ANDRÉ DA SILVA E SÁ
GUILHERME BARBIERI CYBULSKI
REPAROS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO DEVIDO A CORROSÃO DE ARMADURA
Palhoça 2017
ANDRÉ DA SILVA E SÁ
GUILHERME BARBIERI CYBULSKI
REPAROS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO DEVIDO A CORROSÃO DE ARMADURA
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador: Prof. Roberto de Melo Rodrigues, Esp.
Palhoça 2017
Dedicamos este trabalho aos nossos familiares que sempre apostaram em nós, nos deram apoio e compreensão, sendo neste longo período as pessoas com quem sempre pudemos contar.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente agradecemos a Deus, pois temos a certeza de que ele esteve presente em todos os momentos desta jornada, nos dando força para nunca desistirmos, apesar das dificuldades. Somos grato também aos nossos pais Nely e Saul (André) e Daniele e Alexandre em memória (Guilherme) por nos apoiarem nas decisões e concedermos oportunidades de seguir em busca de nossos objetivos.
Deixamos nossos sinceros agradecimento a todos os professores que de alguma maneira contribuíram para nossa formação profissional. Em especial agradecemos:
- Ao Professor Roberto de Melo Rodrigues, por ter nos auxiliado na definição, caminho e todas as orientações neste trabalho;
- Ao Elmir José Cybulski por esclarecer nossas dúvidas e compartilhar todo o seu conhecimento conosco;
- E a Cymaco Engenharia, empresa que disponibilizou as informações e conhecimento, permitindo a execução do presente estudo.
“Passar por problemas, lutas e dores, faz parte da caminhada, mas é você que decide se vai vencê-los, ou deixar eles vencer você.” (Augusto Cury).
RESUMO
Ao projetar um edifício multifamiliar é estimado um tempo de vida útil para a edificação, para que este tempo se cumpra como previsto em projeto é importante que sejam realizados os reparos conforme as normas técnicas exigem. Este trabalho explana sobre reparos feitos em armaduras corroídas, em edifícios multifamiliares com mais de 20 anos. Foi realizado o acompanhamento da empresa contratada para solucionar as patologias destas edificações, registrando as etapas da intervenção do serviço em um relatório descritivo e fotográfico. Observou-se que o tempo entre a identificação do problema e a intervenção corretiva é determinante na complexidade do procedimento adotado para a recuperação, é necessário que seja realizada a manutenção imediata após o dano ser identificado e o reparo precisa ser efetivo e não apenas estético para que não comprometa período de vida útil residual, garantindo que a estrutura ainda conseguirá exercer sua função.
ABSTRACT
When designing a multifamily building is estimated a useful time for the structure, for this time to be accomplished as planned in project, it is important that the repairs were performed as the technical standards required. This project explores repairs made on corroded reinforcements in multi-family buildings over 20 years old. The contracted company was monitored to solve the pathologies of these buildings, to list the steps of the service intervention in a descriptive and photographic record.
It was observed that the time between the identification of the problem and the corrective intervention is determinant in the complexity of the procedure adopted for the recovery, it is necessary to perform the immediately maintenance after the damage is identified and the repair must be effective and not only aesthetic, so as not to compromise the residual useful life, certifying it that the structure will still be able to perform its function.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Fissuras frente as tenções básicas ... 24
Figura 2 – Fissuras devido a compressão ... 24
Figura 3 – Propagação da carbonatação com o tempo ... 25
Figura 4 – Reações por carbonatação ... 26
Figura 5 – Desenvolvimento da reação álcali-agregado ... 31
Figura 6 – Efeito Pilha em meio de concreto armado ... 33
Figura 7 – Tipos de Corrosão em uma barra de aço imersa em meio ao concreto ... 34
Figura 8 – Célula de corrosão em concreto armado ... 35
Figura 9 – Fluxograma de tratamento de armaduras ... 39
Figura 10 – Necessidades de Serviço ... 40
Figura 11 – Ficha de verificação de serviços ... 41
Figura 12 – Itens de verificação ... 41
Figura 13 – Mapeamento das estruturas afetadas ... 45
Figura 14 – Viga com fissura aparente ... 45
Figura 15 – Desplacamento na viga ... 46
Figura 16 – Escarificação ... 47
Figura 17 – Martelo rompedor e outros equipamentos ... 48
Figura 18 – Estrutura escarificada sem corte ... 48
Figura 19 – Lixação das armaduras ... 49
Figura 20 – Estrutura escarificada com corte ... 50
Figura 21 – Pintura das armaduras ... 51
Figura 22 – Produto para pintura das armaduras ... 51
Figura 23 – Fôrma fixada com parabolt ... 52
Figura 24 – Graute ... 53
Figura 25 – Grauteamento ... 54
Figura 26 – Viga grauteada ... 54
Figura 27– Falta de cobrimento ... 55
Figura 28 – Espessura de cobrimento após grauteamento ... 55
Figura 29 – Escarificação do pilar ... 56
Figura 30 – Pilar com armaduras pintadas ... 57
Figura 31 – Pilar grauteado ... 58
Figura 33 – Escarificação na laje ... 60
Figura 34 – Argamassa polimérica ... 61
Figura 35 – Aplicação de argamassa polimérica ... 62
Figura 36 – Argamassa polimérica em processo de secagem ... 62
Figura 37 – Laje recuperada ... 63
Figura 38 – Pilar escarificado ... 63
Figura 39 – Remoção de ferrugem ... 64
Figura 40 – Pilar danificado no subsolo ... 65
Figura 41 – Escarificação de pilar ... 66
Figura 42 –Armaduras danificadas ... 66
Figura 43 – Tratamento nas armaduras ... 67
Figura 44 – Forma removida após grauteamento ... 68
Figura 45 – Pintura ... 69
Figura 46 – Preparo da forma para grauteamento ... 70
Figura 47 – Grauteamento realizado em etapas ... 70
Figura 48 – Trinca na linha da armadura devido a corrosão ... 72
Figura 49 – Trincas laterais ... 72
Figura 50 – Remoção do concreto para localização das armaduras corroídas ... 73
Figura 51 – Armaduras corroídas ... 73
Figura 52 – Escoramento das estruturas ... 74
Figura 53 – Tratamento das armaduras ... 75
Figura 54 – Reforço e adição de novas armaduras ... 76
Figura 55 – Adesivo estrutural à base de epóxi ... 77
Figura 56 – Encamisamento do pilar ... 78
Figura 57 – Grauteamento realizado ... 79
Figura 58 – Segunda etapa do grauteamento ... 80
Figura 59 – Segunda etapa de recuperação ... 81
Figura 60 – Corrosão aparente ... 82
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 – Classe de agressividade ambiental ... 22 Quadro 2 – Exigências de durabilidade relacionadas à fissuração e à proteção da armadura, em função das classes de agressividade ambiental. ... 23 Quadro 3 – Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal 28
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas C2S e C3S - Silicato de Cálcio
C3A - Aluminato de cálcio
C4AF - Ferro aluminato tetracálcico Ca(OH)2 - Hidróxido de Cálcio
CAA - Classe de Agressividade Ambiental Cl - Cloro
Cm - Centímetro
CO2 – Dióxido de carbono Fe + (OH)3 = Hidróxido de ferro H2O - Água
H2s - Gás Sulfídrico H2SO3 - Ácido Sulfuroso Kg/m3 - Quilo por metro cúbico Lb – Comprimento de ancoragem M - Metro
Mm - Milímetro Mpa - Mega Pascal Na+ e K+ - Íons álcalis Na2O - Óxido de Sódio NBR - Norma Brasileira pH - Potencial Hidrogeniônico
PNAD - Pesquisa Nacional de Amostras por Domicílios R$ - Reais
S - Sulfetos
TCC - Trabalho de Conclusão de Curso
UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais UFSM - Universidade Federal de Santa Maria w - comprimento de fissuras
