Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
UNIVERSIDADE PAULISTA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ENGENHARIA CIVIL ALEX JUNIO LIMA DE SOUSA AMANDA STEFANI FERREIRA PERES DOS SANTOS JAQUELINE ANTONIO DOS SANTOS JULIANA JOICE DIOGO DA SILVA TULIO RAPHAEL RUELA MAGALHÃES MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO UM ESTUDO DE CASO GOIÂNIA 2018 UNIVERISDADE PAULISTA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ENGENHARIA CIVIL ALEX JUNIO LIMA DE SOUSA AMANDA STEFANI FERREIRA PERES DOS SANTOS JAQUELINE ANTONIO DOS SANTOS JULIANA JOICE DIOGO DA SILVA TULIO RAPHAEL RUELA MAGALHÃES MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO UM ESTUDO DE CASO GOIÂNIA 2018 Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à banca de avaliação do curso de Engenharia Civil da Universidade Paulista - UNIP como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil. Orientadora: Prof. Esp. Lívia Gabriella de Melo Sousa. Orientador: Profº. TIAGO FERNANDES COSTA, Esp. UNIP - Universidade Paulista - Campus Flamboyant - Goiânia Engenharia Civil FOLHA DE AVALIAÇÃO MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO UM ESTUDO DE CASO ALEX JUNIO LIMA DE SOUSA AMANDA STEFANI FERREIRA PERES DOS SANTOS JAQUELINE ANTONIO DOS SANTOS JULIANA JOICE DIOGO DA SILVA TULIO RAPHAEL RUELA MAGALHÃES Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Paulista como requisito parcial para obtenção do título de graduação em Engenharia Civil. BANCA EXAMINADORA Prof. Esp. Lívia Gabriella de Melo Sousa – Orientadora Nota atribuída: (..............) Prof. Msc. Sara Brandão Nota atribuída: (..............) Prof. Msc Thiago Lopes dos Santos Nota atribuída: (..............) Média: (........................) Resultado: _____________ Data: 29/10/2018. AGRADECIMENTOS Agradecemos primeiramente a Deus, que nos deu força, paciência e resiliência, para resistir às dificuldades do caminho e não desistir. Aos nossos pais, familiares e companheiros, pelo apoio e compreensão oferecidos nos momentos difíceis, sempre nos incentivando a perseverar quando as coisas não saiam como gostaríamos e comemorando conosco cada uma das batalhas vencidas. Agradecemos a todos os professores que deixaram sua contribuição para nossa formação. Especialmente, à nossa orientadora Lívia Melo, pela atenção, paciência e pelo carinho a nós oferecido durante esse percurso. RESUMO O ato de se projetar uma edificação envolve, em todos os aspectos, objetivos em longo prazo, uma vez que é extremamente desejável que a edificação tenha uma longa vida útil. Portanto, as medidas tomadas em todas as etapas do processo construtivo, desde o planejamento e projeto até a utilização e manutenção por parte dos usuários, são de extrema importância para garantir a durabilidade das estruturas. Logo, a desatenção em uma dessas etapas pode ocasionar o aparecimento de manifestações patológicas. O tipo de ambiente em que a edificação está inserida também tem grande influência para o surgimento dessas manifestações. O presente trabalho tem por finalidade apresentar, analisar, identificar as possíveis causas e sugerir soluções para os principais tipos de manifestações patológicas de uma edificação de terminal de ônibus, através de inspeção visual, realização de ensaio não destrutivo e preenchimento de um checklist. Palavras-chave: Patologias. Corrosão. Carbonatação ABSTRACT The act of designing a building involves, in all respects, long-term goals, since it is highly desirable that the building has a long service life. Therefore, the steps taken in all stages of the construction process, from planning and design to user use and maintenance, are extremely important to ensure the durability of the structures. Therefore, inattention at one of these stages can lead to the appearance of pathological manifestations. The type of environment in which the building is inserted also has great influence for the emergence of these manifestations. The present work aims to present, analyze, identify the possible causes and suggest solutions for the main types of pathological manifestations of a bus terminal, through visual inspection, nondestructive testing and completion of a checklist. Keywords: Pathologies. Corrosion. Carbonation LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 - Viga de concreto armado .......................................................................... 14 Figura 2 - Pilar de concreto armado .......................................................................... 15 Figura 3 - Planta de fôrma simples com duas lajes maciças ..................................... 16 Figura 4 - Desempenho ao longo do tempo .............................................................. 24 Figura 5 - Estrutura de concreto armado fissurada ................................................... 27 Figura 6 - Fissuras causadas por movimentação de fôrmas ..................................... 29 Figura 7 - Escoramentos mal executados ................................................................. 30 Figura 8 - Trincas geradas por recalque diferencial de fundações ............................ 31 Figura 9 - Estrutura comprometida por RAA ............................................................. 34 Figura 10 - Ensaio de tração por compressão diametral ........................................... 36 Figura 11 - Ensaio de rompimento de viga por imposição de flexão simples ............ 36 Figura 12 - Trincas de cisalhamento em viga ............................................................ 37 Figura 13 - Fissuras devido à tensão cisalhante ....................................................... 37 Figura 14 - Fissuras causadas por torção em elementos estruturais ........................ 38 Figura 15 - Fissuras causadas por esforços de compressão .................................... 39 Figura 16 - Aplicação de fenolftaleína em estrutura de concreto armado para verificação de carbonatação...................................................................................... 41 Figura 17 - Manchas brancas causadas pela dissolução dos componentes do concreto que contem cálcio ....................................................................................... 42 Figura 18 - Estrutura de concreto armado em estado de corrosão ........................... 45 Figura 19 - Reforço com concretado projetado ......................................................... 52 Figura 20 - Reforço com chapas metálicas ............................................................... 53 Figura 21 - Concretagem com lançamento de concreto ............................................ 53 Figura 22 - Concretagem com concreto projetado .................................................... 54 Figura 23 - Reforço para torção utilizando chapas metálicas .................................... 54 Figura 24 - Reforço para compressão com armadura suplementar .......................... 55 Figura 25 - Reforço para cisalhamento com estribos ................................................ 56 Figura 26 - Reparo de fissura por costura ................................................................. 57 Figura 27 - Esclerômetro de reflexão ........................................................................ 60 Figura 28 -Corte transversal do terminal .................................................................. 61 Figura 29 - Ônibus comum ........................................................................................ 62 Figura 30 – Ônibus articulado ................................................................................... 62 Figura 31 - Esboço da disposição dos pilares da estrutura ....................................... 63 Figura 32 – Pilar em concreto armado ...................................................................... 64 Figura 33 - Pilar em concreto armado apresentando rachaduras verticais na região da base do pilar, próximo à aresta ............................................................................ 65 Figura 34 - Pilar P10 apresentando desplacamento do cobrimento de concreto, bem como corrosão das armaduras com perda de seção e rompimento de estribos ....... 66 Figura 35 - Pedra esmeril .......................................................................................... 66 Figura 36 - Demarcação do pilar para realização de ensaio de esclerometria .......... 67 Figura 37 - Ábaco do equipamento modelo CONTROLS 58-C0181/N ..................... 69 Figura 38 - Resistencia superficial do concreto - Pilar P6 ......................................... 69 Figura 39 – Trecho do checklist ................................................................................ 70 Figura 40 - Índice de deterioração ............................................................................. 70 Figura 41 - Estrutura metálica apresentando sinais de corrosão .............................. 72 Figura 42 - Estado geral dos pilares do Terminal ...................................................... 73 Figura 43 - Fenda vertical no pilar P4 ....................................................................... 74 Figura 44 - Armadura longitudinal em estado de corrosão avançada e estribos rompidos - Pilar P6 .................................................................................................... 