Márcia Filomena Santos Carvalho
Reabilitação sustentável de
estruturas em betão armado
Márcia Filomena Santos Carvalho
R eabilit ação sus tent á vel de es tr uturas em be tão ar mado
Tese de Mestrado
Ciclo de Estudos Integrados Conducentes ao
Grau de Mestre em Engenharia Civil
Trabalho efectuado sob a orientação do
Professor Doutor José Barroso de Aguiar
Professor Doutor João Pedro Couto
Márcia Filomena Santos Carvalho
Reabilitação sustentável de
estruturas em betão armado
AGRADECIMENTOS
Quero agradecer em primeiro lugar à minha mãe e à minha avó, Maria Carvalho e Amélia Sousa, pelo incentivo que sempre me deram.
Ao meu namorado, pela atenção incansável que me tem dado nestes 6 meses, meu profundo agradecimento.
Aos meus Professores, José Barroso Aguiar e João Pedro Couto quero agradecer os conhecimentos científicos que partilharam comigo.
Ao Engenheiro Heli Costa agradeço o seu tempo e saber dedicado a este estudo.
À empresa Sika Portugal, agradeço o fornecimento de materiais e os respectivos preços para orçamentação.
Quero agradecer à topinformática a disponibilização do programa CYPE durante a fase de elaboração da dissertação.
A todos os meus amigos, quero agradecer o apoio que me deram em algumas dificuldades.
Aos técnicos do laboratório de Engenharia Civil da Universidade do Minho que partilharam comigo esta experiência, o meu agradecimento.
Ao Engenheiro Pedro da Empresa STAP, agradeço toda a informação que me deu relativa ao betão projectado.
À Socimorcasal agradeço a disponibilidade e simpatia que tiveram comigo no fornecimento de alguns preços para orçamentação.
RESUMO
A minha dissertação consistiu na reabilitação sustentável de estruturas de betão armado. Estudou-se um caso de estudo, um reservatório de abastecimento de água que se encontrava bastante degradado.
As técnicas de reabilitação estudadas foram reabilitação com argamassa de reparação e laminados e carbono colados com uma cola possuindo resinas epóxi e reabilitação com betão projectado e laminados de carbono colados também com uma cola possuindo resinas epóxi. Dentro destas técnicas havia duas hipóteses, ou se reabilitava todo o reservatório ou restituía-se a cobertura e reabilitava-se a estrutura. Para saber-se qual a técnica de reabilitação mais sustentável foi necessário estimar os custos de reabilitação através de um software que foi o CYPE. Feita a orçamentação concluiu-se que a técnica economicamente mais sustentável era a reabilitação com argamassa de reparação e laminados de carbono que custa cerca de 19.653,32 euros para reabilitar toda a estrutura, enquanto que a reabilitação com betão projectado e laminados de carbono custa cerca de 47.122,09 euros.
A hipótese mais vantajosa do ponto de vista económico é a reabilitação de todo o reservatório (19.653,32 euros) em vez da restituição da cobertura e reabilitação da estrutura. Para restituir a cobertura teve-se em conta os custos de demolição das vigas, lajes e pilares (93.540,74 euros) , construção de uma cobertura nova (5.000,00 euros) e reabilitação da estrutura (125,47 euros).
Para esta técnica de reabilitação foi necessário estimar o tempo de vida útil para se comprovar que de facto a técnica de reabilitação é durável. Todos os materiais estudados apresentam um bom comportamento e grandes expectativas de durabilidade. Assim, podemos concluir que esta técnica de reabilitação apresentará uma durabilidade elevada no reservatório de abastecimento de água.
PALAVRAS-CHAVE: Anomalias, patologias, reabilitação, argamassa de reparação, laminados de carbono.
ABSTRACT
My dissertation was the sustainable rehabilitation of concrete structures. We studied a case study, a reservoir of water that was severely degraded.
The rehabilitation techniques were studied rehabilitation and repair mortar and carbon laminates bonded with an adhesive resin having epoxy and rehabilitation with shotcrete and carbon laminates also glued with a glue having epoxy resins. Within these techniques there were two cases, or the entire reservoir rehabilitated or restored to cover and be rehabilitated structure. To know which is more sustainable rehabilitation technique was necessary to estimate the costs of rehabilitation through a software that was CYPE. Once the budget is concluded that the technique was the most economically sustainable rehabilitation and repair mortar rolled carbon which costs about EUR 19,653.32 to rehabilitate the entire structure, while the rehabilitation with shotcrete and rolled carbon costs about of EUR 47,122.09.
The hypothesis most advantageous from an economic standpoint is the rehabilitation of the entire reservoir (EUR 19,653.32) instead of restitution and rehabilitation of the roof structure. To restore coverage took into account the costs of demolition of beams, slabs and pillars (EUR 93,540.74), building a new cover (EUR 5000.00) and rehabilitation of the structure (EUR 125.47).
For this rehabilitation technique was necessary to estimate the lifetime to verify that indeed the rehabilitation technique is durable. All materials exhibit good behavior and high expectations for durability.
Thus, we conclude that this rehabilitation technique present a high durability in the reservoir water supply.
ÍNDICE DE TEXTO
RESUMO ...iv
ABSTRACT ... v
1. INTRODUÇÃO ... 1
2. FACTORES DE DEGRADAÇÃO DO BETÃO ... 3
2.1 AGENTES DE DEGRADAÇÃO ... 3
2.2 CAUSAS MECÂNICAS E FÍSICAS DE DEGRADAÇÃO ... 5
2.2.1 CICLO DE GELO-DEGELO ... 5
2.2.2 TEMPERATURAS ELEVADAS ... 5
2.2.3 TENSÕES TÉRMICAS ... 5
2.2.4 ABSORÇÃO DE ÁGUA NO BETÃO ... 6
2.2.5 RETRACÇÃO ... 7
2.2.6 RETRAÇÃO DURANTE O ENDURECIMENTO ... 9
2.2.7 FLUÊNCIA E FADIGA ... 9 2.2.8 IMPACTOS ... 10 2.2.9 ABRASÃO ... 10 2.2.10 EROSÃO E CAVITAÇÃO ... 11 2.2.11 FOGO ... 12 2.3 CAUSAS QUIMICAS ... 12 2.3.1 ÁGUA PURA ... 12
2.3.2 ATAQUE POR ÁCIDOS ... 13
2.3.3 ATAQUE POR SULFATOS... 13
2.3.4 ÁGUA DO MAR ... 14 2.3.5 EXPOSIÇÃO A SAIS ... 14 2.3.6 CARBONATAÇÃO ... 15 2.3.7 CLORETOS ... 16 2.3.8 ATAQUE ÁLCALIS-AGREGADO ... 17 2.4 ATAQUE BIOLÓGICO ... 19
2.5 CAUSAS ELECTROQUIMICAS DE DEGRADAÇÃO ... 20
2.5.1 CORROSÃO DAS ARMADURAS ... 20
2.6 MÁ PORMONORIZAÇÃO DOS PROJECTOS ... 23
2.7 CAUSAS DE DESAGREGAÇÃO DO BETÃO NA EXECUÇÃO ... 25
2.7.2 DESLOCAMENTO DA COFRAGEM ... 26
2.7.3 VIBRAÇÃO ... 27
2.7.4 SEGREGAÇÃO DO BETÃO FRESCO ... 27
2.7.5 RETRAÇÃO PLÁSTICA DO BETÃO ... 27
2.7.6 DESCOFRAGEM PERMATURA... 27
3. DIAGNÓSTICO ... 28
4. TÉCNICAS DE INTERVENÇÃO ... 28
4.1 PREPARAÇÃO DO SUPORTE ... 29
4.2 TRATAMENTO DA ARMADURA ... 30
4.3 ARGAMASSA DE RETRACÇÃO CONTROLADA ... 30
4.4 TRATAMENTO DE FISSURAS ... 31
4.5 TRATAMENTO DO BETÃO ... 31
5. TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO E INSPEÇÃO ... 32
5.1 PREVENÇÃO CATÓDICA ... 34
6. ENSAIO DE PULL-OFF ... 34
7. CASO DE ESTUDO ... 37
7.1 TÉCNICAS DE REABILITAÇÃO ... 37
7.1.1 ARGAMASSA DE REPARAÇÃO ... 37
7.1.2 REFORÇO ESTRUTURAL COM LAMINADOS DE CARBONO ... 62
7.1.3BETÃO PROJECTADO ... 64
7.1.4BETÃO PROJECTADO COM ADIÇÃO DE MICROSSÍLICA ... 69
