UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA TAMARA APARECIDA GAIA
MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO ESTUDO DE CASO: RECUPERAÇÃO DA PLATIBANDA DO PALÁCIO BARRIGA
VERDE – PRÉDIO DA ASSEMBLEIA LEGISLATIVA DE SANTA CATARINA – ALESC
Palhoça 2018
TAMARA APARECIDA GAIA
MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO ESTUDO DE CASO: RECUPERAÇÃO DA PLATIBANDA DO PALÁCIO BARRIGA
VERDE – PRÉDIO DA ASSEMBLEIA LEGISLATIVA DE SANTA CATARINA – ALESC
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 Bacharel em Engenharia Civil.
Orientador: Prof. Paulo Henrique Wagner, Esp.
Palhoça 2018
TAMARA APARECIDA GAIA
MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO ESTUDO DE CASO: RECUPERAÇÃO DA PLATIBANDA DO PALÁCIO BARRIGA VERDE – PRÉDIO DA ASSEMBLEIA LEGISLATIVA DE SANTA CATARINA – ALESC
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil e aprovado em sua forma final pelo Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina.
Dedico este trabalho aos meus familiares e a todos que de alguma forma contribuíram para que eu alcançasse o meu objetivo.
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, Nilton e Madalena, pelo carinho, incentivo e apoio durante esses anos de estudo.
Ao meu namorado, Mateus Augusto, pelo apoio e compreensão em qualquer circunstância.
Ao meu orientador Paulo Henrique Wagner, pela dedicação e auxilio durante toda essa trajetória.
Ao Engenheiro Alysson Mattje, pelo conhecimento compartilhado e apoio na elaboração deste trabalho.
Ao Engenheiro Marcos Luiz Rovaris, pela experiência compartilhada, incentivo e apoio.
À Engenheira Fernanda Rosa, pelos ensinamentos que contribuíram para a minha formação.
“O sucesso nasce do querer, da determinação e persistência em se chegar a um objetivo. ” (JOSÉ DE ALENCAR).
RESUMO
A ocorrência de manifestações patológicas em estruturas de concreto armado é bastante recorrente devido as diversas falhas que podem ocorrer tanto nas etapas de projeto e execução, quanto na fase de manutenção preventiva. Este trabalho com base na revisão bibliográfica apresenta as principais causas e origens das manifestações patológicas mais comuns em estruturas de concreto armado, bem como os métodos de ensaios mais utilizados nos diagnósticos das estruturas. Além disso, o trabalho descreve um estudo de caso real, a recuperação da platibanda do Palácio Barriga Verde – Prédio da Assembleia Legislativa do Estado de Santa Catarina, onde são apresentados os problemas que levaram à necessidade de recuperação, os métodos de ensaios de diagnóstico da estrutura e os processos de recuperação. Posteriormente, é feita uma análise dos resultados encontrados com sugestões de ensaios que poderiam contribuir para um diagnóstico mais preciso da estrutura em questão.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Ninho de concretagem ... 26
Figura 2 - Lei de Sitter ... 27
Figura 3 - Falhas de Impermeabilização... 28
Figura 4 - Piscina em balanço com infiltrações ... 28
Figura 5 - Retração no concreto ... 30
Figura 6 - Exemplos de fissuração por movimentação de formas e escoramentos ... 31
Figura 7 - Fissuração por recalque diferencial dos apoios ... 32
Figura 8 - Fissura por Tração ... 33
Figura 9 - Fissuras por Compressão ... 33
Figura 10 - Trincas de Flexão em elementos de concreto armado ... 35
Figura 11 - Trincas de Torção ... 35
Figura 12 - Fissura de esforço cortante ... 36
Figura 13 - Ruptura por esforço cortante de uma viga ... 37
Figura 14 - Escala de pH ... 37
Figura 15 - Representação esquemática do avanço da frente de carbonatação ... 38
Figura 16 - Desagregação do concreto ... 39
Figura 17 - Célula de corrosão eletroquímica do concreto ... 42
Figura 18 - Classes de agressividade ambiental CAA ... 42
Figura 19 - Correspondência entre a classe de agressividade ambiental e o cobrimento nominal para Δc = 10 mm ... 43
Figura 20 - Posicionamento e leitura do Pacômetro. ... 46
Figura 21 - Medidor de potencial de corrosão ... 47
Figura 22 - Indicador de Fenolftaleína ... 48
Figura 23 - Princípio do Rebound Schimidt Hammer ... 49
Figura 24 - Aplicação do método dos dois eletrodos ... 50
Figura 25 - Vista da estrutura em estudo ... 53
Figura 26 - Desplacamento da estrutura de concreto armado ... 54
Figura 27 - Corrosão das armaduras ... 55
Figura 28 – Indicação fachada nordeste. ... 56
Figura 29 - Lixamento da estrutura ... 56
Figura 30 – Ensaio de Pacometria realizado na estrutura ... 57
Figura 32 - Corte para o ensaio de frente de Carbonatação... 60
Figura 33 - Execução dos pontos de ensaios ... 61
Figura 34 - Aplicação do gel condutor e leitura da resistividade ... 61
Figura 35 - Determinação dos pontos para ensaio ... 62
Figura 36 - Aplicação do Esclerômetro de Reflexão ... 62
Figura 37 - Critérios de avaliação segundo a Norma ASTM C876-91 ... 63
Figura 38 - Resultado frente de carbonatação fachada Nordeste ... 66
Figura 39 - Representação local carbonatado e não carbonatado ... 68
Figura 40 - Medição da camada carbonatada ... 68
Figura 41 - Critérios de Resistividade Elétrica ... 69
Figura 42 - Finalização do revestimento com argamassa de reparo ... 73
Figura 43 - Ensaio de Ultrassom em estrutura de concreto ... 74
Figura 44 - Extração de testemunho em estruturas de concreto ... 75
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Distribuição relativa da incidência de manifestações patológicas em estruturas de
concreto aparente ... 21
Gráfico 2 - Origem das manifestações patológicas com relação às etapas de produção e uso das obras civis. ... 22
Gráfico 3 – Potencial de Corrosão Fachada Nordeste ... 63
Gráfico 4 – Potencial de Corrosão Fachada Noroeste ... 64
Gráfico 5 – Potencial de Corrosão Fachada Sudoeste ... 64
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Análise percentual das causas de problemas patológicos em estruturas de concreto
... 23
Tabela 2 – Critérios da resistividade elétrica do concreto ... 51
Tabela 3 – Monitoramento temperatura e umidade relativa do ar da fachada Nordeste ... 58
Tabela 4 – Ensaio de profundidade de Carbonatação... 67
Tabela 5 – Resultados do Ensaio de resistividade elétrica ... 69
Tabela 6 – Resultados do Ensaio de Esclerometria fachada Nordeste ... 70
Tabela 7 – Resultados do Ensaio de Esclerometria fachada Noroeste ... 70
Tabela 8 – Resultados do Ensaio de Esclerometria fachada Sudoeste ... 71
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 14 1.1 PROBLEMATIZAÇÃO DO TEMA ... 14 1.2 OBJETIVOS ... 15 1.2.1 Objetivo geral ... 15 1.2.2 Objetivos específicos ... 15 1.3 JUSTIFICATIVA ... 15 1.4 METODOLOGIA APLICADA ... 16 1.5 LIMITAÇÕES DO TRABALHO ... 17 1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO ... 17 2 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO ... 18 2.1 ESTRUTURAS DE CONCRETO ... 18 2.1.1 Conceituação ... 18
2.1.2 Desempenho das estruturas ... 18
2.1.3 Durabilidade e vida útil das estruturas de concreto ... 19
2.2 PATOLOGIA E SUAS GENERALIDADES ... 20
2.2.1 Conceito de patologia ... 20
2.2.2 Sintomas patológicos ... 20
2.2.3 Origem das manifestações patológicas ... 21
