ESTUDO SOBRE PATOLOGIA ESTRUTURAL EM UM RESERVATÓRIO DE ÁGUA DE CONCRETO ARMADO

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Rev. Augustus | ISSN: 1981-1896 | Rio de Janeiro | v.25 | n. 49 | p. 66-80 | mar./jun. 2020. 66

ESTUDO SOBRE PATOLOGIA ESTRUTURAL EM UM RESERVATÓRIO DE ÁGUA

DE CONCRETO ARMADO

Luiz Alberto da Silva Bacharel em Engenharia Civil pelo Centro Universitário Augusto Motta

(UNISUAM), Rio de Janeiro, RJ, Brasil. laosrj.engciv@yahoo.com.br Rachel Cristina Santos Pires Mestre em Desenvolvimento Local, Engenheira Civil e Professora Universitária, Centro Universitário Augusto Motta (UNISUAM), Rio de Janeiro, RJ, Brasil

Bruno Matos de Farias Mestre em Desenvolvimento Local, Arquiteto e Urbanista e Professor Universitário, Centro Universitário Augusto Motta (UNISUAM), Universidade Estácio de Sá (UNESA),

Rio de Janeiro, RJ, Brasil bmfarias@gmail.com

Everton Rangel Bispo Doutor e Mestre em Engenharia de Materiais, Processos Químicos e Metalúrgicos, Físico e Professor Universitário, Centro Universitário Augusto Motta (UNISUAM), Rio de Janeiro, RJ, Brasil prof.evertonrangel@gmail.com

RESUMO

Tendo em vista os diversos problemas patológicos em estruturas, esse trabalho disserta sobre casos de patologias em estruturas de concreto armado. No Estudo de Campo foram exibidos dados gerais obtidos acerca do Reservatório de Água de Concreto Armado inspecionado, no município de Resende (RJ), que apresentou problemas patológicos estruturais. Foram apresentadas as causas que provocam patologias e técnicas a serem adotadas para recuperação de um reservatório de água.

Palavras-chave: Patologia; Reservatório de Água; Concreto Armado.

STRUCTURAL PATHOLOGY STUDY IN AN ARMED CONCRETE WATER

RESERVOIR

ABSTRACT

In view of the various pathological problems in structures, this paper discusses cases of pathologies in reinforced concrete structures. In the Field Study, general data were obtained about the inspected Armed Concrete Water Reservoir in the municipality of Resende (RJ),

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ESTUDO SOBRE PATOLOGIA ESTRUTURAL Luiz Alberto da Silva EM UM RESERVATÓRIO DE ÁGUA DE Rachel Cristina Santos Pires CONCRETO ARMADO Bruno Matos de Farias

Everton Rangel Bispo

Rev. Augustus | ISSN: 1981-1896 | Rio de Janeiro | v.25 | n. 49 | p. 66-80 | mar./jun. 2020. 67 which presented structural pathological problems. The causes that cause pathologies and techniques to be adopted for the recovery of a water reservoir were presented.

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1 INTRODUÇÃO

Os reservatórios de água podem ser construídos com diversos materiais de construção, tais como alvenaria, concreto, aço, fibra de vidro e em alguns casos, madeira. Devido a sua utilidade o mesmo merece atenção redobrada, pois a sua superfície de concreto está em contato direto com a água.

Portanto, segundo Souza (2014, p. 26) “Alguns cuidados básicos devem ser tomados para garantir sua integridade, tais como: impermeabilização intacta; proteção do acesso interno e externo; local protegido de inundações; protegido de acesso de qualquer espécie de animal e de águas poluídas proveniente das vizinhanças, etc.”.

Desta forma, a estrutura do reservatória pode apresentar diversas manifestações patológicas. Sendo assim, quando surgem sinais externos de patologias como manchas incomuns, deformações e entre outros, está acontecendo algo de errado na mesma (BORGES, 2008).

Patologia são manifestações, consequências e mecanismos de ocorrência das falhas e dos sistemas de desagregação das estruturas. É de responsabilidade da engenharia patológica e terapêutica das construções estudar os problemas patológicos apresentados nas estruturas, avaliando e identificando as principais causas, origens, formas de manifestação, métodos e técnicas adequados para erradicar esses problemas e/ou evitar suas reincidências, assim como menciona (BORGES, 2008).

