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Artigo acadêmico sobre patologias das estruturas de concreto, com foco na execução.
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Patologia das estruturas de concreto
COSTA, Leandro Augusto da Mata1 DA ROSA, Adair
DE MARIA, Gabriel Vargas Fagundes MARINHO, Ricardo da Cruz
SANTOS, Gabriela Alves Silva
RESUMO
Os excelentes resultados de desempenho do concreto armado requerem cuidados na sua elaboração, na correta execução, que envolve estudo dos materiais e traços adequados, além da dosagem, cura e proteção contra agentes agressivos. O descuido nesses itens pode resultar em problemas nas estruturas, que podem ir desde os prejuízos econômicos à perda de vidas humanas. O Brasil se caracteriza por possuir a maioria de suas estruturas construídas em concreto armado, utilizando ainda, em boa parte dos casos, mão de obra pouco qualificada, geralmente com vícios, que aliados à falta de fiscalização culminam em estruturas com elevado potencial de manifestações patológicas e consequente redução da vida útil dessas estruturas. Assim, observar as orientações das normas brasileiras, principalmente a NBR-6118/2007 (Execução de estruturas de concreto – Procedimento), é fundamental para evitar ou minimizar o surgimento dessas patologias. PALAVRAS-CHAVE: Concreto, patologia, qualidade, durabilidade.
1 – INTRODUÇÃO
Patologia é a ciência que estuda a origem, os sintomas e a natureza das doenças.
Para as estruturas de concreto, a patologia significa o estudo das manifestações
relacionadas à deterioração do concreto e da armadura de uma estrutura.
Pretendemos com este trabalho, apresentar os fundamentos teóricos e experiências
práticas sobre as manifestações patológicas nas estruturas de concreto armado,
envolvendo as fases de projeto, emprego de materiais e processos construtivos,
visando à prevenção das falhas e adoção de técnicas corretas de execução.
1 Alunos do terceiro período do curso de Engenharia Civil, do Centro Universitário Newton Paiva. Orientador: Professora Vanderléa Martins Rocha.
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No início do século XIX, o desenvolvimento das tecnologias do concreto possibilitou
o uso desse material em construções mais ousadas arquitetonicamente. Por ser um
material facilmente moldável em seu estado plástico, logo ganhou força nas
habitações.
Só no início do século XX as estruturas de concreto começaram a ganhar altura. No
Brasil, em 1931, foi construído no Rio de Janeiro, com projeto de Emilio Baungart,
sendo considerado na época, o maior edifício em concreto armado no mundo
chamado de A Noite. Esse foi um marco para a engenharia civil nacional e mundial.
Em 1948 teve início a construção do Estádio Mário Filho, mais conhecido como
Maracanã, sede da Copa do Mundo de futebol, de 1950, com obras ainda incluídas,
tendo sido concluído por completo, só em 1965.
Outro momento importante para a engenharia civil no Brasil foi a construção de
Brasília, iniciada em 1956, tendo suas principais edificações, os Palácios do Planalto
e da Alvorada, os prédios do Congresso Nacional, os edifícios nos ministérios e a
Praça dos Três Poderes, já concluídas em 1958.
Um grande salto no desenvolvimento da engenharia civil brasileira se deu na década
de 70, durante o chamado “milagre brasileiro”, que foi um período de intenso
desenvolvimento econômico. Nessa época surgiram várias das grandes obras no
país, como a Usina Nuclear em Angra dos Reis, a Ponte Rio-Niterói e a Usina
Hidroelétrica de Itaipu.
Essa rápida expansão acabou incentivando o uso de mão de obra de baixa
qualificação e técnicas construtivas sem aprimoramento. Essa combinação perigosa
acabou sendo agravada com a crise econômica das décadas de 80 e 90, fazendo
com que muitas obras surgidas nessa época tragam grande potencial de risco em
função da má qualidade de execução e materiais utilizados.
Os excelentes resultados de desempenho do concreto armado requerem cuidados
na sua elaboração, na correta execução, que envolve estudo dos materiais e traços
adequados, além da dosagem, cura e proteção contra agentes agressivos.
3
O descuido em relação a esses itens pode resultar em problemas nas estruturas,
que podem ir desde os prejuízos econômicos, como o caso do colapso do edifício
Palace II em 1998 no Rio de Janeiro, à perda de vidas humanas.
O Brasil se caracteriza por possuir a maioria de suas estruturas construídas em
concreto armado, justificando assim o estudo das manifestações patológicas desse
material neste artigo.
