Alguns casos reais de fissuração em paredes de edifícios de concreto armado

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1 Manifestações patológicas na construção Alguns casos reais de fissuração em paredes de edifícios de concreto armado Resumo Some real cases of cracking in walls of reinforced concrete buildings Eduardo Christo Silveira Thomaz (1); Luiz Antonio Vieira Carneiro (2) (1) Professor Emérito, Instituto Militar de Engenharia, (2) Professor D.Sc., Instituto Militar de Engenharia, e endereço para correspondência carneiro@ime.eb.br, Instituto Militar de Engenharia Seção de Engenharia de Fortificação e Construção Praça General Tibúrcio, n o 80, 3 o andar Bairro Praia Vermelha/Urca Rio de Janeiro/RJ CEP As causas de fissuração em paredes de alvenaria ou de concreto de edifícios de concreto armado são várias e, de acordo com o padrão ou a posição das fissuras, podem ser explicadas a fim de que sejam tratadas e solucionadas. Este trabalho tem por objetivo apresentar alguns casos reais de fissuração em paredes de edifícios de concreto armado. Para cada caso exposto, são relatados o esquema, as causas e a solução do problema. Palavra Chave: Casos reais, Fissuração, Paredes de edifícios, Concreto armado Abstract The causes of cracking in masonry walls or concrete walls of reinforced concrete buildings are varied. In accordance with the cracks pattern or position of the cracks, these causes can be explained so that they are treated and resolved. This paper aims to present some real cases of cracking in walls of reinforced concrete buildings. For each case presented, the scheme, causes and solution required to the problem are reported. Keywords: Real cases, Cracking, Walls of building, Reinforced concrete

2 1 Introdução As causas de fissuração em paredes de alvenaria ou de concreto de edifícios de concreto armado são várias e, de acordo com o padrão ou a posição das fissuras, podem ser explicadas a fim de que sejam tratadas e solucionadas. Pode se citar como causas de fissuração em paredes alguns efeitos de cargas de sujeição (variação de temperatura, recalques de fundação), de aberturas e detalhamento da armadura interna em paredes, de sobrecarga na estrutura, de tamanho de vigas, e de fixação de portas e janelas. O engenheiro deve conhecer as verdadeiras causas de fissuração em paredes para que melhor proponha e elabore um projeto de reparo e/ou reforço da estrutura a fim de eliminar este problema, com base na técnica e experiência adquiridas. Este trabalho tem por objetivo apresentar alguns casos reais de fissuração em paredes de alvenaria e concreto de edificações de concreto, vivenciados pelo primeiro autor deste trabalho [1]. Para cada caso exposto em função do efeito de diferentes parâmetros, são relatados o esquema, as causas e a solução do problema de modo resumido. 2 Efeito de variação de temperatura A Fig. 1 mostra um caso típico de fissuração em paredes de concreto armado devido à variação de temperatura no concreto. Nesta pode se observar fissuras verticais junto à fundação e à laje de cobertura da edificação. Junto à fundação, ocorre o resfriamento rápido e retração do concreto. A fundação acaba impedindo o encurtamento do concreto, o que provoca sua fissuração. Junto à cobertura, há acréscimo de temperatura na laje de cobertura devido à insolação. Como as paredes são ligadas à laje de cobertura, estas são tracionadas, pois a laje de cobertura se dilata com o calor. Aponta se como solução para esses problemas colocar armadura para reduzir a fissuração e realizar cura adequada do concreto junto à fundação, e fazer isolamento térmico da laje de cobertura. Ressalta se que junto à fundação as fissuras não são ativas e podem ser vedadas, ao passo que junto à cobertura as fissuras são ativas, isto é, abrem e fecham de acordo com a temperatura na laje de cobertura. Desse modo, vedar as fissuras não é solução definitiva. Outro caso comum é ilustrado na Fig. 2. Há fissuras inclinadas nas paredes internas de alvenaria de edifícios de parede de concreto exposta à insolação. A fissuração surge em função do aquecimento pelo sol das paredes externas de concreto. Assim, sobrevém a distorção das paredes internas de alvenaria causada pelo aumento de comprimento das paredes externas de concreto aquecidas pelo sol. Observa se que a distorção é nula junto à fundação e máxima junto à cobertura. A fissuração tem a mesma variação que a distorção. Executar isolamento térmico das paredes externas de concreto do edifício é uma solução para se evitar o problema. Como exemplo considerando uma parede com altura l = 100 m submetida a uma variação de temperatura t de 15 o C e coeficiente de dilatação térmica do concreto de 10 5 / o C, a variação de altura desta parede é: l = t.l = = 0,015 m = 1,5 cm. (1)

