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CENTRO UNIVERISTÁRIO DO DISTRITO FEDERAL – UDF COORDENAÇÃO DO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL FELIPE BRAGA DE MOURA AVALIAÇÃO PATOLÓGICA DE ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO (ESTUDO DE CASO) Brasília 2014 ii FELIPE BRAGA DE MOURA AVALIAÇÃO PATOLÓGICA DE ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO (ESTUDO DE CASO) Trabalho de conclusão de curso apresentado à Coordenação de Engenharia Civil do Centro Universitário do Distrito Federal - UDF, como requisito parcial para obtenção do grau de bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. MSc. Fernando Peroba Júnior. Brasília 2014 iii FICHA CATALOGRÁFICA REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA BRAGA, F.M. (2014). Avaliação Patológica de Estrutura de Concreto Armado (Estudo de Caso). Projeto Final de Graduação. Coordenação do Curso de Engenharia Civil, Centro Universitário do Distrito Federal – UDF, Brasília, DF, 96 p. CESSÃO DE DIREITOS NOME DO AUTOR: Felipe Braga de Moura TÍTULO DO PROJETO FINAL: Avaliação Patológica de Estrutura de Concreto Armado (Estudo de Caso) GRAU / ANO: Graduado / 2014. É concedido ao Centro Universitário do Distrito Federal – UDF a permissão para reproduzir cópias deste Projeto Final e para emprestar ou vender com porcentagem ao autor de 20 % tais cópias somente para propósitos acadêmicos e científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte deste Projeto Final pode ser reproduzida sem a autorização por escrito do autor. _____________________________ Felipe Braga de Moura Setor Habitacional Vicente Pires Rua 08 Chácara 186 Casa 19 72.006-765 – Brasília/DF - Brasil felipee.eng@gmail.com BRAGA, FELIPE MOURA Avaliação Patológica de Estrutura de Concreto Armado (Estudo de Caso). Brasília - DF, 2014. xvi, 96p., 210x297 mm (UDF, Graduação, Engenharia Civil, 2014). Trabalho de conclusão de curso apresentado à Coordenação de Engenharia Civil do Centro Universitário do Distrito Federal - UDF, como requisito parcial para obtenção do grau de bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. MSc. Fernando Peroba Júnior. 1. Estruturas de concreto. 2. Intervenções. 3. Danos. 4. Reforço/Recuperação estrutural. I. Avaliação Patológica de Estrutura de Concreto Armado (Estudo de Caso) CDU iv FELIPE BRAGA DE MOURA AVALIAÇÃO PATOLÓGICA DE ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO (ESTUDO DE CASO) Trabalho de conclusão de curso apresentado à Coordenação de Engenharia Civil do Centro Universitário do Distrito Federal - UDF, como requisito parcial para obtenção do grau de bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. MSc. Fernando Peroba Júnior. Brasília, _____ de Dezembro de 2014. Banca Examinadora _________________________________________ Fernando Peroba Júnior Prof. MSc. Orientador Centro Universitário do Distrito Federal – UDF __________________________________________ Marcelo Augusto Sales da Silva Prof. MSc. Examinador Interno Centro Universitário do Distrito Federal – UDF ___________________________________________ Francisco Francione Soares Júnior Prof. MSc. Examinador Externo Nota: ______ v DEDICATÓRIA Dedico “in memoriam” a minha avó/mãe Maria Mirian, que me incentivou e proporcionou a oportunidade de realizar este sonho em minha vida. . vi AGRADECIMENTO Agradeço primeiramente a Deus, por me fortalecer nos momentos mais difíceis permitindo mais uma conquista em minha vida; A minha esposa e filhas que me compreenderam em todos os momentos mais difíceis do curso; Aos meus familiares que sempre me apoiaram, em especial ao meu tio Ricardo Braga; Aos meus amigos que desde o início do curso, fomos juntos realizando este sonho; Aos professores Fernando Peroba e Myllane Hortegal pela dedicação, auxílio e correções desse trabalho. vii “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” Albert Einstein viii RESUMO A rápida deterioração as quais as estruturas de concreto armado estão submetidas, fazem com que ocorra redução da durabilidade e vida útil das edificações, situação que, além de afetar a segurança da construção, acarreta também custos consideráveis para recuperar ou reforçar as estruturas enfermas. O presente trabalho teve por objetivo realizar visitas na obra do estudo de caso para identificar os danos mais comuns em elementos estruturais e indicar seus diagnósticos e terapias em um relatório técnico-fotográfico. Ao final, foi avaliado se as soluções impostas foram suficientes para a recuperação ou reforço da edificação. Palavras-chave: Estruturas de concreto. Intervenções. Danos. Reforço/Recuperação estrutural. ix ABSTRACT The rapid deterioration which the reinforced concrete structures are submitted, can causes reduction of the durability and the useful life of buildings, a situation that, besides of affecting the safety of the construction, also can causes considerable costs in the need of restoring or strengthening the weak structures. This study had focus in carrying out visits in the case study work to identify the most common damages of structural elements and as well it will indicate their diagnoses and therapies in a technical photographic report. At the end, it was assessed whether imposed solutions were sufficient for the recovery or improvement of the building. Key words: Concrete structures. Interventions. Damages. Structural Strengthening/ recovery. x LISTA DE FIGURAS E TABELAS FIGURAS Figura 2.1 - Inter-relacionamento entre conceitos de durabilidade e desempenho. (C.E.B - Boletim nº 183, 1989 apud Souza e Ripper, 1998) ............................. 24 Figura 2.2 - Hipóteses para reconversão de estruturas com desempenho insatisfatório. (Souza e Ripper, 1998) ............................................................... 25 Figura 2.3 - Diferentes desempenhos de uma estrutura, com o tempo em função de diferentes fenômenos patológicos. (Souza e Ripper, 1998) ............................. 27 Figura 2.4 - Erros de concepção de projeto no edifício Real Class em Belém do Pará. (Portal ORM) ..................................................................................................... 31 Figura 2.5 - Desmoronamento do edifício Real Class, em Belém/PA. (Blog Oficial do Curso de Engenharia Civil) ............................................................................... 31 Figura 2.6 - Desabamento na obra do shopping no Piauí. (PINIWEB, 2013). ........... 33 Figura 2.7 - Armaduras expostas de concreto degradados no Viaduto Sarah Kubitschek. (PINIWEB, 2008) ........................................................................... 38 Figura 2.8 - Corrosão com armaduras expostas e enferrujadas no cruzamento do Anel Rodoviário sobre a Avenida Amazonas/BH. (PINIWEB, 2008) ................. 38 Figura 2.9 - Tabuleiro do viaduto que liga a Avenida Barão Homem de Melo ao bairro Padre Eustáquio. (PINIWEB, 2008) .................................................................. 39 Figura 2.10 - Influencia da cura úmida sobre a resistência do concreto. (Neville, 1997) ................................................................................................................. 44 Figura 2.11 – Erros de localização das armaduras. (Souza e Ripper, 1998) ........... 45 Figura 2.12 - Esquema estruturais para cálculo de vigas de edifício. (Souza e Ripper, 1998) .................................................................................................................50 Figura 2.13 - Diferentes situações de detalhamentos de armaduras. (Souza e Ripper, 1998) ................................................................................................................. 51 Figura 2.14 - Detalhamento das barras na seção transversal de uma viga. (Souza e Ripper, 1998) .................................................................................................... 52 Figura 2.15 - Adoção de pingadeiras. (Souza e Ripper, 1998).................................. 52 Figura 2.16 - Correto detalhamento da junta de dilatação. (Prefac Impermeabilizações) ......................................................................................... 53 xi Figura 2.17 - Marquise deformada devido sobrecarga do painel publicitário. (Nota de Aula de Estruturas de Concreto IV – UDF, 2014) ............................................. 54 Figura 2.18 - Exemplo de fissura devido recalque de fundação. (Cavaco, 2008) ..... 55 Figura 2.19 - Recalque diferencial de fundação na Torre de Pisa. (BlogSpot Engenharia Civil para iniciantes - Dicionário do Engenheiro) ........................... 56 Figura 2.20 - Queda de elementos dos tabuleiros. (Vaz, 1992) ................................ 56 Figura 2.21 - Danos em pilares. (Vaz, 1992) ............................................................. 57 Figura 2.22 - Fluxograma genérico para diagnose de uma estrutura convencional. (Souza e Ripper, 1998) ..................................................................................... 59 Figura 2.23 - Sistema de Medição para intervenção de corte em concreto. (Souza e Ripper, 1998) .................................................................................................... 62 Figura 2.24 - Remoção de concreto por corte e forma correta do reforço/recuperação. (Ferrari e Hanai, 2007) .................................................... 63 Figura 2.25 - Escarificação mecânica e manual. (Souza e Ripper, 1998) ................. 