7.2 CARACTERIZAÇÃO DOS OBJECTIVOS DE INVESTIGAÇÃO... 70
7.3 ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DA ESTRUTURA DE BETÃO ARMADO ... 73
7.4 CARACTERIZAÇÃO DAS ANOMALIAS IDENTIFICADAS E DESCRIÇÃO DE FENÓMENOS PATOLÓGICOS ASSOCIADOS ... 75
7.5 ENSAIOS ... 90
7. 5.1PULL-OFF COM ARGAMASSA DE REPARAÇÃO ... 90
7.5.2 PULL-OFF COM LAMINADOS DE CARBONO ... 92
7.6 FORMULAÇÃO DE OPÇÕES ... 94
7.7 QUANTIFICAÇÃO DOS TRABALHOS E ESTIMATIVA DE ORÇAMENTAÇÃO .. 95
7.7.1 REABILITAÇÃO DE TODO O RESERVATÓRIO ... 95
7.7.2 DEMOLIÇÃO DA COBERTURA E REABILITAÇÃO DA ESTRUTURA ... 96
8. CONCLUSÕES ... 98
10. ANEXOS ... 103
Anexo 1 ... 103
Requisitos, especificações, consistência e controlo de produção de betão projectado ... 103
Anexo 2 ... 111
Ficha técnica da tinta inibidora da corrosão ... 111
Anexo 3 ... 112
Considerações tomadas no programa CYPE para a reabilitação com argamassa de reparação e laminados de carbono ... 112
Anexo 4 ... 114
Considerações tomadas no programa CYPE para a reabilitação com betão projectado e laminados de carbono ... 114
Anexo 5 ... 116
Considerações tomadas no programa CYPE para a demolição da cobertura e reabilitação da estrutura ... 116
Anexo 6 ... 123
Discrepância de preços das várias opções tomadas ... 123
ÍNDICE DE FIGURAS
Fig. 1 Fissuração de uma viga (Couto et al, 2007) ... 4Fig. 2 Colapso estrutural (Couto et al, 2007) ... 5
Fig. 3 Sequência cronológica da retracção (Gettu, 1998). ... 7
Fig. 4 Efeito da retracção plástica numa amostra (Ferreira, 2000). ... 8
Fig. 5 Influência da razão A/C e dosagem de agregado e na retracção (Odman , 1968). ... 8
Fig. 6 Influência do tempo sobre a fluência (Neville, 1997) ... 9
Fig. 7 Número de ciclos até à rotura (Neville, 1997) ... 10
Fig. 8 Danos provocados pela cavitação (AACHEN, 2012) ... 11
Fig. 9 Ataque por sulfatos numa laje (Ferreira, 2000) ... 14
Fig. 10 Diagrama em árvore do mecanismo de corrosão da armadura (Ferreira, 2000) ... 16
Fig. 11 Maciço de ancoragem (GMIC, 2012) ... 18
Fig. 12 Encontro de uma ponte (GMIC, 2012) ... 19
Fig. 13 Corrosão electroquímica na presença de cloro (Powers, 1955) ... 20
Fig. 14 Estragos provocados pela corrosão (Powers, 1955) ... 21
Fig. 15 Perfil de teor de cloretos como percentagem da dosagem de cimento (Neville, 1995) .. 22
Fig. 16 Fissura na alma da viga (Castro e Martins, 2006) ... 25
Fig. 17 Fissuração devido à cedência do solo (Castro e Martins, 2006) ... 26
Fig. 18 Deslocamento de cofragem (Castro e Martins, 2006) ... 27
Fig. 19 Hidroescarificação (Couto et al, 2007) ... 29
Fig. 21 Betão não carbonatado (Mendonça,2005) ... 33
Fig. 22 Betão carbonatado (Mendonça,2005) ... 33
Fig. 23 Medidor de resistividade do betão (Mendonça,2005) ... 33
Fig. 24 Detector electrosónico de humidade e câmara termográfica (L. V. Mendonça,2005) .... 34
Fig. 25 Aparelho para executar o ensaio de pull-off (ASTM,2004) ... 35
Fig. 26 Tipos de rotura possíveis que podem ocorrer num ensaio de pull-off (ASTM,2004) .... 36
Fig. 27 Factores a considerar numa reparação estrutural em betão armado (Correia,2004) ... 38
Fig. 28 Retracção (Correia,2004) ... 39
Fig. 29 Grupo epoxídico (Correia,2004) ... 40
Fig. 30 Resistências mecânicas (Correia,2004) ... 43
Fig. 31 Molde para provetes (Correia,2004) ... 43
Fig. 32Cálculo do módulo de elasticidade por ultra-sons (Correia,2004) ... 44
Fig. 33 Pull-off (Correia,2004) ... 44
Fig. 34Martelo pneumático (Correia,2004) ... 45
Fig. 35 Disco de serra (Correia,2004) ... 45
Fig. 36 Hidrodemolição (Correia,2004) ... 45
Fig. 37 Escarificadora (Correia,2004) ... 46
Fig. 38 Tratamento (Correia,2004) ... 46
Fig. 39 Mecanismo de ligação (Correia,2004) ... 47
Fig. 40 Alisar a superfície da argamassa com talocha (Correia,2004) ... 47
Fig. 41 Injecção (Correia,2004) ... 48
Fig. 42 Colocação por via seca (Correia,2004) ... 49
Fig. 43 Relação entre partes da norma EN 1504 (Norma EN 1504) ... 57
Fig. 44 Metodologias para reparação do reforço (Norma EN 1504-9) ... 58
Fig. 45 Requisitos para reparações estruturais e não estruturais (Norma EN 1504-9) ... 58
Fig. 46 Estado de conservação do betão nos pilares do reservatório de abastecimento de água. 70 Fig. 47 Estado de conservação das vigas e lajes não submersas ... 71
Fig. 48 Estado de conservação da viga não submersa ... 71
Fig. 49 Estado de conservação da laje não submersa ... 71
Fig. 50 Laje não submersa... 72
Fig. 51 Betão submerso fissurado ... 72
Fig. 52 Betão submerso sem qualquer revestimento ... 73
Fig. 53 Corte do reservatório de abastecimento de água ... 74
Fig. 54 Recobrimento da carote 1 (25 mm)... 77
Fig. 55 Recobrimento da carote 2 (62 mm)... 77
Fig. 56 Recobrimento da carote 3 (10 mm)... 78
Fig. 57 Recobrimento da carote 4 (12 mm)... 78
Fig. 58 Regularização da superfície da carote 1. ... 79
Fig. 59 Carote 1 com superfície regular. ... 80
Fig. 60 Regularização da superfície na carote 3. ... 80
Fig. 61 Carote 3 com superfície regular. ... 80
Fig. 62 Eliminação da tinta na carote 2. ... 81
Fig. 63 Carote 2 sem tinta. ... 81
Fig. 64 Eliminação da tinta da carote 4. ... 82
Fig. 66 Carotagem ... 83
Fig. 67 Resultados da carotagem... 83
Fig. 68 Secagem das carotes ... 83
Fig. 69 Cola epóxida sikadur 32N ... 84
Fig. 70 Carotes já com a peça metálica colocada, preparados para o pull-off ... 84
Fig. 71 Aparelho usado para a realização do pull-off ... 85
Fig. 72 Ensaio da carote 1. ... 85
Fig. 73 Resultados do ensaio da carote 1. ... 86
Fig. 74 Ensaio do pull-off na carote 2. ... 87
Fig. 75 Resultados do pull-off na carote 2 ... 87
Fig. 76 Resultado do pull-off na carote 4 ... 88
Fig. 77 Resultados do pull-off na carote 3 ... 88
Fig. 78 Colocação de cartolina nas carotes ... 90
Fig. 79 Colocação de argamassa ... 90
Fig. 80 Carotagem ... 91
Fig. 81 Colocação das peças metálicas ... 91
Fig. 82 Cola epóxi com resinas sintéticas ... 91
Fig. 83 Rompimento das carotes 1 e 3. ... 92
Fig. 84 Rompimento das carotes 2 e 4. ... 92
Fig. 85 Colagem do laminado de carbono à argamassa de reparação ... 93
Fig. 86 Carotagem ... 93
Fig. 87 Colagem da peça metálica ao laminado de carbono ... 93
Fig. 88 Secagem dos carotes numa estufa ... 93
Fig. 89 Resultado do pull-off ... 94
Fig. 90 Planta do reservatório de abastecimento de água em estudo ... 95
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1-Factores de degradação e o seu efeito no desempenho de estruturas de betão armado (Sarja, 1996). ... 3Tabela 2-Substâncias que provocam ataque químico no betão (Neville, 1995). ... 13
Tabela 3-Relação entre humidade relativa e velocidade de carbonatação (Emmons, 1993)... 15
Tabela 4-Condições necessárias para que ocorra corrosão do aço no betão (Ferreira, 2000) ... 21
Tabela 5- Técnicas de reparação de fissuras para garantir a estanqueidade das paredes (Silva, 2002). ... 31
Tabela 6-Métodos de limpeza adequados ao tipo de mancha (Colen et al,2000) ... 32
Tabela 7 Requisitos de identificação (Norma EN 1504-3) ... 50
Tabela 8 Requisitos de desempenho (Norma EN 1504-3) ... 51
