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_________________________ 1 Pós Graduação em Engenharia de Estruturas, Engenheiro Civil; Engenheiro Ambiental. E-mail: eng.thiagoaf@gmail.com. 2 Orientador: Prof. Me’. Charles Ferreira de Oliveira. Engenheiro Civil. E-mail: charles.engenheirocivil@gmail.com. PRINCIPAIS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS NAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Thiago Antônio de Oliveira Freitas¹ Orientador: Prof. Me. Charles Ferreira de Oliveira² RESUMO O uso do concreto como material de construção ocorre desde os tempos do império Romano. Com o passar dos anos, ele tornou-se cada vez mais essencial para a construção de edificações e demais tipos de obras, sendo hoje o material de construção mais consumido pela civilização moderna. Com o passar do tempo e com diversas contribuições de estudiosos, compreende-se cada vez mais todas as possibilidades que o concreto permite para as estruturas de um modo geral. Com o grande aumento de seu uso e a disseminação da tecnologia construtiva, começaram a surgir problemas, então os estudiosos começaram a estudar e entender as principais manifestações patológicas para as quais esse tipo de estrutura encontra-se suscetível, antevendo possíveis problemas, erradicando ou os diminuindo. Essas manifestações patológicas podem levar estruturas robustas a terem significativa perda de desempenho, até mesmo colapsando-as se não forem identificadas de maneira correta a tempo e devidamente tratadas/corrigidas. O estudo a seguir visa realizar uma revisão bibliográfica das principais manifestações ocorrentes nas estruturas de concreto. Palavras-chave: Manifestações patológicas; concreto; material de construção. ABSTRACT The use of concrete as a building material, occurre since the times of the Roman empire and over the years it has become more essential for the construction of buildings and other types of works, being today the construction material most consumed by civilization Modern. Over time and several contributions from scholars, come to understand more and more all the possibilities that concrete allows for structures in general. With the great increase in its use and the dissemination of constructive technology, problems began to emerge, and scholars began to search and understand the main pathological manifestations that this type of structure are susceptibles to, anticipating possible problems, eradicating or reducing them. These pathological manifestations can lead to robust structures that have a significant loss of performance, even collapsing them if they are not correctly identified in time and properly treated / fixed. This study aims to carry out a bibliographic review of the most occurring manifestations, from their cause and effects on the concrete structures. Keywords: Pathological manifestations, concrete, construction material. SUMÁRIO 1.INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................1 2. OBJETIVO .........................................................................................................................................3 3. REVISÃO LITERÁRIA .....................................................................................................................4 3.1 CLASSIFICAÇÃO DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS DO CONCRETO ............4 3.1.1 CAUSAS INTRÍSECAS ......................................................................................................6 3.1.2 CAUSAS EXTRÍNSECAS .....................................................................................................7 3.2 FALHAS DE CONCEPÇÃO DE PROJETO ..........................................................................8 3.3 FALHAS DURANTE A EXECUÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ............... 16 3.4 FALHAS DURANTE O USO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO (MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS DE ORIGEM MECÂNICA) ......................................... 21 3.4.1 CHOQUES E VIBRAÇÕES ............................................................................................ 22 3.4.2 INCÊNDIOS ....................................................................................................................... 25 3.4.3 RECALQUE DIFERENCIAL DE FUNDAÇÕES ......................................................... 26 3.5 MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS DE ORIGEM QUÍMICA ......................................... 33 3.5.1 ÁCIDOS ............................................................................................................................. 33 3.5.2 SULFATOS ....................................................................................................................... 39 3.5.3 CLORETOS ....................................................................................................................... 42 3.5.4 ÁGUA COMO AGENTE DE DETERIORAÇÃO QUÍMICA ....................................... 45 3.5.5 REAÇÃO ENTRE AGREGADOS DO CONCRETO ................................................... 47 3.6 MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS DE ORIGENS FÍSICAS ........................................ 50 3.6.1 RETRAÇÃO DO CONCRETO ....................................................................................... 52 3.6.2 MOVIMENTAÇÃO TÉRMICA DO CONCRETO ......................................................... 54 3.6.3 DESGASTE SUPERFICIAL ........................................................................................... 58 3.6.4 AÇÃO DO GELO-DEGELO ........................................................................................... 59 3.7 MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS DE ORIGEM BIOLÓGICA.................................... 60 4 CONCLUSÃO .................................................................................................................................. 64 5. REFERÊNCIAS .............................................................................................................................. 65 1 1.INTRODUÇÃO Para Miodownik (2015), o concreto é um material utilizado em larga escala e bastante provecto, tendo evidências inclusive de um concreto anterior à modernidade do Portland, encontrado em escavações do antigo império Romano. A utilização do concreto tem crescido muito, o que o torna cada vez mais presente nos canteiros de obras, sendo o material de construção com maior intensidade de utilização no mundo. Grande parte desse uso amplo, segundo Miodownik (2015), é devido ao seu custo, pois ele é indiscutivelmente o mais barato por tonelada. Outro dado que confirma Midownik é a Federación Iberoamericana de Hormigón Premesclado (FIHP), que estima o uso de 1,9 toneladas de concreto por habitante anualmente, valor este que é inferior apenas ao consumo de água. No Brasil, o concreto que sai das centrais dosadoras gira em torno de 30 milhões de metros cúbicos ao ano (IBRACON, 2009). A ampla utilização do concreto nas obras, que ocorrem desde a elemento de ligação de alvenarias à confecção e molde de elementos estruturais de edifícios, pontes, obras de saneamento, estradas, dentre outras infinidades de aplicações, devem levar em consideração a aplicação de boas práticas para a labuta com o material. A falta de práticas recomendadas e insumos básicos de qualidade podem ocasionar o surgimento de manifestações patológicas atenuantes que podem comprometer o desempenho e a vida útil do material, expondo os seus usuários a risco de segurança, além de tornar a manutenção mais onerosa e precoce. Um exemplo que elucida a importância das boas práticas ao se lidar com o concreto é uma pesquisa feita em 2007 pelo Ministério da Transparência e Fiscalização em conjunto com a Controladoria Geral da União em empreendimentos do programa do governo a época Minha Casa Minha Vida (MCMV). A pesquisa teve uma amostra total de 55 empreendimentos de unidades habitacionais, dentre eles, 56,4% apresentavam problemas já antes dotérmino da garantia concedida pelas construtoras. Esses problemas construtivos que surgiram de forma precoce estavam em sua maioria atribuída a manifestações patológicas diretamente ligadas às estruturas de concreto armado. 2 Todavia, o surgimento de manifestações patológicas não se encontra intimamente ligado somente às boas práticas, qualidade dos insumos, entre outros, é necessário explanar também a necessidade de bons projetos conceituais, planejamento, técnicas adequadas de aplicação com afinco a fim de obter um controle de qualidade satisfatório para o cliente final. Ripper e Souza (1998) explanam que, em relação ao nível de controle de qualidade, é necessário também na etapa de concepção, com o intuito de facilitar a execução e também adequada capacidade de manutenção. 3 2. OBJETIVO O estudo apresentado possui como principal propósito abordar sobre as diversas manifestações patológicas em que as estruturas de concreto encontram-se suscetíveis, assim como os efeitos que se manifestam nessas estruturas. 