1 INTRODUÇÃO 1.1 IMPORTÂNCIA DO TEMA

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1 1. INTRODUÇÃO 17

2 1 INTRODUÇÃO 1.1 IMPORTÂNCIA DO TEMA Um recente caso comoveu o país. Foi o colapso do Edifício Areia Branca, que estava situado na Região Metropolitana do Recife, em área de agressividade ambiental forte de acordo a NBR6118:2003, que desabou em 10 de outubro de 2004 de forma imprevista, em decorrência do colapso dos pilares, na região situada no entorno das sapatas (OLIVEIRA, 2005). O exemplo do Ed. Areia Branca desencadeou a realização de vistorias nos edifícios e, os condomínios passaram a solicitá-las, incluindo as inspeções das fundações que até então, graças aos transtornos causados por este tipo de serviço e também pela dificuldade de realizálo, era ignorado. Os resultados das inspeções identificaram diversos tipos de danos, comprovando a necessidade do parecer de profissional habilitado e capacitado para este tipo de serviço, que obedeça, além da NBR 6118:2003, às prescrições da norma NBR 5674:1999 e se elabore um plano de manutenção com a criação de um manual de operações de acordo com as recomendações contidas na NBR 14037:1998. Na ocasião o Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON) promoveu um manifesto público, resultado do Debate Técnico "Lições do Areia Branca" realizados por várias entidades de reconhecida competência, que demonstrou a imperiosa necessidade da introdução de medidas técnicas e legais para a redução dos riscos de acidentes. O cenário atual exige, portanto, uma maior propriedade de leis que obriguem vistorias e manutenções periódicas. Estas leis em geral são relativamente simples, mas complexas para as suas corretas aplicações. São apropriadas às exigências de periodicidade das inspeções para os diversos tipos de obras, atributos que devem ser satisfeitos pelos profissionais que farão as inspeções, exigências quanto à guarda de documentação e imediata disponibilização dos documentos alusivos ao imóvel (IBRACON, 2004). Em virtude da importância sócio-econômica do assunto, reuniões técnicas, simpósios e congressos, têm sido realizados em todo mundo a fim de debater sobre diversos aspectos relacionados ao tema. Recentemente, em Setembro de 2005, em Olinda-PE/Brasil aconteceu o 47 0 Congresso Brasileiro do Concreto, juntamente com o IV INTERNATIONAL ACI/CANMET Conference on Quality of Concrete Structures and Recent Advances in 18

3 Concrete Materials and Testing, onde vários trabalhos foram apresentados sobre o tema. Isaia (2005), trata a durabilidade não só do concreto em si, mas como da estrutura, em consonância com as diretrizes atuais de se estudar o concreto de modo holístico e não compartimentado. A durabilidade das estruturas de concreto armado já foi considerada ilimitada, mas com a utilização crescente desse material, esse entendimento tende a mudar, pois muitas estruturas começaram a apresentar degradações com pouco tempo de uso. Isto incentivou instituições de pesquisa e organismos internacionais da área de concreto a aumentarem as investigações sobre a durabilidade para se entender melhor o comportamento dessas estruturas em serviço. Em geral, os estudos sobre a durabilidade das estruturas de concreto consideram os aspectos relativos aos constituintes dessa estrutura (agregados, cimentos, aço), de sua mistura (relação água/cimento ou água/aglomerante, uso de aditivos, etc) ou então a sua construção (condição de cura, por exemplo). Para avaliação do comportamento da estrutura, faz-se necessário conhecer o meio ambiente onde ela esta inserida. Este meio, pode fazer com que um concreto especificado e executado, tenha sua vida útil reduzida significativamente. Trabalho de levantamento de danos realizados em estrutura de concreto armado no Brasil, Dal Molin (1988) e Andrade (1997), mostraram que as obras vêm apresentando uma degradação precoce. A corrosão de armaduras é o fenômeno responsável por uma parcela dos danos com índice de ocorrência variando entre 27% e 64%. Outras manifestações patológicas causadas por ataques químicos, ação de sulfatos e reação álcali-agregado também vem degradando as construções. Helene (1997) cita que o estudo da durabilidade evoluiu principalmente devido ao maior conhecimento dos mecanismos de transportes de fluidos em meios porosos, permitindo associar o tempo aos modelos matemáticos que expressam quantitativamente esses mecanismos. Assim, a avaliação da vida útil passou a ser em números de anos, e não em critérios qualitativos da adequação da estrutura a um determinado grau de exposição. Os modelos que tentam prever a vida útil de uma estrutura atingida por um determinado mecanismo de degradação, devem fornecer ao projetista informações suficientes para avaliar as mudanças que ocorrem ao longo do tempo, levando em consideração as características do ambiente onde as estruturas estarão inseridas (ANDRADE, 2005). 19