Tabela 9 Métodos de ensaios para aplicações especiais (Norma EN 1504-3) ... 52
Tabela 10 Propriedades físico-mecânicas (Norma EN 1504-3) ... 54
Tabela 11 Prevenção e estabilização da deterioração (Norma EN 1504-9) ... 57
Tabela 12 Propriedades dos requisitos estruturais e não estruturais (Norma EN 1504) ... 59
Tabela 13 Propriedades dos requisitos estruturais e não estruturais (Norma EN 1504) (continuação) ... 59
Tabela 14 Propriedades dos requisitos estruturais e não estruturais (Norma EN 1504)
(continuação) ... 60
Tabela 15 Propriedades dos requisitos estruturais e não estruturais (Norma EN 1504) (continuação) ... 60
Tabela 16 Requisitos estruturais e não estruturais do betão projectado e da argamassa (Norma EN 1504) ... 61
Tabela 17 Requisitos estruturais e não estruturais do betão projectado e da argamassa (Norma EN 1504) (continuação) ... 61
Tabela 18 Requisitos estruturais e não estruturais do betão projectado e da argamassa (Norma EN 1504) (continuação) ... 61
Tabela 19 Requisitos estruturais e não estruturais do betão projectado e da argamassa (Norma EN 1504) (continuação) ... 62
Tabela 20 Requisitos estruturais e não estruturais do betão projectado e da argamassa (Norma EN 1504) (continuação) ... 62
Tabela 21 Requisitos dos constituintes do betão projectado (NP EN 14487-1) ... 68
Tabela 22 Requisitos e métodos de ensaio do betão fresco (NP EN 14487-1) ... 69
Tabela 23 Elementos geométricos (parede interior e pilares) ... 74
Tabela 24 Elementos geométricos (soleiras, paredes, tectos e pilares) ... 74
Tabela 25 Elementos geométricos (altura do tecto, altura da viga e secção) ... 75
Tabela 26 Valor indicativo do tempo de vida útil de projecto (Eurocódigo 0,1990) ... 75
Tabela 27 Corrosão induzida por cloretos não provenientes da água do mar (LNEC E464, 2007) ... 76
Tabela 28 Vida útil de 100 anos (LNEC E464, 2007) ... 76
Tabela 29 Classe de resistência do betão presente no reservatório (Eurocódigo 2,1990) ... 89
1. INTRODUÇÃO
O betão armado surgiu em 1850, ao contrário do aço e do ferro que surgiram mais cedo. O betão tem de apresentar resistência e durabilidade para funcionar adequadamente como elemento estrutural. A sua constituição é cimento, água, agregado miúdo (areia) e agregado graúdo (brita, pedra) e ar. Apresenta elevada resistência à compressão, no entanto á tracção o betão não resiste muito bem.
O betão armado tem inúmeras vantagens tais como: economia, conservação, adaptabilidade, rapidez de construção, segurança contra o fogo, impermeabilidade e resistência a choques e a vibrações. É importante saber a vida útil de uma estrutura em betão armado para sabermos a durabilidade dessa mesma estrutura.
O betão é um material muito comum na construção no entanto muitas das vezes não é concebido adequadamente. Para preservar o património mobiliário é necessário conhecer as técnicas de reabilitação para saber qual a mais adequada.
A vida útil de projecto de um edifício normal é 50 anos, no entanto para uma ponte já são 100 anos de vida útil. Uma estrutura de betão armado durante a sua vida útil deve ser capaz de cumprir os requisitos de segurança, qualidade e durabilidade definidos no caderno de encargos. Para avaliar as especificações do betão baseado no desempenho relacionado com a durabilidade deve recorrer-se à especificação LNEC E 465. A deterioração de uma estrutura de betão armado pode ter origem em erros humanos ou em acções naturais. A degradação devido a acções naturais ocorre devido a alterações nas propriedades mecânicas, físicas ou químicas. Muitas vezes a degradação ocorre no interior do betão e não é visível.
A fendilhação é o sintoma mais comum da degradação do betão armado devido à sua heterogeneidade. É necessário estudar as patologias do betão e saber qual a sua deterioração, a causa, solução de reabilitação e a manutenção.
A durabilidade de uma estrutura de betão armado é aptidão para desempenhar as funções para as quais foi projectada, durante um período previsto, sem necessitar de manutenção nem reparações previstas.
Os objectivos do projecto de uma estrutura devem ser a segurança, a qualidade das condições de serviço e a durabilidade.
O objectivo deste trabalho é elaborar uma dissertação com a descrição da degradação de estruturas em betão armado e as soluções de reabilitação. É necessário avaliar e analisar as patologias existentes em estruturas de betão armado devido aos processos de deterioração descrevendo as possíveis causas e as técnicas para reabilitar.
Para aplicar estes conceitos foi escolhido um caso de estudo. O caso de estudo escolhido foi um reservatório de abastecimento de água. Neste caso de estudo vão ser identificadas todas as patologias, possíveis causas e soluções de reabilitação.
2. FACTORES DE DEGRADAÇÃO DO BETÃO
2.1 AGENTES DE DEGRADAÇÃO
O betão está sujeito a vários agentes de degradação que afectam a sua durabilidade. O clima (água, vento, temperatura, etc.) afecta sobretudo o betão em estruturas exteriores. A influência dos agentes agressivos depende do clima, localização geográfica, do micro clima e da altura do ano. A degradação do betão faz com que o betão deixe de desempenhar as suas funções que inicialmente eram pretendidas. A tabela 1 apresenta vários factores de degradação e o seu efeito no desempenho de estruturas em betão armado.
A degradação das estruturas de betão armado pode-se classificar em cinco tipos:
Deterioração do betão que pode ser por: - Fendilhação;
- Desagregação local; - Defeitos de estanquidade; - Erosão.
- Deterioração por ataque químico ou biológico;
Deterioração das armaduras que pode ser: - Corrosão das armaduras;
- Rotura das armaduras.
Deterioração de outros materiais: - Apoios articulados;
- Materiais estanques.
Deformações excessivas: - Deslocamentos;
- Vibrações excessivas;
- Movimentos anormais nos apoios.
As causas de degradação do betão podem ser:
Humanas, ou seja, durante a concepção do projecto e durante a fase de execução. Exemplos das causas humanas são os cálculos incorrectos, a má concepção, pormenorização deficiente, deficiente execução, má interpretação dos desenhos, modelos de análise inadequados, etc.
Na figura 1 está apresentados um exemplo de fissuração em vigas e na figura 2 exemplos de colapso estrutural.
Fig. 2 Colapso estrutural (Couto et al, 2007)
Acções naturais: - Acções físicas;
- Acções químicas; - Acções biológicas.
2.2 CAUSAS MECÂNICAS E FÍSICAS DE DEGRADAÇÃO
2.2.1 CICLO DE GELO-DEGELO
O gelo-degelo ocorre quando o betão endurecido e saturado é exposto a temperaturas baixas, a água que fica retida nos poros capilares vai congelar e consequentemente expandir. Quando a água descongelar vai-se verificar uma expansão bastante maior nos poros e, deste modo, vai surgir um efeito cumulativo com os ciclos de gelo-degelo. Quando a água congela o seu volume sofre um incremento de 9%, originando tensões e expansões. Uma hipótese possível é introduzir 4-6% de ar no betão para absorver as expansões.