Os problemas apresentados nos reservatórios de concreto são comuns e rotineiros. Logo, exigem uma análise mais detalhada dessas causas de patologias, sendo de suma importância um avanço maior dos estudos e pesquisas nesse tema em questão da engenharia.

1.1 Objetivo

O objetivo da pesquisa é apresentar dados sobre um reservatório de água de concreto armado que apresentou patologias estruturais. Também serão descritos passos para a Inspeção técnica e ensaios realizados.

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1.2 Metodologia

A metodologia de elaboração deste tema é baseada em revisão de literatura, fundamentada no livro Patologia, Recuperação e Reforço de Estruturas de Concreto volume 1 de 1998, sites, trabalhos de conclusão de curso, monografia, teses e Normas da Associação brasileira de normas técnicas (ABNT).

Um estudo de caso será apresentado no capitulo três descrevendo dados sobre um reservatório de água de concreto armado que apresentou patologias em sua estrutura, buscando assim oferecer aos profissionais e alunos de engenharia civil uma compreensão maior sobre o tema da pesquisa.

2 DESENVOLVIMENTO DO TEMA ABORDADO

É fundamental preservar as estruturas de reservatórios de água em boas condições, garantindo a resistência e seu desempenho. Desta forma, o estudo sobre causas de patologias e reabilitação dessas as estruturas precisam ganhar um lugar relevante no ramo da engenharia civil, de tal modo que suscite a investigação e o desenvolvimento de novas técnicas e equipamentos.

Sendo assim, a relevância do tema em questão se dá porque os reservatórios de águas estão mais propícios à patologias, já que a água é um dos principais agentes causadores das manifestações patológicas em estruturas de concreto, gerando as umidades, fissuras, deslocamento de revestimentos, eflorescência, bolor, entre outras (SOUZA, 2014).

2.1 Revisão de Literatura

2.1.1 Normas Brasileira

Diversos procedimentos relacionados ao concreto armado, devem atender algumas normas técnicas principais, pois as normas asseguram as características desejáveis de produtos e serviços, como qualidade, segurança, confiabilidade e eficiência. As principais normas estão destacadas a seguir:

a) NBR 6118 (2003): Projeto de estruturas de concreto – Procedimento; b) NBR 14931 (2003): Execução de estruturas de concreto – Procedimento;

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Rev. Augustus | ISSN: 1981-1896 | Rio de Janeiro | v.25 | n. 49 | p. 66-80 | mar./jun. 2020. 70 c) NBR 6120 (1980): Cargas para o cálculo de estruturas de edificações;

d) NBR 6122 (1988): Forças devido ao vento em edificações - Procedimento; e) NBR 8681 (2003): Ações e segurança nas estruturas – Procedimento;

e) NBR 9607 (1986): Provas de carga em estruturas de concreto armado e protendido;

f) NBR 7480 (1996): Barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado;

g) NBR 8548 (1984): Barras de aço destinadas a armaduras para concreto armado com emenda mecânica ou por solda - Determinação da resistência à tração h) NBR 12655 (1996): Concreto - Preparo, controle e recebimento;

i) NBR 7211 (2005): Agregados para concreto – Especificação;

j) NBR 12654 (1992): Controle tecnológico de materiais componentes do concreto;

k) NBR 7191 (1982): Execução de desenhos para obras de concreto simples ou armado.

2.1.2 Tipos de Patologia em Estruturas de Concreto Armado

Costa As fissuras em concreto armado devido à corrosão das armaduras são muito comuns nas estruturas. As verdadeiras causas do problema precisam ser diagnosticadas, tratadas e corrigidas a fim de bloquear o processo, para que não venha agravar os problemas na edificação (GONÇALVES, 2015).

Segundo o mesmo autor “as mais comuns causas da ocorrência da corrosão no concreto são: má execução das peças estruturais, concreto com resistência inadequada, ambiente agressivo, proteção insuficiente, manutenção inadequada ou inexistente e presença de cloretos” (GONÇALVES, 2015). A figura 1 a seguir expõe as fissuras devido à corrosão das armaduras.

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Figura 1: Fissuras devido à corrosão das armaduras

Fonte: Dnit-IPR X (2010).