4 1.2 - OBJETIVO DO TRABALHO Este trabalho tem como objetivo, avaliar o estado atual das estruturas de concreto do subsolo, de três edifícios residenciais, no que se refere a durabilidade das estruturas. Foram selecionados três edifícios com idades e padrões construtivos semelhantes, cujas estruturas foram concebidas durante a vigência da NBR6118:1978 e, procurou-se avaliar a condição de habitabilidade e o grau de deterioração em que se encontravam. Considerou-se também a influência do grau de agressividade ambiental em que estavam submetidas, procurando correlacioná-las com o padrão da edificação e a periodicidade de manutenção, fatores que influenciam na vida útil das estruturas ESCOPO DO TRABALHO Este trabalho esta dividido em 5 capítulos seguindo uma seqüência lógica como é mostrado a seguir: O Capítulo 1 referente a revisão da literatura, tem como objetivo apresentar alguns dos principais pontos que devem ser levados em consideração para se maximizar a vida útil de uma estrutura de concreto armado, estabelecendo parâmetros para o projeto, execução e uso de obras duráveis. O Capítulo 2 trata do conceito de "Vida Útil" e "Durabilidade" e define as obrigações das pessoas envolvidas na criação da estrutura e o conjunto de ações que podem atuar nesta estrutura, que quando em equilíbrio, mantém sua estabilidade e durabilidade. Os sub-itens do Capítulo 2 procuram identificar o que conduz a ocorrência dos diversos tipos de manifestações patológicas: fissuras, fatores atmosféricos e uma visão holística das causas de intervenção em estruturas. O Capítulo 3 apresenta a metodologia desenvolvida e aplicada por Castro (1994) e posteriormente modificada por Lopes (1998) e Boldo (2002), baseada em princípios constantes da proposta original desenvolvida por Klein et al. (1991) para obras de arte. Esta metodologia procura identificar e definir parâmetros mínimos para quantificar o grau do dano em uma estrutura de concreto armado de edificações usuais. Objetivando-se reduzir a subjetividade nas inspeções estruturais, este método baseia-se em sistemas de classificação de 20

5 danos, seus fatores de intensidade e ponderação, para obter a quantificação do grau de deterioração dos elementos da estrutura e finalmente quantificar o grau de deterioração da estrutura como um todo. O Capítulo 4 descreve os resultados obtidos na quantificação dos fatores de intensidade dos danos nos elementos de estrutura, assim como a discussão desses com base da metodologia aplicada em três edifícios residenciais construídos na Cidade do Recife/PE, de acordo as normas NB1/1978, de forma a avaliar o estado atual das estruturas destes edifícios residenciais. Finalmente, no Capítulo 5, resume-se o conjunto das conclusões obtidas ao longo do desenvolvimento deste presente trabalho de pesquisa, e apresenta-se sugestões para investigações futuras. 21

6 2. REVISÃO DA LITERATURA 22

7 2 - REVISÃO DA LITERATURA VIDA ÚTIL Dedicar-se ao estudo da durabilidade das edificações, tem despertado o interesse de inúmeros pesquisadores. Tal interesse é devido à grande quantidade de danos que estão ocorrendo nas estruturas de concreto, principalmente pelo efeito da ação da agressividade ambiental associado aos problemas de ordem estrutural que interagem nas mesmas, e o emprego de práticas executivas inadequadas durante as diversas etapas do processo construtivo. Estima-se que 20 a 40% de todos os recursos investidos anualmente na indústria da construção civil sejam aplicados no reparo e manutenção de estruturas já existentes, denominada nos países desenvolvidos como Patrimônio Construído (HELENE, 2003). Inicialmente as estruturas de concreto só eram concebidas e projetadas para garantir as condições de segurança e estabilidade perante as solicitações de origem mecânica que geravam ação sobre as mesmas. Os aspectos relacionados à questão de durabilidade e desempenho que as estruturas deveriam apresentar durante a sua vida útil não eram levados em consideração, visto que se imaginava que o concreto armado mantinha as suas propriedades físicas, químicas e mecânicas praticamente inalteradas ao passar do tempo. Conforme o conceito de durabilidade apresentado pelo Comité Euro-Internacional du Béton (CEB, 1990), uma estrutura de concreto deve ser projetada, construída e operada de tal forma que, sob determinadas condições ambientais, ela mantenha sua segurança, funcionalidade e aparência aceitável durante um período de tempo, implícito ou explícito, sem a necessidade de elevados custos de manutenção e reparo. A partir de tal definição, entende-se que a durabilidade de uma estrutura é função de certos parâmetros básicos, tais como: as características construtivas, que são traduzidas pelas diversas etapas de execução de uma estrutura (planejamento, projeto, especificações de materiais, execução correta e estabelecimento de procedimentos de manutenção específicos); a agressividade ambiental em que a estrutura estará inserida; os critérios de desempenho desejados para a construção, os quais dependem de sua finalidade; e o tempo, ou seja a vida útil requerida para uma estrutura em particular. 23