4 3. REVISÃO LITERÁRIA 3.1 CLASSIFICAÇÃO DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS DO CONCRETO Para Bertonoli (2010), no pretérito tinha-se comum senso de que as estruturas de concreto armado eram intrinsecamente duráveis, mesmo quando feitas de maneira descuidada e expostas a ambientes agressivos. Exclusivamente a partir dos anos 1980, e diante a casos crescentes de degradação, elevados riscos de segurança e custos de manutenção exorbitantes mudaram a perspectiva e, assim, começou um processo de entendimento dos processos para prevenir a degradação do concreto e, sobretudo, a corrosão das armaduras. Com a perda de desempenho das estruturas de concreto ao decorrer de sua vida útil, essas estruturas ficam propensas a obterem algumas manifestações patológicas que podem deteriorar seu desempenho até mesmo causar a sua ruína. Devido a esses efeitos das manifestações que estas estruturas podem obter, houve uma grande necessidade de fazer estudos profundos sobre esse assunto, desde suas origens e formas atuações. Para Bertonoli (2010) no pretérito se tinha comum senso que as estruturas de concreto armado fossem intrinsecamente duráveis, e mesmo quando feitas de maneira descuidada e expostas a ambientes agressivos. Exclusivamente a partir dos anos 1980 e diante a casos crescentes de degradação, elevados riscos de segurança e custos de manutenção exorbitantes que se mudou a perspectiva e começou o processo de entendimento dos processos para prevenir a degradação do concreto e sobretudo a corrosão das armaduras. 5 A tabela a seguir permite uma melhor compreensão sobre as diversas formas nas quais as superfícies de concreto estão dispostas ao processo de degradação. AGRESSIVIDADE CONSEQUÊNCIAS INERENTES AO PROCESSO NATUREZA DO PROCESSO CONDIÇÕES PARTICULARES ALTERAÇÕES DE COR/MANCHAS ALTERAÇÕES FÍSICO- QUIMICAS Carbonatação Umidade relativa do ar entre 60 e 85% Em geral mais clara Redução do pH Corrosão das armaduras Fissuração superficial Lixiviação Atmosfera ácida, águas moles Escurece com manchas Redução do pH Corrosão das armaduras Desagregação superficial Retração Molhagem/secagem e ausência de cura Manchas e fissuras Redução do pH Corrosão das armaduras Fissuração Fuligem Atmosferas urbanas e industriais (zonas úmidas) Manchas escuras Redução do pH Corrosão das armaduras Fungos Zonas úmidas e salinas Manchas escuro- -esverdeadas Redução do pH Corrosão das armaduras Desagregação superficial Concentração Salina Atmosferas marinhas e industriais Branqueamento Despassivação da armadura Desagregação superficial Tabela 2 – Principais Mecanismos de degradação das superfícies de concreto. Fonte: (HELENE; 1992 apud. MILITITSKY; CONSOLI, SCHNAID, 2015, p. 218) 6 Figura 1: Causas intrínsecas aos processos de deterioração das estruturas de concreto (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 29) 3.1.1 CAUSAS INTRÍSECAS Ripper e Souza (1998) esclarecem que as manifestações patológicas possuem causas e processos ligados a formas intrínsecas e por causas extrínsecas, sendo que as causas intrínsecas de degradação das estruturas de concreto estão ligadas de forma maior a erros humanos, que vão desde a dosagem a erros de ordem executiva, cura inadequada, entre outros fatores. A figura a seguir exibe de forma ampla a classificação das causas intrínsecas e os processos de deterioração das estruturas de concreto. 7 3.1.2 CAUSAS EXTRÍNSECAS As causas extrínsecas de deterioração das estruturas são as que não dependem do corpo estrutural em si nem da composição interna ou de falhas relacionadas ao processo executivo. Elas são vistas de outra forma, na maioria das vezes são fatores que afetam a estrutura começando sua atuação desde o meio externo chegando até a comprometer a estrutura internamente (RIPPER; SOUZA, 1998). A figura a seguir denota amplamente a classificação das causas extrínsecas do processo de deterioração das estruturas de concreto armado. Figura 2: Causas extrínsecas aos processos de deterioração das estruturas de concreto (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 41) 8 3.2 FALHAS DE CONCEPÇÃO DE PROJETO As falhas de concepção de projeto costumam acontecer pelo fato do projetista não se atentar suficientemente para as respectivas normas e técnicas para projetar as estruturas de concreto, sejam elas armado, protendido e pré-moldado, além demais normas de execução, fundação, etc. Tais normas, além de ajudarem os profissionais de engenharia a terem melhor concepção do projeto, costumam ainda prever aspectos que visam o bom desempenho das estruturas. Um exemplo de norma a ser seguido é a NBR 6118/2014, que define os critérios gerais para o dimensionamento dos projetos de estruturas de concreto armado e protendido. Em seu item 6, ela aborda as diretrizes para a durabilidade das estruturas de concreto, visando orientar sobre os aspectos que devem ser considerados na hora da concepção do projeto, como exigências de durabilidade, vida de útil de projeto (VUP), além de alertar sobre os mecanismos de envelhecimento e deterioração das estruturas de concreto e agressividade do ambiente. A tabela de classificação da classe de agressividade ambiental apresentada na figura 3 é um item de suma importância dentre muitos outros que devem sempre ser adotados na concepção do projeto. Figura 3: Tabela 6.1 da NBR - 6118/2014 que aborda sobre as Classes de Agressividade Ambiental nas estruturas de concreto. 9 Posteriormente, na mesma norma, observam-se informações importantes acerca da qualidade do concreto em relação à classe de agressividade ambiental (CAA) onde a edificação será executada. A tabela a seguir faz a correlação entre as classes de agressividades e características do tipo de concreto que deve ser usado, como resistência mecânica e a relação A/C (água cimento). Figura 4: Tabela 7.1 da NBR - 6118/2014 que aborda sobre a correlação da qualidade do concreto com as Classes de Agressividade Ambiental nas estruturas de concreto. Outro item de extrema importância nas diretrizes de concepção conforme NBR 6118/2014 é o recobrimento necessário que os elementos estruturais necessitam para que haja aumento da VUP e o concreto consiga proteger as armaduras passivas e ativas de forma efetiva, deixando-as protegidas contras aspectos físico-químicos que podem acelerar o processo de degradação e o surgimento de manifestações patológicas de forma precoce. Na figura 5, é apresentada a tabela que relaciona a CAA e o cobrimento mínimo nominal, conforme previsto na NBR 6118:2014. Figura 5:Tabela 7.2 da NBR - 6118/2014 que correlaciona a CAA e o cobrimento mínimo nominal Δc=10mm. 10 Figura 6: Notas da tabela 7.2 da NBR - 6118/2014 que correlaciona a CAA e ocobrimento mínimo nominal Δc=10mm. Apesar de as NBRs 6118 e 12655 não exporem o tempo de vida útil atendido com a adoção desses parâmetros em projeto, estima-se que uma vida útil de 50 anos seja cumprida, mantido o plano de manutenção definido. O tempo de retorno seja cumprida, mantido o plano de manutenção definido. O tempo de retorno das ações variáveis, praticadas pela NBR 8681 (ABNT. 2003) e da aerodinâmica, originada da NBR 6123 (ABNT, 1988), considera o prazo de 50 anos. Em um primeiro momento, isso se torna um problema, uma vez que a NBR 15575 (ABNT, 2013d) estabelece para a estrutura de concreto três níveis de desempenho: mínimo, intermediário e superior, com uma vida útil de projeto mínima de 50, 63 e 75 anos (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 74). A seguir, temos uma imagem que demonstra exemplos genéricos de diversas manifestações patológicas em relação ao tipo de esforços em que os elementos estruturais são submetidos. Problemas estes que ocorrem com a falta de dimensionamento adequado dos elementos. Figura 7: Configurações genéricas de fissuras em função do tipo de solicitação predominante Fonte: (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 58) 11 Para Ripper e Souza (1998), as falhas acontecidas em projetos estruturais têm influência direta na formação de manifestações patológicas, sendo os mais diversos e assumindo a configuração em função do tipo de esforço ao qual o elemento encontra-se submetido. Situações em que os esforços de compressão e tração encontram-se superiores ao o esforço de projeto, submete-se o elemento a condições não seguras, tornando a estrutura instável e, em casos mais adversos, levando ao seu colapso. A seguir, observam-se as figuras ilustrando exemplos claros de fissuras formadas por esforços de compressão atuando nas estruturas. Figura 8: Fissuração em viga submetida a esforços de flexocompressão Fonte: (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 58) Figura 9: Fissuras por compressão sem e com confinamento. Fonte: (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 58) 12 As figuras a seguir exibem os tipos de fissuras que ocorrem em vigas “T” e lajes, fatores que são relacionados ao dimensionamento de armaduras e