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FACULDADE PATOS DE MINAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL FERNANDA SANTOS GONÇALVES VILMAR JUNIOR NAPP ESMAGAMENTO DO CONCRETO ARMADO PATOS DE MINAS 2018 FERNANDA SANTOS GONÇALVES VILMAR JUNIOR NAPP ESMAGAMENTO DO CONCRETO ARMADO Trabalho apresentado à disciplina de Tópicos Especiais em Engenharia Civil como requisito parcial de avaliação. Prof: Vivian Ferreira PATOS DE MINAS 2018 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Fissuras............................................................................................... 13 Figura 2 Incidência das origens das enfermidades no Brasil............................ 14 Figura 3 Corrosão do pilar................................................................................. 15 Figura 4 A corrosão de armaduras é, de fato, preocupante em termos de segurança. 15 Figura 5 Eflorescência................................................................................... 16 Figura 6 Gráfico de domínios da deformação................................................... 18 Figura 7 Esmagamento do concreto armado.................................................... 19 Figura 8 Manta de Fibra de Carbono................................................................. 20 Figura 9 Lajes reforçadas mediante aplicação de tecido de fibra de carbono nas faces inferiores das vigotas.......................................................... 21 Figura 10 Ponte dos Remédios SP..................................................................... 22 Figura 11 Viaduto em Belo Horizonte MG........................................................... 23 Figura 12 Edifício Palace II.................................................................................. 23 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO........................................................................................... 08 2 2.1 2.2 ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO............................................... Conceituação........................................................................................... Normas técnicas........................................................................................ 09 09 10 3 3.1 PATOLOGIAS............................................................................................. Patologias nas construções civis............................................................ 11 11 4 4.1 4.1.1 ESMAGAMENTO DO CONCRETO........................................................... Sintomas..................................................................................................... Fissuras....................................................................................................... 13 13 13 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.2 4.3 4.4 Corrosão das armaduras............................................................................. Degradação e Eflorescência....................................................................... Sobrecarga.................................................................................................. Domínios de Deformação......................................................................... Rupturas típicas por flexão...................................................................... Recuperação.............................................................................................. 14 15 16 16 19 19 5.1 ESTUDO DE CASO.................................................................................... 22 REFERÊNCIAS........................................................................................... 23 8 1 INTRODUÇÃO Sendo as estruturas de concreto armado o método construtivo mais utilizado no Brasil, tem-se um vasto número de edificações brasileiras que apresentam patologias. Estas podem ocorrer nas diversas etapas construtivas numa obra, e se faz necessário um estudo das causas anteriores mais recorrentes, de modo a evitar que os mesmos problemas venham a acontecer no futuro. As manifestações patológicas trazem transtornos não só para o cliente, mas também para o construtor, pois os custos de uma eventual intervenção posterior a uma entrega de obra são maiores se comparados aos custos de uma execução bem-feita. Este trabalho traz uma das patologias estrutural menos conhecida e vista, o Esmagamento do Concreto. É feito um levantamento dos tipos, da identificação das causas, das técnicas utilizadas para correção de problemas e os materiais recomendados para o emprego nos reparos. 9 2 ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO 2.1 Conceituação O concreto (uma mistura feita de agregados miúdos e graúdos, cimento, areia e água) por si só, é um material que resiste às tensões de compressão de uma estrutura. Possui uma baixa resistência à tração. Para solucionar este problema, são adicionadas ao sistema as barras de aço, que compõem a armadura da estrutura, fazendo com que o conjunto concreto mais armadura suportem as duas tensões: compressão e tração. O termo “concreto armado” é, portanto, o somatório destes dois materiais (concreto e barras de aço) que, trabalhando juntos, conseguem dar estabilidade às estruturas. A NBR 6118 define o que são elementos de concreto armado: “são aqueles cujo comportamento estrutural depende da aderência entre concreto e armadura, e nos quais não se aplicam alongamentos iniciais das armaduras antes da materialização dessa aderência”. Esta norma também define o conceito de armadura passiva: “qualquer armadura que não seja usada para produzir forças de protensão, isto é, que não seja previamente alongada”. Portanto, a armadura do concreto armado é chamada “armadura passiva”, o que significa que as tensões e deformações nela aplicadas devem-se exclusivamente aos carregamentos aplicados nas peças onde está inserida. O trabalho do concreto com o aço é satisfatório porque seus coeficientes de dilatação térmica são praticamente iguais. O concreto também tem outra função importante: proteger o aço da corrosão, garantindo a durabilidade do conjunto. Porém essa proteção só é possível com a existência de uma espessura mínima de concreto entre a superfície externa da peça e a barra de aço (denominado cobrimento). Lembrando que outros fatores são determinantes para a proteção das barras de aço, como a qualidade do concreto, por exemplo. 10 2.2 Normas técnicas A normatização brasileira, nos moldes que é conhecido hoje, foi criada no ano de 1940, nomeada ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) com a primeira norma NB-1. Atualmente são várias as normas existentes que regulam os mais diversos procedimentos. Tratando-se de concreto armado, podemos destacar algumas normas técnicas principais: a) NBR 6118 (2003): Projeto de estruturas de concreto – Procedimento; b) NBR 14931 (2003): Execução de estruturas de concreto – Procedimento; c) NBR 6120 (1980): Cargas para o cálculo de estruturas de edificações; d) NBR 6122 (1988): Forças devido ao vento em edificações - Procedimento; e) NBR 8681 (2003): Ações e segurança nas estruturas – Procedimento; f) NBR 9607 (1986): Provas de carga em estruturas de concreto armado e protendido; g) NBR 7480 (1996): Barrase fios de aço destinados a armaduras para concreto armado; 7 h) NBR 8548 (1984): Barras de aço destinadas a armaduras para concreto armado com emenda mecânica ou por solda - Determinação da resistência à tração; i) NBR 12655 (1996): Concreto - Preparo, controle e recebimento; j) NBR 7211 (2005): Agregados para concreto – Especificação; k) NBR 12654 (1992): Controle tecnológico de materiais componentes do concreto; l) NBR 7191 (1982): Execução de desenhos para obras de concreto simples ou armado; 11 3 PATOLOGIAS O termo “patologia”, no contexto da Construção Civil, está alinhado com a definição encontrada na Medicina, na qual se estudam as origens, os sintomas e a natureza das doenças. Patologias são todas as manifestações cuja ocorrência no ciclo de vida da edificação venha prejudicar o desempenho esperado do edifício e suas partes (subsistemas, elementos e componentes). DEGUSSA (2008) entende patologia como parte da engenharia que estuda os sintomas, os mecanismos, as causas e as origens dos defeitos das construções civis e à terapia cabe estudar a correção e a solução desses problemas patológicos, inclusive aqueles devidos ao envelhecimento natural. Para Piancastelli (1997), sendo o concreto armado, um material não inerte, ele se sujeita a alterações, ao longo do tempo, devido a interações entre seus elementos constitutivos (cimento, areia, brita, água e aço), interações entre esses e agentes externos (ácidos, bases, sais, gases e outros) e com materiais que lhe são adicionados (aditivos e adições minerais). 3.1 Patologias nas construções civis As causas mais comuns de patologias em obras de edificações são por consequência de: Falhas na concepção do projeto; Má qualidade dos materiais Erros na execução Utilização para fins diferentes dos calculados em projeto Falta de manutenção no decorrer do tempo. 12 Figura 1- Incidência das origens das enfermidades no Brasil A maioria dos problemas patológicos é visível e pelas suas características, em geral, permitem determinar a origem dos mesmos. Os principais sintomas de problemas patológicos são: Fissuras ou trincas em elementos estruturais e alvenarias Esmagamento do concreto Desagregação do concreto Disgregaçao do concreto ( ruptura do concreto) Carbonataçao Corrosão da armadura Percolação de água Manchas, trincas e descolamento de revestimento em fachadas 13 4 ESMAGAMENTO DO CONCRETO 4.1 Sintomas 4.1.1 Fissuras De modo geral, as fissuras ocorrem quando as tensões suportadas pelo material utilizado são inferiores às deformações solicitadas pelos mesmos. A liberação desta tensão ocasiona no alívio do sistema, caracterizando a fissura como a conhecemos. Elas podem ocorrer devido à dilatação/retração térmica, estruturas mal projetadas ou em sobrecarga, recalques de apoio, uso incorreto do material, retração do cimento, por motivos químicos (ataque por sulfatos, por exemplo) entre outros. Também encontramos causas externas ao imóvel, como obras adjacentes em fase de construção ou reforma, execução de pavimentação de uma rua próxima, onde há presença e trepidação de máquinas pesadas, alteração do fluxo de veículos em ruas paralelas, etc. De acordo com a norma NBR 9573:2003, podemos classificar como microfissuras as aberturas inferiores a 0,05mm. Como fissuras, as aberturas inferiores a 0,5mm e ainda como trincas para aberturas de até 1mm. As fissuras também podem ser catalogadas como geométricas ou mapeadas de acordo com a semelhança ao desenho que formam. Um bom exemplo da primeira é quando a fissura acompanha o bloco cerâmico. Já a mapeada pode ser fruto da retração da argamassa com muitos finos ou ainda com excesso de cimento, tornando o reboco muito rígido. Figura 2- Fissuras Fonte: (1) 14 4.1.2 Corrosão das armaduras Corrosão é a interação destrutiva de um material com o ambiente, seja por reação química, ou eletroquímica, que ocorre em meio aquoso. A corrosão de armadura no concreto armado é um fenômeno que só acontece quando as condições de proteção proporcionadas pelo cobrimento desse concreto são insuficientes. Para muitos, o fenômeno da corrosão das armaduras é mais frequente do que qualquer outro fenômeno de deterioração das estruturas de concreto armado, comprometendo-as tanto do ponto de vista estético quanto do ponto de vista da segurança. O mecanismo de corrosão do aço no concreto é eletroquímico, tal qual a maioria das reações corrosivas em presença de água ou ambiente úmido. Esta corrosão conduz à formação de óxidos/hidróxidos de ferro, produtos de corrosão avermelhados, pulverulentos e porosos, denominados ferrugem, e só ocorre nas seguintes condições: Deve existir um eletrólito; deve existir uma diferença de potencial; deve haver oxigênio; podem existir agentes agressivos. No concreto armado a corrosão é considerada eletroquímica (como vimos acima), ocorrendo em meio aquoso, necessitando de um eletrólito, uma diferença de potencial, oxigênio e agentes agressivos. A corrosão afeta diretamente a durabilidade, pois diminui a seção do aço, reduzindo a vida útil da estrutura. A deterioração de inúmeras obras devido à corrosão da armadura é um dos principais problemas associados à durabilidade do concreto. A corrosão das armaduras é a patologia mais recorrente nas estruturas de concreto armado, causando problemas tanto na estética quanto na utilização e segurança das estruturas. O processo corrosivo se caracteriza por provocar a destruição do aço e, consequentemente, danos estruturais. Os sinais mais comuns são: fissuras e trincas, manchas na superfície, desagregações, deformação excessiva, destacamento do concreto, entre outros. Como danos estruturais entendemos a diminuição da área de seção transversal, a perda de aderência entre o concreto e a armadura e a fissuração do concreto, provocada pelo acúmulo de produtos de corrosão junto às barras de armadura, que podem levar ao desplacamento do concreto nos estágios mais avançados. 15 Além do dano causado pela patologia no que diz respeito à resistência mecânica da estrutura, ainda há o agravante de facilitar a penetração de outros agentes nocivos, que podem prejudicar ainda mais as armaduras e o concreto. Figura 3 – Corrosão do Pilar Fonte: (2) Figura 4- A corrosão de armaduras é, de fato, preocupante em termos de segurança. Fonte: (2) 4.1.3 Degradação e Eflorescência Quando a desagregação acontece, a estrutura perde a capacidade de resistir aos esforços solicitados, e a eflorescência são marcas de bolor, decorrentes da infiltração de água. São manchas normalmente brancas que se forma sobre as superfícies, além de alterar fortemente o aspecto visual do concreto, também causa 16 desagregação. Trata-se da formação de depósitos salinos na superfície do concreto. As causas mais comuns são infiltrações de água. Figura 5- Eflorescência Fonte: (3) 4.1.4 Sobrecarga As sobrecargas são causadoras de patologia quando o engenheiro calculista realiza o projeto de forma a obedecer aos valores indicados pelas normas vigentes, mas que durante a utilização da estrutura são acrescidas cargas que ultrapassam a que foi usada no projeto, vindo assim a gerar patologias. Em geral, isto ocorre em depósitos em que se armazenam equipamentos pesados. 