63 Figura 2.26 - Situações de confrontação corte x comprimento de ancoragem e amarração de barras de complementação. (Souza e Ripper, 1998)................. 64 Figura 2.27 - Jateamento de areia em concreto. (Souza e Ripper, 1998) ................. 64 Figura 2.28 - Jateamento de água para a limpeza do concreto. (Souza e Ripper, 1998) ................................................................................................................. 65 Figura 2.29 - Ancoragem de barras à flexão, com enchimento da furação por gravidade. (Souza e Ripper, 1998) ................................................................... 65 Figura 2.30 - Exemplo de ensaio de arrancamento de barras imersas em meio resinoso. (Souza e Ripper, 1998) ..................................................................... 66 Figura 2.31 - Emenda entre barras de armadura corroída e de complementação. (Souza e Ripper, 1998) ..................................................................................... 69 Figura 2.32 - Tipos de configuração de reforço de pilares. (TAKEUTI, 1999) ........... 71 Figura 2.33 - Reforço por encamisamento. (PIANCASTELLI, 1997) ......................... 72 Figura 2.34 - Reforço por encamisamento. (PIANCASTELLI, 1997) ......................... 72 Figura 2.35 - Possíveis métodos de concretagem. (PIANCASTELLI, 1997) ............. 73 Figura 2.36 - Exemplo de Laudo de Sondagem. (Dynamic Cad, 2014) .................... 74 Figura 3.1 - Localização do estudo de caso. (Google Maps, 2014) .......................... 77 Figura 3.2 - Vista aérea do estudo de caso. (Google Maps, 2014) ........................... 77 xii Figura 4.1 - Locação dos postos de visita. (Arquivo Pessoal) ................................... 81 Figura 4.2 - Fundação Estaca ø 50 cm com 9,70 m profundidade. (Arquivo Pessoal) .......................................................................................................................... 81 Figura 4.3 - Fundação Estaca ø 30 cm com 10,60 m de profundidade. (Arquivo Pessoal) ............................................................................................................ 81 Figura 4.4 - Fundação Estaca ø 40 cm e 8,80 m de profundidade. (Arquivo Pessoal) .......................................................................................................................... 82 Figura 4.5 - Dados de entrada para obtenção da capacidade de carga da estaca mais crítica. (Arquivo Pessoal) .......................................................................... 82 Figura 4.6 - Condições dos Pilares e Esquema da Solução de Reforço (Arquivo Pessoal) ............................................................................................................ 84 Figura 4.7 - Sequencia do procedimento de encamisamento dos pilares. (Arquivo Pessoal) ............................................................................................................ 85 Figura 4.8 - Detalhes dos elementos de reforço da fundação (Arquivo Pessoal) ...... 86 Figura 4.9 - Sequência da execução do reforço das fundações (Arquivo Pessoal) .. 87 Figura 4.10 - Vigas invertidas danificadas (Arquivo Pessoal) ................................... 88 Figura 4.11 - Detalhamento da recuperação da viga danificada (Arquivo Pessoal) .. 89 Figura 4.12 - Sequência de recuperação de vigas danificadas. (Arquivo Pessoal) ... 89 Figura 4.13 - Laje danificada com rasgo no concreto e armaduras danificas. (Arquivo Pessoal) ............................................................................................................ 90 Figura 4.14 – Demarcação das lajes danificadas. (Arquivo Pessoal) ........................ 90 Figura 4.15 - Detalhamento de recuperação das lajes. (Arquivo Pessoal) ................ 91 Figura 4.16 - Sequência da recuperação da laje. (Arquivo Pessoal) ......................... 91 xiii TABELAS Tabela 2.1 - Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto. (ABNT NBR 6118,2003) .................................................................... 22 Tabela 2.2 - Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal para Δc = 10mm. (ABNT NBR 6118, 2003) ......................................... 22 Tabela 2.3 - Exigências de durabilidade relacionadas à fissuração e à proteção da armadura, em função das classes de agressividade ambiental. (ABNT NBR 6118, 2003) ....................................................................................................... 23 Tabela 2.4 - Análise percentual das causas de problemas patológicos em estruturas de concreto. (Souza e Ripper, 1998) ................................................................ 29 Tabela 2.5 - Principais sintomas de deterioração das estruturas. (Bauer, 1994) ...... 40 Tabela 2.6 - Principais mecanismos de deterioração das estruturas de concreto armado. (Oliveira Andrade, Medeiros e Helene, 2011) ..................................... 41 Tabela 2.7 - Causas intrínsecas aos processos de deterioração das estruturas de concreto. (Souza e Ripper, 1998) ..................................................................... 42 Tabela 2.8 - Causas extrínsecas aos processos de deterioração das estruturas de concreto. (Souza e Ripper, 1998). .................................................................... 49 Tabela 2.9 - Classificação dos Reparos. (Adaptado de Souza e Ripper, 1998) ........ 66 Tabela 2.10 - Valores do coeficiente adicional. (ABNT NBR 6118, 2003) ................. 70 Tabela 4.1 - Demonstrativo de Incremento de Carga devido a Estrutura Metálica. (Arquivo Pessoal) .............................................................................................. 80 Tabela 4.2 - Média da Capacidade de Carga da Estaca Crítica para efeito de Cálculo. (Arquivo Pessoal) ................................................................................83 xiv LISTA DE SIGLAS ABNT ANP ATO BH CAA CEPAT CNP cm CPT CREA CREA-PI DF ELS-D ELS-F ELS-W FAP Fck m² m MPa NBR N SPT PA PI PVC SPT tf UFPA Associação Brasileira de Normas Técnicas Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis Acompanhamento Técnico da Obra Belo Horizonte Classe de Agressividade Ambiental Centro de Pesquisas e Análises Tecnológicas Conselho Nacional do Petróleo Centímetro Centro de Pesquisas e Análises Tecnológicas Conselho Regional de Engenharia e Agronomia Conselho Regional de Engenharia e Agronomia do Estado do Piauí Distrito Federal Estado Limite de Descompressão Estado Limite de Formação das Fissuras Estado Limite de Abertura das Fissuras Ficha de Análise Patológica Resistência Característica à Compressão do Concreto Metro Quadrado Metro Mega Pascal Norma Brasileira Número de golpes necessários à cravação dos 30 cm finais do amostrador padrão Pará Piauí Policloreto de Vinila Standard Penetration Test Tonelada Força Universidade Federal do Pará xv SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 17 1.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS E JUSTIFICATIVAS DO TRABALHO .............. 17 1.2. OBJETIVOS DO TRABALHO ........................................................................ 18 1.2.1. Objetivo Geral ....................................................................................... 18 1.2.2. Objetivos Específicos ........................................................................... 19 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................. 20 2.1. DURABILIDADE E VIDA ÚTIL DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO .......................................................................................................... 20 2.2. CONSEQUÊNCIA DO NÃO CONHECIMENTO PARA INTERVIR EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO...................................................... 25 2.3. CONCEITOS, DIAGNÓSTICOS E TERAPIAS .............................................. 27 2.3.1. Patologias geradas na etapa de concepção da estrutura (projeto) .. 30 2.3.2. Patologias geradas na etapa de execução da estrutura (construção) .......................................................................................................................... 32 2.3.3. Patologias geradas na etapa de uso da estrutura (manutenção) ..... 36 2.3.4. Deterioração das estruturas ................................................................ 39 2.3.4.1. Causas Intrínsecas .......................................................................... 41 2.3.4.2. Causas Extrínsecas ......................................................................... 49 2.3.5. Diagnósticos ......................................................................................... 58 2.3.6. Prognósticos ......................................................................................... 61 2.3.7. Terapias ................................................................................................. 61 2.3.7.1. Recuperação em superfície de concreto ......................................... 62 2.3.7.2. Reforço em estruturas de concreto .................................................. 68 2.3.7.3. Fundações profundas adicionais ..................................................... 76 3 METODOLOGIA .................................................................................................... 77 xvi 4 ESTUDO DE CASO ............................................................................................... 79 4.1. DESCRIÇÃO DAS PATOLOGIAS ................................................................. 79 4.1.1. Problema patológico na concepção do projeto ................................. 