3 Essa variação de altura da parede gera deslocamentos na estrutura e nas alvenarias e acarreta muitas vezes estalos nas esquadrias de alumínio que compõem uma janela instalada na parede de alvenaria. Fig. 1 Caso de fissuração vertical junto à fundação e à laje de cobertura em paredes de concreto de edifícios Fig. 2 Caso de fissuração inclinada em paredes internas de alvenaria de edifícios cuja parede externa de concreto recebe insolação Pode ser visualizado na Fig. 3 um caso de fissuração em parede de concreto armado com muitas aberturas, onde as fissuras se desenvolvem geralmente inclinadas, ligando os cantos destas aberturas. A retração térmica devida ao resfriamento do concreto, aquecido durante a hidratação do cimento, e a retração hidráulica associada à variação de temperatura do meio ambiente geram concentração de tensões de tração junto aos cantos das aberturas, o que acarreta a fissuração.

4 Uma solução adequada é colocar armaduras inclinadas junto aos cantos de aberturas. Para evitar dificuldades de concretagem, estas armaduras não devem ser colocadas distribuías ao longo da espessura da parede. A armadura mais eficiente é a colocada distribuída na face lateral da parede. Como é quase imprevisível a posição exata dos locais onde surgirão as fissuras, é recomendável colocar as armaduras inclinadas distribuídas em todos os cantos das aberturas. Fig. 3 Caso de fissuração inclinada em paredes de alvenaria de prédio de concreto armado 3 Efeito de recalque de fundação A Fig. 4 apresenta um caso de fissuração em paredes de alvenaria de prédio de concreto armado por causa do recalque da fundação. Fissuras distribuídas aproximadamente em um ângulo de 45 o com relação ao eixo longitudinal das vigas e algumas delas verticais são comuns surgirem em pequenas edificações que apresentam problemas de recalque na sua fundação tipo direta (por exemplo, sapata). Em estruturas com fundação em estacas (tipo indireta) também podem ocorrer estas fissuras a 45 o se há falhas no projeto e na execução das estacas. Fig. 4 Caso de fissuração inclinada em paredes de alvenaria de prédio de concreto armado Em geral, embaixo da barraca formada pelas fissuras inclinadas nas paredes de alvenaria ocorre o recalque da fundação, conforme pode ser visto na Fig. 5, o que pode ser usado como uma regra simples para se saber a localização do recalque. Outro caso de fissuração no bordo inferior de viga junto aos pilares e nas alvenarias em edificações de concreto armado com estruturas em lajes e vigas é visualizado na Fig. 6a. Isso acontece também devido ao recalque de fundação, pois os esforços de tração devido à flexão da viga aumentam. Ocorre que o diagrama de momento fletor da viga se modifica, conforme é

