção do selo ABCIC proíbem o reparo da peça pré-fabricada posterior a produção e ainda na fábrica. Portanto, se no início do processo se conseguir evitar o máximo de manifestações indesejáveis ao concreto, o custo e a segurança estarão garantidos. Todo processo de produção de pré-fabricados deve ter controle da aparência das peças (TERZIAN, 2005). Aspectos como geometria, quinas, quantidade de bolhas, manchas, fissuras, entre outros, devem ser controlados peça por peça. O setor de qualidade da fábrica deve incluir esses itens em suas atividades de rotina. O controle deve ter metas e ser objetivo, com a identificação dos operários que trabalharem na produção de cada peça. O objetivo da identificação de erros é gerar um processo de aprendizado do operário, analisando cada falha cometida e, junto aos encarregados do setor, definir estratégias para a correção. Ainda, TERZIAN (2005), comenta que devem ser criadas planilhas para o acompanhamento do processo, de modo que para cada tipo de erro, deve ser Capítulo 2 Revisão da Literatura 25 atribuída uma nota. O acompanhamento das notas pelo setor de qualidade tem como objetivo identificar as falhas e passá-las para o setor de produção para as devidas correções. Os tipos de patologias mais comuns em concretos pré-fabricados e que geram custos elevados de manutenção e acabamento da peça, além da interferência na resistência mecânica, são comentadas a seguir: a) manchas Na região de Curitiba, por exemplo, segundo FACHINETTO (2002) é comum utilizar óleos e graxas residuais da indústria mecânica para a desmoldagem do concreto. Esses produtos, por possuírem muitas impurezas, podem provocar manchas escuras na estrutura de concreto pré-fabricado. Ainda, em relação ao desmoldante para TERZIAN (2005) o uso de alguns produtos aplicados na superfície da forma, que têm a finalidade de evitar a aderência do concreto e facilitar a retirada da peça pré-fabricada, tem prejudicado a aparência. As empresas de pré-fabricados têm utilizado diversos produtos existentes no mercado, todos denominados desmoldantes. As matérias-primas são as mais diversas, como banha animal, ceras, óleos minerais, diesel, dentre outros. Alguns produtos são solúveis em água e, quando usados em ambientes expostos à chuva, podem ser lavados, não realizando o efeito desejado e, consequentemente, a peça termina por apresentar manchas na superfície. Algumas empresas, visando à redução dos custos de produção, aplicam desmoldantes de baixo custo, que quando se apresentam inadequados geram patologias que exigem a aplicação de pasta de cimento na superfície da peça, como se fosse uma maquiagem, gastando para esse trabalho muitas horas dos operários e com resultados questionáveis. Na Tabela 2.5 são apresentados alguns desmoldantes disponíveis no mercado nacional, que são recomendados para a utilização em produção de pré-fabricados. Capítulo 2 Revisão da Literatura 26 Tabela 2.5 – Desmoldantes para Pré-fabricados Base Química Nome Tipo de Forma Rendimento Aproximado Fabricante Óleo mineral Desmoldante Pronto Madeira Metálica 50 m²/L Anchortec Fosroc Óleo mineral Ortolan 710 Madeira Metálica 80 m²/L MC-Bauchemie Óleo mineral Desmoldante Pronto Madeira Metálica 70 m²/L Rheotec Óleo mineral Reofinish FR 350 Madeira Metálica 10 m²/L Basf Óleo em meio aquoso Reebol Madeira Metálica 50m²/L Anchortec Fosroc Óleo em meio aquoso Botatop DM Madeira Metálica 50 m²/L Botament Óleo em meio aquoso Desmol Madeira Metálica 80m²/L Otto Baumgart Óleo em meio aquoso Separol Top Madeira Metálica 100 m²/L Sika S.A Hidrocarbonetos parafínicos Cera Desmoldante Otto Madeira Metálica 15 m²/kg Otto Baumgart Hidrocarbonetos parafínicos Desformit Madeira Metálica 15 m²/kg Wolf Hacker Óleo Vegetal Separol Metal Madeira Metálica 80 m²/L Sika S.A Algunsagregados lamelares e alongados poderão proporcionar manchas na superfície do concreto que tendem a suavizar com o passar do tempo. A proximidade do agregado lamelar/alongado na superfície da peça e a pequena película de argamassa que o reveste são responsáveis pelas diferenças de tonalidades (TERZIAN, 2005). b) bolhas Segundo (FORTES, 2004) o aparecimento das bolhas em concreto pré- fabricado é consequência do tipo de desmoldante utilizado nas formas. Já (RODRIGUES, 1995), acredita que as bolhas em estruturas de concreto estão relacionadas ao excesso de água na produção de concreto. A utilização de óleos e graxas residuais para a desmoldagem do concreto leva a retenção de água superficial, dando origem a bolhas e vazios depois do concreto endurecido, ou seja, eles permitem a adesão das bolhas ao desmoldante. O ideal é que a bolha atinja a superfície e possa escapar. Essa oportunidade ocorre quando as misturas não são Capítulo 2 Revisão da Literatura 27 muito coesas (FACHINETTO, 2002). Ainda, JOUKOSKI, PORTELLA, GARCIA, e colaboradores (2002) afirmam através de ensaios que o óleo reciclado de motor, quando utilizado como desmoldantes, em contato com a alcalinidade do concreto saponifica, produzindo uma espuma semelhante a bolhas de sabão. Bolhas são caminhos para a penetração de umidade, água e gases para o interior do concreto até a armadura, comprometendo a estrutura com o tempo. Outro fator é a questão estética se o concreto ficar aparente, pois são fáceis de serem vistas. Segundo TERZIAN (2005), o adensamento do concreto é considerado uma das etapas mais importante para a qualidade das peças pré-fabricadas e tem como objetivos acomodar o concreto na forma e retirar a maior quantidade possível de bolhas de ar do seu interior. Ainda, TERZIAN (2005) comenta que as experiências em campo têm mostrado que os melhores concretos aparentes são