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CENTRO UNIVERSITÁRIO FANOR WYDEN CURSO DE ENGENHARIA CIVIL GEOVANE TIBÚRCIO LIMA ESTUDO DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS NO CONCRETO ARMADO FORTALEZA-CE 2020 GEOVANE TIBÚRCIO LIMA ESTUDO DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS NO CONCRETO ARMADO Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil do Centro Universitário Unifanor Wyden Educacional, como requisito parcial para obtenção do título de bacharel. Orientador(a): Prof. Dra. Joelane de Carvalho Teixeira. FORTALEZA-CE 2020 Dados Internacionais de Catalogação na Publicação Centro Universitário Fanor Wyden Gerado automaticamente mediante os dados fornecidos pelo(a) autor(a) L732e Lima, Geovane Tibúrcio . Estudo das manifestações patológicas no concreto armado / Geovane Tibúrcio Lima. - 2020. 43 f.: il. color. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) - Centro Universitário Fanor Wyden, Bacharel em Engenharia Civil, Campus Dunas, Fortaleza, 2020 Orientador: Prof. Dr(a). Joelane Maria de Carvalho Teixeira. 1. Concreto Armado. 2. Manifestações Patológicas. 3. Manutenção. GEOVANE TIBÚRCIO LIMA ESTUDO DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS NO CONCRETO ARMADO Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil do Centro Universitário Unifanor Wyden Educacional, como requisito parcial para obtenção do título de bacharel. Orientador: Prof. Dra. Joelane Maria de Carvalho Teixeira Aprovado em: / / BANCA EXAMINADORA Prof. Dra. Joelane Maria de Carvalho Teixeira (Orientadora) Centro Universitário Unifanor Wyden Educacional Prof. Dra. Emmanuelle de Oliveira Sancho Centro Universitário Unifanor Wyden Educacional Prof. Dra. Suely Alves Silva Centro Universitário Unifanor Wyden Educacional Dedico este trabalho a Deus, meus familiares e à memória de meus pais Geneflides e Alice, que foram meus maiores incentivadores, e ao grande professor e primo Jorge Henrique Tibúrcio que foi um exemplo de pessoa e profissional da Educação. AGRADECIMENTOS Neste ciclo que se fecha quero primeiramente agradecer a DEUS, pois nos momentos mais difíceis da vida foi dele que retirei forças para continuar. À minha família que sempre me apoiou ao longo destes cinco anos de faculdade. Agradeço às minhas irmãs, Giselle Tibúrcio Lima e Larissa Tibúrcio Lima. Agradeço à minha orientadora, Prof. Dra. Joelane Maria de Carvalho Teixeira, pela orientação, empenho e dedicação que foram essenciais na conclusão deste projeto. Gostaria também de agradecer a todos os meus amigos e colegas de faculdade, em especial à Amanda Byanca Branco e Silva pelo seu companheirismo e amizade e agradecer ao meu amigo Francisco Luan Oliveira Alexandre, que me ajudou a concluir este trabalho. Agradeço igualmente a meu grande amigo Gleriston Costa que me mostrou que Jesus é o caminho, verdade e a vida, e é nesse caminho que quero seguir. “O Eterno é a força motriz, que me inspira a prosseguir em busca dos meus sonhos”. Pr. Douglas Soares. RESUMO Ao longo dos anos muitas obras de concreto armado apresentam problemas oriundos de projetos falhos, de seleção incorreta de materiais, de execução e manutenção. O presente estudo busca apresentar as origens e as formas de manifestações patológicas em estruturas de concreto. O presente estudo trata- se de uma pesquisa exploratória descritiva, de natureza bibliográfica, pois aborda assuntos de suma importância para o âmbito acadêmico e industrial. Os resultados da pesquisa demonstraram que, para cada anomalia, apresenta-se um procedimento diferente a fim de amenizar as causas e as consequências decorrentes desses problemas. Portanto, uma correta avaliação das estruturas e determinação das causas é fundamental para o sucesso das medidas de recuperação e proteção das estruturas de concreto. Palavras–chave: Concreto armado, manifestações patológicas e manutenção. ABSTRACT Over the years, many reinforced concrete works have problems arising from failed projects, incorrect material selection, execution and maintenance. The present study seeks to present the origins and forms of pathological manifestations in concrete structures. The present study is a descriptive exploratory research, of bibliographic nature, because it addresses subjects of paramount importance for the academic and industrial scope. The research results showed that, for each anomaly, a different procedure is presented in order to mitigate the causes and consequences resulting from these problems. Therefore, a correct assessment of the structures and determination of the causes is fundamental for the success of the measures for the recovery and protection of the concrete structures. Keywords: Reinforced concrete, pathological manifestations and maintenance. LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Macroestrutura do concreto armado ........................................................... 15 Figura 2 - Classificação dos agregados ...................................................................... 16 Figura 3 - Incidências e origens das patologias no Brasil ............................................ 20 Figura 4 - Representação química da ação da carbonatação ..................................... 22 Figuras 5 - Representação esquemática da carbonatação do concreto ...................... 22 Figuras 6 - Lixiviação em estruturas de concreto armado ........................................... 24 Figura 7 - Influência da dosagem de cimento e do seu teor de C3A na resistência do Betão ao ataque por sulfatos ................................................................ 25 Figura 8 - Processo de ataque de sulfatos .................................................................. 25 Figura 9 - Bloco de fundação atacada pelo RAA ............................................................. 27 Figura 10 - Corrosão eletroquímica na presença de cloretos ...................................... 28 Figura 11 - Ensaios não destrutivos ............................................................................ 