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1 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONSTRUÇÃO CIVIL CURSO DE ENGENHARIA CIVIL PATOLOGIA, RECUPERAÇÃO E REFORÇO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO PROFs. WELLINGTON MAZER CURITIBA – PR 2008 2 SUMÁRIO 1 – INTRODUÇÃO ................................................................................................................................... 6 1.1 – OBJETIVOS DA PATOLOGIA DAS CONSTRUÇÕES ............................................................................... 7 1.2 – IMPORTÂNCIA DA PATOLOGIA ESTRUTURAL ................................................................................... 7 1.3 – CONCEITOS ASSOCIADOS À PATOLOGIA DAS CONSTRUÇÕES ............................................................ 8 2 – DURABILIDADE ............................................................................................................................... 10 2.1 – CONCEITO DE DURABILIDADE SEGUNDO A NBR 6118:2003 ............................................................. 10 2.2 – AGRESSIVIDADE AMBIENTAL ........................................................................................................ 13 2.3 – MANUTENÇÃO ............................................................................................................................. 15 3 – ORIGEM DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS ................................................................................. 17 3.1 – PATOLOGIAS DEVIDO AO PROJETO ................................................................................................ 17 3.2 – PATOLOGIAS DEVIDO À EXECUÇÃO ............................................................................................... 18 3.3 – PATOLOGIAS DEVIDO AOS MATERIAIS ........................................................................................... 18 3.4 – PATOLOGIAS DEVIDAS À UTILIZAÇÃO ............................................................................................ 20 4 – SINTOMATOLOGIA .......................................................................................................................... 21 4.1- CONSIDERAÇÕES INICIAIS ............................................................................................................... 21 4.2 - IMPORTÂNCIA DA SINTOMATOLOGIA ............................................................................................ 21 4.3 – INSPEÇÃO E AVALIAÇÃO DOS SINTOMAS ....................................................................................... 23 4.4 – SINTOMAS MAIS COMUNS ............................................................................................................ 23 4.5 - FISSURAÇÃO ................................................................................................................................. 24 4.5.1 DENOMINAÇÃO DAS FISSURAS ........................................................................................................................ 25 4.5.2 CLASSIFICAÇÃO DAS FISSURAS ........................................................................................................................ 25 4.5.3 CARACTERIZAÇÃO DAS FISSURAS ..................................................................................................................... 26 4.5.4 ANÁLISE DAS FISSURAS .................................................................................................................................. 27 4.6 – SINTOMATOLOGIA DOS CONCRETOS ............................................................................................. 27 4.6.1 FISSURAS .................................................................................................................................................... 28 4.6.2 DESAGREGAÇÃO ...................................................................................................................................... 31 4.6.3 CORROSÃO DAS ARMADURAS ................................................................................................................. 32 4.6.4 CARBONATAÇÃO ..................................................................................................................................... 34 4.6.5 CORROSÃO DO CONCRETO ...................................................................................................................... 35 5 – DIAGNÓSTICO DE PATOLOGIAS ....................................................................................................... 36 5.1 – CONSIDERAÇÕES GERAIS .............................................................................................................. 36 5.2 – PATOLOGIAS DEVIDO AO PROJETO ................................................................................................ 36 5.2.1 MODELIZAÇÃO ESTRUTURAL INADEQUADA ....................................................................................................... 36 5.2.2 CONSIDERAÇÕES SOBRE A FISSURAÇÃO DE COMPONENTES DE CONCRETO ARMADO SUBMETIDOS A SOBRECARGAS ...................................................................................................................................................... 37 5.2.3 CONSIDERAÇÕES SOBRE A DEFORMABILIDADE DE COMPONENTES SUBMETIDOS À FLEXÃO ........................... 38 5.2.4 DETALHAMENTO ERRADO OU INSUFICIENTE...................................................................................................... 40 3 5.2.5 INADEQUAÇÃO AO AMBIENTE ........................................................................................................................ 41 5.2.6 INCORREÇÃO NA INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA ................................................................................................ 42 5.2.7 INCORREÇÃO NA CONSIDERAÇÃO DE JUNTAS DE DILATAÇÃO E MOVIMENTAÇÃO .................................................... 42 5.3 – PATOLOGIAS DEVIDA À EXECUÇÃO ................................................................................................ 43 5.3.1 DEFICIENCIAS DE CONCRETAGEM ........................................................................................................... 43 5.3.2 INADEQUAÇÃO DE FÔRMAS E ESCORAMENTOS ..................................................................................... 44 5.3.3 DEFICIÊNCIA NAS ARMADURAS ............................................................................................................... 45 5.4 – PATOLOGIAS DEVIDO AOS MATERIAIS ........................................................................................... 46 5.4.1 UTILIZAÇÃO INCORRETA DOS MATERIAIS ................................................................................................ 46 5.4.2 CAUSAS RELACIONADAS À NATUREZA DO MATERIAL CONCRETO .......................................................... 47 5.5 – PATOLOGIAS DEVIDO À FALTA DE MANUTENÇÃO .......................................................................... 52 5.5.1 FALHAS HUMANAS DURANTE A VIDA ÚTIL DA ESTRUTURA .................................................................... 52 5.5.2 AÇÕES FÍSICAS ......................................................................................................................................... 53 5.5.3 AÇÕES QUÍMICAS..................................................................................................................................... 54 5.5.4 AÇÕES BIOLÓGICAS.................................................................................................................................. 55 5.6 – MECANISMOS E CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DAS PATOLOGIAS DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ....... 57 5.6.1 DEFICIÊNCIAS DE PROJETO .............................................................................................................................57 5.6.2 CONTRAÇÃO PLÁSTICA DO CONCRETO ............................................................................................................. 61 5.6.3 RETRAÇÃO DO CONCRETO ............................................................................................................................. 62 5.6.4 FISSURAS CAUSADAS POR DEFICIÊNCIAS DE EXECUÇÃO ....................................................................................... 63 5.6.5 FISSURAS CAUSADAS POR REAÇÕES EXPANSIVAS ............................................................................................... 64 5.6.6 FISSURAS CAUSADAS PELA CORROSÃO DAS ARMADURAS .................................................................................... 64 5.6.7 FISSURAS CAUSADAS POR RECALQUES DIFERENCIAIS .......................................................................................... 66 5.6.8 FISSURAS CAUSADAS PELA VARIAÇÃO DE TEMPERATURA .................................................................................... 66 5.7 – DESAGREGAÇÃO DO CONCRETO ................................................................................................... 67 5.7.1 CAUSAS DA DESAGREGAÇÃO DO CONCRETO .......................................................................................... 67 6 – ENSAIOS PARA ESTUDOS PATOLÓGICOS .......................................................................................... 