São diversos fatores que influenciam para ocorrência da fissuração, podendo ser de difícil identificação. Contudo, as causas produzem padrões idênticos, o que facilita bastante a tarefa do perito. Principais causas relacionadas ao material:

a) Cura deficiente; b) Retração; c) Expansão; d) Erros de projeto; e) Variações de temperatura; f) Ataques químicos; g) Excesso de carga; h) Erros de execução; i) Recalques diferenciais.

A NBR 6118/2014 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2014) apresenta as exigências de durabilidade relacionadas à fissuração, em Função de Agressividade Ambiental, dados visualizados no quadro 1 a seguir.

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Quadro 1: Exigências de durabilidade relacionadas à fissuração e à proteção da armadura,

em função das classes de agressividade ambiental Tipo de

concreto estrutural

Classe de agressividade

ambiental (CAA) e tipo de protensão Exigências relativas à fissuração Combinação de ações em serviço a utilizar Concreto armado CAA I ELS-W wk ≤ 0,4 mm Combinação frequente CAA II e CAA III ELS-W wk ≤ 0,3 mm

CAA IV ELS-W wk ≤ 0,2 mm

Fonte: Adaptado da NBR 6118 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2014).

De acordo com Carvalho Júnior (2015) fissuras causadas pela variação térmica são comuns em lajes de cobertura, pois a face superior geralmente tem a sua temperatura maior que os elementos inferiores. O mesmo apresenta alguns tipos de fissuração encontrada em lajes, dados esses dissertados a seguir:

a) Fissuração por Esmagamento do Concreto: reduzida espessura da laje (as fissuras surgem na face inferior, por deficiência diante dos momentos negativos); b) Fissuração de Flexão: insuficiência de armadura para os momentos negativos (as fissuras surgem na face superior);

c) Fissuração por Esmagamento do Concreto: devido à reduzida espessura da laje (as fissuras surgem na face superior por deficiência diante dos momentos positivos);

d) Fissuração por Flexão: insuficiência de armadura para os momentos positivos (as fissuras surgem na face inferior);

e) Fissuração por Flexão: deficiência de armaduras para combate aos momentos volventes (as fissuras surgem na face inferior da laje).

A corrosão também é um tipo de patologia que pode ocorrer sob diferentes formas e o conhecimento das mesmas é importante para estudo de um processo corrosivo.

Segundo Polito (2006), após iniciar o processo de corrosão, o avanço da corrosão variará em função do tipo de aço da armadura. A variável “tipo de aço” é de grande

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Rev. Augustus | ISSN: 1981-1896 | Rio de Janeiro | v.25 | n. 49 | p. 66-80 | mar./jun. 2020. 73 relevância no processo corrosivo. A corrosão afeta vários fatores no comportamento do aço: sua composição química, os tratamentos mecânicos ou térmicos.

Segundo Medeiros (2015) a corrosão é mais encontrada em locais mais expostos à umidade e agentes agressivos, ou em estruturas com muitas falhas, como ninhos de concretagem que, pela alta porosidade local, acabam por facilitar a penetração de agentes agressivos.

2.1.3 Patologia em Reservatório de Água de Concreto Armado

Os reservatórios elevados de concreto armado (ex. figura 2) são compostos por uma estrutura de conjuntos de pilares e vigas embutidas, mantendo o perímetro da secção transversal da edificação. Esse tipo de reservatório proporciona o abastecimento direto por gravidade, isto é, quanto mais alta for a coluna de água, maior será a pressão nas tubulações (SOUZA, 2014).

Figura 2: Reservatórios elevados de concreto armado

Fonte: Carvalho (2015).

Outro modelo adotado de concreto armado é o de reservatórios inferiores (ex. figura 3). Essa estrutura pode ser construída totalmente enterrada, parcialmente enterrada ou na superfície do terreno, e apoiada no terreno. A conservação da água armazenada contra as

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Rev. Augustus | ISSN: 1981-1896 | Rio de Janeiro | v.25 | n. 49 | p. 66-80 | mar./jun. 2020. 74 variações de temperatura é um fator diferenciado quando comparado com os reservatórios elevados. (FERREIRA, 2015).

Figura 3: Reservatórios inferiores

Fonte: Ferreira (2015).