36 Figura 12 - Patologias em obras de concreto armado ................................................. 36 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Tipos de cimentos Portland ........................................................................ 18 LISTA DE QUADROS Quadro1: Classificação do agregado miúdo quanto à dimensão das partículas ......... 17 Quadro 2: Divisão das britas de acordo com o tamanho das partículas ...................... 17 Quadro 3: Limitações máximas para as substâncias presentes na água .................... 18 Quadro 4: Classificação de aditivos segundo a NBR-11768/92 .................................. 19 Quadro 5: A agressividade no ambiente e as consequências dessas patologias sobre as estruturas ...................................................................................................... 34 Quadro 6: Classificação da agressividade e os riscos nas estruturas ......................... 35 LISTA DE SIGLAS ABNT- Associação brasileiras de normas técnicas CAD – Concreto de Alto Desempenho CEB - COMITÊ EURO-INTERNATIONAL du BETON A/C – Fator água cimento pH – Potencial Hidrogeniônico C3A – tricálcio aluminato RAA – Reação álcali-agregados RAS – Reação álcali-silicato SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ............................................................................................... 13 2 REFERENCIAL TEÓRICO .............................................................................15 2.1 CONCRETO ARMADO ............................................................................... 15 2.1.1 componentes do concreto armado ...................................................... 16 2.1.1.1 agregados ............................................................................................. 16 2.1.1.2 água ...................................................................................................... 18 2.1.1.3 cimento portland ................................................................................... 18 2.1.1.4 aditivos .................................................................................................. 19 2.2 PATOLOGIAS DO CONCRETO ................................................................. 20 2.2.1 carbonatação .......................................................................................... 22 2.2.2 lixiviação ................................................................................................. 24 2.2.3 ataques de sulfatos................................................................................ 25 2.2.4 reação álcali-agregado .......................................................................... 27 2.2.5 ataques de cloretos ............................................................................... 28 2.3 MANUTENÇÃO EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ............................... 31 3 METODOLOGIA ............................................................................................ 33 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................... 34 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................... 38 REFERÊNCIAS ............................................................................................. 39 13 1 INTRODUÇÃO No decorrer dos anos, a utilização de concreto armado vem sendo de extrema necessidade na construção de diversas obras arquitetônicas espalhadas pelo mundo. O conceito desse material consiste em um tipo de estrutura que usufrui de armações feitas com barras de aço, onde ferragens são utilizadas devido à baixa resistência aos esforços de tração do concreto, o qual tem alta resistência à compressão e possui grande durabilidade. Sendo assim é questionável o surgimento de inúmeras patologias nas estruturas de concreto, pois a durabilidade se tornou uma propriedade tão eminente quanto a resistência. Segundo Helene (1998) os problemas mais identificados em uma construção de concreto armado com relação à durabilidade é a deterioração de suas armaduras, o que corresponde a 52% das adversidades que se manifestam em toda a estrutura. A deterioração de armaduras é um tipo de patologia muito comum e crítica encontrada em diversas obras da construção civil, trazendo consigo, como consequência, o comprometimento da capacidade de serviço das estruturas. Tal manifestação patológica se origina de uma combinação de fatores que podem influenciar em diferentes variáveis, podendo ser classificadas de acordo com o mecanismo patológico, os sintomas, a origem da causa e ainda o processo construtivo em que ocorrem (COSTA Jr., 2001). Segundo a ABNT NBR 15575-1, o concreto armado ou as estruturas confeccionadas com este material, teriam que ser duráveis ao longo do tempo, levando em consideração as normas técnicas para elaboração de projetos e construção, assim como as boas práticas construtivas, em concordância com o meio de agressividade em que são inseridas as edificações. De acordo com Albuquerque (1999) a evolução do processo construtivo preza pela qualidade dos projetos por completo, o que inclui a qualidade do material e as manutenções que são executadas ao longo do tempo. Devido a isso, a manutenção tornou-se um imprescindível na rentabilidade das empresas, na capacidade de produção e na qualidade do produto, no caso as estruturas de concretos. (RELIASOFT BRASIL,2006). Conforme Moubray (1994) apud Siqueira (2005), a manutenção tem como objetivo assegurar que estruturas físicas continuem a fazer o que seus usuários 14 desejam que elas façam. Por isso, a falha desses itens torna-os incapazes, total ou parcialmente, de desempenharem uma ou mais funções para qual foram projetados e construídos (XENOS, 1998, p.67 e SAE, 1993, p. G-1). A manutenção é fragmentada em corretiva, preventiva e preditiva. A manutenção corretiva caracteriza-se por ser aquela efetuada após ocorrência de falhas nas estruturas. A manutenção preventiva constitui as intervenções periódicas planejadas de acordo com as