CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
PATOLOGIA DE ESTRUTURAS DE CONCRETO
ARMADO
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
Camila Freitas dos Santos
Santa Maria, RS, Brasil
2014
Camila Freitas dos Santos
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da
Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para a
obtenção do grau de
Engenheiro Civil.
Orientador: Prof. José Mario Doleys Soares
Santa Maria, RS, Brasil
2014
Universidade Federal De Santa Maria
Centro De Tecnologia
Curso De Graduação Em Engenharia Civil
A Comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova o Trabalho de
Conclusão de Curso
PATOLOGIA DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO
elaborado por
Camila Freitas dos Santos
como requisito parcial para obtenção do grau de
Engenheiro Civil
COMISSÃO EXAMINADORA:
José Mario Doleys Soares, Dr.
(Presidente/Orientador)
Talles Augusto Araujo (UFSM)
Carlos José Marchesan Kummel Félix (UFSM)
Dedico este trabalho à minha família, por sua capacidade de acreditar e investir em mim. Aos amigos e colegas, pelo incentivo e apoio constantes.
Quero agradecer, em primeiro lugar, a Deus, pela força e coragem durante toda esta caminhada.
A todos da minha família que, de alguma forma, incentivaram-me na constante busca pelo conhecimento. Em especial aos meus pais, Luiz e Vera, pelo amor, incentivo e apoio incondicional, que não mediram esforços para que eu chegasse até esta etapa de minha vida. Aos meus irmãos Carine, Carla e Carlos, pela ajuda, companheirismo e confiança que sempre me deram durante toda a minha jornada. Agradeço também aos meus cunhados Rogério e Izaias, pela força, motivação e conselhos que sem dúvidas foram e serão imprescindíveis para minha vida pessoal e profissional.
Aos meus amigos Douglas, Zelina, Sibele, Tiago, Alan, Bruno, colegas de trabalho do HUSM, Éder, Selaine e Patrícia, pela amizade e carinho, por compreenderem meu sumiço, por estarem sempre ao meu lado participando das minhas tristezas, angústias e ansiedades nos momentos mais delicados e pelas risadas nos momentos felizes.
Aos meus colegas de graduação Taís, Verónica, Melissa, Fernando, Diego, Franciele, Thiago e Glaucio, que dividiram comigo as dificuldades e os prazeres da vida acadêmica, desfrutando momentos de descontração, aprendizado, motivação e amizade.
Ao Prof. Dr. José Mario, pela orientação, paciência, disponibilidade de tempo e material, empenho e sabedoria que muito me auxiliou para a conclusão deste trabalho. A todos os mestres e engenheiros que me ensinaram, incentivaram e ajudaram, contribuindo assim para o meu crescimento.
A todos que direta ou indiretamente fizeram parte da minha formação, o meu muito obrigado.
RESUMO
Universidade Federal de Santa Maria
PATOLOGIA DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO
A
UTOR:C
AMILAF
REITASD
OSS
ANTOSO
RIENTADOR:J
OSÉM
ARIOD
OLEYSS
OARESData e Local da Defesa:
Santa Maria, 19 de dezembro de 2014.
O presente trabalho tem como objetivo analisar as principais manifestações patológicas encontradas nas estruturas de concreto armado e abordar estudos de caso de problemas patológicos para, com base nas bibliografias consultadas e estudadas, diagnosticar possíveis causas e sugerir soluções de correção para tais processos deteriorantes. Primeiramente, visa à discussão e apresentação das principais causas, origens e natureza dos defeitos encontrados nestas estruturas, procurando identificá-las e corrigi-las, tendo como referência as normas de concreto, utilizando métodos e ensaios corretos a fim de garantir segurança e estabilidade das estruturas. Em seguida, faz-se um estudo sobre as manifestações patológicas em pilares de concreto armado e o mecanismo de ocorrência das mesmas, apontando o correto diagnóstico dos problemas, buscando formas adequadas de reabilitação sem prejudicar a estética e o comportamento estrutural, garantindo reforço e resistência mecânica necessária para a utilização da estrutura de forma segura para seus moradores. Por fim, faz-se a análise dos resultados dos estudos realizados, identificando-se as manifestações patológicas mais incidentes nas estruturas de concreto armado.
Palavras-chave: Patologia, Estrutura, Concreto Armado, Pilares.
LISTA DE FIGURAS
Figura 2 – Incidências e origens de manifestações patológicas... 17
Figura 3 - Falha na execução de pilar... 19
Figura 4 - Manifestações patológicas em estruturas de concreto armado... 19
Figura 5 - Representação esquemática de um modelo de equilíbrio de uma estrutura... 21 Figura 6 - Guarda-rodas rompido por impactos de veículos em viaduto de Belo Horizonte, MG... 22 Figura 7 - Pilares de estacionamento constantemente sujeitos a impactos por Veículos... 23
Figura 8 - Revestimento de borracha para proteger pilares de estacionamento... 23
Figura 9 - Agentes físicos de deterioração do concreto... 24
Figura 10 - Ação destruidora do fogo em edifício de concreto armado na Espanha.... 26
Figura 11 - Incêndio ocorrido em viaduto em São Paulo/SP, em 1998, conforme (a) e (b). ... 26 Figura 12 - Desgaste superficial por abrasão em pavimento de concreto... 27
Figura 13 - Desgaste por abrasão em pavimento de estacionamento de supermercado... ... 27 Figura 14 - Desgaste superficial por erosão em galeria pluvial em Belo Horizonte (MG) ... ... 28
Figura 15 - Evolução do desgaste superficial por erosão: movimento relativo do líquido e/ou atrito de partículas suspensas contra a superfície do concreto... 28
Figura 16 - Rebaixo brusco responsável pela implosão de bolhas de vapor na cavitação... 29
Figura 17 - Implosão de minúsculas bolhas de cavitação próximas à superfície do concreto... 29
Figura 18 - Efeitos da implosão das bolhas de cavitação em bacia de dissipação... 30
Figura 19 - Agentes químicos de deterioração do concreto... 31
Figura 20 - Efeito de alguns produtos químicos comuns sobre o concreto... 31
Figura 21 - Ataque de ácido sulfúrico ao concreto no interior de tubulação de esgoto... 32
Figura 22 - Pilar de concreto deteriorado pelo ataque de sulfatos... 33
Figura 23 - Estrutura de concreto armado deteriorada pelo ataque de sulfatos... 34
Figura 24 - Requisitos para o concreto exposto aos sulfatos... 34
Figura 25 - Caracterização dos graus de severidade de ataque dos concretos expostos a sulfatos... 35
Figura 26 - Desenvolvimento da reação álcalis-agregado no concreto... 36
Figura 27 - Reação álcali-agregado em blocos de fundação de edifícios em Recife-PE... ... 36
Figura 28 - Lixiviação da pasta do cimento. ... 38
Figura 29 - Pilar sobre o mar, após 10 anos de construção, deterioração por ataque da água do mar... ... 39 Figura 30 - Modelo do processo de carbonatação pela difusão do CO2 através dos poros do concreto... ... 40
Figura 31 - Avanço do processo de Carbonatação... 40
Figura 32 - Classificação da agressividade do ambiente... 41
Figura 33 - Influência da umidade relativa no grau de carbonatação... 41
Figura 34 - Teor de umidade dos poros do concreto em função da umidade do ambiente... 42
Figura 35 - Fenolftaleína aplicada em corpo de prova... 43
concreto, o consumo do cimento, a relação a/c e a umidade do ambiente... 45
Figura 38 - Representação esquemática da corrosão do aço no concreto... 46
Figura 39 - Lascamento e destacamento do concreto na região anódica da pilha eletroquímica... ... 47
Figura 40 - Tipos de corrosão e fatores que os provocam... 47
Figura 41 - Fases da instalação da corrosão em uma barra de armadura... 48