falhas na concepção de projetos e esforços que irão atuar sobre esses elementos estruturais. Figura 10: Fissuração por flexão na viga T, como consequência de seção insuficiente de aço diante do momento negativo Fonte: (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 59) Figura 11: Fissuração por flexão na viga T, como consequência de seção insuficiente de aço diante do momento positivo Fonte: (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 59) Figura 12:Fissuração por esmagamento do concreto na viga T, por insuficiência da armadura de compressão Fonte: (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 59) Figura 13: Fissuração por cisalhamento na viga T, por insuficiência de armaduras para combate ao cortante. Fonte: (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 59) 13 Figura 14: Fissuração na laje por esmagamento do concreto por espessura reduzida da laje. As fissuras surgem na parte inferior pela ineficiência em suportar os momentos negativos. Fonte: (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 60) Figura 15: Fissuração de flexão na laje devido à insuficiência de armadura para os momentos negativos, tais fissuras surgem na parte superior. Fonte: (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 60) 14 Figura 16: Fissuração por esmagamento do concreto na laje devido à espessura reduzida. As fissuras surgem na face superior por deficiência diante dos momentos positivos. Fonte: (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 60) Figura 17: Fissuração na laje por flexão devido à insuficiência de armadura para os momentos positivos. As fissuras surgem na face inferior. Fonte: (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 60) 15 Figura 18: Fissuração na laje por deficiência de armaduras para combater aos momentos volventes na face superior da laje. Fonte: (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 60) Figura 19: Fissuração por deficiência de armaduras para combate aos momentos volventes na face inferior da laje Fonte: (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 60) 16 3.3 FALHAS DURANTE A EXECUÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO No âmbito da engenharia civil, há uma grande escassez de mão de obra qualificada para atender a demanda da construção civil. Nessas contratações que muitas vezes ocorrem de forma massiva, não levam em consideração a capacitação dos colaboradores nem os separam por qualificações adequadas. Com isso, o uso descriminado de mão de obra não qualificada para tal leva a diversos erros de ordem executiva, seja por falta de conhecimento, má interpretação de projetos, fiscalização insuficiente, falta de controle de qualidade, além de outros fatores que influenciam diretamente no andamento das atividades de execução. Esses erros que muitas vezes passam de maneira despercebida, desencadeiam no baixo desempenho das estruturas e no surgimento de manifestações patológicas precocemente, fazendo com que ocorra manutenções corretivas periódicas ao invés de manutenções preventivas. O fato de as manutenções, na maioria das vezes, serem de caráter corretivo, pode estar ligado na cultura brasileira, já que a preocupação dos usuários em relação ao desempenho das estruturas ainda é pequena. São inúmeros os exemplos típicos que podem ser levados em consideração sobre os erros executivos que ocasionam o surgimento de manifestações patológicas. Esses erros podem ser desde a falta de adensamento adequado do concreto, movimentação de formas, escoramento falho, até outras situações não previstas que podem ocorrer no processo. 17 A seguir, temos figuras e exemplos que irão abordar sobre origens típicas de manifestações patológicas recorrentes devido a erros de execução em estruturas de concreto armado. Figura 20: Formação de fissuras por assentamento plástico de concreto. Fonte: (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 62) Ripper e Souza (1998) asseguram que esse tipo de fissuração por assentamento ocorre sempre que existe um determinado movimento natural de massa que é resultante da gravidade e que é impedido por haver a presença de formas ou armadura, sendo esse tipo de manifestação patológica maior quanto mais espessa for a camada de concreto lançada. As fissuras formadas pelo assentamento do concreto acompanham o desenvolvimento das armaduras e provocam a criação do chamado efeito de parede, ou de sombra, que consiste na formação de um vazio por baixo da barra, que reduz a aderência desta ao concreto. Se o agrupamento de barras for muito grande, as fissuras poderão interagir entre si, gerando situações mais graves, como a de perda total de aderência. É importante também considerar-se que, em termos de durabilidade, fissuras como estas que acompanham as armaduras, são as mais nocivas, pois facilitam, bem mais que as ortogonais, o acesso direto dos agentes agressores, facilitando a corrosão das armaduras. (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 62) 18 Figura 21: Fissuras por assentamento plástico em pilares Fonte: (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 62). Observa-se ainda a fissuração proveniente da movimentação de formas mal escoradas durante o processo de concretagem, que acarretam deformações excessivas da peça a ser concretada, além da formação de fendas ou juntas mal vedadas, próximas a outros elementos estruturais já concretados ou não. Figura 22: Exemplos de fissuração por movimentação de fôrmas e escoramentos. Fonte: (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 62). 19 A seguir, temos um caso verídico ocorrido por escoramento insuficiente das formas que ocasionou um acidente nesta obra situada no leste do estado de Minas Gerais na cidade de Governador Valadares. Figura 23: Acidente no leste de Minas Gerais enquanto ocorria concretagem. Fonte: Inter TV dos Vales. As figuras que se seguem mostram os mecanismos típicos de fissuras, relacionados à retração do concreto (ocasionalmente tornam-se mais perceptíveis após a cura total doconcreto). Em relação às vigas, as fissuras ficam situadas em todo o contorno da alma delas, de forma paralela entre si e em intervalos quase regulares, ocorrendo em qualquer ponto do vão, já em relação às lajes, há uma formação de fissuras em aspecto de Mosaico, podendo ocorrer em qualquer parte da laje. (RIPPER; SOUZA, 20 1998). Figura 24: Na primeira imagem mostra fissuras de retração em vigas, enquanto na imagem ao lado mostra retração em laje. Fonte: (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 64 De acordo com Ripper e Souza (1998), as fissuras provenientes de erros executivos, seja por incúria ou por incompetência, possuem similaridades ao fissuramento causado por erros de projeto - como nas figuras 20 e 21, mostradas anteriormente - e também como uma deficiência de deslocamento das fôrmas conforme mostrado na figura 22. Uma situação típica gerada por falha executiva durante o processo construtivo ou má interpretação de projeto, em que o mau posicionamento da armadura negativa da laje faz com que o concreto sofra o esforço de traço que deveria ser combatido pela armadura e, assim, resulte em seu rompimento (RIPPER; SOUZA, 1998). Figura 25: Fissura causada pelo deslocamento da armadura principal em relação à posição original. Fonte: (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 64) 21 3.4 FALHAS DURANTE O USO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO (MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS DE ORIGEM MECÂNICA) As principais manifestações patológicas relacionadas ao mau uso das estruturas de concreto geralmente ocorrem pelo fato de não haver a devida instrução do usuário para o seu adequado uso, ou seja, para o que tal estrutura foi projetada. Os exemplos mais clássicos desses típicos problemas são: alteração da sobrecarga de uso, alterações de layouts sem prévia consulta de profissional habilitado, choques por ações mecânicas, além de outras intervenções antrópicas de forma inconsequente ou criminosa. Tais fatores corroboram de forma efetiva para o surgimento de problemas, mesmo que o projetista tenha adotado os devidos cuidados, seguido as normas pertinentes e levado em consideração os coeficientes de segurança. 22 3.4.1 CHOQUES E VIBRAÇÕES Segundo Milititsky, Consoli, Schnaid (2015), os choques e vibrações internos ou externos próximos a uma edificação podem ser causados de várias formas, como por equipamentos industriais, máquinas de compactação de solos, explosões, dentre outras formas. Outro aspecto a ser observado em relação às vibrações é que as estruturas podem sofrer seriamente - principalmente às causadas pelas ações antrópicas - em relação ao tempo, frequência e intensidade da vibração para a qual a estrutura de concreto pode estar exposta, caso ela não seja projetada para receber determinadas vibrações durante o seu uso, a estrutura pode ficar suscetível a receber fissurações em vários pontos. A imagem a seguir mostra um maquinário de compactação de solos trabalhando numa distância próxima às edificações e, durante o seu trabalho, as edificações sofreram com as vibrações causadas pelo maquinário, inclusive quebrando alguns vidros. Figura 26 - Rolo compactador trabalhando próximo a edificações, causando fortes vibrações. Fonte: Arquivo pessoal Diferente das vibrações, os choques atuam de forma mais direta nas estruturas por ser causado pelas ações antrópicas, sejam elas intencionais, por exemplo serviços de demolição, ou acidentais, como colisão de automóveis nas estruturas. 