80 4.1.1.1. Reforço dos Pilares ......................................................................... 84 4.1.1.2. Reforço da Fundação ...................................................................... 85 4.1.2. Problema patológico na fase de execução e manutenção ................ 87 4.1.2.1. Recuperação das Vigas Danificadas ............................................... 87 4.1.2.2. Recuperação das Lajes Danificadas ............................................... 89 4.1.3. Avaliação da eficácia dos métodos implantados ............................... 91 5 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 93 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 94 17 1. INTRODUÇÃO 1.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS E JUSTIFICATIVAS DO TRABALHO O Centro de Pesquisas e Análises Tecnológicas, originalmente CEPAT e atualmente CPT, iniciou suas atividades em 1977, após inauguração de suas instalações no endereço de Brasília, e imediatamente após a transferência do então Conselho Nacional do Petróleo – CNP para a capital Federal. Sua principal atribuição é o controle da qualidade dos derivados de petróleo, essa que visa o acompanhamento da implantação, desenvolvimento e a evolução da indústria do petróleo no país. Por se tratar de um prédio construído há 37 anos, ocorreram diversas alterações em suas instalações originais. Porém, por terem sido executados por pessoas não habilitadas, a edificação que deveria ficar cada vez mais moderna, ficou cada vez mais frágil devido aos danos causados à estrutura. Tendo em vista tais alterações realizadas, serão abordados e citados os danos causados a estrutura, seja por falta de concepção de projeto para a reforma, seja por falhas na execução ou até por falta de análise e supervisão de forma correta por profissionais habilitados. As principais deteriorações que serão tratadas neste trabalho são as que possuem maior risco estrutural, sendo o seccionamento de armaduras, a diminuição das seções transversais das vigas principais e as aberturas nas lajes para passagens de dutos de exaustão de ar condicionado. Também será analisada, devido ao projeto de reforma, a condição dos pilares e das fundações que receberão cargas provenientes da estrutura metálica que será apoiada sobre os pilares de concreto e consequentemente, as fundações. Para a realização de modificações em uma estrutura já construída, deve-se atentar aos seguintes questionamentos: É possível realizar furos em peças estruturais para passagens de instalações diversas? Quem pode analisar e verificar se tais intervenções deteriorarão a estrutura? As respostas são simples, pois as 18 aberturas/furos nas lajes e vigas para a passagem de instalações diversas existentes em uma edificação, devem ser previstas ainda na elaboração do projeto, evitando qualquer dano nas peças estruturais. Em caso de instalações posteriores à construção, tais passagens devem ser analisadas por engenheiros habilitados a executá-las, sempre considerando, os limites previstos na Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT vigente, neste caso, ABNT NBR 6118 (2007). No estudo de caso em questão, durante as visitas in loco, verificou-se que não houve um estudo crítico por profissional habilitado que, elencasse os possíveis empecilhos que poderiam danificar a estrutura da edificação. Portanto, além de apresentar quais danos foram causados na estrutura, será apontada a solução adotada para a recuperação/reforço do elemento estrutural. Assim, espera-se contribuir para um melhor entendimento da sociedade leiga e técnica que, para se realizar qualquer intervenção em uma estrutura é necessário conhecimento específico e extremamente técnico, uma vez que existem normas que regem a forma correta de realizar alterações em uma estrutura de concreto. Além disso, para a realização de quaisquer intervenções em um edifício, é indispensável à contrataçãode mão de obra especializada, uma vez que haverá necessidade de implantar métodos e materiais específicos. 1.2. OBJETIVOS DO TRABALHO 1.2.1. Objetivo Geral Objetiva-se com este trabalho, através da revisão da literatura, fazer a identificação dos danos causados nas lajes e vigas que sofreram intervenções não previstas no projeto original, e avaliar a necessidade de reforço dos pilares e fundações devido a proposta do projeto de reforma do edifício do CPT do ano de 2014. 19 1.2.2. Objetivos Específicos i. Realizar visitas in loco para levantamento de todas as informações tais como: projetos e laudos técnicos; ii. Identificar os danos nos elementos estruturais e elaborar um relatório técnico-fotográfico dos problemas encontrados in loco; iii. Verificar laudos dos carregamentos atuantes na estrutura para avaliar a necessidade de reforço dos pilares e fundações, devido ao projeto de reforma proposto; iv. Indicar os diagnósticos e as terapias adotados para a recuperação da peça estrutural danificada; v. Apresentar e interpretar as soluções impostas para o reforço dos pilares e das fundações verificando se estas são suficientes para resistir às solicitações de projeto. 20 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1. DURABILIDADE E VIDA ÚTIL DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Os primeiros materiais a serem empregados nas construções foram a pedra natural e a madeira, sendo o ferro e o aço empregados séculos depois. O concreto armado só surgiu mais recentemente, por volta de 1850. Segundo Bastos (2006), para um material de construção ser considerado bom, ele deve apresentar duas características básicas: a resistência e a durabilidade. A pedra natural apresenta resistência a compressão e durabilidade muito elevadas, porém, baixa resistência à tração. A madeira apresenta razoável resistência, mas a durabilidade limitada, já o aço tem resistências elevadas e requer proteção contra a corrosão. Tendo em vista tais características, surge a necessidade de aliar as características destes materiais, a resistência a compressão e durabilidade da pedra e a resistência mecânica do aço, para a formação do concreto armado. Com esse novo conceito, é possível assumir qualquer forma e proporcionar a necessária proteção do aço contra a corrosão. A ABNT NBR 6118 (2007) define que durabilidade é a capacidade da estrutura resistir as influências ambientais previstas e definidas em conjunto pelo autor do projeto estrutural e o contratante, no início dos trabalhos de elaboração do projeto. A supracitada norma técnica, em seu item 6.1 – Exigências de Durabilidade, menciona que 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, a estabilidade e a aptidão em serviço durante o período correspondente à sua vida útil. Para Souza e Ripper (1998), durabilidade é o parâmetro que relaciona a aplicação destas características a uma determinada construção, individualizando-a 21 pela avaliação da resposta que dará aos efeitos da agressividade ambiental, e definindo a sua vida útil. Gaspar (1988), por sua vez, define durabilidade como a capacidade de manter em serviço e com segurança uma estrutura, durante um tempo especificado ou período de vida útil em um determinado meio ou entorno, mesmo que este meio seja desfavorável ao concreto. De acordo com esses conceitos, durabilidade é o resultado da interação entre a estrutura de concreto, o ambiente e as condições de uso, de operação e de manutenção. A vida útil da estrutura, citada por alguns autores acima, também é um conceito importante, estando intimamente ligada a durabilidade de uma estrutura, pois ela pode aumentar ou reduzir o tempo de utilização para a qual a estrutura foi projetada. Segundo a NBR 6118 (2007), define-se como vida útil o período de tempo durante o qual se mantêm as características das estruturas de concreto, desde que atendidos os requisitos de uso e manutenção prescritos pelo projetista e pelo construtor, bem como de execução dos reparos necessários decorrentes de danos acidentais. Monteiro (2002) define vida útil como o período no qual a estrutura é capaz de desempenhar as funções para as quais foi projetada. A fim de auxiliar o proprietário da edificação em sua utilização, a ABNT NBR 14037 (1998), tem como finalidade informar aos usuários as características técnicas da edificação construída, descrever procedimentos recomendáveis para o melhor aproveitamento da edificação, orientar os usuários para a realização das atividades de manutenção, prevenir a ocorrência de falhas e acidentes decorrentes de uso inadequado, e contribuir para o aumento da durabilidade da edificação. Seguindo todas essas recomendações, é garantida que a edificação obedecerá, sem problema algum, sua vida útil a qual foi projetada. Pode-se afirmar que vida útil deve sempre ser analisada de um ponto de vista amplo que envolve o projeto, a execução, os materiais, o uso, a operação e a manutenção sob um enfoque de desempenho, qualidade e sustentabilidade. A durabilidade também está totalmente dependente de outros fatores que podem levar a enfermidade da estrutura em um período de tempo menor, portanto, a 22 NBR 6118 (2007) lista alguns fatores que devem ser levados em consideração quanto a concepção de um projeto visando a durabilidade. São eles: Drenagem: Deve ser evitada a presença ou acumulação de água sobre a superfície do concreto; Formas arquitetônicas e estruturais: Prevê o projeto de forma que se tenham acessos para inspeção e manutenção das partes da estrutura com vida útil inferior ao todo, por exemplo, aparelhos de apoio e