71 6.1 - INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 71 6.2 - INSPEÇÃO VISUAL ......................................................................................................................... 72 6.3 - ESCLEROMETRIA ........................................................................................................................... 74 6.3.1 GENERALIDADES .......................................................................................................................................... 74 6.3.2 SUPERFÍCIES A SEREM ENSAIADAS ................................................................................................................... 76 6.3.3 ÁREA DE ENSAIO .......................................................................................................................................... 76 6.3.4 IMPACTOS ................................................................................................................................................... 77 6.3.5 ESBELTEZ DOS ELEMENTOS, COMPONENTES E PEÇAS DE CONCRETO ..................................................................... 77 6.3.6 FATORES QUE INFLUENCIAM OS RESULTADOS ................................................................................................... 78 6.3.7 RESULTADOS ............................................................................................................................................... 79 6.4. ULTRA-SOM ................................................................................................................................... 80 6.4.1 INTRODUÇÃO............................................................................................................................................... 80 6.4.2 HISTÓRICO .................................................................................................................................................. 82 6.4.3 ONDAS ULTRA-SÔNICAS ................................................................................................................................ 82 6.4.4 APLICANDO O ULTRA-SOM ............................................................................................................................ 83 6.4.5 TÉCNICAS USADAS EM ULTRA-SOM ................................................................................................................. 83 6.4.6 VANTAGENS E LIMITAÇÕES EM COMPARAÇÕES COM OUTROS ENSAIOS ................................................................. 84 6.4.7 FATORES QUE INFLUENCIAM NA VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO E CONSIDERAÇÃO DOS SEUS EFEITOS NOS ENSAIOS ..... 85 6.4.8. RELAÇÕES ENTRE ULTRA-SOM E OUTROS ENSAIOS ............................................................................................. 85 6.5 - RADIOGRAFIA, RADIOSCOPIA E GAMAGRAFIA................................................................................ 87 6.5.1 INTRODUÇÃO............................................................................................................................................... 87 6.5.2 RADIOGRAFIA .............................................................................................................................................. 88 6.5.3 GAMAGRAFIA .............................................................................................................................................. 89 4 6.5.4 RADIOSCOPIA .............................................................................................................................................. 92 6.6 - RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO DE PINOS .......................................................................................... 92 6.6.1 INTRODUÇÃO............................................................................................................................................... 92 6.6.2 DESCRIÇÃO DO MÉTODO ............................................................................................................................... 93 6.6.3 VANTAGENS E LIMITAÇÕES ............................................................................................................................. 93 6.6.4 APLICAÇÕES ................................................................................................................................................ 94 6.6.5 FATORES QUE INFLUENCIAM OS RESULTADOS DO ENSAIO .................................................................................... 94 6.7 - MÉTODO DA MATURIDADE ........................................................................................................... 95 6.8 – OUTROS ENSAIOS ......................................................................................................................... 96 6.8.1 ENSAIO DE VERIFICAÇÃO DA CARBONATAÇÃO DO CONCRETO ............................................................................... 96 6.8.2 DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE CLORETOS NO CONCRETO ....................................................................... 96 6.8.3 DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE SULFATOS NO CONCRETO........................................................................ 98 6.9 - OUTROS EQUIPAMENTOS .............................................................................................................. 99 6.9.1 CONTROLE DE ABERTURA DE FISSURAS ................................................................................................... 99 7 - ESTRATÉGIA DE INSPEÇÃO, AVALIAÇÃO E DIAGNÓSTICO DAS PATOLOGIAS ................................ 101 7.1 - INTRODUÇÃO .............................................................................................................................. 101 7.2 – ESTRATÉGIAS DE INSPEÇÃO......................................................................................................... 102 7.2.1 LEVANTAMENTO DE DADOS ......................................................................................................................... 103 7.2.2 TÉCNICA DE INVESTIGAÇÃO .......................................................................................................................... 104 7.2.3 ANÁLISE DOS DADOS .................................................................................................................................. 108 7.3 - MÉTODOS DE CONDIÇÕES DE AVALIAÇÃO PÓS INSPEÇÃO .............................................................109 7.3.1 MÉTODO BÁSICO ....................................................................................................................................... 110 7.3.2 MÉTODO GERAL ........................................................................................................................................ 111 7.4 - DIAGNÓSTICO ............................................................................................................................. 113 8 – MATERIAIS PARA RECUPERAÇÃO E REFORÇO ................................................................................. 115 8.1 – INTRODUÇÃO ............................................................................................................................. 115 8.2 – MATERIAIS UTILIZADOS .............................................................................................................. 116 8.2.1 CONCRETO ................................................................................................................................................ 116 8.2.2 ARGAMASSAS ............................................................................................................................................ 116 8.2.3 ENDURECEDORES DE SUPERFÍCIE ................................................................................................................... 116 8.2.4 INIBIDORES DE CORROSÃO ........................................................................................................................... 116 8.2.5 OUTROS MATERIAIS .................................................................................................................................... 117 9 – TÉCNICAS DE RECUPERAÇÃO E REFORÇO ....................................................................................... 118 9.1 – PREPARO DO SUBSTRATO ........................................................................................................... 118 9.1.1 REMOÇÃO DO CONCRETO DETERIORADO ........................................................................................................ 118 9.1.2 LIMPEZA DA SUPERFÍCIE ............................................................................................................................... 120 9.1.3 DEMOLIÇÃO DO CONCRETO ......................................................................................................................... 122 9.2 – TRATAMENTO DE FISURAS .......................................................................................................... 123 9.2.1 IDENTIFICAÇÃO DO TIPO DE FISSURA E SELEÇÃO DA TÉCNICA A ADOTAR ................................................................ 123 9.2.2 MÉTODOS DE REPARO ................................................................................................................................. 