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 12 1.1 OBJETIVOS ... 13 1.1.1 Objetivo geral ... 13 1.1.2 Objetivos específicos ... 13 1.2 PROBLEMÁTICA ... 13 1.3 JUSTIFICATIVA ... 13 1.4 METODOLOGIA ... 14 1.5 LIMITAÇÕES DA PESQUISA ... 15 1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO ... 15 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 16
2.1 CRONOLOGIA DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO ... 16
2.2 CONCRETO ARMADO ... 16
2.3 DURABILIDADE E DETERIORAÇÃO ... 18
2.4 FATORES AGRESSIVOS AO CONCRETO ... 19
2.4.1 Permeabilidade e Porosidade ... 19
2.4.1.1 Permeabilidade à água ... 20
2.4.1.2 Permeabilidade aos gases ... 20
2.4.1.3 Absorção da água ... 21 2.4.2 Fissuras ... 21 2.4.3 Carbonatação ... 24 2.4.4 Cobrimento ... 26 2.4.4.1 Proteção física ... 27 2.4.4.2 Proteção química ... 27 2.4.4.3 Definição do cobrimento ... 27
2.4.5 Cloretos e ácidos no concreto ... 28
2.4.5.1 Reação álcali-agregado ... 30
2.4.6 Ataque por sulfatos ... 31
2.4.7 Corrosão de armaduras ... 32
3 METODOLOGIA DE PESQUISA ... 37
3.1 INTRODUÇÃO ... 37
3.2 MÉTODO ADOTADO ... 37
3.2.2 Verificação de documentos e informações gerais da empresa ... 38
3.2.3 Definição das obras estudadas a partir dos dados fornecidos pela empresa ... 42
3.2.4 Análise dos dados e organização das informações fornecidas pela empresa ... 43
3.2.5 Apresentação dos resultados e conclusões ... 43
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 44
4.1 GENERALIDADES ... 44
4.2 APRESENTAÇÃO DAS OBRAS E INCIDÊNCIA DE NÃO CONFORMIDADES .... 44
4.2.1 CONDOMÍNIO A ... 44 4.3 CONDOMÍNIO B ... 59 4.4 CONDOMÍNIO C ... 64 4.5 CONDOMÍNIO D ... 71 5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ... 84 5.1 CONCLUSÕES ... 84
5.2 RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 86 REFERÊNCIAS 87
1 INTRODUÇÃO
O crescimento vertical do país iniciou de maneira expressiva nas décadas de 1960 e 1970, desta maneira, o fator tempo, tem ocasionado o envelhecimento das cidades nas últimas décadas e demandado mais atenção na manutenção predial. Segundo Angelo (2004), o desenvolvimento do país nessa época corroborou para que muitas obras fossem realizadas em ritmo intenso, ficando a desejar a questão da qualidade e da durabilidade das estruturas de concreto armado. Além disso, a má qualificação da mão de obra contribuiu para que várias obras dessa época, sobretudo as do final da década de 1970, apresentem hoje um estado de degradação acentuada.
Segundo dados da Pesquisa Nacional de Amostra por Domicílios (2008 apud MIRANDA, 2011) o déficit de moradias no país batia o número de cinco milhões de unidades e o governou retomou os investimentos no setor. Entretanto, a necessidade de construir mais em menos tempo, relacionada a precária mão de obra, podem gerar um considerável número de habitações com problemas estruturais. Schmitt et al. (1992) corroboram afirmando que o subsetor de edificações no Brasil, é criticado pela sua baixa eficiência produtiva, pela imprevisibilidade de suas operações e pela qualidade de seus produtos.
É importante destacar que a NBR 6118/ 2013 assegura as condições ideais para evitar problemas no concreto armado, objeto deste estudo, indicando deveres e condições relativas à durabilidade e informando as ações preventivas que garantem a durabilidade das estruturas (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2013). O concreto armado está sujeito a alterações ao longo do tempo, em função de interações entre os seus elementos de constituição (cimento, areia, brita, água e aço), com os aditivos e com agentes externos, como ácidos, bases, sais, gases, vapores e micro-organismos. Segundo o engenheiro Piancastelli (2016) professor da Universidade Federal de Minas Gerais: “Muitas vezes, dessas interações resultam anomalias que podem comprometer o desempenho da estrutura, provocar efeitos estéticos indesejáveis ou causar desconforto psicológico nos usuários”.
O mesmo ainda informa que “somente quando o desempenho da estrutura está ameaçado ou comprometido é que ficam caracterizadas as ‘enfermidades’ do concreto ou da estrutura, que podem ser congênitas, ou seja, presente desde o nascimento” (PIANCASTELLI, 2016).
As causas de problemas no concreto armado surgem por fatores variados, muitas vezes ocorre no momento da execução da obra relacionado a má qualidade da mão de obra
empregada, outras vezes pela qualidade dos produtos utilizados e até mesmo devido à falta de manutenção, ataques por intermédio do meio ambiente e vida útil destes materiais.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo geral
Investigar a existência de problemas construtivos relativo à corrosão de armadura em estruturas de concreto armado de edificações residenciais multifamiliares localizadas na região da Grande Florianópolis/SC.
1.1.2 Objetivos específicos
a) Realizar um levantamento de problemas construtivos decorrentes da corrosão de armaduras em estrutura de concreto armado em quatro edificações residenciais multifamiliares localizadas na Região da Grande Florianópolis;
b) Apresentar os processos de execução de reparos rasos e reparos profundos adotados para solucionar os problemas de armaduras expostas e atacadas por corrosão; c) Apresentar os produtos usuais adotados para execução de reparos rasos e reparos
profundos para solucionar os problemas de armaduras expostas e atacadas por corrosão.
1.2 PROBLEMÁTICA
Verificar com o estudo de caso proposto que estruturas construídas em diversos ambientes estão prematuramente apresentando problemas patológicos de corrosão de armadura. 1.3 JUSTIFICATIVA
É notável o crescimento na indústria da construção civil nos últimos anos e com isso o aumento das patologias em diversas áreas nas edificações, inclusive em áreas estruturais. Verifica-se que é necessária uma melhora significativa na qualidade destas.
As construções mais recentes em sua grande maioria estão cada vez mais defasadas, empresários que não são do ramo investem na área e empregam materiais e mão de obra barata
objetivando alta economicidade e o maior lucro possível sem sequer atender as exigências mínimas necessárias para o bom desempenho das edificações.
Desta forma, entende-se que este trabalho se justifica, pois pretende-se informar os problemas apresentados, mencionando possíveis serviços de recuperação para estas correções. Será enfatizado as patologias que ocasionaram corrosão e oxidação das armaduras nas estruturas de concreto armado.
Os engenheiros precisam precaver e avaliar a possibilidade de existência de problemas na construção, visando diminui-los sem que ocorra o surgimento de patologias pós-construtivas, buscando informações auxiliadoras nas normas técnicas.
Embora o concreto possa ser considerado um material praticamente eterno – desde que receba manutenção sistemática e programada – há construções que apresentam manifestações patológicas em intensidade e incidência significativas, acarretando elevados custos para sua correção. Sempre há comprometimento dos aspectos estéticos e, na maioria das vezes, redução da capacidade resistente, podendo chegar, em certas situações, ao colapso parcial ou total da estrutura.
Frente a essas manifestações patológicas se observa, em geral, um descaso inconsequente que leva a simples reparos superficiais ou, inversamente, a demolições ou reforços injustificados. Os dois extremos são desaconselháveis uma vez que há, hoje em dia, uma elevada gama de tecnologias e produtos desenvolvidos especificamente para solucionar este problema. (HELENE, 1988, p. 7).
1.4 METODOLOGIA
A metodologia deste trabalho será exploratória. Já do ponto de vista dos procedimentos técnicos, será uma pesquisa bibliográfica com aplicação em estudo de caso, pois se desenvolverá a partir de materiais publicados em livros, revistas, artigos, dissertações, teses e internet. Utilizará ainda a abordagem dedutiva (do geral para o específico).