74 Figura 45 - Apoio dos pilares..................................................................................... 75 Figura 46 - Deficiência no cobrimento das armaduras - P10 .................................... 76 Figura 47 - Pilares P16 e P13 apresentando fissura vertical próximo à aresta ......... 77 Figura 48 – A (P4 - fenda vertical) / B (P9 – expansão) / C (P29 - escarificação do cobrimento e pequena exposição da armadura longitudinal) / D (P30 - escarificação do concreto e exposição da armadura da viga)......................................................... 78 Figura 49 - A (Pilar P6) / B (Pilar P8) / C (Pilar P10)..................................................79 LISTA DE QUADROS Quadro 1 - Classes de agressividade ambiental (CAA) ............................................ 21 Quadro 2 - Correspondência entre a classe de agressividade ambiental e o cobrimento nominal para Δc = 10 mm ....................................................................... 22 Quadro 3 - Correspondência entre a classe de agressividade e a qualidade do concreto .................................................................................................................... 22 Quadro 4 - Leituras obtidas do Pilar P6 .................................................................... 80 Quadro 5 - Leituras obtidas do pilar P10 ................................................................... 81 Quadro 6 - Leituras obtidas do Pilar P32 .................................................................. 82 9 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ...............................................................................................................................................11 1.1 OBJETIVOS ...................................................................................................................................................... 12 1.1.1 OBJETIVOS GERAIS ........................................................................................................................................ 12 1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................................................................. 12 1.2 JUSTIFICATIVA ................................................................................................................................................. 12 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .............................................................................................................................14 2.1 ELEMENTOS ESTRUTURAIS .................................................................................................................................. 14 2.2 O CONCRETO ARMADO - CONCEITO E HISTÓRIA ...................................................................................................... 16 2.3 QUALIDADES DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO ........................................................................................... 19 2.4 DURABILIDADE ................................................................................................................................................ 20 2.5 VIDA ÚTIL ...................................................................................................................................................... 23 2.6 PATOLOGIAS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO ............................................................................................ 24 2.6.1 FISSURAÇÃO NO CONCRETO ARMADO................................................................................................................ 25 2.6.1.1 FISSURAÇÃO POR ASSENTAMENTO PLÁSTICO DO CONCRETO ................................................................................ 27 2.6.1.2 FISSURAÇÃO POR DESSECAÇÃO SUPERFICIAL .................................................................................................... 28 2.6.1.3 MOVIMENTAÇÃO DE FÔRMAS E ESCORAMENTOS .............................................................................................. 28 2.6.1.4 VARIAÇÃO DE TEMPERATURA ....................................................................................................................... 30 2.6.1.5 RETRAÇÃO HIDRÁULICA ............................................................................................................................... 31 2.6.1.6 RECALQUE DE ELEMENTOS DE FUNDAÇÃO ....................................................................................................... 31 2.6.1.7 REAÇÃO EXPANSIVA COM SULFATOS ............................................................................................................... 32 2.6.1.8 REAÇÃO ÁLCALIS-AGREGADO (RAA) .............................................................................................................. 32 2.6.1.9 FALHAS NOS DETALHES CONSTRUTIVOS ........................................................................................................... 34 2.6.1.10 TRAÇÃO ................................................................................................................................................. 35 2.6.1.11 FLEXÃO .................................................................................................................................................. 36 2.6.1.12 CISALHAMENTO ....................................................................................................................................... 37 2.6.1.13 TORÇÃO ................................................................................................................................................. 38 2.6.1.14 COMPRESSÃO..........................................................................................................................................38 2.6.2 CARBONATAÇÃO ........................................................................................................................................... 39 2.6.3 LIXIVIAÇÃO NO CONCRETO .............................................................................................................................. 42 2.6.4 CORROSÃO NO AÇO ....................................................................................................................................... 43 2.7 RECUPERAÇÕES DE ESTRUTURAS COM INCIDÊNCIAS PATOLÓGICAS .............................................................................. 45 2.7.1 PROCEDIMENTO DE REPARO EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO QUE APRESENTAM LIXIVIAÇÃO ............................. 45 2.7.2 PROCEDIMENTO DE REPARO EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO QUE APRESENTAM CORROSÃO NO AÇO ................. 46 2.7.3 PROCEDIMENTO DE REPARO EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO QUE APRESENTAM CARBONATAÇÃO ..................... 48 2.7.4 PROCEDIMENTO DE REPARO EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO QUE SOFRERAM AÇÃO DE SULFATOS ..................... 49 10 2.7.5 PROCEDIMENTOS DE REPAROS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO QUE APRESENTAM FISSURAS ............................ 50 2.7.5.1 FISSURAS DEVIDO À FLEXÃO .......................................................................................................................... 51 2.7.5.2 FISSURAS DEVIDO À TORÇÃO ........................................................................................................................ 53 2.7.5.3 FISSURAS DEVIDO À COMPRESSÃO ................................................................................................................. 55 2.7.5.4 FISSURAS DEVIDO AO CISALHAMENTO ............................................................................................................ 56 2.7.6 COSTURA DAS FISSURAS (GRAMPEAMENTO) ....................................................................................................... 56 2.7.7 A TÉCNICA DE SELAGEM DE FISSURAS................................................................................................................. 57 2.7.8 A TÉCNICA DE INJEÇÃO DE FISSURAS .................................................................................................................. 58 2.8 ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS ............................................................................................................................... 58 3 METODOLOGIA DE PESQUISA ......................................................................................................................61 3.1 CARACTERIZAÇÃO DA OBRA ................................................................................................................................ 61 3.2 CARACTERIZAÇÃO DA EDIFICAÇÃO........................................................................................................................ 63 3.3 COLETA DE DADOS “IN LOCO” ............................................................................................................................. 64 3.4 ANÁLISE DE DADOS ........................................................................................................................................... 