2.2.2 TEMPERATURAS ELEVADAS
No caso do betão tem que se evitar que a temperatura máxima exceda os 500ºC porque o betão só resiste a temperaturas elevadas sem causar danos até aos 500ºC.
2.2.3 TENSÕES TÉRMICAS
As tensões térmicas surgem quando o aumento de temperatura de uma estrutura conduz a uma variação diferencial de volume. Podem ocorrer contracções ou expansões. Se as
tensões de tracção resultantes superarem as tensões resistentes do betão, ocorre fendilhação.
O sintoma típico da tensão térmica é o destacamento do betão. O destacamento do betão é provocado por choques térmicos que resultam de gradientes de temperatura muito acentuados que surgem entre uma superfície muito quente e o interior que é frio. Além do destacamento, o levantamento dos cantos de um pavimento é outra situação comum nas tensões térmicas. As tensões de origem térmica podem ter origem em variações de temperatura atmosférica ou variações de temperatura interna.
Variação de temperatura atmosférica:
As variações de temperatura originam mudanças de forma e de volume. Se forem impedidas pela estrutura originam tensões e consequente fissuração.
Exemplo: Considerando uma laje de betão assente no solo construída no final do Verão ou no início do Outono. Durante o Inverno a temperatura atmosférica média e a temperatura média do betão podem baixar 30 graus centígrados para uma laje de comprimento de 30 metros, a contracção livre será da ordem de 1cm. Esta deformação é travada pelo atrito da laje sobre o solo. A tensão de tração é de 225 MPa que excede a sua resistência e o atrito é suficiente para impedir o movimento de contracção.
Variação de temperatura interna:
Um exemplo deste tipo de variação é o aumento da temperatura do betão durante a presa nas barragens, em que o betão é sujeito a uma variação de volume devida ao desenvolvimento de calor.
2.2.4 ABSORÇÃO DE ÁGUA NO BETÃO
Quando o teor de água do betão aumenta ele aumenta de volume. Se este aumento de volume é impedido geram-se fissuras. Qualquer betão é mais ou menos poroso.
2.2.5 RETRACÇÃO
A retracção é caracterizada pela diminuição das dimensões do betão com o tempo, que ocorre quando se desenvolvem tensões de tracção que resultam do impedimento do betão em movimentar-se. Quando as forças de tracção superarem a resistência à tracção do betão originam fissuras.
Logo após a construção é possível visualizar fissuras devido à retracção do betão. Pelo contrário, as fendas provenientes da secagem do betão só são visíveis mais tarde. A figura 3 apresenta a sequência cronológica da retracção numa estrutura de betão armado. Para a compreensão deste gráfico é necessário ter presentes os seguintes conceitos:
Retracção plástica (figura 4): Ocorre devido às deformações no betão quando o betão está no estado fresco e deve-se à perda de água. Esta deformação ocorre sobretudo nas lajes e nas paredes.
Retracção térmica: Durante o início da hidratação do cimento as reacções exotérmicas provocam um aumento de temperatura no betão logo surge uma dilatação térmica no elemento. Quando se atinge a temperatura máxima o elemento vai arrefecer até atingir a temperatura ambiente, havendo contracção no betão e consequente deformação.
Fig. 4 Efeito da retracção plástica numa amostra (Ferreira, 2000).
Retracção térmica: Durante o início da hidratação do cimento as reacções exotérmicas provocam um aumento de temperatura no betão logo surge uma dilatação térmica no elemento. Quando se atinge a temperatura máxima o elemento vai arrefecer até atingir a temperatura ambiente, havendo contracção no betão e consequente deformação.
Retracção autogénea: Se o betão for hidratado continuamente na presença de água irá provocar expansão. No entanto, se não houver troca de humidade do exterior com a pasta de cimento vai ocorrer retracção.
Retracção por secagem: Quando o betão é exposto ao ar, há a saída de água que vai provocar a retracção por secagem. A retracção depende da idade em que surgiu pela primeira vez a retracção. A retracção é tanto maior quanto maior for a razão água/cimento e menor a dosagem do agregado tal como mostram os gráficos da figura 5. Quanto maior a humidade relativa menor a retracção.
2.2.6 RETRAÇÃO DURANTE O ENDURECIMENTO
As reacções químicas podem-se prolongar durante anos, causando diminuição de volume – retracção por endurecimento. Se houver algum impedimento à deformação geram-se fissuras.
2.2.7 FLUÊNCIA E FADIGA
A fluência é o aumento da deformação do betão quando sujeito a tensão constante. As suas consequências só se manifestam passado um período longo de tempo.
Os gráficos da figura 6 mostram a influência que o tempo tem na fluência. A fluência é tanto maior quanto menor for a humidade relativa.
A fadiga ocorre quando é aplicada uma carga cíclica ao longo do tempo, provocando aumento da deformação. Depende das tensões cíclicas tal como mostra o gráfico da figura 7.
Com o aumento dos ciclos a carga de rotura diminui, verificamos isto para o betão à compressão, no betão à tracção e no aço macio em tracção.
Fig. 7 Número de ciclos até à rotura (Neville, 1997)
2.2.8 IMPACTOS
Como o betão está sujeito a impactos, é necessário avaliar a resistência sob estes. Além da capacidade de resistência a impactos é também fundamental avaliar a capacidade de absorção de energia.
As situações típicas em que ocorre choque por impactos são:
- A ocorrência de sismos;
- Tensões geradas durante um bombardeamento; - Cravar estacas;
- Forças de compressão exercidas nas fundações; - Manuseamento de peças pré-fabricadas.
2.2.9 ABRASÃO
É o processo que provoca o desgaste por escorregamento. Abrasão depende das condições de serviço a que a estrutura está exposta. Consiste no desgaste por atrito da camada superficial do betão.
2.2.10 EROSÃO E CAVITAÇÃO
A erosão é o processo em que ocorre desgaste, não a seco mas sim em contacto com água em escoamento. É, portanto, um desgaste resultante da acção abrasiva de fluidos que contêm sólidos suspensos. O grau de erosão depende do tipo e potência do agente erosivo e da qualidade do betão. A cavitação é a perda de material devido ao contacto e consequente impacto de bolhas de vapor num escoamento de elevada velocidade de um fluido. Ocorre em canais quando a velocidade da água é superior a 12m/s e as superfícies de contacto são irregulares. Há desagregação na superfície do betão devida às variações de pressão (figura 8).
Fig. 8 Danos provocados pela cavitação (AACHEN, 2012)
Erosão em lajes de pavimento
À medida que a tecnologia foi evoluindo, observaram-se algumas desvantagens. O veículo antigamente tinha rodas metálicas e agora os pneus são de borracha, o peso dos veículos aumentou significativamente. O custo da mão-de-obra também aumentou e deste modo é necessário reduzir a mão-de-obra. Este tipo de erosão é comum nos armazéns e instalações industriais.
Erosão em obras hidráulicas
Há canais feitos de betão e estes podem sofrer desgaste por abrasão. Se a velocidade for muito elevada pode haver o fenómeno de cavitação.
Erosão em condutas
Se as condutas transportarem gases com forte teor de cinzas podem surgir problemas de abrasão.
Erosão em obras marítimas na zona de quebra-mar
Há desgaste por erosão de todas as obras em que incidem por escavação das vagas que escavam o fundo, com as partículas de areia e silte que são projectadas agressivamente.
2.2.11 FOGO
Depende do tipo de cimento, razão água/ cimento, do tipo de agregados, da espessura de recobrimento e da dosagem de cimento e também da temperatura. Obviamente que temperaturas muito elevadas resultantes de incêndios trazem consequências para o betão. Quanto maior a temperatura atingida menor a resistência do betão.
Para temperaturas compreendidas entre 300ºC e 600ºC o betão apresenta cor rosa, até 900ºC apresenta cor cinza e quando a temperatura ultrapassa os 900ºC o betão fica com uma cor esbranquiçada.
A resistência do betão à compressão depende de:
- Quantidade de água quimicamente ligada. Quando exposta ao fogo desaparece; - Alterações químicas entre a pasta de cimento e o agregado;
- Degradação da pasta de cimento endurecido.
2.3 CAUSAS QUIMICAS
2.3.1 ÁGUA PURA
A água pura decompõe certos compostos de cimento e isto acontece através da dissolução do hidróxido de cálcio, sendo este ataque muito lento.
2.3.2 ATAQUE POR ÁCIDOS
Resulta de uma reacção que ocorre entre a solução agressiva e os compostos de cimento, onde por lixiviação irá ocorrer a perda de resistência do betão.