impermeabilizações; Qualidade do concreto de cobrimento: Depende da relação entre qualidade do concreto versus classe de agressividade e classe Tabela 2.1 e Tabela 2.2 respectivamente; Tabela 2.1 - Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto. (ABNT NBR 6118,2003) Tabela 2.2 - Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal para Δc = 10mm. (ABNT NBR 6118, 2003) 23 Detalhamento das armaduras: A disposição das barras deve ser de forma a garantir e facilitar a boa qualidade das operações de lançamento e adensamento do concreto dentro do elemento estrutural; Controle de Fissuração: O risco e a evolução da corrosão do aço nas regiões das fissuras de flexão transversais à armadura principal dependem totalmente da qualidade e da espessura de cobrimento da armadura do concreto. A NBR prevê ainda algumas características limites de fissuras na superfície do concreto, sendo satisfatória para as exigências de durabilidade, conforme Tabela 2.3. Tabela 2.3 - Exigências de durabilidade relacionadas à fissuração e à proteção da armadura, em função das classes de agressividade ambiental. (ABNT NBR 6118, 2003) OBSERVAÇÃO: ELS-W: Estado Limite de Abertura das Fissuras - Estado em que as fissuras se apresentam com aberturas iguais aos máximos; ELS-F: Estado Limite de Formação das Fissuras - Estado em que se inicia a formação de fissuras. Admite-se que este estado limite é atingido quando a tensão de tração máxima na seção transversal for igual à resistência a tração ma flexão; ELS-D: Estado Limite de Descompressão - Estado no qual em um ou mais pontos da seção transversal à tensão normal é nula, não havendo tração no restante da seção. Medidas Especiais: Quando em condições de exposição adversa, deve-se tomar algumas medidas especiais, tais como, pinturas impermeabilizantes sobre a superfície de concreto, revestimento de argamassa, galvanização das armaduras, entre outros; 24 Inspeção e manutenção preventiva: Conjunto de medidas que facilite a inspeção e manutenção do prédio,ou seja, conter o manual de operações, uso e manutenção das edificações elaborado conforme ABNT NBR 14037 (1998). Uma estrutura de concreto armado pode se tornar muito vulnerável quando seus executores não possuem qualificação suficiente para sua aplicação, ou seja, mesmo que um projeto de uma estrutura de concreto armado esteja totalmente correto em seu cálculo, se a sua execução for de forma incorreta sem a observância da posição das armaduras, tendo pilares e vigas fora de eixo, a estrutura projetada para resistir os esforços solicitantes sem apresentar qualquer danificação em curto prazo, torna-se uma estrutura enferma, com o surgimento de fissuras e outras patologias. Uma mão de obra não qualificada e um planejamento mal elaborado pode fazer com que uma estrutura perda parcialmente ou totalmente sua função estrutural. Figura 2.1 - Inter-relacionamento entre conceitos de durabilidade e desempenho. (C.E.B - Boletim nº 183, 1989 apud Souza e Ripper, 1998) 25 2.2. CONSEQUÊNCIA DO NÃO CONHECIMENTO PARA INTERVIR EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Os elementos de concreto armado são aqueles cujo comportamento estrutural depende da aderência entre concreto e armadura e nos quais não se aplicam alongamentos iniciais das armaduras antes da materialização dessa aderência (NBR 6118, 2007). De acordo com a referida norma, o comportamento estrutural depende da aderência entre o concreto e a armadura, portanto é necessário saber identificar se a forma de execução é correta a fim de garantir tal união. Assim, não se pode deixar que qualquer pessoa, sem conhecimento algum na área da engenharia de construção, execute uma obra sem ser supervisionada por um responsável técnico, pois podem haver situações que, por falhas do projeto ou de execução, a edificação atinja um nível de deterioração irreversível. Souza e Ripper (1998) afirmam que, caso o construtor execute-a de forma insatisfatória, os responsáveis deverão estar habilitados a optar sobre como proceder, adotando a opção mais adequada, que respeite os pontos de vista técnicos, econômicos e socioambientais, Figura 2.2. Intervenções para extensão da Vida Útil Demolição Estrutura com desempenho satisfatório? NãoSim Recuperação Reforço Limitação de Utilização Figura 2.2 - Hipóteses para reconversão de estruturas com desempenho insatisfatório. (Souza e Ripper, 1998) 26 É possível ainda analisar e optar qual caminho você como construtor e proprietário quer seguir, sabendo que uma estrutura desenvolvida e construída com desempenho satisfatório, a única intervenção que deverá ser realizada é para estender a vida útil da edificação, ou seja, realizar algum tratamento simples nos elementos estruturais para recuperar a função estrutural para qual foi projetada. Caso a opção escolhida for a utilização de materiais de má qualidade e mão de obra não especializada, o desempenho será muito inferior ao planejado, sendo este, insatisfatório. Para Souza e Ripper (1998), o fato de uma estrutura, em determinado momento, apresentar um desempenho insatisfatório não significa que ela esteja necessariamente condenada. A avaliação desta situação é, talvez, o objetivo maior da Patologia das Estruturas, visto que esta seja a ocasião que requer uma imediata intervenção técnica, de forma que ainda seja possível reabilitar a estrutura. A Figura 2.3 apresenta três diferentes histórias de desempenhos estruturais ao longo de suas respectivas vidas úteis, em função da ocorrência de fenômenos patológicos diversos. i. O primeiro caso, representado pela simbologia _.._.._ (traço – duplo ponto), é o fenômeno natural de desgaste da estrutura, ou seja, quando há a intervenção, a estrutura se recupera, voltando sua linha de desempenho acima do mínimo exigido para sua utilização. ii. No segundo caso, representado pela simbologia ____ (linha cheia), trata-se de uma estrutura sujeita a uma ação súbita, o que reflete na necessidade de intervenção corretiva imediata para a recuperação da sua função estrutural. iii. Já o terceiro caso, representado pela simbologia __.__.__ (Traço duplo – ponto), é uma estrutura que apresenta erros originais de projeto ou execução, ou ainda a alteração dos propósitos funcionais da estrutura, situação em que há a necessita de reforço. 27 Figura 2.3 - Diferentes desempenhos de uma estrutura, com o tempo em função de diferentes fenômenos patológicos. (Souza e Ripper, 1998) 2.3. CONCEITOS, DIAGNÓSTICOS E TERAPIAS Uma estrutura de concreto armado, assim como qualquer outra constituída de outro material, ao longo do tempo, vai apresentando algumas degradações oriundas do tempo. “As estruturas de concreto não são eternas, pois se deterioram com o passar do tempo e não alcançam sua vida útil se não são bem projetadas, executadas com esmero, utilizadas com critério e, finalmente, submetidas a uma manutenção preventiva. Quando o projeto de engenharia for mal detalhado, a construção for realizada com insuficientes planejamento e controle, os técnicos e operários não forem dotados da qualificação adequada e os prazos de execução forem excessivamente curtos, a estrutura de concreto resultante será quase certamente de má qualidade e irá se deteriorar de modo prematuro, absorvendo gastos de recuperação e de reforço exagerados para ser mantida em condições de uso. Como as estruturas de concreto existentes estão envelhecendo, muitas já estão com dezenas de anos, os problemas de deterioração estão cada vez mais acentuados, exigindo com frequência trabalhos de recuperação e de reforço estrutural e mesmo, em casos mais graves, sua demolição”. (Souza e Ripper, 1998, p. 4). O termo patologia é empregado na engenharia civil quando ocorre perda ou queda de desempenho de um produto ou componente da estrutura. De acordo com Souza e Ripper (1998), a patologia das estruturas é “um novo campo da Engenharia das Construções que se ocupa do estudo das origens, formas de manifestação, 28 consequências e mecanismos de ocorrência das falhas e dos sistemas de degradação das estruturas”. Ainda segundo esses autores, a patologia tem seu campo bem amplo, uma vez que além de identificar e conhecer as anomalias, busca a concepção e o projeto estrutural, bem como a formação do profissional da engenharia. Azevedo (2011) diz que, nas estruturas de concreto, essas anomalias correspondem aos danos ou defeitos que comprometem o desempenho e a vida útil de uma estrutura. Ainda segundo ele, as patologias podem ocorrer numa estrutura tanto na fase de construção como durante o período pós-entrega e uso. Assim, as condições apresentadas por uma estrutura que favoreça o desenvolvimento dessas manifestações patológicas são de responsabilidade do projetista, enquanto que o construtor responderá pelas falhas construtivas por inconformidade com o projeto, com as normas de execução e com a escolha de material inadequado. Andrade e Silva (2005), citando outros autores, procuram definir alguns conceitos fundamentais usados para expressar as patologias encontradas, tais como: Anomalia ou sintoma: é a indicação sintomática da ocorrência de um defeito; Defeito: não conformidade de qualquer característica do material, em desacordo com sua especificação, indicando um desvio no seu comportamento previsto, que pode não necessariamente resultar numa falha; Falha: qualquer tipo de irregularidade que possa impedir o normal funcionamento da estrutura; Reparo: é a ação que busca devolver a um elemento ou estrutura a condição de estabilidade prevista no projeto original, reduzida ao longo da sua utilização; 29 Causa da deterioração: refere-se à natureza da degradação, podendo ser mecânica, física, química, eletroquímica e biológica (adaptado de ANDRADE, 2005; AGUIAR, 2006); Origem da deterioração: está relacionada com as fases ou etapasdo ciclo de vida da estrutura em que surgiu a patologia (fase de projeto, execução, etc.). Quando se fala de patologia, logo pensa-se em erros de projetos, de execução ou de materiais empregados de má qualidade na edificação. Portanto, como não é possível definir qual atividade que tem sido responsável, ao longo do tempo, pela maior quantidade de erros, Souza e Ripper (1998) elencaram uma lista de pesquisadores que têm procurado relacionar, percentualmente, as várias causas para a ocorrência de problemas patológicos (Tabela 2.4). Tabela 2.4 - Análise percentual das causas de problemas patológicos em estruturas de concreto. (Souza e Ripper, 1998) 30 Observa-se que as causas patológicas não são semelhantes, pois os estudos foram realizados em diferentes continentes e, em alguns casos as causas são tantas que pode ter sido difícil definir a preponderante. 