70 4 ANÁLISE DE RESULTADOS ............................................................................................................................72 4.1 ESTADO GERAL DA ESTRUTURA ............................................................................................................................ 72 4.2 PILARES QUE APRESENTAM NÍVEL DE DETERIORAÇÃO TOLERÁVEL ............................................................................... 76 4.3 PILARES QUE APRESENTAM NÍVEL DE DETERIORAÇÃO ALERTA .................................................................................... 77 4.4 PILARES QUE APRESENTAM NÍVEL DE DETERIORAÇÃO CRÍTICO ................................................................................... 79 4.5 RESULTADOS DO ENSAIO DE ESCLEROMETRIA ......................................................................................................... 80 5 CONCLUSÃO .................................................................................................................................................83 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................................................86 APÊNDICE 1 .....................................................................................................................................................93 11 1 INTRODUÇÃO No Brasil, a grande maioria das estruturas foram e ainda são construídas em concreto armado. Devido ao processo acelerado do desenvolvimento de nosso país, no final da década de 1970, algumas obras foram realizadas em ritmo intenso, ficando a desejar a questão da qualidade e da durabilidade das estruturas de concreto armado. Além disso, a má qualificação da mão-de-obra contribuiu para que várias obras dessa época, sobretudo as do final da década de 1970, apresentem hoje um estado de degradação acentuada. (ÂNGELO, 2004). Mediante essa realidade, normas foram sendo aperfeiçoadas e estudos sendo realizados, de forma a minimizar o surgimento de patologias estruturais e evitar que novas construções sofram o mesmo destino. Souza e Ripper (1998) define patologias da construção como sendo um crescente ramo da engenharia civil, que tem o objetivo de estudar as origens, causas, fatores agravantes e consequências das situações onde a estrutura não apresenta o desempenho mínimo previsto em projeto. Para Do Carmo (2003), a ciência da patologia das construções estuda os sintomas, causas e origens dos vícios construtivos que ocorrem na construção de edificações, e a partir do estudo das fontes desses vícios, é possível de se evitar que a ocorrência de problemas patológicos se torne algo comum nas edificações modernas. O presente trabalho discorre a respeito das manifestações patológicas que possam ocorrer em estruturas de concreto armado, buscando determinar suas causas e conhecer suas formas de disseminação, além de trazer soluções para estruturas já danificadas, e sua divisão, em 05 capítulos, se dá conforme listado a seguir: Capítulo 1 – Introdução; Capítulo 2 – Revisão bibliográfica; Capítulo 3 – Metodologia; Capítulo 4 – Resultados e discussões; Capítulo 5 – Conclusão. 12 1.1 Objetivos A seguir serão descritos os objetivos gerais e específicos. 1.1.1 Objetivos Gerais Realizar um estudo de caso em um terminal de ônibus que apresenta indícios de manifestações patológicas aparentes, identificando suas possíveis causas e desenvolvimento. 1.1.2 Objetivos Específicos Para a análise das manifestações patológicas do terminal de ônibus, foram considerados os seguintes itens: ● A existência de trincas ou fissuras na estrutura e qual a disposição e as dimensões das mesmas; ● Observar se há redução da seção das barras de aço devido à corrosão; ● Realizar ensaio de esclerometria no concreto, utilizando – se um equipamento chamado esclerômetro de reflexão, o qual fornece a resistência à compressão superficial do elemento estrutural; ● Verificar ainda, se há indícios de alguma outra manifestação patológica aparente. Após realização da inspeção visual e do ensaio de esclerometria na estrutura, preencher checklist que auxiliará na verificação das causas da manifestação patológica e sugerir uma solução para a estrutura danificada. 1.2 Justificativa Considerando – se que as estruturas de uma edificação são responsáveis pela sua sustentação, preservar sua integridade é de vitalimportância. Segundo a NBR 15575, integridade estrutural é a capacidade da estrutura de evitar o colapso progressivo da mesma na ocorrência de danificações localizadas. Esses danos podem constituir patologias estruturais capazes de levar uma edificação a estados indesejados. A norma define alguns desses estados: 13 a) Ruína: característica do estado limite último, seja ou por ruptura, ou perda de estabilidade ou deformação excessiva; b) Falha: ocorrência que compromete o estado de utilização do sistema ou elemento, por fissuração, deslocamentos acima de limites aceitáveis, avarias no sistema ou no elemento estrutural ou nas interfaces com outros sistemas ou elementos; c) Deformação: variação da distância entre pontos de um corpo submetido a uma determinada tensão, com modificação de sua forma e volume primitivos; d) Fissuração de elementos estruturais: seccionamento na superfície ou em toda seção transversal de um componente, com abertura capilar, provocada por tensões normais ou tangenciais. Vários fatores podem afetar a durabilidade das estruturas, levando ao aparecimento de manifestações patológicas e em certos casos, até aos estados citados acima. Portanto, deve – se atentar a qualquer sinal de manifestação patológica, avaliando suas causas e tomando medidas corretivas e preventivas, para garantir a durabilidade e integridade dessa estrutura. Segundo Do Carmo (2003), o conhecimento da causa que gerou o problema é importante para que se possa prescrever a terapêutica adequada, uma vez que se tratar os sintomas sem eliminar a causa, o problema tende a se manifestar novamente. A existência de patologias nas estruturas de concreto armado é preocupante, uma vez que sua evolução pode levar edificações ao desabamento, em casos extremos, colocando em risco tanto bens materiais quanto a vida dos usuários. 14 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Neste capítulo, será abordada toda a fundamentação teórica do estudo proposto, a qual direcionará o estudo de caso. 2.1 Elementos estruturais A estrutura é a parte resistente da construção, formada por um conjunto de elementos como lajes, vigas e pilares. As estruturas correntes de concreto armado destinam-se as edificações residenciais, comerciais e industriais. Sua concepção envolve a aplicação de conhecimentos da teoria das estruturas para a determinação dos esforços solicitantes e da resistência dos materiais (TANGO, 1993). As peças que compõem uma estrutura são chamadas de elementos estruturais, no qual, uma ou duas de suas dimensões prevalecem sobre as demais. (CARVALHO e FIGUEIREDO FILHO, 2010). ● Vigas As vigas são elementos onde sua função básica é vencer vãos e transmitir as cargas para os apoios, como mostra a figura 1. O eixo geométrico varia de acordo com sua aplicação estrutural, podendo ser retas e horizontais ou curvas. As cargas que nelas chegam, geralmente, são perpendiculares ao eixo longitudinal, porém, forças normais de tração e compressão, momentos de torção também podem ocorrer na direção do eixo longitudinal (BASTOS, 2015). Figura 1 - Viga de concreto armado Fonte: BASTOS (2015). 15 ● Pilares Os pilares são responsáveis por receber as cargas de uma edificação e transmitir diretamente para as fundações. De maneira geral, os pilares são submetidos principalmente aos esforções de flexo – compressão, podendo alterar conforme as suas posições, assim como descreve Giongo (2007): Os pilares são submetidos à flexão composta. Os pilares são identificados, segundo as suas posições no desenho de fôrma do pavimento tipo como sendo de canto, submetidos à flexão composta oblíqua, de extremidade, submetidos, simplificadamente a flexão normal composta, e, intermediário, submetidos à compressão centrada (GIONGO, 2007). A figura 2 mostra o exemplo de um pilar recebendo os esforções de uma viga. Figura 2 - Pilar de concreto armado Fonte: BASTOS (2015). ● Lajes Segundo Bastos (2015), as lajes são classificadas como elementos planos bidimensionais, que são aquelas onde duas dimensões, o comprimento e a largura, são da mesma ordem de grandeza e muito maiores que a terceira dimensão, a 16 espessura. As lajes são também chamadas elementos de superfície, ou placas. [...] as ações são comumente perpendiculares ao plano da laje, podendo ser divididas em distribuídas na área, distribuídas linearmente ou forças concentradas. Embora menos comuns, também podem ocorrer ações externas na forma de momentos fletores, normalmente aplicados nas bordas das lajes. As ações são normalmente transmitidas para as vigas de apoio nas bordas da laje, mas eventualmente também podem ser transmitidas diretamente aos pilares, quando são chamadas lajes lisas. As lajes são elementos estruturais responsáveis por transmitirem as cargas que nelas chegam para as vigas e em seguida para os pilares, como mostra a figura 3, mas também podem ser transmitidas diretamente para os pilares (FERREIRA, 2013). 