8 Verifica-se, portanto com as evidências apresentadas que, com o passar dos anos, as estruturas de concreto sofrem de degradação. Segundo Jonh (1987), um processo de degradação é aquele que ocorre quando há uma transformação dos materiais ao interagirem com o meio ambiente. O CEB-FIP, define quatro partes envolvidas para criar e manter estruturas em condições satisfatórias, são elas: 1. Proprietário: definindo demandas presentes e futuras em relação à edificação; 2. Projetistas: preparando especificações de projeto, proposta de método de controle de qualidade e condições de utilização; 3. Construtor: obedecendo na execução às diretrizes de projeto; 4. Usuários: responsáveis em geral, pela manutenção da estrutura durante o período de uso. Conforme Castro (1994), a partir desta concepção, para avaliar a confiabilidade das estruturas de concreto armado, devem ser admitidas quatro etapas distintas da estrutura: 1. Planejamento; 2. Projeto 3. Execução; 4. Utilização. Na fase de planejamento, além da determinação do modo em que será utilizada a estrutura, é importante considerar os fatores que influem na durabilidade, funcionalidade e estética. Na etapa de projeto, deve-se estar atento as diversas falhas que tem origem nesta fase. Elas podem se originar durante o estudo preliminar, na execução do anteprojeto, ou durante a elaboração do projeto de execução definitivo. Souza e Ripper (2004) constataram que os responsáveis, principalmente, pelo encarecimento do processo de construção, ou por transtornos relacionados à utilização da obra, são as falhas originadas de um estudo preliminar deficiente, ou de anteprojetos equivocados, enquanto as falhas geradas durante a realização do projeto final de engenharia geralmente são as responsáveis pela implantação de problemas patológicos sérios. 24

9 A seqüência lógica do processo de construção civil indica que a etapa de execução deva ser iniciada apenas após o término da etapa de concepção, com a conclusão de todos os estudos e projetos que lhe são inerentes. Iniciada a construção, deve-se evitar falhas das mais diversas naturezas, associadas a causas tão diversas como falta de condições locais de trabalho (cuidados e motivação), não capacitação dos recursos humanos, inexistência de controle de qualidade de execução, má qualidade de materiais e componentes, resultando nas estruturas estruturas vários problemas patológicos. Uma fiscalização deficiente e um fraco comando de equipes, normalmente relacionados a uma baixa capacitação profissional dos recursos humanos, podem, com facilidade, levar a graves erros em determinadas atividades. Acabadas as etapas de concepção e de execução, e mesmo quando tais etapas tenham sido de qualidade adequada, as estruturas podem vir a apresentar problemas patológicos originados da utilização errônea ou da falta de um programa de manutenção adequado. Segundo o modelo de Selinger (1992), resumido na Figura 2.1, o conjunto de ações compreende três tipos principais que podem atuar sobre a estrutura: 1. Ações mecânicas - sobrecarga, peso próprio, etc.; 2. Ações físicas - calor, água, umidade, gelo, etc.; 3. Ações químicas/biológicas - ácidos, gases, plantas, microorganismos, etc. E o conjunto das reações pode ser classificado como: 1. Projeto : hipótese, normas, cálculo e dimensionamento.; 2. Qualidade do concreto : proporção da mistura, fator água/cimento, agregado, aditivo; 3. Execução : forma, lançamento, adensamento e cura. Entende-se que obtendo o equilíbrio entre o conjunto de ações e reações, será mantida a estabilidade e a durabilidade da estrutura. 25

10 Conjunto de ações oo Estrutura Figura 2.1- Modelo de Equilíbrio de uma Estrutura de Concreto (modificada) (SELINGUER, 1992) Nota-se, então, a importância do planejamento da estrutura e o processo executivo, mas devese também neste momento, planejar as manutenções periódicas a serem efetuadas ao longo do tempo, tendo em vista que, apesar de todos os cuidados descritos, o concreto inevitavelmente sofre ao longo do tempo as ações de agentes do meio ambiente e condições de uso. Somerville (1987) conceitua durabilidade de modo a resumir o exposto acima: Não existe uma condição isolada chamada durabilidade, mas um conjunto de ações que deveria merecer uma atenção compatível com o rigor dedicado em projeto, as provisões sobre a resistência, rigidez, estabilidade e funcionabilidade". O autor enfatiza a importância do planejamento de estruturas, onde, na elaboração de projeto, deve ser considerada a totalidade dos problemas que envolvem a estrutura, com o objetivo de garantir sua estabilidade e durabilidade. Para Somerville (1987), a vida útil de uma estrutura, defini-se como o período mínimo no qual se 26

11 espera que ela desempenhe as funções previstas, segundo suas finalidades especificas e condições ambientais, sem perdas significativas na sua capacidade de utilização e não requerendo custos elevados de manutenção e reparo. Com estes dados, segundo Somerville (1985) é difícil a determinação da durabilidade e da vida útil de uma estrutura de concreto armado bem como de seus projetos complementares, principalmente em função das seguintes considerações: A Durabilidade é uma questão multidisciplinar, não podendo ser resolvida por meio de simples ensaios de laboratório, teorias e/ou aproximações numéricas; É um problema eminentemente temporal, onde o acúmulo de experiência e resultados satisfatórios levam certo tempo para acontecer. Durante tal período, verifica-se a ocorrência de uma grande quantidade de mudanças tecnológicas, que têm que ser absorvidas pelas pessoas e/ou instituições que tratam do tema. De certa forma, o estudo da durabilidade fica extremamente condicionado a tais mudanças, onde os parâmetros estabelecidos para certos fatores tais como condições ambientais e os critérios de desempenho, podem mudar nesse período, invalidando assim os resultados obtidos anteriormente; Para o proprietário de uma estrutura, a questão dos custos é extremamente importante na definição da durabilidade da mesma. Projetar para uma determinada vida útil depende de uma série de fatores qualidade do projeto e construção, nível de manutenção e previsão de mudanças durante o uso (meio ambiente ou carregamento, entre outros). Todas estas medidas estão sendo associadas a um determinado custo, que nem sempre é proveniente de uma mesma fonte de desembolso. Desta forma, a questão dos custos ao longo da vida útil das edificações depende de uma série de fatores, que nem sempre podem ser mensurados na etapa de projeto das mesmas. Verifica-se, então, que os problemas de deterioração de uma estrutura não devem ser considerados unicamente pelos aspectos relativos aos desgastes provenientes do conjunto de ações (Figura 2.1), mas também deverá ser considerada a utilização da edificação pelo usuário. Um desvio da utilização do edifício para qual a estrutura foi projetada e construída, pode incorrer na necessidade de intervenção para garantir segurança quanto a sobrecarga ou mesmo a adequação das estruturas para nova funcionabilidade. 27

12 A previsão da vida útil das estruturas está sendo objeto de investigação devido aos seguintes fatores: a) Aumento do emprego de concreto em ambientes agressivos (como as pontes e estruturas off-shore ); b) Elevados custos de construção e manutenção das estruturas; c) Desenvolvimento contínuo de concreto com características diferenciadas (alto desempenho, coloridos, entre outros) e materiais de recuperação, não estando disponíveis dados relacionados ao seu desempenho devido ao seu curto período de exposição nas condições de utilização PATOLOGIA DAS ESTRUTURAS Helene (1988), entende patologia como a parte da engenharia que estuda os sintomas, os mecanismos, as causas e origens dos defeitos das construções civis, e à terapia, cabe estudar a correção e a solução desses problemas patológicos. Para Souza e Ripper (1998), patologia designa-se como o campo da engenharia que se ocupa do estudo das origens, formas de manifestação, conseqüências e mecanismo de ocorrência das falhas e dos sistemas de degradação das estruturas. Ainda Souza e Ripper(1996), o surgimento do problema patológico em dada estrutura indica, a existência de falhas durante a execução de uma das etapas da construção, além de apontar para falhas também no sistema de controle de qualidade próprio a uma ou mais atividades. Com a definição de vida útil já definida, a especificação de concretos com características de resistência e de durabilidade superiores às normalmente aplicadas no país, implicarão na melhor preparação dos recursos humanos da engenharia civil, que desenvolva além de projetos, processos executivos claros e bem controlados. Uma das principais mudanças na NBR-6118:2003, é a introdução de classes de agressividade do ambiente. Esta classificação está relacionada às ações físicas e químicas que atuam sobre a estrutura de concreto, independente das ações mecânicas, das variações volumétricas de origem térmica, da retração hidráulica e outras previstas no dimensionamento das estruturas de concreto. A Tabela 2.1, apresenta as classes de agressividade em função das condições de exposição da estrutura ou de suas partes. 28

13 Tabela 2.1-.Classes de agressividade ambiental segundo a NBR 6118:2003 Classe de agressividade Agressividade Classificação geral do tipo de ambiente Risco de deterioração da estrutura ambiental para efeito de projeto Rural Insignificante I Fraca Submersa II Moderada Urbana 1,2 Pequeno Marinha 1 III Forte Industrial 1,2 Grande Industrial 1,3 IV Muito Forte Respingos de Maré Elevado 1) Pode-se admitir um micro-clima com classe de agressividade um nível mais brando para ambientes internos secos (salas, dormitórios,banheiros,cozinha e área de serviço de apartamentos residenciais e conjuntos comerciais ou ambientes com concreto revestido com argamassa e pintura. 2) Pode-se admitir um micro-clima com classe de agressividade um nível mais brando em: obras em regiões de clima seco, com umidade relativa do ar menor ou igual a 65%, partes da estrutura protegidas de chuva em ambientes predominantemente secos ou regiões onde chove raramente. 3) Ambientes quimicamente agressivos, tanques industriais, galvanoplastia, branqueamento em industria de celulose e papel, armazéns de fertilizantes, industrias químicas ALGUNS REQUISITOS QUE INFLUENCIAM NA QUALIDADE DO CONCRETO Visando obter um concreto que atenda as especificações da qual foi projetado, necessita-se de estar atento a alguns procedimentos de execução, como por exemplo, o adensamento, juntas de cocretagem e a cura Adensamento: A finalidade do adensamento do concreto, também conhecido como compactação, é alcançar a maior compacidade possível do concreto. O meio usual de adensamento é a vibração.quando o concreto é recém colocado na fôrma, pode haver um volume de bolhas de 29