O ácido sulfúrico reage com o hidroxido de cálcio formando sulfato de cálcio (gesso):
(1)
Formação da etringite:
+3CaO. . .3Ca (2)
Na tabela 2 apresenta-se as substâncias que provocam ataque químico no betão.
Tabela 2-Substâncias que provocam ataque químico no betão (Neville, 1995).
Ácidos Inorgânico orgânicos Carbónico Acético Hidroclórico Cítrico Hidrofluórico Fórmico Nítrico Húmido Fosfórico Láctico Sulfúrico Tânico Outras substâncias
Cloretos de alumínio Gorduras animais e vegetais Sais de amoníaco Óleos vegetais Sulfuretos de hidrogénio Sulfatos
2.3.3 ATAQUE POR SULFATOS
É caracterizado pela reacção química dos iões sulfato com os compostos de alumina, iões sulfato, cálcio e hidróxidos do cimento Portland, formando etringite e uma quantidade menor de gesso (figura 9).
Fig. 9 Ataque por sulfatos numa laje (Ferreira, 2000)
A formação retardada de etringite é caracterizada por um processo expansivo, onde ocorre fendilhação generalizada.
2.3.4 ÁGUA DO MAR
Uma estrutura de betão em contacto com o mar está sujeita a cargas de impacto. Dando origens a patologias como cavitação e erosão. Além disso, está sujeita a ciclos de secagem/molhagem, ciclos de gelo-degelo e ataques químicos.
2.3.5 EXPOSIÇÃO A SAIS
Ocorre uma expansão cristalina de sais dissolvidos que origina a decomposição do betão. Esta decomposição de sais ocorre imediatamente abaixo da superfície do betão. A expansão de sais pode ser notável nas seguintes situações:
- Quando o betão é colocado em solos contendo bastantes sais dissolvidos, possui uma superfície de exposição para evaporação e deste modo a água vai migrar em direcção da superfície exposta por acção capilar e vai-se evaporar. Consequentemente o sal cristaliza nos poros provocando tensões expansivas o que vai originar o destacamento do betão.
- Quando o betão estiver próximo das marés, vai estar sujeito alternadamente a períodos de salpicos com água salina e de secagem. A água contendo sais é absorvida, sendo posteriormente evaporada e originando quantidades elevadas de sais na zona da superfície.
2.3.6 CARBONATAÇÃO
O dióxido de carbono reage com o hidróxido de cálcio formando carbonato de cálcio:
+ O (3)
A carbonatação ocorre quando o dióxido de carbono reage na presença de humidade com os minerais de cimento hidratado.
Carbonatação pode-se dar em três fases:
1ª Fase: O dióxido de carbono difunde-se para o interior do betão; 2ªFase: O dióxido de carbono reage com as moléculas de água;
3ªFase: O ácido carbónico reage com os componentes alcalinos do betão.
A carbonatação começa a desenvolver-se do exterior do betão para o interior.
A velocidade diminui à medida que a carbonatação caminha para o interior.
A tabela 3 mostra a relação da Humidade Relativa com velocidade de carbonatação:
Tabela 3-Relação entre humidade relativa e velocidade de carbonatação (Emmons, 1993).
Método analítico para determinação da carbonatação:
√ (4)
Em que:
c-profundidade de carbonatação em centímetros; k-coeficiente de carbontação;
t-tempo em anos.
Método experimental:
-Solução indicadora de fenolftaleína: Consiste na utilização de um indicador de fenolftaleína que em ambientes alcalinos adquire a cor rosa –carmin. Este método possui limitações uma vez que, podem existir certas zonas que apenas estejam parcialmente carbonatadas e desta forma não vão ser detectadas pela solução de fenolftaleína.
2.3.7 CLORETOS
A carbonatação juntamente com os cloretos são as principais causas para a despassivação da armadura no betão armado (figura 10).
Fig. 10 Diagrama em árvore do mecanismo de corrosão da armadura (Ferreira, 2000)
O problema principal no ataque por cloretos é a corrosão do aço.
É importante saber o tempo que os iões cloro demoram a passar do ambiente para o betão. O ião cloro pode entrar em contacto com o betão a partir dos agregados contaminados, da água ou através do uso de adjuvantes que contenham cloro.
O ião cloro reage com o aluminato tricálcio e a fase ferrítica:
(5)
Originando o sal de Friedel:
(6)
Para afixação dos iões cloros podem ser considerados dois métodos:
- Medição da relação iões cloro totais/livres; - Medição da relação iões cloro fixos/livres.
A principal fixação é com o C3A para formar cloro aluminato de cálcio.
Quanto maior C3A maior a fixação do ião cloro.
O tipo de cimento varia de acordo com a concentração de C3A e C3A+C4AF e influencia
a concentração do ião cloro.
Para prevenir que os cloretos penetrem no betão podemos aumentar o recobrimento. Quanto maior o recobrimento, mais tempo demoram os cloretos a chegar à armadura. O recobrimento e a qualidade do betão actuam em conjunto para a protecção da armadura. Se a cura for prolongada, a corrosão será mais demorada pois o betão será mais resistente. Usando materiais cimentícios reduz-se a penetração no betão, aumentando a sua resistência.
2.3.8 ATAQUE ÁLCALIS-AGREGADO
O ataque álcalis-agregado ocorre quando os álcalis libertados pelo cimento hidratado reagem com os agregados cujos constituintes são reactivos.
Podem ocorrer dois tipos de ataques:
- Ataque alcalis-carbonato (contendo calcários dolomíticos); - Ataque álcalis-sílica (contendo agregados siliciosos).
A fendilhação na superfície do betão sujeito a este tipo de ataque é irregular. Neste tipo de ataque as fendas atravessam as partículas de agregado e a pasta de cimento (figura 11).
Fig. 11 Maciço de ancoragem (GMIC, 2012)
A expansão cessa quando o teor de humidade do betão for inferior a 4-8% (humidade relativa de 85%).
Reacções álcalis-sílica
Há rochas siliciosas que reagem com o cimento formando um composto álcalis-sílica. A álcali-sílica pura pode reagir com os iões de cálcio originando (a partir do hidróxido de cálcio ou outros produtos de hidratação) um complexo branco, opaco de sílica-cálcio ou álcali-sílica-cálcio. Os produtos das reacções álcali-sílica absorvem água e consequentemente aumentam de volume. Quanto mais água for absorvida mais água irá entrar para o interior do betão e aumentar a largura da fenda (figura 12).
Fig. 12 Encontro de uma ponte (GMIC, 2012)
Reacções álcali-carbonatos
Os álcalis libertados da pasta de cimento ou de outras reagem com os agregados e com os carbonatos.
Uma situação visível deste tipo de ataque é na zona da reacção aparecer até 2mm de largura em torno das partículas de agregado. A fendilhação irá ser longa nestes anéis à interface e na direcção radial.
2.4 ATAQUE BIOLÓGICO
Ocorre quando o betão entra em contacto com águas residuais que resultam da actividade metabólica de bactérias e fungos. Estas bactérias e fungos têm tendência a oxidar o enxofre. Os compostos de enxofre nos esgotos são reduzidos a sulfitos pela acção de bactérias porque nestas condições os níveis de oxigénio são muito baixos. O H2S é um exemplo destes componentes que vão para atmosfera e dissolve-se na
humidade condensada acima do nível da água da conduta. Caso haja um elevado nível de oxigénio o H2S dissolvido origina H2SO4.
Este ataque depende:
- Temperatura nos esgotos;
- A presença de enxofre e resíduos industriais nos esgotos; - Falta de ventilação;
É fundamental fazer referência ao fenómeno dos esgotos. O enxofre é transferido em ácido ou sulfatos na presença de microrganismos. Os fungos (origem vegetal), as raízes (origem vegetal) e as da origem animal também devem ser considerados neste tipo de ataque.
2.5 CAUSAS ELECTROQUIMICAS DE DEGRADAÇÃO
2.5.1 CORROSÃO DAS ARMADURAS
O aço está protegido no betão através de uma película fina de hidróxido de cálcio que tem elevada alcalinidade e, além disso, o betão ainda lhe confere uma protecção ao meio ambiente através de uma barreira física que o separa do meio ambiente. Deste modo, nas condições de exposição normais o aço está protegido contra a corrosão através de uma camada de passivação.