123 9.3 – TRATAMENTO DE NINHOS .......................................................................................................... 127 9.4 – TRATAMENTO DE DESAGREGAÇÕES ............................................................................................ 128 9.5 – CORROSÃO DE ARMADURAS ....................................................................................................... 129 9.6 – ALVENARIAS E REVESTIMENTOS .................................................................................................. 130 5 10 – ANÁLISE DE REFORÇO ESTRUTURAL ............................................................................................. 132 10.1 – DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA RESUDUAL ............................................................................ 132 10.1.1 RESISTÊNCIA RESIDUAL DE PEÇAS FLETIDAS ................................................................................................... 132 10.1.2 RESISTÊNCIA RESIDUAL DE PEÇAS COMPRIMIDAS ............................................................................................ 133 10.2 – REFORÇO COM CHAPAS COLADAS ............................................................................................. 134 10.2.1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................................................... 134 10.2.2 DIMENSIONAMENTO DO REFORÇO .............................................................................................................. 135 10.3 – REFORÇO COM PERFIS METÁLICOS ............................................................................................ 138 10.3.1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................................................... 138 10.3.2 REFORÇO DE PILARES ................................................................................................................................ 139 10.3.3 REFORÇO DE VIGAS ................................................................................................................................... 140 10.4 – REFORÇO COM CONCRETO ARMADO ......................................................................................... 140 10.4.1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................................................... 140 10.4.2 REFORÇO DE PILARES ................................................................................................................................ 141 10.4.3 REFORÇO DE VIGAS ................................................................................................................................... 142 10.5 – REFORÇO COM CONCRETO PROTENDIDO .................................................................................. 143 10.6 – REFORÇO COM FIBRAS DE CARBONO ......................................................................................... 147 10.6.1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................................................... 147 10.6.2 MATERIAIS E PROPRIEDADES ...................................................................................................................... 148 10.6.3 PROCESSO CONSTRUTIVO .......................................................................................................................... 150 10.7 – REFORÇO DE FUNDAÇÕES ......................................................................................................... 153 10.7.1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................................................... 153 10.7.2 DEFEITOS NAS FUNDAÇÕES ........................................................................................................................ 153 10.7.3 CONCEITO DE REFORÇO DE FUNDAÇÃO......................................................................................................... 153 10.7.4 TIPOS DE SOLUÇÕES .................................................................................................................................. 154 10.7.5 ESCOLHA DO TIPO DE REFORÇO ................................................................................................................... 157 BIBLIOGRÁFIA CONSULTADA E RECOMENDADA .................................................................................. 158 6 1 – INTRODUÇÃO Desde os primórdios da civilização que o homem tem se preocupado com a construção de estruturas adaptadas às suas necessidades, sejam elas habitacionais (casas e edifícios), laborais (escritórios, indústrias, silos, galpões, etc.), ou de infra-estrutura (pontes, cais, barragens, metrôs, aquedutos, etc.). Com isto, a humanidade acumulou um grande acervo científico ao longo dos séculos, o que permitiu o desenvolvimento da tecnologia da construção, abrangendo a concepção,o cálculo, a análise e o detalhamento das estruturas, a tecnologia de materiais e as respectivas técnicas construtivas. O crescimento sempre acelerado da construção civil, em alguns países e épocas, provocou a necessidade de inovações que trouxeram, em si, a aceitação implícita de maiores riscos. Aceitos estes riscos, ainda que dentro de certos limites, a progressão do desenvolvimento tecnológico aconteceu naturalmente, e, com ela, o aumento do conhecimento sobre estruturas e materiais, em particular através do estudo e análise dos erros acontecidos, que têm resultado em deterioração precoce ou em acidentes. Apesar disto, e por ainda existirem sérias limitações ao livre desenvolvimento científico e tecnológico, além das ainda inevitáveis falhas involuntárias e casos de imperícia, tem sido constatado que algumas estruturas acabam por ter desempenho insatisfatório, se confrontadas com as finalidades a que se propunham. Este complexo conjunto de fatores gera o que é chamado de deterioração estrutural. Objetivamente, as causas da deterioração podem ser as mais diversas, desde o envelhecimento "natural" da estrutura até os acidentes. Designa-se genericamente por PATOLOGIA DAS CONSTRUÇÕES um novo campo da Engenharia das Construções que se ocupa do estudo das origens, formas de manifestação, conseqüências e mecanismos de ocorrência das falhas e dos sistemas de degradação das estruturas. Uma sistematização proposta para o estudo da Patologia das Construções levará os problemas patológicos a serem classificados como simples, cujo diagnóstico e profilaxia são evidentes, e complexos, que exigem uma análise individualizada e pormenorizada. Problemas patológicos simples: são os que admitem padronização, podendo ser resolvidos sem que o profissional responsável tenha obrigatoriamente conhecimentos altamente especializados; Problemas patológicos complexos: não convivem com mecanismos de inspeção convencionais e esquemas rotineiros de manutenção, obrigando a uma análise pormenorizada e individualizada do problema, sendo então necessários profundos conhecimentos de Patologia das Construções. 7 1.1 – OBJETIVOS DA PATOLOGIA DAS CONSTRUÇÕES Os objetivos a serem atingidos em um estudo patológico devem atender a diversas situações, podendo apenas identificar situações de risco no projeto até necessidades de intervenções urgentes. Entre as situações mais usuais, pode-se destacar os seguintes objetivos: - Projetos de componentes de sistemas: - Determinação de mecanismos de deterioração; - Avaliação da agressividade do meio x desempenho; - Apresentação de medidas de proteção preventiva; - Elaboração de projeto e detalhamento para execução; - Fornecimento de procedimentos de manutenção e utilização. - Manutenção de componentes e sistemas existentes: - Análise de mecanismos de deterioração; - Avaliação da agressividade do meio e impactos sobre os elementos; - Elaboração de ensaios dos materiais e de desempenho; - Elaboração de procedimentos de manutenção e utilização; - Elaboração de projeto de reparos, reforço ou recuperação; - Instrumentação e monitoração do desempenho de sistemas; - Avaliação do grau de segurança e confiabilidade. 1.2 – IMPORTÂNCIA DA PATOLOGIA ESTRUTURAL Cánovas (1988) ressalta que a patologia das construções está intimamente ligada ao conceito de qualidade, sendo que este último têm se desenvolvido nos últimos anos. No entanto com o desenvolvimento tecnológico, em particular da informática, e o conhecimento mais detalhado dos materiais, as estruturas tem se tornado mais esbeltas, consequentemente mais deformáveis, fato este que colabora para o surgimento de patologias. Sabe-se que as patologias nas construções são tão antigas quanto os próprios edifícios, pois há mais de 4.000 anos, o Código de Hamurabi já indicava cinco regras para prevenir defeitos nos edifícios, são elas: - Se um construtor faz uma casa para um homem e não a faz firme e seu colapso causa a morte do dono da casa, o construtor deverá morrer. 8 - Se causa a morte do filho do dono da casa, o filho do construtor deverá morrer. - Se causa a morte de um escravo do proprietário da casa, o construtor deverá dar ao proprietário um escravo de igual valor. - Se a propriedade for destruída, ele deverá restaurar o que foi destruído por sua própria conta. - Se um construtor faz uma casa para um homem e não a faz de acordo com as especificações e uma parede desmorona, o construtor reconstruirá a parede por sua própria conta. Sendo este o primeiro tratado conhecido sobre Patologia das Construções. É extremamente difícil conhecer a situação atual do problema patológico estrutural, pois assim como os êxitos são anunciados, a maioria dos fracassos, ou colapsos, são escondidos, impedindo seu estudo para evitar que o mesmo erro se repita. E quando uma falha é divulgada, procura-se um culpado, mas não se divulga a causa do colapso nem os métodos de estudo e análises. Robert Stevenson, presidente do Instituto Britânico de Engenharia já aconselhava, em 1856, que os acidentes de engenharia fossem analisados e divulgados, pois isto seria instrutivo para os alunos e profissionais da engenharia. Da mesma forma como os seres humanos, existem estruturas sadias e estruturas enfermas, que tiveram problemas em uma das etapas de seu desenvolvimento, que são projeto (gestação), execução (crescimento), conservação e manutenção (durante sua vida). Podendo ainda existir problemas de uso de materiais defeituosos ou inadequados. Também deve ser considerado que, assim como os seres humanos, as estruturas envelhecem com o passar do tempo, em um processo de degradação lento de seus materiais. 1.3 – CONCEITOS ASSOCIADOS À PATOLOGIA DAS CONSTRUÇÕES Agente: causa imediata que deu origem ao problema patológico. Agentes causadores de patologias: Deslocamentos de fundações, movimentação do terreno natural, efeitos de condições climáticas, alterações químicas dos materiais, retração e expansão dos materiais, defeitos de projeto, defeitos de execução, uso indevido da edificação, falta de manutenção, degradação dos materiais e componentes em função de seu envelhecimento natural. 9 Correção: eliminação dos defeitos acarretados pelos problemas patológicos. Diagnóstico: determinação das causas dos mecanismos de formação e da gravidade potencial de um problema patológico, com base na observação dos sintomas e na eventual realização de estudos específicos. Falha: é um descuido, uma atividade imprevista ou acidental que se traduz em um defeito ou dano. Origem: etapa do processo construtivo em que ocorreu um problema que se manifestará na forma de uma patologia. Patologia: é a ciência que estuda, de forma metodizada, a origem, os sintomas e a natureza dos defeitos e danos de uma edificação. Prognóstico: avaliações ou conjecturas, baseadas nos diagnósticos, que alerta a duração, evolução ou término do problema patológico. Profilaxia: ciência que estuda as medidas necessárias à prevenção das enfermidades. Recuperação: correção dos problemas patológicos. Reforço: aumento da capacidade resistente de um elemento estrutural. Sintoma: manifestação patológica. Terapia: ciência que estuda as medidas necessárias para sanar um problema patológico. 10 2 – DURABILIDADE Conforme conhecimento geral, muitas estruturas expostas ao meio ambiente agressivo têm mostrado uma deterioração prematura muito grave. Muitas têm alcançado um estado muito sério de degradação, com descamações e pedaços caindo.Alguns colapsos foram noticiados. Dessa maneira um dos conhecimentos que devem ser adicionados e avaliados para a definição da durabilidade de uma estrutura diz respeito à segurança residual das mesmas. Outra condição importante diz respeito à avaliação do grau de dano de maneira racional e a necessidade de seguir uma estratégia também racional para selecionar o método de recuperação mais conveniente. 2.1 – CONCEITO DE DURABILIDADE SEGUNDO A NBR 6118:2003 Exigências de durabilidade Segundo a NBR 6118:2003, as estruturas de concreto devem ser projetadas e construídas de modo que, sob as condições ambientais previstas na época do projeto e quando utilizadas conforme preconizado em projeto, conservem sua segurança, estabilidade e aptidão em serviço durante o período correspondente à sua vida útil. Vida útil Por vida útil de projeto, entende a NBR 6118:2003, como o período de tempo durante o qual se mantêm as características das estruturas de concreto sem exigir, em relação às prescrições de manutenção previstas, medidas extras de manutenção e reparo, isto é, após esse período que começa a efetiva deterioração da estrutura, com o aparecimento de sinais visíveis como: produtos de corrosão da armadura, desagregação do concreto, fissuras, etc. Esta norma pressupõe uma vida útil de no mínimo 50 anos, de acordo com as exigências de durabilidade. O conceito de vida útil aplica-se à estrutura como um todo ou às suas partes, dessa forma, determinadas partes da estrutura podem merecer considerações especiais com valor de vida útil diferente do todo. 11 O conhecimento da vida útil e da curva de deterioração de cada material ou estrutura são fatores de fundamental importância para a confecção de orçamentos reais para a obra, assim como de programas de manutenção adequados e realistas. Já por desempenho entende-se o comportamento em serviço de cada produto, ao longo da vida útil, e a sua medida relativa espelhará, sempre, o resultado do trabalho desenvolvido nas etapas de projeto, construção e manutenção. O código modelo MC-90 do CEB-FIP, indica que o período de vida útil das estruturas deve atingir um valor mínimo de 50 anos, desde que as estruturas sejam projetadas, executadas e mantidas conforme requisitos preconizados. No caso de estruturas especiais pode-se requerer um período de vida mais longo, como, por exemplo, 100 anos, ou mais curto, 25 anos ou menos, em função da importância da edificação ou do tipo de exposição a que estará submetida. O Structural Eurodoces, por sua vez, apresenta os seguintes valores para vida útil, constantes na Tabela 2.1: Vida Útil (anos) 4 50 Edificações Correntes 5 100 Pontes, Obras Públicas 2 10 - 25 Partes Substituíveis 3 15 - 30 Edificações Rurais Categoria Exemplo 1 10 Obras Temporárias Tabela 2.1 - Vida útil das edificações por categoria (Structural Eurocodes) Acontece que, no entanto, as estruturas e seus materiais deterioram-se mesmo quando existe um programa de manutenção bem definido, sendo esta deterioração, no limite, irreversível. O ponto em que cada estrutura, em função da deterioração, atinge níveis de desempenho insatisfatórios varia de acordo com o tipo de estrutura. Algumas delas, por falhas de projeto ou de execução, já iniciam as suas vidas de forma insatisfatória, enquanto outras chegam ao final de suas vidas úteis projetadas ainda mostrando um bom desempenho. 12 Por outro lado, o fato de uma edificação em determinado momento apresentar-se com desempenho insatisfatório não significa que ela esteja necessariamente condenada. A avaliação desta situação é, talvez, o objetivo maior da Patologia das Construções, posto que esta é a ocasião que requer imediata intervenção técnica, de forma que ainda seja possível reabilitar a estrutura. Na Figura 2.1 são representadas, genericamente, três diferentes histórias de desempenhos estruturais, ao longo das respectivas vidas úteis, em função da ocorrência de fenômenos patológicos diversos. Figura 2.1 - Desempenho de uma construção em função dos fenômenos patológicos No primeiro caso, representado pela curva traço-duplo ponto, está ilustrado o fenômeno natural de desgaste da estrutura. Quando há a intervenção, a estrutura se recupera, voltando a seguir a linha de desempenho acima do mínimo exigido para sua utilização. No segundo caso, representado por uma linha cheia, trata-se de uma estrutura sujeita, a dada altura, a um problema súbito, como um acidente, por exemplo, que necessita então de imediata intervenção corretiva para que volte a comportar-se satisfatoriamente. No terceiro caso, representado pela linha traço-monoponto, tem-se uma estrutura com erros originais, de projeto ou de execução, ou ainda urna estrutura que tenha necessitado alterar seus propósitos funcionais, situações em que se caracteriza a necessidade de reforço. O estudo da vida útil das estruturas está ligado ao que é tecnicamente ponderável, e a sua evolução deve necessariamente passar por maior conhecimento de durabilidade dos materiais, dos 13 componentes e dos vários sistemas estruturais, assim como pelo aperfeiçoamento dos processos construtivos, dos programas e das técnicas de manutenção. A associação dos conceitos de vida útil e durabilidade é inevitável. Conhecidas, ou estimadas, as características de deterioração do material concreto e dos sistemas estruturais, entende-se como durabilidade o parâmetro que relaciona a aplicação destas características a uma determinada construção, individualizando-a pela avaliação da resposta que dará aos efeitos da agressividade ambiental, e definindo, então, a vida útil da mesma. Deve-se entender que a concepção de uma construção durável implica a adoção de um conjunto de decisões e procedimentos que garantam à estrutura e aos materiais que a compõem um desempenho satisfatório ao longo da vida útil da construção. Em termos de durabilidade das estruturas de concreto, por exemplo, e para além das questões ligadas à resistência mecânica propriamente dita, a palavra-chave relacionada a vida útil e ao desempenho ao material concreto, como pseudo-sólido que é, é água. Assim, serão a quantidade de água no concreto e a sua relação com a quantidade de ligante o elemento básico que irá reger características como densidade, compacidade, porosidade, permeabilidade, capilaridade e fissuração, além de sua resistência mecânica, que, em resumo, são os indicadores de qualidade do material, passo primeiro para a classificação de uma estrutura como durável ou não. 2.2 – AGRESSIVIDADE AMBIENTAL