2.3.1. Patologias geradas na etapa de concepção da estrutura (projeto) Para Souza e Ripper (1998), uma falha no estudo preliminar, por exemplo, gera um problema cuja solução é muito mais complexa e onerosa do que a de uma falha que venha a ocorrer na fase de anteprojeto. As patologias oriundas da fase de concepção do projeto estão diretamente ligadas a erros básicos de estudos preliminares deficientes e/ou anteprojeto equivocado, sendo estes, os elementos principais 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: Elementos de projeto inadequados (má definição das ações atuantes ou da combinação mais desfavorável das mesmas, escolha errada 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 inexequíveis; Falta de padronização das representações (convenções); Erros de dimensionamento; Um exemplo de um erro de concepção de projeto ocorreu no Edifício Real Class, em Belém/PA, o que gerou um desmoronamento (Figura 2.4 e Figura 2.5). 31 Figura 2.4 - Erros de concepção de projeto no edifício Real Class em Belém do Pará. (Portal ORM) Figura 2.5 - Desmoronamento do edifício Real Class, em Belém/PA. (Blog Oficial do Curso de Engenharia Civil) Neste caso, foi detectado erro de cálculo estrutural e também erro na utilização de materiais de baixa qualidade, sendo que este último classifica-se como erro de execução da edificação. Segundo o laudo da Universidade Federal do Pará - UFPA, a concepção estrutural inadequada do projeto levou ao colapso do prédio quando a estrutura foi submetida a uma combinação de carga elevada de carregamentos verticais e horizontais, provocados pelo vento e pelo peso das vigas. A fim de se evitar problemas patológicos como citado, é possível adotar algumas recomendações que maximizar a durabilidade da estrutura, como: É imprescindível a participação do calculista estrutural a partir da execução do projeto arquitetônico básico e estudo de viabilidade; 32 É necessária a definição da metodologia construtiva e a adoção de procedimentos interativos de revisão de projeto estrutural com papel fundamental para o ATO (Acompanhamento Técnico da Obra), ligado diretamente ao projetista; Projetos com detalhamentos claros e abrangentes que permitam a correta interpretação em tempo de execução; Definição dos limites de deformação, prevendo reforços para as deformações prováveis; Especificação dos materiais e ensaios necessários para previsão de vida útil da estrutura de concreto; Indicação em projeto, para os prazos de retirada de fôrmas e escoramento sem função das características do concreto e esforços previstos. 2.3.2. Patologias geradas na etapa de execução da estrutura (construção) A etapa de execução da estrutura, seguindo a ordem natural dos acontecimentos em uma obra, deve ser iniciada somente depois que a fase de concepção do projeto for concluída, ou seja, é necessário que se tenha acabado todos os estudos preliminares e o anteprojeto com perfeição permitindo que o executor inicie a fase de planejamento da obra. De acordo com Pereira (1985), chama-se erro de execução a falha ou descuido cometido no desenrolar, ou no desenvolvimento de uma construção. A caracterização do erro de execução se dá quando a comparação ao serviço projetado, possuir incompatibilidades. É nessa hora, que é necessário o conhecimento básico de um profissional habilitado para planejar e começar a implantação do canteiro de obra, de forma a ser tomado todos os cuidados necessários para o bom andamento da obra. 33 A Figura 2.6 apresenta colapso de parte da estrutura da obra do shopping no Piauí. Segundo laudo apresentado pela construtora houve um erro específico e pontual durante a execução, levando assim, a estrutura a entrar em colapso. De acordo com Paulo Roberto Oliveira, presidente do Conselho Regional de Engenharia e Agronomia do Piauí - CREA-PI, “O que ocorreu com relação ao escoramento não é um problema normal, corriqueiro. Isso será tratado com toda a rigidez que merece. Como o laudo pronto nós iremos passar essas informações para a Câmara Especializada em Engenharia Civil do Crea e essa câmara se encarregará de apontar os culpados pelo ocorrido (g1.com.br, 2013)”. Figura 2.6 - Desabamento na obra do shopping no Piauí. (PINIWEB, 2013). Conforme o engenheiro responsável pelo laudo a obra pode continuar desde que a construtora obedeça às recomendações propostas pelo laudo, como a verificação da resistência da laje, detalhes das emendas, cabos sobre os pilares e análise estatística da resistência do concreto. De acordo com o presidente do CREA-PI é evidente a observância de um erro de execução na obra do shopping, o que induziu o colapso de parte da estrutura. Outro fator importante observado é que, mesmo que haja um erro de execução em uma construção de um edifício, é possível, neste caso, continuar a obra sem necessidade de intervir na outra parte da obra, uma vez que tais estruturas eram independentes. Porém, nem sempre será possível dar continuidade em uma obra depois de um erro de execução, pois não se pode garantir a reestabilização da função estrutural da edificação, necessitando assim, em alguns casos, a demolição por completa da obra. 34 Segundo Souza e Ripper (1998, p. 25), nessa etapa fazem-se imprescindíveis duas observações, sendo: “A primeira diz respeito à sequência natural do processo genérico, ou seja, o critério de que só seja iniciada a etapa de execução após estar concluída a de concepção. Isto, embora seja o lógico e o ideal, raramente ocorre, mesmo em obras de maior vulto, sendo prática comum, por exemplo, serem feitas adaptações - ou mesmo modificações de grande monta - no projeto já durante a obra, sob a desculpa, normalmente não válida, de serem necessárias certas simplificações construtivas, que, na maioria dos casos, acabam por contribuir para a ocorrência de erros. A segunda observação diz respeito ao processo industrial denominado de construção civil, completamente atípico quando se olha a atividade industrial como um todo, pois que nesta os componentes passam pela linha de montagem e saem como produtos terminados, enquanto na construção civil os componentes são empregados, em determinadas atividades, em locais de onde não mais sairão - exceção feita às estruturas pré-fabricadas, que seguem, grosso modo, o roteiro normal da produção industrial, a menos da etapa de montagem final”. Para Bauer (2000), as principais causas de deterioração de estruturasde concreto decorrente da execução da edificação são: Má interpretação das plantas e/ou detalhes, por parte do pessoal do campo; Adoção de métodos executivos e equipamentos inadequados; Deslocamento de fôrmas, prumo e alinhamento na montagem; Falta de limpeza das fôrmas; Deslocamento de fôrmas, durante a concretagem, devido à deficiente amarração das fôrmas e vibrações excessivas; Má distribuição da armadura, com falta de cobrimento adequado; Desforma antes que concreto atinja sua resistência mínima necessária; Recalque diferencial; Segregação do concreto; Retração hidráulica durante a pega do concreto, por perda d’água; 35 E por último, o que leva a ocorrência de todos os anteriores, inadequado conhecimento de engenharia por parte do construtor e/ou desobediência as Normas Técnicas, Códigos e Especificações. Outro fator que deve ser observado durante a construção da edificação, além dos fatores relacionados à má qualificação da mão de obra empregada, é a utilização dos materiais agregados ao projeto, pois esse pode ocasionar riscos quanto à segurança estrutural, seja por baixa qualidade ou por utilização indevida. Bauer (2000, p. 410) classifica o emprego de materiais inadequados como um fator que leva a deterioração da estrutura. Portanto, “Os materiais deverão ser criteriosamente conhecidos, de acordo com ensaios prévios, de maneira a caracterizá-los, conforme Normas e Procedimentos dos mesmos, em relação às características de projeto, utilização e condições ambientais, a que estarão sujeitos, ou seja, a realização de controle tecnológico durante a execução”. Conforme elencado na falha de concepção de projeto, também existem recomendações para a não ocorrência de erros de execução, sendo: Verificar se os projetos atendem as recomendações estipuladas na NBR 6118/2007; Realizar ensaios recomendados pelas normas técnicas brasileiras e proceder controles rigorosos na qualidade dos materiais utilizados na obra; Seguir rigorosamente os prazos determinados em projeto para a retirada de fôrmas e escoramentos das estruturas; Verificar e controlar o cobrimento mínimo das armaduras determinado em projeto; Executar corretamente o adensamento e a cura do concreto conforme especificações do projeto; Controlar a altura máxima de lançamento do concreto; 36 Verificar a correta armação da ferragem e a vedação das fôrmas; Utilizar espaçadores adequados e com resistência igual ou superior a do concreto utilizado; Controlar o traço adequado e o fator água/cimento determinado em projeto; Utilizar sempre que possível, aditivos redutores de permeabilidade e controle de retração, principalmente para estruturas de concreto em ambientes agressivos. Para Souza e Ripper (1998, p. 26), “As estruturas, os materiais e componentes, em sua grande maioria, têm sua qualidade e forma de aplicação normalizadas. Entretanto, o sistema de controle, em nível de construtor, tem-se mostrado bastante falho, e a metodologia para fiscalização e aceitação dos materiais não é, em regra geral, aplicada, [...]”