14 entre 5 % a 20 % do volume total. Os volumes são maiores em concretos de alta trabalhabilidade e menores nos concretos mais secos, com menor abatimento. A vibração tem o efeito de fluidificar o componente argamassa da mistura diminuindo o atrito interno e acomodando o agregado graúdo tentando diminuir o chamado efeito parede. A vibração expele-se quase todo o ar aprisionado, mas, normalmente, não se consegue a expulsão total desse ar. Segundo Coutinho apud Helene (1986), conceitua-se efeito parede, apresentado na Figura 2.2, como a movimentação de argamassa para junto de superfícies contínuas limites que restringem o concreto, tais como fôrmas e armaduras. Essa movimentação só pode ser conseguida à custa do empobrecimento da massa do interior do concreto. A não uniformidade da vibração em toda massa do concreto, causa o surgimento de áreas pouco adensadas e por hora, áreas segregadas. Fig. 2.2 Efeito parede (COUTINHO, apud HELENE, 1986) Sem os devidos cuidados, o vibrador não costura as camadas subjacentes, criando uma interface entre camadas, de característica pouco uniforme e, em geral, fraca, por estar formada pela argamassa que sobrenadou ao ser vibrada a camada inferior, e ao agregado que foi para o fundo da nova capa que está sendo lançada, podendo ainda ocasionar a perda de aderência do concreto com a armadura. 30

15 2.3.2 Juntas de concretagem: O ideal, em toda construção de concreto, é que a concretagem seja prevista no projeto estrutural e estar localizadas onde forem menores os esforços de cisalhamento, preferencialmente em posição normal aos esforços de compressão, salvo se demonstrado que a junta não provocará a diminuição da resistência do elemento estrutural. Como orientação, Dias (1990) indica os seguintes locais para execução de juntas: a. Pilares: Alguns centímetros abaixo do topo, antes da junção com a viga e no plano horizontal; b. Vigas: No meio do vão ou no terço médio; c. Lajes armadas em uma só direção e de pequeno vão: localizadas no meio e na direção normal ao vão. Se localizadas na direção do vão, devem posicionar-se no terço médio da laje; d. Lajes armadas nas duas direções: dispor a junta no terço médio (para ambos os vãos); e e. Junta entre laje e a viga: é necessário garantir uma boa ligação e se necessário, utilizar armaduras adicionais para absorverem as tensões de corte. As juntas criadas por interrupção da concretagem em suportes inclinados devem ser transversais ao eixo do elemento, e dispor de armaduras de costura adequadas para que absorvam os esforços cortantes em sua superfície como mostra a Figura 2.3. Figura. 2.3 Juntas de concretagem em suportes inclinados.(cánovas, 1988) 31

16 2.3.3 Cura do concreto: Segundo NEVILLE (1997), "a cura é a denominação dada aos procedimentos a que se recorre para promover a hidratação do cimento e consiste em controlar a temperatura e a saída e entrada de umidade para o concreto". Para DIAS (1990), "a cura tem como objetivo manter a água de mistura do concreto no seu interior, até a completa hidratação do cimento". Para conseguir um bom concreto, é necessário não só que este seja bem dosado, bem colocado e bem compactado, como também que, durante o tempo de pega e endurecimento do mesmo, o ambiente em que se encontre possua condições adequadas de temperatura e umidade para que as reações de hidratação se realizem com toda a normalidade e sem criar tensões internas que possam ocasionar efeitos patológicos que se apresentarão, normalmente, em forma de fissuras superficiais ou profundas, ou em diminuições notáveis das resistências mecânicas. A falta do procedimento correto da cura acarreta na diminuição da resistência final do concreto e possibilidade de aparecimento de fissuras na estrutura FISSURAS Souza e Ripper (1998), define que as "fissuras podem ser consideradas como a manifestação patológica característica das estruturas de concreto, sendo mesmo o dano de ocorrência mais comum e aquele que, a par das deformações muito acentuadas, mais chama a atenção dos leigos, para o fato de que algo de anormal está a acontecer". É certo que seja quase impossível executar um concreto totalmente livre de algum tipo de fissura, portanto, ao se analisar uma estrutura de concreto que esteja fissurada, os primeiros passos a serem dados consistem na elaboração do mapeamento das fissuras e em sua classificação, que vem a ser a definição da atividade ou não das mesmas Classificadas as fissuras e de posse do mapeamento, pode-se dar início ao processo de determinação de suas causas, de forma a poder-se estabelecer as metodologias e proceder aos trabalhos de recuperação ou de reforço, como a situação o exigir. É necessário sempre muita atenção e competência, pois uma análise malfeita pode levar à aplicação de um método de recuperação 32