23 Um exemplo recente que pode ser citado é o caso que ocorreu no ano de 2019, que provocou o colapso do Edifício Andrea, localizado na cidade de Fortaleza/CE. Nele, durante uma reforma predial, por falta de acompanhamento técnico adequado, tentaram recuperar os pilares do pilotis do prédio aplicando golpes nos pilares que já estavam comprometidos sem realizar nenhum tipo de escoramento, danificando os apoios e tornando o prédio em uma estrutura hipostática, permitindo o colapso da estrutura. Figura 27 - Fotos da vistoria cautelar realizada pela empresa responsável pela recuperação dos pilares, um mês antes do acidente. Fonte: G1 Globo 24 Figura 28 - Trabalhador causando golpes nos pilares enquanto a equipe de engenharia estava observando o profissional na execução do serviço. .Fonte: G1 Globo Figura 29 - Edifício Andrea desaba em Fortaleza/CE Fonte: G1 Globo 25 3.4.2 INCÊNDIOS Os incêndios, na grande maioria das vezes, surgem através de efeitos de causas naturais quando são gerados por fenômenos da natureza (combustão espontânea, raios, dentre outras causas), e até mesmo artificialmente, que podem originar-se através de fenômenos físicos (curto-circuito, calor por atrito, entre outras causas), meios químicos (reações exotérmicas) e meios biológicos (autocombustão). Todas as possíveis origens citadas anteriormente podem ser causadas por meio de ações antrópicas, sejam elas acidentais, culposas ou dolosas. (RIPPER; SOUZA, 1998). A imagem a seguir mostra as fases de um incêndio. De acordo com RIPPER; SOUZA, 1998, quando ocorre um incêndio, o instante mais crítico para a estrutura ocorre entre a primeira e a segunda fase. Figura 30 - Fases de um incêndio Fonte: (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 51) 26 A imagem a seguir mostra sobre o comportamento que o concreto está sujeito quando está sendo elevado a altas temperaturas. Figura 31 - Comportamento do concreto em altas temperaturas Fonte: (The Concrete Centre 2004, apud. BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 154) 3.4.3 RECALQUE DIFERENCIAL DE FUNDAÇÕES Os recalques diferenciais de fundações pode haver várias causas que geram tais manifestações patológicas, desde má concepção de projeto de fundações, falhas nas etapas construtivas, entre outras causas. Quando ocorre o surgimento dessas manifestações, costuma-se aparecer nas edificações trincas e fissuras no ângulo de 45º nas alvenarias. Toda edificação, durante a obra ou mesmo após a sua conclusão, por um determinado período de tempo, está sujeita a deslocamentos verticais, lentos, até que o equilíbrio entre o carregamento aplicado e o solo seja atingido. Em projetos mal concebidos, com erros de cálculo nas fundações (como, por exemplo, nas fundações superficiais com diferenças acentuadas na relação carga/área de fundação), ocorrem recalques diferenciais entre os vários apoios, causando a abertura de trincas nas alvenarias e na estrutura. (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 49) No que se refere aos requisitos para esforços externos, imprevistos acontecem (através de fenômenos naturais, como sismos ou mesmo edifícios vizinhos 27 que requeiram tais esforços durante a fase de execução das fundações para realizar a construção nas suas proximidades) e também há a supressão de edifícios após a construção, que afetam diretamente as estruturas vizinhas. Pode-se adotar como exemplo a imagem a seguir, onde há superposição de pressões de recalque adicionais existentes devido à adição de esforços não previstos, situações claras a serem abordadas, uma vez que são construções de um porte maior onde a pressão da carga da maior edificação afeta a área de pressão da edificação menor, causando recalque na edificação menor. Figura 32 - Superposição de pressões e recalques adicionais na edificação antiga devido a construções de maior porte. Fonte: (MILITITSKY; CONSOLI, SCHNAID, 2015, p. 168) Também nas obras de ampliação, quando não são tomadas as devidas precauções, verifica-se, com o tempo, o surgimento de trincas entre a construção nova e a antiga, já que as fundações desta última não estão mais sujeitas a recalques, enquanto as da primeira ainda vão recalcar por um certo período de tempo. (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 49) 28 As imagens a seguir mostram exemplos claros sobre o impacto de uma construção vizinha de porte maior atuando sobre uma construção de porte menor, no caso foiuma situação de um estacionamento que sofreu efeitos de recalques diferenciais devido aos esforços causados por uma construção de um hospital ao lado do próprio estabelecimento. Figura 33 - Estacionamento antes de ser afetado pelos esforços causados pela obra ao lado. Fonte: Google Earth (2016) Figura 34 - Estacionamento depois de ser afetado pelos esforços causados pela obra ao lado. Fonte: O autor (2016) 29 As imagens que se seguem mostram o comportamento de trincas e fissuras que atuam de acordo com o surgimento de manifestações patológicas relacionadas ao recalque de fundação. Figura 35 - Fissuras típicas causadas por recalque de fundações de pilares internos. Fonte: (Ortiz, 1984 apud. MILITITSKY; CONSOLI, SCHNAID, 2015, p. 25). Figura 36 - Esquematização das fissuras por recalque de fundação de pilar de canto. Fonte: (Ortiz, 1983 apud. MILITITSKY; CONSOLI, SCHNAID, 2015, p. 25). 30 Figura 37 - Provável fissuramento em parede com recalque na extremidade. Fonte: (Ortiz, 1983 apud. MILITITSKY; CONSOLI, SCHNAID, 2015, p. 25). Figura 38 - Deformação côncava de parede portante e seus efeitos. Fonte: (Ortiz, 1983 apud. MILITITSKY; CONSOLI, SCHNAID, 2015, p. 26). 31 Figura 39 - Deformação convexa de parede portante e seus efeitos. Fonte: (Ortiz, 1983 apud. MILITITSKY; CONSOLI, SCHNAID, 2015, p. 26). Figura 40 - Provável fissuramento de edificação assente parte em corte e parte em aterro. Fonte: (Ortiz, 1983 apud. MILITITSKY; CONSOLI, SCHNAID, 2015, p. 27). 32 Figura 41 - Prováveis diagramas de esforços e fissuras em estruturas de concreto por recalques de fundações de pilares internos e nas extremidades. Fonte: (Mañá, 1978 apud. MILITITSKY; CONSOLI, SCHNAID, 2015, p. 27). 33 3.5 MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS DE ORIGEM QUÍMICA As deteriorações por processos químicos nas estruturas de concreto atuam de várias formas e também possuem vários tipos de gênesis, no qual as mais conhecidas são por ataque por ácidos, sulfatos, álcalis e outras formas que serão abordadas nesse estudo. 3.5.1 ÁCIDOS O concreto quando está em condições normais, possui o pH entre 12,5 a 13,5, sendo um material básico com função de preservar a estabilidade dos compostos hidratados cimentícios e das barras de aço que atuam com valor estrutural em conjunto com o concreto, porém, caso haja alteração em seu pH, sofrendo uma diminuição abaixo de 11, o concreto torna-se um material cada vez mais ácido, tal alteração facilita a entrada de agentes químicos que atacam as armaduras, ocasionando a deterioração da estrutura. (BOLINA; TUTIKIAN, HELEN, 2019). Vários são os tipos de ácidos perigosos para o concreto, sejam eles inorgânicos (clorídrico, sulfídrico, nítrico, carbônico, etc.) ou orgânicos, normalmente encontrados na terra (acético, láctico, esteárico, etc.). Em qualquer caso, a ação do íon hidrogênio provoca a formação de produtos solúveis, que ao serem transportados pelo interior do concreto e vão deteriorando. (RIPPER; SOUZA, p.39, 2009). Nesses ataques, o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) é o composto hidratado mais facilmente solúvel. O teor desse composto é considerado um indicador da durabilidade do concreto, pois, quanto menor o teor de Ca(OH)2, maior será a resistência química do concreto aos ácidos. Porém, é importante observar que sempre deve haver um mínimo de Ca(OH)2 para garantir a passivação da armadura de aço. (BOLINA; TUTIKIAN, HELEN, 2019) Os ataques de ácidos às estruturas de concreto podem provir de águas pluviais com alto índice de acidez em conjunto ao óxido de enxofre (SO2) e dióxido de carbono (CO2), dissolvidos em grande abundância nos grandes centros urbanos, devido a atuação das atividades industriais e o constante aumento do fluxo de veículos automotivos a cada dia nesses centros urbanos, formando o fenômeno natural conhecido como chuva ácida. (BOLINA; TUTIKIAN, HELEN, 2019). 