. Estes concluem ainda que, “São bastante 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 consequência desta baixa qualidade (SOUZA E RIPPER, 1998, p. 27)”. 2.3.3. Patologias geradas na etapa de uso da estrutura (manutenção) Mesmo que um projeto seja em sua concepção e execução concebido sem que haja qualquer tipo de problema ou situação errônea, uma estrutura ainda pode apresentar algumas patologias devido à utilização do edifício, ainda mais se não houver nenhum tipo de programa de manutenção adequado, pois o próprio usuário, pode vir a ser o agente gerador de deteriorações na estrutura. Segundo Souza e Ripper (1998), os problemas patológicos ocasionados por manutenção inadequada, ou mesmo pela ausência de manutenção, têm sua origem no desconhecimento técnico, na incompetência, no desleixo e em problemas econômicos. A falta de previsão de verbas para a manutenção pode vir a tornar-se 37 fator responsável pelo surgimento de problemas estruturais, implicando gastos significativos e, nos casos mais graves, a própria demolição da estrutura. Uma vez concluída a execução da estrutura, cabe ao seu usuário cuidar de utilizá-la da maneira mais eficiente, com o objetivo de manter as características originais ao longo de toda a vida útil. Essa eficiência está relacionada tanto com as atividades de uso, ou seja, a garantia da atuação de carregamentos limitados pelas solicitações previstas em projeto, quanto com as atividades de manutenção, pois o desempenho da estrutura tende a reduzir ao longo da sua vida útil, de forma mais lenta nas primeiras idades e acentuando-se gradativamente com o tempo (ANDRADE e SILVA, 2005). A manutenção deve ser entendida como um conjunto de medidas necessárias e indispensáveis para garantir um bom estado de funcionamento, conservação e segurança dos equipamentos, componentes e instalações de uma edificação, de qualquer tipo ou grandeza, resultando num conjunto de ações preventivas e corretivas cuja finalidade é preservar o cumprimento satisfatório das funções para as quais a edificação e seus componentes foram projetados, de forma a garantir a vida útil desejada de um imóvel (MARCELLI, 2007). Dentre as falhas humanas ocorridas nessa etapa de manutenção, Andrade e Silva (2005) e Souza e Ripper (1998) destacam respectivamente: Dificuldade de manutenção em obras de arte devido à inexistência, nos projetos, de detalhes construtivos que possibilitem a substituição dos aparelhos de apoio em pontes e viadutos, os quais possuem uma vida útil inferior à própria estrutura de concreto. Falta de limpeza e a impermeabilização da laje da cobertura, marquises e piscinas elevadas. Caso essas ações não sejam realizadas, pode haver infiltração prolongada da água da chuva e entupimento dos drenos localizados naquele ambiente, causando assim deterioração da estrutura que pode levar a ruína do edifício por excesso de carga gerado pelo acúmulo de água. 38 Para Bauer (1994), os problemas patológicos ocasionados pelo uso inadequado podem ser evitados informando-se ao usuário sobre as possibilidades e limitações da obra, como por exemplo: Edifícios em alvenaria estrutural – o usuário deve possuir a planta estrutural do prédio no intuito de identificar as alvenarias que não poderão ser demolidas sem a prévia consulta e assistência executiva de especialista da área, incluindo o projetista da estrutura; Pontes – a capacidade de carga da ponte deve ser sempre informada em local visível e de forma insistente. As Figura 2.7, Figura 2.8 e Figura 2.9 apresentam exemplos de patologias oriundas do mau uso da estrutura e da falta de manutenção preventiva que tendem a evitar problemas patológicos. Figura 2.7 - Armaduras expostas de concreto degradados no Viaduto Sarah Kubitschek. (PINIWEB, 2008) Figura 2.8 - Corrosão com armaduras expostas e enferrujadas no cruzamento do Anel Rodoviário sobre a Avenida Amazonas/BH. (PINIWEB, 2008) 39 Figura 2.9 - Tabuleiro do viaduto que liga a Avenida Barão Homem de Melo ao bairro Padre Eustáquio. (PINIWEB, 2008) 2.3.4. Deterioração das estruturas As deteriorações de uma estrutura muitas vezes advêm das consequências deixadas pela má concepção dos projetos, implantação de materiais de baixa qualidade, erro de execução e/ou falta de manutenção periódica (fase de uso). Como não se pode definir e generalizar o que causa a deterioração de estrutura é extremamente necessário conhecer o agente causador ou o mecanismode formação patológica para que seja possível definir corretamente as ações a serem tomadas visando a recuperação e/ou reforço do elemento afetado. “Ao se analisar uma estrutura de concreto "doente" é absolutamente necessário entender-se o porquê do surgimento e do desenvolvimento da doença, buscando esclarecer as causas, antes da prescrição e consequente 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 (SOUZA E RIPPER, 1998, p. 27)”. Bauer (1994) por sua vez, resume a deterioração como sintomas apresentados por uma estrutura, sendo principalmente as fissuras, as disgregação e a desagregação, sendo: Fissura: Aberturas que podem surgir na estrutura de concreto após anos, semanas ou até mesmo horas após a concretagem. Há dois tipos de fissuras, quanto à movimentação, fissura “viva” (quando há movimentação da estrutura) e fissura “morta” (estabilizadas ou sem movimentação); 40 Disgregação: Caracterização pela ruptura do concreto em regiões salientes dos elementos estruturais. O concreto disgregado mantém suas características e pureza, porém não é capaz de suportar os esforços solicitantes; Desagregação: Resume-se em ataques químicos que ocorrem no concreto, por exemplo, a corrosão que é de natureza química. Na Tabela 2.5, Bauer (1994) apresenta os principais agentes causadores da deterioração das estruturas exemplificando simples o quanto as fissuras estão presentes em uma estrutura. Porém estas devem estar dentro de um limite de abertura. Segundo a NBR 6118 (2007), desde que a abertura máxima das fissuras não ultrapasse de 0,2mm a 0,4mm sob combinações frequentes, essas não têm importância quanto à corrosão das armaduras passivas. Caso as aberturas sejam superiores a 0,4mm, deve-se observar os limites de fissuração em função da classe de agressividade ambiental. Tabela 2.5 - Principais sintomas de deterioração das estruturas. (Bauer, 1994) Segundo Oliveira Andrade, Medeiros e Helene (2011), os principais mecanismos físico-químicos de deterioração das estruturas de concreto armado e protendido, estão apresentados na Tabela 2.6. 41 Tabela 2.6 - Principais mecanismos de deterioração das estruturas de concreto armado. (Oliveira Andrade, Medeiros e Helene, 2011) Para Souza e Ripper (1994), o estudo das causas responsáveis pelos diversos processos de deterioração de uma estrutura é complexo. Dessa forma, as deteriorações nas estruturas, segundo eles, podem ser classificadas de duas formas, intrínsecas e extrínsecas. 2.3.4.1. Causas Intrínsecas Para Souza e Ripper (1998), as causas intrínsecas classificam-se como causas inerentes à própria estrutura, ou seja, originam-se nos materiais que as compõem e peças estruturais durante a fase de execução e/ou utilização das obras, por falhas humanas, e até mesmo por ações externas. A Tabela 2.7 apresenta de forma resumida as ações que levam as deteriorações intrínsecas. 