Figura 42 - Perda de seção na barra de aço devido à corrosão eletroquímica... 48
Figura 43 – Elementos estruturais com perdas de seção de aço em Montevidéu... 49
Figura 44 - Ninhos e segregações no concreto... 50
Figura 45 - Fissuração por retração plástica do concreto fresco... 51
Figura 46 - Trinca típica presente no topo da parede paralela ao comprimento da laje... 52
Figura 47 - Fissuração típica em viga subarmada solicitada à flexão... 54
Figura 48 - Fissuras de cisalhamento em viga solicitada à flexão... 54
Figura 49 - Trinca de cisalhamento no painel, devido recalque diferencial... 55
Figura 50 - Trincas de flexão devido ao carregamento desbalanceado em suas fundações contínuas... 55
Figura 51 - Fluxograma de diagnóstico... 56
Figura 52 - Limpeza da armadura e do substrato por meio de jateamento de alta pressão, em (a) e (b)... 57
Figura 53 - Limpeza do aço corroído através de escova com cerdas de aço, em (a) e (b)... 58
Figura 54 - Remoção de concreto por corte... 59
Figura 55 - Aspecto final da cavidade na intervenção de corte de concreto ... 59
Figura 56 - Preparação da fenda para procedimento de injeção... 61
Figura 57 - Processo de injeção de fissuras... 61
Figura 58 - Selagem de fendas com abertura entre 10 mm e 3 mm... 62
Figura 59 - Selagem de fissuras... 62
Figura 60 – Pilares de fachada em forma de bumerangue... 67
Figura 61 - Desagregação do concreto transforma vínculos em rótulas... 68
Figura 62 - Reforço nos pés dos pilares tipo “bumerangue” da fachada frontal... 69
Figura 63 - Viga piso garagem... 70
Figura 64 – (a) Armadura de pilar soltos e junta de concretagem com papel – sacos de cimento, (b) Viga com estribos cortados e dobrados e falta de espaçadores para armaduras, (c) Brocas, bicheiras e falhas de concretagem e armadura exposta do pilar... 70
Figura 65 – (a) Pilar com trechos com seção descontínua, (b) Viga com estribos cortados e dobrados e armadura de pilar também dobrada, (c) Junta de concretagem com saco de cimento e ferragens de viga e pilar dobradas... 71
Figura 66 - Escoramento sob a laje da garagem... 71
Figura 67 – Pilar de apoio da viga colmatado... 72
Figura 68 – (a) Base de tubulão típico ᶲf=60cm e ᶲb=100cm, (b) Tubulão deslocado em relação ao pilar, (c) Tubulão sem abertura de base... 72
Figura 69 – (a) Pilar apoiado sobre vigas – sem fundações, (b) Encontro faturado da viga da figura, (c) Execução de tubulão sob pilar das figuras... 73
Figura 70 – (a), (b) Viga sobre a qual um pilar foi construído, (c) Abertura da viga das figuras... 74
Figura 71 – (a) Pilar rompido, (b) Instalação de armaduras de reforço, (c) Pilar já reforçado... 74
Figura 72 – (a) Novo pilar sobre a viga da fachada; (b) Pilar envolvido para cura do
concreto; (c) Outro pilar novo, construído sob a viga da fachada... 75
Figura 73 – (a) Medição do Potencial de Corrosão através do eletrodo de Cobre/Sulfato de Cobre; (b) Medida da profundidade de carbonatação, através da aspersão de solução de fenolftaleína; (c) Detalhe da elevada taxa de armadura... 76
Figura 74 - Corrosão dos pilares da fachada... 77
Figura 75 - Corrosão generalizada e desplacamento do cobrimento... 78
Figura 76 – (a) Fissuras verticais, formadas ao longo da barra de canto da armadura do pilar, devido ao processo expansivo do metal, (b) Pilares com estribos parcialmente rompidos e armaduras longitudinais soltas... 78
Figura 77 - Medidor de potenciais... 79
Figura 78 – Corte e escarificação da área de concreto afetada... 80
Figura 79 - Limpeza dos resíduos do corte e escarificação... 80
Figura 80 - revestimento de argamassa cimentícia... 81
Figura 81 - Distribuição de obras conforme forma de uso... 82
Figura 82 - Distribuição de obras conforme área de entorno... 83
Figura 83 - Incidência das manifestações patológicas nas estruturas de concreto... 84
1 INTRODUÇÃO
... 12 1.1 Justificativa... 13 1.2 Objetivo geral... 13 1.3 Objetivos específicos... 13 1.4 Metodologia... 14 1.5 Estrutura do trabalho... 142 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
... 152.1 Conceito de patologia de estruturas de concreto armado... 15
2.2 Patologia gerada na etapa de concepção da estrutura (projeto)... 18
2.3 Patologia gerada na fase de execução da estrutura (construção)... 18
2.4 Patologia gerada na fase de utilização da estrutura (manutenção)... 20
2.5 Fatores de degradação do concreto... 20
2.5.1 Principais processos de degradação... 20
2.5.2 Causas mecânicas de deterioração... 22
2.5.3 Causas físicas de deterioração... 23
2.5.4 Causas químicas de deterioração... 30
2.5.5 Causas eletroquímicas de deterioração – corrosão das armaduras... 46
2.6 Principais manifestações patológicas nas estruturas de concreto ... 49
2.6.1 Ninhos de concretagem/segregação do concreto... 49
2.6.2 Fissuras de assentamento plástico... 50
2.6.3 Fissuras de retração por secagem... 51
2.6.4 Fissuras por movimentação térmica... 51
2.6.5 Fissuras devido ao detalhamento insuficiente do projeto e falhas de execução... 52
2.6.6 Fissuras devido aos carregamentos... 53
2.6.7 Fissuras devido a recalques de fundações... 54
2.7 Técnicas de recuperação de estruturas de concreto armado... 55
2.7.1 Etapas de recuperação... 56
2.7.2 Tratamento de fissuras: injeção selagem e grampeamento... 60
2.7.3 Reparos superficiais... 2.7.4 Reparos semi-profundos... 62 63 2.7.5 Reparos profundos... 63
2.7.6 Alternativas para reparos em processos corrosivos... 64
3 ESTUDO DE CASO – PATOLOGIA EM PILARES DE
CONCRETO ARMADO
... 663.1 Caso 1 – Desagregação e Corrosão das Armaduras... 66
3.2 Caso 2 – Fissuração e Rompimento... 69
3.3 Caso 3 – Corrosão das Armaduras dos Pilares... 75
3.4 Caso 4 – Corrosão Generalizada dos Pilares... 77
4 ANÁLISE DE RESULTADOS
... 825 CONCLUSÕES...
86REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...
88Desde o início da civilização o homem vem utilizando materiais naturais como elementos constituintes da construção civil. Porém, com o passar dos anos, tem-se preocupado cada vez mais com a estabilidade e segurança das edificações e com o desenvolvimento de materiais, técnicas e métodos, consolidando cada vez mais a tecnologia das construções, abrangendo a análise, o cálculo e o detalhamento das estruturas bem como as respectivas técnicas construtivas. Esses processos de alterações e aprimoramento proporcionaram, dentro de certos limites, a construção de estruturas adaptadas as necessidades dos usuários, sejam elas habitacionais, laborais ou de infra-estrutura (SOUZA E RIPPER, 1998).
Os problemas patológicos não se restringem apenas as estruturas consideradas “velhas”. Estruturas bem projetadas e executadas, e corretamente utilizadas também podem apresentar desempenho insatisfatório. Porém, com o desenvolvimento do conhecimento dos processos destrutivos, equipamentos e técnicas de observação de estruturas e levando em conta a grande evolução tecnológica ficou possível diagnosticar com precisão a maioria dos problemas patológicos.
A ocorrência de um problema patológico está associada a falhas ocorridas durante a realização de uma ou mais etapas da construção, seja no projeto, na execução ou na utilização da edificação e podem manifestar-se após o início da obra, durante a realização, a fase de uso ou após anos de conclusão da obra. Com o intuito de identificar e classificar corretamente estas anomalias surge a Patologia das Estruturas a qual se ocupa do estudo das origens, causas, sintomas e dos mecanismos de ocorrência dos problemas nas construções civis.