Para o desenvolvimento do trabalho serão definidos edifícios residenciais localizados na cidade de Florianópolis/SC. Para o estudo e desenvolvimento do tema proposto neste TCC as etapas gerais propostas para a metodologia são:
a) Revisão bibliográfica abordando os principais conceitos introdutórios ao tema; b) Levantamento de dados para estudo aprofundado do assunto;
c) Realizar o levantamento propriamente dito das anomalias que acometem a estrutura de concreto armado da edificação;
d) Apresentar propostas de intervenção para corrigir os problemas existentes, com indicação dos mecanismos necessários;
1.5 LIMITAÇÕES DA PESQUISA
Não será tratado neste trabalho, especificações técnicas e ensaios em laboratório que identificariam o que ocasionou a corrosão e oxidação das armaduras na estrutura das edificações estudadas, considerando que para isto demandaria elevados custos dos ensaios e disponibilidade de tempo para testes laboratoriais.
1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO
O presente estudo está organizado em cinco capítulos.
No primeiro capítulo é realizada uma breve introdução, contextualização e apresentação do tema e problema de pesquisa, assim como a apresentação dos objetivos, justificativa, procedimentos metodológicos e descrição da estrutura do trabalho.
Após a etapa introdutória, o trabalho segue para o capítulo 2, onde serão abordados conceitos importantes referentes ao concreto armado, sua durabilidade, deterioração e agentes agressivos ao mesmo que poderão ocasionar futuras corrosões e oxidações de armaduras.
O capítulo três refere-se a metodologia de trabalho adotada para a realização do estudo.
No quarto capítulo apresenta-se os estudos de caso e os problemas de corrosão e oxidação das armaduras nas estruturas estudadas, onde menciona-se serviços de recuperação para correções das mesmas.
O quinto capítulo encerra-se com a apresentação das conclusões e sugestões para trabalhos futuros.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 CRONOLOGIA DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
Nos tempos antigos as madeiras e as pedras parecem ter sido os primeiros materiais de construção a serem usados pelo homem primitivo. Petrucci (1980) apud Assunção (2005, p. 6) corroboram com esta ideia, falando que “os primeiros megálitos apareceram a mais ou menos 3000 a.C., onde hoje se localizam a Espanha e o sul da França, sob forma de “dolmens” (mesas de pedra).
Segundo Assunção (2005) o uso do gesso, pozolana e cal foi desenvolvido por engenheiros e químicos após várias pesquisas, sendo que somente no final do século XIX apareceu o cimento. Em 1824 Joseph Aspdin decidiu queimar pedras calcarias e argila para posteriormente tritura-las até obter o pó fino, após a secagem desta mistura em contato com a água obtia-se um material sólido como uma rocha e resistente a umidade, surgindo então o “cimento Portland”, nomeado em homenagem as rochas da ilha de Portland. O cimento utilizado hoje em dia, foi aperfeiçoado em 1845 por Isaac Johnson, através da elevação da temperatura de queima e trituramento do clínquer, obtendo-se um pó mais fino e um material de maior qualidade. Posteriormente para regular o tempo de pega iniciou-se a adição com gesso cru e cloreto de cálcio. Na Alemanha e França, para funcionar como plastificante e hidrofugante, misturava-se graxa de cal.
Todavia hoje, existem diversas indústrias cimenteiras que desenvolvem pesquisas para aperfeiçoar a fabricação do cimento Portland. Contudo, a construção teve grande evolução após o início da utilização dos metais, como o aço, alumínio, zinco e cobre. Através desta utilização, conheceu-se o concreto armado, que é aquele onde no seu interior possui armações realizadas com barras de aço. Faz-se necessário a utilização destas armações para atender as deficiências do concreto em resistir aos esforços de tração, sendo que estes são indispensáveis na construção de fundação, vigas, pilares e lajes.
2.2 CONCRETO ARMADO
Segundo Goretti (2013) em 1849 realizou-se a construção da primeira estrutura de concreto armado: um barco, este foi realizado por Joseph Lambot, um agricultor francês que testou o mesmo em sua propriedade agrícola, onde em 1855 apresentou a ideia na feira Mundial de Paris, não obtendo o impacto esperado. Porém, chamou a atenção de um rico jardineiro
Francês que produzia plantas ornamentais, conhecido como Monier, que enxergou a possibilidade de utilização deste concreto armado nos seus vasos de madeira ou cerâmica que quebravam com facilidade, este resolveu reforça-los de uma maneira mais barata e resistente, utilizando arames.
Monier em 1875, construiu também a primeira ponte de concreto armado, existente até os dias de hoje. O grande auxílio do mesmo para os estudos do concreto armado foi entender as características, desvantagens e vantagens dos materiais, conseguindo combina-los de forma adequada, percebendo a facilidade de obtenção e moldagem do concreto que possuía considerável resistência a compressão e ao esmagamento, entretanto apresentando deficiência em relação à tração (GORETTI, 2013).
O concreto e o aço são materiais que se aperfeiçoam entre si, visto que, o concreto resiste bem a compressão, porém, sua resistência a tração é de apenas 10% do valor da resistência de compressão. Já o aço, resiste muito bem a tração. Juntando-os obtém-se um material fantástico para resistir a estes esforços combinados, sendo necessário a adequação do aço nas posições em que os esforços de tração são maiores, um material foi feito para complementar o outro. Por estes motivos, o concreto armado tem sido um grande aliado para os engenheiros da atualidade.
Angelo (2004) informa que o concreto armado no Brasil teve presença marcante no século XX, grandes construtoras alemãs trouxeram para o país este material. Na Europa, no século XIX haviam grandes descobertas, já o Brasil recentemente tinha saído de uma situação Colonial-Republicana, porém, estava aberto às evoluções presentes no mundo recebendo-as sem grandes restrições. Construtoras estrangeiras responsabilizavam-se pela importação dos engenheiros e mestres-de-obras (equipe técnica), cálculo das estruturas e projetos, considerando a discrepância tecnológica do Brasil.
Nas décadas de 1920 e 1930 grandes profissionais da engenharia surgiram desenvolvendo trabalhos com apoio de pesquisas. Dos profissionais que se destacaram pode ser citado Baumgart (1889 – 1943) que desenvolveu projeto de estruturas de concreto armado. (ANGELO, 2004).
Segundo Vasconcelos (1992 apud ANGELO, 2004, p. 10) “Baumgart não somente foi o primeiro brasileiro a participar da transferência da tecnologia do concreto armado da Alemanha para o Brasil, mas também, por sua genialidade, desenvolveu e suplantou o que na época se fazia no estrangeiro”.
“O largo emprego e a constante evolução do concreto armado fizeram deste material estrutural um dos mais bem dotados da literatura especializada” (LOSER, 1995 apud ANGELO, 2004 p. 11).
“As estruturas de concreto armado devem ser projetadas e construídas de modo que, sob condições ambientais previstas na época do projeto e quando utilizadas conforme preconizada em projeto, apresentem segurança, estabilidade e aptidão em serviço durante o período correspondente à sua vida útil” de acordo com o que estabelece NBR 6118. (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2014).
2.3 DURABILIDADE E DETERIORAÇÃO
O crescimento acelerado da construção civil, causou a necessidade de inovações sobre a aceitação implícita de maiores riscos. Aceita-se esses riscos dentro de certos limites, sendo que, a progressão do desenvolvimento tecnológico aconteceu naturalmente e com esta o aumento do conhecimento sobre os materiais de estrutura, através do estudo e análises dos erros ocorridos que resultam em acidentes ou deterioração precoce.
Verifica-se que algumas estruturas tenham desempenho insatisfatório se comparadas com as finalidades desejadas. O conjunto de fatores gera a deterioração estrutural, as causas desta deterioração são diversas, desde o envelhecimento natural da estrutura, acidentes e irresponsabilidades dos profissionais que utilizam materiais fora das especificações. Somando-se estes fatores considera-se estar-se a viver em uma época de grandes preocupações, pois mesmo argumentando que os problemas tenham surgido através do ato de construir, é correto que as primeiras construções não eram revestidas de uma padronização, porém apresentavam poucos problemas ocasionais diferentemente de hoje.
Nenhum material é inerentemente durável, como um resultado de interações ambientais, a microestrutura e, consequentemente, as propriedades dos materiais mudam com o passar do tempo. Admite-se que um material atingiu o fim da sua vida útil quando as suas propriedades sob dadas condições de uso deterioram a um tal ponto que a continuação do uso deste material é considerada, como insegura, ou antieconômica. (MEHTA; MONTEIRO, 1994, p. 120).