4.2 Domínios de Deformação Denomina-se domínio de deformações um intervalo convencional que compreende todas as possíveissituações de ruptura da seção transversal plana de um elemento linear de concreto armado, para uma determinada solicitação normal. Cada domínio de deformações de um elemento linear sob solicitações normais (que produzem tensões normais na seção) é identificado com um modo de ruptura, e por sua vez associado ao tipo de solicitação, às dimensões da seção e à taxa e disposição das armaduras de aço. 17 Reta A: corresponde à tração uniforme, caso em que toda a seção é tracionada de modo uniforme. A deformação na seção é representada por uma reta paralela á face da seção, que é a origem das deformações. O estado limite último é atingido por deformação plástica excessiva da armadura sendo caracterizado por um alongamento de 1%. A seção resistente é constituída somente pelas armaduras. Domínio 1: corresponde ao caso de tração não uniforme. Toda a seção é tracionada, mas de modo não uniforme. O estado limite último e caracterizado por deformação plástica excessiva da armadura de 1%. A seção resistente é composta apenas pela armadura. Domínio 2: corresponde às situações em que o estado limite último é atingido pelo alongamento da armadura em 1% e o encurtamento da fibra mais comprimida de concreto é inferior a 0,35%. %. A reta do diagrama de deformações na seção passa pelo ponto A. Domínio 3: corresponde à flexão simples e flexão composta com grande excentricidade. Abrange os casos em que o estado limite último é alcançado na 13 borda comprimida da seção com o encurtamento de 0,35% e o alongamento na armadura está compreendido entre 1% e yd ε ,. Cobre o campo de profundidade da linha neutra desde y x > 0.259 até x ≤ x . Esta é a situação desejável para projeto, pois os materiais são aproveitados de forma econômica e a ruína poderá ser avisada pelo aparecimento de muitas fissuras motivadas pelo escoamento da armadura. As peças de concreto armado nestas condições são denominadas peças sub-armadas. Domínio 4: abrange os casos de flexão simples e flexão composta com grande excentricidade. 0 estado limite último é caracterizado pela ruptura do concreto comprimido sem que haja escoamento da armadura. As peças de concreto armado nestas condições são denominadas peças super armadas e devem ser evitadas tanto quanto possíveis. 18 Domínio 5: refere-se à compressão não uniforme, com toda a seção de concreto comprimida. 0 estado limite último e atingido pela ruptura do concreto comprimido com encurtamento na borda mais comprimida situado entre 0,35% e 0,20%, dependendo da posição da linha neutra, mas constante e igual a 0,2% na fibra que passa pelo ponto C. Reta B: corresponde à compressão uniforme, caso em que toda a seção é comprimida de modo uniforme. A deformação na seção é representada por uma reta paralela a face da seção, que é a origem das deformações. Figura 6- gráfico de domínios da deformação Autoria própria Peças sub armadas: Possuem taxa de armadura muito pequena e rompem no domínio 2. Peças normalmente armadas: a ruptura ocorre no domínio 3,com esmagamento do concreto e com escoamento da armadura (ruptura semelhante ao das peças sub armadas); Peças super armadas: A ruptura ocorre no domínio 4. Em virtude do excesso de armação, o aço não chega a escoar e a ruptura ocorre por esmagamento do concreto (ruptura frágil). Para evitar este tipo de situação emprega‐se a armadura dupla (uma tracionada e uma comprimida). 19 4.3 Rupturas típicas por flexão Figura 7- Esmagamento do concreto armado Fonte: (4) Quando as vigas são superdimensionadas ou produzidas com concreto de baixa resistência, há a formação de trincas na zona de compressão, caracterizando o esmagamento do concreto. Essas trincas podem ocorrer devido à vários fatores, dentre eles: mal dimensionamento da viga (erro na bitola ou no número de barras de aço), aplicação de sobrecarga no decorrer da obra que não foi prevista em projeto, carregamento precoce da estrutura e finalmente por erros de concepção estrutural. 