17 ou de reforço inadequado e, caso não sejam eliminadas as causas, de nada vai adiantar tentar sanar o problema, pois, neste caso, ele ressurgirá, e até mesmo poderá vir a agravar-se. De acordo com a norma NBR 6118/2003 considera que não existem exigências relativas a fissuração do concreto simples para as classes de agressividade ambiental I a IV. Para o concreto armado, inserido na Classe de Agressividade Ambiental IV, não se admite fissuração superior a 0,2 mm. Para Classe de Agressividade Ambiental II e III, até 0,3 mm é aceitável e para a Classe de Agressividade Ambiental I, a tolerância relativa a fissuração é de até 0,4 mm; Para flecha, a norma NB-1/1978, considerava: 1) Para carga total (permanente + sobrecargas) flecha < L/300 do vão e < L/500 do comprimento do balanço; 2) para cargas acidentais flecha < L/500 do vão e < L/250 do comprimento do balanço, sendo L. A norma NBR 6118/2003, passa a considerar o critério de aceitabilidade sensorial (limitação devido ao efeito visual desagradável), e o limite que era de L/300 passa a ser menos conservador, admitindo o valor de L/250. Entretanto, agora existe um valor específico para casos em que possam existir danos às paredes, caixilhos e revestimentos. Neste caso, a flecha admissível passa a ter o limite de L/500, respeitando-se o valor máximo de 10mm e uma rotação do elemento estrutural não superior a 0,0017 rad. Vale ressaltar que a norma atual, não determina uma altura mínima para a peça que permita dispensar a verificação da flecha. A partir desta norma, sempre deve verificar a flecha em vigas e lajes Fissuras do concreto no estado plástico A utilização de métodos inadequados ou negligência podem afetar, durante a fase de execução da obra, a qualidade do concreto. No estado plástico o concreto pode apresentar fissuras devidas à deficiências ou descuido na execução. O deslizamento do concreto em rampas de escadas com grande inclinação, os movimentos de uma forma mal projetada ou mal fixada, os deslocamentos de armaduras durante o adensamento do concreto, figuram entre os motivos mais freqüentes de fissuração por falhas na execução. As fissuras que ocorrem antes do endurecimento do concreto podem ser também do resultado de assentamentos diferenciais dentro da massa do concreto (sedimentação) ou retração da superfície causada pela rápida perda de água enquanto o concreto ainda está plástico. Elas 33

18 podem ser devidas a combinação de endurecimento superficial com sedimentação interior. Outra causa de fissura nessa fase pode ser a movimentação das fôrmas Retração Plástica A retração plástica, é devida a perda rápida de água de amassamento, seja por absorção das fôrmas, ou dos agregados, seja por evaporação. A intensidade da retração plástica é influenciada pela temperatura, pela umidade relativa ambiente e pela velocidade do vento. No entanto, a perda de água por si mesma não permite prever a retração plástica; depende muito da rigidez. Pode haver fissuração se a quantidade de água perdida por unidade de área for grande e maior do que a água que sobe à superfície por efeito da exsudação. Neville (1997), afirma que "impedindo-se completamente a evaporação depois do lançamento do concreto, elimina-se a fissuração". Deve ser lembrado que a evaporação aumenta quando a temperatura do concreto for muito mais alta do que a temperatura ambiente: em tais circunstâncias, pode ocorrer retração plástica mesmo que seja alta a umidade relativa do ar. Portanto, é melhor proteger o concreto contra o sol e contra o vento, lançar e iniciar a cura o mais cedo possível. Deve-se evitar lançar o concreto em um subleito seco. Conforme Ripper (1994): "para temperaturas do ar e do concreto a 32º C, umidade relativa de 10% e velocidade do vento de 40 Km/h, o grau de evaporação é 50 vezes maior do que quando a temperatura do ar e do concreto for de 21º C, a umidade relativa de 70% e não haja vento. Mesmo quando são usados os mesmos materiais, proporções, métodos de mistura, manuseio, acabamento e cura as trincas podem ocorrer ou não, dependendo apenas das condições do tempo". As fissuras não seguem linhas determinadas, mas se ramificam ou apresentam sinuosidade, por ocorrerem quando o concreto não apresenta praticamente resistência e, que vão se adaptando ao contorno dos agregados, pois não os podem atravessar. São fissuras mais freqüente em superfícies de pavimentos, lajes, e em todos os elementos de grande área ou volume. O fenômeno pode ser também significativo quando a pega é retardada, como em tempo frio ou pelo uso de aditivo retardador. 34

19 2.4.3 Retração Hidráulica A retração hidráulica, após a pega, é devida à perda por evaporação de parte da água de amassamento para o ambiente, de baixa umidade relativa. A retração após a pega manifesta-se muito mais lentamente do que a retração plástica. A retração hidráulica, tanto no concreto quanto em argamassas ou pastas de cimento, manifesta-se imediatamente após o adensamento do concreto, se não forem tomadas providências que assegurem uma perfeita cura, ou seja, se não for impedida a evaporação da água do concreto. Principais fatores que influem na retração são os seguintes: 1. Finura do cimento (a retração é aproximadamente, proporcional a finura) e dos elementos mais finos do concreto; 2. Tipo do cimento (a retração pode variar de uma até três vezes conforme o tipo de cimento). Existe um teor ótimo de gesso para se obter a retração mínima. Os álcalis, os cloretos e, de um modo geral, os aditivos aceleradores aumentam a retração; 3. Teor de água: a retração é aproximadamente proporcional ao volume absoluto da pasta; 4. Consumo de cimento; 5. Tipo de granulometria dos agregados: as areias finas aumentam a retração. Quanto maior for o módulo de elasticidade dos agregados, tanto maior será a reação por eles oposta a retração; e 6. Umidade relativa e período de conservação. Em geral, as recomendações para minimizar estas fissuras envolvem o emprego da mínima relação água/cimento (a/c) possível, consumos não elevados de cimento, misturas com teor adequado de argamassa, execução cuidadosa da cura, sem que o concreto fique sujeito a ciclos de secagem e umedecimento. Concretos dosados com excesso de areia apresentam retração maior do que misturas semelhantes com teores normais. As medidas preventivas para reduzir a retração hidráulica consistem em: 35