2.2 O concreto armado - conceito e história No final do século XIX os sistemas construtivos usuais eram as estruturas em madeira e em alvenaria. Como a madeira, embora abundante na época, apresentasse os problemas de durabilidade e combustão (muitas cidades sofreram sinistros de grandes proporções) (CARVALHO, 2008.). A invenção do cimento romano ocorreu em 1796, pelo inglês J.Parker, e a do cimento Portland pelo francês Figura 3 - Planta de fôrma simples com duas lajes maciças Fonte: BASTOS (2015). 17 J. Aspdin, no ano de 1824 deram origem aos mais recentes desenvolvimentos em obras de concreto. Em meados do século XIX, foram adotados pela primeira vez na França, armaduras de aço em peças de concreto (LEONHARDT e MONNIG, 2008). A história do concreto armado no Brasil começou em 1904, no Rio de Janeiro, com a construção de um conjunto de seis prédios pela Empresa de Construções Civis, sob responsabilidade do engenheiro Carlos Poma (VASCONCELOS e JUNIOR, 2005). A maior parte das edificações novas construídas nas áreas urbanas brasileiras estão baseadas nesse sistema, e isso vale tanto para as construções formais ou legalizadas, quanto para as informais. Nenhum outro material de construção é tão consumido no Brasil quanto o cimento, ingrediente principal do concreto armado e essencial para os tipos de vedação que o acompanham (OLIVEIRA E SANTOS, 2008). O desenvolvimento do concreto deve-se, sem dúvida, à sua facilidade de conformação. Em pouco tempo verificou-se que o novo material apresentava boa resistência à compressão, porém baixa resistência à tração, o que motivou a adição de aço à argamassa de concreto, originando o concreto armado. O concreto armado surgiu da necessidade de aliar a durabilidade da pedra com a resistência do aço, com as vantagens do material composto poder assumir qualquer forma, com rapidez e facilidade, e com o aço envolvido e protegido pelo concreto para evitar a sua corrosão (CARVALHO, 2008). O concreto é o material mais utilizado na construção civil e em geral é basicamente um composto originado da mistura de pelo menos um aglomerante, no caso o cimento e, também, água, pedra e areia, além de outros materiais eventuais, os aditivos. O cimento ao ser hidratado pela água forma uma pasta que adere aos fragmentos agregados, formando uma mistura resistente e de fácil modelagem, possuindo alta resistência a compressão, assim quando endurecida forma um bloco monolítico se adequandoas exigências necessárias (LIMA et al., 2014). Segundo Neville (2013) o concreto, no sentido mais amplo, é qualquer produto ou massa produzido a partir do uso de um meio cimentante. O concreto pode ser produzido com vários tipos de cimento e conter pozolanas, como cinza volante, escória de alto-forno, sílica ativa, adoções de minerais, agregados de 18 concreto reciclado, aditivos, polímeros e fibras. Além disso, esses concretos podem ser aquecidos, curados a vapor, auto clavados, tratados a vácuo, prensados ou impactados (shock-vibrated), extrudados e projetados. O concreto, material de considerável resistência à compressão, aliado ao aço, que possui excelente resistência à tração, possibilitaram a existência de elementos solicitados por tensões de tração e compressão numa mesma secção. Por concreto armado, endente-se o concreto com barras de aço nela imersas, o concreto é considerado “armado” com uma armadura de aço (dizia-se antigamente armiert devido ao francês béton armé). O concreto armado é, pois, um material de construção composta, no qual a ligação entre o concreto e a armadura de aço é devida à aderência do cimento e a efeitos de natureza mecânica. Ele é obtido por meio da associação entre concreto simples e armadura convenientemente colocada de tal modo que ambos resistam solidariamente aos esforços solicitantes (LEONHARDT e MONNIG, 2008). A aderência entre a armadura de aço e o concreto é um dos mecanismos mais importantes para a existência das estruturas de concreto armado, uma vez que para absorver os esforços solicitantes, os dois materiais devem atuar conjuntamente (LORRAIN et al., 2014). Através da aderência garante-se que as barras da armadura, como um todo, apresente um alongamento ε igual ao das fibras vizinhas de concreto (LEONHARDT e MONNIG, 2008). O concreto armado possui como principais vantagens: ● Apresenta boa resistência à maioria das solicitações (SANTOS, 2007); ● Em diversas situações, pode competir com as estruturas de aço em termos econômicos (LEONHARDT e MONNIG, 2008); ● Possibilita a utilização da pré-moldagem (SANTOS e PIANA, 2010); ● É um material durável desde que seja bem executado (ASSIS e BITTENCOURT, 2002), conforme as normas, e evitado o uso de aceleradores de pega, cujos produtos químicos podem corroer as armaduras; ● Tem boa trabalhabilidade, e por isso se adapta a várias formas, podendo assim, ser escolhida a mais conveniente do ponto de vista estrutural, dando maior liberdade ao projetista (SANTOS, 2007); 19 ● Permite obter estruturas monolíticas, o que não ocorre com as de aço, madeira e pré-moldadas. Existe aderência entre o concreto já endurecido e o que é lançado posteriormente, facilitando a transmissão de esforços; ● As técnicas de execução são razoavelmente dominadas em todo o país; ● Apresenta durabilidade e resistência ao fogo superiores em relação a madeira e ao aço, desde que os cobrimentos e a qualidade do concreto estejam de acordo com as condições do meio em que está inserida a estruturas; ● É resistente a choques e vibrações, fogo, efeitos térmicos, atmosféricos e desgastes mecânicos (LEONHARDT e MONNIG, 2008). As desvantagens do concreto armado: ● Dificuldade de realizar modificações (OLIVEIRA e SANTOS, 2008); ● Resulta em elementos com maiores dimensões que o aço, o que, com seu peso específico elevado (y = 25 kN/m³), acarreta em peso próprio muito grande, limitando seu uso em determinadas situações ou elevando bastante seu custo (LEONHARDT e MONNIG, 2008); ● As reformas e adaptações são, muitas vezes, de difícil execução; ● É bom condutor de calor e som, exigindo, em casos específicos, associação com outros materiais para sanar esses problemas; ● São necessários um sistema de fôrmas e a utilização de escoramentos (quando não se faz uso da pré-moldagem) que geralmente precisam permanecer no local até que o concreto alcance resistência adequada (SANTOS, 2007). 2.3 Qualidades das estruturas de concreto armado Para Brandão (1998), as estruturas de concreto devem apresentar um nível satisfatório de qualidade e se comportar adequadamente durante sua construção e por toda a vida útil especificada, resistindo a todas as ações e influências ambientais passíveis de ocorrer e a circunstâncias acidentais, sem apresentar danos desproporcionais às causas de origem. Neste sentido, o projeto estrutural tem a finalidade de conferir às estruturas esta capacidade de desempenhar apropriadamente suas funções, nas condições de uso previstas, de modo a evitar custos extraordinários e inesperados com sua manutenção e reparo. 20 Segundo a NBR 6118 (2014), as estruturas de concreto devem ser projetadas, construídas e utilizadas de modo que sob as condições ambientais previstas e respeitadas as condições de manutenção preventiva especificadas no projeto, conservem sua segurança, estabilidade, aptidão em serviço e aparência aceitável, durante um período pré-fixado de tempo, sem exigir medidas extras de manutenção e reparo. 2.4 Durabilidade Durabilidade é o resultado da interação entre a estrutura de concreto, o ambiente e as condições de uso, de operação e de manutenção. Portanto não é uma propriedade inerente ou intrínseca à estrutura, à armadura ou ao concreto. Uma mesma estrutura pode ter diferentes comportamentos, ou seja, diferentes funções de durabilidade no tempo, segundo suas diversas partes, até dependente da forma de utilizá-la (ANDRADE, 2011). De acordo com Brandão (1998), a deterioração relativamente precoce de estruturas recentes remete aos porquês das patologias do concreto, resultantes de uma somatória de fatores, dentre os quais, estão: erros de projeto e de execução, inadequação dos materiais, má utilização da obra, agressividade do meio ambiente, falta de manutenção e ineficiência ou ausência de controle da qualidade na construção civil. Helene (1997) considera os seguintes aspectos como sendo problemas para redução da durabilidade das estruturas: ● A classificação da agressividade do meio ambiente (ao concreto e á armadura); ● A classificação da resistência do concreto (e da armadura) a um determinado tipo de agente agressivo; ● Os modelos (de preferência numéricos) de deterioração e envelhecimento das estruturas de concreto; ● A correspondência entre a agressividade do meio e a resistência à deterioração e ao envelhecimento da estrutura de concreto; 21 ● E, finalmente, a vida útil desejada, ou seja, o período que se deseja que a estrutura atenda a certos requisitos funcionais e de segurança com mínimo de exigências de manutenção. De acordo com a NBR 6118 (2014), a durabilidade das estruturas é altamente dependente das características do concreto e da espessura e qualidade do concreto do cobrimento da armadura. Em seu item 6.4.1, a norma diz que a agressividade do meio ambiente está relacionada às ações físicas e químicas que atuam sobre as estruturas de concreto, independentemente das ações mecânicas, das variações volumétricas de origem térmica, da retração