normas da ABNT. E por fim, a manutenção preditiva baseia-se na modalidade de predizer o tempo de vida útil do projeto e as suas condições. (ABNT NBR 6118,2014). Diante desse contexto, surge a seguinte questão: Qual a influência das manifestações patológicas em estruturas de concreto armado? O objetivo geral deste estudo é apresentar as origens e formas de manifestações patológicas em estruturas de concreto armado. Como objetivos especificos pode-se citar: realizar o levantamento bibliográfico sobre manutenção, concreto armado, desgastes e técnicas de análise tanto do concreto como da armadura; identificar as patologias e apresentar os procedimentos de manutenção. A questão supracitada o presente estudo se justifica por se tratar de um conteúdo bastante relevante para o meio acadêmico e industrial, pois contribui para sustentar o conhecimento em relação à prevenção dos ataques corrosivos em estruturas de concreto armado, vez que a disponibilidade de material acerca do tema não é tão atual. A pesquisa está organizada em seis seções. Na introdução são retratados os objetivos gerais e específicos. Na segunda seção apresenta-se o referencial teórico utilizado para dar uma base a pesquisa do trabalho. Na terceira, a metodologia do trabalho, onde são identificados os materiais e métodos aplicados para alcançar os objetivos listados. Na seção seguinte encontram-se os resultados obtidos no estudo. Na quinta seção são apresentadas as conclusões acerca do estudo e por fim, na sexta seção, as referências bibliográficas utilizadas para o desenvolvimento do trabalho. 15 2 REFERENCIAL TEÓRICO O referencial teórico buscou analisar aspectos relevantes sobre as manifestações patológicas e sua relação com a manutenção em estruturas de concreto armado. 2.1 CONCRETO ARMADO O concreto consiste em tipo de material da construção civil resultante da mistura, em quantidades proporcionais, de aglomerante (cimento), agregados (pedra e areia) e água. Esses modelos de matérias possuem, como propriedade mecânica, a resistência à compressões e à tração do aço. Conforme Mehta e Monteiro (2008), define-se o concreto como sendo o elemento constituído por cimento, agregados, aditivos e água, sendo o cimento material que mais interfere nos processos físicos e químicos que influenciam na sua durabilidade. No entanto, após a mistura o concreto deve possuir plasticidade suficiente para sua logística, ou seja, as operações de manuseio, transporte e lançamentos em fôrmas, assim resultando a coesão e a resistência ao longo do tempo. O concreto possui uma natureza porosa, onde é impossível o preenchimento dos vazios entre os agregados e a pasta cimentícia. Os espaços são formados pelo excedente de água necessário para a hidratação do aglomerante hidráulico, isto é, a água ao evaporar deixa cavidades que diminuem o volume absoluto e permite a entrada de ar. A sua macroestrutura é composta pela pasta de cimento e agregados (ver Figura 1). Figura 1 – Macroestrutura do Concreto. Fonte: Mehta e Monteiro, 1994. 16 Em algumas situações são adicionados aditivos que modificam as características físicas e químicas desse material, a fim de melhorar propriedades do concreto como resistência mecânicas e durabilidade, contribuindo paraproteção contra a corrosão das armaduras. No entanto, a degradação da armadura e do concreto se dá através das estruturas desses vazios, onde os fenômenos físicos e químicos diminuem a resistividade do concreto, contribuindo para o aumento desses vazios. Deve-se ressaltar que para cada tipo de obra existe um tipo de concreto específico, com necessidades especificas. Os principais tipos de concreto utilizados são: concretos de alta resistência inicial, concreto auto adensável, concreto de alto desempenho (CAD), concreto celular e graute, dentre outros. 2.1.1 Componentes do Concreto Armado Os componentes do concreto armado são divididos em agregados, água, cimento e aditivos, analisados mais detalhadamente a seguir. 2.1.1.1 Agregados Os agregados são granulares, sem volume e forma definidos e suas propriedades e dimensões são estabelecidas para seu uso em obras. São considerados como agregados o cascalho, pedras britadas, areias naturais ou produzidas a partir de moagem de rochas e a argila. Figura 2 - Classificação do agregado. Fonte: Freitas Jr, 2013 17 Segundo a NBR 7.211 da ABNT os agregados são miúdos ou graúdos, de origem natural, encontrados em forma fragmentada provenientes do processo de britagem de rochas. O agregado miúdo é constituído de areias de origem natural, britadas, cujos grãos passam através da peneira de 4,8 mm e são retidos na peneira de 0,075mm. Quadro 1- Classificação do agregado miúdo quanto à dimensão das partículas Tipo de areia Tamanho nominal Módulo de Finura (MF) Mínima Máxima Muito fina 0,15 0,6 MF<2,0 Fina 0.6 1,2 2<MF<2,4 Média 1,2 2,4 2,4 < MF < 3,2 Grossa 2,4 4,8 MF> 3,2 Fonte: NBR 7211, 2020. A mesma norma considera como agregado graúdo o pedregulho e a brita de rochas estáveis. Esses grãos passam por uma peneira de malha quadriculada com abertura nominal de 152 mm e ficam retidos na peneira de 4,8mm. (LA SERNA & REZENDE, 2009). Abaixo o Quadro 2 mostra a divisão das britas conforme o tamanho das partículas conforme a NBR 7211. Quadro 2 - Divisão das britas de acordo com o tamanho das partículas. Pedra Brita numerada NBR 7211 Comercial Tamanho Nominal Número Mínima Máxima Mínima Máxima Brita 0 4,8 9,5 Brita 1 4,8 12,5 9,5 19 Brita 2 12,5 25 19 38 Brita 3 25 50 38 50 Brita 4 50 76 50 76 Brita 5 76 100 Observação para efeitos de dosagem pode - se utilizar Dmáx= 25 mm para uma mistura de brita 1 + Brita 2 >76 mm considerado pedra de mão Fonte: Duart, 2009. 