Por que prevenir é melhor que remediar? Para AZEVEDO (2011), “ a Lei de Sitter2
demonstra que os investimentos realizados na fase de projeto e planejamento prévio
à construção, traduzem-se em custos significativamente menores para obter o
mesmo padrão de durabilidade esperada”
Este artigo pretende apresentar as principais patologias decorrentes de uma
execução deficiente de obras em concreto e reunir informações que podem ser úteis
para diminuir os problemas causados pela má execução das obras de concreto
armado.
Faremos ainda um Estudo de Caso, que evidencia manifestações patológicas na
estrutura de concreto das escadarias do átrio do prédio principal do Campus Buritis
do Centro Universitário Newton Paiva em Belo Horizonte - MG.
Este artigo foi formulado com base em pesquisas bibliográficas em obras literárias
que tratam do assunto, em curso realizado no IBAPE-MG sobre durabilidade e
patologias das estruturas de concreto e em entrevistas informais com profissionais
atuantes no mercado de recuperação de estruturas de concreto.
2 De Sitter (1984) cunhou uma citação que se transformou na lei de Sitter conhecida como a Lei dos Cincos, assim nomeada por Walraven (2009): Se nehuma manutenção é realizada o custo do reparo posterior será cinco vezes o custo da manutenção não efetivada. Se nenhum reparo é realizado, o custo da renovação será cinco vezes do dinheiro economizado pela não reparação.
4
2 – PATOLOGIAS DO CONCRETO
2.1 - CONCEITO
Segundo AZEVEDO (2011), a patologia é um termo tradicionalmente utilizado na
medicina e refere-se à ciência que estuda as doenças, suas origens, os sintomas, os
agentes causadores e os mecanismos ou processo de ocorrência. Nas estruturas de
concreto, essas doenças correspondem aos danos ou defeitos que comprometem o
desempenho e a vida útil de uma estrutura.
Normalmente as manifestações patológicas apresentam características comuns que
permitem aos especialistas determinar a causa e os possíveis mecanismos que
conduziram ao surgimento e as consequências para a estrutura caso não haja
intervenção corretiva.
A figura 1 ilustra um caso, onde se vê claramente manchas superficiais e corrosão
da armadura na face inferior em balanço da laje de tabuleiro da ponte, por
inexistência de pingadeira.
Figura 1 - Inexistência de pingadeira.
Fonte: Concreto: Ciência e tecnologia. 1. ed. 2011. pag. 1104
5
Há casos em que o diagnóstico não é tão fácil, pois vários fatores ou ainda fatores
ocultos que podem ter contribuído para o surgimento da manifestação patológica,
exigindo intervenções para o correto diagnóstico, como ilustrado na figura 2, onde a
causa da manifestação só pode ser constatada com intervenção.
Figura 2 - Corrosão galvânica de um pilar de prédio residencial
Fonte: Curso IBAPE. 3/2012 – Durabilidade e patologia das estruturas de concreto
Slide 149.
2.2 – ORIGEM DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS NAS ESTRUTURAS
Para AZEVEDO (2011), “as patologias podem ocorrer numa estrutura tanto na fase
de construção como durante o período pós entrega e uso”, sendo que as condições
apresentadas por uma estrutura que favoreça o desenvolvimento dessas
manifestações patológicas são de responsabilidade do projetista, enquanto que o
construtor responderá pelas falhas construtivas por inconformidade com o projeto,
com as normas de execução ou com a escolha de material inadequado.
Toda estrutura requer manutenção durante sua vida útil e a má conservação é
também um fator relevante para o surgimento de patologias, sendo então o usuário
responsável pela durabilidade dessa estrutura.
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2.3 - A DURABILIDADE DO CONCRETO
A durabilidade refere-se à capacidade da estrutura de conservar suas características
de capacidade de resistência no estado limite e do desempenho em serviço quanto
às deformações que essa estrutura possa apresentar quando em serviço, bem como
a resistência à ação das intempéries durante a vida útil projetada. A avaliação do
projetista, das condições ambientais a que uma estrutura estará sujeita, é
fundamental e devem ser consideradas durante a elaboração do projeto conforme
indicado por AZEVEDO (2011).
Segundo a ABNT NBR 6118:2007, citada por AZEVEDO (2011):
Em sua Seção 6, classifica o meio ambiente em quatro classes de agressividade, conforme sua localização e características, limitando fatores água/cimento e indicando valores de resistência característica à compressão a ser adotados em projeto, além de prescrever cobrimentos mais espessos para armaduras internas, à medida que aumenta o grau de agressividade ambiental.
A durabilidade de uma estrutura de concreto armado depende ainda da correta
execução da obra, da escolha de materiais adequados e do controle de qualidade
desses materiais e da mão de obra de execução.
2.4 – MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO DO CONCRETO
Os processos principais que causam a deterioração do concreto podem ser
agrupados, de acordo com sua natureza, em mecânicos, físicos, químicos,
biológicos e eletromagnéticos.
Os processos de degradação alteram a capacidade de o material desempenhar as
suas funções, e nem sempre as manifestações são visíveis. A deterioração do
concreto ocorre muitas vezes como resultado de uma combinação de diferentes
fatores externos e internos. São processos complexos, determinados pelas
propriedades físico-químicas do concreto e da forma como está exposto ao meio
ambiente. Os três principais sintomas que podem surgir isoladamente ou
simultaneamente são a fissuração, o destacamento e a desagregação, conforme
AGUIAR (2012).
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Das causas mecânicas, podemos citar principalmente as fissuras por flexão
conforme ilustradas nas figuras 3 e representação gráfica na figura 4:
Figura 3 – Fissuras por flexão
Fonte: Curso IBAPE. 3/2012 – Durabilidade e patologia das estruturas de concreto
Slide 27.
Figura 4 – Fissuras por flexão
Fonte: Curso IBAPE. 3/2012 – Durabilidade e patologia das estruturas de concreto
Slide 27.
Segundo AGUIAR (2012):
Em elementos de concreto com grandes dimensões, como por exemplo, barragens ou blocos de fundação, poderão surgir fissuras devido aos efeitos do gradiente térmico causado pelo calor de hidratação do cimento, que pode originar tensões de tração.
Das causas físicas, evidenciamos a mudança volumétrica provocada pela mudança
de temperatura, que pode provocar fissuras quando os movimentos de contração e
expansão são restringidos, conforme ilustra a figura 5.
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Figura 5 – Fissuras por tensão térmica
Fonte: Curso IBAPE. 3/2012 – Durabilidade e patologia das estruturas de concreto
Slide 30.
As reações químicas se manifestam através de efeitos físicos nocivos, tais como o
aumento da porosidade e permeabilidade, diminuição da resistência, fissuração e
destacamento. Para AGUIAR (2012), “Atenção especial deve ser dada ao ataque de
sulfatos, ataque por álcali-agregado e corrosão das armaduras, uma vez que estes
fenômenos são responsáveis pela deterioração de um grande número de estruturas
de concreto”, conforme ilustrado pela figura 6.
Figura 6 – Corrosão provocada por ataque químico
Fonte: Curso IBAPE. 3/2012 – Durabilidade e patologia das estruturas de concreto
Slide 57.
9
É comum observarmos o fenômeno de carbonatação em meios urbanos e
principalmente em garagens de edifícios em subsolos, onde as condições propícias
se encontram, ou seja, água proveniente de lavagem de veículos ou da área e o
CO2, proveniente do escapamento dos veículos.
O concreto possui um pH da ordem de 12,5, principalmente por causa do Ca(OH)2. O desaparecimento do hidróxido de cálcio do interior dos poros da pasta de cimento hidratado e sua transformação em carbonato de cálcio faz baixar o pH da solução em equilíbrio de 12,5 para 9,4, fator importante para o início da corrosão das armaduras. O CO2 penetra da superfície para o interior, pelo que a carbonatação inicia-se na superfície do concreto e penetra lentamente para seu interior. Em concreto de mediana qualidade observa-se que a velocidade da carbonatação varia entre 1 e 3 mm por ano AGUIAR (2012) p. 77.
O fenômeno químico da carbonatação do concreto merece destaque, pois seu efeito
é nocivo e conforme podemos observar na figura 7, a evolução de CO2 na atmosfera
tem crescido vertiginosamente.
Figura 7 – Evolução de CO2 na atmosfera
Fonte: Curso IBAPE. 3/2012 – Durabilidade e patologia das estruturas de concreto
Slide 78.
3 – ESTUDO DE CASO
Evidenciamos algumas manifestações patológicas nas escadarias internas do átrio
do prédio principal do Campus Buritis do Centro Universitário Newton Paiva em Belo
Horizonte - MG, que ilustraremos a seguir com imagens obtidas no local em no dia
22 de março de 2012.