34 Agora, serão demonstrados os ácidos responsáveis pelas chuvas ácidas, que podem causar danos aos ambientes onde ocorre esse tipo de precipitação. O SO2 reagindo com a água pode formar ácido sulforoso, conforme a demonstração abaixo: H2O + SO2 → H2SO3 Em relação ao gás carbônico, trata-se de um óxido ácido que, em reação com água, produz o ácido carbônico, outro grande responsável pela chuva ácida. CO2 + H2O → H2CO3 O ácido carbônico em contato com o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) da pasta de cimento Portland hidratada, forma carbonato de Cálcio (CaCO3). Ca(OH)2 + H2CO3 → CaCO3 + 2H2O “Após a precipitação do carbonato de cálcio (CaCO3), que é insolúvel, a primeira reação é interrompida, a menos que alguma reação desse carbonato ocorra com CO2 ainda livre na água“. (BOLINA; TUTIKIAN, HELEN, 2019, p. 83). CaCO3+CO2 + H2𝑂 → +Ca(𝐻𝐶𝑂3)2 Com a formação de carbonato de cálcio no concreto, resulta em um fenômeno patológico conhecido como carbonatação do concreto. 35 A seguir, serão mostrados os principais ácidos potencialmente agressivos ao concreto. Ácido Fórmula Provável origem Ácidos agressivos que geram sais de cálcio solúveis Ácido clorídrico HCl Indústria química Ácido nítrico HNO3 Indústria de fertilizantes Ácido acético CH3CO2H Processos de fermentação Ácido fórmico HCO2H Indústria de alimentos Ácido lático C2H4(OH)CO2H Indústria leiteira Ácido tânico C76H52O46 Águas pantanosas Ácidos agressivos que geram sais de cálcio insolúveis Ácido fosfórico H3PO4 Indústria de fertilizantes Ácido tartárico {CH(OH)CO2H]2 Indústria vitivinícola Tabela 1 - Ácidos potencialmente agressivos ao concreto Fonte: (Benitez et al. 2007 apud. BOLINA; TUTIKIAN, HELEN, 2019) 36 A próxima tabela mostra que existem alguns ácidos que podem ter efeitos de forma mais rápida do que outros nas estruturas de concreto, conforme for as condições do ambiente em que essas estruturas estão situadas. VELOCIDADE DE ATAQUE À TEMPERATURA AMBIENTE ÁCIDOS INORGÂNICOS ÁCIDOS ORGÂNICOS SOLUÇÕES ALCALINAS SAIS SUBSTÂNCIAS DIVERSAS Rápida Ácido clorídrico Ácido fluorídrico Ácido nítrico Ácido sulfúrico Ácido acético Ácido fórmico Ácido láctico - Cloreto de Alumínio - Moderada Ácido fosfórico Ácido tânico Hidróxido de sódio solução com mais de 20% Cloreto de amônio e magnésio Cianeto de sódio Gás Bromo Sulfito liquido Lenta Ácido carbônico - Hidróxido de sódio solução entre 10% e 20% Hipoclorito de sódio Cloreto de amônio e magnésio Cianeto de sódio Gás Cloro Água do mar Água doce Desprezível - Ácido oxálico Ácido tartárico Hidróxido de sódio solução com solução com menos de 10% Hidróxido de amônio Cloreto de cálcio e sódio Nitrato de zinco Cromato de sódio Amoníaco líquido 37 Tabela 2 - Ácidos potencialmente agressivos ao concreto em função da velocidade de ataque à temperatura ambiente. Fonte: (HELENE; PEREIRA, 2003 apud. MILITITSKY; CONSOLI, SCHNAID, 2015, p. 218) Há ainda o ácido úrico, presente na urina de pessoas e animais, que é um agente degradante às estruturas de concreto, geralmente na base de pilares. (BOLINA; TUTIKIAN, HELEN, 2019, p.86). Em relação ao ácido úrico, podemos tomar como exemplo um caso que ocorreu no ano de 2009, na cidade de Salvador/BA, onde a prefeitura teve de investir R$ 500.000,00 (quinhentos mil reais) para realizar a manutenção da via de iluminação pública pelo fato da população ter o costume de urinar nos postes. A figura da imagem a seguir mostra como exemplo um poste deteriorado pelo ácido úrico. Figura 42 - Poste deteriorado por ácido úrico Fonte: G1 Globo 38 Com os avanços dos ataques de ácidos nas armaduras, que causam a sua corrosão, a figura abaixo mostra o exemplo de corrosão de armaduras atuando em uma viga de concreto ao decorrer do tempo.Figura 43 - Evolução das manifestações patológicas de viga de concreto afetada por mecanismos de corrosão. Fonte: (Benitez et al.2007 BOLINA; TUTIKIAN, HELEN, 2019) 39 3.5.2 SULFATOS Os íons sulfato são originários de fontes externas, como indústrias. Até o contato com esgotos, ele sofre alterações na sua composição química e em sua constituição física do concreto, gerando a formação de gipsita (gesso), ocasionando em fissuras no concreto, tracionando internamente a esforços que não foram previstos a suportar. (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019). “O ataque por sulfatos incide geralmente no aluminato tricálcico (3CaO). Al2O2, simplificadamente representado por (C3A) e no hidróxido de cálcio (Ca(OH)2). Esse ataque pode se manifestar sob a forma de expansão e fissuração do concreto ou sob a forma de diminuição progressiva do módulo de elasticidade e perda de massa.” (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 87). Todos os tipos de sulfato levam a alguma deterioração da pasta de cimento Portland, mas o mecanismo e o grau de ataque dependem do tipo de sulfato presente. Enquanto o sulfato de cálcio reage apenas com o aluminato de cálcio hidratado, o sulfato de sódio reage com o hidróxido de cálcio, que, por sua vez, reage com o aluminato. (COUTINHO, 2001, apud. BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 88). A seguir será mostrada a equação química que gera a formação de gipsita (gesso), processo descrito anteriormente. 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2⏟ 𝐻𝑖𝑑𝑟ó𝑥𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑐á𝑙𝑐𝑖𝑜 +𝑁𝑎2𝑆𝑂4. 10𝐻2𝑂 → 𝐶𝑎𝑆𝑂42𝐻2𝑂⏟ 𝐺𝑒𝑠𝑠𝑜/ 𝑔𝑖𝑝𝑠𝑖𝑡𝑎 + 2𝑁𝑎𝑂𝐻 + 8𝐻2𝑂 +𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 A formação de etringita pode resultar em até 2,5 vezes o volume do aluminato. No caso de ataque por sulfato de sódio, a formação de hidróxido de sódio como subproduto da reação assegura a manutenção da alta alcalinidade do sistema, estabilizando o subproduto da hidratação do C-S-H. (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 89). A equação abaixo mostra o processo de formação da etringita na qual foi descrita anteriormente. 4𝐶𝑎𝑂. 𝐴𝑙2𝑂3. 19𝐻2𝑂⏟ 𝐴𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎𝑡𝑜 + 3(𝐶𝑎𝑆𝑂42𝐻2𝑂)⏟ 𝐺𝑒𝑠𝑠𝑜/ 𝑔𝑖𝑝𝑠𝑖𝑡𝑎 + 16𝐻2𝑂 → 3𝐶𝑎𝑂. 𝐴𝑙2𝑂3. 3𝐶𝑎𝑆𝑂431𝐻2𝑂⏟ 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔𝑖𝑡𝑎 + 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 40 O sulfato de magnésio (MgSO4), todavia, tem uma ação mais devastadora do que os outros sulfatos. Nesse caso, há a conversão do hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) em gipsita (CaSO4.2H2O) e hidróxido de magnésio (Mg(OH)2). (MEHTA, MONTEIRO, 2014 apud. BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 89). 𝑀𝑔𝑆𝑂4 + 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 + 2𝐻2𝑂 → 𝐶𝑎𝑆𝑂4 + 2𝐻2𝑂 + 𝑀𝑔(𝑂𝐻)2 Os ataques por sulfatos com formação tardia de etringita ocorrem quando a fonte de sulfatos é interna, acrescidos na produção do concreto. No caso, quando há agregados contaminados com gipsita, inserção de gesso no concreto, utilização da técnica de má fé e também nos casos onde o cimento possui um teor de sulfato muito elevado usado na produção do concreto, faz-se com que a cura do concreto ocorra em temperaturas elevadas, como na cura térmica de pré-fabricados. (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019). O ataque de sulfatos no concreto em conjunto com aluminato tricálcico (C3A) permite que haja formação de gesso e etringita. (COUTINHO 2001, Apud. BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019). 𝑆𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜𝑠 + 𝐶3𝐴 → 𝐺𝑒𝑠𝑠𝑜 𝑒 𝐸𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔𝑖𝑡𝑎 Os ataques por sulfatos com formação de taumasita apresentam diferenças aos ataques convencionais que formam gessos e etringita. No caso, quando há reação do Silicato de Cálcio Hidratado (C-S-H). (COUTINHO, 2001 apud. BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019). A sistematização desse ataque será representada na equação abaixo: 𝑆𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜𝑠 + 𝐶 − 𝑆 − 𝐻 → 𝑇𝑎𝑢𝑚𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎 O subproduto dessa reação, o hidróxido de magnésio, é insolúvel e reduz a alcalinidade do sistema e, nessa ausência de íons hidroxila na solução, o C–S–H deixa de ser estável e é também atacado pelo sulfato de magnésio. (MEHTA, MONTEIRO, 2014 apud. BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 89). 3𝑀𝑔𝑆𝑂4 + 3𝐶𝑎𝑂. 2𝑆𝑖𝑂2. 3𝐻2𝑂 + 8𝐻2𝑂 → 3(𝐶𝑎𝑆𝑂42𝐻2𝑂) + 3𝑀𝑔(𝑂𝐻)2 + 2𝑆𝑖𝑂2. 𝐻2𝑂 41 A NBR 12655/2015 apresenta na tabela 4 os requisitos a serem adotados em ambientes com alta presença de sulfato. Figura 44 Tabela 4 da NBR 12655/2015 - Requisitos para concreto exposto a soluções contendo sulfatos. 42 3.5.3 CLORETOS Os cloretos podem ser adicionados de forma involuntária ao concreto quando utilizado aditivos que aceleram o endurecimento do concreto. Também, por adição de água ou agregados contaminados e até mesmo por limpeza utilizando ácido muriático, penetrando no concreto, aproveitando de sua estrutura porosa. (RIPPER; SOUZA, 1998). Diferente da carbonatação ou da exposição a ambientes ácidos, o ataque por íons cloreto é capaz de despassivar a armadura mesmo em condições de pH elevado. Quando grandes quantidades de íons cloreto estão presentes, o concreto tende a reter mais umidade, o que também se torna um risco para a corrosão do aço, devido à diminuição da resistividade elétrica (Mehta; Monteiro apud. BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 103). Os ataques por íons cloretos podem vir das condições externas do ambiente ou ser implementado na fase da execução da estrutura do concreto. Pelo fato de possuir fontes externas, os íons cloretos possuem as suas gênesis oriundas pelos efeitos da maresia, névoas salinas, variação da maré, sais de degelo, solos contaminados e limpezas com o uso de ácido muriático. (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019). A seguir, serão apresentadas as equações químicas atuantes nas armaduras de aço (Helene, 1997, apud. BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019). Na primeira equação, ocorre a formação de cloreto ferroso, onde o cloro entra em contato com o aço da armadura e inicia lentamente o processo de deterioração das armaduras. 𝐹𝑒2+ + 2𝐶𝑙− → 𝐹𝑒𝐶𝑙2⏟ 𝐶𝑙𝑜𝑟𝑒𝑡𝑜 𝑓𝑒𝑟𝑟𝑜𝑠𝑜 Após a formação do cloreto ferroso em contato com a água, ocorre a reação de hidróxido ferroso e cloro, oxidando a armadura. 𝐹𝑒𝐶𝑙2 + 2𝐻2𝑂 → 𝐹𝑒(𝑂𝐻)2⏟ 𝐻𝑖𝑑𝑟ó𝑥𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑒𝑟𝑟𝑜𝑠𝑜 + 2𝐶𝑙− Devido ao acúmulo de cloreto ferroso em contato com oxigênio e água, forma- se o óxido de ferro, fazendo com que a armadura tenha alteração em sua seção, 43 levando ao comprometimento do desempenho do aço nas estruturas de concreto, mostrado na equação abaixo. 6𝐹𝑒𝐶𝑙2 + 𝑂2 + 6𝐻2𝑂 → 2𝐹𝑒3𝑂4⏟ Ó𝑥𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑒𝑟𝑟𝑜 (𝑀𝑎𝑔𝑛𝑒𝑡𝑖𝑡𝑎) + 12𝐻− + 12𝐶𝑙− Dada a última equação, pode-se observar que, se a estruturar ficar sempre submersa em água do mar sem que possa ter contato com oxigênio, não haverá corrosão de armaduras. (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019). Será sempre interessante lembrar que a grande maioria dos aditivos aceleradores de pega e endurecimento têm, na sua composição química, cloreto de cálcio (CaCl2), o que requererá, sempre, que sejam utilizados com muito conhecimento de causa, sem o que poderão ser contraproducentes. (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 38) A NBR 12655/2015 apresenta uma tabela que mostra o limite de teor máximo permitido de íons cloreto para que não comprometa as armaduras nas estruturas de concreto. Figura 45 Tabela 5 da NBR 12655 - Teor máximo de íons cloreto para proteção das armaduras de concreto. De acordo com (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 39) são diversos os inconvenientes causados por cloretos em altos teores no concreto, que são a seguir relacionados de forma resumida: • Em dias de temperatura ambiente elevada, os cloretos podem causar na concretagem um endurecimento de concreto tão rápido que poderá impedir o total enchimento das fôrmas e o acabamento das superfícies; • Em casos de cobrimentos pouco espessos, o cloreto de cálcio presente pode acelerar o processo de corrosão nas armaduras; 44 • A utilização de concreto comcloretos em peças estruturais próximas a correntes elétricas de alta tensão é especialmente desaconselhada, pois resulta em corrosão eletrolítica; • A corrosão de chumbadores, conectores e outras peças metálicas embutidas é agravada e até fôrmas metálicas galvanizadas têm o processo de corrosão acelerado quando não são devidamente protegidas com óleo; • Os cloretos provocam a corrosão do alumínio e aceleram a do aço quando tais metais são utilizados conjuntamente no concreto, como ocorre na utilização de conduítes e de chumbadores de alumínio embutidos; • A retração do concreto cresce praticamente com o quadrado da aceleração do endurecimento, aumentando enormemente a fissuração interna e superficial. 45 3.5.4 ÁGUA COMO AGENTE DE DETERIORAÇÃO QUÍMICA Segundo Ripper e Souza (1998), o transporte de água nas estruturas porosas de concreto implicam em dissolução do hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), resultando na redução do pH do concreto, ocorrendo a precipitação de gel de sílica (situações em que o pH pode estar reduzido a 10,5) ou de alumina (pH<7), desagregando o concreto. A água tem participação decisiva nos mecanismos químicos de deterioração, seja por (I) diluir os agentes agressivos e facilitar o ingresso deles no interior do concreto, (II) viabilizar as transformações químicas, funcionando como um reagente ou (III) inibir o ingresso de gases no interior do concreto, os quais causam transformações de natureza química. (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 105) Em relação aos elementos estruturais construídos na água, existem várias formas de surgimentos de patologias conforme mostra a figura a seguir. Figura 46 - Riscos de deterioração em estruturas construídas na água Fonte: Adaptado de Metha (1980) apud. (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 107) 46 Como mostrado na figura 46, é perceptível que no nível da camada atmosférica as estruturas de concreto estão mais suscetíveis a carbonatação, enquanto no nível de variação de respingos de maré, onde ocorre de forma mais severa a atuação de agentes patológicos na estrutura de concreto, em relação ao nível da zona submersa, as estruturas de concreto não estão propensas a terem patologias de corrosão por cloretos e carbonatação. Porém, caso a água esteja contaminada, pode surgir uma deterioração de forma severa gerada por ácidos e sulfatos, dependendo dos materiais utilizados pode obter as condições ideais que podem iniciar uma reação álcali- agregado na estrutura de concreto. (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019). 47 3.5.5 REAÇÃO ENTRE AGREGADOS DO CONCRETO Segundo Ripper e Souza (1998), para obter-se um bom desempenho do concreto, a qualidade dos agregados que serão utilizados são de suma importância. Caso os insumos utilizados não possuam uma qualidade adequada, o concreto não atenderá o desempenho desejado, criando vetores para uma série de patologias de forma precoce. A reação álcali-agregado é uma reação química que ocorre devido à presença de agregados reativos e hidróxidos alcalinos da pasta de cimento hidratada, em presença de umidade. Essa reação é chamada de reação álcali-agregado (álcali-aggregate reaction – AAR) e possui como consequência a formação de um gel higroscópico que na presença de umidade, é capaz de se hidratar e aumentar de volume, gerando fissuras na presença e na perda de resistência de elementos contaminados. (Isaia, 2011 apud. BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 92). A reação álcalis-agregado, resultante da interação entre a sílica, reativos de certos tipos de agregados utilizados e os íons álcalis (Na+ e K+) que estão presentes nos cimentos (quando há uma concentração superior a 0,6%), que são liberados durante o processo de hidratação desses ou também pela penetração de cloretos, contendo esses mesmos ións no concreto, causando uma expansão pela formação adicional de sólidos, provocando fissuração do concreto e causando um aspecto mosaico, posteriormente desagregando a estrutura, formando crateras onde pode escorrer um gel de sílica. (RIPPER; SOUZA, 1998). 48 A figura a seguir mostra sobre o desenvolvimento da reação álcalis-agregado que ocorre no concreto. Figura 47 - Reação álcalis-agregado no concreto (RIPPER; SOUZA, 1998. p. 37) A seguir, será abordado sobre os tipos de reações álcalis que podem ocorrer nas estruturas de concreto. 3.5.5.1 REAÇÃO ÁLCALI-SÍLICA A reação álcali-sílica é a forma mais frequente encontrada de reação álcali-agregado. É um tipo de AAR em que participam a sílica reativa dos agregados e os álcalis, na presença de hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) originando na hidratação de cimento, formando um gel sílico alcalino expansivo. A existência de álcalis no cimento e de sílica no agregado determina a possibilidade de destruição do concreto. A reação ocorrerá somente com uma determinada temperatura e umidade do concreto. (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 92) 3.5.5.2 REAÇÃO ÁLCALI-SILICATO Tipo especifico de reação álcali-silica, sendo que alguns autores sequer consideram essa classificação, tratando-a como reação álcali-sílica. é o tipo de AAR mais encontrado no Brasil. Apresenta natureza mais lenta e complexa que os outros tipos de reação (SILVA, 2007, p. 14 apud. BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 97) 49 3.5.5.3 REAÇÃO ÁLCALI-CARBONATO A reação álcali-carbonato ocorre diferente das outras maneiras citadas anteriormente pelo fato de participarem do processo os álcalis e os agregados rochosos carbonáticos. A maneira mais conhecida de deterioração resultante por essa AAR é pela desdolomitização da rocha que resulta no enfraquecimento da ligação pasta- agregado, formando gel-alcalino expansivo como produto, em compostos cristalizados, como brucita, carbonatos alcalinos, carbonatos cálcios e silicato magnesiano. (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019). Será mostrada a reação quando ocorre o ataque dos álcalis do cimento no constituinte dolomítico. CaMg(CO3)2⏟ Dolomita + 2MOH → M2CO3 +Mg(OH)2⏟ Brucita + CaCO3⏟ Calcita Já a reação de regeneração do hidróxido, encontra-se na equação a seguir (SILVEIRA 2006 apud. BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019 p. 97). 