As estruturas submersas não possuem oxigénio então o aço vai oxidar lentamente não ocorrendo corrosão. A camada de passivação é formada por Fe2O3. Esta camada protege
o aço da corrosão enquanto não for destruída o aço permanece sem qualquer dano. Quando falamos de corrosão faz sentido falar em células electroquímicas pois a corrosão ocorre como resultado destas células, em que no ânodo ocorre corrosão e no cátodo redução. Há transporte de fluxo de electrões que se deslocam do ânodo para o cátodo (figura 13).
A corrosão pode se dar devido à falta de uniformidade do aço, contacto com metais menos activos e da heterogeneidade do meio químico/físico que envolve o aço.
A camada de passivação pode ser destruída quando penetrarem substâncias agressivas e a corrosão irá ocorrer. Nestas circunstâncias, o aço diminui de secção, o betão pode fissurar devido às expansões exercidas sobre ele e irá haver uma diminuição de aderência ou mesmo uma perda completa e consequentemente redução de capacidade de carga (figura 14).
Fig. 14 Estragos provocados pela corrosão (Powers, 1955)
anódica (7)
+ 2 O + 4 catódica (8)
As condições necessárias para que ocorra corrosão do aço no betão encontram-se na tabela4.
Os cloretos provocam a despassivação da armadura. Podem ser incorporados no betão aquando da amassadura se se usar agregados contaminados ou através da utilização de adjuvantes contendo cloretos (figura 15).
Fig. 15 Perfil de teor de cloretos como percentagem da dosagem de cimento (Neville, 1995)
Os cloretos apenas penetram no betão saturado e na presença de oxigénio. O teor de cloretos diminui com a profundidade da camada de recobrimento.
Tipos de corrosão
Corrosão por picadas
A corrosão por picadas é típica do ião cloreto. As picadas são autocalíticas e deste modo podem aumentar continuamente. Forma-se uma célula de corrosão onde existe uma área passiva intacta (cátodo) e uma área menor (ânodo) onde se vai reduzir o oxigénio uma vez que houve despassivação da armadura.
Corrosão em espaços confinados
Ocorre quando há um espaço sobre a superfície do aço que evita o acesso de oxigénio. Neste processo há células diferenciais de oxigénio que induzem a corrosão da armadura. Este tipo de corrosão pode ocorrer pela injecção de argamassas com materiais epóxidos como reforço estrutural. Irão surgir zonas com falta de oxigénio e, deste modo, a corrosão irá ser acelerada.
Corrosão da baixa tensão
Ocorre quando há esforços de tracção no aço e um meio agressivo e ocorre sobretudo em betão pré-esforçado e pós-esforçado. A corrosão de baixa tensão é, muitas vezes, associada à má utilização do betão ou á presença de certos iões.
Corrosão por correntes de interferência
Podem ser definidas como correntes que não formem parte da célula electroquímica. Para se dar este tipo de corrosão tem de haver uma troca de correntes entre uma estrutura metálica e um meio electrolítico. As fontes mais comuns são: A protecção catódica em meios de baixa resistividade e sistemas com potencial eléctrico. O aço passivo no betão e que não está contaminado com cloro não irá sofrer este tipo de corrosão.
Corrosão generalizada
Resulta da perda da camada passiva e pode ser devida ao ataque por cloretos ou carbonatação. Também pode resultar da lixiviação produzida pela percolação e/lavagem por águas puras ou ácidas.
Corrosão galvânica
Ocorre quando há diferentes tipos de metais no meio electrolítico.
2.6 MÁ PORMONORIZAÇÃO DOS PROJECTOS
Muitas vezes surgem pormenores que não foram previstos em projecto, tais como as variações bruscas de secção, juntas rígidas entre lajes pré-fabricadas, deformações, fugas através das juntas, esgotos mal concebidos, drenagem insuficiente, jogo deficiente de juntas de dilatação, incompatibilidade de materiais, incompatibilidade de secções, fluência não tomada em consideração, erros aquando da elaboração do projecto.
Variações bruscas de secção:
As variações bruscas de secção dão origem a concentração de tensões que podem originar fissuração.
Juntas rígidas entre lajes pré-fabricadas:
As lajes pré-fabricadas são projectadas para serem lajes independentes. Estas lajes não contêm armaduras nos apoios. A sua rotação nas extremidades irá originar fissuras.
Deformações:
O regulamento de betão armado e pré-esforçado impõe espessuras mínimas ou adopção de processos especiais para ter em conta a capacidade de suportar cargas lineares.
Fugas pelas juntas:
A causa frequente da fuga entre as juntas é a infiltração de água.
Esgotos mal concebidos:
Os tubos de queda devem ter o comprimento necessário para que a água não seja projectada contra a parte de baixo da obra no caso de uma ponte.
Drenagem insuficiente:
Deve evitar-se a acumulação de água. A drenagem é insuficiente, normalmente, em superfícies horizontais. Deve garantir-se sempre uma pendente.
Jogo deficiente de juntas de dilatação:
Incompatibilidade de materiais ou de secções:
Por exemplo é de referir o caso das vigas de betão armado de grande secção às quais são fixadas elementos de pequena secção.
A figura 16 mostra outro exemplo em que a alma é muito pouco armada em relação aos banzos.
Fig. 16 Fissura na alma da viga (Castro e Martins, 2006)
Fluência não tomada em consideração:
Se a fluência não é tomada em atenção a obra vai sofrer deformações que não são previstas.
Erros durante a elaboração do projecto:
As causas destes erros são: fissuras, escamação, entre outros erros já referidos.
2.7 CAUSAS DE DESAGREGAÇÃO DO BETÃO NA EXECUÇÃO
As causas mais comuns da degradação do betão em obra são:
Vibrações;
Deslocamentos das cofragens;
Abatimentos nas superfícies da betonagem;
Descofragem prematura;
Segregação do betão fresco.
2.7.1 ABATIMENTOS NAS SUPERFICIES DE BETONAGEM
Fig. 17 Fissuração devido à cedência do solo (Castro e Martins, 2006)
O abatimento na localização das superfícies de betonagem surge quando existem zonas com resistências distintas e a presença de vazios. Nestas situações um assentamento vai ser provocado sob efeito do seu peso próprio, originando fissuras tal como vemos na figura 17.
2.7.2 DESLOCAMENTO DA COFRAGEM
Sempre que a cofragem se mova durante a fase em que o betão passa da fase fluida para a fase da sua presa podem ocorrer fissuras e deixa de estar em segurança a estrutura porque há formação de uma bolsa de água na massa do betão e se esta congelar o betão vai estalar, tal como se verifica na figura18.
Fig. 18 Deslocamento de cofragem (Castro e Martins, 2006)
2.7.3 VIBRAÇÃO
Estas vibrações dizem respeito às vibrações que ocorrem durante a presa do betão como por exemplo, a circulação de veículos, tiros de minas, cravação de estacas, entre outras.
2.7.4 SEGREGAÇÃO DO BETÃO FRESCO
As partículas mais pesadas são sedimentadas e este processo ocorre antes da presa do betão. O betão endurece primeiro na superfície logo qualquer impedimento poderá provocar fissuração.
2.7.5 RETRAÇÃO PLÁSTICA DO BETÃO
Ocorre no início da presa do betão quando ocorrem variações de volume que irão provocar pequenas fissuras.
2.7.6 DESCOFRAGEM PERMATURA
Ocorre quando há necessidade de efectuar a obra num prazo muito curto, então acelera-se os trabalhos e retira-acelera-se as cofragens quando o betão armado ainda não está resistente ocorrendo fissuras graves.
3. DIAGNÓSTICO
É necessário fazer um levantamento exaustivo e pormenorizado das patologias, deve ser efectuado por profissionais de modo a identificar o tipo e causa da patologia e a profundidade de degradação.
Deve ser realizado um projecto com as intervenções a realizar, identificando métodos para a preparação do suporte, tratamento e substituição da armadura.
No caderno de encargos devem ser definidas as características dos produtos a utilizar e a descrição pormenorizada das tarefas.
Os sintomas principais da degradação de uma estrutura em betão armado são as fissuras, escamação e desagregação. Estes sintomas são visíveis e cada um tem um significado próprio. É necessário saber a causa da degradação o que requere uma pesquisa. Em primeiro lugar é necessário saber as causas da degradação e como proceder à sua eliminação. Em segundo lugar é necessário diagnosticar a causa provável. Por fim, deve ser aplicado um método de reparação.