2.2.3.1 Patologias originadas na etapa de projeto ... 24
2.2.3.2 Patologias originadas na etapa de execução ... 25
2.2.3.3 Patologias originadas na etapa de uso ... 26
2.3 MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO ... 29
2.3.1 Fissuras ... 29
2.3.1.1 Fissuras de retração ... 29
2.3.1.2 Fissuras de contração plástica do concreto ... 30
2.3.1.3 Fissuras de movimentação de formas e escoramentos ... 31
2.3.1.4 Fissuras devidas ao recalque diferencial ... 31
2.3.1.5 Fissuras devidas a ações mecânicas ... 32
2.3.1.5.1 Fissuras causadas por tração ... 32
2.3.1.5.2 Fissuras causadas por compressão ... 33
2.3.1.5.4 Fissuras causadas por torção ... 35
2.3.1.5.5 Fissuras causadas pelo cortante ... 36
2.3.2 Carbonatação do concreto ... 37
2.3.3 Desagregação do concreto ... 38
2.3.4 Disgregações do concreto ... 39
2.3.5 Corrosão da armadura ... 40
2.4 DIAGNÓSTICO DAS ESTRUTURAS ... 43
2.5 ENSAIOS DE DIAGNÓSTICO DOS PROBLEMAS PATOLOGICOS ... 44
2.5.1 Ensaio de Pacometria ... 45
2.5.2 Ensaio de Potencial de Corrosão das Armaduras ... 46
2.5.3 Ensaio de profundidade de Carbonatação ... 47
2.5.4 Ensaio de Esclerometria ... 48
2.5.5 Ensaio Resistividade Elétrica do Concreto ... 49
2.6 RECUPERAÇÃO DAS ESTRUTURAS ... 51
3 ESTUDO DE CASO ... 53
3.1 A ESTRUTURA ... 53
3.2 DIAGNÓSTICO DAS MANIFESTAÇÕE PATOLÓGICAS NA ESTRUTURA ... 55
3.2.1 Diagnóstico da Estrutura ... 55
3.2.1.1 Ensaio de Pacometria ... 57
3.2.1.2 Ensaio de Potencial de Corrosão das armaduras ... 58
3.2.1.3 Ensaio de Frente de Carbonatação ... 59
3.2.1.4 Ensaio de Resistividade Elétrica ... 60
3.2.1.5 Ensaio de Esclerometria ... 61
3.3 ANÁLISE DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS DE DIAGNÓSTICO ... 62
3.3.1 Análise dos resultados Potencial de Corrosão das armaduras ... 63
3.3.2 Análise dos resultados de Frente de Carbonatação ... 65
3.3.3 Análise dos resultados de Resistividade Elétrica ... 68
3.3.4 Análise do ensaio de Esclerometria ... 70
3.4 ANÁLISE E CONSIDERAÇÕES SOBRE O ESTUDO DE CASO ... 72
3.4.1 Recuperação da estrutura ... 72
3.4.2 Ensaios alternativos... 73
3.4.2.1 Ensaio de ultrassom para estruturas de concreto ... 74
3.4.2.2 Ensaio de Compressão com ruptura de corpo de prova ... 74
REFERÊNCIAS ... 77 ANEXOS ... 81
1 INTRODUÇÃO
Desde o início da civilização até os dias atuais, os elementos constituintes da construção civil estão em constante evolução, pois há uma maior preocupação com a segurança e estabilidade das obras.
Esse avanço tecnológico de materiais e técnicas construtivas proporciona aos construtores mais rapidez e agilidade na execução de obras e aos usuários obras mais adaptadas às suas necessidades. Entretanto, ainda há pouca preocupação em relação às doenças das estruturas, as quais são nomeadas de manifestações ou problemas patológicos, apesar dos diversos estudos já realizados sobre o tema.
É muito comum ainda que se relacione manifestações patológicas a estruturas antigas, todavia, estruturas bem projetadas e executadas e com pouco tempo de uso, também podem apresentar desempenho insatisfatório se não respeitadas às devidas manutenções preventivas.
A ocorrência de uma manifestação patológica pode estar associada as mais diversas causas que decorrem de falhas em projetos, ou em uma ou mais etapas do processo construtivo ou ainda de falhas ou falta de manutenção adequada pelos usuários.
O conhecimento adequado das patologias contribui para que se tomem medidas preventivas em obras a serem executadas, bem como auxilia nos diagnósticos e recuperações das estruturas já comprometidas.
O presente trabalho visa apresentar e descrever as principais patologias recorrentes em estruturas de concreto armado e suas principais causas, elencando os principais métodos de ensaios que contribuem para um diagnóstico mais adequado e uma recuperação estrutural mais eficiente.
1.1 PROBLEMATIZAÇÃO DO TEMA
Os problemas oriundos de patologias são cada vez mais recorrentes nas estruturas de concreto armado em todo Brasil, uma vez que este é o material mais utilizado para construção devido ao seu desempenho satisfatório em diversos aspectos, dentre eles a sua boa capacidade de resistir aos esforços solicitantes da estrutura.
Para atingir os aspectos desejados, as estruturas de concreto armado necessitam de uma série de cuidados desde sua concepção até a sua execução, evitando desta forma o aparecimento de anomalias que podem levar ao colapso da estrutura.
Devido a esse problema crescente, atualmente se observa com relativa frequência estruturas passando por obras de recuperação, seja ela de baixa ou de alta complexidade. Com base nisso, no presente trabalho buscou-se apresentar a importância do estudo e do conhecimento adequado das principais manifestações patológicas e suas origens, a fim de destacar a correta execução de todas as etapas do processo construtivo das edificações, que é primordial para a qualidade final da construção.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo geral
Apresentar as principais manifestações patológicas recorrentes em estruturas de concreto armado e elencar os principais métodos de diagnósticos que auxiliam no processo de recuperação das mesmas.
1.2.2 Objetivos específicos
a) Elaborar pesquisa bibliográfica sobre os principais conceitos envolvendo manifestações patológicas em estruturas de concreto armado, incluindo causas, origens, diagnósticos e reparos;
b) Apresentar a obra em estudo e descrever as etapas de diagnósticos e os ensaios realizados;
c) Descrever as metodologias de recuperação adotadas;
d) Apresentar as alternativas de ensaio que seriam pertinentes ao diagnóstico da estrutura.
1.3 JUSTIFICATIVA
Desde o início do emprego do concreto armado para execução de estruturas, o material tem apresentado diversos benefícios, sendo indicado, muitas vezes, como o material mais adequado para estrutura, superando alternativas como aço e a madeira.
Todavia, apesar de considerado um material capaz de resistir as mais diversas sobrecargas e agressões do meio ambiente, ele é passível de manifestações patológicas que podem prejudicar e comprometer sua capacidade de resistir aos esforços solicitantes, podendo se não tratada, levar ao colapso parcial ou até mesmo total da estrutura.
Diante dos problemas oriundos dessas manifestações patologias, nota-se falta de interesse e preocupação por parte dos envolvidos, seja ele projetista, executor ou usuário. Por esse motivo ocorre a necessidade de se realizar cada vez mais estudos sobre esse tema.
O estudo sobre os diferentes tipos de manifestações patológicas é uma ferramenta de grande valor para auxiliar nos processos de diagnósticos e recuperação de estruturas. Com ele pode-se definir os ensaios mais adequados a serem realizados para um diagnóstico preciso e uma recuperação mais eficiente.
Visando isso, o presente trabalho reúne uma série de informações sobre os principais tipos, origens, métodos de diagnóstico e reparos de estruturas de concreto armado com manifestações patológicas, com o propósito de torna-se uma fonte de pesquisa complementar sobre o tema.