hidráulica e outras previstas no dimensionamento das estruturas. Devem ser classificadas de acordo com o quadro 1. Quadro 1 - Classes de agressividade ambiental (CAA) Classe de Agressividade Ambiental Agressividade Classificação geral do tipo de ambiente para efeito de projeto Risco de deterioração da estrutura I Fraca Rural Insignificante Submersa II Moderada Urbana (a,b) Pequeno III Forte Marinha (a) Grande Industrial (a,b) IV Muito forte Industrial (a,c) Elevado Respingos de maré (a) Pode-se admitir um microclima com uma classe de agressividademais branda (uma classe acima) para ambientes internos secos (salas, dormitórios, banheiros, cozinhas e áreas de serviço de apartamentos residenciais e conjuntos comerciais ou ambientes com concreto revestido com argamassa e pintura). (b) Pode-se admitir uma classe de agressividade mais branda (uma classe acima) em obras em regiões de clima seco, com umidade média relativa do ar menor ou igual a 65 %, partes da estrutura protegidas de chuva em ambientes predominantemente secos ou regiões onde raramente chove. (c) Ambientes quimicamente agressivos tanques industriais, galvanoplastia, branqueamento em indústrias de celulose e papel, armazéns de fertilizantes, indústrias químicas. Fonte: NBR 6118:2014 Uma vez que o aço tem um grande potencial oxidativo, o tipo de ambiente em que o mesmo está imerso tem grande impacto sobre sua durabilidade. A norma estabelece que para cada tipo de ambiente, é necessário um cobrimento mínimo de armadura para garantir a preservação do aço, conforme quadro 2. 22 Quadro 2 - Correspondência entre a classe de agressividade ambiental e o cobrimento nominal para Δc = 10 mm Tipo de estrutura Componente ou elemento Classe de Agressividade Ambiental I II III IV Cobrimento nominal (mm) Concreto Armado Laje (b) 20 25 35 45 Viga/Pilar 25 30 40 50 Elementos estruturais em contato com o solo (d) 30 40 50 Concreto protendido (a) Laje 25 30 40 50 Viga/Pilar 30 35 45 55 Fonte: NBR 6118:2014 A NBR 6118 (2014), ainda determina que sejam adotados os requisitos mínimos de classe de concreto e relação água/cimento, em função da classe de agressividade do ambiente, expressos no quadro 3. Quadro 3 - Correspondência entre a classe de agressividade e a qualidade do concreto Concreto (a) Tipo (b,c) Classe de Agressividade I II III IV Relação água/cimento em massa CA ≤ 0,65 ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,45 CP ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,50 ≤ 0,45 Classe de concreto (ABNT NBR8953) CA ≥ C20 ≥ C25 ≥ C30 ≥ C40 CP ≥ C25 ≥ C30 ≥ C35 ≥ C40 O concreto empregado na execução das estruturas deve cumprir com os requisitos estabelecidos na ABNT NBR 12655 CA corresponde a componentes e elementos estruturais de concreto armado CP corresponde a componentes e elementos estruturais de concreto protendido Fonte: NBR 6118:2014 23 2.5 Vida Útil Existe uma proximidade entre os conceitos de vida útil e durabilidade que, às vezes, leva à utilização equivocada dos termos. Pode-se considerar que a vida útil é a quantificação da durabilidade que se supõe ser apenas uma qualidade da estrutura. A vida útil pode também ser entendida como o período de tempo durante o qual a estrutura é capaz de desempenhar bem as funções para as quais foi projetada (SILVA, 2001). Segundo a NBR 15575-1 (2013), a vida útil dos sistemas, elementos e componentes de uma edificação é entendida como o período durante o qual os mesmos mantêm o desempenho esperado, quando submetidos apenas às atividades de manutenção pré-definidas em projeto. Assim, considera-se que um material chegou ao fim de sua vida útil quando suas propriedades, sob dadas condições de uso, se deterioram a tal ponto que a continuação do uso desse material é considerada insegura ou antieconômica (ANDRADE, 1997). As condições adequadas de uso e operação da edificação são definidas em projeto, e o seu não atendimento pelos usuários pode afetar diretamente na obtenção do desempenho esperado ao longo da vida útil da edificação. Se a utilização da edificação for diferente daquela prevista em projeto, como por exemplo, a aplicação de cargas na estrutura muito superiores às previstas originalmente, vários requisitos de desempenho podem deixar de ser atendidos, tais como a segurança estrutural, a ausência de deformações, a estanqueidade, entre outros. Da mesma forma, as condições de operação das edificações, especialmente a elaboração e implementação de programas de manutenção corretiva e preventiva, também afetam de maneira importante a obtenção do desempenhado esperado ao lado do tempo (BORGES, 2008). A figura 4, extraída da Norma Brasileira de Desempenho de Edifícios - NBR 15575 (2013) ilustra a importância das manutenções para prolongar a vida útil. 24 2.6 Patologias em estruturas de concreto armado Em construção civil, uma patologia pode ser entendida como qualquer manifestação que possa vir a prejudicar o desempenho da edificação ao longo de sua vida útil. As causas de ocorrência dos fenômenos patológicos podem ser as mais diversas, desde o envelhecimento natural, acidentes, irresponsabilidade de profissionais e usuários que optam pela utilização de materiais fora das especificações ou não realizam a manutenção correta da estrutura, muitas vezes por razões econômicas, dentre outras (SOUZA, 1998). Normalmente os problemas patológicos estão relacionados à queda de desempenho das edificações, esta queda está diretamente relacionada com os danos e vícios construtivos que aparecem na edificação ao decorrer do tempo (DO CARMO, 2003). As causas mais comuns do surgimento de patologias em peças estruturais são: a) Falhas na concepção do projeto estrutural b) Erros na execução do projeto c) Uso de material de baixa qualidade d) Falta de manutenção na edificação Figura 4 - Desempenho ao longo do tempo Fonte: NBR 15575 (2013). 25 e) Utilização da estrutura para fins diferentes do previsto em projeto, gerando esforços adicionais, para os quais a estrutura não fora dimensionada. Segundo Cascudo (1997), as patologias apresentam, em sua grande maioria, manifestações externas características, pelas quais pode-se deduzir a natureza, a origem e os mecanismos dos fenômenos envolvidos, possibilitando estimar suas prováveis consequências. Essas manifestações externas podem ser entendidas como os sintomas de uma patologia, conhecidas como manifestações patológicas, e é através desses sintomas que se podem determinar as naturezas da patologia. Muitas dessas patologias têm o aço como o principal material afetado, por ser a parte da estrutura de concreto armado mais suscetível ao ataque do meio ambiente, sendo assim, a armadura deve ficar protegida dos agentes agressores por uma espessura de concreto de cobrimento (MEDEIROS et al., 2011). 2.6.1 Fissuração no concreto armado Fissuras são aberturas que ocorrem na superfície do elemento estrutural, que podem evoluir ao ponto de expor as armaduras da peça, fazendo com que substâncias presentes no ambiente possam agredir essas armaduras, trazendo outras patologias que podem levar a estrutura à inutilização ou até à ruptura. A ocorrência de fissuras num determinado componente estrutural produz uma redistribuição de tensões ao longo do componente fissurado e até mesmo nos componentes vizinhos de maneira que a solicitação externa geralmente acaba sendo absorvida de forma globalizada pela estrutura ou parte dela (THOMAZ, 1989). Segundo a NBR 6118 (2014), a fissuração em elementos estruturais de concreto armado é difícil de ser controlada, devido à grande variabilidade e à baixa resistência do concreto à tração; mesmo sob as ações de serviço (utilização), valores críticos de tensões de tração são atingidos. Visando obter bom desempenho relacionado à proteção das armaduras quanto à corrosão e à aceitabilidade sensorial dos usuários, busca-se controlar a abertura dessas fissuras. 26 As fissuras podem ser classificadas em ativas e passivas. De acordo com Vitório (2003), as fissuras passivas quando chegam à sua máxima amplitude, estabilizam– se devido ao cessamento das causas que as geraram, como é o caso das fissuras de retração hidráulica ou das provocadas por um recalque diferencial de fundação que esteja estabilizado. Já as fissuras ativas são produzidas por ações de magnitude variáveis que provocam deformações também variáveis no concreto. É o caso das fissuras de origem térmica e das de flexão provocadas por ações dinâmicas. Os problemas existentes em uma estrutura avariada podem ser vários e muito complexos. A NBR 6118 (2014) determina que as fissuras são consideradas agressivas quando sua abertura na superfície do concreto armado ultrapassa determinados valores: a) 0,2 mm para peças expostas em meio agressivo muito forte (industrial e respingos de maré); b) 0,3 mm para peças expostas a meio agressivo moderado e forte (urbano, marinho e industrial); c) 0,4 mm para peças expostas em meio agressivo fraco (rural e submerso). No caso de as fissuras afetarem a funcionalidade da estrutura, como, por exemplo, no caso da estanqueidade de reservatórios, devem ser adotados limites menores para as aberturas das fissuras. As manifestações de problemas patológicos estruturais podem ser de alta complexidade, porém, uma análise detalhada do quadro de fissuração das peças estruturais de edificação auxilia