Segundo Souza (2014, p. 27) as principais patologias desenvolvidas em reservatórios de água são: “corrosão de armaduras; perda de estabilidade estrutural devido aos movimentos dinâmicos de fissura e trincas em qualquer face da estrutura; infiltrações; carbonatação ou presença de íons Cloretos, entre outra substância”.

Segundo Tinoco e Morais (2013), outra manifestação patológica incidente é a corrosão nas armaduras. Cerca de 93% dos reservatórios analisados na pesquisa apresentaram este tipo de problema. As causas para esse tipo de patologia foram as “baixas espessuras de cobrimento e a elevada porosidade do concreto (características do material utilizado na época) interferem negativamente sobre a vida útil da estrutura, uma vez que a barreira física proporcionada por este cobrimento é menor e mais fraca.” (TINOCO; MORAIS, 2013, não paginado).

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3 ESTUDO DE CASO

Esse capitulo constitui-se na apresentação dos dados obtidos a respeito da estrutura denominada Castelo de água localizado em Resende – RJ. Em destaque a área ocupada pelo Castelo d’água, na figura 4.

Figura 4: Castelo de água em Resende

Fonte: Próprio Autor (2017).

Uma equipe foi contrata para diagnosticar os possíveis problemas patológicos do reservatório de água, no qual foi realizada uma visita técnica no local, para inspecionada essa estrutura e os dados obtidos são os apresentados no quadro 2 a seguir:

Quadro 2: Dados gerais do Castelo de água inspecionado

Denominação da estrutura Castelo de água

Idade da edificação Superior a 07 anos

Descrição

Trata-se de uma estrutura de concreto armado de seção circular vazada constante com altura total em relação ao solo de 49,70m. Existem duas células posicionadas na região superior da estrutura. A laje de fundo da 1ª célula está localizada a 35,40m e para a 2ª célula a laje de fundo está localizada a 45,80m. O volume de água armazenado na 1ª célula é de 269m3_{e da 2ª célula de 127m}3_.

Função atual Armazenamento de água para resfriamento do Alto forno em caso de

emergência na 1ª célula e para a 2ª célula reserva de incêndio.

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Rev. Augustus | ISSN: 1981-1896 | Rio de Janeiro | v.25 | n. 49 | p. 66-80 | mar./jun. 2020. 76 Arranjo estrutural

O castelo de água em questão está apoiado em fundação profunda do tipo estacas escavadas e blocos de coroamento. A superestrutura foi concebida em concreto armado convencional com paredes de concreto armado em todo o perímetro da estrutura, de seção transversal maciça. Lajes de concreto armado maciças apoiadas em um reticulado de vigas de seção retangular

Tipo da estrutura:

Concreto armado moldado no local, impermeável Fck mínimo – 30 Mpa, sendo que as paredes foram executadas em formas deslizantes.

Projeto Russula Engenharia e Serviços (Espanha)

Execução da estrutura Construtora Paranasa AS

3.1 Não conformidades encontras

O início da construção desse reservatório ocorreu em 10/10/2008, o termino ocorreu dois meses depois e o início de uso ocorreu em Fevereiro/2009, no qual mostra que foi uma execução rápida.

Foi constatado que a empresa fornecedora do concreto possuía usina fixa na obra. No qual fez o controle tecnológico do concreto, entretanto no repassou esses dados para o se cliente, portanto, o mesmo não tem os relatórios de ensaios e não tem ciência de quem executou.

Os projetos apresentados da estrutura indicam que o concreto deve ser impermeável, entretanto o cliente desconhecia se durante a construção esta propriedade foi averiguada. O cliente também não tem a carta de traço do concreto utilizado.

Também foi constado que durante o processo de início de funcionamento da estrutura já foram detectados vários pontos de vazamento em níveis isolados, na região superior, porém não existia histórico de manutenções efetuadas.

3.2 Tipologia das anomalias encontradas

As não conformidades encontradas mencionadas anteriormente, provocaram as seguintes anomalias na estrutura:

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Rev. Augustus | ISSN: 1981-1896 | Rio de Janeiro | v.25 | n. 49 | p. 66-80 | mar./jun. 2020. 77 b) Fissuras com umidade;

c) Reparo de argamassa com 77stofamentos, semidestacados, destacados, fissurados, com ou sem exposição de armaduras com degradação por corrosão; d) Presença de concreto disgregado e/ou segregação superficial do concreto; e) Presença de vazamentos na parede externa do castelo d’água.

A figura 5, a seguir, apresenta algumas patologias encontradas no reservatório de água.

a) figura A – Fissuras com umidade;

b) figura B- Presença de vazamentos na parede externa do castelo d’água; c) figura C- Presença de eflorescência;

d) figura D-Segregação superficial do concreto.

Figura 5: Patologias reservatório de água

Para um melhor diagnostico do quadro patológico analisado neste trabalho foram feitas investigações, ensaio em campo e coletadas amostras para ensaios laboratoriais. Em síntese foi realizado:

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Rev. Augustus | ISSN: 1981-1896 | Rio de Janeiro | v.25 | n. 49 | p. 66-80 | mar./jun. 2020. 78 b) Verificação da espessura de cobrimento;

c) Verificação da resistividade do concreto; d) Verificação do potencial elétrico de corrosão; e) Verificação da homogeneidade do concreto; f) Verificação da resistência mecânica à compressão;

g) Verificação de propriedades de impermeabilidade do concreto;

h) Verificação de eventual contaminação por teor elevado de ion cloreto.

4 RESULTADOS

Através dos ensaios realizados, foram constatados os seguintes resultados:

a) Existem desvios da espessura de cobrimento que revelaram, para amostragem realizada, que 24% delas encontram-se inferiores ao cobrimento especificado em projeto;

b) 100% das amostragens apresentam tensão de ruptura (Fck) acima do valor determinado em projeto (30 MPa);

c) No ensaio de ultrassom, os pontos de leitura, para condição de homogeneidade, foram considerados bom (96,4%) e excelente (3,6%);

d) No ensaio de resistividade elétrica do concreto, os pontos de leitura para taxa de corrosão, foram considerados desprezíveis (100%);

e) No ensaio de potencial de corrosão, adotou-se os critérios de avaliação para risco de corrosão como baixo risco (97,2%) e risco intermediário (2,8%);

f) Com base nos dados de ensaio, verifica-se que 100% dos pontos ensaiados revelaram espessura de carbonatação inferior à de cobrimento.

Os dados obtidos foram estudados para realizar a melhor forma possível de recuperação da estrutura.

5 CONCLUSÃO

A pesquisa apresentou um estudo de caso sobre um reservatório de água de concreto armado, o qual foi alvo de diversas patologias em sua estrutura. Sendo assim, foram discorridos alguns ensaios que podem ser realizados para um melhor diagnostico do

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Rev. Augustus | ISSN: 1981-1896 | Rio de Janeiro | v.25 | n. 49 | p. 66-80 | mar./jun. 2020. 79 quadro patológico a ser analisado da estrutura. Outrossim, foram indicadas as etapas a serem realizadas, investigações, ensaios em campo e coleta das amostras para ensaios laboratoriais.

Esses ensaios realizados permitem realizar, da melhor forma possível, a recuperação da estrutura. Portanto, o projeto de recuperação deve atender as diretrizes das normas da ABNT (Associação brasileira de normas técnicas) NBR 6118 – Projeto de estruturas de concreto – Procedimento; e da NBR 6120 – Cargas para cálculo de estruturas de edificações; e NBR 6123 – Forças devido ao vento em edificações.

REFERÊNCIAS

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Rev. Augustus | ISSN: 1981-1896 | Rio de Janeiro | v.25 | n. 49 | p. 66-80 | mar./jun. 2020. 80 MEDEIROS, Marcelo. Corrosão do concreto é causada por umidade e gases nocivos. [S.l.]: AECweb, 2015. Disponível em: http://www.aecweb.com.br/cont/m/rev/corrosao-do-concreto-e-causada-por-umidade-e-gases-nocivos_6412_0_1. Acesso em: 20 out. 2017. POLITO, Giulliano. Corrosão em estruturas de concreto armado: causas, mecanismos, prevenção e recuperação. 2006. 191 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Especialização em Avaliação e Perícia) – Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2006.

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Recebido em 12/06/2019 Aceito em 07/02/2020