5 apresentado na Fig. 6b. A armadura no bordo inferior da viga, estando dimensionada para esforços menores, é insuficiente e a fissuração acaba se tornando intensa, atingindo toda a metade dos vãos adjacentes ao pilar que recalcou. Fig. 5 Esquema de formação de barraca de fissuras devido ao recalque de fundação Na prática, para recalques pequenos de acordo com a Eq. (2), as vigas redistribuem os esforços internamente sem sofrer danos em serviço. /L 0,06.L/h (2) Fig. 6 Caso de fissuração no bordo inferior da viga junto aos pilares e inclinada em paredes de alvenaria de prédio de concreto armado O recalque diferencial também pode levar à fissuração de flexão em vigas e nas alvenarias em edificações de concreto armado com estruturas em pórticos de concreto armado. Para que danos nas vigas sejam evitados, o recalque diferencial deve ser limitado segundo a Eq. (3). Com esta limitação do recalque diferencial, a viga redistribui os esforços internamente sem sofrer maiores danos em serviço. Se as fissuras nas vigas tiverem abertura maior que 0,3 mm, certamente medidas de reforço das fundações serão necessárias.

6 /L 0,04.L/h (3) No caso das alvenarias, a causa da fissuração é sua distorção excessiva que ocasiona um alongamento ε 1 (v. Fig. 7) a aproximadamente 45 o. Quando ε 1 atinge o valor entre 0,05 o / oo e 0,10 o / oo, a alvenaria fissura. Isto ocorre para o /L o (0,1 a 0,2) As fissuras nas alvenarias se tornam visíveis quando o /L o (2 a 3) Edificações com estruturas em pórticos de concreto armado podem apresentar fissuras de flexão nas vigas próximas aos pilares, fissuras a 45 o nas alvenarias, e fissura transversal no pilar devido ao esforço de tração relacionado à baixa capacidade de suporte de solos moles, como ilustrado na Fig. 8. A sobrecarga oriunda de aterro sobre solo mole causa um adensamento deste com o conseqüente atrito negativo sobre as estacas de fundações. Um pilar com estacas em solo não adequado é tracionado pelo atrito negativo, o que faz surgirem fissuras no pilar tracionado. Em geral, na prática, o atrito negativo não chega a tracionar o pilar e neste caso a fissuração do mesmo não ocorre. Para se recuperar o pilar, seria necessário refazer as fundações de modo adequado e em seguida macaquear o pilar até reintroduzir a carga de compressão do cálculo. Fig. 7 Caso de fissuração em viga e em paredes de alvenaria em edificação de concreto armado Em função do comprimento insuficiente de várias estacas pré moldadas de concreto, ocorreram fissuras inclinadas nas paredes internas e externas de alvenaria de uma edificação com 4 pavimentos, conforme mostra a Fig. 9. Em geral, as fissuras se distribuíam nos cantos das janelas e portas, onde há a concentração de tensões de tração nas paredes de alvenaria. A causa dessa fissuração teve por base uma única sondagem geotécnica, que levou a um comprimento de projeto insuficiente de várias estacas. Não houve monitoração da cravação das estacas e controle da resistência do solo no momento da cravação destas. No trecho onde o solo resistente estava mais profundo, as estacas ficaram curtas e, portanto, sem a resistência necessária. A cravação de estacas adicionais até o solo resistente foi a solução para o problema apresentado. Para evitar o ocorrido, é necessário executar um número correto de sondagens geotécnicas e monitorar a cravação das estacas de modo a detectar variações, não previstas, da resistência do solo.

7 Fig. 8 Caso de fissuração em viga, em paredes de alvenaria e pilar em edificação de concreto armado Fig. 9 Caso de fissuração em paredes internas e externas de alvenaria de uma edificação com 4 pavimentos Observou se que as fissuras começaram a surgir já durante a fase de construção do prédio e aumentaram logo a seguir. Após a execução do reforço da fundação, as fissuras foram injetadas com resina e não mais abriram. 4 Efeito de aberturas em paredes A Fig. 9 mostra um caso de fissuração em parede de concreto armado com abertura e sujeita à elevada tensão de compressão. As fissuras são verticais, localizadas acima e abaixo da abertura, aproximadamente no centro da abertura, conforme pode ser visto na Fig. 9a. O desvio das trajetórias de tensão de compressão, causado pela abertura na parede, gera tensões de tração nos bordos superior e inferior da abertura, o que leva à fissuração da parede. Quanto maior a tensão média de compressão na parede p (v. Fig. 9b), maior será a força de tração resultante R t, cujo valor é: R t = 0,15.p.b.L. (4)