As condições do meio em que uma estrutura está inserida passam a ter um aspecto importante na definição da durabilidade e do desempenho da edificação. Nestas condições, os códigos de projeto têm desenvolvido critérios para consideração do impacto da variação do ambiente onde a construção está inserida. A NBR 6118:2003 propõe os seguintes critérios: Classe de Agressividade Ambiental 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 térmicas, retrações 14 hidráulicas e outras previstas no dimensionamento da estrutura. Nos projetos estruturais, a agressividade ambiental deve ser classificada de acordo com a Tabela 2.2. Classe de agressividade ambiental ( CAA) Agressividade Risco de deterioração I Fraca Insignificante II Moderada Pequeno III Forte Grande IV Muito forte Elevado Tabela 2.2 – Agressividade Ambiental, segundo a NBR 6118:2003.De forma simplificada, pode-se avaliar a agressividade ambiental em uma estrutura de acordo com o macro-clima onde a estrutura situa-se e com o ambientes da obra, conforme indica a Tabela 2.3. Tabela 2.3 - Classificação do macro-clima, segundo a NBR 6118:2003. Outro aspecto importante a ser considerado na durabilidade das estruturas diz respeito ao cobrimento das armaduras, que também é definido segundo a agressividade ambiental, como indicado na Tabela 2.4. Tipo de estrutura Elementos Classe de agressividade ambiental I II III IV Cobrimento nominal (mm) CA Lajes 20 25 35 45 Vigas/Pilares 25 30 40 50 CP Todos 30 35 45 55 Tabela 2.4 – Cobrimento mínimo das armaduras, segundo a NBR 6118:2003. 15 Assim, a modelização do mecanismo de estudo da durabilidade passa pela avaliação e compatibilização, entre a agressão ambiental, por um lado, e a "qualidade" do concreto e da estrutura, por outro, sendo este cenário definido à luz do tempo e do custo da estrutura. Para cada caso ou combinação de casos, as classes de exposição indicarão níveis de risco ou parâmetros mínimos a serem observados como condição primeira para que se consiga uma construção durável. Assim, estarão definidos: dosagem mínima de cimento; fator água/cimento máximo; classe de resistência mínima do concreto; cobrimento mínimo das barras das armaduras; método de cura. Da observação deste quadro infere-se facilmente que a combinação dos agentes ambientais (temperatura, umidade, chuva, vento, salinidade e agressividade química ou biológica) transportados para a massa de concreto, assim como a resposta dessa massa a tal ação, constituem os principais elementos do processo de caracterização da durabilidade, sendo a água (ou a umidade) o elemento principal de toda a questão, considerados adequados os mecanismos de resistência. Uma diretriz geral diz que a durabilidade da estrutura de concreto é determinada por quatro fatores, identificados como “Regra dos 4C”: - Composição ou traço do concreto; - Compactação ou adensamento efetivo do concreto na estrutura; - Cura efetiva do concreto na estrutura; - Cobrimento ou espessura do concreto de cobrimento das armaduras. 2.3 – MANUTENÇÃO A manutenção das estruturas pode ser entendida como o conjunto de ações de reduzido alcance, de forma a prevenir ou identificar o surgimento de danos (Manutenção Preventiva) e quando a estrutura apresentar perda significativa, como forma de se evitar o comprometimento da segurança da edificação (Manutenção Corretiva). 16 Em termos de manutenção fica clara a co-responsabilização, pois proprietário, investidor e usuário deverão sempre estar dispostos a suportar o custo com o sistema de manutenção concebido pelos projetistas, que deverá ter sido respeitado e viabilizado pelo construtor. A base deste sistema, aliás, será o conjunto de inspeções rotineiras, em que o usuário será figura preponderante. Para determinar o período mais adequado para realização de manutenção das edificações, deve-se proceder à realização de inspeções de rotina e extensiva, esta última com um grau maior de detalhamento. O CEB-FIP, apresenta a uma proposta de periodicidade de inspeções, em função da classe da estrutura e da condição de agressividade ambiental onde ela se localiza, conforme Tabela 2.5. Inspeção de Rotina Inspeção Extensiva (anos) (anos) Estrutura Classe 1 Muito Severa 2 2 Severa 6 6 Normal 10 10 Estrutura Classe 2 Muito Severa 6 6 Severa 10 10 Normal 10 Dispensa Estrutura Classe 3 Muito Severa 10 10 Severa 10 Dispensa Normal Insp. Superficial Insp. Superficial Condições Ambientais Tabela 2.5 - Periodicidade de inspeções (CEB-FIP) Barcena Diaz (1992), propõem a seguinte periodicidade para inspeções, em função do tipo de uso da construção, conforme Tabela 2.6. Inspeção de Rotina Inspeção Extensiva (anos) (anos) Residencial, Escolas Comerciais Estádios, Piscinas Estacionamentos Estruturas Industrias em ambientes pouco agressivos Pontes rodoviárias e Ferroviárias Importantes Pontes rodoviárias e Ferroviárias Secundárias 1 5 2 10 1 5 1 a 2 10 Tipo de Uso 2 10 Tabela 2.6 - Periodicidade de inspeções (Barcena Diaz, 1992). 17 3 – ORIGEM DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS Ao se analisar uma estrutura de concreto "doente" é necessário entender-se o porquê do surgimento e do desenvolvimento da doença, buscando esclarecer as causas, antes da prescrição e conseqüente aplicação do remédio necessário. O conhecimento das origens da deterioração é indispensável, não apenas para que se possa proceder aos reparos exigidos, mas também para se garantir que, após reparada, a estrutura não volte a se deteriorar. O estudo das causas responsáveis pela implantação dos diversos processos de deterioração das estruturas de concreto é complexo, sendo matéria em constante evolução. O surgimento de problema patológico em dada estrutura indica, em última instância e de maneira geral, a existência de uma ou mais falhas durante a execução de uma das etapas da construção, além de apontar para falhas também no sistema de controle de qualidade próprio a uma ou mais atividades. Passando em revista as condições e falhas mais prováveis, pode-se estabelecer a seguinte classificação quanto a origem das patologias de edificações: Patologias geradas na concepção ou projeto da edificação; Patologias geradas na execução ou construção da edificação; Patologias geradas devido aos materiais de construção empregados; Patologias geradas na etapa da utilização da edificação (manutenção). 3.1 – PATOLOGIAS DEVIDO AO PROJETO Várias são as falhas possíveis de ocorrer durante a etapa de concepção da estrutura. Elas podem se originar durante o estudo preliminar (lançamento da estrutura), na execução do anteprojeto, ou durante a elaboração do projeto de execução, também chamado de projeto final de engenharia. Constata-se que as falhas originadas de um estudo preliminar deficiente, ou de anteprojetos equivocados, são responsáveis, principalmente, pelo encarecimento do processo de construção, ou por transtornos relacionados à utilização da obra, enquanto as falhas geradas durante a realização do projeto final de engenharia, geralmente são as responsáveis pela implantação de problemas patológicos sérios e podem ser tão diversas como: 18 elementos de projeto inadequados (má definição das ações atuantes ou da combinação mais desfavorável das mesmas, escolha infeliz do modelo analítico, deficiência no cálculo da estrutura ou na avaliação da resistência do solo, etc.); falta de compatibilização entre a estrutura e a arquitetura, bem como com os demais projetos civis; especificação inadequada de materiais; detalhamento insuficiente ou errado; detalhes construtivos inexeqüíveis; falta de padronização das representações (convenções); erros de dimensionamento. 3.2 – PATOLOGIAS DEVIDO À EXECUÇÃO A seqüência lógica do processo de construção civil indica que a etapa de execução deva ser iniciada apenas após o término da etapa de concepção, com a conclusão de todos os estudos e projetos que lhe são inerentes. Suponha-se que isto tenha ocorrido com sucesso, podendo então ser iniciada a etapa de execução, cuja primeira atividade será o planejamento da obra. Nesta atividade, devem ser tomados todos os cuidados necessários ao bom andamento da construção, com a caracterização da obra, individualizada pela programação de atividades, alocação de mão-de-obra, definição do "lay-out"do canteiro e previsão de compras dos materiais. Nesta fase os defeitos construtivos são falhas bastante freqüentes, tendo origem, na grande maioria dos casos, na deficiência de qualificação profissional da equipe técnica, entre os quais pode-se citar: Deficiências de concretagem Inadequação de fôrmas e escoramentos Deficiências nas armaduras 3.3 – PATOLOGIAS DEVIDO AOS MATERIAIS As causas deste tipo de patologias estão relacionadas ao emprego de materiais impróprios ao tipo de obra a ser executada e à deficiência no controle de compra (qualidade inferior à especificada nos 19 projetos), recebimento e estocagem, estabelecendo-se procedimentos incompatíveis aos previstos nos projetos e permitindo-se a deterioração dos mesmos. Para as estruturas, os materiais e componentes, em sua grande maioria, têm sua qualidade e forma de aplicação normalizadas. Entretanto, o sistema de controle na obra tem-se mostrado bastante falho, e a metodologia para fiscalização e aceitação dos materiais não é aplicada, sendo este mais um fator que demonstra a fragilidade e a má organização da indústria da construção. Com tudo isto, são comuns os problemas patológicos que têm sua origem na qualidade inadequada dos materiais e componentes. A menor durabilidade, os erros dimensionais, a presença de agentes agressivos incorporados e a baixa resistência mecânica são apenas alguns dos muitos problemas que podem ser implantados nas estruturas como conseqüência desta baixa qualidade. Pode-se citar dentre os procedimentos inadequados relacionados aos materiais, os seguintes: Cimento: - compra, recebimento e estocagem; - falta de controle das características físicas, químicas e mecânicas, limitadas por normas. Agregado miúdo: - material fora das especificações; - granulometria incompatível; - contaminações por substâncias nocivas, limitadas por normas. Agregado graúdo: - material fora das especificações; - granulometria incompatível; - contaminações por substâncias nocivas, limitadas por normas. - índice de forma excessivamente lamelar Aço: - resistência inferior ao especificado - estocagem de maneira inadequada, favorecendo a oxidação das barras. Água: - PH fora dos limites recomendados (entre 5,8 e 8,0); - excesso de substâncias nocivas, tais como: - matéria orgânica; - resíduos sólidos; 20 - sulfatos; - açúcar, e; - cloretos. 