O conhecimento do problema patológico, medidas preventivas na fase de projeto e cuidados na execução são de fundamental importância para sua correção. Assim sendo, uma obra de Engenharia não está apenas relacionada ao seu usuário direto, mas sim a coletividade a qual se insere e, assim, às exigências quanto à satisfação do cliente com relação à obra que devem ser atendidas, quer seja de natureza programática, quer sejam exigências essenciais de construção.
O presente trabalho busca a apresentação do tema patologia das estruturas de concreto armado presente na maioria das edificações devido aos erros que podem ocorrer durante a concepção da estrutura, podendo se originar durante os estudos preliminares, na execução do anteprojeto, ou durante a elaboração do projeto executivo.
A escolha por este tema se justifica pela escassez de mão de obra qualificada nas diferentes áreas profissionais ligada à construção civil o que tem feito com que muitas estruturas apresentem uma série de fatores que contribuem para a degradação das estruturas, tais como desempenho insatisfatório devido às falhas involuntárias, imperícia, má utilização dos materiais, envelhecimento natural, erros de projeto, entre outros.
1.2 Objetivo geral
Este trabalho tem por objetivo fazer uma revisão bibliográfica sobre o tema patologia das estruturas de concreto armado.
1.3 Objetivos específicos
- Analisar manifestações patológicas originadas no concreto armado, suas causas,
prevenção e recuperação, visando seu melhor desempenho de uma forma geral.
- Pesquisar as principais ocorrências dos problemas patológicos de estruturas de concreto armado, revisando bibliograficamente os métodos de análise de tais problemas.
- Mostrar a identificação, descrição e a solução de problemas ocorridos em estruturas de concreto armado direcionado a pilares.
patologias de estruturas de concreto armado.
A revisão dá ênfase especial à patologia de estruturas de concreto, englobando causas, forma de manifestação, prevenção e cuidados especiais, manutenção e inspeção. Também aborda casos de patologia vinculados a estruturas de concreto.
1.5 Estrutura do trabalho
No capítulo 1 é apresentada uma introdução, os objetivos, a justificativa, a estrutura e a metodologia do trabalho.
O capítulo 2 é constituído de uma revisão bibliográfica, que inicia apresentando um estudo sobre as manifestações patológicas que atacam as estruturas de concreto armado como, por exemplo: carbonatação, contaminação por cloretos, corrosão das armaduras e outros. Em seguida, é mostrada uma descrição a estrutura de alguns métodos de inspeção, utilizados atualmente.
No capítulo 3 apresentam-se alguns casos de levantamentos de manifestações patológicas em edificações, suas causas e formas de recuperação.
No capítulo 4 é feita uma discussão dos dados levantados, a apresentação e análise dos resultados, bem como sugestões para a solução de alguns dos problemas patológicos apresentados.
No capítulo 5 são apresentadas as conclusões.
2.1 Conceito de patologia de estruturas de concreto armado
O crescimento muito acelerado da construção civil provocou a necessidade de inovações, trazendo também a aceitação de certos riscos, que demandam um maior conhecimento sobre estruturas e materiais. Esse aprendizado provém das análises dos erros acontecidos, que têm resultado em deterioração precoce ou acidentes. Apesar disto tudo, tem sido constatado que algumas estruturas acabam por ter desempenho insatisfatório, confrontando-as com os objetivos as quais se propunham (SOUZA E RIPPER, 1998).
Entende-se por Patologias do Concreto Armado a ciência que estuda as causas, mecanismos de ocorrência, manifestações e conseqüências dos erros nas construções civis ou nas situações em que a edificação não apresenta um desempenho mínimo preestabelecido pelo usuário.
O concreto armado requer certos cuidados na sua preparação, visando assegurar sua vida útil e desempenho. A correta execução e uso envolvem estudo do traço, dosagem, manuseio e cura adequados e a manutenção periódica e a prevenção contra agentes agressivos. A maioria das patologias nas edificações ocorre em consequência de falhas de execução e pela falta de controle de qualidade, comprometendo a segurança e a durabilidade do empreendimento. Os problemas patológicos surgem devido a essas falhas, as quais ocorrem durante uma ou mais etapas das atividades inerentes à construção civil: concepção/projeto, execução e utilização.
Para a etapa de concepção, exige-se a garantia de plena satisfação do cliente, de facilidade de execução e de possibilidade de adequada manutenção; já a etapa de execução, deverá garantir o fiel atendimento ao projeto, e para a etapa de utilização, é necessário garantir a satisfação do utilizador e a possibilidade de extensão da vida útil da obra, assegurando segurança e qualidade à construção.
No caso das estruturas, vários problemas patológicos podem surgir em virtude do que já foi comentado. Uma fiscalização deficiente relacionada a uma baixa capacitação dos profissionais envolvidos pode levar a graves erros em determinadas atividades, como a implantação da obra, escoramento, formas, posicionamento, qualidade das armaduras e concretagem, desde a sua fabricação até a cura. Botelho (1996) afirma que:
[...] a ocorrência de problemas patológicos cuja origem está na etapa de execução é devida, basicamente, ao processo de produção que é em muito prejudicado por refletir de imediato os problemas socioeconômicos, que provocam baixa qualidade técnica dos trabalhadores menos qualificados, como os serventes e os meio-oficiais, e mesmo do pessoal com alguma qualificação profissional (BOTELHO 1996, p.43).
Também é valido ressaltar que a maioria dos materiais e componentes tem sua qualidade e forma de aplicação normatizada. Entretanto, o sistema de controle tem-se mostrado bastante falho, e o método para a fiscalização e aceitação dos materiais normalmente não é aplicado, demonstrando a fragilidade e a má organização da indústria da construção.
Com tudo isso, as patologias podem ocorrer numa estrutura tanto na fase de construção como durante o período de pós entrega e uso. As condições apresentadas por uma estrutura que favoreça o aparecimento dessas manifestações patológicas são de responsabilidade do projetista, enquanto que o construtor responderá pelas falhas construtivas por inconformidade em relação ao projeto, com as normas de execução ou com a escolha de material inadequado. Porém, toda estrutura necessita de manutenção durante sua vida útil e a má conservação também é um fator para o surgimento de patologias, sendo então o usuário responsável pela durabilidade dessa estrutura.
A figura 1 mostra os resultados de estudo de Fortes (1994) sobre a distribuição da origem de problemas patológicos conforme as etapas desde o projeto até o uso de estruturas de concreto armado.
Figura 1 - Fatores de problemas patológicos segundo Fortes (1994), modificado.
A figura 2 apresenta resultados relacionados com incidências e origens de manifestações patológicas, segundo estudo de Piancastelli (2014).
Pode-se observar que a etapa de execução é a que apresenta grande concentração de
ocorrências de patologias, diferente do encontrado por Fortes (1994).
Figura 2 – Incidências e origens de manifestações patológicas. (Fonte: Piancastelli (2014))
2.2 Patologia gerada na etapa de concepção da estrutura (projeto)
As dificuldades técnicas e o custo para solucionar um problema patológico, oriundo de uma falha de projeto, estão relacionados com a rapidez com que essa falha é solucionada. Uma falha originada no estudo preliminar necessita de uma solução muito mais complexa do que uma que venha a ocorrer na fase de projeto.
Por outro lado, constata-se que as possíveis causas de falhas ocorridas durante a etapa de projeto são originadas de um estudo preliminar deficiente ou de anteprojetos equivocados, o que contribui para o encarecimento processo de construção, ou por transtornos relacionados a utilização da obra. Falhas ocorridas na realização do projeto final geralmente são as
inadequados (deficiência no cálculo da estrutura, equívoco na avaliação da resistência do solo, má definição do modelo analítico); falta de compatibilidade entre a estrutura e a arquitetura, bem como os demais projetos civis; especificação inadequada de materiais; detalhamento insuficiente ou errado; erros de dimensionamento.
2.3 Patologia gerada na fase de execução da estrutura (construção)
Após a concepção do projeto, inicia-se a etapa de execução, ou seja, o planejamento da edificação, onde devem ser tomados todos os cuidados necessários para o bom andamento da obra, como programação de atividades, correta distribuição do canteiro de obras e boa previsão de compras.