18 2.1.1.2 Água A água é conhecida como solvente universal. É de suma importância na preparação do concreto. Uma dosagem não correta causa influência nas reações químicas da mistura e, consequentemente, nas características de resistência e durabilidade das estruturas. A presença de água em excesso pode ser prejudicial à durabilidade da estrutura podendo ocasionar o aparecimento de manchas. Quadro 3 - Limitações máximas para as substâncias presentes na água. Substância Limitações Máximas Resíduo Sólido 500 mg/1 Sulfatos (expresso em íons SO- ) 4 300 mg/1 Cloretos (expressos em íons Cl-) 500 mg/1 Fonte: NBR 6118, (2014) 2.1.1.3 Cimento Portland Para Neville (2016, p.1): “cimento, no sentido geral da palavra, pode ser descrito como um material com propriedades adesivas e coesivas que o fazem capaz de unir fragmentos minerais na forma de uma unidade compacta”. O cimento usado no concreto é composto de óxidos cálcio, silício, alumínio e ferro. Existem no mercado diversos tipos de cimento portland, que só se diferenciam na composição e na forma de utilização. Entre eles estão CP I, CP I-S, CP II-E, CP II-Z, CP II-F, CP III, CP IV, RS, BC, CPB. Para cada tipo de cimento há uma NBR, a fim de padronizá-los (ver tabela 1). 19 Tabela 1: Tipos de cimentos. Tipo de cimentos Adições Sigla Norma Cimento Portland comum Escória, pozolana ou filler (até 5%) CP I-S 32 CP I-S 40 5732 Cimento Portland composto Escória (6 até 34%) CP II-E 32 CP II-E 40 11578 Pozolana (6 até 14%) CP II-Z 32 Filler (6 até 10%) CP II-F 32 CP II-F 40 Cimento Portland de Alto forno Escória (35 até 70%) CP III-32 CP III-40 5735 Cimento Portland Pozolânico Pozolana (15 até 50%) CP IV-32 5736 Cimento Portland de alta resistência inicial Materiais carbonáticos (até 5%) CP V-ARI 5733 Cimento Portland resistente aos sulfatos Esses cimentos são designados pelas siglas RS, EX: CPIII-40 RS e CP V- ARI RS 5737 Fonte: Faz fácil reforma e construções, 2018 2.1.1.4 Aditivos Os aditivos são empregados em todos os tipos de concreto visando modificar suas propriedades, seja no material ainda fresco ou já endurecido. A sua utilização é considerada como um dos elementos cruciais na composição do concreto armado, juntamente com a água, o cimento e os agregados. (FREITAS JR, 2013). Dentre as finalidades da aplicação dos aditivos pode-se destacar o aumento da maleabilidade do concreto fresco; redução do consumo de cimento, ou seja, em relação ao custo; alteração do tempo de pega (seja acelerando ou reduzindo) e diminuição da retração. Sua classificação obedece à NBR-11768/92 (ver Quadro 4). 20 Quadro 4 - Classificação de aditivos segundo a NBR-11768/92. NBR-11768/92 Classifica alguns tipos de aditivos Tipos FINALIDADE P Plastificante e retardador de água (mínimo 6% de redução) A Acelerador do tempo de pega R Retardador do tempo de pega PR Plastificante e acelerador do tempo de pega PA Incorporador de ar IAR Superplastificante (mínimo 12% de redução de água) SPR Superplastificante e retardador SPA Superplastificante acelerador Fonte: o autor, 2020 Para assegurar as melhorias se faz necessária a utilização correta dos aditivos, atentando-se para o prazo de validade, forma de aplicação adequada, a quantidade de produto utilizado e ao momento certo de colocar a mistura. 2.2 MANIFESTAÇÕES PATOLOGIAS DO CONCRETO As construções podem apresentar diversos tipos de patologias. Essas anomalias são comparáveis a doenças e situações que, caso não são tratadas, podem provocar trincas, rachaduras, fissuras, manchas, descolamentos, deformações, rupturas, corrosões, oxidações, dentre outros malefícios. Assim podem afetar o desempenho da estrutura em relação à estabilidade, estética e, principalmente, à durabilidade. Segundo a NBR 15575 (2013), as obras têm que ter uma vida útil de no mínimo 50 anos, porém muitas vezes as edificações apresentam problemas muito antes deste prazo devido a muitos fatores como se pode observar na Figura 03, que ilustra as principais origens de incidências das manifestações patológicas no Brasil. 21 Figura 3 - Incidências das origens das manifestações patológicas no Brasil. Fonte: Silva e Jonov (2011). A Figura 3 mostra que cerca de 48% das origens das enfermidades estão correlacionadas com a questão da execução da obra. Além disso, atividades relacionadas aos ramos de manutenção, projetos, fortuitas e até mesmo na utilização do empreendimento contribuem para originar patologias. Para Souza e Ripper (1998, p.14), a patologia das Estruturas define-se como: “campo da Engenharia das Construções que se ocupa do estudo das origens, formas de manifestação, consequências, mecanismos de ocorrência das falhas e dos sistemas de degradação das estruturas". Logo, pode-se definir patologia como sendo a “doença” do concreto, causada por fatores mecânicos, biológicos, físicos e químicos. São considerados fatores mecânicos a vibração e as erosões sofridas ao longo da sua vida útil. Os fatores biológicos são as bactérias, os fatores físicos e químico são representados pelas variações de temperaturas e as reações químicas como as que ocorrem entre os ácidos e sais. Os fatores mecânicoscomo as vibrações, podem ocasionar fissuras locais, o que permite ataques de agentes químicos nas armaduras, fazendo com que as couraças sofram corrosões. Essas fissuras, em contatos com líquidos contendo partículas de suspenção, podem ocasionar a erosão do 22 concreto e se estes líquidos contiverem substâncias químicas agressivas ao concreto podem fazer com que a estrutura sofra uma erosão-corrosão. Os fatores físicos como a variação de temperatura ocasionam choques térmicos entre os componentes do concreto, possibilitando a formação de microfissuras, assim permitindo a entrada de agentes agressivos ao concreto. Já os fatores químicos estão interligados com a presença de substâncias químicas, geralmente presentes na água, ar e solo. Os agentes mais agressivos são os ácidos sulfúrico e clorídrico que agem na pasta do cimento, agregados e nas armaduras. Logo abaixo serão apresentadas algumas manifestações patológicas. 2.2.1 Carbonatação A carbonatação consiste na introdução do CO2 nas estruturas de concreto. O CO2 consegue penetrar por entre os poros do concreto, reagindo com hidróxido de cálcio. Para Pauletti (2009) a carbonatação é um fenômeno físico-químico que ocorre principalmente entre os hidratos do cimento e o CO2 da atmosfera. A carbonatação provoca uma série de alterações na microestrutura dos materiais cimentícios, sendo que as maiores consequências são a queda do pH e a mudança na permeabilidade conforme ilustrado pela Figura 4. Figura 4 - Representação química da ação da Carbonatação. Fonte: Thierry, 2005. 