3.4 – PATOLOGIAS DEVIDAS À UTILIZAÇÃO Acabadas as etapas de concepção e de execução, e mesmo quando tais etapas tenham sido de qualidade adequada, as estruturas podem vir a apresentar problemas patológicos originados da utilização errônea ou da falta de um programa de manutenção adequado. De certa forma, uma estrutura poderá ser vista como equipamento mecânico que, para ter sempre bom desempenho, deve ter manutenção eficiente, principalmente em partes onde o desgaste e a deterioração serão potencialmente maiores. Os problemas patológicos ocasionados por uso inadequado podem ser evitados informando-se ao usuário sobre as possibilidades e as limitações da obra, como, por exemplo: edifícios em alvenaria estrutural - o usuário deve ser informado sobre quais são as paredes portantes, de forma que não venha a fazer obras de demolição ou de abertura de vãos (portas ou janelas) nestas paredes, sem a prévia consulta e a assistência executiva de especialistas, incluindo, preferencialmente, o projetista da estrutura; pontes - a capacidade de carga da ponte deve ser sempre informada, em local visível e de forma insistente. Exemplos típicos, casos em que a manutenção periódica pode evitar problemas patológicos sérios e, em alguns casos, a própria ruína da obra, são a limpeza e a impermeabilização das lajes de cobertura, marquises, piscinas elevadas e "playgrounds", que, se não forem executadas, possibilitarão a infiltração prolongada de águas de chuva e o entupimento de drenos, fatores que, além de implicarem a deterioração da estrutura, podem levá-la à ruiria por excesso de carga (acumulação de água). 21 4 – SINTOMATOLOGIA 4.1- CONSIDERAÇÕES INICIAIS A sintomatologia é o quadro que torna evidente que a construção é acometida por algum processo patológico. Os efeitos resultantes da atuação dos agentes causadores das patologias das estruturas de concreto sumarizados se fazem sentir, inicialmente, nos pontos fracos destas estruturas. A sintomatologia vem ao encontro de teorias para solução de problemas, serve para relatar falhas e possíveis causas que incitaram tais falhas, relato esse que pode ser de grande valia em projetos futuros, sendo peça chave na redução de erros futuros. Vale destacar um ditado: “os médicos enterram seus erros, os arquitetos os cobrem de mármore, e os engenheiros fazem grandes relatórios que nunca vêm à luz do dia”. Os sinais que peças doentes apresentam podem ter diversas possíveis causas, quer seja na fase de planejamento e projeto, execução ou conservação. Há sinais que são de grande intensidade ou é uma grande falha, mas que agem de forma isolada não produzindo conseqüências importantes, por outro lado a seqüência ou simultaneidade de falhas ou defeitos, com sobreposição de efeitos, podem ocasionar danos graves às estruturas, danos esses que podem ser irreversíveis. 4.2 - IMPORTÂNCIA DA SINTOMATOLOGIA Sintomatologia é a ciência que estuda os sintomas que orienta a diagnose. A partir da avaliação dos sintomas e dos sinais, ou um conjunto de sintomas que caracterizam um processo patológico, tem- se a formulação de hipóteses diagnósticas. Assim como na medicina, a investigação de todo e qualquer sintoma deve ser considerado importante nas construções, assim também o especialista deve seguir alguns critérios de avaliação como inspeção visual, percussão, ausculta, treinamento dos olhos para ver além do perceptível, treinamento dos dedos para aguçar a sensibilidade ao tato. Ressalta-se ainda a importância da observação do estado geral, em especial o histórico da obra, chamado de anamnese na medicina, e 22 que precede a avaliação propriamente dita. Vale lembrar que muitas vezes a segurança do observador também deve ser especial, com uso de capacete, óculos de ampla visão, protetores auriculares para alguns ensaios destrutivos, e botas de segurança, uma vez que as peças avaliadas podem estar com algum tipo de comprometimento em algum ponto. A sintomatologia é decisiva na escolha da terapia mais indicada a ser empregada no tratamento de uma patologia, e a eficiência do tratamento depende da escolha ideal de terapêutica. O progresso da recuperação das estruturas depende do instrumental e de técnicas necessárias à avaliação da natureza de cada acometimento, segundo seus sintomas, e à prescrição do tratamento adequado a cada caso. Assim, o emprego de ensaios especializados como raios-X, gamagrafia, ultra-som e outros computadorizados, representa avanços inestimáveis para a avaliação dos sintomas, diagnóstico, tratamento e prevenção de numerosos efeitos patológicos das construções. No Brasil, o número significativo de trabalhos e pesquisas na área, revela a preocupação e a capacidade técnica de prevenir as patologias nas estruturas. Porém, fora de centros acadêmicos e de pesquisa, a prática nos canteiros mostra outra realidade, indicando uma outra preocupação, como o volume de obras, desconsiderando cuidados essenciais nos procedimentos de planejamento, projeto e execução de obras. Ressalta-se que no Brasil, de maneira geral, as manifestações patológicas mais incidentes são na etapa de execução da obra. De forma geral a açãoem casos de patologia segue o fluxo: Fig. 4.1 – fluxo de ações Olho clínico Experiência e informações Sintomatologia Deformação Coloração Fissuras desagregações Patologia/ Dano Diagnóstico Prognóstico Demolição Terapêutica 23 4.3 – INSPEÇÃO E AVALIAÇÃO DOS SINTOMAS Para um diagnóstico ideal e consequentemente uma indicação de terapia adequada, faz-se necessária a realização da análise dos sintomas para conhecer a extensão do problema, através da análise técnica por especialista na área. Após uma inspeção inicial ou preliminar, pode ser necessária a inspeção detalhada para complementação de informações, para tanto se faz necessário um plano de trabalho específico. Como resultados esperados ou relatório de inspeção, alguns tópicos são indispensáveis como: Levantamento fotográfico Geometria da estrutura Anotação dos sintomas visuais Coloração Tamanho das fissuras Descrição do ambiente Possível eliminação do concreto de cobrimento para observação da armadura 4.4 – SINTOMAS MAIS COMUNS Os sintomas mais comuns que se apresentam nas construções são: Fissuração; Desagregações; Deslocamentos; Falhas de concretagem; Deformabilidade excessiva; Manchas de umidade; Bolor e/ou outros microorganismos; Eflorescências; Vibração excessiva; Mudanças de coloração. 24 4.5 - FISSURAÇÃO As fissuras podem ser consideradas como a manifestação patológica característica das construções, sendo mesmo o dano de ocorrência mais comum e aquele que, a par das deformações muito acentuadas, mais chama a atenção dos leigos, proprietários e usuários aí incluídos, para o fato de que algo de anormal está a acontecer. É interessante observar que a caracterização da fissuração como deficiência estrutural dependerá sempre da origem, intensidade e magnitude do quadro de fissuração existente, posto que o concreto, por ser material com baixa resistência à tração, irá fissurar por natureza, sempre que as tensões de tração, que podem ser instaladas pelos mais diversos motivos, superarem a sua resistência à tração. Assim, um processo de fissuramento pode, quando anômalo, instalar-se em uma estrutura como conseqüência da atuação das mais diversas causas, e, para que se consiga identificar com precisão as causas e efeitos, é necessário desenvolver análises consistentes, que incluam a mais correta determinação da configuração das fissuras, bem como da abertura, de sua variação ao longo do tempo, da extensão e da profundidade das mesmas. Portanto, ao se analisar uma construção que esteja apresentando fissuras, os primeiros passos a serem dados consistem na elaboração do mapeamento das fissuras e em sua classificação, que vem a ser a definição da atividade ou não das mesmas (uma fissura é dita ativa, quando a causa responsável por sua geração ainda atua sobre a estrutura, sendo inativa, ou estável, sempre que sua causa se tenha feito sentir durante um certo tempo e, a partir de então, deixado de existir). Classificadas as fissuras e de posse do mapeamento, pode-se dar inicio ao processo de determinação de suas causas, de forma a poder-se estabelecer um diagnóstico e proceder aos trabalhos de recuperação ou de reforço, como a situação o exigir. As causas da fissuração podem ter várias origens, e o seu conhecimento permite estabelecer na maioria das vezes a terapia mais adequada. Pode-se citar como causas mais comuns da fissuração: Movimentações térmicas; Umidade; Retração e expansão dos materiais; Ataques químicos; 25 Deformabilidade excessiva da estrutura; Excesso de carga; Erros de projeto; Erros e execução. Recalques de fundação. A ocorrência principal de fissuras em estruturas de concreto armado como um todo acontece de tal forma que cerca de 44% das fissuras são de alvenaria, decorrentes de deformações diferenciadas e 26% do concreto. A fissuração verificada em elementos estruturais de concreto armado, de acordo com a literatura, se distribuem da seguinte forma: 60% em lajes; 23% em vigas; 10% em marquises; 7 % em pilares. 