8 Cabe destacar que a tensão de compressão junto aos bordos verticais da abertura é muito maior que a tensão média de compressão (v. Fig. 9c). É indispensável a verificação dessa concentração de tensão para evitar o esmagamento do concreto. A colocação de armadura horizontal nos bordos superior e inferior da abertura (v. Fig. 9d) pode impedir a fissuração do concreto. Para manter pequena a abertura da fissura, limitar a tensão de utilização do aço (CA 50) a 200 MPa. Fig. 9 Caso de fissuração em parede de concreto armado com abertura e sujeita à elevada tensão de compressão 5 Efeito de detalhamento de armadura interna Na Fig. 10 pode ser visto um exemplo de fissuração em parede de reservatório de água ou de proteção radiológica, onde há fissura de "reunião" no interior da parede em detrimento da estanqueidade líquida ou da proteção contra raios gama. A causa dessa fissuração pode ser atribuída à má distribuição e localização das armaduras internas. Como as armaduras para controle da abertura de fissura são, em geral, posicionadas apenas próximo às superfícies das faces da parede, a abertura das fissuras no interior das peças é maior que a das fissuras na superfície. A fissura no centro da peça é formada pela reunião de diversas fissuras de superfície. Em casos de paredes de proteção radiológica, por exemplo, contra raios gama, deve se também utilizar essas armaduras no interior das paredes, para reduzir a abertura de fissura. Como os raios gama só se propagam em linha reta, quanto mais camadas de armadura houver, menor será a abertura de fissura e menor a probabilidade da parede ser atravessada em linha reta por um raio gama. Se a parede for para vedação, por exemplo, uma parede de reservatório de água, pode ser necessário colocar várias malhas de armadura ao longo de toda a espessura da parede, com o objetivo de reduzir a abertura da fissura e, em conseqüência, reduzir a perda do líquido através

9 das fissuras. As malhas internas devem ser colocadas defasadas das malhas da superfície para redistribuir as aberturas das fissuras. Fig. 10 Caso de fissuração em "reunião" no interior de parede de concreto armado 6 Efeito de sobrecarga na estrutura Fissuras horizontais e inclinadas, no topo de parede de alvenaria (parede 1) e ao longo de parede de alvenaria de fechamento (parede 2) executadas na extremidade de laje em balanço de prédio de 2 pavimentos em estrutura de concreto armado, podem ser visualizadas na Fig. 11. Essas fissuras acontecem em função da deformação excessiva da laje em balanço submetida a cargas elevadas colocadas (por exemplo, arquivos de aço cheios de papel) e da deformação lenta do concreto da laje em balanço. Como solução, recomenda se em fase de projeto adotar espessura grande para as lajes em balanço ou usar vigas em balanço, pois são mais rígidas. Caso o problema tenha ocorrido após a obra executada, recomenda se cobrir as fissuras com argamassa mantendo se carregada a laje em balanço. Essas fissuras voltam a aparecer após os reparos, devido à deformação lenta do concreto, embora em intervalos de tempo cada vez maiores. Se a carga na laje em balanço for retirada para ser feito o serviço de reparo, as fissuras abrem de novo após a obra, pois a laje volta a se deformar quando for recarregada.

10 Fig. 11 Caso de fissuração horizontal no topo de parede de alvenaria executada na extremidade da laje em balanço de prédio de 2 pavimentos em estrutura de concreto armado A Fig. 12 mostra um caso de fissuração na forma de barraca e ao longo do rodapé em parede de alvenaria apoiada sobre laje lisa de concreto protendido de um edifício. Esse problema pode ser atribuído a uma carga excessiva na laje por conta do empilhamento de sacos de areia junto à parede. Mesmo após a retirada da carga excessiva, a fissuração permanece, pois o concreto da laje apresenta deformação lenta irreversível. Fig. 12 Caso de fissuração em parede de alvenaria apoiada sobre laje lisa de concreto protendido de um edifício Como exemplificação, a Fig. 13 apresenta o comportamento do encurtamento do concreto ao longo do tempo [2]. Pode se observar nesta figura que, para estágio inicial de carregamento do concreto, o encurtamento do concreto é elástico, após o que passa a ser lento. Depois do descarregamento, nota se imediatamente após a recuperação elástica um encurtamento irreversível.