1.4 METODOLOGIA APLICADA
Para atingir os objetivos propostos, este trabalho foi fundamentado em uma pesquisa bibliográfica que visou descrever as principais manifestações patológicas que podem ocorrer em estruturas de concreto armado. Para isso, a metodologia aplicada foi divida nas seguintes etapas:
a) revisão bibliográfica: pesquisa com ênfase nos principais tipos de manifestações patológicas pertinentes as estruturas de concreto armado, englobando suas origens, causas, diagnósticos e recuperações;
b) apresentação do estudo de caso: demonstração de uma edificação com manifestações patológicas, com descrição dos processos de diagnósticos, ensaios e soluções para recuperação;
c) análise dos resultados apresentados no estudo de caso e sugestões: como auxílio das pesquisas realizadas na construção da revisão bibliográfica e com os dados e informações levantados no estudo de caso, será realizada uma análise a respeito dos processos adotados pela obra em estudo e serão apresentados ensaios alternativos que poderiam auxiliar em um diagnóstico mais preciso da estrutura.
1.5 LIMITAÇÕES DO TRABALHO
Este trabalho será uma pesquisa sobre os principais conceitos e técnicas que envolvem o tema patologias em estruturas de concreto armado, juntamente com a apresentação de um estudo de caso, no qual o foco de estudo serão os ensaios de diagnóstico das manifestações patológicas apresentadas na obra em questão.
1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO
O primeiro capítulo do presente trabalho trará a introdução e a problematização do tema que será abordado, os objetivos gerais e específicos, a justificativa da escolha do tema apresentado, a metodologia aplicada, as limitações do trabalho e a sua estrutura.
O segundo capítulo trará a revisão bibliográfica do tema com os principais conceitos envolvendo manifestações patológicas em estruturas de concreto armado. Neste capítulo serão detalhadas as principais patologias recorrentes nas estruturas, suas causas e origens, bem como os métodos de diagnósticos e os processos de recuperação.
No terceiro capítulo será apresentado o estudo de caso e suas particularidades, sendo descrito o processo de diagnóstico das manifestações patológicas existentes, bem como os ensaios realizados e as soluções de recuperação adotadas, seguido por uma análise a respeito dos processos adotados pela obra em estudo e proposta de métodos de ensaios alternativos que poderiam auxiliar em um diagnóstico mais preciso.
No quarto capítulo serão expostas as conclusões sobre a elaboração deste trabalho e na sequência serão apresentadas as referências dos autores utilizados na pesquisa bibliográfica.
2 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
2.1 ESTRUTURAS DE CONCRETO
2.1.1 Conceituação
Os concretos são misturas de pastas de cimento e materiais inertes, constituídos por areia e brita ou pedregulho em determinadas proporções. O seu uso data dos tempos mais remotos, sendo empregado pelos egípcios e assírios. Entretanto, foi entre os romanos que receberam um grande impulso, atribuído em grande parte aos bons aglomerantes que dispunham na época, como cales hidráulicas e pozolanas, que quando misturadas com cal gorda forneciam um excelente produto hidráulico. Embora valiosas e muito usadas nos tempos antigos, às cales hidráulicas e as pozolanas caíram em desuso na atualidade, sendo substituídas pelos cimentos, que conferem aos concretos uma qualidade superior, com maior rapidez de pega e elevada resistência (PIANCA, 1978).
Pianca (1978) complementa que o emprego dos concretos na atualidade é muito grande, podendo-se afirmar que, à medida que se desenvolve a indústria do cimento, se multiplica suas aplicações na construção.
Para Climaco (2008), o uso do concreto foi crescendo na construção civil com o passar dos tempos, contudo era necessário desenvolver uma técnica para superar a deficiência com relação a sua resistência à tração, principalmente nas peças submetidas à flexão. Nesse contexto nasceu o concreto armado, produto da associação do concreto com um material com resistência satisfatória à tração, no caso a armadura.
O concreto armado veio para incrementar ainda mais o uso dos concretos nas construções e pode ser definido como sendo o material estrutural que é composto pela associação do concreto com barras de aço, de modo que constituam um sólido único, do ponto de vista mecânico, quando submetido às ações externas (SILVA, 2013).
2.1.2 Desempenho das estruturas
A NBR 6118/2014 coloca como desempenho, a capacidade da estrutura de manter-se em plenas condições de utilização durante sua vida útil, não podendo apresentar danos que comprometam em parte ou totalmente o uso para o qual foi projetada (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2014).
Para Souza e Ripper (1998), entende-se por desempenho como sendo o comportamento em serviço de cada produto que compõem uma estrutura ao longo da vida útil, e a medida relativa espelhará, sempre, o resultado do trabalho desenvolvido nas etapas de projeto, construção e manutenção.
Souza e Ripper (1998) afirmam ainda que, no entanto, as estruturas e seus materiais deterioraram-se mesmo quando existe um programa de manutenção bem definido, sendo que esta deterioração quando atingida o limite é irreversível. O ponto em que cada estrutura, em função da deterioração, atinge níveis de desempenho insatisfatórios varia de acordo com o tipo de estrutura. Algumas estruturas, por falhas de projeto ou de execução, já iniciam suas vidas de maneira insatisfatória, enquanto outras chegam ao final de sua vida útil projetada mostrando um desempenho satisfatório.
2.1.3 Durabilidade e vida útil das estruturas de concreto
Resgatando os conceitos descritos pela NBR 6118/2014, durabilidade consiste na capacidade da estrutura de resistir às influências ambientais previstas e definidas em conjunto pelo autor do projeto estrutural e pelo contratante no início dos trabalhos de elaboração do projeto. As estruturas de concreto devem ainda conservar sua segurança, estabilidade e aptidão em serviço durante o período correspondente a sua vida útil (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2014).
Já por vida útil, a norma já citada entende pelo período durante o qual a estrutura de concreto mantém suas características sem intervenções significativas, desde que atendidos os requisitos de uso e manutenção prescritos pelo projetista e pelo construtor, bem como de execução dos reparos necessários decorrentes de dados acidentais (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2014).
Para Souza e Ripper (1998), a associação dos conceitos de durabilidade e vida útil é inevitável, pois conhecidas ou estimadas as características de deterioração do concreto e dos sistemas estruturais, entende-se como durabilidade o parâmetro que relaciona a aplicação destas características a uma determinada construção e desta forma individualizando-a pela avaliação da resposta que dará aos efeitos da agressividade ambiental, definindo a vida útil da mesma.
Cánovas (1988) diz que a resistência e a durabilidade de uma estrutura dependem dos cuidados adotados, não somente na elaboração do projeto, mas também na sua execução e posteriormente, durante o resto de sua vida, com a devida manutenção.
As obras além de ficarem expostas a ação dos elementos como calor, vento e umidade, precisam suportar ações mecânicas que podem cansá-la, fatigá-la e feri-la. Por essas razões a vida útil da obra dependerá dos cuidados e fiscalização durante sua execução. Contudo, não se deve pensar que os cuidados terminam nessa etapa, pois devem perdurar com a realização de manutenção periódica pós entrega (CÁNOVAS, 1988).
2.2 PATOLOGIA E SUAS GENERALIDADES
2.2.1 Conceito de patologia
O conceito de patologia na construção civil pode e de certa forma deve ser relacionado com a medicina, onde estado patológico, significa estado doentio, de anormalidade, falta ou ausência do estado de saúde. Desta forma, a patologia em obras estuda as anomalias e problemas que comprometem ou podem vir a comprometer a vida útil da estrutura como um todo.
Para Helene (1992), a patologia pode ser entendida como sendo parte da engenharia que estuda os sintomas, os mecanismos, as causas e as origens dos defeitos das construções civis, ou seja, é o estudo das partes que compõem o diagnóstico do problema.
Souza e Ripper (1998), dizem que se designa genericamente por patologia das estruturas o campo da engenharia das construções que se ocupa do estudo das origens, formas de manifestação, consequências e mecanismos de ocorrência das falhas e dos sistemas de degradação das estruturas.
2.2.2 Sintomas patológicos
Os sintomas patológicos são as manifestações da estrutura que indicam que algo não está de acordo com o previsto. Essas manifestações e anomalias podem ser descritas, analisadas e classificadas, gerando desta forma um diagnóstico prévio.