𝑀2𝐶𝑂3 + 𝐶𝑎(𝑂𝐻2) → 2𝑀𝑂𝐻 + 𝐶𝑎𝐶𝑂3 Nas equações mostradas anteriormente, M representa K (Potássio), Na (Sódio) ou Li (Lítio). 3.5.5.4 REAÇÃO ÁLCALIS-DOLOMITA A reação álcalis-dolomita implica expansão típica dos cristais de calcário dolomítico em solução de hidróxido de sódio, presente nos cimentos, que se caracteriza pela formação de novos sólidos sem que haja a dissolução do sódio primitivo, o que, necessariamente, implica expansão. Esta reação é mais perigosa do que a anteriormente referida, porque a única forma de combate-la é a utilização de cimentos com mínima quantidade de álcalis (a adição de pozolanas, neste caso, não fará efeito), além da prévia avaliação da reatividade dos calcários. (RIPPER; SOUZA, 1998. p. 38) 50 3.6 MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS DE ORIGENS FÍSICAS A deterioração por processos físicos nas estruturas de concreto atua de várias formas, principalmente pela variação de temperatura que ocorrem nos ambientes, resultando em vários tipos de patologias que podem gerar trincas e fissuras, problemas que serão abordados neste capitulo deste estudo. As principais ações físicas a serem consideradas como agentes agressores às estruturas de concreto são: i) As variações de temperatura, não só as ambientais, ou sejam, as que solicitam igualmente as várias peças de uma estrutura, mas também, e principalmente, as que geram gradientes térmicos, ao solicitarem peças que são protegidas apenas em uma das faces, como reservatórios e lajes de cobertura, por exemplo. Em qualquer caso, se a correspondente armadura resistente não tiver sido convenientemente dimensionada e detalhada, é certa a instalação de um quadro fissuratório; ii) Os movimentos queocorrem na interface entre materiais com diferentes coeficientes de dilatação térmica, mas submetidos à mesma variação de temperatura, com a consequente geração de diferentes deformações, como é caso do assentamento de paredes de alvenaria em peças de concreto; iii) A insolação, ou incidência direta do sol, ação que se manifesta de forma semelhante à descrita em i) para o caso de gradiente térmico, agravada pelas questões relacionadas com as radiações solares, que atuam sobre a camada epidérmica do concreto, alterando a textura e a cor da mesma; iv) A ação da água, nas suas diversas formas, desde a umidade – geradora das mais diferentes patologias, explicadas na descrição dos processos químicos – à chuva e ao gelo. (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 53) 51 A figura a seguir esquematiza sobre os processos físicos de deterioração das estruturas de concreto. Figura 48 - Processos físicos de deterioração das estruturas de concreto Fonte: (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 56) 52 3.6.1 RETRAÇÃO DO CONCRETO A retração do concreto pode acontecer por 4 formas: através de secagem, por assentamento plástico, autógena e por carbonatação. (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019). “A retração por assentamento plástico é quando o concreto se adensa e, após o endurecimento, elementos fixos e rígidos restringem a sua movimentação, como eletrodutos e barras de aço.” (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 109). A figura abaixo esquematiza sobre a retração por assentamento plástico. Figura 49 - Retração por assentamento plástico. Fonte: (Adaptado. FILHO, CARMONA 2013, apud. BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 109) Já a retração autógena ocorre devido ao volume dos compostos hidratados, o qual é o menor que o volume do cimento mais o da água. Ou seja, toda partícula de cimento que hidrata provoca uma pequena contração. Logo, é uma manifestação patológica que ocorrerá, mais comumente, em concretos com elevados consumos de cimento, como os concretos de alta resistência. (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 109). A retração por carbonatação é parecida com a autógena, pois também é uma contração química na qual seu processo foi explicado anteriormente nesse estudo, enquanto na retração por secagem, a maior parte da fissuração ocorre na etapa de preparo do concreto, dentre o início e após a pega, em até 48 horas. (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019). 53 Torna-se interessante observamos principalmente esse ponto citado anteriormente na retração por secagem: a importância de procurarmos controlar a temperatura do concreto, principalmente nos estágios iniciais de produção em que há maior liberação de calor após a hidratação do cimento. Segue a figura da curva de calorimetria do cimento para esquematizar melhor sobre o que foi mencionado anteriormente. ara Figura 50 - Curva da taxa de liberação de calor do cimento Portland. Fonte: Representação esquemática da liberação de calor durante a hidratação do cimento Portland Jawed; Skalny (1989 citado por QUARCIONI, 2008, p. 8) apud. VIECILI, HASTENPFLUG, GIRARDI, 2018) “Para se evitar essa retração, recomenda-se a concretagem em dias ou horários com menor temperatura, menor incidência de vento e maior umidade ambiental. “(BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 111). 54 3.6.2 MOVIMENTAÇÃO TÉRMICA DO CONCRETO Devido às mudanças climáticas que ocorrem no decorrer do ano, com o passar do tempo, essa variação de temperatura causa expansão e retração dos materiais, um exemplo claro são os próprios metais, já que são excelentes condutores térmicos. Em épocas mais quentes do ano, o material expande-se, enquanto em períodos com menores temperaturas, ocorre o efeito oposto. Apesar do concreto ser um excelente isolante térmico, ele não escapa desse fenômeno que também pode causar fissuração. A figura a seguir é um exemplo de uma fissura cuja origem é devida a variação de temperatura, atuando em uma laje de um vertedouro. Figura 51 - Fissura devido a variação térmica do ambiente. Fonte: Arquivo pessoal O exemplo citado na figura 51 trata-se de uma fissura e um vertedouro de uma PCH (Pequena Central Hidrelétrica), na qual não estava vertendo água pelo fato da barragem não estar operando na época em que foi feito o mapeamento das fissuras existentes no local. 55 A figura a seguir mostra a vista geral do vertedouro que apresentava uma série de fissuras, sendo a maioria originária da variação térmica do ambiente. Figura 52 - Vista geral do vertedouro Fonte: Arquivo pessoal As solicitações de natureza térmica se sobrepõem às tensões produzidas pelo uso ou carregamento normal da peça estrutural. Há, portanto, uma sobreposição de efeitos que deve ser considerada no dimensionamento da peça. A negligência de projeto, é portanto, um fator decisivo no surgimento do fenômeno, até porque, em muitos elementos essa solicitação é predominante. (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 113). Nas estruturas de concreto, os efeitos da dilatação térmica podem ocorrem tanto internamente quanto externamente, onde os elementos de menores inércias estão mais suscetíveis a esse tipo de fissuração do que elementos que possuem maior inércia. As figuras a seguir esquematizam a forma que a fissuração térmica pode ocorrer nas estruturas de concreto. 56 Figura 53 - Fissuras de retração e dilatação térmica restringida, com vigas de grande inércia e pilares de pequena inércia. Fonte: (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 114) Figura 54 - Fissuras de retração e dilatação térmica, com vigas de pequena inércia e pilares de grande inércia. Fonte: (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 114) 57 Figura 55 - Fissuras de retração em uma viga de concreto armado. Fonte: Adaptado THOMAS, 2007 apud. BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 115) 58 3.6.3 DESGASTE SUPERFICIAL Os desgastes superficiais das superfícies de concreto acontecem devido ao atrito, no caso através da abrasão, muito comum em pisos de concreto ou através de percussão. (RIPPER; SOUZA, 1998) O desgaste superficial pode ser originado pelo contato de partículas ou materiais sólidos com o elemento de concreto o que ocasiona a erosão; ou pelo movimento de água corrente sobre a peça, originando a cavitação. A primeira situação é mais comum em pavimentos rígidos de concreto, pelo atrito dos pneus dos veículos que trafegam. A segunda, mais frequente em estações ou galerias subterrâneas, provém do aparecimento de bolhas de vapor de água que explodem, principalmente nos casos em que o fluído tem repentina mudança de direção. (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019, p. 117) A ação abrasiva pode ser devida à atuação de diversos agentes, sendo os mais comuns o ar e a água, que carregam partículas que provocam a abrasão, os veículos que passam sobre pistas de rolamento, o impacto das ondas, etc. A ação das partículas carregadas pela água em movimento e pelo ar geralmente ocasiona a erosão, cuja intensidade dependerá da quantidade, da forma, do tamanho e da dureza das partículas em suspensão, da velocidade e do turbilhonamento da água ou do ar, bem como da qualidade do concreto da estrutura atacada. (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 78). Há também o desgaste de superfície através do processo de cavitação, que consiste na formação de pequenas cavidades, pela ação das águas correntes, que se originam através de vazios que se formam e desaparecem quando o movimento da água está em velocidade elevada. (RIPPER; SOUZA, 1998). 