na definição da magnitude do problema. (VITÓRIO, 2003). Deve-se analisar a posição das fissuras, a abertura e sua trajetória, pois as mesmas podem indicar as causas da manifestação patológica. Segundo Vitório (2003), pode – se classificar essas aberturas em: a) Fissura: abertura com espessura de até 0,5 mm; b) Trinca: abertura com espessura de 0,5mm a 1,00 mm; 27 c) Rachadura: abertura expressiva, podendo-se “ver” através dela e cuja espessura varia de 1,00mm até 1,5 mm; d) Fenda: abertura expressiva com espessura superior a 1,5mm. De acordo com Dal Molin (1988), os tipos de fissuras que ocorrem no concreto armado são resultados de diferentes mecanismos e podem se manifestar antes ou depois do endurecimento do concreto. Os tipos de fissuras que possam ocorrer no concreto antes do seu endurecimento (estado plástico) são: 2.6.1.1 Fissuração por assentamento plástico do concreto Durante as primeiras horas após o lançamento e adensamento do concreto, as partículas sólidas da mistura tendem a se movimentar para baixo devido a ação da gravidade (sedimentação), havendo um deslocamento do ar aprisionado e da água para a superfície (exsudação) (DAL MOLIN, 1988). Segundo Ângelo (2009), as fissuras devido ao assentamento plástico ocorrem entre o lançamento do concreto e o início do seu endurecimento, isto é, entre 10 minutos e 2 horas. Normalmente, essas fissuras são afastadas entre si de 0,3 a 1 metro e apresentam profundidade de 25 a 50 milímetros. Figura 5 - Estrutura de concreto armado fissurada Fonte: Site Faz Fácil (2018). 28 Segundo Mehta (1994), as fissuras devidas ao assentamento plástico podem ser evitadas utilizando-se a revibração do concreto antes do período de fim de pega. 2.6.1.2 Fissuração por dessecação superficial Esse tipo de fissura ocorre quando a velocidade de evaporação da água de amassamento é maior que a velocidade de percolação da água até a superfície do concreto, pelo efeito da exsudação, ou mesmo quando ocorre uma grande absorção de água pelos agregados ou pelas fôrmas (ÂNGELO, 2009). O grau de evaporação depende da temperatura, da velocidade do vento, da umidade relativa do ar, da qualidade da cura realizada e da temperatura superficial do concreto (DAL MOLIN, 1988). Segundo METHA (1994), a Portland Cement Association sugere que, quando a evaporação de água do concreto fresco exceder a 1litro/m² por hora, deverão ser tomadas medidas para se evitar fissuras. 2.6.1.3 Movimentação de fôrmas e escoramentos Segundo Dal Molin (1988), toda movimentação das fôrmas entre o momento do lançamento até o início da pega pode provocar o aparecimento de fissuras. Portanto, as fôrmas devem ser dimensionadas para resistir as cargas verticais e horizontais que lhes são aplicadas. Caso as fôrmas venham a se movimentar, Ângelo (2009) lista alguns inconvenientes que poderão ocorrer devido a essa movimentação: ● Formação de bolsas de água na massa de concreto, provocando o aparecimento e aceleração do processo corrosivo da armação; ● Descolamento da massa de concreto das barras de aço. Meneghetti (2016) cita algumas das principais causas da movimentação de fôrmas e escoramentos. São eles: ● Deslocamento de alguma escora por impacto ou por vibração excessiva ● Falta de travamento (contraventamento) ● Escoras fora de prumo ou muito esbeltas ou apoiadas de forma inadequada 29 ● Bases deformáveis ou instáveis ● Falta de amarração nos cantos das formas ● Falha na interpretação dos projetos ou na execução ● Velocidade de colocação da mistura de concreto ● Grande volume de concreto acumulado sobre a superfície ● Cargas excêntricas ● Elevadas pressões de impacto As fissuras causadas pela movimentação de fôrmas e escoras podem ser internas ou na superfície do concreto, sendo as internas um perigo potencial, pois formam uma bolsa de água na massa do concreto, facilitando o processo de corrosão de armaduras. Uma vez que ocorra a estabilização do conjunto de fôrmas ou o concreto não esteja mais em estado plástico, as fissuras se estabilizam (DAL MOLIN, 1988). A figura 6 mostra uma estrutura com fissuras causadas pela movimentação de fôrmas. Após o endurecimento do concreto, existem alguns fatores que podem causar sua fissuração. O mau posicionamento das escoras também podem provocar fissuras nas estruturas, como exemplifica a figura 7. Fonte: Meneghetti (2016). Figura 6 - Fissuras causadas por movimentação de fôrmas 30 2.6.1.4 Variação de temperatura Para Lapa (2008), variações bruscas de temperatura provocam danos sobre as estruturas, uma vez que a temperatura da superfície se ajusta rapidamente, enquanto a do interior se ajusta lentamente. Os efeitos são destacamentos do concreto causados pelos choques térmicos e fissuras de pequena ordem, que não alteram a capacidade de suporte nem trazem maiores riscos à estabilidade da estrutura, porém se não tratadas adequadamente, podem agravar-se ao passar do tempo. Segundo Marcelli (2007), as peças esbeltas e longas, como vigas contínuas de vários tramos ou em grandes panos de lajes, são as que mais sofrem com a variação de temperatura, principalmente quando existem vínculos que impedem uma livre movimentação da peça de concreto. Em caso de estruturas com dimensão maior que 30 metros, a NBR 6118 (2014) sugere o uso de juntas de dilatação, que são definidas como qualquer interrupção do concreto com a finalidade de reduzir tensões internas que possam resultar em impedimentos a qualquer tipo de movimentação da estrutura, principalmente em decorrência de retração ou variações de temperatura. Figura 7 - Escoramentos mal executados Fonte: Meneghetti (2016). 31 2.6.1.5 Retração hidráulica Este tipo de fissura acontece por cura malfeita do concreto. A perda da água na peça, o excesso de calor de hidratação e uma ineficiente proteção térmica do elemento estrutural geram tensões internas, provocando retração que resulta em esforços de tração (HELENE, 1992). Essas trincas podem ser evitadas se, na etapa de execução, for feito a cura apropriada. No caso de o problema já estar apresentado no elemento estrutural, deve-se proceder ao selamento,a fim de proteger as ferragens de ataques de agentes externos, que poderão se infiltrar por meio das fissuras (THOMAZ, 2003). 2.6.1.6 Recalque de elementos de fundação Com as cargas externas, todos os solos, em maior ou menor proporção, se deformam. Se as deformações forem diferenciadas ao longo do plano das fundações de uma obra, tensões de grande intensidade serão introduzidas na estrutura da mesma, podendo gerar o aparecimento de trincas (OLIVEIRA, 2012). Ângelo (2009) destaca que a configuração das fissuras devidas aos recalques de fundação pode ser variada, dependendo do ponto recalcado. Figura 8 - Trincas geradas por recalque diferencial de fundações Fonte: Ângelo (2009). 32 2.6.1.7 Reação expansiva com sulfatos De acordo com a NBR 6118 (2014), é a expansão por ação de águas ou solos que contenham ou estejam contaminados com sulfatos, dando origem a reações expansivas e deletérias com a pasta de cimento hidratado. A prevenção pode ser feita pelo uso de cimento resistente a sulfatos, conforme NBR 5737 (1992). De acordo com Souza e Ripper (1998), as reações expansivas podem dar origem a fissuras, resultando na perda da durabilidade do concreto em grande velocidade. Segundo Ângelo (2009), os sulfatos de magnésio (MgSO4), de cálcio (CaSO4) e de sódio (Na2SO4) — provenientes de águas residuais de indústrias ou habitações ou de águas subterrâneas, principalmente em solos de baixa porosidade — atacam o concreto reagindo quimicamente com o aluminato tricálcico hidratado (C3A), formando os sulfatos de cálcio (CaSO4) e sulfo-aluminato de cálcio (3CaSOAl2O3.CaSO4) respectivamente. Os dois principais meios de ataque por sulfatos são: reação com os produtos de hidratação do aluminato tricálcico não hidratado (C3A) produzindo etringita; e reação com o hidróxido de cálcio produzindo gipsita. No concreto endurecido, a formação da etringita resultante do ataque de sulfato pode levar à expansão, e, devido à baixa resistência à tração do concreto, pode fissurar a peça (COSTA, 2004). As reações são expansivas e chegam a ter aumento de volume da ordem de 27%. O concreto atacado possui aparência esbranquiçada. Geralmente a deterioração começa pelos cantos e arestas, os quais apresentam fissuras com aberturas pronunciadas, estendendo-se por toda a superfície atacada, sob a forma de “pele de crocodilo” (ÂNGELO, 2009). 2.6.1.8 Reação álcalis-agregado (RAA) Segundo a norma ABNT NBR 6118 (2014), é a expansão por ação das reações entre os álcalis do concreto e agregados reativos. 