Assim, iniciado o processo de construção, as falhas podem ocorrer de diversas formas, tais como: condições de trabalho inadequadas, mão-de-obra desqualificada, inexistência de controle de qualidade, má qualidade de materiais, irresponsabilidade técnica.
Segundo Souza e Ripper (1998), quando se trata de obras de edificação habitacional, alguns erros são grosseiros e saltam a vista. Dentre eles pode-se citar: falta de prumo, esquadro e alinhamento de partes estruturais e alvenaria, desnivelamento de pisos, falta de caimento correto em pisos com uso freqüente de água, assentamento excessivamente espesso de revestimentos cerâmicos e flechas excessivas em lajes.
A ocorrência de falhas na fase de execução (figuras 3 e 4) é devida basicamente ao processo de produção, que reflete os problemas socioeconômicos, que por sua vez provocam baixa qualidade técnica dos trabalhadores menos qualificados e até mesmo da equipe que possui certa qualificação profissional.
Figura 3 - Falha na execução de pilar
(Fonte: http://arci53.blogspot.com.br/2008/08/vazios-de-concretagem.html)
Figura 4 - Manifestações patológicas em estruturas de concreto armado.
(Fonte: Araujo (2014))
2.4 Patologia gerada na fase de utilização da estrutura (manutenção)
Para uma estrutura apresentar um bom desempenho deve ser observado o correto uso para a qual foi projetada, especialmente quanto aos carregamentos e possível presença de materiais ou elementos agressivos ao concreto armado. Um adequado planejamento de
suscetível de desgaste, a fim de evitar problemas patológicos sérios e, em alguns casos, a própria ruína da estrutura.
Problemas patológicos ocasionados por manutenção inadequada, ou pela falta de manutenção, têm sua origem no desconhecimento técnico, na incompetência e em problemas econômicos.
2.5 Fatores de degradação do concreto
2.5.1 Principais processos de degradação
A deterioração do concreto ocorre muitas vezes como resultada de uma combinação de diferentes fatores externos e internos. Os processos de degradação alteram a capacidade de o material desempenhar suas funções e nem sempre se manifestam visualmente, podendo apresentar sintomas tais como a fissuração, o destacamento e a desagregação. São agrupados de acordo com a sua natureza em mecânicos, físicos, químicos, biológicos e eletromagnéticos.
A Tabela 1 apresenta os principais fatores e agentes de degradação do concreto.
A figura 5 apresenta um esquema de modelo de equilíbrio de uma estrutura de concreto armado onde são considerados os fatores relativos à durabilidade (SELINGER, 1992).
(Fonte: Fortes (1994), modificado)
Figura 5 - Representação esquemática de um modelo de equilíbrio de uma estrutura
(Fonte: SELINGER, 1992)
Segundo Souza e Ripper (1998), as causas desse tipo de deterioração são devidas às solicitações mecânicas sofridas pelas estruturas de concreto, tais como: choques e impactos (por veículos, por exemplo, figura 6), recalque diferencial nas fundações e acidentes imprevisíveis (inundações, grandes tempestades, explosões e abalos sísmicos). Além de diminuir a resistência da estrutura, facilitam a entrada de agentes agressivos danificadores, principalmente quando o concreto e a armadura ficam expostos devido ao impacto das solicitações. As estruturas normalmente afetadas são: guarda-corpos, guarda-rodas de viadutos, pilares de garagem e fundações.
Em pilares de garagem pode-se adotar como medida preventiva fazendo revestimento de borracha até certa altura para protegê-lo contra o choque de veículos (figuras 7 e 8).
Figura 6 - Guarda-rodas rompido por impactos de veículos em viaduto de Belo Horizonte, MG
(Fonte: SANTOS, 2012)
(Fonte: SANTOS, 2012)
Figura 8 - Revestimento de borracha para proteger pilares de estacionamento
(Fonte: SANTOS, 2012)
2.5.3 Causa físicas de deterioração
A Figura 9 mostra um esquema das principais causas físicas de deterioração do concreto relacionadas aos efeitos dos carregamentos estruturais, mudanças de volume e exposição a variações extremas de temperatura.
Figura 9 - Agentes físicos de deterioração do concreto
(Fonte: METHA; MONTEIRO, 1994, p. 128)
a) Deterioração por ação de gelo-degelo
Este tipo de deterioração ocorre em regiões de clima frio, onde existem ciclos frequentes de congelamento e degelo, requerendo altos gastos para reparo e substituição.
As causas da deterioração podem ser relacionadas à complexa microestrutura do concreto, bem como das condições ambientais, em particular do número de ciclos de gelo-degelo, da velocidade de congelamento e da temperatura mínima atingida. Se o congelamento ocorrer após o endurecimento do concreto, a expansão devido ao congelamento da água resultará em perdas significativas de resistência. Quando o concreto endurecido é exposto a baixas temperaturas, a água retida nos poros capilares congela e expande. Ao descongelar, há um acréscimo expansivo nos poros, causando uma pressão de dilatação que provoca fissuração do concreto, e consequentemente a sua deterioração.
A degradação do concreto pode também ocorrer pela aplicação de sais de degelo, como os cloretos de cálcio e de sódio, que em contato com o concreto promove um agravamento da degradação em função dos mecanismos de corrosão das armaduras.
A aplicação do sal produz uma diminuição da temperatura na superfície do concreto causando um choque térmico, além de tensões internas que podem provocar fissuras devido à diferença de temperatura entre a superfície e o interior do concreto.
b) Deterioração por ação do fogo
O concreto, comparado à madeira e ao plástico, apresenta bom comportamento diante do fogo, pois é incombustível e não emite gases tóxicos quando exposto a altas temperaturas. Diferentemente do aço, possui resistência suficiente por períodos longos quando exposto a altas temperaturas, permitindo assim operações de resgate pela redução de risco de colapso estrutural. Na prática, exige-se que o concreto preserve seu comportamento estrutural durante um período de tempo estabelecido, denominado período de resistência ao fogo.
A temperatura pode alterar a cor do concreto feito com agregado silicoso ou calcário. A mudança de cor é permanente, podendo-se estimar a temperatura máxima atingida durante a exposição do concreto ao fogo e a sua resistência residual.
Muitos fatores influenciam na resistência do concreto ao fogo, cuja composição é importante, pois tanto a pasta de cimento como os agregados possuem componentes que se decompõem ao serem aquecidos. A permeabilidade do concreto, a taxa de aumento da temperatura e o tamanho da peça são significantes porque controlam o desenvolvimento de pressões internas dos produtos gasosos de decomposição. As Figuras 11 e 12 mostram aspectos de um prédio de concreto armado, na Espanha, totalmente danificado pela ação de fogo e de viaduto com severos danos.
Figura 11 - Ação destruidora do fogo em edifício de concreto armado na Espanha.
(Fonte: http://www.dcc.ufpr.br/wiki/images/0/01/TC031_Durabilidade.pdf)
(a) (b)
Figura 12 - Incêndio ocorrido em viaduto em São Paulo/SP, em 1998, conforme (a) e (b).
(Fonte: http://www.dcc.ufpr.br/wiki/images/0/01/TC031_Durabilidade.pdf)
c) Deterioração por desgaste superficial
A perda progressiva de massa de uma superfície de concreto pode ocorrer devido a abrasão, erosão ou cavitação.
A abrasão é a perda gradual e continuada da argamassa superficial e de agregados em uma área limitada, que se dá pelo mecanismo de fricção ou atrito, proveniente do tráfego de
pessoas, veículos e até mesmo pela ação do vento. Esse tipo de desgaste é comum em pisos industriais ou em pavimentos rodoviários ou calçadas (figuras 12 e 13).
Figura 12 - Desgaste superficial por abrasão em pavimento de concreto
(Fonte: AGUIAR, 2006)
Figura 13 - Desgaste por abrasão em pavimento de estacionamento de supermercado
(Fonte: http://www.dcc.ufpr.br/wiki/images/0/01/TC031_Durabilidade.pdf)
A erosão é originada pela ação da água em movimento, que arrasta partículas sólidas em suspensão e se choca contra a superfície do concreto, provocando desgaste por colisão,
calhas de vertedouros, canais de irrigação e pilares de pontes.