obtidos quando são utilizados dois (ou mais) equipamentos de vibração do tipo imersão em uma mesma peça. Nesse caso, um dos vibradores acompanha a descarga do concreto na forma, e o outro vem em seguida, realizando um trabalho mais cuidadoso e lento, com o objetivo de retirar as bolhas de ar. A melhor condição de aplicação do vibrador para a retirada do ar é a inclinada. Em cada ponto de vibração, a inclinação deve ser realizada em quatro posições: frente, atrás e laterais. O tempo de vibração em cada posição deve ser o suficiente para permitir a saída das bolhas de ar. Para a mudança da posição, o vibrador deve ser retirado e reintroduzido ao concreto, evitando o deslocamento horizontal no seu interior. c) fissuras Ocorrem em concretos pré-fabricados por basicamente dois fatores: cura mal executada ou a utilização de material de forma inconveniente para a preparação do concreto. No primeiro caso, a cura no concreto deve ser feita mantendo a temperatura controlada, para que essa água fundamental para a hidratação do cimento não evapore. Uma excessiva evaporação da água forma vazios, e uma grande Capítulo 2 Revisão da Literatura 28 quantidade desses vazios, com a retração plástica, dá origem a fissura do concreto. Caso o consumo de cimento por metro cúbico seja elevado, o grande calor de hidratação, quando não controlado, pode originar trincas, o que já compromete a estrutura. Podem ser causas de fissuras a utilização de um material inconveniente para a fabricação da forma e o excesso de água à mistura de concreto. Outra possibilidade é a utilização de agregados como os seixos rolados que não promovem uma ótima aderência entre o concreto e a pasta. Fissuras e trincas na superfície do concreto diminuem a durabilidade da peça, pois aumentam a sua permeabilidade e podem diminuir a sua resistência (HELENE, 1995). A diferença entre fissuras e trincas muitas vezes não é comenta pelos autores que descrevem as manifestações patológicas, sendo que algumas vezes os dois termos são tratados como um mesmo termo. Todavia, a NBR 9575/2003 (Impermeabilização – Seleção e Projeto) define fissura como a abertura ocasionada por ruptura de um material ou componente, inferior ou igual a 0,5 mm e trinca com abertura superior a 0,5 mm e inferior a 1,0 mm. d) quebras Têm origem, basicamente, na má desmoldagem. Isso pode ocorrer pela utilização de desmoldante incompatível com a forma, quebrando alguns pontos localizados do concreto, por exemplo. Nesse caso, o reparo é feito com concreto, microconcreto, graute ou massa epóxi. Ainda, as quebras poderão ser originadas pelo saque prematuro quando o concreto ainda não possui resistência ao manuseio. Ao sacar as peças com idades mínimas (ou horas) algumas delas quebram, mesmo com um traço pré-estudado. Neste caso, os procedimentos adotados são verificar: a quantidade de água utilizada; se o aditivo superplastificante provocou algum tipo de retardo de pega, e; qual a temperatura ambiente durante o procedimento de preparação da massa e durante o manuseio. Quando as peças quebram devido ao manuseio, geralmente são condenadas e inutilizadas (TERZIAN,2005). Capítulo 2 Revisão da Literatura 29 e) falta de resistência adequada Conforme a NBR 9062/2006, a resistência característica do concreto para a produção de peças estruturais pré-fabricadas não poderá ser inferior a 20 MPa aos 28 dias. Diversos fatores podem influenciar na falta de resistência mecânica esperada do concreto numa certa idade, sendo eles: traço inadequado: o ideal para a escolha de um traço para o uso do concreto nas peças pré-fabricadas é o controle de cada material que será aplicado, desde a origem, tal como as suas características. Nessa etapa, é indicado classificar fornecedores e analisar os lotes que chegam. Uma vez aceitas as matérias-primas, o correto é proceder ao estudo do traço ideal e adequado do concreto, pelos métodos de dosagens, como por exemplo, o ABCP ou o IPT-EPUSP. excesso de água: a quantidade de água excessiva é um dos fatores que influencia negativamente a resistência mecânica do concreto, pois quanto maior esta quantidade em relação ao cimento do traço, maior será a dispersão do cimento e menor será a coesão do concreto produzido. f) retração A retração é a redução das dimensões do concreto, que segundo GIAMMUSSO (1992) é devido à: perda de água por retração hidráulica ou por secagem; redução de volume dos produtos de hidratação (retração autógena). A retração ocorre na pasta de cimento porque os vasos capilares do concreto, ao perderem água por evaporação, reduzem seu volume. Quanto mais água houver na pasta e quanto mais ar aprisionado existir, maior será a retração. Quando contida, a redução de dimensões provocada pela retração dá origem a tensões de tração que podem gerar fissuras no concreto. A formação de fissuras tende a ser mais intensa nas primeiras idades, quando ainda é pequena a resistência do concreto. Por essa razão é preciso evitar a perda de água do concreto novo com o recurso da cura, por um período nunca inferior a 7 dias Capítulo 2 Revisão da Literatura 30 (Recomendações da NBR 7212/84). Para TERZIAN (2005) nos processos tradicionais de pré-fabricação, o calor gerado pela energia elétrica e o vapor de água são amplamente utilizados para acelerar as reações de hidratação do cimento e obter resistência adequada para a desforma das peças, que ocorre após algumas horas do lançamento do concreto. O processo de cura térmica com o uso de vapor de água à pressão atmosférica possui limitação de temperatura em 70ºC (NBR 9062/2006). O de cura térmica sem vapor não deve ultrapassar o
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