4. TÉCNICAS DE INTERVENÇÃO
Medidas de intervenção
Demolição parcial ou total da estrutura;
Redução das acções sobre a estrutura;
Modificação do sistema estrutural;
Substituição de elementos danificados;
Reparação e reforço de elementos estruturais;
Inclusão de elementos estruturais adicionais.
Materiais de reparação
Quando pretendemos reparar uma estrutura o objectivo é usar materiais distintos dos usados em estruturas novas. Dos materiais normalmente usados destacam-se os seguintes:
Betões e argamassas especiais. Possui elevada resistência e baixa retracção;
Betão projectado;
Resinas:
Possui dois componentes, a resina e o endurecedor. As resinas podem ser usadas na injecção de fissuras de elementos de betão. Pode ainda ser usada na colagem de chapas metálicas de modo a proporcionar um reforço adicional.
Armaduras adicionais de reforço sob a forma de perfis metálicos, chapas metálicas coladas ou fixadas por buchas, cintas, estribos e varões longitudinais.
Tipos de reforço
Reforço nas fundações;
Reforço com encamisamento de betão projectado;
Reforço com encamisamento de betão armado;
Reforço pela utilização de resinas epoxy e elementos metálicos;
Injecção de fissuras;
Pré-esforço, contraventamento, etc.
4.1 PREPARAÇÃO DO SUPORTE
A preparação do suporte pode ser feita por demolição manual, máquinas-ferramentas, jacto de areia seco ou húmido, hidroescarificação (figura 19).
4.2 TRATAMENTO DA ARMADURA
Devem ser removidas das armaduras as poeiras, ferrugem, óleos, vernizes, gorduras. Esta remoção é feita através do jacto de areia. No caso de ser necessário substituir armadura devem ser respeitados os comprimentos de amarração. De seguida deve aplicar-se uma argamassa cimentícia anticorrosiva, constituída por polímeros, ligantes cimentícios e inibidores de corrosão para protegerem armadura da corrosão.
A acção anticorrosiva da argamassa ocorre através:
Da sua impermeabilidade à água e aos gases agressivos que existem na atmosfera;
Da presença de inibidores de corrosão;
Da sua elevada alcalinidade;
Boa aderência ao metal.
As argamassas são aplicadas com um pincel fazendo duas demãos. A segunda demão pode ser aplicada alguns minutos depois da primeira e de preferência dentro de 24horas.
4.3 ARGAMASSA DE RETRACÇÃO CONTROLADA
Para aplicar em obra é necessário apenas a adição de água. A sua constituição é cimento com grande resistência, aditivos adicionais, agregados, microssílica. A pozolana reage com os hidróxidos de cálcio na presença de água. As suas vantagens são: mais baratas que o próprio cimento, reduzem o calor de hidratação, aumentam a resistência química e diminuem os fenómenos de retracção. Antes da sua aplicação é necessário humedecer o suporte. É necessário esperar que a água evapore e para facilitar a eliminação de água pode-se usar ar comprimido caso seja necessário.
4.4 TRATAMENTO DE FISSURAS
O tratamento de fissuras pode ser efectuado por exemplo com adesivo epoxídico isento de solventes. Antes de aplicar a superfície deve estar limpa. Devem ser eliminados todas as poeiras.
A fissuração do suporte está muitas das vezes associada a fenómenos de movimento na fundação, concentração de cargas externas, ataques químicos, acção do gelo, deformações e variações higrométricas. A tabela 5 apresenta técnicas para reabilitar fissuras.
Tabela 5- Técnicas de reparação de fissuras para garantir a estanqueidade das paredes (Silva, 2002).
4.5 TRATAMENTO DO BETÃO
O betão degradado deve ser removido;
A superfície de contorno deve preferencialmente apresentar-se na vertical;
Pode usar-se discos abrasivos;
A superfície a reparar não deve estar muito lisa;
Retirar poeiras e limpar com jacto de água;
5. TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO E INSPEÇÃO
Consiste em operações de limpeza e pequenas reparações. A tabela 6 apresenta métodos de limpeza adequada a cada tipo de mancha e a figura 20 mostra um esquema explicativo dos procedimentos para a realização da inspecção e manutenção numa obra.
Tabela 6-Métodos de limpeza adequados ao tipo de mancha (Colen et al,2000)
A utilização de ensaios não destrutivos, de acordo com um plano de inspecção a elaborar de acordo com as características iniciais da estrutura, bem como as do meio ambiente em que esta se insere, permite determinar o estado do betão da camada de recobrimento. À medida que a idade da estrutura vai aumentando, a frequência de ensaios também deve aumentar.
A carbonatação do betão é uma das principais patologias que muitas vezes não é visível na inspecção visual. Para se detectar esta patologia usa-se uma solução de fenolftaleína. O betão não carbonatado adquire a cor rosa (figura 21). A figura 22 apresenta um exemplo do betão carbonatado.
Fig. 21 Betão não carbonatado (Mendonça,2005)
Fig. 22 Betão carbonatado (Mendonça,2005)
O teor de cloretos também pode ser determinado através de ensaios não destrutivos (Figura 23).
Caso seja feita uma inspecção visual periódica por técnico habilitado, grande parte das patologias dos edifícios podem ser detectadas. Esta inspecção deve ser complementada por ensaios não destrutivos variando consoante a idade e o estado de conservação do edifício, como por exemplo os ensaios detector electrosónico de humidade e a câmara termográfica (figura 23).
Fig. 24 Detector electrosónico de humidade e câmara termográfica (L. V. Mendonça,2005)
5.1 PREVENÇÃO CATÓDICA
Para poder funcionar a corrente deve ser descarregada do ânodo. A corrente é obrigada a movimentar-se para tubulações em áreas que eram anódicas. Quando houver uma quantidade de fluxo descarregado dos ânodos, é colectada na tubulação e carregam as correntes que se estavam a descarregar da zona anódica. Haverá uma protecção da corrosão.
6. ENSAIO DE PULL-OFF
O ensaio de pull-off tem a finalidade de avaliar a resistência superficial do betão ou recorrendo à carotagem parcial para medir aderência de elementos separados. Encontra-se descrito nas normas ASTM C 1583-04 (2004) ou em BS 1881:Part207 (figura 25).
Fig. 25 Aparelho para executar o ensaio de pull-off (ASTM,2004)
É um ensaio de aderência por tracção directa e consiste na aplicação suave de uma força de tracção exercida manualmente no volante de tensão de um aparelho concebido para esse fim.
A força de tracção é transmitida axialmente a uma peça metálica de ensaio colada ao provete. O aumento gradual da força é registado logo que se dê o arrancamento do provete na secção mais frágil.
Antes de se proceder à colagem da peça metálica ao carote, estas superfícies devem ser cuidadosamente preparadas deforma a que haja uma boa aderência. Devem ser superfícies lisas e sem rugosidades de modo a que a força que é aplicada nestas superfícies seja uniforme em toda a área de colagem. Deve efectuar-se a carotagem nos provetes e posteriormente a superfície do betão deve estar seca.
A cola que se aplica entre os elementos de separação deve ter uma tensão de aderência elevada de modo a garantir que a rotura se dê pelo betão.
A figura 26 mostra os tipos de rotura possíveis que podem ocorrer num ensaio de pull-off.
Fig. 26 Tipos de rotura possíveis que podem ocorrer num ensaio de pull-off (ASTM,2004)
O ensaio de Pull-off é rápido e pouco dispendioso. Os danos causados aos carotes são reduzidos e a utilização in situ é viável.
Evidentemente que há factores que podem influenciar estes ensaios tais como, a composição e propriedades do betão, variação na superfície de rotura, orientação e posição do agregado sobre o disco, diâmetro e espessura do disco, sistema de contrapressão e velocidade de aplicação da carga.
As principais aplicações deste ensaio são:
Medição da tensão de tracção no betão in situ de modo a detectar defeitos na camada superficial e fendas na perpendicular à superfície;
Aderência das camadas novas.
As vantagens são:
É um ensaio simples e qualquer pessoa o pode executar;
Os resultados são fiáveis;
A tensão de tracção é medida directamente;
O ensaio não requer planeamento prévio.
As desvantagens são:
Tempo de presa da cola (é necessário esperar 24 horas para que a cola cole os elementos separados);
Existe uma dificuldade em conseguir que não haja uma flexão residual e o ensaio deixe de ser por tracção pura;
Os valores obtidos dependem do tipo e dimensão do agregado, do material do disco e da sua espessura.