23 De acordo com a NBR 6118 (2014) a carbonatação é causada por ação do gás carbônico do ar sobre o aço da armadura. Segundo Cadore (2008), o gás mais atuante no processo de degradação das estruturas é o dióxido de carbono (CO2), pois aparece em maiores proporções na atmosfera, superiores a gases como o dióxido de enxofre (SO2) e o sulfato de hidrogênio (H2S), embora esses últimos também possam atuar como agentes de degradação. A Figura 5 faz a representação esquemática da carbonatação do concreto. Figuras 5 - Representação esquemática da carbonatação do concreto. a) poros totalmente secos; b) poros saturados com água e c) poros parcialmente, preenchidos com água (concreto com umidade relativa normal do ambiente). Fonte: BAKKER, 1988 apud CASCUDO, 1997. Para Pauletti (2009), a carbonatação no concreto é uma das principais causas para o início do processo de corrosão das armaduras, ou seja, essas manifestações patológicas afetam as estruturas de concreto armado. Para Barin (2008), os ambientes urbanos, principalmente nas grandes metrópoles, possuem concentração de dióxido de carbono na atmosfera que pode variar entre 0,3% e 1% e isso pode contribuir para essa anomalia. De acordo com Neville (1997), a carbonatação ocorre também em ambientes rurais, com baixas concentrações de CO2 na atmosfera, na ordem de 0,03% em volume. A carbonatação se mostra agressiva quando apresentado um alto teor de CO2 no ar. O fato do concreto ser poroso faz com que o CO2 que está concentrado no ar penetre facilmente pelos poros do concreto, resultando na 24 redução da alcalinidade da camada do cobrimento do concreto e na reação com hidróxido de cálcio Ca(OH)2, entre outros hidróxidos (ANDRADE, 2001). A profundidade e a velocidade de carbonatação podem ser influenciadas por fatores que estão ligados ao sistema de poros e ao pH do concreto, os quais são determinados através da sua composição e pela execução da estrutura de concreto. Os principais fatores se que pode listar são: a presença de adições minerais, a relação água/aglomerante, o processo e o tempo de cura, a dosagem, a porosidade, a resistência à compressão, os fatores internos do concreto (idade, grau de hidratação, agregado e aglomerante) e as condições ambientais (temperatura, umidade relativa, concentração de CO2 e tempo de exposição). 2.2.2 Lixiviação É um tipo de patologia mais comum nas estruturas de concretos. Se dá pela infiltração da água no concreto. A agua transporta os cristais de Ca(OH)2 presente no concreto ocasionando o aparecimento de mancha brancas na superfície do concreto. Essas manchas são formadas pela reação do hidróxido de cálcio lixiviado com o CO2 do a e podem aumentar a porosidade interna do concreto, reduzindo o pH e possibilitando o risco de corrosão (HELENE, 2013). A Figura 6 mostra a lixiviação em estruturas de concreto armado. Figura 6 - Lixiviação em estruturas de concreto armado. Fonte: Bauer, 2020 25 O processo de remoção da eflorescência é bastante simples. Basta uma escovação com escova dura e seca, leve jateamento d’água e um leve jateamento de areia. Alguns sais, contudo, tornam-se insolúveis na água, quando em contato com a atmosfera. Nesses casos essas eflorescências podem ser removidas com ácidos diluídos em água (DNIT, 2006). A prevenção da recorrência da lixiviação realizada através da redução de absorção de água, com o tratamento das fissuras e trincas e pinturas hidrofugantes. 2.2.3 Ataques de sulfatos Segundo a NBR 6118 (2014), a expansão por ação de águas ou solos que contenham ou estejam contaminados com sulfatos causa reações expansivas e deletérias com a pasta de cimento hidratado. Em um ambiente quimicamente agressivo, a degradação resultante do ataque por sulfatos depende do teor de aluminato (tri cálcico) em determinado tipo de cimento, sendo menos notória a sua dependência à medida que a dosagem aumenta. (GONÇALVES, 2000). A Figura 7 representa a influência da dosagem de cimento e do seu teor de C3A na resistência do Betão ao ataque por sulfatos. Figura 7 - Influência da dosagem de cimento e do seu teor de C3A na resistência do Concreto ao ataque por sulfatos. Fonte: Gonçalves, 2000 26 Observa-se que a contaminação do concreto por sulfato pode ser ocasionada por agregado contaminado por gipsita com cimento com alto teor de trióxido de enxofre (SO3), chuvas ácidas, solos contaminados e contaminação das águas subterrâneas e efluentes (CABRAL, 2014). Segundo a CEB (1992), os principais parâmetros que influenciam a expansão do concreto sob ataque de sulfatos são as condições de exposição, condições de acesso, a suscetibilidade ao concreto e a quantidade de água. Esses parâmetros estão correlacionados com a severidade do ataque à estrutura (ver figura 8). Figura 8 - Processo de ataque de sulfatos. Fonte: CEB, 1999 Os fatores que influenciam no desenvolvimento e evolução do ataque por sulfatos dividem em duas categorias: os fatores endógenos ou de produção, os quais estão associados ao processo de produção do concreto, ou seja, à seleção dos materiais, dosagem, amassamento e cura; e os fatores ambientais, correlacionados com a origem dos sais. Conforme Neville (2016), os sais sólidos não atacam o concreto, mas quando estão presentes na forma de solução podem reagir com a pasta de cimento hidratada. Todos os sulfatos levam à deterioração do concreto, mas o grau de ataque depende do tipo de sulfato presente. Ao penetrarem os íons 27 sulfatos reagem com hidróxido de cálcio, formando o gesso, ou com aluminato tricálcico, formando etringita, ou ainda com a alumina do agregado, ocasionando expansões, fissurações, descamação do concreto, amolecimento e até mesmo a sua desintegração. Segundo a norma do DNIT (2006) recomenda-se, para um concreto com peso normal, que uma relação água/cimento mais baixa seja usada para estanqueidade ou para proteção contra a corrosão. Já para condições de ataque muito severas exige-se o uso de cimento Portland resistente a sulfato, uma relação água/cimento máxima de 0,45, um consumo mínimo de cimento de 370 kg/m3 e uma camada protetora de concreto. 