A maioria das regulamentações em normas que abordam os projetos e execução de estrutura de concreto nas diferentes regiões do mundo, foram imaginadas com a preocupação de garantir a mais adequada resistência mecânica das diversas peças estruturais. Ripper e Souza (1998) afirmam que o concreto é um material de construção instável ao longo do tempo, alterando suas propriedades químicas e físicas em razão das características de seus componentes
e das respostas dos mesmos em relação às condições do meio ambiente. Às consequências destes processos de alteração que venham a comprometer o desempenho de uma estrutura, ou material, costuma-se chamar deterioração. Os elementos agressores, em si, são designados agentes de deterioração.
Neste sentido, uma longa vida útil é considerada sinônimo de durabilidade. Entretanto, Metha e Monteiro (1994 p. 120) afirmam que “uma vez que durabilidade sob um conjunto de condições não significa necessariamente durabilidade sob outro conjunto, costuma-se incluir uma referência geral ao ambiente ao definir-costuma-se durabilidade”.
Piancastelli (1997) e Reis (2001) afiram que muita coisa evoluiu na Engenharia, entretanto, como toda evolução o que não desapareceu foram as ocorrências de patologias e acidentes, provocando prejuízos monetariamente bilionários.
2.4 FATORES AGRESSIVOS AO CONCRETO
2.4.1 Permeabilidade e Porosidade
Define-se permeabilidade como propriedade que governa a taxa de fluxo de um fluído para o interior de um sólido poroso.
A quantidade de água no concreto é fundamental para a durabilidade do mesmo.
A relação com a quantidade de ligante é o elemento básico que irá reger características como densidade, compacidade, porosidade, permeabilidade, capilaridade e fissuração, além da resistência mecânica do concreto, que em resumo, são os indicadores de qualidade do material, passo primeiro para a classificação de uma estrutura como durável ou não. (RIPPER; SOUZA, 1998, p. 19).
Com facilidade, percebe-se que quanto mais um concreto permitir o transporte interno de água, gases e outros agentes agressivos, maior será a probabilidade de degradação do mesmo, bem como da armadura que deveria proteger. Nestes casos, a degradação dependerá, diretamente, de dois fatores: porosidade do concreto e condições ambientais da superfície.
Entendendo-se como porosidade a relação entre o volume de vazios e o volume total de um material, este parâmetro tem influência direta na permeabilidade do mesmo, e consequentemente, na durabilidade das construções.
Uma estrutura será porosa não apenas pela dimensão dos poros mas também pela porosidade aberta, que representa a interligação entre os canais que possibilitam o transporte
dos líquidos, gases e substâncias dissolvidas pelo meio da massa. Na pasta de cimento, a porosidade aberta corresponde algo em torno de 20% a 30% do parâmetro total.
2.4.1.1 Permeabilidade à água
Mesmo após 28 dias, um cimento comum pode ainda estar com apenas 70% de fração hidratada, contendo água livre e podendo ser transportada por pressão externa.
“Os concretos podem ser classificados, quanto à sua impermeabilidade à água, em bons, normais e deficientes, segundo tenham coeficiente de permeabilidade (k) medido a uma idade pré-estabelecida, de 10-10 cm/s, 10-8 cm/s e 10-6 cm/s, respectivamente.” (CAIRONI, 1977 apud HELENE, 1986, p. 12).
As pastas podem ter níveis de impermeabilidade bem superiores a maioria dos agregados adicionados na preparação do concreto. Consequentemente, os concretos terão permeabilidade superior a pasta pura e totalmente curada. Porém, em geral, menor permeabilidade se relacionados aos agregados com os quais foram preparados. Essa maior impermeabilidade segundo alguns pesquisadores, deve-se ao efeito de obstrução ou obturação pelo gel de cimento e à menor dimensão dos capilares.
2.4.1.2 Permeabilidade aos gases
O coeficiente de permeabilidade de um concreto para gases ou água é muito menor que o coeficiente para água liquida, portanto, testes para medir a permeabilidade são geralmente realizados utilizando-se água que não contenha ar dissolvido. Devido a suas interações com a pasta de cimento, as permeabilidade de soluções contendo íons serão diferentes da permeabilidade da água.
As permeabilidade aos gases de boas argamassas e concretos é tão baixa, que são raras as determinações precisas dessa propriedade. Sob iguais gradientes de pressão, o
oxigênio deve penetrar através do concreto mais rapidamente que o CO2, vapor de
H2O ou água, devido às suas características moleculares, mais dificilmente os
gradientes de pressão são elevados. (RILEM, 1976 apud HELENE, 1986, p. 13).
Segundo Helene (1986) a permeabilidade aos gases agressivos torna-se importante quando se trata, por exemplo, de interceptores de esgoto, pois ao transportar o fluido, gera-se sulfetos (S--) em forma de gás sulfídrico H2S que oxidam os gases ao entrar em contato com o concreto na presença de bactérias aeróbias, contribuindo assim para aceleração da corrosão.
Em concreto e ambientes úmidos a permeabilidade aos gases diminui, pois além da formação de fissuras de retração, a umidade e água presente nos poros dificultam o movimento dos gases. A permeabilidade ao ar deveria ser equivalente à obtida com água, porém tanto os gases quanto a água interagem com o concreto, modificando esta permeabilidade no tempo.
A penetração de gases, como o oxigênio, ocorre nas áreas mais permeáveis e porosas. Gentil (2007) corrobora que isto torna a resistividade do concreto baixa e acelera o processo corrosivo, sendo que um concreto de alta resistividade é obtido com baixa porosidade e pequeno valor de água de saturação.
2.4.1.3 Absorção da água
Um dos fatores mais difíceis de se controlar é a absorção de água. A princípio, quanto menor o diâmetro dos capilares maior as pressões capilares e mais rápida absorção de água.
Redução no fator água/cimento contribui para redução desta absorção, porém ao tornar o concreto mais compacto, diminui o diâmetro dos capilares, podendo aumentar a absorção capilar. Não obstante, concretos porosos absorvem pouca água, mas geram problemas insuperáveis de permeabilidade e carbonatação.
Segundo Helene (1986) a melhor solução perante ao problema é adicionar ao concreto aditivos incorporadores de ar e de ação hidrofugante. As bolhas de ar incorporadas ao concreto têm a propriedade de cortar a comunicação entre os capilares e diminuir a absorção de água.
Faz-se conveniente aumentar os cobrimentos do concreto, quando se está diante de situações de risco de absorção de água agressivas às armaduras de aço.
2.4.2 Fissuras
A presença de fissura pode ser levada em conta como manifestação de uma patologia proveniente da estrutura de concreto. A caracterização da mesma como uma deficiência estrutural depende da intensidade e proporção existente, visto que o concreto por si só fissurará naturalmente devido sua baixa resistência à tração, porém sempre que for superado sua resistência última à tração isto será caracterizado. Segundo Oliveira (2012 apud SOKOLOVICZ, 2013, p. 29) “se os materiais forem solicitados com esforço maior que sua
resistência acontece a falha provocando uma abertura, e conforme sua espessura será classificada como fissura, trinca, rachadura, fenda ou brecha”.
O item 13.4.2 Limites para fissuração e proteção das armaduras quanto à durabilidade da NBR 6118: 2003, diz: “a abertura máxima característica wk das fissuras, desde que não exceda valores da ordem de 0,2mm a 0,4mm sob ação das combinações frequentes, não tem importância significativa na corrosão das armaduras passivas”. (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2003).
De acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas (2013) “Embora as estimativas de aberturas de fissuras feitas nessa norma devem respeitar estes limites, não se deve esperar que as aberturas de fissuras reais correspondam estritamente aos valores estimados, isto é, fissuras reais podem eventualmente ultrapassar estes limites”.
As classes de agressividade ambiental são apresentadas através do quadro 1. Quadro 1 – Classe de agressividade ambiental
Fonte: Associação Brasileira de Normas técnicas (2014).
Menciona-se no quadro 2 uma relação de fissuração em função das classes de agressividade ambiental.