11 Fig. 13 Comportamento do encurtamento do concreto ao longo do tempo Usar lajes lisas protendidas mais espessas e evitar sobrecarga excessiva (sacos de cimento, areia, entulho) podem ser algumas das soluções para evitar esse tipo de fissuração. Recomenda se, ao invés de paredes de alvenaria de tijolo, executar tipos de paredes divisórias compatíveis com as deformações dessas lajes lisas protendidas. 7 Efeito do tamanho de vigas A Fig. 14 apresenta um caso de fissuração na interface entre parede de alvenaria e viga de uma edificação de concreto armado. Uma das causas dessa fissuração é o grande vão da viga que apóia as paredes de alvenaria, fruto do uso de uso de concretos com resistência à compressão característica mais elevada (f ck 35 MPa). Vigas com vãos maiores que 5 m são usuais atualmente, o que não ocorria com vigas de concreto de f ck = 20 MPa. A conseqüência imediata é o surgimento, nas vigas, de grandes flechas imediatas e lentas, pois o módulo de elasticidade do concreto não aumenta na mesma proporção que sua resistência à compressão. Daí resulta o aparecimento de grandes fissuras nas paredes de alvenaria, principalmente no último pavimento, pois a cobertura tem menor carga de paredes de alvenaria e se deforma menos. Nos andares intermediários também surgem grandes fissuras devido às diferenças de carga acidental (sobrecarga) nos diversos pisos. É difícil evitar essas fissuras nas paredes de alvenaria, a não ser que sejam usadas vigas com grande altura e elevada rigidez. Neste caso, não se aproveita a elevada resistência do concreto à compressão. As flechas imediatas, devido à carga permanente na viga, não têm influência significativa, pois os revestimentos da parede, ainda na fase de execução, cobrem as eventuais fissuras entre as paredes de alvenarias e as vigas. As flechas lentas, sim, geram problemas, assim como as flechas causadas pelas sobrecargas variáveis.

12 As fissuras nas paredes de alvenaria externas acabam conduzindo a infiltrações de água da chuva, gerando grandes transtornos para o morador. Fig. 14 Caso de fissuração na interface entre parede de alvenaria e viga de uma edificação de concreto armado Projetar e executar pendurais de concreto armado entre todos os pavimentos, nas paredes de alvenaria internas e externas de modo a ter painéis de paredes menores que 3 m, é uma solução para esse problema, de acordo como mostrado na Fig. 15. Com a colocação de pendurais, as flechas diferenciais entre os pisos desaparecem e as fissuras não se formam ou as que se formam são imperceptíveis. Fig. 15 Esboço de distribuição de pendurais em uma edificação de concreto armado com vigas de grandes vãos