2.2.4 Reação álcali-agregado As reações álcali-agregados ou (RAA) são reações químicas que envolvemálcalis (óxido de sódio e oxido de potássio), provenientes do cimento e dos agregados reativos, que ocorre em uma estrutura de concreto. (NOGUEIRA, 2010). As reações são ocasionadas no interior do concreto, na presença de umidade os produtos formados e são capazes de expandir-se gerando fissurações e deslocamentos, comprometendo a estrutura de concreto. A formação do um gel que se expande no concreto é consequência da reação dos minerais dos agregados com os hidróxidos que estão dissolvidos nos poros do concreto (CABRAL, 2014). Os tipos são: reação álcali-sílica (RAS) opala, trimidita e cristobalita. Além desses existem as reações álcali- silicato ardósia, feldspato, quartzito e a reação álcali-carbonato agregado calcárico- domilítico. A figura 9 exibe um bloco de fundação atacado pela RAA. Figura 9 - Bloco de fundação atacada pelo RAA. Fonte: Pecchio et al. 2008. 28 Assim, as condições para estas reações ocorrerem são agregados potencialmente reativos, umidade, álcalis e fatores complementares: temperatura, área de superfície matéria, tensões confinantes e álcalis externos. Este tipo de patologia só pode ser identificado através de testes laboratoriais. A recuperação de pequenas estruturas pode ser realizada três ou cincos anos após a estabilização das trincas, com a aplicação de injeções de epóxi nessas trincas. Antes da aplicação de epóxi pode-se tratar as trincas com argamassa mais fracas, evitando assim a entrada de agentes mais agressivos. 2.2.5 Ataques de cloretos Os ataques de íons cloreto na estrutura de concreto é a patologia mais estuda pelos especialistas. Segundo Neville (2016, p. 23): “o ataque por cloretos é diferente, devido ao fato de que o ponto principal é a corrosão da armadura, e é somente em consequência da corrosão que o concreto é danificado”. As estruturas em regiões litorâneas sofrem a ação desses íons, muito mais efetiva e severa do que as de íons sulfato. Seguindo Lovato (2007), os malefícios da presença de cloretos nas obras de engenharia civil estão relacionados à sua influência sobre a composição química do concreto, desgastando as armaduras. Para Abbas et. al., (2014), a corrosão do aço danifica as estruturas de concreto, o que causa quebra e desintegração do cobrimento em concreto, acelerando ainda mais os danos. A corrosão das armaduras no interior do concreto é ocasionada por mecanismos eletroquímicos, quando há uma reação química que envolve a condução de elétrons entre regiões diferentes de um mesmo metal. Uma região sofre com as reações de perdas de elétrons (região anódica), enquanto outra sofre reações de consumo de elétrons (região catódica). A circulação de íons ocorre pelo eletrólito, que no caso do concreto é a solução contida nos seus poros. 29 O oxigênio é consumido e a água é regenerada, mas é necessária para que o processo continue. Desta forma não haverá corrosão em concretos secos, com umidade inferior a 60% (NEVILLE,2016). O autor ainda afirma que que não há corrosão no concreto imerso em água, exceto quando a água puder carregar ar. A Figura 10 mostra o esquema da corrosão eletroquímica na presença de cloretos. Figura 10 - Corrosão eletroquímica na presença de cloretos. Fonte: Neville, 2016. Com o ataque dos íons cloretos à camada passivadora do aço dá-se o início da corrosão. Os cloretos no aço formam o ânodo e a camada de passivação, o cátodo. Para Verbeck (1975) os íons cloreto “é um destruidor único e específico”, segundo as reações: Reações anódicas: Fe → Fe2+ + 2e- Fe2+ + 2OH- → Fe (OH)2 (hidróxido ferroso) 4Fe (OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3 (hidróxido férrico) Reações catódica: 4e- + O2 + 2H2O → 4OH- Fe2+ + 2Cl- → FeCl2 FeCl2 + 2H2O → Fe(OH)2 + 2HCl. 30 O cloreto é regenerado, porém a ferrugem não possui cloreto, embora seja formado FeCl2 em etapas intermediárias. Nesse processo, nas áreas onde há presença da salinidade da água, é de extrema importância evitar o uso de materiais contaminados a fim de se evitar o contágio de novos concretos produzidos com resíduos dessa origem. Segundo Neville (2016), a corrosão apresenta como consequências os produtos formados pela corrosão, que ocupam volumes maiores que o aço resultando na formação de fissuras, descamações e de laminação do concreto, com a redução da área da seção transversal do aço e diminuição de sua resistência. Existem diversos fatores que influenciam no ingresso e ação dos íons cloro no concreto, desencadeando o processo de corrosão das armaduras do concreto armado. Para Portella (2013), os principais fatores que estimulam a entrada e a ação do íons cloreto, são: composição e tipo de cimento, relação água/cimento, grau de hidratação do cimento e cura do concreto, cobrimento da armadura, carbonatação, porosidade do concreto, ambiente marinho, a umidade relativa do ar e a temperatura, a ação do vento, o distanciamento do mar, resistividade elétrica, conforme apresentado a seguir: Composição e tipo de cimento: as diversidades dos tipos de cimento expõem as variações em relação à sua composição e finura, que atuam de formas diferentes quanto à proteção da armadura e ao ingresso de íons cloreto (TROIAN, 2010); Relação água/cimento, grau de hidratação do cimento e cura do concreto: a relação a/c, na medida em que é reduzida, reduz a porosidade e aumenta consideravelmente a resistência mecânica do concreto, diminuindo a velocidade e intensidade do processo corrosivo (PORTELLA, 2013). Uma cura ineficiente reduz o grau de hidratação do cimento, especialmente em locais superficiais, acarretando maior interligação entre os poros da pasta de