4.5.1 Denominação das fissuras Na análise deste sintoma, deve-se levar em conta que nem todas manifestações devem ser consideradas como fissuras, elas recebem uma nomenclatura específica em função da abertura que apresentam, o que pode ser verificado na Tabela 4.1. Fissura até 0,5 mm Trinca de 0,5 mm a 1,5 mm Rachadura de 1,5 mm a 5 mm Fenda de 5 mm a 10 mm Brecha acima de 10 mm Tipo de Lesão Abertura Tabela 4.1 – Denominação das lesões em função da dimensão da abertura 4.5.2 Classificação das Fissuras As fissuras podem ser classificadas nos seguintes tipos: Classe 1 – Fissuras que indicam problemas estruturais imediatamente identificáveis. - lesões com grandes aberturas - indicam que o colapso é iminente - indicam uma grande redução da segurança - trazem o deslocamento de partes da estrutura 26 Classe 2 – Fissuras que podem levar a uma redução da segurança devido a posterior corrosão da armadura; Classe 3 – Fissuras que podem levar a um mau funcionamento da estrutura, mostrado por infiltrações, passagem de sons, danos a acabamentos, etc. - limitações aceitas para casos de exposição a ambientes severos é de 0,2 mm Classe 4 - Fissuras que são esteticamente inaceitáceis. - limitações para aparência estética critica é de 0,1 mm 4.5.3 Caracterização das Fissuras Para a caracterização das fissuras deve-se considerar: A incidência, configuração, comprimento, abertura e localização; A idade aproximada da fissura e da edificação acometida; Se a fissura aprofunda-se por toda a espessura do componente afetado; Se lesões semelhantes aparecem em pavimentos contíguos; Se lesões semelhantes aparecem em componentes paralelos ou perpendiculares àquele sob exame; Se lesões semelhantes aparecem em edificações vizinhas; Se a movimentação da fissuras é intermitente ou se a abertura varia sazonalmente; Se a fissura já foi reparada anteriormente; Se ocorreu alguma modificação profunda nas cercanias da edificação; Se no entorno da lesão aparecem outras manifestações patológicas, como umidade, eflorescências, descolamentos, manchas de ferrugem, bolor, etc. Se na proximidade da lesão existem embutimentos; Se existem caixilhos comprimidos; Se as lesões manifestam-se preferencialmente em alguma das fachadas da edificação; Se existem deslocamentos relativos na superfície do componente afetado; Se a abertura da lesão é constante ou se ocorre estreitamento numa dada direção; Se a lesão é acompanhada por escamações indicativas de cisalhamento; Se está ocorrendo condensação ou penetração de água na edificação; Se a edificação está sendo corretamente utilizada. 27 4.5.4 Análise das Fissuras Para o caso em que as fissuras devam ser classificadas em relação a sua medida, intensidade e distribuição, pode ser utilizado o seguinte modelo: Medida das Fissuras: ).( 1 Nc cclMedida (4.1) Intensidade das Fissuras: Nb b Nc c l l eIntensidad 1 1 )( )( (4.2) Distribuição das Fissuras: t b A A ãoDistribuiç (4.3) Onde: lc = comprimento da fissura ωc = largura média da fissura Nc = número de fissuras em um elemento lb = comprimento da armadura Nb = número de barras da armadura Ab = menor áreaonde o defeito ocorre At = área total do elemento 4.6 – SINTOMATOLOGIA DOS CONCRETOS As patologias que acometem concretos armados são, de forma geral, provenientes de fenômenos que ocorrem em função de falta de qualidade de seus componentes, natureza dos mesmos, dosagem inadequada, uso de aditivos, falhas de produção e lançamento, entre outros. Falhas essas, que interferem na homogeneidade e compacidade do concreto, fazendo com que o material sofra os efeitos da pouca homogeneidade e/ou compacidade. Não excluindo aqui as possíveis causas consideradas de força maior como sismos e outros fatores externos ao concreto. 28 4.6.1 Fissuras Dentre os sintomas das patologias das construções, as fissuras são as grandes campeãs de evidências objetivas de algum problema. A fissura é, numa analogia a medicina, o sinal patognomônico de doenças no concreto. Há que se considerar que o efeito estético e psicológico que uma fissura possa provocar é significativo, pois a aparência fissurada é motivo de preocupação e insegurança para quem a percebe independente do grau de comprometimento. São várias as possíveis causas de fissuras, sendo cada uma dessas causas de origem específica e singular, porém com mesmo sintoma, a fissura. Dentre as origens de fissuras temos: Forças de tração, Movimentações de solo, Recalques de fundações, Trabalhabilidade do concreto, Variações térmicas, Concentração de tensões, Sobrecargas atuantes, Estruturas com deformabilidade excessiva, Retração do concreto, Corrosão de armaduras de concretos armados, Cura deficiente, Ataques químicos, Erros de projeto ou execução, Ou ainda sinais da idade, quando aparecem após alguns anos, mas que não comprometem a estrutura. A detecção da causa das fissuras, na maioria das vezes, torna-se difícil, até por que algumas patologias produzem o mesmo tipo de fissura. Por outro lado, uma mesma causa produz de maneira geral, as fissuras similares em diferentes peças, sendo assim, um facilitador de diagnose e terapia. 4.6.1.1 Tipos de Fissuras: Fissuras por retração hidráulica – quando o elemento está impedido de se deformar, são fissuras típicas de vigas curtas com grandes seções e muito armadas unidas a pilares esbeltos com rigidez grande ou pequena. Tem aparência de mapa hidrográfico ou pele de crocodilo. 29 Fissuras por retração térmica – decorrente da baixa condutividade do concreto e da construção inadequada de juntas de dilatação. As fissuras por retração térmica costumam aparecer em soleiras, pavimentos de concreto, lajes de grande extensão e outras de grande porte em geral, mas pequena seção. A fissura provocada por retração térmica surge perpendicular ao eixo principal do elemento que a produziu com espessura constante e seccionada. Fissuras por secagem rápida – provocada por secagem superficial com concreto não endurecido, depende da temperatura, vento e espessura da peça. Em lajes, as fissuras surgem com maior freqüência nas partes mais esbeltas. Essas fissuras são bem distribuídas e se cruzam entre si, com ramificações, são normalmente superficiais, e aparecem nas primeiras horas de concretagem, sendo mais incidentes em grandes superfícies. a)Retração de viga em pórtico de pilares de grande rigidez b)retração diferencial dos pilares c) Muro de arrimo d) fissuras de cobrimento e)Fissuração superficial - efeito de segregação f) pavimento rígido Fig. 4.2 – tipos de fissuras - retração 30 Fissuras devidas à execução – ocorrem no estado plástico do concreto. Decorrem de diversos problemas como formas mal projetadas, fixação, armaduras, compactação, etc. Fissuras no concreto endurecido – podem ocorrer por deficiências no projeto, mau uso da estrutura, cargas excessivas, ataque de agentes agressivos, envelhecimento. A retração química em função da reação da água com o cimento provoca redução de volume, que provoca retração química e fissuras; a água em excesso evapora-se e através de forças capilares produz redução de volume e retração de secagem; a portlandita liberada na reação de hidratação do cimento reage com o gás carbônico presente no ar, formando carbonato de cálcio, reação essa que também provoca redução de volume e retração por carbonatação. Fissuras devidas a cargas mecânicas – provocadas por tração, compressão, flexão, torção e cortante, ou uma combinação de mais de uma tensão. As fissuras produzidas por tração, a mais freqüente, aparecem subitamente e atravessam toda a seção. As fissuras provocadas por compressão são paralelas à direção do esforço, com espaçamento e traçado irregular. Fissuras em face única na parte central de peças muito esbeltas, finas e juntas, são sinais fortes de início de flambagem. Em pilares as fissuras de compressão são sintomas de um grave defeito, indicando colapso imediato da região acometida. As fissuras por flexão são as mais conhecidas, surgindo próximas às armaduras de tração, e não são imediatas, permitindo reparo. Já as de esforço cortante aparecem rápido, portanto perigosas, com direção perpendicular a tensão de tração. As fissuras de torção são inclinadas a 45°, bastante freqüentes na prática. Cantos de aberturas – concentração de tensões Fig. 4.3 – tipos de fissuras - execução 31 Fissuras provocadas por corrosão de armaduras – o efeito da corrosão produz óxido expansivo, com aumento de volume, criando fortes tensões no concreto fazendo com que se rompa por tração, e provocando fissuras que seguem a linha das armaduras principais. Um sinal mais claro dessa causa de fissura é o surgimento de manchas de óxido nas bordas das fissuras. Fissuras devido à falta de rigidez das vigas – produzidas por deformação excessiva de elemento estrutural, podendo não ser perigosa. O fator mais preponderante aqui é a flecha excessiva. Vigas e lajes deformam-se naturalmente pelo peso próprio, por cargas permanentes e acidentais. Fissuras por recalque diferencial de fundação – são inclinadas e confundem-se com as fissuras provocadas por deflexão de componentes estruturais. Fig. 4.4 – tipos de fisuras. 