59 3.6.4 AÇÃO DO GELO-DEGELO Os efeitos da ação gelo-degelo nas estruturas de concreto estão mais suscetíveis de acontecer em regiões com predominância de baixas temperaturas negativas por períodos prolongados, logo, esse fenômeno não é muito comum no Brasil pela predominância do clima tropical. O estudo dos efeitos do gelo-degelo deve considerar duas etapas: (I) no estadofresco ou poucas horas após o início da solidificação do concreto; (II) durante a vida da estrutura. Na fase (I), quando a água de amassamento congela, o processo de hidratação do cimento será suspenso e retomado após o derretimento. A água tem uma mudança de volume em sua mudança de fase, o que prova que o desempenho do período (II) está correto. Em temperaturas abaixo de 0ºC, o volume de água aumenta em até 9%. Se não for absorvida pelos poros, esse congelamento e consequente expansão de volume promoverão o surgimento de tensões internas na peça. Caso a tensão ultrapasse a resistência à tração do concreto, acabará por levar ao aparecimento e propagação de fissuras. (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019) 60 3.7 MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS DE ORIGEM BIOLÓGICA Os agentes biológicos são vários tipos de organismos vivos que possuem sua forma de atuação na estrutura de concreto, causando manifestações patológicas. Os agentes causadores podem variar de insetos artrópodes (formigas e cupins) até plantas e fungos e outros organismos. Suas patologias podem variar de fissurações na estrutura, desagregação da estrutura de concreto até causar riscos na saúde das pessoas que ocupam tal estrutura de concreto, tomando, por exemplo, a possibilidade da presença desses agentes causarem alergia nas pessoas que ficam expostos a esses tipos de agentes por determinado período. Fungos, bactérias, algas ou musgo podem causar danos biológicos no concreto exposto. Os agentes patógenos são encontrados em áreas úmidas com circulação de ar insuficiente - como as partes sul e oeste do hemisfério sul e as partes norte e leste do hemisfério norte -, áreas marinhas e perto de redes de esgoto. O principal resultado da formação dessas substâncias é a separação do ácido húmico, sendo que a dissolução da pasta de cimento Portland é hidratada devido à atividade metabólica dos microrganismos, o que reduz o desempenho da pasta de cimento, expõe o agregado e finalmente produz fissuras de impacto visual, mudanças na aparência das espécies e partes contaminadas. Por serem seres vivos, sua reprodução indica fortemente a presença de umidade interna nos elementos, pois eles precisam de água para sobreviver. Para baixo pH e estruturas úmidas, a corrosão pode ocorrer dependendo da espessura do concreto. (BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, 2019). 61 As figuras a seguir mostram exemplos de patologias biológicas em estruturas de concreto. Figura 56 - Formação de pequena vegetação na parte inferior da parede e pequenos desplacamentos. Fonte: Arquivo pessoal Como referido no estudo das causas, várias são as ações biológicas (raízes de vegetação, microrganismos, etc.) que, ao penetrarem no concreto e acharem o ambiente próprio ao seu desenvolvimento, vêm a ocupar o espaço dentro de uma massa estrutural, gerando tensões internas e fraturando o concreto. (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 74). 62 Figura 57 - Fraturas no acabamento, junto a formação de musgos e outras vegetações. Fonte: Arquivo pessoal Figura 58 - Formação de musgos na parte inferior na parede. Fonte: Arquivo pessoal 63 Figura 59 - Predominância de musgos no piso e na parte inferior da parede. Fonte: Arquivo pessoal Figura 60 - Surgimento de mofo na parte inferior na parede. Fonte: Arquivo pessoal Como foi mostrado nas figuras anteriores, as manifestações patológicas biológicas costumam aparecer nas estruturas, justamente na parte inferior, e seu avanço é geralmente no sentido ascendente. Muitas vezes esses problemas acontecem pelo simples fato de não haver uma impermeabilização apropriada nesses ambientes, permitindo a formação desses organismos. Além do excesso de umidade, a iluminação e oxigênio são fatores importantes para proliferação de boa parte desses agentes. Observa-se na figura 60 a coloração preta, que é referente a um ambiente que não possui uma boa iluminação natural e ventilação, no caso a sua origem 64 ocorreu-se pela absorção da umidade do ambiente externo, conforme mostrado nas figuras anteriores. 4 CONCLUSÃO Por meio do estudo apresentado, torna-se importante a procura do aprendizado sobre as manifestações patológicas que as estruturas estão propensas a receber, levando em consideração desde o processo de concepção do projeto, para que seja possível detectar possíveis falhas antes de ser levado para a execução, enquanto na etapa executiva da estrutura, para que seja feita com a maior maestria possível, minimizando as possibilidades de surgimento de uma série de manifestações patológicas. Também há uma grande importância da implementação de um controle de qualidade cada vez mais eficiente nos canteiros de obra. Por último, e não menos importante, é necessária a conscientização em nossa cultura, orientando melhor as pessoas sobre a importância de fazer manutenções nas estruturas de forma preventiva ao invés de fazer a manutenção de forma corretiva, tornando-se um processo mais trabalhoso e oneroso. Em relação às manutenções que precisam ser realizadas nas estruturas periodicamente, é importante entendermos sobre as manifestações patológicas, o que se torna um fator essencial para que seja adotada uma metodologia eficiente que permita sanar tais problemas. Assim, tem-se um melhor custo-benefício, além de gastar menos tempo possível para realizar esses reparos, fornecendo o máximo de segurança possível e fazendo com que a estrutura possa ter sua vida útil aumentada, além de cumprir o seu papel na qual foi desempenhada. 65 5. REFERÊNCIAS ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 6118: PROJETO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO – PROCEDIMENTOS. Rio de Janeiro, 2014. ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 12655: CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND – PREPARO, CONTROLE, RECEBIMENTO E ACEITAÇÃO. Rio de Janeiro - RJ, 2015. BOLINA; TUTIKIAN; HELENE, PATOLOGIA DAS ESTRUTURAS, São Paulo - SP, 2019. BERTOLINI, Luca, MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO PATOLOGIA, REABLITAÇÃO, PREVENÇÃO, 2010. G1 VALES, LAJE DESABA E TRABALHADORES FICAM FERIDOS EM GOVERNADOR VALADARES, 2016. Disponível em: < http://www.g1.globo.com/mg/vales-mg/noticia/2016/07/laje-desaba- e-trabalhadores-ficam-feridos-em-governador-valadares.html > Acesso em: 28/02/2021 G1 CE, EDIFÍCIO QUE DESABOU EM FORTALEZA PASSOU POR REFORMA 8 MESES ANTES DE TRAGÉDIA, 2019. Disponível em: < https://g1.globo.com/ce/ceara/noticia/2019/12/30/edificio-que- desabou-em-fortaleza-passou-por-reforma-8-meses-antes-de-tragedia.ghtml> Acesso em: 26/02/2021 G1 GLOBO, XIXI PÕE EM RISCO ESTRUTURAS DE VIADUTO E 5 PASSARELAS EM SALVADOR, 2009. Disponível em: < http://g1.globo.com/Noticias/Brasil/0,,MUL1084815-5598,00- XIXI+POE+EM+RISCO+ESTRUTURAS+DE+VIADUTO+E+PASSARELAS+EM+SAL VADOR.html > Acesso em: 26/02/2021 REVISTA CONCRETO & CONSTRUÇÕES, São Paulo, IBRACON, ano 37, nº 53, 2009. 66 RIPPER; SOUZA, PATOLOGIA, RECUPERAÇÃO E REFORÇO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO, 1ª Ed, São Paulo - SP,1998. MILITITSKY; CONSOLI, SCHNAID, PATOLOGIA DAS FUNDAÇÕES, 2ª Ed, São Paulo – SP, 2015. MINISTÉRIO DA TRANSPARÊNCIA, FISCALIZAÇÃO E CONTROLADORIA-GERAL DA UNIÃO, RELATÓRIO DE AVALIAÇÃO DA EXECUÇÃO DE PROGRAMA DE GOVERNO Nº 66 PROGRAMA MINHA CASA, MINHA VIDA – FGTS, Brasília,2017. Disponível em: < https://www.gov.br/cgu/pt-br/assuntos/noticias/2017/08/minha-casa- minha-vida-56-4-dos-imoveis-avaliados-apresentam-defeitos-na-construcao > acesso em: 01/02/2021. MIODOWNIK, Mark, DE QUE SÃO AS COISAS: 10 MATERIAIS QUE CONSTROEM O NOSSO MUNDO, 2015. TOMAZELI, Alexandre, ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO DE EDIFÍCIOS: INSPEÇÃO, ANÁLISE E ACEITAÇÃO, 1ª Ed, 2019. VIECILI; HASTENPFLUG; GIRARDI, COMPARATIVO ENTRE O TESTE DE VICAT E A CALORIMETRIA SEMI-ADIABÁTICA PARA DETERMINAÇÃO DO TEMPO DE INÍCIO E FIM DE PEGA EM CIMENTOS PORTLAND,2018. Disponível em: < https://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1517-70762018000300425> Acesso em: 05/03/2021
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