Figura 14 - Desgaste superficial por erosão em galeria pluvial em Belo Horizonte (MG)
(Fonte: AGUIAR (2011))
Figura 15 - Evolução do desgaste superficial por erosão: movimento relativo do líquido e/ou atrito de partículas suspensas contra a superfície do concreto
A cavitação é a perda de massa pela formação de vapor e sua subseqüente ruptura devida a mudanças repentinas de direção do fluxo da água em altas velocidades (Figuras 16 a 18). Pode ser encontrada em vertedouro e condutos forçados.
Figura 16 - Rebaixo brusco responsável pela implosão de bolhas de vapor na cavitação
(Fonte: AGUIAR, 2011)
Figura 17 - Implosão de minúsculas bolhas de cavitação próximas à superfície do concreto
Figura 18 - Efeitos da implosão das bolhas de cavitação em bacia de dissipação
(Fonte: http://www.dcc.ufpr.br/wiki/images/0/01/TC031_Durabilidade.pdf)
d) Deterioração por cristalização de sais nos poros
Esse tipo de deterioração ocorre em ambientes salinos, onde os sais produzem tensões internas e fissuração na estrutura.
Os concretos com elevada relação água/cimento são os mais suscetíveis a apresentar problemas devido à cristalização dos sais. Essa ação se dá pela cristalização no interior dos poros capilares do concreto, devido à evaporação da água e posterior rehidratação, como um novo ciclo de umedecimento, ocupando um volume maior para acomodá-lo.
2.5.4 Causas químicas de deterioração
A Figura 19 apresenta um fluxograma indicando as diferentes reações químicas e seus efeitos na deterioração do concreto e conseqüentes mudanças nas propriedades de comportamento.
Figura 19 - Agentes químicos de deterioração do concreto
(Fonte: METHA; MONTEIRO, 1994, p. 150)
As velocidades de ataque de alguns produtos químicos mais freqüentes sobre o concreto são apresentadas na Figura 20.
Figura 20 - Efeito de alguns produtos químicos comuns sobre o concreto
Segundo Souza (1998), a ação do hidrogênio pode contribuir para a deterioração do
concreto. O hidróxido de cálcio - Ca(OH2) - geralmente está presente na pasta de cimento
endurecida, em uma elevada quantidade, sendo solúvel em água e capaz de reagir com sais dissolvidos, como cloretos e nitratos, além de trocas de cátions entre os sais e a própria base.
b) Deterioração por ação de ácidos
Concretos quando expostos a soluções ácidas, sofrem severas deteriorações devido ao caráter básico da pasta de cimento. Porém, concretos de baixa permeabilidade quando expostos à ação de ácidos fracos, podem resistir, principalmente se a exposição for ocasional.
Os ácidos reagem com o hidróxido de cálcio da pasta de cimento, produzindo água e sais de cálcio, podendo ser facilmente lixiviados, caso sejam solúveis, aumentando a permeabilidade e a porosidade da pasta (Figura 21).
Figura 21 - Ataque de ácido sulfúrico ao concreto no interior de tubulação de esgoto.
c) Deterioração por ataque de sulfatos
O ataque ao concreto produzido por sulfatos é devido a sua ação expansiva, que pode gerar tensões capazes de fissurá-lo. Os sulfatos podem estar nos agregados, na água de amassamento ou no próprio cimento. Sua presença é comum em áreas de operação de minas e indústrias químicas.
Todos os sulfatos reagem com a pasta de cimento hidratado, sendo potencialmente prejudicial ao concreto. O ataque por sulfato gera uma perda progressiva de resistência e de massa, devido à deterioração na coesão dos produtos de hidratação do cimento. Porém, pode-se aumentar a sua resistência baixando a permeabilidade do concreto, através da redução do fator água/cimento ou pelo emprego de cimentos com adições pozolânicas.
Figura 22 - Pilar de concreto deteriorado pelo ataque de sulfatos.
Figura 23 - Estrutura de concreto armado deteriorada pelo ataque de sulfatos.
(Fonte: http://www.dcc.ufpr.br/wiki/images/0/01/TC031_Durabilidade.pdf)
As Figuras 24 e 25 apresentam os requisitos para o concreto exposta a sulfatos e graus de severidade de ataque de concretos expostos a sulfatos, respectivamente.
Figura 24 - Requisitos para o concreto exposto aos sulfatos
Figura 25 - Caracterização dos graus de severidade de ataque dos concretos expostos a sulfatos.
(Fonte: METHA; MONTEIRO, 1994, p. 160-161)
d) Deterioração por reações álcalis-agregado
A reação álcali-agregado pode ser entendida como a reação química que ocorre no interior de uma estrutura de concreto, envolvendo os hidróxidos alcalinos do cimento e certos minerais reativos que podem estar presentes no agregado. Como resultado da reação forma-se produtos que na presença de umidade, são capazes de expandir, gerando fissurações, deslocamentos e podendo levar a um comprometimento da estrutura. Essa expansão acompanhada da fissuração causa perda de resistência, elasticidade e durabilidade do concreto. Geralmente essa deterioração ocorre em estruturas localizadas em ambientes úmidos, tais como barragens, casas de força, vertedores, canais, blocos de fundações, estacas de pontes e estruturas marinhas. As Figuras 26 e 27 mostram um esquema da reação álcalis-agregado e aspectos de blocos de fundação devido à reação álcalis-álcalis-agregado, respectivamente.
Figura 26 - Desenvolvimento da reação álcalis-agregado no concreto
(Fonte: SOUZA, 1998).
Figura 27 - Reação álcali-agregado em blocos de fundação de edifícios em Recife-PE
(Fonte: http://www.dcc.ufpr.br/wiki/images/0/01/TC031_Durabilidade.pdf)
e) Deterioração pela hidratação dos componentes do cimento - MgO e CaO
Os componentes MgO e CaO (óxido de magnésio e óxido de cálcio) cristalinos, quando presentes em grande quantidade no cimento, podem causar expansão no concreto,
hidratando de forma muito lenta, após o endurecimento do cimento, resultando no aumento de volume e conseqüente fissuração do concreto.
O efeito expansivo e altamente prejudicial da alta quantidade de MgO foi observado inicialmente em 1884 após a ruína de várias pontes e viadutos de concreto na França, logo após a sua construção. Na Alemanha, a prefeitura de Kassel teve que ser reconstruída pelos mesmos motivos, onde o percentual de MgO chegava a 30%. Atualmente, como medida preventiva, faz-se um controle da quantidade destes elementos no cimento. Recomenda-se que o teor máximo de MgO seja de 6% e o de CaO não seja maior que 1%.
f) Deterioração por ataque de água pura
A água pura age prejudicialmente no concreto através da lixiviação/hidrólise de componentes da pasta do cimento endurecido. Quando entra em contato com a pasta do cimento, a água tende a hidrolisar ou dissolver os componentes que contém cálcio.
Nesse tipo de ataque, ocorre a percolação de água pura em concretos fissurados ou com alta permeabilidade, resultando na dissolução da pasta de cimento (ANDRADE e SILVA, 2005). Além da perda de resistência, a lixiviação do hidróxido de cálcio (Figura 28) pode ser indesejável por razões estéticas. Porém, a dissolução pela água é tanto maior quanto mais pura ela for, ou seja, quanto menos carbonato de cálcio e de magnésio ela contém, mais fraca é a sua dureza.
Figura 28 - Lixiviação da pasta do cimento.
(Fonte: AGUIAR (2011)).
g) Deterioração por ataque de água do mar
Segundo Helene (1994), a velocidade de corrosão em ambiente marinho pode ser de 30 a 40 vezes maior do que em atmosfera rural (Figura 29). Os danos podem ser ainda mais severos quando a estrutura está sujeita diretamente a variação do nível do mar.
A água do mar, além de ser perigosa para a corrosão das armaduras, também pode agir diretamente sobre o concreto causando: erosão superficial, provocada pelas ondas ou pela maré, dilatação causada pela cristalização dos sais, ataque químico por parte dos sais dissolvidos (sulfatos, cloretos).