316325
337
354
279 296
378
270
290
310
330
350
370
390
Anos
pp
m
1765
1900
1960
1970
1980
1990
2004
10
Figura 8 – Evidência de manifestações patológicas
Fonte: Arquivo pessoal
Pode-se observar claramente na figura 8, trincas na coluna de apoio da escadaria e
infiltrações de umidade decorrente de chuvas, que consequentemente provocarão a
corrosão da armadura e possível deterioração do concreto.
Figura 9 – Evidência de corrosão da armadura
Fonte: Arquivo pessoal
11
Em uma vista pelo lado interno dessa coluna, conforme ilustrado pela figura 9,
podemos observar evidência de corrosão da armadura do concreto da laje da
escada, próximo ao ponto da trinca externa visível.
Pontos de infiltração e consequente lixiviação do concreto são percebidos em outros
pontos da escadaria, conforme ilustrado na figura 10.
Figura 10 – Evidência de lixiviação do concreto com formação de estalactites
Fonte: Arquivo pessoal
As manifestações patológicas nessa estrutura são evidentes e certamente poderiam
ter sido evitadas com mecanismos que evitassem essas infiltrações, como
pingadeiras ao longo das bordas inferiores da escadaria.
4 - RECOMENDAÇÕES
Baseados nas pesquisas bibliográficas realizadas, em conhecimento adquirido no
curso realizado e em sugestões com profissionais atuantes no mercado de
recuperação que passaram por alguma experiência com as manifestações
patológicas nas estruturas de concreto, elencamos algumas recomendações que
podem proporcionar significativa melhora na durabilidade das estruturas de concreto
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armado. Dividimos essas recomendações em duas fases, sendo a primeira a de
projeto e a segunda, a de execução, foco principal desse artigo.
4.1 - FASE DE PROJETO
É imprescindível a participação do calculista estrutural a partir da execução do
projeto arquitetônico básico e estudo de viabilidade;
É necessária a definição da metodologia construtiva e a adoção de
procedimentos interativos de revisão de projeto estrutural com papel
fundamental para o ATO (Acompanhamento Técnico da Obra), ligado
diretamente ao projetista;
Projetos com detalhamentos claros e abrangentes que permitam a correta
interpretação em tempo de execução;
Definição dos limites de deformação, prevendo reforços para as deformações
prováveis;
Especificação dos materiais e ensaios necessários para previsão de vida útil
da estrutura de concreto;
Indicação em projeto, para os prazos de retirada de fôrmas e escoramentos
em função das características do concreto e esforços previstos.
4.2 - FASE DE EXECUÇÃO
Verificar que os projetos atendam a NBR-6118:2007 no recebimento desses;
Realizar ensaios recomendados pelas normas técnicas brasileiras e proceder
controles rigorosos na qualidade dos materiais utilizados na obra;
Seguir rigorosamente os prazos determinados em projeto para a retirada de
fôrmas e escoramentos das estruturas;
Verificar e controlar o cobrimento mínimo das armaduras determinado em
projeto;
Executar corretamente o adensamento e a cura do concreto conforme
especificações do projeto;
Controlar a altura máxima de lançamento do concreto;
Verificar a correta armação da ferragem e a vedação das fôrmas;
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Utilizar espaçadores adequados e com resistência igual ou superior a do
concreto utilizado;
Controlar o traço adequado e o fator água/cimento determinado em projeto;
Utilizar sempre que possível aditivos redutores de permeabilidade e controle
de retração, principalmente para estruturas de concreto em ambientes
agressivos.
5 – CONSIDERAÇÕES FINAIS
Em nossas pesquisas, pudemos verificar a existência de muitos artigos sobre o
assunto. A própria norma brasileira é bastante clara, abrangente e determina
padrões e regras a serem seguidas, baseadas em muito estudo ao longo de mais de
um século de uso do concreto como elemento estrutural.
Capacidade técnica e conhecimento das causas e efeitos não têm sido suficientes
para impedir o surgimento de manifestações patológicas nas estruturas de concreto
armado. Certamente devido ao fato de exigências de redução de custos e prazos de
execução das obras, aliados a baixa qualidade e vícios de mão de obra barata.
Um processo executivo falho, sem controle de qualidade ou controle deficiente dos
processos e materiais, resultará em uma obra fadada ao prejuízo. Assim, podemos
concluir que: Prevenir é melhor que remediar.
REFERÊNCIAS
AGUIAR, José Eduardo. Durabilidade e patologia das estruturas de concreto. Curso IBAPE, 2012. AZEVEDO, Minos Trocoli de. Concreto: Ciência e Tecnologia. (Cap. 31 – Patologia das Estruturas de Concreto). São Paulo: IBRACON - Apis Gráfica e Editora, 2008.