20 1. usar o menor teor de água de amassamento possível; 2. maior teor de agregado graúdo possível; 3. cura adequada do concreto; e 4. armaduras de pele quando as peças forem altas. Observa-se que quando a cura do concreto é bem feita, a retração só se iniciará quando a cura for interrompida, idade em que o concreto terá sua resistência à tração aumentada, e assim quando surgirem as tensões de tração devidas à retração, o concreto já poderá apresentar resistência à tração superior às tensões oriundas da retração, não ocorrendo portanto o fissuramento DESAGREGAÇÃO DO CONCRETO Souza e Ripper(1994),definem, desagregação como a separação física de placas ou fatias de concreto, com perda de monolitismo e, na maioria das vezes, perda também da capacidade ligante entre os agregado e a pasta cimenticia. Como conseqüência, tem-se que uma peça com seções de concreto desagregado perderá, localizada ou globalmente, a capacidade de resistir aos esforços que a solicitam. A desagregação do material é um fenômeno que freqüentemente pode ser observado nas estruturas de concreto, causado pelos mais diversos fatores, ocorrendo, na maioria dos casos, em conjunto com a fissuração Desagregações Devido as Reações Expansivas no Concreto Na fabricação do cimento, acrescenta-se gesso ao clínquer no moinho. Esse gesso acrescentado reage antes das vinte e quatro horas com parte do aluminato tricálcico formando etringita; a outra parte do aluminato fica livre para reagir caso, posteriormente, encontre sulfatos, seja nos agregados ou nas águas com as quais o concreto vai entrar em contato, produzindo mais etringita que é expansiva, mas numa fase em que o concreto já está 36

21 endurecido e, portanto, provocará efeitos patológicos que aparecerão na forma de rachaduras, fissuras e, posterior desintegração do concreto. A RAA (reação álcali-agregado) pode ser resumida como um tipo de degradação que afeta ao concreto através de um fenômeno de expansão. A expansão é causada pela reação química que se processa entre certos tipos de agregados e os álcalis de Sódio (Na) e de Potássio (K) existentes no cimento Portland, e cuja intensidade depende dos produtos formados pela reação. Em escala microscópica, as conseqüências da expansão devido à RAA podem apresentar-se como microfissuras e descolamento do agregado, e sob o ponto de vista volumétrico, o desenvolvimento de esforços e decorrentes fissuras no concreto. Os sulfatos presentes em soluções aquosas, (Ex. efluentes industriais) ou mesmo em solos, atacam estruturas de concreto promovendo uma destruição progressiva do material. A velocidade com que ocorre este ataque depende de alguns fatores que se dividem em dois tipos principais: 1. Características do meio agressivo; e 2. Propriedades do meio agredido. Alguns dos fatores mais importantes são apresentados em seguinte: 1. Concentração, tipo de sulfato e PH da solução, solo ou água subterrânea; 2. Mobilidade da água subterrânea; 3. Adensamento, tipo e teor de cimento, tipo de agregado, fator água/cimento e regime de cura do concreto; 4. Processo construtivo; e 5. Ataque de sulfatos promove uma severa agressividade ao concreto. A degradação do concreto por ataque de sulfatos envolve basicamente três processos: 1. Difusão dos íons sulfato através da matriz, controlada pela porosidade e permeabilidade do material; 37

22 2. Reações entre íons sulfato e certos constituintes do cimento hidratado (CH, C 3 A.CS.H 18 ) para formar produtos expansivos (etringita e gipsita); e 3. Fissuração da matriz, que conduz à perda de resistência e desintegração. Para prevenir ou mesmo postergar o problema, geralmente procura-se especificar tipos especiais de cimento (baixo teor de C 3 A ou adição de microssílica, escória de alto-forno e pozolanas em geral) para o caso de ataques por sulfato e reduzir a porosidade do material através de uma redução drástica da relação água/cimento ou adição de microssílica. Este último procedimento vale tanto para ataque por cloretos quanto sulfatos. Os fatores endógenos (ou de produção) associados com o processo de produção do concreto (seleção dos materiais, dosagem, amassamento e cura) tem influência na expansão do concreto por ataque dos sulfatos são necessariamente: 1. Tipo de cimento: composição química, superfície específica 2. Tipo de agregado: forma e granulometria,- composição mineralógica 3. Dosagem: relação a/c, conteúdo de cimento,teor de argamassa 4. Cura: duração, temperatura Da mesma forma, nos casos de corrosão das armaduras, em que o concreto se desagrega quando do aumento de volume das barras de aço, ou ainda quando acontecem as reações álcali-agregado e de sulfatos, que resultam em processo de desagregação bastante acelerado Desagregações Devido à Corrosão do Aço Em geral para Helene (1986), "pode-se definir corrosão como a interação destrutiva de um material com o ambiente, seja por reação química ou eletroquímica". Sendo genérica, esta definição será válida para qualquer tipo de material. Em oposição ao processo de corrosão do aço das armaduras, que é predominantemente eletroquímico, a do concreto é puramente química e ocorre por causa da reação da pasta de 38