Quadro 2 – Exigências de durabilidade relacionadas à fissuração e à proteção da armadura, em função das classes de agressividade ambiental.
Fonte: Associação Brasileira de Normas técnicas (2014).
Para Rilem (1976) e Caironi (1977 apud HELENE, 1986 p. 14) “a presença de fissuras contribui para a queda da proteção oferecida à armadura pelo cobrimento do concreto”. Deste modo, percebe-se parecer mais importante conhecer a profundidade da fissura, identificando se a mesma alcança ou não a armadura e com que abertura o faz do que apenas a abertura na superfície do concreto.
Carpentier e Soretz (1966 apud HELENE, 1986) comprovam que quanto maior for a abertura da fissura mais intensa será a corrosão e mais cedo estas aparecerão. Corroborando também que carregamentos alternados contribuem para aumentar a velocidade da corrosão se comparados com carregamentos permanentes.
“Fissura de componente estrutural: seccionamento na superfície ou em toda seção transversal de um componente, com abertura capilar, provocado por tensões normais ou tangenciais” (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2013). As tensões normais podem ser de tração ou de compressão, já as tangenciais podem ser de cisalhamento ou de torção, conforme demonstrado nas figuras 1 e 2.
Figura 1 – Fissuras frente as tenções básicas
Fonte: Ripper e Souza (1998, p. 58).
Figura 2 – Fissuras devido a compressão
Fonte: Ripper e Souza (1998, p. 58).
Os materiais usados em engenharia devem atender satisfatoriamente às solicitações a eles impostas, auxiliando a resistência das estruturas as tensões solicitadas.
2.4.3 Carbonatação
Diretamente ligada com a reação do minerais com a água da chuva, a carbonatação tem resultado da ação dissolvente do anidrido carbônico (CO2), presente no ar atmosférico, em contato com poros do cimento hidratado, formando o carbonato de cálcio, consequentemente reduzindo o pH do concreto, que normalmente está entre 12,5 e 13,5, até encontrar valores próximos de 9. Quanto maior a presença de CO2, menor o pH, com isto mais espessa a camada de carbonatação no concreto. Considera-se um estrutura com pH < 9 como carbonatada e pH > 12 como não carbonatada.
É um fenômeno natural que ocorre a partir da reação entre o gás carbônico existente no ar e os compostos alcalinos da rede de poros no concreto.
Com a concentração de CO2 na atmosfera, a porosidade e o nível de fissuração do concreto, a carbonatação pode chegar a armadura, atingindo e fragmentando o filme de oxido que a protege, e com isso, corroendo a armadura.
Segundo Ripper e Souza (1998) para um concreto altamente poroso, a propagação da carbonatação em profundidade ocorre conforme figura 3, acontecendo segundo a lei representada pela equação:
−𝑥 = 𝑘 𝑡&
Onde:
X – profundidade de penetração da carbonatação;
K – constante, função da porosidade e permeabilidade do concreto; n = 2, em ambientes interiores;
N< 2, em ambientes exteriores.
Figura 3 – Propagação da carbonatação com o tempo
Fonte: Ripper e Souza (1998, p. 75).
Em casos que a abertura das fissuras seja significativa (w>0,4mm), a carbonatação é considerada como penetração acelerada. Ficando evidente que, se o concreto estiver totalmente saturado, não poderá ficar carbonatado, o risco de corrosão por ação dos cloretos e agentes agressores será bem maior. Considera-se, que se houver de 0,5% a 1% de volume de água, nos poros do concreto, não existirá carbonatação.
A carbonatação superficial dos concretos varia conforme a natureza dos seus componentes com o meio ambiente e com as técnicas construtivas. Como consequência é difícil prever a profundidade da mesma. As profundidades de carbonatação aumenta com grande rapidez e posteriormente segue de forma lenta tendendo a alcançar a profundidade máxima. Essa tendência a estagnação ocorre devido a hidratação do cimento que cresce gradativamente
quando existe água a compacidade do concreto. Na figura 4 é demonstrado o processo de reações da carbonatação.
Figura 4 – Reações por carbonatação
Fonte: Cascudo (1991 apud SPERT, 2003) com adaptações.
Como já citado anteriormente a água/cimento tem um papel principal na permeabilidade aos gases, sendo natural ter grande influência também na velocidade da carbonatação. Isso ocorre pois o pH de precipitação é um fenômeno ligado à permeabilidade aos gases, sendo importante seu estudo para redução do risco e velocidade deste fator agressivo. Rilem (1976 apud HELENE,1986 p. 10) corroboram que “é possível produzir concretos que praticamente não sofram o fenômeno e que, consequentemente, protegerão a armadura, qualquer que seja o cobrimento”.
Portanto, conclui-se que o cobrimento do concreto jamais pode e deve ser considerado absoluto, qualquer que seja o concreto utilizado, visto que cada região da estrutura, concreto e meio ambiente associado que determinarão o cobrimento mais adequado.
2.4.4 Cobrimento
O papel do cobrimento de concreto perante as armaduras é de extrema importância e uma das grandes vantagens do concreto armado é que ele mesmo pode desde que bem executado, proteger estas do efeito de corrosão. Essa proteção baseia-se impedindo a formação de células eletroquímicas, proporcionando proteção física e proteção química.
2.4.4.1 Proteção física
O bom cobrimento das armaduras, com utilização de um concreto compacto, com teor de argamassa adequado e homogêneo, garante através da impermeabilidade, a proteção do aço ao ataque de agentes agressivos externos. Estes agentes podem estar contidos na atmosfera, em águas do mar, águas residuais, industriais e dejetos orgânicos. Não deve conter agentes agressivos internos, as vezes utilizados por desconhecimento dos responsáveis em seu preparo, podem perder ou até não alcançar a capacidade física de proteção contra a ação do meio ambiente.
2.4.4.2 Proteção química
Em um ambiente alcalino, forma-se uma película protetora de caráter passivo. Segundo Helene (1986 p. 4) “a alcalinidade do concreto deriva das reações de hidratação dos silicatos de cálcio (C3S e C2S) que liberam uma porcentagem de Ca(OH)2 que pode alcançar até 25% da massa total dos compostos hidratados presentes na pasta”. Esta dissolve-se na água e preenche os poros e capilares do concreto, definindo um caráter alcalino.
Portanto, o objetivo do cobrimento é proteger esta película protetora da armadura de forma a evitar danos mecânicos, e da mesma maneira, manter sua estabilidade.
2.4.4.3 Definição do cobrimento
Considera-se que o problema de corrosão está diretamente ligado a economicidade, visto que o cobrimento é escolhido como o menor possível, pois será mais econômico especificar-se o menor cobrimento eficiente de concreto.
À medida que aumenta-se o cobrimento do concreto, se aumenta de forma conjunta, os riscos de fissuração superficial do concreto, as dimensões externas e volume da peça junto a dificuldade de execução das mesmas, o custo da estrutura mais também a proteção das armaduras. Do mesmo modo, que diminui-se a eficiência do objetivo das armaduras no concreto armado e a capacidade de resistência mecânica da peça.
Órgãos e entidades normativas nacionais e internacionais recomendam em seus documentos, os valores mínimos de cobrimento adequado considerando a exposição da estrutura ao meio ambiente. Apresenta-se no quadro 3 o cobrimento mínimo indicado pela norma NBR 6118:2014 em relação a CAA (Classe de agressividade ambiental).
Quadro 3 – Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal para ∆c = 10 mm
Fonte: Associação Brasileira de Normas técnicas (2014).
Porém, deve-se levar em conta outros fatores, tais como a diferença de atmosferas em relação aos fatores regionais, a região onde se localiza a estrutura, a solicitação mecânica a que estará sujeita e a qualidade das técnicas empregadas na construção.
Existe uma grande dificuldade de execução e preenchimento do espaço entre a forma e a barra, onde faz-se necessário um volume mínimo de concreto para absorção das tensões tangencias e consequente distribuição das tensões de aderência. No entanto, a corrosão de armaduras finas é mais perigosa que a de armaduras grossas, devido à perda de seção resistente de forma mais rápida. Com isto, não se pode exigir um cobrimento maior para as armaduras mais grossas, mas sim, um cobrimento adequado e compacto em ambos os tipos de barras tanto finas quanto grossas.