cimento, aumentando a sua porosidade (BRANDÃO ,1998); Cobrimento da armadura: a partir do cobrimento da armadura o concreto atua como barreira de proteção física contra agentes agressivos (CABRAL, 2000); 31 Carbonatação: pode exercer influência na liberação de cloretos alocados na pasta de cimento, resultando no aumento do processo de corrosão ao longo da armadura do concreto; Porosidade do concreto: a estrutura porosa da pasta de cimento endurecida influencia decisivamente no transporte de íons cloro, oxigênio e água, além de outras substâncias dissolvidas, para o interior do concreto, influenciando significativamente o início e a manutenção do processo de corrosão das armaduras; Umidade relativa do ar e a temperatura: contribuem expressivamente para a penetração de íons de cloro, pois, a sua elevação aumenta a mobilidade molecular favorecendo o seu transporte, no entanto a sua queda pode provocar a condensação e aumento da umidade do concreto. A ação do vento sobre a superfície do mar provoca a produção do aerossol marinho (névoa marinha) contendo íons cloro; O distanciamento do mar: existe um decréscimo da intensidade de ataque, que varia com a distância do mar em direção ao interior; Resistividade elétrica: consiste na grandeza do concreto que indica a maior ou menor probabilidade do início da corrosão da armadura. Deve-se ressaltar que a importância do estudo da corrosão também está relacionada a aspectos econômicos, que geram custos com reparos e são extremamente altos (PEREIRA, 2001). 2.3 MANUTENÇÃO EM ESTRUTURAS DE CONCRETO As estruturas de concreto são consideradas comprometidas quando apresentam manifestações patológicas com capacidade de afetar a sua durabilidade e seu desempenho. Brandão (1999), afirma que durante anoso concreto foi considerado um material extremamente durável. E que atualmente a deterioração precoce das estruturas estão ligadas diretamente a uma somatória de fatores, dentre os quais: inadequação dos materiais, má utilização da obra, agressividade do 32 meio ambiente, ineficiência e falta de manutenção. Não se pode determinar ao certo a vida útil de uma estrutura de concreto, eledepende do desempenho, da sua utilização, manutenção e conservação NBR 6118 (ABNT, 2003). Existem três tipos de manutenções em estruturas de concreto são: Manutenção preditiva, preventiva e corretiva. A Manutenção preventiva compreende a realização de tarefas que antecedem falhas, efetuadas em determinados períodos com o intuito de reduzir as falhas e a degradação das estruturas. As tarefas dividida nessa manutenção são baseada no tempo (consiste em recondicionar e substituir componentes da estrutura em tempos pré-definidos), condição (capazes de medir parâmetros da falha com utilização de instrumentos ou equipamentos portáteis e correlacionar com o projeto inicial) e teste para a falha. A Manutenção Preditiva, segundo Barbosa (2011), consiste em executar as atividades de manutenção preventivas, de acordo com a análise dos diversos elementos do edifício, com base em um planejamento de inspeções. O ideal é que a programação de inspeções seja prevista ainda na fase de projeto, onde deverão ser identificados os elementos a inspecionar e a periodicidade recomendada, em função da durabilidade média dos materiais e equipamentos especificados. Já a Manutenção Corretiva é definida como sendo qualquer manutenção realizada com o objetivo de restaurar as condições iniciais e ideais de operação de máquinas e equipamentos, eliminando as fontes de falhas que possam existir. Segundo a NBR 15575 (2013) é caracterizada por serviços que demandam ação ou intervenção imediata a fim de permitir a continuidade do uso dos sistemas, elementos ou componentes das edificações, ou evitar graves riscos ou prejuízos pessoais, patrimoniais aos seus usuários e proprietários. 33 3 METODOLOGIA O presente estudo seguiu os preceitos do estudo explorativo de natureza bibliográfica que segundo Gil (2008, p.51): “foi desenvolvido a partir do material já elaborado, constituído de livros e artigos científicos”. Como fontes para desenvolver o presente trabalho foram utilizados livros e manuais técnicos que abordaram assuntos correlacionados com a temática sobre a ação dos íons cloretos em estruturas de concreto armado. Além disso artigos científicos sobre a temática publicados nos últimos 20 anos foram acessados, todos integrantes de renomeados congressos espalhados pelo brasil. Foram também utilizados monografias disponíveis nos acervos da biblioteca da Unifanor. Para seleção das fontes foram excluídos livros e artigos que não possuía nenhuma ligação com a temática. Para a coleta realizou-se uma leitura explorativa de todo o material selecionado (leitura rápida que continha o objetivo de averiguar as obras consultadas) e também uma leitura seletiva com o objetivo de aprofundar-se nas partes mais relevantes para o estudo. Na etapa de análise e intepretação de resultados foi realizado uma leitura analítica com a finalidade de ordenar e organizar as informações contidas nas fontes, de forma que a contribuir para responder ao problema da pesquisa. Ao final trabalho se fez necessário analisar as categorias anteriores e discuti-las a partir do referencial teórico relacionando à temática do estudo. 