Os problemas patológicos, salvo raras exceções, apresentam manifestação externa característica, a partir do qual se pode deduzir qual a natureza, a origem e os mecanismos dos fenômenos envolvidos, assim como pode-se estimar suas prováveis consequências. Esses sintomas, também denominados de lesões, danos, defeitos ou manifestações patológicas, podem ser descritas e classificadas, orientando um primeiro diagnostico, a partir de minuciosas e experientes observações visuais (HELENE, 1992. p. 19)
Os sintomas mais comuns, que têm maior índice de incidência nas estruturas de concreto, são as fissuras, fluorescências, flechas excessivas, manchas no concreto, corrosões de armaduras e os ninhos de concretagem (HELENE, 1992), conforme apresentado no gráfico 1 a seguir.
Gráfico 1 - Distribuição relativa da incidência de manifestações patológicas em estruturas de concreto aparente
Fonte: Adaptado de Helene (1992, p. 19).
2.2.3 Origem das manifestações patológicas
Segundo Helene (1992), o processo de construção pode ser dividido em cinco grandes etapas: planejamento, projeto, fabricação de materiais e componentes, execução e uso, e a última etapa, mais longa, que envolve a operação e manutenção. As quatro primeiras etapas são relativamente curtas se comparadas com a última etapa, a de uso, que se estende por longos períodos.
Helene (1992) diz ainda que as patologias só se manifestam após o início da execução e que normalmente ocorrem com maior incidência na etapa de uso da edificação. Todavia, um diagnóstico adequado do problema deve indicar em qual etapa do processo construtivo teve origem o fenômeno patológico. Cabe ressaltar ainda, que identificando a origem do problema, é possível identificar, para fins legais quem cometeu a falha, seja ele o projetista, na fase de projeto; o fabricante, quando a origem está na qualidade do material; a
22% 21% 7% 10% 20% 20% Manchas superficiais Fissuras ativas e passivas Degradação quÍmica Flexas excessivas Ninhos
mão de obra e fiscalização, quando se trata da execução; ou ainda do usuário, pela falha ou falta de manutenção.
As manifestações patológicas que tiveram origem nas etapas de planejamento e projeto têm grandes recorrências e são relativamente e mais graves e preocupantes que as falhas de qualidade dos materiais ou de má execução (HELENE, 1992). No gráfico 2 é possível observar essas relações.
Gráfico 2 - Origem das manifestações patológicas com relação às etapas de produção e uso das obras civis.
Fonte: Adaptado de Grunau (1981 apud HELENE, 1992, p.22).
O surgimento de problema patológico em dada estrutura indica, em última instância e de maneira geral, a existência de uma ou mais falhas durante a execução de uma das etapas da construção, além de apontar para falhas também no sistema de controle de qualidade próprio a uma ou mais atividades. (SOUZA; RIPPER, 1998. p. 23).
Para Souza e Ripper (1998), as etapas básicas que compõem o processo de construção são apenas três: projeto, execução e uso. Para eles também, existe certa dificuldade em apontar qual etapa é a maior responsável por originar as manifestações patológicas nas estruturas de concreto armado. É possível observar através da tabela 1 que existe certa discordância entre os vários autores do tema. Essa discordância pode ser justificada pelo fato de que diversos estudos foram realizados em diferentes países e
28,00% 10,00% 4,00% 40,00% 18,00% Execução Uso Planejamento Projeto Materiais
continentes e ainda pelo fato de que alguns dos casos analisados possuíam grande grau de complexidade.
Tabela 1 – Análise percentual das causas de problemas patológicos em estruturas de concreto
CAUSAS DOS PROBLEMAS PATOLÓGICOS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO FONTE DE PESQUISA Concepção e Projeto Materiais Execução Utilização e Outras
Edward Grunau Paulo Helene (1992) 44 18 28 10 D. E. Allen (Canadá) (1991) 55 ← 49 → C.S.T.C. (Bélgica) Verçoza (1991) 46 15 22 17 C.E.B. Boletim 157 (1982) 50 ← 40 → 10 Faculdade de Engenharia da Fundação Armando Álvares
Penteado Verçoza (1991) 18 6 52 24 B.R.E.A.S. (Reino Unido) (1972) 58 12 35 11 Bureau Securitas (1972) ← 88 → 12 E.N.R (U.S.A) (1968-1979) 9 6 75 10 S.I.A (Suíça) (1979) 46 44 10 Dov Kaminetzky (1991) 51 ← 40 → 16
Jean Blévot (França)
(1974) 35 65
L.E.M.I.T (Venezuela)
(1965-1975) 19 5 57 19
Fonte: Adaptado de Souza e Ripper (1998, p. 23).
De acordo com norma de Inspeção Predial do Instituto Brasileiro de Avaliações e Pericias de Engenharia (2012) as origens das patologias podem ser classificadas em endógena, exógena, natural e funcional. As patologias ou anomalias endógenas são originadas da própria edificação, provenientes de falhas ou irregularidades nas etapas de projeto e/ou execução, que podem ser em função de falta de observância nas normas técnicas vigentes, da mão de obra desqualificada ou ainda pelo uso de materiais inadequados. Já as patologias de origem exógena e natural são originadas por fatores externos a edificação, danos causados por terceiros e por fenômenos da natureza respectivamente.
Já para patologias de origem funcional a norma citada acima, coloca que são originadas devido à degradação dos sistemas construtivos em função do envelhecimento natural e fim da vida útil da estrutura. Essa degradação pode ter como causas a exposição da estrutura ao meio agressivo em que ela está inserida, a ação humana, ou ainda a manutenção inadequada (INSTITUTO BRASILEIRO DE AVALIAÇÕES E PERICIAS DE ENGENHARIA, 2012).
2.2.3.1 Patologias originadas na etapa de projeto
A etapa de elaboração de projeto requer muito cuidado e atenção, pois são várias as falhas e erros possíveis de ocorrer nesta fase. As falhas em um projeto podem iniciar já no estudo preliminar da estrutura, ou na elaboração do anteprojeto ou ainda durante a elaboração do projeto executivo final, que é encaminhado para execução na obra.
Para Souza e Ripper (1998), os principais responsáveis pelo encarecimento do processo de construção, ou pelos transtornos no momento de utilização da obra, são as falhas e erros originados de um estudo preliminar deficiente, ou de um anteprojeto equivocado. Já as falhas e erros cometidos durante a realização do projeto final de engenharia são responsáveis pela implantação de problemas patológicos sérios e podem ser por:
a) incompatibilidade de projetos;
b) especificações de materiais inadequados; c) detalhamento errado ou insuficiente; d) detalhes construtivos inexequíveis; e) falta de padronização das representações; f) erros de dimensionamento.
Algumas medidas que podem ser tomadas no tocante aos projetos podem significar diminuição de custos de intervenções posteriores a obras, podendo-se citar como exemplo de medidas preventivas, a especificação do aumento do cobrimento da armadura, a redução da relação água/cimento, a especificação de tratamentos protetores superficiais, a escolha de detalhes construtivos adequados, a especificação do cimento, e aditivos e adições com características especiais e adequadas à obra (HELENE, 1992).
2.2.3.2 Patologias originadas na etapa de execução
No processo de construção de uma obra é indicado que a etapa de execução inicie apenas após o termino da primeira etapa, a de concepção de projeto, onde todos os estudos e projetos que são inerentes à obra já estão concluídos. Entretanto, embora seja a sequência lógica e ideal isso raramente ocorre, pois é muito comum, até mesmo em obras maiores e mais complexas, que sejam feitas adaptações ou modificações no projeto durante a execução da obra, com a desculpa de serem necessárias certas simplificações construtivas, que na maioria dos casos contribuem para a ocorrência de falhas (SOUZA; RIPPER, 1998).
Para Cánovas (1988), quando a etapa de concepção de projeto é executada corretamente, nos seus mais minuciosos detalhes, é pouco provável que ocorra má interpretação do projeto por parte da execução da obra. Todavia, se surgirem dúvidas devem ser sanadas pelo responsável técnico, a fim de evitar que ocorra um problema de maior dimensão e difícil solução. Porém, ainda que o projeto seja elaborado de maneira adequada, podem ocorrer problemas no processo de execução que passam despercebidos aos olhos dos responsáveis e podem vir a ocasionar problemas patológicos na estrutura.