2.4.5 Cloretos e ácidos no concreto
Um dos agentes mais agressivos as estruturas de concreto é a atmosfera marinha, considerando que íons de cloreto e de magnésio estão em suspensão no ar. Segundo a professora Joseanne Maria Rosarola Dotto da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM-RS) que está entre os principais pesquisadores do país voltados para o estudo do ataque por íons cloreto diz que “Os íons cloreto podem entrar no concreto vindos do ambiente externo, principalmente nas estruturas expostas à névoa salina e a altas taxas de poluentes ou estar contido no concreto devido ao uso de água ou agregados contaminados”. (DOTTO, 2012)
Estes cloretos as vezes são adicionados involuntariamente ao concreto a partir da utilização de aditivos que aceleram o endurecimento e a pega, de agregados e águas
contaminadas. Contudo, também penetram no mesmo através de uma estrutura porosa. A maioria deste aditivos possuem na sua composição química, cloreto de cálcio, por este motivo faz-se necessário a utilização requerendo muito conhecimento da causa.
Na maioria dos regulamentos limita-se a presença de Cl-, a 0,4% do peso do cimento sendo a sua utilização acima deste nível muito perigosa, pois estes íons tem a capacidade de romper a camada protetora da armadura e gerar corrosão quando houver umidade e oxigênio.
A presença de altos teores de cloreto no concreto geram alguns inconvenientes. Estes em dias de temperatura elevada podem ocasionar na concretagem um endurecimento tão rápido a ponto de atrapalhar o enchimento de formas e acabamento das superfícies, da mesma forma quando cobrimento for pequeno podem acelerar o processo de corrosão. Os cloretos provocam a corrosão do alumínio e aceleram a corrosão no aço quando estes são utilizados de forma conjunta.
O hidrogênio também pode ocasionar a deterioração dos concretos. A origem mais comum para o hidrogênio são os ácidos, visto que o grau de reação com concreto está diretamente relacionado pela sua concentração e solubilidade do sal de cálcio resultante. Estes reagem com os componentes do concreto e diminuem o valor de pH, aumentando assim, a possibilidade de corrosão.
Existem vários tipos de ácidos perigosos para o concreto, podendo estes ser inorgânicos ou orgânicos. O íon de hidrogênio através da sua ação forma produtos solúveis que ao serem transportados no interior do concreto vão deteriorando-o.
No ataque ácido do concreto é possível observar a destruição da pasta de cimento e em seguida o ataque da armadura. É conveniente citar os problemas ocasionados pelos poluentes atmosféricos que são responsáveis pela chuva ácida. A pureza da água lhe confere grande capacidade de dissolver os compostos de cálcio, com o consequente efeito destruidor do concreto.
Gentil (2007) corrobora que os componentes da chuva ácida (óxidos de nitrogênio e óxidos de enxofre) podem provir da queima de combustíveis utilizados em automóveis, industrias e usinas termelétricas. Estas substâncias, em presença de oxigênio e umidade, são lançadas para a atmosfera gerando a formação de ácidos sulfurosos (H2SO3). Estes ácidos que constituem a chuva ácida se depositam nas estruturas de concreto, ocasionando problemas devido à ação química sobre a pasta de cimento e armaduras.
2.4.5.1 Reação álcali-agregado
É a interação entre a sílica reativa de alguns tipos de minerais utilizados como agregados e os íons álcalis (Na+ e K+) presentes no cimento. Esta é uma reação expansiva, devido a adição de sólidos em ambiente limitados de entrada e saída causando fissuração da superfície do concreto e posterior desagregação da estrutura, por onde as vezes, poderá ocorrer escorrimento de gel sílica.
Mehta e Monteiro (1994) citam que estudos realizados nos Estados Unidos mostram que o cimento Portland contendo mais do que 0,6% de Na2O (óxido de sódio), quando combinado com o agregado reativo ao álcalis causam grandes expansões devido as reações álcali-agregados. Os mesmos classificam com base na American Society for Testing And Materials C150 como baixa alcalinidade os cimentos com menos de 0,6% de Na2O e alta alcalinidade quando superior a esta porcentagem. Portanto, identifica-se que estes conteúdos alcalinos com adição inferior a 0,6% de Na2O no cimento são suficientes para impedimento dos danos causados pela reação mencionada. Na figura 5 apresenta-se o desenvolvimento da reação álcali-agregado no concreto.
Figura 5 – Desenvolvimento da reação álcali-agregado
Fonte: Ripper e Souza (1998, p. 37).
2.4.6 Ataque por sulfatos
Os sulfatos são extremamente agressivos e a ação de águas sulfatadas após determinado tempo poderá causar desagregação do concreto. Os principais sulfatos magnésio, cálcio, potássio, sódio e amônia são encontrados nas águas subterrâneas, águas do mar e água poluídas de dejetos industriais. Estes são transportados pelo meio do concreto e quando isto ocorre ocasiona formação de sal, conhecido como sal de Candlot, que origina desagregação do concreto.
Mehta e Monteiro (1994) citam que um manual de construção em concreto de 1936 menciona que a concentração de sulfatos solúveis maior do que 0,1% no solo põem o concreto em perigo e mais do que 0,5% pode ter sérios efeitos prejudiciais ao mesmo.
Reações químicas de cimento hidratado e íons sulfato apresentam duas formas distintas de degradação do concreto. A primeira pela forma de expansão do concreto quando o mesmo fissura, sua permeabilidade aumenta e a água agressiva penetra, o processo de deterioração é acelerado. Já a segunda ocorre pela perda progressiva de resistência e massa, devido a deterioração na coesão dos produtos que hidratam o cimento.
Diferente do ataque de águas ácidas que destrói todos os componentes do cimento, o ataque por sulfato age apenas sobre o C3A (aluminato de cálcio). O ataque se dá por meio da reação: 3CaO.Al2O3 + 3CaSO4 + 31H2O 3CaO. Al2O3.3CaSO4 .31H2O, onde as 31
moléculas de H2O de cristalização do sulfo-aluminato de cálcio produzem um enorme efeito expansivo, destruidor da estrutura interna do concreto.
A defesa contra o ataque de sulfatos consiste na diminuição do conteúdo de C3A do cimento, pela adição de óxido férrico, produzindo-se então o C4AF (Ferro aluminato tetracálcico) que é muito resistente ao ataque químico.
Os cimentos resistentes a sulfatos não devem, porém eliminar totalmente o C3A, pois o aluminato tricálcico tem efeito que amortece o ataque de íons cloreto às armaduras de aço embutidas no concreto.
Alguns fatores influenciam o ataque por sulfato, como por exemplo a quantidade e natureza de presença do mesmo, o nível da água e sua variação, o fluxo da água subterrânea e porosidade do solo e também a forma da construção e qualidade do concreto. Quanto menor a permeabilidade no concreto maior sua resistência contra o ataque por sulfatos.
2.4.7 Corrosão de armaduras
A corrosão do concreto é um assunto de extrema importância, pois sua existência poderá provocar não somente deterioração, mas também afetar a durabilidade e as vezes até mesmo a estabilidade das estruturas.
Helene (1986) define a corrosão como a interação destrutiva de um material com o ambiente, podendo ocorrer de duas formas: por reação eletroquímica ou por reação química.
Gentil (2007) cita que em muitos casos a armadura permanece por muito tempo resistente aos agentes agressivos. Porém, ocorrem outros casos onde o processo é rápido e progressivo. Isto ocorre devido a não conformidade de corrosão por toda a extensão da armadura, existem trechos em que o processo é mais acentuado do que em outros.
Em barras de aço são dois os principais processos de corrosão: a oxidação e a própria corrosão. A oxidação é provocada pela reação gás-metal, onde se forma uma película de óxido. Esta reação ocorre normalmente durante a fabricação do aço e esta película é formada na camada superficial da barra, podendo servir como proteção do aço contra a corrosão úmida, porém em estruturas de concreto armado no momento da trefilação do aço, que ocorre para melhoria de suas propriedades, esta deve ser substituída.