33 De acordo com Ângelo (2009), existem dois tipos de reações expansivas com os álcalis dos cimentos (Na+ e K+): álcali-sílica e álcali-carbonato. Essas reações só ocorrem em presença de água e quando a porcentagem dos íons de sódio e potássio (Na+ e K+) no cimento é superior a 0,6%. De acordo com Diamond (1975), a reação álcali-sílica é mais comum do que a reação álcali-silicato e álcali-carbonato. Os primeiros sinais são pipocamento da superfície do concreto, seguida de uma fissuração superficial com aspecto de mosaico. Posteriormente essas fissuras vão-se abrindo e tornando-se mais profundas. É gerado nesta reação um fluido viscoso álcali-silicoso. (ÂNGELO, 2009). Esse fluido tem aspecto de gel, e, segundo Neto e Barreto (2013), incha com a presença de umidade, podendo causar tensões de até 11 Mpa, provocando fissuras internas no concreto por tração. Segundo Mehta e Monteiro (2008), as expansões e fissurações devidas à RAA podem comprometer o concreto, resultando em perda de resistência, elasticidade e durabilidade. Ângelo (2009) cita vários fatores influenciam o desenvolvimento da reação álcali-agregado, dentre eles: ● Teor de álcalis do cimento e teor de sílica ou carbonato do agregado; ● Tamanho e porosidade das partículas. Quanto mais finas e mais porosas mais rápida será a reação; ● Temperatura em que se processa a reação; ● Quantidade de umidade presente no concreto; ● Quantidade de agregado reativo. Embora o cimento Portland seja a principal fonte de álcalis no concreto, eles também podem ser provenientes do agregado por intercâmbio de reações, de águas 34 de amassamento (águas alcalinas, como a do mar) e de pozolanas. (DAL MOLIN, 1988). Paulon (1981) afirma que a RAA resulta em produtos que, na presença de umidade, são expansivos e geram fissurações, além disso, podem comprometer as estruturas de concreto. A ocorrência de RAA é mais comum em obras que estejam expostas à umidade como por barragens, pontes, viadutos, chamadas “obras-de- arte”, entretanto também podem ocorrer em edificações e obras habitacionais, em especial as fundações, onde o concreto fica em contato direto com a umidade. Vitório (2003) enfatiza que esse tipo de reação provoca trincas de grande magnitude na superfície das estruturas, que genericamente se dispõem no sentido longitudinal da peça, interconectado por finas trincas aleatórias transversais, assim como mostra a figura 9. Figura 9 - Estrutura comprometida por RAA Fonte: Blog da Engenharia (2018). 2.6.1.9 Falhas nos detalhes construtivos A pouca clareza do detalhamento, a insuficiência de seções de aço, as incorretas considerações de esforços e o acúmulo de barras de aço em uma seção dificultando a concretagem são algumas das causas da ocorrência de fissuração (CÁNOVAS, 1988). 35 Ângelo (2009) cita como sendo as principais causas de fissuração por falha em detalhes construtivos: ● O detalhamento inadequado dos aços nos consolos ou mísulas; ● Posicionamento incorreto das armaduras negativas de lajes em balanço, ● Armação deficiente nas áreas de mudança de direção dos esforços, ● Comprimento de ancoragem pequeno, ● Falta de armação de pele ou de armação de reforço nas aberturas de vigas ou laje Alguns casos de fissuração no concreto endurecido têm como causa a atuação de sobrecargas, que, segundo Thomaz (1989), podem produzir a fissuração de componentes estruturais, tais como pilares, vigas e paredes. Sobrecargas previstas ou não, podem provocar trincas em estruturas de concreto armado, sem que isso implique necessariamente em ruptura ou instabilidade da estrutura. A sobrecarga em uma estrutura pode ser gerada por diversos fatores, como: falhas nos cálculos estruturais, utilização da edificação para fins diferentes do previsto em projeto, utilização de material de baixa qualidade, dentre outros. De acordo com Ângelo (2009), esforços de flexão, cisalhamento, ou torção, dentre outros, são capazes de produzir fissuração em elementos de concreto. Para cada um deles existe uma configuração típica. 2.6.1.10 Tração As fissuras aparecerão assim que a resistência à tração do concreto for inferior à tensão atuante na seção. Elas ocorrerão sempre perpendiculares à direção das deformações principais de tração (ANGELO, 2009). Esse tipo de fissura é bastante regular, sempre perpendicular às armaduras, atravessando toda a seção (VITÓRIO, 2003). 36 A figura 10 apresenta um ensaio de tração por compressão diametral para determinação de parâmetros de resistência. 2.6.1.11 Flexão Os elementos submetidos a esforços de flexão apresentam fissuras em sua região tracionada. As fissuras localizadas no terço médio do vão são praticamente verticais, sendo que as maiores ocorrem na face de maior tração, ficando mais finas à medida que se aproximam da linha neutra. Próximo aos apoios, as fissuras tendem a se inclinar, ficando a 45 ou 60 graus, paraelementos de maior altura (ANGELO, 2009). Na figura 11, a viga ensaiada é submetida à flexão simples, evidenciando as fissuras que ocorrem no centro da viga, indicando tração na face inferior da peça. Fonte: Faria (2001). Fonte: Blog da Engenharia (2018). Figura 10 - Ensaio de tração por compressão diametral Figura 11 - Ensaio de rompimento de viga por imposição de flexão simples 37 2.6.1.12 Cisalhamento De acordo com Vitório (2003) as fissuras de cisalhamento, provocadas pelo esforço cortante, são inclinadas e surgem inicialmente nas proximidades dos apoios, manifestando-se também na parte média das vigas. São geralmente causadas pela deficiência das armaduras de cisalhamento. Esse tipo de fissura ocorre devido à excesso de carga, armadura insuficiente ou disposta erroneamente. As trincas ocorrem normalmente nos pontos de cortante máxima, (figura 12). A figura 13 mostra as fissuras em uma viga após a mesma, passar por um ensaio de cisalhamento. Fonte: Blog da Engenharia (2018). Fonte: Marcelli (2007). Figura 12 - Trincas de cisalhamento em viga Figura 13 - Fissuras devido à tensão cisalhante 38 2.6.1.13 Torção Segundo Marcelli (2007), situações que provocam uma rotação no plano da seção transversal do elemento estrutural, gerando deformações acima da capacidade de suporte da peça, surgem as fissuras características de torção. Elas são inclinadas aproximadamente a 45° e aparecem nas duas faces laterais da viga na forma de segmentos de retas reversas, (figura 14). Fonte: Marcelli (2007). As fissuras de torção podem aparecer em vigas de bordo, por excessiva deformabilidade da laje; também são originadas de cargas excêntricas em vigas, ou em vigas que servem de engaste para marquises. Tais fissuras aparecem simultaneamente em todas as faces livres da peça estrutural com desenvolvimento helicoidal (VITÓRIO, 2003). 2.6.1.14 Compressão Algumas vigas e pilares, dependendo da atuação dos esforços, podem trabalhar num sistema duplo de solicitação, no caso flexão e compressão. Nessas condições, pode haver um acúmulo de tensões na região comprimida, surgindo algumas trincas características (MARCELLI, 2007). Considerando que o concreto é o principal responsável por absorver os esforços de compressão, trincas geradas por excesso de compressão são as que exigem mais atenção, pois podem evoluir ao ponto de levar a estrutura ao colapso. Um exemplo disso é quando surgem trincas em um dos pilares da edificação, fazendo com que os esforços que eram direcionados a esse elemento sejam Figura 14 - Fissuras causadas por torção em elementos estruturais 39 redistribuídos entre os pilares vizinhos, gerando nos demais pilares sobrecargas não previstas em projeto. As fissuras verticais próximas às quinas dos pilares podem ser provenientes da insuficiência de estribos, que têm a função de diminuir o comprimento de flambagem das armaduras longitudinais (ANGELO, 2009). A figura 15 exemplifica de como esse tipo de fissuras são apresentadas nas estruturas. Fonte: Cânovas (1988). 2.6.2 Carbonatação Ângelo (2009) define carbonatação como um processo de alteração química do concreto que está relacionado à redução ou à perda da capacidade de proteger os aços. A pasta de cimento tem um pH mais alcalino, o que confere ao aço, além da proteção física, uma espécie de proteção química. Porém, diversos fatores podem afetar a alcalinidade da pasta, levando à perda dessa proteção. Figura 15 - Fissuras causadas por esforços de compressão 40 Segundo Vitório (2003), a carbonatação é a transformação do hidróxido de cálcio – Ca (OH)2 -, com alto pH, em carbonato de cálcio - CaCO3 -, que tem um pH mais neutro. Nessa reação química, a alcalinidade do concreto é reduzida do pH acima de 12 para valores até próximos de 8,5, colocando o aço das armaduras em situação vulnerável à corrosão (ANGELO, 2009). A perda de PH do concreto representa um problema, pois em seu ambiente alcalino – PH variando de 12 a 13 -, as armaduras estão protegidas da corrosão, mas, abaixo de 9,5, tem-se o início do processo de formação de células eletroquímicas de corrosão, começando a surgir, depois de algum tempo, fissuras e desprendimentos da camada de cobrimento (VITÓRIO, 2003). A NBR 6118 (2014) recomenda o uso de concreto de baixa porosidade para minimizar este efeito. A região limite entre o concreto carbonatado e o não carbonatado é denominada de frente de carbonatação. A carbonatação sempre se processa da região externa da seção de concreto em direção ao seu interior (ANGELO, 2009). A despassivação da armadura ocorre justamente quando a frente de carbonatação atravessa o concreto de cobrimento e atinge a armadura, causando a perda da camada passivadora do aço, camada que protege a barra de corrosões. Desta forma, tem-se que a carbonatação do concreto proporciona o início do processo de corrosão da armadura (CASCUDO, 1997). De acordo com Neville (1997), a carbonatação é responsável pela redução da porosidade/permeabilidade superficial, aumento no peso da massa, aumento da resistência mecânica e um pequeno aumento da retração volumétrica. Devido ao clima brasileiro ser predominantemente quente e úmido esse tipo de patologia é muito comum