O fator prejudicial da água do mar ao concreto é a presença de hidróxido de cálcio e dos aluminatos de cálcio hidratado. Por isso, os cimentos mais apropriados para estruturas na água do mar são os de alto-forno e os pozolânicos, pois possuem menos hidróxido de cálcio nos produtos de hidratação.
Figura 29 - Pilar sobre o mar, após 10 anos de construção, deterioração por ataque da água do mar.
(Fonte: AGUIAR (2006)).
h) Deterioração por carbonatação
A carbonatação ocorre da ação dissolvente do anidrido carbônico (CO2), presente no
ar atmosférico, sobre o cimento hidratado, com a formação do carbonato de cálcio e a conseqüente redução do pH do concreto até valores menores que 9. A reação principal da carbonatação pode ser representada pela Equação:
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O
Segundo Cascudo (1997), o processo de carbonatação se inicia na superfície do concreto, formando uma frente de avanço do processo, que separa duas zonas com pH muito diferentes: uma com pH menor que 9 (carbonatada) e outra com pH maior que 12 (não carbonatada). Esta frente é chamada de frente de carborbonatação e deve ser mensurada com relação à espessura de concreto de cobrimento da armadura. As Figuras 30 e 31 mostram
Figura 30 - Modelo do processo de carbonatação pela difusão do CO2 através dos poros do
concreto
(Fonte: GUIMARÃES, 1997).
Figura 31 - Avanço do processo de Carbonatação
(Fonte: CEB-BI 152 (1984), apud FIGUEIREDO (2005)).
Conforme Figueiredo (1994) há vários fatores que influenciam na carbonatação do concreto, tais como:
a) Concentração de CO2: para concretos de elevadas relações de água/cimento, a
CO2. A Figura 32 apresenta classes de agressividade ambiental em função do macro-clima e
concentração de CO2.
Figura 32 - Classificação da agressividade do ambiente
(Fonte: Helene (1995), apud Figueiredo (2005)).
b) Umidade Relativa (UR) do ambiente: segundo Guimatrães (1997) a umidade relativa do ar é um fator relevante na difusão do CO2, pois vai determinar a quantidade de
umidade nos poros do concreto. Assim sendo, em condições de umidade relativa muito alta ou estruturas submersas, os poros se apresentam saturados. Por outro lado, para que o processo ocorra, é preciso que haja um mínimo de água nos poros, caso contrário, a baixa umidade impossibilitará a carbonatação.
c) Relação água/cimento: este fator está relacionado com a quantidade e tamanho dos poros do concreto endurecido. Quanto maior a relação água/cimento, maior será a porosidade
e a permeabilidade de um concreto, aumentando assim a penetração de CO2 para o interior do
material.
As figuras 33 e 34 mostram o efeito da umidade do ar no grau de carbonatação e no teor de umidade dos poros, respectivamente.
Figura 33 - Influência da umidade relativa no grau de carbonatação
(Fonte: FIGUEIREDO, 2005).
Figura 34 - Teor de umidade dos poros do concreto em função da umidade do ambiente.
(Fonte: Andrade (1992), apud Figueiredo (2005)).
d) Condições de cura: quanto maior o tempo de cura, maior será o grau de hidratação do cimento, diminuindo a porosidade e a permeabilidade, minimizando os efeitos da carbonatação nos concretos.
A comprovação das áreas carbonatadas pode ser feito através de indicadores de pH a base de fenolftaleína e timolftaleina. Com o uso da fenolftaleina, as regiões mais alcalinas adquirem cor violeta, enquanto as menos alcalinas são incolores (figuras 35 e 36). Já a timolftaleina adquire cor azul para regiões mais alcalinas, enquanto as menos alcalinas ficam incolores (SILVA, 1995). A determinação da frente de carbonatação deve ser realizada em uma fratura fresca de concreto, pois as superfícies expostas carbonatam rapidamente.
Figura 35 - Fenolftaleína aplicada em corpo de prova.
(Fonte: Rocha (2005), apud Polito (2006)).
Figura 36 - Avanço da carbonatação, indicada por teste químico via fenolftaleína.
(Fonte: http://www.dcc.ufpr.br/wiki/images/0/01/TC031_Durabilidade.pdf)
Cada concreto tem velocidade diferente durante o processo de carbonatação (figura
37). O modelo da raiz quadrada do tempo é usado para representar a penetração de CO2
através da rede de poros do concreto. Foi inicialmente apresentado no Japão por Uchida e Hamada (1928), citados por Richardson (2002), sendo representado através da equação:
onde:
x = profundidade de carbonatação (cm); k = coeficiente de carbonatação (cm/ano); e t = tempo (anos)
A constante k depende de muitos fatores relacionados com a qualidade e resistência do
concreto, da concentração de CO2 no ambiente, das condições de exposição da estrutura, entre
outros fatores. Conhecendo k, pode-se determinar a velocidade de avanço da frente de carbonatação e o tempo em que demorará pra chegar até a armadura, caso já não tenha alcançado.
Figura 37 - Exemplos de variação da espessura carbonatada com a resistência do concreto, o consumo do cimento, a relação a/c e a umidade do ambiente
i) Biodeterioração do concreto
A biodeterioração é a mudança indesejável nas propriedades do material, devido à ação de microorganismos, e pode levar a produção de ácidos, ocasionando uma dissolução dos compostos hidratados do cimento, particularmente o hidróxido de cálcio, além dos silicatos de cálcio hidratados. Tal problema leva à deterioração por ações químicas e à corrosão de armaduras.
Os microorganismos podem atuar sobre o concreto em ações deletérias contra os agregados e a pasta de cimento, interferindo em sua estética, reduzindo a sua durabilidade comprometendo a sua integridade. Tal mecanismo ocorre em túneis e galerias de esgoto, pois são ambientes ácidos com um pH baixo e muito agressivos às estruturas.
As principais causas de degradação do concreto por ação bacteriológica são: - concreto de resistência inadequada;
- cobrimento insuficiente das armaduras; - má aeração das tubulações e/ou galerias; - ausência de proteção e
- rupturas localizadas pela ação de cargas excessivas ou recalques.
Como essa ação resulta de microorganismos vivos, os fatores ligados à manutenção da vida dos agentes envolvidos são determinantes para que o processo de biodeterioração se estabeleça.
Assim, uma estratégia de prevenção desse problema deve incluir uma avaliação das condições ambientais em conjunto com a suscetibilidade dos materiais componentes da estrutura. Além disso, devem-se conhecer as características da obra, condições físicas e químicas do material e do meio ambiente, possíveis fontes de nutrientes, assim como a inter-relação com a população de microorganismos existentes.
A armadura dentro do concreto normalmente encontra-se protegida da corrosão devido à alta alcalinidade deste material (pH entre 12,7 e 13,8). Esse nível de pH favorece a formação
de uma camada de óxidos passiva, compacta e aderente de Fe2O3 sobre a superfície da
armadura Tal camada protege a armadura da corrosão, desde que o concreto preserve sua boa qualidade, não fissure e não modifique suas características físicas e químicas devido à ação dos agentes agressivos externos. Porém, segundo Ferreira (2000), a corrosão eletroquímica da armadura ocorre devido à falta de uniformidade do aço, do contato com metais com menor potencial eletroquímico, assim como da heterogeneidade do meio físico e químico que o rodeia (figura 38).
Figura 38 - Representação esquemática da corrosão do aço no concreto.
(Fonte: MOSKOVIN et al. (1983), apud GUIMARÃES, (1997)).
O mecanismo de corrosão nos metais pode ocorrer basicamente de duas formas. A primeira é a oxidação e está relacionada com a corrosão de caráter puramente químico. Tal reação ocorre por uma reação gás/sólido na superfície do material, formando um filme delgado de produtos de corrosão na superfície do metal. A segunda é a corrosão eletroquímica, que é o tipo de deterioração que ocorre em estruturas de concreto armado. Essa corrosão é baseada na existência de um desequilíbrio elétrico entre os metais diferentes ou
entre distintas partes do mesmo metal, formando o que se chama de pilha de corrosão ou célula de corrosão (figura 39).