Além dos fatos já mencionados, no decorrer do processo de execução podem surgir falhas das mais diversas origens, como as provenientes de mão de obra desqualificada, falta de controle de qualidade pelo responsável técnico, fiscalização deficiente ou ainda de materiais de má qualidade (CÁNOVAS, 1988).
Algumas das falhas mais grosseiras ocasionadas na etapa de execução são relacionadas ao concreto no momento da execução das peças. Tais falhas são conhecidas como “bicheiras” ou ninhos de concretagem (figura 1) e são ocasionadas geralmente pela má vibração do concreto ou ainda pelo uso de um traço do concreto inadequado. Esses ninhos de concretagem se não reparados com a técnica e material adequados podem dar início a uma patologia que certamente irá atingir a armadura da estrutura comprometendo o seu desempenho.
Figura 1 - Ninho de concretagem
Fonte: Construção civil (2017).
Outro fator importante na análise do surgimento de manifestações patológicas nas estruturas está ligado à indústria de materiais e componentes. Embora seus produtos devessem ser desenvolvidos para suprir as necessidades das construções, existe grande dificuldade de interação entre o que as indústrias oferecem e o que as construções necessitam. Assim, os sistemas construtivos e a própria qualidade do produto final, ficam bastante comprometidos e dependentes do grau de evolução técnica alcançado pela indústria de materiais e componentes (SOUZA; RIPPER, 1998).
Souza e Ripper (1998) concluem que a junção da falta de evolução técnica adequada, aliada a problemas econômicos e irresponsabilidade de quem comanda o processo, contribuem para a fabricação de produtos de baixa qualidade que irão interferir diretamente no aparecimento de patologias.
2.2.3.3 Patologias originadas na etapa de uso
Por mais que as etapas de concepção de projeto e execução da obra tenham sido finalizadas com sucesso, ou seja, sem nenhuma falha aparente, a estrutura ainda poderá apresentar manifestações patológicas se não for utilizada corretamente, ou ainda se os usuários não seguirem as recomendações de manutenção adequada.
Helene (1992) traz o conceito de manutenção preventiva, como sendo toda medida tomada com antecedência e previsão, durante o período de uso da estrutura. A realização de manutenção preventiva pode ser associada com a diminuição dos custos, podendo ser até cinco vezes menores em relação aos custos gerados para uma correção de problemas oriundos da falta de uma intervenção preventiva tomada com antecedência à manifestação explícita de patologia. Ao mesmo tempo está associada a um custo vinte e cinco vezes maior àquele que teria acarretado uma decisão de projeto para obtenção do mesmo grau de proteção e durabilidade da estrutura. A lei de Sitter apresentada na figura 2 a seguir descreve esta relação, onde os custos de correção crescem segundo uma progressão geométrica de razão cinco.
Figura 2 - Lei de Sitter
Fonte: Ecivil UFES (2017).
Os problemas patológicos oriundos de uma manutenção inadequada, ou ainda pela falta total dela, têm sua origem na falta de conhecimento técnico, falta de qualificação profissional ou ainda em problemas econômicos. A falta de recursos ou de alocação de verbas para a manutenção preventiva pode vir a ocasionar problemas estruturais de maiores proporções, implicando em gastos significativos ou ainda, em último caso, na própria demolição da estrutura (SOUZA; RIPPER, 1998).
Souza e Ripper (1998) trazem ainda alguns exemplos típicos de casos em que a manutenção preventiva e periódica pode evitar problemas patológicos na estrutura, tais como limpeza e a impermeabilização das lajes de coberturas, marquises e piscinas elevadas, que se
não forem devidamente executadas, possibilitarão infiltração prolongada pela água de chuva e o entupimento de tubulações, fatores que além de implicarem a deterioração da estrutura, podem levá-la a ruína.
Nas figuras 3 e 4 são ilustradas algumas das consequências da falta de manutenção e cuidados com a impermeabilização e tubulações de uma edificação que podem acarretar em manifestações patológicas.
Figura 3 - Falhas de Impermeabilização
Fonte: Reformolar (2017).
Figura 4 - Piscina em balanço com infiltrações
2.3 MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO
2.3.1 Fissuras
Nas estruturas de concreto é muito comum o aparecimento de fissuras em seus elementos, que podem se manifestar após anos, semanas, ou até mesmo em horas com as mais diversas origens e causas. Nem sempre é fácil diagnosticá-las e por essa razão é muito importante conhecê-las, saber os motivos do seu aparecimento a fim de aplicar a terapia correta (CÁNOVAS, 1988).
Para Souza e Ripper (1998), as fissuras podem ser consideradas como a manifestação patológica característica das estruturas de concreto, sendo o dano de ocorrência mais comum e aquele que, a par das deformações muito acentuadas, mais chama atenção dos leigos na área, incluindo nesta categoria os proprietários e usuários, para o fato de que algo não está normal na estrutura.
A caracterização da fissuração como deficiência estrutural dependerá sempre da origem, intensidade e magnitude do quadro de fissuração existente, posto que o concreto, por ser material com baixa resistência à tração, fissurará por natureza, sempre que as tensões trativas, que podem ser instalados pelos mais diversos motivos, superarem a sua resistência a última tração (SOUZA; RIPPER, 1998. p. 57)
Como já citado, existem diversas origens para uma fissura e a seguir serão abordadas algumas dessas origens.
2.3.1.1 Fissuras de retração
Conforme Souza e Ripper (1998), a retração é um movimento natural da massa que é compensando pela existência de restrições opostas como as barras de armadura e vinculações com outras peças estruturais. Quando o comportamento de retração não é considerado em nenhuma das fases de construção (projeto ou execução), as chances de desenvolvimento de fissuras aumentam o que pode levar a formação de trincas que seccionam por completo peça de grande esbeltez.
Para Cánovas (1988), as retrações que podem ser hidráulicas ou térmicas, produzem redução dos elementos estruturais que se converterão em trações, em fissuras ou trincas se o elemento atingido estiver impedido de se deformar. É preciso levar em conta não
só a rigidez do elemento considerado, como também o conjunto estrutural que o elemento afeta, pois é comum que a fissuração aconteça nesses elementos que estão unidos a ele.
As retrações hidráulicas ocorrem pela perda de água do concreto devido o processo de exsudação no seu estado endurecido. A exposição da superfície do concreto a intempéries acelera esse processo (CÁNOVAS, 1988).
Já a retração térmica é provocada pelo calor que é liberado na reação de hidratação. Esta reação é chamada de exotérmica e o calor, que é liberado durante este processo, expande o concreto em um primeiro momento e, após resfriar, reduz o seu volume causando a retração (CÁNOVAS, 1988). Na figura 5 a seguir observa-se um exemplo de retração.
Figura 5 - Retração no concreto
Fonte: Fórum da Construção (2014).
2.3.1.2 Fissuras de contração plástica do concreto
As fissuras por contração plástica do concreto ocorrem ainda antes da pega do concreto, quando o concreto ainda está no seu estado plástico. Elas se originam devido à evaporação muito rápida da água utilizada em excesso na mistura do material. Nesses casos, o concreto se contrai de forma irreversível podendo acontecer imediatamente após o seu lançamento (SOUZA; RIPPER, 1998).
Este processo de fissuramento é mais comum em superfícies extensas, como lajes e paredes, com as fissuras sendo normalmente paralelas entre si e fazendo ângulo de aproximadamente 45º com os cantos, sendo superficiais, na maioria dos casos.