Contudo, a oxidação não é o processo mais crítico de deterioração do aço, a corrosão é que preocupa quando a isto. Ripper e Souza (1998) relatam que em qualquer caso o processo de corrosão de aço é eletroquímico, desencadeado por um potencial elétrico na presença de um eletrólito em contato com a própria barra de aço. O eletrólito forma-se a partir
da presença de umidade no concreto em contato com a armadura. O efeito pilha ocorre no momento onde a corrosão é instalada pela geração de uma corrente elétrica conduzida do anodo para o catodo quando o anodo é conduzido ao catodo através da água, e do catodo para o anodo quando o catodo é conduzido ao anodo através da diferença de potencial. Como identificado na figura 6, esta é uma das reações mais encontradas no concreto armado.
Figura 6 – Efeito Pilha em meio de concreto armado
Fonte: Ripper e Souza (1998, p. 67).
A corrosão pode ser classificada da seguinte forma: corrosão sob tensão fraturante, corrosão da fragilização pelo hidrogênio e corrosão por pite. A primeira ocorre em conjunto com uma tensão de tração, dando origem a propagação de fissuras. A segunda é ocasionada por hidrogênio atômico que difunde-se ao interior do aço da armadura e possibilita a fragilização com consequente perda de ductibilidade e possibilidade de fratura da armadura. Por fim a corrosão por pite pode se revelar de duas formas, localizada que é caracterizada pela ação de cloretos sempre que haja umidade e oxigênio e a generalizada que ocorre em função da redução de pH do concreto com valores menores que nove. (RIPPER; SOUZA, 1998). Por meio da figura 7 apresenta-se os tipos de corrosão citados acima.
Figura 7 – Tipos de Corrosão em uma barra de aço imersa em meio ao concreto
Fonte: Ripper e Souza (1998, p. 66).
Segundo Ribeiro et al. (2014) apud Marques (2015) explica que “a corrosão acarreta a formação de óxidos/hidróxidos de ferro, denominado ferrugem”. Para que ocorra esta manifestação faz-se necessário existência de agua que é representada pelo eletrólito, oxigênio e uma diferença de potencial (HELENE, 1986). Abaixo apresenta-se a reação principal da ferrugem:
4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe + (OH)3 Onde:
Fe = Ferro; O2 = Oxigênio; H2O = Agua;
Fe + (OH)3 = Hidróxido de ferro.
Quando se submerge um aço em uma solução transforma-se átomos desse material em cátions de ferro. Essa situação com presença de reagentes capazes de combinar com elétrons liberado na reação, acarreta na produção de íons de ferro (HELENE, 1986).
Qualquer diferença de potencial que se produza entre dois pontos da barra, por diferença de umidade a aeração, concentração salina, tensão no concreto e no aço, é capaz de desencadear pilhas ou cadeias de pilhas conectadas em série. Na maioria das vezes, formam-se micro pilhas que podem até mesmo alternar de posição os polos ocasionando a corrosão generalizada (VERBEK, 1975 apud HELENE, 1986, p.3)
Segundo Helene (1986) a formação de uma célula de corrosão ou pilha ocorre conforme figura 6. Existindo um anodo, catodo, eletrólito e condutor metálico “qualquer diferença de potencial que haja entre as zonas anódicas e catódicas acarreta o aparecimento de
corrente elétrica. Dependendo da magnitude dessa corrente e do acesso de oxigênio, poderá ou não haver a corrosão” (HELENE, 1986, p. 2) Por meio da figura 8 é possível visualizar os mecanismos da célula de corrosão no concreto armado.
Figura 8 – Célula de corrosão em concreto armado
Fonte: Helene (1986, p. 2).
Água, oxigênio, e íons de cloreto realizam funções de grande importância na corrosão de armadura, porém a permeabilidade do concreto é o principal fator para controlar os processos que envolvem este problema. Torna-se importante controlar parâmetros de dosagem do concreto de forma a garantir baixa permeabilidade, baixa relação de fator agua/cimento, consumo de cimento adequado, controle da granulometria e tamanho do agregado, e uso de adições minerais.
Entretanto, existem definições que proporcionam maneiras de evitar a corrosão e são menos prejudiciais do que produzir um concreto de baixa permeabilidade através do controle de qualidade, projeto e construção. Pode-se adotar revestimento para barras de aço e proteção catódica. Os revestimentos protetores para as barras de aço são de dois tipos: revestimento anódico, onde o aço é revestido com zinco e revestimento por barreira, onde o aço é revestido com epóxi. Já as técnicas de proteção catódica envolve a interrupção do fluxo de corrente na célula de corrosão, pela aplicação externa de um fluxo de corrente contraria ou uso de anodos de sacrifico. Carries e Cady (1974) apud Metha e Monteiro (1994), corroboram que os sistemas são comumente utilizados apresentando diversidade nos resultados.
Ao estudar-se o processo corrosivo é de fundamental importância esclarecer o seu mecanismo. Portanto torna-se necessário abordar o conjunto das variáveis dependentes do meio corrosivo, material e condições operacionais. Esclarecendo-se o mecanismo e quantificando-se as implicações econômicas decorrentes do processo pode-se indicar a mais adequada medida de proteção, tanto em relação a solução da corrosão, quanto fator econômico.
3 METODOLOGIA DE PESQUISA
3.1 INTRODUÇÃO
Neste capítulo apresenta-se os aspectos de desenvolvimento da pesquisa, envolvendo: a definição da forma de investigação adotada, o desenvolvimento da revisão bibliográfica da pesquisa, a definição da forma da amostragem, da coleta e análise dos dados avaliados neste estudo. Os procedimentos metodológicos gerais adotados consistiram na realização de três etapas principais:
a) Revisão bibliográfica;
b) Análise dos dados obtidos da empresa acerca dos problemas construtivos encontrados nas obras estudadas das edificações residenciais multifamiliares; c) Organização e apresentação dos dados analisados para atender os objetivos
propostos neste trabalho. 3.2 MÉTODO ADOTADO
A metodologia utilizada no desenvolvimento deste trabalho é o estudo de caso. Segundo YIN (2005), o estudo de caso é uma investigação empírica que se baseia no raciocínio indutivo, depende do trabalho de campo, não é experimental e que se baseia em fontes de dados múltiplas e variadas. Para YIN (2005), o estudo de caso pode ser conduzido para um dos três propósitos básicos: explorar, descrever ou ainda explicar. Segundo GIL (2002), este estudo pode ser classificado como uma Pesquisa Exploratória, que visa proporcionar maior familiaridade com o problema com vistas a torná-lo explícito. Diante do que está exposto a sugestão geral de metodologia adotada para o desenvolvimento deste trabalho foi:
a) Conduzir revisão bibliográfica para melhor entendimento do tema de estudo proposto para este Trabalho de Conclusão de Curso;
b) Levantar as imagens, documentos, cronogramas, manuais e metodologias de execução de reparos estruturais necessários para a realização do estudo e que deveriam ser repassados pela empresa;
c) Analisar os dados das obras escolhidas para estudo e organização das informações para apresentação dos principais problemas identificados e verificados nos materiais fornecidos pela empresa;
3.2.1 Revisão bibliográfica
A pesquisa bibliográfica forneceu conhecimentos que auxiliaram nas análises desenvolvidas e conclusões deste trabalho. Realizou-se estudo sobre os diversos tipos de problemas estruturais ocasionados pela oxidação e corrosão de armaduras, bem como sobre as possibilidades de correção e recuperação das mesmas.
3.2.2 Verificação de documentos e informações gerais da empresa
Os materiais obtidos para o desenvolvimento deste estudo de caso, foram de uma empresa que atua na área de reforma tanto de edificações residenciais quanto comerciais localizadas na região da Grande Florianópolis/SC. A empresa possui mais de 30 anos de experiência no mercado, onde atua no segmento de reparos, reformas, manutenções prediais, recuperações estruturais, impermeabilizações e Retrofit de imóveis comerciais e residenciais multifamiliares de médio e alto padrão.
Em razão dos serviços serem realizados todos pela própria empresa, aumenta-se a qualidade de produtividade e eficiência de execução das obras. O risco de incidências de problemas pode ser elevado, caso não sejam tomados os devidos cuidados com o controle e qualidade dos serviços executados.