42 Tabela 2.7 - Causas intrínsecas aos processos de deterioração das estruturas de concreto. (Souza e Ripper, 1998) Estas podem ser devidas às falhas Humanas durante a construção da estrutura, em virtude da falta de capacidade técnica da equipe de mão de obra, que possa originar problemas patológicos significativos. i. Deficiências de concretagem: refere-se às falhas no transporte, lançamento e adensamento, pois se executado de forma errônea, podem segregar os agregados graúdos e a argamassa, além da formação de ninhos de concretagem e de cavidades no concreto. a. Falhas no Transporte: Relacionados aos cuidados desde o momento da mistura da argamassa com os agregados até a sua aplicação final. Os principais cuidados que devem ser tomados são com relação à rapidez no processo para que o concreto não perca a trabalhabilidade. A relação água/cimento é outro fator que precisa ter 43 cuidado tendo em vista que este influencia diretamente na resistência do concreto; b. Lançamento: A má execução tende a deslocar as armaduras e os espaçadores utilizados para garantir o cobrimento adequado dos elementos estruturais. O lançamento exagerado em uma superfície plana pode ocasionar a exsudação da água, segregando assim, o agregado graúdo da nata de cimento ou argamassa, tornando aquele ponto frágil. c. Junta de Concretagem: Considerando que estas são inevitáveis, deve-se observar três fatores: durabilidade, resistência e estética. Por isso, as juntas nunca devem ser realizadas em regiões de elevadas tensões tangenciais. d. Adensamento: O adensamento e a vibração do concreto realizados de modo errôneo formam vazios na massa e irregularidades das camadas da superfície, deixando os vazios na face do elemento estrutural aumentando assim, a porosidade do concreto e facilitando a penetração de agentes agressores. e. Cura: É o principal elemento da concretagem, pois em tal fase são definidas as diversas características do elemento estrutural. Segundo Souza e Ripper (1998), o processo de cura é composto por uma série de medidas que visam impedir a evaporação da água necessária e inerente ao próprio endurecimento do concreto. Posterior à pega, o concreto continua a ganhar resistência, desde que não falte água para garantir a continuidade das reações de hidratação do concreto. A Figura 2.10 apresenta a influência da cura úmida com a resistência do concreto, ficando claro que é extremamente necessária a existência de um supervisionamento para perfeita e correta cura, objetivando a alta durabilidade da estrutura. 44 Figura 2.10 - Influencia da cura úmida sobre a resistência do concreto. (Neville, 1997) ii. Inadequação de fôrmas e escoramentos: está associada à falta de limpeza e aplicação de desmoldantes nas fôrmas antes da concretagem, o que pode ocasionar “embarrigamentos” e distorções necessitando assim de um preenchimento ainda maior de argamassa causando sobrecarga na estrutura, insuficiência de estanqueidade das fôrmas, retirada prematura da fôrma e do escoramento, o que resulta em deformações indesejáveis, e remoção incorreta dos escoramentos (SOUZA E RIPPER, 1998). Deficiência nas armaduras: iii. Nesta fase estão os problemas patológicos mais comuns e fáceis de serem encontrados nas várias obras existentes (Figura 2.11). Os erros na colocação das armaduras são das mais diversas ordens, sendo: Má interpretação dos elementos dos projetos: Ocorre quando há inversões do posicionamento das barras ou a troca das armaduras de uma peça com a outra. a. Insuficiência das armaduras: 45 Consequência da irresponsabilidade do executor diminuindo a quantidade de barras a serem empregadas e consequentemente na resistência da peça estrutural. b. Mau posicionamento das armaduras: Dá-se pela incorreta distribuição das armaduras, ou seja, incorreto espaçamento, ou o deslocamento das barras de suas posições originais. Figura 2.11 – Erros de localização das armaduras. (Souza e Ripper, 1998) c. Cobrimento de concreto insuficiente: Proporciona acesso direto dos agentes agressivos externos pela falta de camada de proteção ou não atendimento aos limites mínimos de espessura da camada de proteção das armaduras. d. Dobramento inadequado das barras: Segundo Souza e Ripper (1998), tal fenômeno provoca seu fendilhamento por excesso de tensões trativas no plano ortogonal ao de dobramento. e. Deficiência na ancoragem e de emenda: Utilização indevida dos ganchos que se utilizados de forma errada, servem apenas para causar sobretensões. O comprimento de ancoragem é outro fator importante que deve ser observado. 46 Em ambos os casos, se deficientes, resultará em surgimentos de um quadro fissuratório que muitas vezes,podem trazer consequências mais graves. As emendas também podem causar sobrecarga de tensão nas regiões de excessiva concentração de barras emendadas em uma mesma seção e sobretensão se houver utilização incorreta de emendas. f. Má utilização de anticorrosivos nas barras das armaduras: Utilização de anticorrosivo é a pintura das armaduras com produtos que protege-as de corrosão. É um problema quando utilizada em excesso devido à perda de aderência entre concreto e aço. Utilização incorreta de materiais de construção: iv. A escolha dos materiais a serem utilizados são oriundos da parte técnica da obra, muitas vezes engenheiros. Um fator que leva a ocorrência deste fato é a economia indevida na obra, porém, nem sempre o mais barato é o de melhor qualidade. Segundo Souza e Ripper (1998), alguns casos mais comuns de utilização incorreta de materiais são: Utilização de concreto com fck inferior ao especificado; Utilização do aço com características diferentes das especificadas; Assentamento das fundações em solo com capacidade de resistente inferior a solicitada; Utilização de agregados reativos no concreto; Utilização inadequada de aditivos; Dosagem inadequada; 47 Inexistência de controle de qualidade: v. É uma questão fundamental que possibilita o controle de toda a composição e confecção do concreto de uma obra e se existir desde o início da obra, possibilita diminuir a ocorrência de deteriorações precoce da estrutura. Têm-se ainda as falhas humanas durante a construção da estrutura, que está relacionada a apenas um fator, a falta de manutenção em uma edificação. A fim de evitar esse tipo de ocorrência, deve-se adotar uma manutenção programada, visando manter os materiais e peças estruturais em condições para as quais foram projetadas e construídas. Causas Naturais: Segundo Souza e Ripper (1998), as causas naturais são inerentes do próprio material concreto e à sua sensibilidade ao ambiente e aos esforços solicitantes, não ocasionado, por falhas humanas ou de equipamentos. i. Causas próprias à estrutura porosa do concreto: ii. Mehta (1994) apud Souza e Ripper (1998, p. 35), diz que: “De uma maneira geral, o futuro do concreto não vai ser determinado por tecnologias sofisticadas, aplicáveis a casos específicos, mas pelos esforços de todos em resolver os problemas dos que lidam com o dia-a-dia dos concretos convencionais”. Em continuação, diz ser "óbvio que o objetivo principal das construções de hoje deve mudar da resistência para a durabilidade", e ainda que "a impermeabilidade do concreto deve ser a primeira linha do sistema de defesa contra qualquer processo físico-químico de deterioração". Souza e Ripper (1998), mencionam que quanto mais permissível for o concreto ao transporte interno da água, gases e/ou de outros agentes agressivos, maior será a sua probabilidade de degradação. Dessa forma, é possível concluir que a degradação dependerá de dois fatores, a porosidade do concreto e as condições ambientais da superfície a que este estiver. Dessa forma, Mehta (1994) apud Souza e Ripper (1998) cita que para o concreto convencional, a questão resistência não é o fator crucial de preocupação, já que esta vai sendo obtida de forma trivial, mas sim que os esforços devem ser dirigidos à obtenção de um concreto mais durável, ou seja, concreto com baixo 48 índice de porosidade e permeabilidade, considerando que porosidade é a relação entre o volume de vazios e o volume total de um material. Causas químicas iii. As reações químicas se manifestam através de efeitos físicos nocivos, tais como, o aumento da porosidade e permeabilidade, diminuição da resistência, fissuração e destacamento (MEHTA et al., 1994 apud AGUIAR, 2006), além da própria decomposição química da estrutura afetada. Segundo Poggiali (2009), a degradação química do concreto ocorre devido as causas internas (reações internas ao concreto, como, a reação álcali-agregado, formação de compostos expansivos do cimento, entre outros). Para Souza e Ripper (1998), as degradações advindas das causas químicas derivam das: - Reações internas do concreto (álcalis-agregados, álcalis-dolomita e entre rochas caulinizadas), expansibilidade de certos constituintes do cimento, presença de cloretos no concreto, presença de ácidos e sais no concreto, presença de anidrido carbônico, presença de água e elevação da temperatura interna do concreto. Causas físicas: iv. Para Souza e Ripper (1998), as causas físicas ao processo de deterioração da estrutura são resultantes da variação da temperatura externa, insolação, variação do vento e variação da água (em forma de gelo, chuva ou umidade). Eles ainda acreditam que pode incluir como causa física possíveis solicitações mecânicas ou acidentes ocorridos durante a execução da estrutura. Causas biológicas v. De acordo com Souza e Ripper (1998), as causas biológicas podem ocorrer devido ataques químicos de ácidos oriundos do crescimento de raízes de plantas ou algas que se instalem em fissuras ou grande porosidade do concreto, ou por ação dos fungos ou por ação de sulfetos presentes no esgoto. 