Entretanto, em função da esbeltez das peças em questão, elas podem vir mesmo a seccioná-las (SOUZA; RIPPER, 1998. p. 67)
2.3.1.3 Fissuras de movimentação de formas e escoramentos
Souza e Ripper (1998) apresentam dois fatores determinantes que resultam na fissuração da peça causada pela movimentação de formas e escoramentos:
a) deformação acentuada da peça, o que gera alteração da sua geometria, perda de resistência e desenvolvimento de um quadro de fissuração característico de deficiência de capacidade resistente, como é possível observar na figura 6 (a); b) deformação das formas causada por mau posicionamento, por falta de fixação
adequada, pela existência de juntas mal vedadas ou fendas, ou ainda por absorção da água do concreto. Essa deformação permite a criação de juntas de concretagem não previstas, observadas na figura 6 (b), que podem originar fissuras na peça em questão.
Figura 6 - Exemplos de fissuração por movimentação de formas e escoramentos
Fonte: Adaptado de Souza e Ripper (1998, p. 63).
2.3.1.4 Fissuras devidas ao recalque diferencial
Os recalques diferenciais originam-se em problemas na interação solo/estrutura e podem ocorrer tanto nas fases de projeto e execução, como na fase de utilização. O quadro de fissuramento gerado pela falha de um ou mais apoios da estrutura (fundação) é função de diversos fatores, sendo os principais a própria magnitude do recalque e capacidade ou não da estrutura conseguir assimilá-lo (SOUZA; RIPPER, 1998).
Souza e Ripper (1998) exemplificam um processo de fissuração em decorrência de recalque de um dos seus apoios através da figura 7. É importante ressaltar ainda que uma das melhores prevenções contra esse tipo de patologia é o conhecimento adequado do solo e da sua tensão de deformação, pois o processo de reparo e reforço de estruturas danificadas é muito trabalhoso e caro.
Figura 7 - Fissuração por recalque diferencial dos apoios
Fonte: Souza e Ripper (1998, p. 70).
2.3.1.5 Fissuras devidas a ações mecânicas
As fissuras de ações mecânicas são aquelas oriundas de ações de tração, compressão, flexão, torsão e cortante. Essas ações, quando combinadas, dificultam o diagnóstico do problema.
2.3.1.5.1 Fissuras causadas por tração
Para Cánovas (1988), as fissuras de tração são pouco frequentes no concreto armado, pois as armaduras no interior das peças impedem o aparecimento. No entanto, quando as deformações são expressivas, elas podem aparecer, em geral, coincidindo com o posicionamento dos estribos.
As fissuras de tração aparecem de maneira repentina e atravessam toda a seção, como na figura 8 apresentada.
Figura 8 - Fissura por Tração
Fonte: Souza e Ripper (1998, p. 58).
2.3.1.5.2 Fissuras causadas por compressão
Marcelli (2007) diz que as trincas provocadas por compressão em vigas e principalmente em pilares são as que mais exigem atenção e providências rápidas, uma vez que o concreto é o elemento responsável por absorver a maior parcela dos esforços de compressão. O aparecimento de fissuras pode significar que a peça está em eminência de um colapso, ou ainda que esta perdeu sua capacidade de suportar cargas e está redistribuindo os esforços para os pilares vizinhos, que por sua vez ficarão sobrecarregados e passíveis de ruptura.
As fissuras por compressão ocorrem na direção do esforço solicitante como demostrado na figura 9. Os espaçamentos entre elas podem ser muito variados e de traçados irregulares, devido à heterogeneidade do concreto, por isso, às vezes, é comum as fissuras deixarem de ser paralelas, cortando-se em ângulos agudos (CÁNOVAS, 1988).
Figura 9 - Fissuras por Compressão
Fonte: Souza e Ripper (1998, p. 58).
Cánovas (1988) apresenta que peças muito esbeltas quando submetidas à compressão podem apresentar fissuras muito perigosas em sua parte central e só em uma das faces. Essas fissuras costumam ser finas e com pouco espaçamento entre elas, podendo
indicar o início do fenômeno da flambagem da peça. Em pilares, a ocorrência de fissuras de compressão é muito perigosa, sendo sintoma precursor de um colapso imediato da zona afetada.
2.3.1.5.3 Fissuras causadas por flexão
As fissuras por flexão são as mais comuns e frequentes em estruturas de concreto armado e podem apresentar diferentes formas.
As fissuras de flexão avisam com tempo, não sendo, portanto, índice de um perigo iminente e dando, consequentemente, tempo para se tomarem medidas sobre as causas que tenham motivado, podendo ocorrer que, se a armadura de tração não superou seu limite elástico, as fissuras se fechem e desapareçam ao cessar a causa que as produziu (CÁNOVAS, 1988. p. 231).
Para Marcelli (2007), as microfissuras em laje de concreto que apresentam deformações dentro do previsto pela ABNT, são frequentes e na maioria dos casos não deve ser motivo de grandes preocupações, exceto quando ocorrem em ambientes muito agressivos, onde podem servir de porta de acesso ao ataque das armaduras por agentes corrosivos.
No entanto, Marcelli (2007) alerta que existe uma série de casos onde as deformações excessivas associadas a trincas indicam uma situação de perigo. Essas situações podem surgir quando o engenheiro calculista não fez uma avaliação correta das cargas que serão aplicadas, ou devido à deficiência dos materiais utilizados, ou ainda quando são aplicadas sobrecargas maiores que as previstas em projeto, quando da sua utilização. Em qualquer uma dessas situações irá ocorrer flechas e trincas anormais, sendo no caso de vigas e lajes uma configuração semelhante à da figura 10.
Figura 10 - Trincas de Flexão em elementos de concreto armado
Fonte: Adaptado de Marcelli (2007, p.99).
2.3.1.5.4 Fissuras causadas por torção
As fissuras de torção ocorrem quando, por alguma razão, a peça de concreto fica submetida a um esforço de rotação em relação a sua seção transversal (figura 11). Esse fenômeno é comum em vigas de eixo curvo, principalmente em sacadas, em vigas ou lajes que possuem flecha excessiva e se apoiam em outras vigas, ou ainda em lajes em balanço do tipo marquise engastada apenas na viga (Marcelli, 2007).
Figura 11 - Trincas de Torção
Marcelli (2007) explica que todas essas situações provocam uma rotação no plano da seção transversal do elemento estrutural e, quando esse esforço gera deformações acima da capacidade de suporte da peça, surgem as fissuras características de torção, que geralmente são inclinadas a 45º e aparecem nas duas faces laterais da viga na forma de segmentos de retas.
Para Cánovas (1988) os esforços de torção dão lugar a fissuras inclinadas a 45º que aparecem nas diferentes faces das peças. Esse tipo de fissura é frequente em edifícios quando existe um terraço que age como vigamento em pórticos de vãos descompensados e quando não se levou em conta o efeito de torção que se origina não se colocando as armaduras necessárias para absorvê-lo. Cánovas afirma ainda, que este caso é muito frequente na prática, pois em geral presta-se pouca atenção aos efeitos de torção.
2.3.1.5.5 Fissuras causadas pelo cortante
As fissuras originadas pelo esforço cortante decorrem do fato de que a resistência à tração da peça é muito menor do que a resistência à sua compressão. Esse tipo de esforço gera fissuras perpendiculares à tensão de tração (CÁNOVAS, 1988). A figura 12 a seguir apresenta um exemplo de fissura devido ao esforço cortante.
Figura 12 - Fissura de esforço cortante
Fonte: Souza e Ripper (1998, p. 58).
Cánovas (1988) complementa relatando que as fissuras decorrentes de esforço cortante geralmente aparecem na alma das vigas, progredindo até as armaduras para então chegar até os pontos de aplicação das cargas. Sua inclinação segue o antifunicular das cargas que atuam sobre a peça, fissurando o concreto se este não dispõe de armadura suficiente para absorver os esforços de tração solicitados, como se observa na figura 13 a seguir.
Figura 13 - Ruptura por esforço cortante de uma viga
Fonte: Cánovas (1988, p. 232).