A corrosão de armaduras pode se apresentar de diversas formas: corrosão generalizada, por pite e fissurante. Segundo Cascudo (1997), a corrosão generalizada ocorre devido a uma perda generalizada da película de passivação, resultante da frente de carbonatação no concreto e/ou presença excessiva de cloretos (figura 40). A corrosão por pite é um tipo de corrosão localizada, no qual há formação de pontos de desgaste definidos na superfície metálica, os quais evoluem aprofundando-se, podendo causar a ruptura pontual da barra. Já a corrosão sob tensão é outro tipo de corrosão localizada, a qual se dá com uma tensão de tração na armadura, podendo dar origem à propagação de fissuras na estrutura do aço.
Figura 39 - Lascamento e destacamento do concreto na região anódica da pilha eletroquímica.
(Fonte: Adaptado de Mar (2006)).
Figura 40 - Tipos de corrosão e fatores que os provocam
A corrosão é a transformação de um material, geralmente metálico, por ação química ou eletroquímica do meio em que se encontra. Esse fenômeno de natureza expansiva leva ao surgimento de elevadas tensões de tração no concreto, ocasionando a fissuração e posteriormente o lascamento do cobrimento do material. As Figuras 41 a 43 apresentam um esquema das fases da instalação da corrosão de armaduras e perdas de seção, respectivamente.
Figura 41 - Fases da instalação da corrosão em uma barra de armadura.
(Fonte: HELENE (1986), apud POLITO (2006)).
Figura 42 - Perda de seção na barra de aço devido à corrosão eletroquímica.
Figura 43 – Elementos estruturais com perdas de seção de aço em Montevidéu
2.6 Principais manifestações patológicas nas estruturas de concreto
2.6.1 Ninhos de concretagem/segregação do concreto
Ninhos de concretagem são vazios deixados na massa de concreto, devido à dificuldade de penetração do mesmo nas formas durante o processo de lançamento e adensamento (figura 44). Já a segregação do concreto ocorre devido ao não envolvimento dos agregados pela pasta de cimento e à falta de homogeneidade dos componentes da mistura.
Tanto a segregação como os ninhos de concretagem podem ter várias origens, tais como:
- Baixa trabalhabilidade do concreto devido ao baixo fator água/cimento; - alta densidade de armaduras ou agregado de grande diâmetro;
- insuficiência no transporte, lançamento e adensamento do concreto.
Figura 44 - Ninhos e segregações no concreto.
(Fonte: AECWEB)
2.6.2. Fissuras de assentamento plástico
São fissuras geradas pelo impedimento à sedimentação das partículas sólidas do concreto, quando encontram algum tipo de obstáculo, como as armaduras, agregados com diâmetros maiores ou até mesmo pela própria forma. Ocorrem nas primeiras horas após o lançamento do concreto (10 min a 3h) e são estáveis após o endurecimento do concreto (figura 45).
Suas prováveis causas são:
- Armadura de grande diâmetro ou muito densa;
- concreto com elevada relação água/cimento ou mau adensado;
Figura 45 - Fissuração por retração plástica do concreto fresco.
(Fonte: AGUIAR, 2011).
2.6.3 Fissuras de retração por secagem
São fissuras que ocorrem pela perda excessiva de água de amassamento do concreto no estado fresco, seja por evaporação, por absorção pelos agregados ou pelas formas. Tais fissuras apresentam uma morfologia em forma de mapa ou pele de crocodilo que se cortam formando ângulos aproximadamente retos. As fissuras aparecem entre trinta minutos a seis horas após o endurecimento do concreto.
Para minimizar os casos de fissuras por dessecação superficial deve-se proteger a superfície do elemento, após a concretagem, da radiação solar e da ação do vento, e iniciar a cura logo após o adensamento do concreto.
2.6.4 Fissuras por movimentação térmica
Os elementos de concreto armado, quando submetidos à retração térmica, sofrem uma redução dos elementos estruturais gerando tensões de tração, levando ao aparecimento de trincas e/ou fissuras, dependendo do grau de deformabilidade do elemento.
aumento da temperatura, e as contrações com a sua diminuição. Normalmente a fissuração térmica é observada em elementos maciços (figura 46), onde a taxa de calor de hidratação é maior que a capacidade de dissipação para uma dada seção, podendo levar ao surgimento de microfissuras internas.
Em paredes ou muros executados em concreto armado que apresentem grande comprimento sem juntas de dilatação adequadas, observa-se a formação de fissuras verticais no elemento.
Suas prováveis causas são:
- Grandes variações de temperatura diárias e anuais;
- escurecimento das superfícies de concreto pela deposição de fuligem e desenvolvimento de fungos;
- falta de ventilação em telhados.
Figura 46 - Trinca típica presente no topo da parede paralela ao comprimento da laje
(Fonte: THOMAZ, 2002).
2.6.5 Fissuras devido ao detalhamento insuficiente do projeto e falhas de execução
São fissuras causadas por falhas de execução ou pela ausência ou insuficiência de detalhes, embora o dimensionamento em geral atenda aos esforços a que o elemento estrutural estará submetido.
Tais problemas ocorrem devido a descuidos no mau posicionamento das armaduras no momento da concretagem ou por falhas de montagem e operação das formas, escoramentos deficientes, descimbramento errado.
2.6.6. Fissuras devido aos carregamentos
São fissuras geradas nos elementos estruturais pela incapacidade de resistência a ação do carregamento a que este está sujeito, seja por falha no cálculo estrutural, por sobrecarga ou falhas na execução.
Nas estruturas de concreto armado a ocorrência de fissuras provoca uma redistribuição de esforços ao longo do componente fissurado, bem como nos elementos vizinhos, de maneira que a solicitação acaba sendo absorvida por toda a estrutura. Porém, esse tipo de fissura tem baixa incidência em uma peça de concreto armado, em função da existência e do posicionamento das armaduras.
Os danos ocorridos em vigas, marquises e balanços devido à flexão geralmente manifestam-se através de fissuras localizadas no meio do vão, e, no caso das vigas, esta tende a inclinar-se à medida que se aproxima dos apoios (figura 47).
Tais problemas geralmente ocorrem em função dos erros de posicionamento das armaduras principais no elemento, deficiência de armaduras, ancoragem insuficiente ou sobrecargas não previstas.
Já nos apoios das vigas, costuma-se surgir fissuras de cisalhamento, as quais apresentam geralmente uma inclinação de 45º em relação ao apoio dos elementos fletidos, progredindo até as armaduras e atingindo o ponto de aplicação das cargas. Tais fissuras ocorrem devido a presença de sobrecargas não previstas, à deficiência de resistência do concreto e à insuficiência ou mau posicionamento dos estribos (figura 48).
Figura 47 - Fissuração típica em viga subarmada solicitada à flexão.
(Fonte: THOMAZ, E; Trincas em edifícios, p. 50, São Paulo, 2002).
Figura 48 - Fissuras de cisalhamento em viga solicitada à flexão
(Fonte: THOMAZ, E; Trincas em edifícios, p. 51, São Paulo, 2002).
2.6.7. Fissuras devido a recalques de fundações
São fissuras que ocorrem quando as fundações sofrem deformações diferenciais ao longo da estrutura de sustentação das mesmas por adensamento ou recalques imediatos das camadas do solo, deformação ou ruptura de elementos de concreto da própria fundação.
Tais problemas ocorrem devido à construção de fundações assentes em solos compressíveis, expansivos ou aterros, interferência no bulbo de tensões provocado por construções vizinhas, rebaixamento do lençol freático, sobrecargas ou falhas em elementos de fundação (Figuras 49 e 50).
Figura 49 - Trinca de cisalhamento no painel, devido recalque diferencial
(Fonte: THOMAZ, 2002).
Figura 50 - Trincas de flexão devido ao carregamento desbalanceado em suas fundações contínuas por expansão do solo
(Fonte: THOMAZ, 2002).