Para isto, a empresa comumente utiliza manual de qualidade do qual constam anexos fluxogramas com as etapas para execução das tarefas e serviços. Um dos fluxogramas existente é a respeito de tratamento de armaduras, devido ao ataque de corrosão e oxidação que estas podem sofrer.
Abaixo menciona-se através das figura 9 e 10 a metodologia utilizada pela empresa para realização dos serviços de recuperação das ferragens.
Figura 9 – Fluxograma de tratamento de armaduras
Figura 10 – Necessidades de Serviço
Fonte: Empresa (2017)
Durante a realização dos serviços existe controle permanente das etapas realizadas. Um profissional especializado é responsável por controlar e verificar os serviços realizados através de ficha de verificação elaborada pela empresa, conforme figuras 11 e 12.
Figura 11 – Ficha de verificação de serviços
Fonte: Empresa (2017)
Figura 12 – Itens de verificação
Fonte: Empresa (2017)
Ao explicar-se os objetivos deste estudo a empresa disponibilizou todos os documentos referentes aos serviços de reparos e de manutenção realizadas nos últimos anos de algumas obras. Os documentos disponibilizados pela empresa para análise foram utilizados em todos os estudos realizados ao longo do desenvolvimento do trabalho. De uma maneira geral,
analisou-se as informações a respeito dos procedimentos delimitados para execução de serviços, verificando-se para a pesquisa as metodologias e os planos de operação da empresa, equipes de trabalho e procedimentos adotados pela mesma.
Os dados obtidos foram coletados pela equipe de supervisão predial da empresa em estudo e armazenados nos arquivos do mesmo setor, a partir do qual os autores desse estudo obtiveram acesso. Com as imagens e procedimentos adotados fez-se possível identificar as principais ocorrências de problemas construtivos e de atividades de recuperação estrutural nas edificações, o que possibilitou a elaboração dos comparativos e estruturação do estudo proposto neste trabalho.
3.2.3 Definição das obras estudadas a partir dos dados fornecidos pela empresa
Este estudo tem como foco o registro e a análise das principais ocorrências de problemas estruturais, que ocasionaram corrosão de armaduras observados em quatro obras em um período aproximado de vinte anos após a entrega das mesmas. Estes parâmetros foram definidos após a verificação dos dados fornecidos pela empresa. Para a definição do intervalo de tempo e das obras a serem estudadas levou-se em consideração os seguintes dados:
a) A empresa geralmente realiza reparos estruturais em edificações com idade aproximada do que foi escolhido (20 anos). Para facilitação dos estudos e até mesmo intervenções da empresa, deveriam existir registros e dados por um período menor de tempo. Nos documentos estudados encontravam-se dados de problemas que provavelmente ocorreram de forma precoce e a correção não aconteceu brevemente, sendo adiada e prolongando-se os problemas existentes. Sabe-se que após alguns anos de uso os problemas com menor relevância podem se tornar algo de difícil solução e com custos elevados de recuperação;
b) Deveriam existir divergências de tipologia construtiva e semelhança do tempo de uso para as edificações escolhidas. A definição destes parâmetros foram muito importante para não descaracterizar o estudo proposto que trata de problemas estruturais verificados em diferentes regiões e tipos de obra;
c) Deveriam existir registros completos dos problemas estruturais para as obras escolhidas;
Com base nos dados obtidos foram realizados levantamentos qualitativos da existência de problemas estruturais nas edificações escolhidas de forma a se enquadrar nos parâmetros indicados anteriormente;
3.2.4 Análise dos dados e organização das informações fornecidas pela empresa
Neste estudo de caso serão analisados os dados referentes a problemas estruturais com ocorrência identificada em algumas edificações multifamiliares que possuem as mesmas tipologias construtivas, ou seja, estrutura em concreto armado, porém em diferentes ambientes da edificação. Destaca-se que são construções com um tempo de construção médio de vinte anos.
Para uma melhor visualização e comparação entre os dados encontrados nas edificações estudadas, optou-se por apresentar esta parte do estudo na forma de imagens fotografadas pela própria empresa, apresentando o “antes e depois” dos problemas estruturais.
3.2.5 Apresentação dos resultados e conclusões
Após a realização do estudo e organização dos dados será realizado a apresentação das informações, sendo essas organizadas em função dos seguintes parâmetros:
a) Quatro obras;
b) Problemas de corrosão e oxidação de armaduras nas estruturas de concreto armado em vigas, pilares, lajes de pilotis e subsolo.
c) Reforço estrutural;
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
4.1 GENERALIDADES
Neste capítulo pretende-se apresentar os problemas estruturais ocorridos devido a corrosão e oxidação de armaduras em algumas edificações construídas à aproximadamente 20 anos. Os resultados apresentados foram obtidos a partir de vistorias e fotografias, com isso gera-se uma análigera-se das incidências e possibilidades de correções.
4.2 APRESENTAÇÃO DAS OBRAS E INCIDÊNCIA DE NÃO CONFORMIDADES 4.2.1 Condomínio A
O condomínio é situado na região da Grande Florianópolis, construído no bairro Abraão, apresentando problemas de corrosão nas armaduras das estruturas do pilotis.
Neste caso, o condomínio contratou um engenheiro para execução de laudo técnico para apontamento das devidas patologias e intervenções necessárias. Através de documento emitido pelo responsável técnico a empresa especializada no ramo foi contratada para execução dos serviços.
O primeiro diagnóstico que identifica a necessidade de uma restauração são as fissuras e desplacamentos no concreto provocadas devido a corrosão, onde o processo de oxidação amplia o diâmetro das armaduras e ocasiona tensões de tração no cobrimento do concreto. Geralmente os problemas ocorrem devido ao baixo cobrimento das armaduras ou concreto mal vibrado que ocasiona alta porosidade.
Através do mapeamento apresentado pelo engenheiro responsável conforme figura 13, fez-se possível que a empresa conseguisse nos locais indicados realizar as intervenções necessárias e recuperação estrutural.
Figura 13 – Mapeamento das estruturas afetadas
Fonte: Elaboração dos autores, 2017.
Figura 14 – Viga com fissura aparente
Fonte: Elaboração dos autores, 2017.
Verifica-se na figura 14 uma fissura em linha que acompanha o seguimento da armadura na estrutura de concreto armado. Os problemas levaram em torno de 20 anos para alcançar este estado de degradação, quando a estrutura está nesta situação é muito provável que a oxidação e corrosão das armaduras prolonguem-se consideravelmente devido a facilidade em que os agentes agressivos atingirão a armadura.
Figura 15 – Desplacamento na viga
Fonte: Elaboração dos autores, 2017.
É perceptível na figura 15 o aumento do diâmetro das armaduras, devido a oxidação que expulsou o concreto e fez com que o mesmo ressaltasse. A ferrugem amplia a seção das armaduras de três a dez vezes o seu diâmetro, como consequência ocorre uma força de tração interna no concreto e sua fissuração com a consequente exposição das armaduras.
Com isto, verifica-se a necessidade de intervenção para que os problemas sejam corrigidos e o prolongamento dos mesmos sejam eliminados. É de primordial importância a brevidade dos serviços de forma a garantir a segurança e estabilidade da estrutura a todos que frequentam o edifício, evitando o transporte prejudicial de líquidos e gases para dentro da estrutura e impedindo a contaminação do concreto e armaduras. Sempre se pretenderá com o tratamento criar uma barreira ao transporte de líquidos e gases.
O primeiro passo a ser realizado é a escarificação que pode ser conhecida também por apicoamento, onde admite-se que escarificar seja o ato de retirar a camada mais externa do concreto das peças estruturais. Estes processos podem ser mecânicos ou manuais e a escolha do processo varia conforme profundidade que se deseja alcançar e como deseja-se que a superfície a ser tratada seja mantida para realização de serviços posteriores.
Geralmente os processos mecânicos devem ser adotados quando a área a tratar for grande, onde manualmente requereria mais tempo. Já o apicoamento manual é realizado com utilização de ponteira, talhadeira e marreta leve.