2.3.2 Carbonatação do concreto
A Carbonatação é resultado direto da ação dissolvente do gás carbônico (CO2) presente no ar atmosférico sobre o cimento hidratado formando carbonato de cálcio, que reduz o pH do concreto a valores inferiores a 9 na escala de pH (figura 14), que vai de 0 a 14, onde 0 (zero) é o grau mais alto de acidez e 14 (quatorze) o grau mais básico. Quanto maior a quantidade de CO2 presente na superfície do concreto, menor será o pH (mais ácido) e, consequentemente, mais grossa a camada carbonatada (SOUZA; RIPPER, 1998).
Figura 14 - Escala de pH
Fonte: M Cientifica (2017).
Souza e Ripper (1998) explicam que a carbonatação em si, se ficasse restrita a uma camada de espessura inferior à da camada de cobrimento das armaduras, seria até benéfica para o concreto, pois iria aumentar as suas resistências químicas e mecânicas. Entretanto, em função da concentração de CO2, da porosidade e do nível de fissuração do concreto, a carbonatação pode atingir a armadura, corroendo-a.
Além da redução do pH, outros principais efeitos da carbonatação provenientes da precipitação do carbonato de cálcio, são a redução da permeabilidade, o aumento da resistência superficial e um grande incremento na resistividade elétrica, como efeito da neutralização da solução nos poros do concreto Santos (2015) apud Cantuária e Carmona (2005).
Segundo Poglialli (2009 apud SANTOS, 2015), o processo de carbonatação se inicia na superfície do concreto, formando uma frente de carbonatação separando em duas zonas de diferentes pH, uma com valores na faixa de 12 e a outra na faixa de 8. Essa frente avança para o interior da peça de concreto e ao atingir a armadura desestabiliza a camada protetora do aço, chamada filme óxido passivante, promovendo a despassivação da armadura, o que propicia o início de um processo de corrosão generalizada. A figura 15 representa esse avanço da frente de carbonatação em uma peça de concreto.
Figura 15 - Representação esquemática do avanço da frente de carbonatação
Fonte: Tula (2000).
2.3.3 Desagregação do concreto
A desagregação do concreto é um fenômeno que frequentemente pode ser observado nas estruturas de concreto, podendo ser causado pelos mais diferentes fatores, ocorrendo na maioria dos casos em conjunto com a fissuração (SOUZA; RIPPER, 1998).
A desagregação é um dos sintomas mais característicos da existência de ataques químicos, uma vez que o cimento vai perdendo seu caráter aglomerante, deixando os agregados livres da união que lhes proporciona a pasta (CÁNOVAS, 1988).
Deve-se entender como desagregação a própria separação física de placas ou fatias de concreto, com perda de monolitismo e, na maioria das vezes, perda também da capacidade de engrenamento entre os agregados e da função ligante do cimento. Como consequência, tem-se que uma peça com seções de concreto desagregado perderá, localizada ou globalmente, a capacidade de resistir aos esforços que a solicitam (SOUZA; RIPPER, 1998. p. 71).
O fenômeno da desagregação se inicia na superfície dos elementos de concreto com uma mudança de coloração, seguida de um aumento de espessura das fissuras entrecruzadas presentes, de um embalamento das camadas externas do concreto devido aos aumentos de volumes que se experimenta e finalmente da desintegração da massa (CÁNOVAS, 1988). A figura 16 apresenta uma peça em processo de desagregação.
Figura 16 - Desagregação do concreto
Fonte: ASAserv (2017).
Como consequência da desagregação, os materiais que compõem o concreto perdem sua coesão ao se destituir do cimento, perdendo assim suas resistências mecânicas convertendo-se em uma massa sem resistência. Uma das principais causas das desagregações são os sulfatos e cloretos que entram mais facilmente em concretos com alta porosidade. (CÁNOVAS, 1988).
2.3.4 Disgregações do concreto
Para Cánovas (1988) a disgregação do concreto se caracteriza por sua ruptura, especialmente em zonas salientes das peças. Em geral, a disgregação do concreto tem origem em esforços internos que dão lugar a fortes trações, que por sua vez a peça pode não estar
preparada para suportar. Quando a tensão de tração é maior que a tensão de ruptura, ocorrem fissuras que podem se entrecruzar, fazendo com que salte concreto que se encontra entre elas. Cánovas (1988) complementa informando que um dos motivos mais recorrentes da disgregação é a corrosão da armadura. A grande pressão exercida pela camada expansiva do óxido dá lugar a um estado tensional no concreto. As disgregações podem ainda, serem produzidas por um efeito de desagregação interna do concreto e nesse caso são muito perigosas.
2.3.5 Corrosão da armadura
A corrosão das armaduras tem sido uma das principais causas de patologia na construção civil, acarretando enormes prejuízos financeiros. Para evitar este tipo de problema, deve-se ter atenção especial às etapas que compõem uma obra, começando pela elaboração correta do projeto e terminando por uma construção primorosa (MARCELLI, 2007).
Para Cánovas (1988), as obras de concreto armado e especialmente aquelas que se situam em regiões próximas ao mar (atmosferas salinas), ou em lugares muito úmidos e com atmosferas contaminadas (regiões industriais), é muito frequente o aparecimento de fissuras devido à corrosão das armaduras. Para ele a corrosão ocorre sob dois aspectos: químico e eletroquímico conforme descrito a seguir.
a) corrosão química: Geralmente é menos comum no concreto armado, pois nela o metal reage de forma homogênea em toda a sua superfície com o meio que a rodeia, não ocorrendo reações de oxirredução e, portanto, não havendo geração de correntes elétricas.
b) corrosão eletroquímica: É a mais comum de ocorrer em estruturas de concreto armado, sendo que no geral não existe uma fronteira fixa entre corrosão química e a eletroquímica. O que ocorre é que, assim como a corrosão química ocorre em toda a superfície do aço, a eletroquímica costuma apresentar-se localizada em pontos que atuam como ânodos, embora logo se generalize. Este tipo de corrosão se apresenta principalmente quando existem heterogeneidades no aço.
O concreto é um material eminentemente básico porque em sua composição se encontram hidróxido de cálcio, sulfatos e álcalis etc, que produzem um meio com pH acima de 12, nas primeiras idades, até 13 nos concretos de mais idade. A armadura nessas condições, está num meio alcalino ideal e, portanto, o aço está em forma passiva; entretanto, por diversas causas, a passividade pode desaparecer em
pontos localizados ou completamente. No primeiro caso temos um tipo de corrosão denominada corrosão localizada ou sob tensão e no segundo, temos a corrosão generalizada (CÁNOVAS, 1988. p. 67).
Para Cascudo (1997), a armadura presente no interior do concreto em meio alcalino, está protegida do fenômeno da corrosão devido à presença de uma capa ou película protetora de caráter passivo que envolve essa armadura, chamada de proteção química. Este filme é muito aderente ao aço e bastante delgado. É composto segundo Leek & Poole (1981) apud Cascudo (1997) por óxido de ferro, formado a partir das reações de oxidação do ferro e de redução do oxigênio inicialmente presente na fase líquida dos poros de concreto.
Ainda sobre a origem da película de passivação, Helene (1981 apud Cascudo, 1997) ressalta que ela pode ser resultante da combinação da ferrugem superficial (Fe (OH)3) com o Hidróxido de cálcio (Ca (OH)2), formando o ferrato de cálcio (CaO.Fe2O3).
Como já mencionado, a película passiva é a grande defesa da armadura e a garantia que esta não sofrerá corrosão. Entretanto ela pode ser perdida, descaracterizando-se com essas duas condições segundo Cascudo (1997):
a) presença de íons de cloreto: Os quais podem advir tanto do meio externo e atingir a armadura por difusão, quanto podem já estar no interior do concreto devido à presença de aditivos aceleradores de pega e endurecimento à base de cloreto de cálcio (CaCl2).
b) diminuição da alcalinidade do concreto: Pode ocorrer devido principalmente às reações de carbonatação ou mesmo devido à penetração de substancias ácidas no concreto. Em casos especiais, a queda de alcalinidade pode ser oriunda da lixiviação do concreto.