4.6.2 DESAGREGAÇÃO É um dos sintomas mais característicos de ataques químicos, aonde o cimento vai perdendo sua condição aglomerante e liberando os agregados da pasta. O sinal aparece inicialmente na superfície, e o sintoma é a mudança da coloração e aumento da espessura das fissuras, seguido do empacotamento das camadas externas e posterior desintegração do concreto. As causas mais prováveis deste problema são os sulfatos e cloretos, e sua cura é muito difícil. Fissura de cisalhamento Fissura de torção viga p ila r Fissura de pega ou falsa pega viga p ila r Fissura de junta de concretagem Fissura de recalque 32 Toda desagregação deve causar preocupação e alarmar seus observadores, pois esta patologia provoca a perda de resistência da massa de concreto. Para o diagnóstico é necessária a complementação da observação dos sintomas, através de ensaios mais precisos como análise química, ultra-som e outros. Fato é que na fabricação do cimento acrescenta-se gesso ao clinquer no moinho, que deve reagir antes de vinte e quatro horas com parte do aluminato tricálcico para formar a etringita. Outra parte do gesso pode ficar livre para reagir com sulfato, se houver procedência, produzindo mais etringita que é expansiva, no concreto endurecido,o que provocará num primeiro momento fissuras e depois a desagregação do concreto. A reação álcali-agregado provoca expansão pela reação de alguns agregados com os álcalis de sódio e de potássio do cimento Portland. Os sulfatos atacam as estruturas de concreto de maneira progressiva com destruição gradativa do material, que provoca fissuração, que por sua vez conduz a perda de resistência e a desagregação. Outro agente causador de desagregação é a corrosão de armaduras que provoca o aumento de volume das barras de aço e conseqüente processo de desagregação. Oposto ao processo de corrosão das armaduras, está a corrosão do concreto que pode ocorrer por lixiviação, corrosão química e por expansão, este último provoca aumento de volume pelas reações dos sulfatos com componentes do cimento, provocando sua expansão e desagregação. Além desses fatores ainda há desagregação por movimentação de fôrmas, que criam juntas de concretagem não previstas, por deslocamento lateral das fôrmas, ou fuga de nata pelas juntas ou fendas das fôrmas, provocando a segregação do concreto e posterior desagregação com fissuração. 4.6.3 CORROSÃO DAS ARMADURAS A corrosão é um fenômeno eletroquímico, que depende do meio para ter seu processo acelerado ou não. As condições mínimas para ocorrência de corrosão é o que podemos chamar de Triângulo de Manifestação da Corrosão, que estabelece a interligação entre os três elementos essenciais para partida do fenômeno corrosivo: oxigênio, umidade e pilha – célula de corrosão eletroquímica formada pelo metal, ânodo (área corroída) e cátodo (área não corroída), e eletrólito (água). 33 Um esquema pode ilustrar como é o mecanismo da corrosão em armaduras despassivadas, onde o concreto é o meio, que possui oxigênio e umidade da atmosfera em que se encontra; a umidade é o meio de difusão – eletrólito – das partículas de ferro e óxidos, cloretos e demais componentes das reações de formação de ferrugem, oxidação, redução e corrosão; e o aço da armadura é o condutor da energia para a proliferação entre as áreas corroídas – ânodo – e não corroídas – cátodo. Eletrólito - água (difusão) Concreto armado Fé ++ SO - 4 Cl - OH - Eletrólito - água (difusão) e - Ânodo Área corroída Cátodo Área não corroída Condutor - aço Fig.4.6 – Esquema de corrosão oxigênio umidade Célula de corrosão PILHA Fig. 4.5 – Triângulo de Manifestação de Corrosão 34 4.6.3.1 Sintomas da corrosão Na verdade, o concreto tem também a função de proteger as armaduras, através de proteção física e química devido ao cobrimento com concreto ou argamassa homogênea, de alta compacidade e minimizador de poros, fazendo com que os agentes agressivos não tenham condições de entrada, impedindo a formação das células eletroquímicas. A função do cobrimento também é de proteger a película protetora da armadura formada pela passivação do aço pelo pH de 12,6 proporcionado pelo caráter alcalino do hidróxido de cálcio dissolvido na água que preenche os poros do concreto. As armaduras que não possuem essa proteção ou cobrimento, ou seja, um concreto inadequado, fica passível de corrosão. Uma vez iniciada a corrosão, sua incidência é progressiva com formação de óxi-hidróxidos de ferro que são expansivos, aumentando o volume da armadura em até 10 vezes. Esse aumento de volume provoca como sintoma inicial a fissura paralela à armadura corroída e posterior desagregação do concreto. Outro sintoma bastante comum em situações de corrosão das armaduras é o surgimento de manchas castanhas ou avermelhadas, que aparecem nas bordas das fissuras e depois vão se prolongando por sua extensão com posterior escorrimento pela superfície do concreto. Cabe ainda destacar os efeitos da corrosão, que são a diminuição da capacidade mecânica do aço, fissuração do concreto e diminuição da aderência do concreto com o aço. Qualquer que seja o efeito, os sintomas são quase sempre os mesmos, como já mencionado, manchas, eflorescências, umidade, fissuras e desagregação, porém, há situações que não emitem sinais visíveis, mas a corrosão está em processo de manifestação, o que indica que a inspeção e diagnóstico devem ser extremamente cuidadosos e criteriosos. 4.6.4 CARBONATAÇÃO A carbonatação é o processo lento que ocorre quando o concreto é exposto aos gases como o gás carbônico (CO2), o dióxido de enxofre (SO2) e o gás sulfídrico (H2S), pode ter reduzido o pH da solução existente nos seus poros que reduzem o tempo de reação de hidratação em superfícies expostas a alta alcalinidade em especial pela presença de hidróxido de cálcio – Ca(OH)2, com precipitação de carbonato de cálcio - CaCO3, que possui pH de 9,4 e assim altera significativamente a estabilidade da camada passivadora do aço. O gás dióxido de carbono da atmosfera reage com os hidróxidos alcalinos do concreto, em processo de neutralização, e transforma os compostos do 35 cimento em carbonatos promovendo o processo de carbonatação pela radiação do pH do concreto a um nível em que o aço sofre corrosão. O sintoma típico da carbonatação é a ocorrência de manchas claras produzidas pela refração do carbonato de cálcio, essas manchas muitas vezes escorrem pela superfície, provenientes das fissuras. Por se tratar de um sintoma semelhante a eflorescência provocada por outros fatores, é necessário para constatação da carbonatação o uso de indicadores colorimétricos que apontam o pH. Quanto mais baixo o pH, mais clara será sua aparência, tendendo ao incolor nas regiões menos alcalinas. Um concreto não carbonatado a região mais alcalina fica com a coloração arroxeada ao se usar esse mesmo indicador. O indicador de carbonatação, ou de pH, mais usado, é a solução a base de fenolftaleina ou equivalente, sendo empregado com sucesso para pH entre 8 e 11. Vale ressaltar que esse procedimento deve ser feito em concretos que não tenham sofrido qualquer alteração ou deficiência como serragem, inclusive não devem estar molhados. 4.6.5 CORROSÃO DO CONCRETO O concreto não é um elemento eterno, evidente que a engenharia tem como uma de suas finalidades, encontrar o concreto ideal, considerado o de melhor resistência, econômico e durável, porém, nem sempre essa durabilidade é um fato consagrado, e por isso o concreto deve ser objeto de inspeções periódicas para prevenir ou tratar em curto prazo possíveis patologias, certo é que algumas delas não apresentam sintomas visíveis logo em seu início de manifestação. O acompanhamento periódico tem um significado ainda maior em ambientes com atmosferas mais agressivas ao concreto como: ambientes marinhos, centrais térmicas e nucleares, represas e barragens, ambientes de siderúrgica e outras tantas que tenham condições de atuarem como agentes desfavoráveis ao concreto. A corrosão do concreto pode ter sua origem em ações químicas ou físicas. As físicas provocam grandes estragos, podendo chegar a sua destruição, com defeitos provocados por expansão fundamentalmente, mas que podem ser evitados com um concreto bem compactado e cuidadosamente executados. As químicas são as mais preocupantes, uma vez que produzem os maiores danos, provocados por carbonatação, águas puras, sulfatadas, ácidas ou marinhas e compostos de natureza orgânica como óleos. 36 5 – DIAGNÓSTICO DE PATOLOGIAS 5.1 – CONSIDERAÇÕES GERAIS Das estruturas em geral, e em particular das estruturas de concreto, esperase uma completa adequação às finalidades a que se destinam, sempre levando em consideração o binômio segurança-economia. Salvo os casos correspondentes à ocorrência
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