49 2.3.4.2. Causas Extrínsecas Segundo Souza e Ripper (1998), as causas extrínsecas de deterioração da estrutura são as que independem do corpo estrutural em si, independente de sua composição ou execução, podendo, de outra forma, serem vistas como os fatores que atacam a estrutura "de fora para dentro", durante as fases de concepção ou ao longo da vida útil desta, como se poderá entender observando a Tabela 2.8. Tabela 2.8 - Causas extrínsecas aos processos de deterioração das estruturas de concreto. (Souza e Ripper, 1998). Conforme visto na Tabela 2.8, as causas extrínsecas se dividem em seis etapas, sendo: Falhas humanas durante o projeto: i. Ocorre durante a concepção de projeto, se dá uma análise que por mais simples que seja, acarretará em erros futuros, levando a estrutura a uma degradação não desejada, como por exemplo: não atendimento à altura útil e total da estrutura dependendo do seu tipo estrutural. Modernização estrutural inadequada: a. O primeiro passo para a concepção de um projeto, deve-se considerar o conjunto de condições atuantes na estrutura composto 50 por ações solicitantes, materiais constituintes, comportamento da estrutura e os critérios de segurança. Não existe uma regra que diz como o projetista deve considerar a estrutura com relação ao seu comportamento, porém um bom conhecimento das inércias e deformações virá evitar problemas, como por exemplo, flechas acentuadas em lajes e vigas (SOUZA E RIPPER, 1998). Em relação a esquematização estrutural, um erro muito comum é quanto às condições de engastamento total ou parcial das lajes e vigas, situação que pode gerar problemas em edifícios mais altos e com peças de inércia muito diferentes. A Figura 2.12 representa um frequente erro de esquematização para o caso de encontro de vigas e paredes. Figura 2.12 - Esquema estruturais para cálculo de vigas de edifício. (Souza e Ripper, 1998) Má avaliação das cargas: b. As cargas a serem consideradas em um projeto devem ser pensadas e analisadas de forma que sejam suficientes para garantir que não serão ultrapassadas durante a utilização do edifício. Segundo a ABNT NBR 6120 (1980), as cargas são classificadas em duas categorias, sendo: - Carga Permanente: carga constituída pelo peso próprio da estrutura e o peso de todos os elementos construtivos fixos e instalações permanentes que a compõe. - Carga Acidental: é toda carga que pode atuar sobre a estrutura em função de sua utilização (pessoas, móveis, materiais diversos, etc). 51 Detalhamento errado ou insuficiente: c. É um ponto que normalmente faz com que ocorram erros sérios de execução e consequentemente, apresentem problemas patológicos que afetamdiretamente a resistência e durabilidade da estrutura (Figura 2.13). Figura 2.13 - Diferentes situações de detalhamentos de armaduras. (Souza e Ripper, 1998) Inadequação ao ambiente: d. Ocorre quando um projeto, de forma não analisada, concebe uma forma geométrica para a disposição de armaduras ou despejo de água de uma cobertura sem as devidas considerações que devem ser tomadas. No caso das armaduras, deve-se sempre lembrar que, durante a concretagem, em seu adensamento e vibração, é necessário prever o espaço suficiente para que a agulha do vibrador possa exercer sua função e fazer com que o concreto lançado possa preencher o maior número de espaços vazios, reduzindo assim, a porosidade do concreto. A Figura 2.14 apresenta uma forma simples de adequar o projeto, sem modificar sua forma original, correta e simples de executar. Quanto a questão do escoamento da água da cobertura, é simples o fato de 52 prever uma pingadeira para evitar a degradação da região da viga que recebe essa água, conforme apresentado na Figura 2.15. Figura 2.14 - Detalhamento das barras na seção transversal de uma viga. (Souza e Ripper, 1998) Figura 2.15 - Adoção de pingadeiras. (Souza e Ripper, 1998) Incorreção na interação solo-estrutura: e. O terreno da fundação sempre será o elemento responsável por resistir os esforços solicitantes de uma estrutura e principalmente por mantê-la estável. Portanto, é extremamente necessário conhecer através de sondagem qual a resistência do solo existente naquele local e qual a profundidade de cada camada de solo presente. Uma análise ruim das características do solo pode fazer com que surjam alguns problemas, tais como, fundação não adequada para aquele tipo de solo, fundações assentadas em solo com capacidade de resistência inferior a necessária, deformabilidade incompatível com a rigidez da estrutura, tendo como consequência, recalques de apoio e patologias diversas (SOUZA E RIPPER, 1998). 53 Incorreção na consideração de juntas de dilatação: f. Segundo Souza e Ripper (1998), a ausência ou a má utilização de juntas de dilatação nas estruturas é um dos fatores que invariavelmente traz problemas, em particular como resultado do comportamento reológico do concreto. A falta de detalhamento adequado para a vedação das juntas de dilatação pode fazer com que a água percole sobre a estrutura atacando assim, as armaduras. Figura 2.16 - Correto detalhamento da junta de dilatação. (Prefac Impermeabilizações) Falhas humanas durante a utilização: ii. São ações geradas diretas pela ação do homem, muitas vezes, proprietário ou utilizadores que atuam de forma incorreta e inconveniente, sem a menor consciência de que suas ações podem causar a deterioração da estrutura. Alterações estruturais: a. Ocorrem quando o proprietário ou utilizador age na estrutura de forma irresponsável alterando a função onde a estrutura foi projetada, interferindo de forma direta em seu comportamento estático e/ou resistente. Segundo Souza e Ripper (1998), são ações que modificam o comportamento estático e/ou resistente de uma estrutura: 54 Suspensão de paredes portantes ou de outras peças estruturais; Aumento do número de andares em um edifício sem consulta e análise prévia de um técnico capacitado; Demolições que modificam o esquema estrutural do edifício; Abertura de furos em vigas e pilares sob o não dimensionamento adequado em termos de posição e dimensões. Sobrecargas exageradas: b. Podem ocorrer quando a modificação do propósito estrutural da edificação, ou seja, lajes calculadas para funcionarem como escritórios e utilizadas com a função de academias, que devido os equipamentos utilizados, geram muito mais sobrecarga na edificação. Outro exemplo bastante comum são os painéis publicitários existentes sobre marquises de lojas e apartamentos, como se pode ver na Figura 2.17. Figura 2.17 - Marquise deformada devido sobrecarga do painel publicitário. (Nota de Aula de Estruturas de Concreto IV – UDF, 2014) Alteração das condições do terreno de fundação: c. Trata-se de alteração não cuidada entre construções existentes e novas, e particularmente, das alterações das condições de estabilidade e compressibilidade do terreno, ou seja, não houve observância quanto às condições vizinhas, uma vez que tal efeito 55 pode alterar as características existentes do terreno originando muitas vezes o recalque de fundações. iii. Ações mecânicas Choques de veículos: a. Acidentes que podem ocorrer contra a estrutura de concreto e que possuem, como consequência, o desgaste da camada mais superficial da peça atingida, podendo ocorrer em alguns casos, a destruição desta. Recalque de fundações: b. Segundo Souza e Ripper (1998), toda estrutura durante e posteriormente a sua construção está sujeita a deslocamentos verticais lentos, até que o equilíbrio entre o carregamento aplicado e o solo seja atingido. Em projetos mal concebidos em que as fundações são dimensionadas de forma a não resistir os esforços solicitantes, estes estão extremamente sujeitos a ocorrência de recalque de fundação, que a partir daí, pode originar diversos fatores patológicos na estrutura, por exemplo, fissuras devido recalques de fundações (Figura 2.18 e Figura 2.19). Figura 2.18 - Exemplo de fissura devido recalque de fundação. (Cavaco, 2008) 56 Figura 2.19 - Recalque diferencial de fundação na Torre de Pisa. (BlogSpot Engenharia Civil para iniciantes - Dicionário do Engenheiro) Acidentes (ações imprevisíveis): c. Para Souza e Ripper (1998), este item relata ações mecânicas ou físicas que uma estrutura pode ser submetida, cuja ocorrência é muito difícil ou imprevisível, tais como: incêndio, abalos sísmicos, inundações, choques de veículos (que não os previsíveis) e os esforços do vento. (Figura 2.20 e Figura 2.21). Figura 2.20 - Queda de elementos dos tabuleiros. (Vaz, 1992) 57 Figura 2.21 - Danos em pilares. (Vaz, 1992) iv. Ações físicas Variação da temperatura: a. Quando no projeto da estrutura não se considera a variação da temperatura a tendência é a indução de fissuras nestes elementos estruturais. Insolação b. As ações se manifestam da mesma forma relatada no item anterior, agravado somente da radiação solar que atua sobre a camada epidérmica do concreto, ocasionando assim, alteração da textura e da cor do elemento estrutural (SOUZA E RIPPER, 1998). Atuação da água c. Geradora das mais diferentes patologias em uma estrutura, independente do seu estado, líquido (chuva), sólido (gelo) e gasoso (umidade). v. Ações químicas: As principais ações químicas que geram a deterioração da estrutura são resultantes de ações intrínsecas, pois ocorriam durante a fase de execução e utilização da estrutura. Quando consideradas como 58 causas extrínsecas, deve-se entender tais ações agindo durante à vida útil da estrutura. Sousa e Ripper (1998) citam o ar e o gás, as águas agressivas, as águas puras, as reações com ácidos e sais, e as reações com sulfato como elementos que causam reações na estrutura devido a porosidade do concreto e os agentes agressores do meio externo. vi. Ações biológicas: Segundo Sousa e Ripper (1998), embora as ações biológicas sejam predominantes em pontes e construções rurais, elas também podem surgir em edificações localizadas nos grandes centros urbanos. Essas ações são geradas pelo crescimento de vegetação nas estruturas, cujas raízes penetram na estrutura devido pequenas falhas de concretagem, ou pelas fissuras e juntas de dilatação, desenvolvimento de organismos e micro-organismos em certas partes da estrutura. 2.3.5. Diagnósticos Segundo Iliescu (2007), diagnóstico pode ser definido como a identificação da natureza, da causa e da origem dos desgastes. Para diagnosticar,
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