Segundo Cánovas (1988), para que ocorra a despassivação e se inicie o processo de corrosão do aço, é preciso que apareçam causas que possibilitem a formação de correntes elétricas que contenha diferença de potencial suficiente para gerar uma pilha galvânica que desencadeie o processo corrosivo. Uma vez iniciado o processo corrosivo, este pode acelerar-se em preacelerar-sença de determinados meios e circunstâncias.
Marcelli (2007) diz que para haver corrosão, devem concorrer alguns fatores tais como, presença de oxigênio, umidade e o estabelecimento de uma célula de corrosão eletroquímica, como mostra a figura 17.
Figura 17 - Célula de corrosão eletroquímica do concreto
Fonte: MARELLI (2007, p. 83).
Para evitar a corrosão da armadura devem ser observados alguns critérios ainda na etapa de projeto da estrutura. Deve ser analisada e estudada a região onde a estrutura será inserida, objetivando definir a classe de agressividade do ambiente e com base nela, definir o cobrimento correto da armadura para cada elemento estrutural. Além desses fatores é preciso definir o tipo de concreto que será utilizado (MARCELLI, 2007).
A NBR 6118:2014 da Associação Brasileira de Normas Técnicas (2014) traz em seu escopo as definições de classes de agressividade (figura 18) e a relação desta com o tipo de estrutura e cobrimento das armaduras conforme mostra a figura 19.
Figura 18 - Classes de agressividade ambiental CAA
Figura 19 - Correspondência entre a classe de agressividade ambiental e o cobrimento nominal para Δc = 10 mm
Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas (2014).
2.4 DIAGNÓSTICO DAS ESTRUTURAS
O conhecimento das mais diversas manifestações patológicas é imprescindível para realizar um diagnóstico correto, como também para adoção das terapias adequadas. Muitas das causas das manifestações patológicas não são facilmente detectadas, ou então estão associadas a outras patologias que podem induzir a um diagnóstico errado ou impreciso (GRANATO, 2002).
Ao se observar uma manifestação patológica na estrutura de concreto armado é necessário realizar vistorias detalhadas da estrutura a fim de determinar suas reais condições, de forma a avaliar as anomalias existentes bem como suas causas e providências a serem tomadas e os melhores métodos a serem adotados para recuperação ou reforço (SOUZA; RIPPER, 1998).
As providências a adotar, e mesmo os limites a seguir quanto à avaliação da periculosidade de determinados mecanismos de deterioração, podem e devem observar a importância das estruturas em termos de resistência e durabilidade, assim como, muito particularmente, a agressividade ambiental (SOUZA; RIPPER,1998. p. 71).
Para Bertolini (2010), a inspeção é necessária para o diagnóstico do estado da conservação das construções, como a verificação da estabilidade e da segurança das estruturas, a previsão da vida residual e o projeto das intervenções de restauração. Este estudo
deve compreender a avalição, tanto das características originais dos materiais utilizados, como do seu estado de conservação atual.
Granato (2002) relata que os procedimentos relacionados com a inspeção de uma estrutura podem implicar em um trabalho simples em alguns casos, como também podem necessitar de um trabalho investigativo complexo, dependendo da magnitude e natureza do problema.
Souza e Ripper (1998) trazem uma metodologia genérica para a realização da inspeção de estruturas convencionais, divididas nas etapas seguintes.
a) levantamento de dados; b) análise de dados;
c) diagnóstico.
Na etapa de levantamento de dados, deve ser verificada a classificação de agressividade do meio em relação à estrutura, além da realização de outras verificações, tais como: o levantamento visual da estrutura, estimando possíveis danos e se necessário medidas de emergência; levantamento detalhado dos sintomas patológicos com avaliação de agentes agressores, fissuras etc.; identificação dos possíveis erros quanto à concepção, execução ou ainda quanto à utilização; realização de ensaios especiais.
A segunda etapa, que é a análise de dados, deve permitir que o analista compreenda o comportamento da estrutura, como surgiram e se desenvolveram os problemas patológicos. Já a última etapa, a do diagnóstico, depende de uma série de fatores (econômicos, técnicos, segurança e conforto), poderá levar o analista a diferentes conclusões, já que o fator custo-benefício poderá indicar a inviabilidade da recuperação ou reforço da estrutura.
2.5 ENSAIOS DE DIAGNÓSTICO DOS PROBLEMAS PATOLOGICOS
Os ensaios de diagnóstico ou informativo visam fornecer as informações básicas necessárias à elaboração de um parecer sobre as causas que foram responsáveis por danos a uma determinada estrutura.
Para Cánovas (1988), os ensaios informativos têm a finalidade de determinar a qualidade de uma estrutura, sendo a necessidade de realização de ensaios motivada pelos seguintes fatores:
a) resistência estimada do concreto inferior à característica;
b) mudança do uso da estrutura, ocasionando solicitações superiores sobre os elementos estruturais;
c) comportamento inadequado de uma estrutura em serviço, apresentando deficiências, fissuras ou deformações funcionais superiores às do projeto original;
d) determinação da capacidade residual de uma estrutura que sofreu uma ação perigosa acidental, tal como: incêndio, sobrecarga eventual não prevista, impacto por acidente.
Para todos os casos, Cánovas aponta que é preciso observar atentamente as metodologias aplicadas aos ensaios pertinentes a fim de obterem-se sempre os resultados mais confiáveis possíveis.
A seguir serão apresentados alguns dos ensaios de diagnósticos utilizados com recorrência.
2.5.1 Ensaio de Pacometria
O ensaio de Pacometria tem como objetivo detectar a presença de armadura dentro de peças de concreto armado, mostrando a localização e a disposição das barras de aço nos elementos estruturais, sem a necessidade de destruição das peças em análise.
Para Santos (2008 apud Sahuinco, 2011), a detecção de armaduras, bem como do seu cobrimento de concreto, pode ser realizada usando um aparelho chamado pacômetro. Este ensaio baseia-se na leitura da interação entre as armaduras e a baixa frequência de um campo eletromagnético criado pelo próprio aparelho. A partir dos dados coletados (intensidade e frequência) é possível localizar as barras de aço, assim como estimar o diâmetro e cobrimento das respectivas armaduras.
Essas informações são de suma importância para definir quais são os principais cuidados a serem tomados em casos de demolições de peças e também para auxiliar a execução de outros ensaios.
A metodologia deste ensaio basicamente consiste primeiramente na calibração do aparelho e na sequência percorrer com a sonda pontos previamente marcados, identificando por sinal sonoro a existência de armadura nas proximidades do ponto, fazendo-se desta forma
a leitura do cobrimento da armadura e o espaçamento entre elas (SAHUINCO, 2011). Na figura 20 observa-se o posicionamento e a realização da leitura do aparelho.
Figura 20 - Posicionamento e leitura do Pacômetro.
Fonte: Companhia RBM (2017).
2.5.2 Ensaio de Potencial de Corrosão das Armaduras
Conforme citado no item 2.3.5, a corrosão das armaduras em uma estrutura de concreto ocorre através do processo eletroquímico resultando em uma diferença de potencial entre as superfícies.
Com este ensaio pode-se levantar ou monitorar de tempos em tempos os possíveis estados de corrosão e sua evolução, antes que ocorra a perda de seção das armaduras, gerando consequentemente os desplacamentos da camada de recobrimento do concreto e o comprometimento da estrutura (Fonseca, [2012]).
Para Andrade (1992), o potencial eletroquímico de corrosão das armaduras imersas no concreto é uma grandeza que indica aproximadamente a situação da corrosão ou passividade destas. As informações fornecidas são meramente qualitativas e devem ser utilizadas como complemento de outros ensaios e nunca de forma isolada e absoluta.
O ensaio consiste na determinação da diferença de potencial elétrico entre o aço das armaduras e um eletrodo de referência que é colocado junto com a superfície do concreto. Atualmente o equipamento mais utilizado para determinação do potencial de corrosão em estruturas de concreto é a pilha CPV-4. O conjunto desta pilha contém um voltímetro, cabos (positivos e negativos) e um eletrodo de cobre-sulfato de cobre, como se vê na figura 21 a seguir.