13 As forças normais nos pendurais são pequenas, pois estes não se apóiam nas fundações. Alguns pavimentos, mais carregados, tendem a se deformar mais que os outros. Os pendurais equilibram as diferenças das cargas. Como os pendurais ligam todos os pavimentos, surgem pequenas trações ou compressões. As dimensões dos pendurais podem ser mínimas, como por exemplo os com seção transversal 15 cm x 20 cm. Esse tipo de solução estrutural tem sido muito usado nas novas edificações em concreto armado com grandes vãos, pois o resultado é a eliminação das indesejáveis fissuras nas interfaces entre as paredes de alvenaria e as vigas. As armaduras tracionadas dos pendurais devem ser dimensionadas e detalhadas prevendo se adequada ancoragem das barras (v. Fig. 16). Esse tipo de pendural tem sido usado com bons resultados por engenheiros que usam softwares nos projetos de edificações. Também se usa esse tipo de pendural em lajes lisas, quando são construídas paredes sobre essas lajes. Nessas lajes lisas, sem vigas, esse tipo de fissuração é ainda mais freqüente. As fissuras têm abertura ainda maior do que as fissuras em estruturas com vigas. Os pequenos painéis de alvenaria, totalmente emoldurados por vigas, pilares e pendurais, funcionam como enrijecedores da estrutura para esforços horizontais como o vento, embora não se possa considerar no cálculo das estruturas. Também é aconselhável o uso de pingadeiras nas alvenarias externas, exatamente na interface da alvenaria com a viga, como mostrado na Fig. 17. Isso evita infiltrações de água nessa região onde pode haver fissuração. Fig. 16 Esboço de detalhamento de armadura interna de um pendural

14 8 Efeito de fixação de portas e janelas Fig. 17 Esboço de detalhamento de uma pingadeira Fissuras nas paredes de alvenaria (v. Fig. 14) de uma edificação, na região dos pontos de fixação de portas e janelas, podem surgir por causa de esforços de encunhamento da parede oriundos de força criada com a introdução dos pregos. Sendo elevado esse esforço de encunhamento, a tensão de tração criada na parede de alvenaria (v. Fig. 15) pode superar sua resistência à tração, o que ocasiona o aparecimento das fissuras. Os esforços que surgem são semelhantes aos esforços de encunhamento no ensaio de compressão diametral desenvolvido pelo Prof. Lobo Carneiro. Para solucionar esse problema, sugere se usar parafusos com diâmetro e comprimento adequados. Fazendo um pré furo por meio de uma furadeira, pode se reduzir a expansão da madeira e, portanto, diminuir a fissuração. As dimensões do parafuso e do pré furo devem ser testadas antes da colocação das guarnições das portas e janelas. Quando se usa a chamada porta pronta, a fixação no vão da parede pode ser feita com espuma de poliuretano. Após encaixar a porta pronta no vão da parede, aplica se a espuma de poliuretano em 3 pontos, em cada lado da porta, com aproximadamente 20 cm cada. Para a cura completa do poliuretano, esperam se 24 horas [3].

15 Fig. 14 Caso de fissuração em parede de alvenaria na região dos pontos de fixação de portas de um edifício Fig. 15 Esboço de tensão de tração (expansão) criada devido a esforços de encunhamento oriundos de força criada com a introdução dos pregos nos tacos de madeira de fixação dos marcos de portas e janelas 9 Considerações Finais Este trabalho apresentou alguns casos reais de fissuração em paredes de alvenaria e concreto de edificações de concreto, de acordo com o efeito de diferentes parâmetros e relatados sucintamente segundo o esquema, as causas e a solução do problema. Em algumas edificações, o uso de concreto de alta resistência torna as lajes e vigas muito deformáveis, em função das menores espessuras e das maiores esbeltezes, o que tem levado ao aumento do número de problemas causados por fissuras e mesmo por trincas nas paredes de alvenarias e de concreto. Esses problemas devem ser evitados pelo calculista da estrutura, pois cabe a ele o controle da deformabilidade das lajes e vigas. O uso de pendurais com pouca armadura entre pavimentos de uma edificação é uma boa solução para evitar a fissuração nas paredes. As empresas construtoras e incorporadoras têm dado preferência a esta solução, pois a formação de fissuras nas paredes de alvenarias fica restringida, o que evita gerar reclamações na justiça para indenizações e refazimentos, e grandes despesas. Referências [1] Thomaz E C S. Fissuração do concreto: exemplos de casos reais. Disponível em: < Acesso em: fev

16 [2] Mindess S, Young J F, Darwin D. Concrete, Chapter 16, Time Dependent Deformation, 2 th ed. Prentice Hall; [3] Lopes, J R P. Multidoor, Revista Techné, n. 45, março; 2000.