em nosso território. O ensaio de carbonatação é um processo simples e um bom indicador de corrosão, tem baixo custo, porém, é parcialmente destrutivo, tornando necessário um procedimento de reparo após o ensaio. Segundo Ângelo (2009), essa solução apresenta-se incolor, com pH até 9,2. Para pH acima desse valor, a superfície do 41 concreto torna-se vermelha. Pode-se também fazer uso da timolftaleína, que se torna azulada quando o pH é 9,0, ou também fazer uso do amarelo de alizarina. A aplicação do indicador de pH deve ser realizada após a limpeza da superfície fraturada (com pincel ou ar comprimido), no máximo um minuto após a fratura (KAZMIERCZAK, 1996). A figura 16 mostra o efeito da fenolftaleína aplicada em concreto carbonatado, nota - se que as partes não carbonatadas apresentam coloração vermelha, ao passo que as partes carbonatadas não sofrem alteração de cor. Em suma, os fatores que podem levar à carbonatação do concreto são: ● Concentração elevada de CO2 no ambiente; ● Peças concretadas com concreto de alta permeabilidade, que facilitam a entrada de agentes agressores; ● Fator água/cimento elevado, que resulta em concreto poroso; ● Cura do concreto mal executada, resultando em um concreto com microfissuras; ● Alta umidade relativa do ambiente. Fonte: Site Peritos (2018). Figura 16 - Aplicação de fenolftaleína em estrutura de concreto armado para verificação de carbonatação 42 2.6.3 Lixiviação no concreto Segundo Lapa (2008), quando águas puras, com pouco ou nenhum íon de cálcio entram em contato com a pasta de cimento Portland, elas tendem a hidrolisar ou dissolver os produtos contendo cálcio. O hidróxido de cálcio é o constituinte que, devido à sua solubilidade alta em água pura, é mais sensível à eletrólise, ocorrendo a lixiviação. Os produtos contendo cálcio são facilmente dissolvidos em águas puras. Ao serem dissolvidos, podem ser carregados para fora da estrutura, ocasionando asmanchas esbranquiçadas características dessa patologia (figura 17). Além da perda de resistência, a lixiviação do hidróxido de cálcio pode ser indesejável por razões estéticas. Frequentemente, o produto da lixiviação interage com o CO2, presente no ar, e resulta na precipitação de crostas brancas de carbonato de cálcio na superfície, fenômeno conhecido como eflorescência (MEHTA et al., 1994). Figura 17 - Manchas brancas causadas pela dissolução dos componentes do concreto que contem cálcio Fonte: Site Mapa da Obra (2018). 43 2.6.4 Corrosão no aço O aço das armações é protegido da corrosão devido à alta alcalinidade do concreto, que favorece o surgimento de uma camada passivadora sobre a superfície da armadura. Segundo SILVA (1995), esta película se caracteriza por ter espessura da ordem de 0,4Å, baixa condutividade iônica, baixa solubilidade, boa aderência ao aço a largo espectro de potenciais no qual permanece estável. Porém, alguns fatores poderão afetar negativamente essa proteção: ● Porosidade elevada do concreto; ● Cobrimento de armadura insuficiente para a classe ambiental do local em que se encontra a estrutura; ● Existência de trincas no concreto, que favorecem a entrada de agentes agressivos. Os danos por corrosão podem afetar a capacidade estrutural dos componentes estruturais, devido fundamentalmente à diminuição da seção transversal das armaduras, à perda de aderência entre o aço e o concreto e a fissuração deste (HELENE, 2003). Lapa (2008) afirma que a corrosão no aço costuma se apresentar, inicialmente, em pequenos trechos localizados, logo se generalizando; o aço, inicialmente mergulhado em meio alcalino, visto que o concreto é básico, está em sua forma passiva, que somente se altera quando atacado por cloretos, sulfatos e sulfetos, que podem estar na própria massa do concreto ou proveniente do meio ambiente. Segundo Cánovas (1988), a maioria das corrosões nas armações das estruturas de concreto armado se dá pelo processo eletroquímico, através da reação de oxirredução. Em casos excepcionais, pode também sofrer processo de corrosão química, isto é, o metal reage de forma homogênea em toda a superfície sem provocar o aparecimento de corrente elétrica, característica de reação de oxirredução. Para que o processo de corrosão ocorra, é necessária a existência de um anodo - o ferro, um catodo - o oxigênio presente no ar, um eletrólito - a água, meio 44 pelo qual os elétrons livres são transportados e uma diferença de potencial elétrico. Essa diferença de potencial pode ser gerada por: variações na faixa de pH, carbonatação do concreto, fissuras, cobrimento insuficiente ou concentração de tensões nas armaduras causadas por dobramentos ou na laminação do aço. Cascudo (2005) explica o processo de corrosão no aço da seguinte forma: “Na reação anódica são produzidos íons de ferro e elétrons, e no processo catódico esses elétrons são aproveitados na reação de redução de oxigênio, tendo-se como produto a hidroxila. Como se desprende do processo eletroquímico, há a formação de corrente elétrica, que se conduz pela armadura, no sentido anodo-catodo, fechando o circuito no sentido contrário de forma iônica pelo eletrólito. As reações químicas entre os produtos das reações eletroquímicas (íons ferro e hidroxilas) geram produtos de corrosão (óxidos e hidróxidos de ferro), de natureza expansiva”. Vitório (2003) afirma que a parte oxidada aumenta o seu volume em cerca de aproximadamente 8 vezes e a força da expansão expele o concreto do cobrimento, expondo totalmente a armadura à ação agressiva do meio. A continuidade desse fenômeno acarreta a total destruição da armação. Para Cánovas (1988), este aumento de volume, provoca tensões internas no concreto que podem chegar a 15 MPa. No processo corrosivo o aço se deteriora, reduzindo a área da sua seção transversal, e ocorre também a desintegração da união entre o concreto e o aço, reduzindo a capacidade de carga dos elementos estruturais (ÂNGELO, 2009). Para que o aço não sofra ações de processos corrosivos, é importante que: ● o pH esteja sempre acima de 9,5; ● o concreto seja o menos poroso possível; ● o cobrimento seja o mais homogêneo e obedeça às espessuras mínimas determinadas por norma, para cada classe ambiental; ● o concreto não apresente fissuras, trincas ou rachaduras. A corrosão eletroquímica é o tipo de corrosão que o engenheiro civil deve conhecer e com a qual deve se preocupar. Conhecendo melhor os mecanismos 45 envolvidos neste processo de degradação das estruturas de concreto armado, poderá evita-los e corrigi-los com sucesso (HELENE, 1993). A figura 18 ilustra uma estrutura com as armaduras expostas e visivelmente em estado de corrosão. Figura 18 - Estrutura de concreto armado em estado de corrosão Fonte: Blog da Engenharia (2018). 2.7 Recuperações de estruturas com incidências patológicas Após cada manifestação patológica ser identificada é necessário fazer as manutenções adequadas. A seguir serão apresentados, alguns reparos que podem ser utilizados de acordo com cada manifestação patológica. 2.7.1 Procedimento de reparo em estruturas de concreto armado que apresentam lixiviação De acordo com Vieira (2017), em casos de lixiviação, onde a armadura ainda não foi atingida, é necessário que seja retirado o concreto impróprio e realize uma limpeza para retirada do carbonato de cálcio, mediante o uso de hidro jateamentos. Entretanto, de acordo com Lapa (2008), alguns sais tornam - se insolúveis na água logo após entrarem em contato com a atmosfera, não sendo possível a remoção apenas com água, fazendo com que seja necessário o uso de soluções diluídas de ácido. 46 Ao utilizar o ácido para fazer a limpeza, é preciso ter cuidado, uma vez que, esta técnica não deve ser utilizada quando se tem uma espessura de cobrimento da armadura reduzida, ou quando o local deteriorado estiver próximo às juntas de dilatação, evitando assim que a solução penetre nessas juntas (SOUZA, 2006). Normalmente o ácido muriático (ácido clorídrico comercial) é o mais utilizado para esse tipo de lavagem, deve ser diluído em água na proporção de 1:6, essa solução é utilizada na remoção de tintas, ferrugens, graxas, carbonatos, resíduos e manchas de cimento, sendo mais eficiente que na aplicação de jatos d’água (GONÇALVES, 2015). Lapa (2008) define quatro etapas para seguir durante a realização da limpeza utilizando o ácido diluído: Saturar a superfície de concreto com água pura, para evitar a absorção da solução ácida; Aplicar a solução ácida em pequenas áreas, não maior que 0,5 m²; Aguardar 5 minutos e remover a mancha com uma escova dura; Lavar a superfície tratada com água pura, imediatamente após a remoção das manchas no concreto. Depizzol (2017), afirma que a principal maneira de evitar esse tipo de patologia é durante a preparação do concreto, ou seja, uma diminuição da água na relação água/cimento e um bom adensamento aumentam a impermeabilização do concreto, diminuindo assim as possibilidades de ocorrência. Outra maneira de prevenção é analisar se há presença de trincas ou fissuras na estrutura, pois permitem a absorção de água fazendo com que ocorra a lixiviação. Além do tratamento de trincas e fissuras, é importante também revestir as estruturas com pinturas hidrofugantes (GARCIA, 1999). 2.7.2 Procedimento de reparo em estruturas de concreto armado que apresentam corrosão no
Compartilhar