4.4 Recuperação O procedimento para a recuperação de elementos estruturais não se da de maneira tão trivial. Após feita a verificação das trincas e fissuras na viga, uma verificação de cálculo estrutural deverá ser feita por um projetista estrutural para avaliar o tipo de reforço e tratamento que o elemento deverá ser submetido. Fibra de carbono - Viapol Carbon CFW 300 é uma manta de fibra de carbono para reforço estrutural com direção única de seus filamentos. A aplicação é feita com resinas especiais à base de epóxi e moldada in loco. 20 O sistema Viapol Carbon CFW 300 oferece os seguintes benefícios: Elevada resistência à tração e poder de aderência; Fácil aplicação; Baixíssimo peso e espessura; Rapidez na execução dos reforços; Não sofre efeitos de corrosão em ambientes marinhos ou industriais; Resistente à fadiga; Ideal para uso como reforço estrutural em concreto, alvenaria e madeira. Figura 8- Manta de Fibra de Carbono Fonte: (5) 21 Figura 9- Lajes reforçadas mediante aplicação de tecido de fibra de carbono nas faces inferiores das vigotas. Fonte: (6) 22 5 ESTUDO DE CASO Ponte dos Remédios SP: No inicio de Junho de 1998, em Osasco na grande São Paulo, a Ponte dos Remédios foi interditada devido a uma fissura de grandes proporções. No apoio da obra-de-arte e uma abertura de 15 cm de laje superior. Causando o impedimento de uma das mais importantes vias de transporte do país, a marginal do rio Tietê. Com um prejuízo financeiro estimado em R$ 200 milhões. Figura 10- Ponte dos Remédios - SP Fonte: (7) Viaduto Guararapes – Belo Horizonte MG O viaduto estava sendo construído na Avenida Pedro I, em Belo Horizonte. No dia 3 de julho, uma alça da obra desabou e atingiu dois caminhões, um ônibus e um carro. Duas pessoas morreram e 23 ficaram feridas. Segundo os peritos, o bloco de sustentação do viaduto foi construído com apenas um décimo da ferragem necessária. O erro estaria no projeto apresentado pela prefeitura, que determinava um número inferior de materiais do que o usual para o porte da obra. O resultado foi que o bloco não tinha material o suficiente para sustentar o pilar e a alça. “Acho que foi um milagre não ter caído antes", disse Catão Francisco Ribeiro, um dos responsáveis pela perícia 23 Figura 11 – Viaduto em Belo Horizonte MG Fonte:(8) Edifício Palace II Desabamento parcial do Edifício Palace II, com 22 pavimentos, na cidade do Rio de Janeiro, em Fevereiro de 1998, causando a morte de 8 pessoas e o desalojamento de 130 famílias. O Ministério Público chegou a acusar Naya por negligência. Ele supostamente teria usado materiais baratos e de baixa qualidade na construção do prédio. Até mesmo areia da praia teria sido utilizada na mistura do concreto da construção – algo que o então deputado sempre negou. Figura 12 – Edifício Palace II Fonte :(9) 24 REFERÊNCIAS 1 NOAL, Bruno Alexandre Mainardi. Entendendo as trincas e fissuras. Disponível em: <http://www.mapadaobra.com.br/inovacao/entendendo-as- trincas-e-fissuras/>. Acesso em: 02 abr. 2018. 2 CORROSÃO de armadura: o que causa e como amenizar esse dano? 2017. Disponível em: <http://www.tecnosilbr.com.br/conteudo/?p=110>. Acesso em: 02abr. 2018. 3 ENG. MARCOS STORTE. Manifestações Patológicas na Impermeabilização de Estruturas de Concreto em Saneamento. Disponível em: <http://www.forumdaconstrucao.com.br/conteudo.php?a=20&Cod=703>. Acesso em: 02 abr. 2018. 4 KERKOFF, Matheus Abreu. Trincas de flexão em vigas de concreto armado. Disponível em: <https://guideengenharia.com.br/trincas-de-flexao-de- vigas/>. Acesso em: 02 abr. 2018. 5 VIAPOL EUCLID GROUP. VIAPOL CARBON CFW 300. Disponível em: <http://www.viapol.com.br/produtos/recuperação-e-reforço/reforço-estrutural/viapol- carbon-cfw-300/>. Acesso em: 05 abr. 2018. 6 REY, Decio. Reforço Estrutural de estrutura constituída em concreto armado com fibra de carbono. Disponível em: <https://pt.linkedin.com/pulse/reforço-estrutural-de-lajes-e-vigas-implantação- tomógrafo-decio-rey>. Acesso em: 05 abr. 2018. 7 ARCOVERDE, LÉo. Desabamento interdita ponte dos Remédios. Disponível em: <http://www1.folha.uol.com.br/fsp/cotidian/10880- desabamento-interdita-ponte-dos-remedios.shtml>. Acesso em: 05 abr. 2018. 25 8 ÉPOCA, RedaÇÃo. Bloco de sustentação do pilar de viaduto que caiu em BH tinha apenas 10% do aço necessário.Disponível em<https://epoca.globo.com/tempo/noticia/2014/07/viaduto-que-caiu-em-bh-btinha- apenas-10-do-aco-necessariob.html>. Acesso em: 06 abr. 2018. 9 FERNANDES, Ana Carolina. Desabamento do edifício Palace 2, no Rio de Janeiro, completa 15 anos. Disponível em: <https://noticias.uol.com.br/album/2013/02/22/desabamento-do-edificio-palace-2-no- rio-de-janeiro-completa-15-anos.htm>. Acesso em: 06 abr. 2018.
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