7. CASO DE ESTUDO
7.1 TÉCNICAS DE REABILITAÇÃO
Existem várias técnicas de reabilitação, irei referir as técnicas de reabilitação estudadas para este caso de estudo.
7.1.1 ARGAMASSA DE REPARAÇÃO
A correcta utilização de argamassas de reparação requer que haja uma combinação adequada das suas propriedades e dimensões, sendo o objectivo evitar que a estrutura se continue a degradar, permitir um bom acabamento final e restaurar a parte estrutural da obra.
As argamassas devem ser classificadas em:
Argamassas de reparação estrutural - são aplicadas de modo a substituir o betão degradado e a permitir que o betão volte a obter as suas características estruturais e de durabilidade;
Argamassas de reparação não estrutural – são aplicadas na estrutura de betão com o objectivo de restituir a geometria e estética.
Deve escolher-se a argamassa de acordo com as condições de utilização e com o objectivo desejado pelo utilizador.
As propriedades mecânicas da argamassa, a durabilidade, a permeabilidade à água, a resistência a taques químicos, a trabalhabilidade e aderência ao material original são importantes para avaliar o seu desempenho (figura 27).
Fig. 27 Factores a considerar numa reparação estrutural em betão armado (Correia,2004)
Critérios de selecção:
Retracção
A retracção (figura 28) por secagem pode provocar fendilhação, perda da capacidade de carga e má aparência. A perda de água vai diminuindo o volume da argamassa de reparação à medida que o processo de secagem se desenvolve, sendo restringida a ligação ao suporte, provocando tensões internas de tração.
Fig. 28 Retracção (Correia,2004)
Aderência
Deve-se escorar as peças antes da sua reparação. De modo a evitar que o novo material não absorva nenhuma parcela de carregamento estático já existente.
Os materiais devem possuir baixa fluência e ter módulos de elasticidade semelhantes. Devido ao carregamento podem ocorrer problemas de sobrecarga ou fluência e além disso a ligação do material de reparação ao suporte pode originar levantamento, delaminação, etc.
Humidade
Alterações de humidade interna podem provocar tensões retracção.
Gases atmosféricos
Constituintes das argamassas:
Ligante – agente aglomerante que liga as cargas e os agregados, formando um material composto;
Agregados finos – Melhoram as propriedades mecânicas, reduzem a retracção e melhoram a resistência à abrasão;
Agregados grossos – Reduzem de uma forma mais eficaz o volume do ligante e melhoram a resistência mecânica;
Cargas – São agregados de diversas naturezas e são usados para alterar as propriedades do material;
Polímeros modificados – São usados em materiais à base de ligante inorgânico (latex, acrílico, etc);
Fibras reforçadas – São filamentos de aço ou vidro concebidas para resistir à tracção;
Modificados químicos – são diversos produtos químicos que podem funcionar como aceleradores de presa, redutores de água, plastificantes ou agentes expansivos.
Argamassas de ligantes orgânicos:
Resinas de poliéster – são constituídas por um polímero linear diluído num agente de reticulação. Apresentam baixa viscosidade e boa resistência mecânica;
Resinas epoxídicas – São constituídas por polímeros que contêm grupo epóxido (figura 29). Estas resinas não exigem acelerador, ao contrário das resinas de poliéster.
Fig. 29 Grupo epoxídico (Correia,2004)
Deve escolher-se correctamente a resina base e o iniciador, pois irá influenciar as características do material de reparação.
Têm como vantagens uma boa aderência, boa resistência à abrasão e agentes agressivos e apresentam um tempo curto de presa.
Apresentam alguns inconvenientes, tais como sensibilidade às condições de aplicação e uma cor diferente da do betão.
Adições: Destacam-se os diluentes (líquidos que diminuem a viscosidade e aumentam o volume sólido do material), flexibilizantes (aumentam a flexibilidade do material, melhorando o seu comportamento a choques), cargas (inertes de diversas naturezas que diminuem a quantidade de resina usada e melhoram as características do produto final) e os pigmentos (usados para dar cor às resinas).
Propriedades:
Antes do endurecimento: -Viscosidade;
- Tempo de utilização (intervalo de tempo após a mistura da resina base com os restantes componentes, durante o qual o material liquido é usado sem dificuldade); - Tempo de contacto (intervalo de tempo entre a aplicação da formulação nas superfícies a colar e início do endurecimento, aplicando-se apenas às formulações para colagem);
-Tempo de cura, tempo necessário para que a formulação endureça a uma determinada temperatura.
Após o endurecimento:
- Resistência mecânica varia com a formulação; - Aderência dos suportes;
- Retracção durante a presa;
- Rigidez, depende muito da formulação, da natureza das cargas e da sua percentagem. - Extensão na rotura varia entre 1,5 e 5%;
- Coeficiente de dilatação térmica, é muito superior ao dos materiais cimentícios, sendo esta a razão de apenas se aplicar em camadas finas e com pouca exposição solar;
- Resistência química, apresentam resistência à água, a ácidos não oxidantes e álcalis; - Resistência à temperatura, é maior nas resinas epoxídicas;
- Durabilidade, nas resinas epoxídicas é maior tanto na presença de água como na fadiga.
Aplicação:
As argamassas de resinas epoxídicas são usadas como argamassas de reparação em:
Reparação de pequenas espessuras (menor que 3mm);
Estruturas em que seja necessária uma cura rápida;
Zonas angulosas;
Selagem de ancoragens;
Execução e reparação de juntas de estradas.
Argamassas de ligantes inorgânicos:
Argamassa de cimento Portland – apresentam baixo custo, diminuição da adesão e fissuração;
Argamassa projectada – usada em grandes superfícies com espessuras de 5 a 20 cm;
Argamassas modificadas com polímeros – latex, dispersões aquosas de borrachas de estireno e butadieno, polímeros acrílicos, etc.
Propriedades:
Incompatibilidade dimensional – causa frequente das deficiências das reparações. A rotura dá-se por expansão exagerada devido aos agentes expansivos adicionados, dilatações térmicas seguidas de arrefecimento ou retracção excessiva;
Resistência mecânica – nas reparações estruturas a resistência mecânica tem de ser igual ou superior à do suporte;
Aderência – Esta aderência entre o material de reparação e o material base deve ser igual ou superior à resistência de tracção directa do material base;
Compatibilidade química – é essencial entre os materiais de reparação e o suporte;
Compatibilidade electroquímica – é necessário avaliar o comportamento electroquímico do betão de base e do material de reparação;
Durabilidade – deve ser boa e é um dos requisitos exigidos ao material de reparação, sendo influenciada pela porosidade, permeabilidade à água e aos gases e absorção capilar;
Aplicações:
O campo de aplicação deste tipo de argamassas vai desde o tratamento das superfícies, até à reconstituição de elementos estruturais degradados.
O processo de fabrico das argamassas em pó inicia-se com a recepção e controlo de qualidade das matérias-primas.
Ensaios:
Ensaios laboratoriais, como por exemplo teste de arranque (figura30), resistências mecânicas (figura31), determinação do módulo de elasticidade por ultra-sons (figura 32), Pull-off (figura 33), etc.
Fig. 30 Resistências mecânicas (Correia,2004)
Fig. 32Cálculo do módulo de elasticidade por ultra-sons (Correia,2004)
Fig. 33 Pull-off (Correia,2004)
Preparação da superfície:
1.Reparar a área a ser reparada; 2.Remover o betão deteriorado; 3.Preparar as fronteiras da reparação; 4.Limpar a superfície exposta do betão.
Equipamento para tratamento: O equipamento para tratamento destaque o martelo pneumático (figura 34), disco de serra (figura 35), Hidrodemolição (figura 36) e escarificadora (figura 37).
Fig. 34Martelo pneumático (Correia,2004)
Fig. 35 Disco de serra (Correia,2004)
Fig. 37 Escarificadora (Correia,2004)
Tratamento:
A reparação (figura 38) pode ser feita com recurso a uma barra suplementar na zona afectada.
Fig. 38 Tratamento (Correia,2004)
Protecção:
A protecção pode ser feita através de:
Pinturas primárias;
Revestimento;
Protecção catódica de ânodo sacrificado;
Protecção catódica por corrente impressionada;
Cobertura alcalina por slurry (dispersões poliméricas).
Colocação:
