Avaliação do processo corrosivo instaurado na estrutura de concreto
armado de uma edificação com mais de 50 anos
Evaluation of the corrosion process brought in the reinforced concrete structure of a building with more than 50 years old
Fábio Giovanni Xavier de Oliveira (1)
(1) Engenheiro Civil, Rehabilitar Engenharia Ltda.
Av. Epitácio Pessoa, 5070 - Cabo Branco - CEP:58045-904 - João Pessoa/PB
Resumo
Diante dos últimos desabamentos ocorridos na cidade do Rio de Janeiro, a sociedade brasileira alertou para a necessidade da manutenção das edificações, principalmente em suas estruturas de concreto armado, que são, na maioria afetadas pela corrosão das armaduras. A determinação das causas, origens e mecanismos desse tipo de manifestação patológica são de suma importância para se minimizar os custos de uma possível recuperação e também, para se potencializar a segurança estrutural desse edifícios. Diante do exposto, a realização de uma inspeção e elaboração de um laudo técnico contendo todas essas informações é condição sine qua non para garantia desses requisitos.
Nesse estudo foram avaliados parâmetros de caracterização dos materiais e parâmetros relacionados à corrosão das armaduras, na superestrutura do Edifício 18 Andares, localizado na cidade de João Pessoa-PB. A estrutura possui uma área construída de aproximadamente 14.000 m² com idade de aproximadamente 51 anos. O objetivo principal do trabalho foi de avaliar as propriedades mecânicas, físicas e químicas da estrutura, para se determinar os processos de recuperação e proteção necessários diante dos sintomas de corrosão. Também foram realizados ensaios de caracterização micro-ambiental, de esclerometria à percussão, de profundidade da frente de carbonatação, de presença de cloretos e de potencial de corrosão das armaduras. Os resultados indicam que apesar de uma boa qualidade do concreto, a corrosão das armaduras já se encontra em estado avançado em alguns pontos, com grande perda de massa e elevado nível de fissuração das peças estruturais.
Palavra-Chave: Patologia, Durabilidade, Corrosão, Carbonatação, Ensaios Eletroquímicos,Edifícios Antigos
Abstract
Given the recent collapses occurred in the city of Rio de Janeiro, Brazilian society warned of the need for maintenance of the buildings, especially in its reinforced concrete structures, which are most affected by reinforcement corrosion. The determination of the causes, origins and mechanisms of such pathological manifestation is of paramount importance to minimize the costs of a possible recovery and also to enhance the structural safety of buildings. Thus, an inspection and a technical
report is a important to ensuring these requirements.
In this paper we evaluated characterization parameters of the materials and parameters related to corrosion of reinforcement in the structure of the 18 Andares building, located in João Pessoa. The structure has a surface nearby 14,000 m², and 51 years old. The main objective of this study was to assess the mechanical properties, physical and chemical structure to determine the processes of recovery and protection needed before the symptoms of corrosion. Also tests were performed to characterize environment, esclerometry, carbonation depth, the presence of chlorides and corrosion potential of reinforcement. The results indicate that although a good quality of concrete, corrosion of reinforcement is already in an advanced state in places, with great weight loss and high cracking of structural parts.
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Introdução
Sinistros graves em edificações, como colapsos parciais ou totais, são eventos traumáticos para a sociedade, porque em sua grande maioria, ocasionam elevadas perdas materiais e ceifam muitas vidas, gerando desconfiança por parte da população quanto à segurança de suas habitações.
Uma boa parte das edificações brasileiras, principalmente em cidades mais antigas, remontam de meados ou até do início do século passado, possuindo hoje 60, 70 e até 100 anos de idade, como alguns prédios no centro histórico de Recife e João Pessoa. Infiltrações, vazamentos nas instalações hidrossanitárias e principalmente a ação dos agentes agressivos, vêm durante décadas, deteriorando as estruturas dessas edificações, sendo essa situação potencializada devido ao neglicenciamento dos serviços de manutenções preventivas e/ou corretivas necessários durante a via útil da edificação. Nessas condições, a corrosão das armaduras nas estruturas de concreto armado é a manifestação patológica mais incidente, exigindo conhecimentos específicos para se avaliar a situação e manter a integridade dessas construções, diminuindo os gastos e aumentando a segurança (ISAIA, 2005; ACI 201.1R).
Em se detectando sintomas patológicos, o diagnóstico preciso é crucial para que a recuperação estrutural ocorra de modo eficaz, (METHA et al, 2008), determinando as origens, causas e mecanismos e, ainda quantificando e qualificando as regiões atingidas pela manifestação patológica (RED REHABILITAR, 2003; CORDEIRO et al, 1984).
Os métodos visuais, segundo CASCUDO (1999), quase sempre, apenas geram informações sobre os sintomas patológicos. Para que seja concluído um diagnóstico e emitido um prognóstico, ensaios e testes mais abrangentes necessitam ser efetuados: mecânicos, físicos, químicos e eletroquímicos.
Os ensaios mecânicos e físicos determinam as características e propriedades dos materiais sob a ótica estrutural. Já os ensaios eletroquímicos e químicos, conforme CASCUDO (1999), relatam acerca do estado dos materiais, tanto concreto como armaduras, sob a ótica da integridade.
A realização de um laudo técnico visa avaliar o grau de deterioração de uma estrutura, inserida em um determinado micro-ambiente, analisando os teores de agentes agressivos, a capacidade resistente da estrutura, as ações dinâmicas e estáticas de carregamento e suas conseqüências.
O presente trabalho disserta acerca dos ensaios e dos resultados obtidos durante avaliação do grau de deterioração da estrutura de concreto armado do edifício 18 Andares, localizado no centro da cidade de João Pessoa-PB construído na década de 1960.
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Apresentação
2.1 Localização
O Edifício 18 Andares está localizado no Centro da cidade de João Pessoa com longitude: 34°53'07.09"O e latidude: 07° 07'07.87"S.
2.2 Estrutura
O sistema estrutural do Edifício 18 Andares é composto por lajes lisas maciças armadas em duas direções com altura estimada em 21cm apoiadas sobre capitéis que descarregavam sobre pilares. Na região das áreas molhadas existe uma laje dupla para embutimento de instalações hidrossanitárias. A estrutura total executada perfaz um total aproximado de 14.000m² de área de construção.
Figura 1 – Vista geral da edificação (Google Earth)
2.3 Micro-Ambiente
O ambiente a qual está inserido a estrutura do 18 Andares possui características bastante comuns a um microambiente urbano. Foram realizados medições de temperatura do ambiente. As medições de temperatura e umidade foram obtidas de leituras discretas e diárias durante os dias em que foram efetuadas as medição, ensaios e testes através de termohigrômetro da TESTO localizados em pontos internos da edificação durante o mês de abril de 2011.
A temperatura ambiente média durante o período de medição foi de 28,7ºC e a umidade relativa do ambiente, que foi bastante elevada, da ordem de 90%.
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ENSAIOS REALIZADOS
A quantidade e localização das amostras dos ensaios realizados, o foram em função do grau de deterioração da estrutura, em função da orientação geográfica e também em função da proteção ante às chuvas: ambiente interno e ambiente externo.
3.1 Esclerometria à percussão
Os ensaios de esclerometria foram realizados em vigas e pilares e os procedimentos adotados para realização deste ensaio obedeceram ao que está prescrito na NBR 7484/95 – Concreto endurecido – Avaliação da dureza superficial pelo esclerômetro de reflexão, sendo adotado um esclerômetro tipo N modelo WM 250 de fabricação da James Instruments.
As superfícies escolhidas para realização dos ensaios de esclerometria foram todas verticais, estando consequentemente o esclerômetro na posição horizontal. Procurou-se por superfícies que apresentassem uma boa condição superficial para a realização do ensaio, como planicidade, homogeneidade do concreto no seu adensamento, regiões que não apresentassem segregação, exsudação, concentração excessiva de armaduras, juntas de concretagem, cantos e arestas.
Para garantir a ausência de armaduras no concreto foi utilizado um localizador de barras analógico modelo HR-7500 de fabricação da James Instruments, sendo executada essa verificação em todos os pontos onde seriam realizados os ensaios de esclerometria. Em cada área de ensaio foram realizados doze impactos.
Tabela 1 - Resultado do ensaio de esclerometria à percussão
Figura 3 - Detalhes do ensaio de esclerometria
3.4 Profundidade de carbonatação
Para análise da profundidade de carbonatação foram escolhidos vigas e pilares. Todos os procedimentos adotados para extração destes resultados foram retirados da EN 14630 – Determination of carbonation depth in hardened concrete by the phenolphthalein method.
Local Pavimento Resultados dos Índices Esclerométricos Media Amplitude Media Corrigida Resitência aproximada (Mpa) Minima Maxima P11 Mezanino 46 38 32 46 32 40 40 41 48 46 45 45 41.58 37.43 45.74 41.50 42 P8E Mezanino 35 31 39 36 42 34 38 35 45 44 42 41 38.50 34.65 42.35 38.50 37 P8N Mezanino 40 46 44 42 46 36 48 44 38 38 44 44 42.50 38.25 46.75 43.75 45 P7E Mezanino 36 42 46 38 44 42 47 32 40 40 40 40 40.58 36.53 44.64 40.75 40 P11 Mezanino 46 48 45 42 48 48 45 46 49 43 46 45 45.92 41.33 50.51 45.92 48 P7N Mezanino 38 40 38 42 42 32 40 41 46 40 48 44 40.92 36.83 45.01 40.56 40 P2E Térreo 45 38 39 35 39 41 35 45 36 42 42 38 39.58 35.63 43.54 39.38 38 P8 Térreo 45 34 46 38 41 37 33 48 33 38 43 45 40.08 36.08 44.09 39.40 39 P12 Térreo 42 36 31 32 37 35 30 35 43 39 37 31 35.67 32.10 39.23 36.50 34 P7 Térreo 42 42 41 38 45 40 39 34 35 40 41 35 39.33 35.40 43.27 40.38 40 P3N Térreo 44 44 43 41 40 34 35 43 32 36 47 35 39.50 35.55 43.45 40.60 40 P11 Térreo 28 35 42 49 38 39 42 45 35 32 29 31 37.08 33.38 40.79 36.75 35 P2N Térreo 29 36 32 36 40 34 34 32 42 33 32 38 34.83 31.35 38.32 34.11 31 P3E Térreo 42 41 38 45 43 40 43 40 48 45 34 41.73 37.55 45.90 41.89 42 P11 Térreo 43 42 38 36 41 40 40 35 41 43 43 36 39.83 35.85 43.82 40.27 40 P2 Superior 44 38 38 43 47 41 36 44 34 38 44 44 40.92 36.83 45.01 41.56 42 P8N Superior 44 30 36 36 34 32 31 39 35 38 30 39 35.33 31.80 38.87 35.17 33 P7 Superior 41 36 41 40 40 40 41 38 34 37 32 35 37.92 34.13 41.71 38.90 38 P3 Superior 43 32 35 26 40 33 39 28 34 42 40 35 35.58 32.03 39.14 35.20 33 P8E Superior 37 38 49 39 49 44 44 36 42 38 42 43 41.75 37.58 45.93 41.25 41 Total 39 36 43 40 39
Com o uso de um martelo de alpinista, as quinas das peças eram quebradas e aspergia-se uma solução de Álcool Etílico (C2H5OH ou C2H6O) a 1% de Fenolftaleína pura (C2H14O4), Essa solução ao entrar em contato com algum meio ou substância que possua pH superior a aproximadamente 9,5, adquiri coloração vermelho-camarim enquanto que em pH’s inferiores se mantêm incolor. Para leitura das espessuras acima mencionadas foi utilizado um paquímetro com precisão de 0,05mm de 6”.
Figura 4 - Ensaio de profundidade de carbonatação.
Tabela 2 - Resultado de algumas amostras - Profundidade de Carbonatação ELEMENTO
ESTRUTURAL PAVIMENTO
PROFUNDIDADE DE CARBONATAÇÃO (mm) NORTE SUL LESTE OESTE
P11 Mezanino 6.10 8.20 P7 Mezanino 0.00 0.00 P3 Mezanino 15.50 25.90 P11 Térreo 6.00 5.10 P7 Térreo 8.00 7.20 P3 Térreo 36.30 35.00 P2 Térreo 2.70 5.40 P8 Térreo 3.70 7.70 P5 Térreo 2.10 1.90 P2 Térreo 9.90 8.00 P11 Térreo 30.00 21.00 P14 Térreo 15.85 5.10 P8 1o Pavimento 1.50 7.40 P12 1o Pavimento 6.80 10.85 P7 1o Pavimento 3.30 6.50 P3 1o Pavimento 7.50 9.90 P11 1o Pavimento 29.30 26.05 P8 1o Pavimento 5.90 1.10 P7 Semisubosolo 5.95 8.10 P3 Semisubosolo 2.10 1.90
A respeito do ensaio de carbonatação, os resultados obtidos e a idade estimada para a concretagem das peças estruturais, levaram a obtenção da constante de carbonatação através da ASTM C 876. t K = ε , onde: = = = t K ε
Calculando a média dos resultados obtidos temos que
ε
= 10,14mmDessa forma: Calculando K, teremos: 1,42 0 , 51 14 , 10 = ⇒ = = K t
K ε , comparando esse resultado com a
tabela abaixo extraída da ASTM C 876 observamos que o concreto pode ser considerado bom
Tabela 3 - Caracterização do concreto através da constante de Carbonatação Concreto Pobre Concreto Médio Concreto Bom K (mm/ano0,5) > 9 9 < K < 6 < 6
3.5 Presença de cloretos
Para determinação da presença de cloretos na estrutura da edificação, as vigas e pilares foram fraturadas com martelo apropriado, e aspergido uma solução de 0,1N de Nitrato de prata (AgNO3) conforme o método colorimétrico indicado por MECK et Al (2001) através da ASTM C1202, indicando coloração branca para presença de cloretos e coloração marrom para a não presença de cloretos acima de 0,4% de concentração em relação a massa de cimento.
Esse procedimento foi adotado apenas como método qualitativo em função de não haver nenhuma fonte externa que fornecesse cloretos a estrutura, e caso fosse detectada a presença desses íons, ensaios mais precisos e de modo quantitativos seriam realizados. Foram realizados os testes em doze pontos aleatoriamente distribuídos nas vigas e pilares.Nenhuma presença nociva de cloretos foi detectada no concreto da estrutura, segundo indicações do patamar especificado acima.
Profundidade média de carbonatação (em mm); Constante de Carbonatação (em m/ano0,5) Tempo (ano)
Figura 5 – Presença de cloretos
3.6 Potencial de corrosão
Os procedimentos adotados para realização deste ensaio obedeceram ao que está prescrito na ASTM C-876 – Standard Test Method for Half-Cell Potentials of Uncoated Reinforced Steel in Concrete. O ensaio foi realizado através da semi-pilha do eletrodo de referência de Cobre/Sulfato de Cobre.
Foram mapeado as vigas e pilares da edificação onde ocorreram os ensaios de profundidade de carbonatação e todas as peças estruturais que possuíam sintomas de corrosão das armaduras, tendo sido avaliadas em toda altura e extensão com um gride de 20 cm de lado.
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Conclusões
O Ambiente a qual está inserido o 18 Andares é formado por um microambiente urbano, de temperatura média de 28,7ºC umidade ambiente no período de chuvas da ordem de 90%.
A qualidade do material - concreto - que cria um ambiente favorável a manutenção da integridade física das armaduras de aço carbono, com Ph da ordem de 13, também é favorável, como pode ser observado no ensaio de esclerometria. A velocidade de carbonatação de 1,42mm/ano ½ , ratifica a boa qualidade do concreto, conforme a ASTM 876 C. Os revestimentos de grande espessuras nos pilares também favoreceram à proteção ocorrida às armaduras.
O micro ambiente criado favorece a uma baixa taxa de difusão do gás CO2, mas em contra-partida, um elevada taxa de corrosão. A qualidade do material favorece a uma baixa taxa de difusão do CO2 e a uma baixa taxa de corrosão das armaduras. Baseados
nos ensaios, testes e observações acerca da estrutura, o estado geral da obra é de deterioração leve à média. A corrosão das armaduras aparecem em focos pontuais e o avanço da frente de carbonatação ainda não atingiu a maior parte da espessura do cobrimento de concreto.
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Considerações finais
A terapia proposta para a recuperação da estrutura da edificação foi baseada em três tipos de situações generalizadas da seguinte forma: situação 1 onde a corrosão está instaurada; situação 2 onde a vida útil de operação é reduzida; e a situação 3, onde a vida útil de operação é elevada.
A situação 1 impõe uma recuperação estrutural da região danificada com a substituição ou realcalinização química do todo o concreto carbonatado, principalmente aquele que envolve as armaduras em toda a extensão anódica da pilha, sendo promovida a substituição da barra de aço caso a perda de secção seja superior a 10%.
A situação 2 não exige uma recuperação, mas deve ser aplicada uma proteção. Essa proteção consiste na aplicação de uma pintura de poro aberto (argamassa polimérica) durante um período mínimo de 3 meses obrigatoriamente durante os meses de verão e, após esse período, deve ser aplicada um pintura protetiva de poro fechado (a base acrílica, epoxídica, ou poliuretânica).
Na situação 3 não existe a necessidade de recuperação, uma proteção de poro aberto devera ser promovido (argamassa polimérica).
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Referências
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7484 – Concreto endurecido – Avaliação da dureza superficial pelo esclerômetro de reflexão. Brasil, 1995.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TECNICAS. NBR9778 –
Argamassa e concreto endurecidos - Determinação da absorção de água, índice de vazios e massa específica. Brasil, 1996.
CASCUDO, OSWALDO. Controle da corrosão de armaduras em concreto: Inspeções
e técnicas eletroquímicas. São Paulo, Pini, 1999.
CORDEIRO, TOMAZ J. RIPPER, ANDRADE, JOSÉ EDUARDO DE Q. Mapeamento de fissuras em inspeção do concreto armado. Seminário sobre inspeção de concreto. São Paulo, 1984.
--- Guide for conducting a visual inspection of concrete in
service. ACI 201.1R-08. USA, 2008.
ISAIA, GERALDO C. Concreto: ensino, pesquisa e realizações. IBRACON, São Paulo, 2005.
_____________Manual de reparo, proteção e reforço de estrutura de concreto. Red Rehabilitar, editores. São Paulo, 2003.
MECK, E. SIRIVIVATNANON, V. Field indicator of chloride penetration depth.
Cement and Concrete Research, 33, 2001.
METHA, P. KUMAR, MONTEIRO, PAULO J. M. Concreto: microestrutura, propriedades e materiais. IBRACON, São Paulo, 2008.
ÖNORM- PRODUCTS AND SYSTEMS FOR THE PROTECTION AND REPAIS OF CONCRETE STRUCTURES ― TEST METHODS. Determination of carbonation depth
in hardened concrete by the phenolphthalein method.Austria, 2007.
STANDARD TEST METHOD. C 876-91– Half-cell potentials of uncoated reinforcing steel in concrete. USA, 1999.