34 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES No Quadro 5 é apresentada a agressividade no ambiente e as consequências dessas patologias sobre as estruturas. Quadro 5 – Agressividade e consequência das patologias sobre as edificações. Agressividade do meio ambiente Consequências sobre a estrutura Natureza do processo Condições particulares Sintomas apresentados na superfície do concreto Efeitos a longo prazo Carbonatação Ur 60% a 85% Imperceptível Redução no PH, corrosão da armadura e fissuração superficial Lixiviação Atmosfera ácida, água puras Eflorescência e manchas brancas Redução no Ph, corrosão da armadura e desagregação superficial Retração Umedecimento e secagem, ausência de cura UR baixa (<50%) Fissuras Fissuração e corrosão das armaduras Fuligem Partículas em suspensão na atmosfera urbana e industrial Manchas escuras Redução do PH e corrosão das armaduras Fungos e mofo Temperaturas altas (> 20ºc e <50ºc) com UR>75% Manchas escuras e esverdeadas Redução no PH, corrosão da armadura e desagregação superficial Concentração salina cl- Atmosfera marinha e industrial Imperceptível Despassivação e corrosão das armaduras Sulfatos Esgoto e águas servidas Fissuras Expansão=>Fissuras, desagregação do concreto e corrosão na armadura Álcali- agregado Composição do concreto umidade, UR>95% Fissuras, gel ao redor do agregado graúdo Expansão=>Fissuras, desagregação do concreto e corrosão na armadura Fonte: Autor, 2020 35 Pode-se observar que algumas manifestações patológicas apresentam sintomas iguais nas superfícies de concreto, a exemplo das fissuras, que podem acontecer em manifestações patológicas do tipo de retração e ataques de sulfatos. Além disso, a longo prazo pode ocorrer a corrosão na armadura do concreto, seguindo da deterioração do concreto. Deve-se ressaltar que os métodos mais importantes e frequentes no envelhecimento e de deterioração das estruturas de concreto estão descritos nas ABNT NBR 6118:2007 e ABNT NBR 12655:2006. Desta forma, ácidos orgânicos e minerais, óleos, substâncias fermentadas, esgoto industrial podem atacar o concreto. Numa estrutura de concreto armado o aço é a parte mais sensível ao ataque do meio ambiente e por essa razão as armaduras devem ficar protegidas através de uma espessura de concreto de cobrimento. Além disso, a agressividade do meio ambiente está correlacionada com as ações físicas e químicas que atuam sobre as estruturas do concreto armado. Essa agressividade pode ser classificada a partir das condições de exposição da estrutura e suas partes, levando em conta o microclima e o macroclima atuantes sobre as obras (ver quadro 6). Quadro 6 - Classificação da agressividade e os riscos nas estruturas Classes de agressividade Agressividade Risco de deterioração de estruturas 1 Fraca Desnecessário 2 Média Pequeno 3 Forte Grande 4 Muito forte Elevado Fonte: O autor, 2020. Pode-se afirmar, a partir das referências bibliográficas utilizadas no desenvolvimento do presente trabalho, que a agressividade pode ser avaliada partindo do ponto de vista da durabilidade das armaduras e do próprio concreto. Para a avaliação de uma estrutura, segundo Emmons (1994), deve-se seguir uma série de passos: a inspeção visual ao longo da estrutura pode facilitar a identificação de algumas patologias e com isso permitir que o 36 responsável pela obra possa revisar ou analisar os documentos dos projetos, permitindo o acesso aos últimos registros de manutenção, facilitando a programação de medidas de manutenção, se necessário. Além da inspeção visual e de uma boa análise técnica da estrutura faz-se necessário o acompanhamento de diversos fatores como o mapeamento das deficiências, monitoramento, pesquisa conjunta, ensaios e testes, permitindo-se uma análise estrutural completa a fim de corroborar a decisão final sobre o empreendimento. Na Figuras 11 são apresentados ensaios não destrutivos feitos em estruturas. Figura 11 – Ensaios não destrutivos. Fonte: Cimento Itambé,2020. Na figura 12 estão representadas patologias em obras de concreto armado: corrosão generalizadas e desplacamento de cobrimento. Figura 12 – Patologias em obras de concreto armado. Fonte: Marcelli, 2007 37 Deve-se ressaltar que o desplacamento do concreto é muito comum nas estruturas de edifícios e tem como fator principal a umidade, pois se a estrutura apresentar infiltração pode ocasionar oxidação. Os danos estruturais ocasionados pela infiltração são muito graves, podendo afetar outras áreas da construção. A oxidação do ferro fazcom que aumente o seu tamanho, resultando em rachaduras e fissuras, além de manchas avermelhadas na parede e bolhas nas pinturas. Para se evitar as infiltrações que causam o desplacamento é preciso seguir à risca um cronograma de manutenção preventiva, com um processo de impermeabilização principalmente em áreas onde a água tem maior atuação. 38 5 COSIDERAÇÕES FINAIS As manifestações patológicas apresentadas em obras civis possuem suas origens em qualquer uma das etapas do processo de construção. Devido a isso, pode-se observar que os planos de manutenções padronizados pelos órgãos competentes são essenciais para garantir a eficiência dos materiais empregados e a qualidade na execução dos projetos. Antes de se realizar qualquer medida para a correção de uma patologia é necessário saber a origem do problema, pois manifestações patológicas com origens diferentes podem gerar falsas soluções, por possuírem as mesmas características físicas, o que faz com que uma patologia acabe encobrindo outra. Pode-se concluir que o presente trabalho conseguiu alcançar os objetivos propostos, pois evidenciou a necessidade de se adotarem procedimentos no intuito de retardar as consequências decorrentes de cada manifestação patológica. Concluiu-se que para que uma estrutura alcance um nível satisfatório de durabilidade, sem manifestações patológicas, todas as áreas envolvidas no processo devem estar em harmonia: a mão de obra de execução, os projetistas, os materiais utilizados, etc. Devido ao limitado número de estudos relacionados ao tema, sugere-se para pesquisas futuras a realização de trabalhos que abordem novas técnicas de manutenção, comparando as manifestações patológicas e suas origens, utilizando períodos de análise mais recentes. 39 REFERÊNCIAS ABBAS, Saffer; SOLIMAN, Ahmed M.; NEHDI. Moncef L. Chloride Ion Penetration in Reinforced Concrete and Steel Fiber-Reinforced Concrete Precast Tunnel Lining Segments. International Concrete Abstracts Portal. Publication: Materials Journal. v. 111. p. 613-622. 2014 ABNT: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7211: Agregado para concreto. Rio de Janeiro, 1983, 5 p. AЇTCIN, P.C. The durability characteristics of High-Performance Concrete: a review. 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