2.7 Técnicas de recuperação de estruturas de concreto armado
A Figura 51 apresenta um fluxograma compreendendo as etapas para se fazer um diagnóstico de uma manifestação patológica de uma estrutura de concreto. Somente após um correto diagnóstico pode-se buscar as possíveis técnicas adequadas para a recuperação da estrutura.
Figura 51 - Fluxograma de diagnóstico
(Fonte: Trabalho de Conclusão de Curso - Patologia em Edificações ênfase em Estruturas de Concreto- Autor: Vitor Coutinho de Camargo Costa)
2.7.1 Etapas de recuperação
Para o início dos trabalhos de recuperação das estruturas de concreto, deve-se realizar um trabalho de preparação da superfície que será tratada.
Os processos e etapas necessários a este tipo de serviços serão detalhadamente descritos a seguir.
a) Polimento
Esta técnica é usada para diminuir a aspereza da superfície do concreto, devido ao desgaste natural ou a má execução da estrutura tornando-a novamente lisa e sem partículas soltas, utilizando-se de equipamentos como lixadeiras portáteis ou máquina de polir pesadas utilizadas quando a área a ser recuperada é muito grande.
b) Técnicas de lavagem e limpeza da superfície do concreto
Em razão de um longo período de exposição da estrutura a um ambiente bastante agressivo, deve-se realizar a limpeza das peças estruturais, procurando remover os poluentes
impregnados, principalmente os óxidos de enxofre (SO2) que sob certas condições de umidade
proporcionam a formação do ácido sulfúrico, ou chuva ácida.
Há diversas técnicas de limpeza da superfície do concreto que será recuperado, porém deve-se tomar cuidado quando do uso de soluções ácidas com relação à armadura do concreto, aspecto que requer menos cuidado quando do uso de soluções alcalinas ou do uso de jatos d’água (figura 52), areia, vapor, ar comprimido, dentre outros.
Figura 52 - Limpeza da armadura e do substrato por meio de jateamento de alta pressão, em (a) e (b).
Figura 53 - Limpeza do aço corroído através de escova com cerdas de aço, em (a) e (b).
(Fonte: AGUIAR, 2011).
c) Saturação
O processo de saturação da superfície do concreto serve para aumentar a aderência do material de recuperação. Conforme Souza e Ripper (1998), a saturação dura em média 12 horas. Deve-se deixar a superfície a ser recuperada apenas úmida, evitando o acúmulo de poças d’água.
d) Corte
Neste processo, remove-se todo e qualquer material nocivo às armaduras, promovendo um corte, pelo menos 2 cm ou o diâmetro da barra, de profundidade além das mesmas, garantindo assim que toda armadura estará imersa em meio alcalino.
Segundo Andrade e Perdrix (1992) “caso não haja o corte do concreto além das armaduras, limpando-se somente o lado exterior e deixando a parte posterior recoberta pelo concreto velho, isso dá início a uma pilha de corrosão eletroquímica por diferença de material.
Isso ocorre, pois a parte posterior atuará como ânodo e a parte recuperada fará o papel de cátodo, desencadeando assim um processo de corrosão ainda mais rápido que originalmente.”
Já conforme Souza e Ripper (1998), para melhor aderência do novo concreto, à superfície interna do corte deve ter suas arestas arredondadas e na forma de um talude de 1:3 (figuras 54 e 55). Finalizado o corte a superfície do concreto deve passar por uma sequência de limpeza, que são: jateamento de areia, jateamento de ar comprimido e jateamento de água.
Porém, devem-se observar certos fatores no momento do corte, tais como:
- remover completamente os agentes nocivos à estrutura, ou seja, o resquício por mais imperceptível que seja de uma película oxidada, promove a retomada do processo contaminante, comprometendo assim o trabalho realizado;
- a retirada em demasia do concreto é contra a segurança da estrutura e anti-econômica, pois está se removendo camadas de concreto sadio.
Figura 54 - Remoção de concreto por corte
(Fonte: SOUZA; RIPPER, 1998).
Figura 55 - Aspecto final da cavidade na intervenção de corte de concreto (Fonte: SOUZA;
A demolição geralmente é projetada em função do porte e tipo da estrutura a demolir, assim como dos aspectos condicionantes locais. Podem ser usados martelos demolidores, explosivos, agentes demolidores expansivos ou ainda a hidrodemolição. Muitas vezes, devido a grandeza dos danos ou riscos ou ainda, devido a mudanças de destinação ou uso de uma estrutura, faz-se necessária a demolição total ou parcial.
2.7.2 Tratamento de fissuras: injeção selagem e grampeamento
O tratamento de fissuras necessita de uma identificação prévia do tipo de fissura, no que diz respeito a sua atividade. No caso de fissuras ativas, promove-se a vedação da fissura com material elástico e não resistente, de modo a impedir unicamente a degradação do concreto existente. Nas fissuras passivas, além desta proteção, tem-se o objetivo de garantir que a peça volte a trabalhar como um todo, empregando-se material resistente, como a nata do cimento Portland ou resina epoxídica. Em fissuras menores que 0,1 mm, procede-se a injeção das fissuras sob baixa pressão. Para fissuras maiores, porém pouco profundas, pode-se fazer o enchimento por gravidade. Após o preenchimento das fissuras é feita a selagem que prevê a vedação dos bordos, com o objetivo de arrematar a injeção, protegendo a própria resina. Para fissuras maiores que 30 mm, a selagem é feita como uma vedação de junta. As Figuras 56 e 59 mostram procedimentos de preparação e injeção de fissuras.
Outra técnica aplicada em fissuras ativas é o grampeamento de armaduras feito pela colocação de grampos de aço no concreto. Esta técnica tem melhor desempenho quando as fissuras acontecem em linhas isoladas e por deficiências localizadas de capacidade resistente.
Figura 56 - Preparação da fenda para procedimento de injeção
(Fonte: SOUZA; RIPPER, 1998).
Figura 57 - Processo de injeção de fissuras
Figura 58 - Selagem de fendas com abertura entre 10 mm e 3 mm.
(Fonte: SOUZA; RIPPER, 1998)
Figura 59 - Selagem de fissuras
(Fonte: VEDACIT, 2006).
2.7.3 Reparos superficiais
São reparos de profundidade inferior a 2,0 cm, não ultrapassando a espessura do cobrimento da armadura. Podem ser localizados ou generalizados. São exemplos característicos o enchimento de falhas, regularização de lajes, reconstituição de quinas quebradas, erosões ou desgaste, calcinação, entre outros.
Nos reparos localizados, utilizam-se argamassas de base mineral, argamassa modificada com polímero, pré-dosada ou preparada na obra, ou ainda, argamassas com base
epóxi ou poliéster, que exigem procedimentos específicos. Para reparos generalizados, empregam-se argamassas modificadas em polímeros ou o concreto ou argamassa projetados. Souza e Ripper (1998) sugerem que a aplicação de argamassa seja feita em faixas de 1,0 m de largura por 1,0 cm de espessura. A cura será úmida para material cimentício ou a ar para material orgânico.
2.7.4 Reparos semi-profundos
Os reparos semi-profundos são aqueles com profundidade entre 2,0 e 5,0 cm, normalmente atingindo a armadura (SOUZA e RIPPER, 1998). Geralmente requer a montagem de formas com cachimbos e a verificação da necessidade de escoramentos. A recuperação da seção pode ser feita com graute de base mineral com retração compensada e alta resistência mecânica, com cura úmida.
2.7.5 Reparos profundos
Os reparos profundos são aqueles que apresentam aberturas para retirada do concreto deteriorado ou contaminado, com profundidades superiores a 5,0 cm. São exemplos os ninhos de concretagem (segregações). Necessita da montagem de forma, preparação do substrato e verificação da necessidade de escoramentos. Utiliza normalmente micro-concreto de retração compensada e alta resistência mecânica, com cura úmida. Segundo Helene (1988) o ideal é o uso de argamassa seca, graute de base mineral, concreto ou concreto pré-acondicionado. Já Souza e Ripper (1998) sugerem a utilização de argamassa seca ou convencional, com adesivo PVA ou acrílico.