23 cimento com determinados elementos químicos, causando em alguns casos a dissolução do ligante ou a formação de compostos expansivos, que são fatores deteriorantes do concreto. O processo de corrosão do concreto depende tanto das propriedades do meio onde ele se encontra, incluindo a concentração de ácidos, sais e bases, como das propriedades do próprio concreto. O concreto, quando de boa qualidade, é um material bastante resistente à corrosão, embora também possa vir a sofrer danos quando em presença de alguns tipos de agentes agressores. Já o concreto de má qualidade, ou seja, o concreto permeável, muito poroso, segregado ou confeccionado com materiais de má qualidade ou impuros, é facilmente atacável por uma série de agentes. Pode-se classificar a corrosão do concreto segundo três tipos, dependendo das ações químicas que lhe dão origem: corrosão por lixiviação; corrosão química por reação iônica; e corrosão por expansão. 1. A corrosão por lixiviação consiste na dissolução e arraste do hidróxido de cálcio existente na massa de cimento Portland endurecido (liberado na hidratação) devido ao ataque de águas puras ou com poucas impurezas, e ainda de águas pantanosas, subterrâneas, profundas ou ácidas, que serão responsáveis pela corrosão, sempre que puderem circular e renovar-se, diminuindo o ph do concreto. Quanto mais poroso o concreto, maior a intensidade da corrosão. A dissolução, o transporte e a deposição do hidróxido de cálcio Ca(OH) 2 (com formação de estalactites e de estalagmites) dão lugar à decomposição de outros hidratos, com o conseqüente aumento da porosidade do concreto que, com o tempo, se desintegra. Este fenômeno que ocorre no concreto é similar à osteoporose do esqueleto humano, e pode levar, em um espaço de tempo relativamente curto, o elemento estrutural atacado à ruína. É o processo de corrosão que ocorre com mais freqüência. 2. A corrosão química por reação iônica ocorre em virtude da reação de substâncias químicas existentes no meio agressivo com componentes do cimento endurecido. Esta reação leva à formação de compostos solúveis, que são carreados pela água em movimento ou que permanecem onde foram formados, mas, nesse último caso, sem poder aglomerante. Os principais íons que reagem com os compostos do cimento são o magnésio, o amônio, o cloro e o nitrato. 39

24 3. Na corrosão por expansão ocorrem reações dos sulfatos com componentes do cimento, resultando em um aumento do volume do concreto que provoca sua expansão e desagregação. Os sulfatos encontram-se presentes em águas que contém resíduos industriais, nas águas subterrâneas em geral e na água do mar, sendo que os sulfatos mais perigosos para o concreto são o amoníaco (NH 4 ) 2 S0 2, o cálcico, CaSO 4 o de magnésio, MgSO 4 e o de sódio. Na 2 SO4. 4. Qualquer processo de corrosão deve ser imediatamente interrompido ainda no seu início, pois sua continuidade, além de enfraquecer a estrutura, dará origem à fissuração, à corrosão das armaduras e a desagregação do concreto e, em estágio mais evoluído, torna economicamente impraticável a recuperação da estrutura CARBONATAÇÃO DO CONCRETO Nas superfícies expostas das estruturas de concreto, a alta alcalinidade, obtida principalmente à custa da presença do hidróxido de cálcio (Ca(OH) 2 ) liberado das reações de hidratação, pode ser reduzida com o tempo. Essa redução ocorre, essencialmente, pela ação do CO 2 presente na atmosfera e outros gases ácidos, tais como S0 2 e H 2 S. Esse processo, denominado carbonatação do concreto, ocorre lentamente, segundo a reação principal: Ca(OH) 2 + C0 2 ÿ CaCO 3 + H 2 0 O ph de precipitação do CaCO 3 é cerca de 9,4 (à temperatura ambiente), o que altera, substancialmente, as condições de estabilidade química da capa ou película passivadora do aço A Influência da Relação A/C A carbonatação superficial dos concretos é variável de acordo com a natureza de seus componentes, com o meio ambiente (rural, industrial, ou urbano) e com as técnicas construtivas de transporte, lançamento, adensamento, cura etc. Como conseqüência, a profundidade de carbonatação é de difícil previsão e também variável dentro de amplos limites. As profundidades de carbonatação aumentam, inicialmente, com grande rapidez, prosseguindo mais lentamente e tendendo assintoticamente a uma profundidade máxima. Essa tendência ao estacionamento do fenômeno pode ser explicada pela hidratação crescente do 40

25 cimento, que aumenta, gradativamente, desde que haja água suficiente, a compacidade do concreto. Alie-se a isso, a ação dos produtos da transformação que também colmatam os poros superficiais, dificultando o acesso de CO 2, presente no ar, ao interior do concreto. Tendo a relação água/cimento um papel preponderante na permeabilidade aos gases, é natural que tenha grande influência na velocidade de carbonatação. Greger (1969), apud Helene (1986): " profundidade de carbonatação de concretos com relação água/cimento de 0,80, 0,60 e 0,45, em média, está na relação 4:2:1, independentemente da natureza da atmosfera a que estejam expostos". O mesmo autor ressalta que a carbonatação pode ser cerca de 10 vezes mais intensa em ambientes climatizados (U.R. 65ºC e temperaturas de 23 º C) do que em ambientes úmidos, devido à diminuição da permeabilidade do CO 2 no concreto por efeito da presença de água. A Figura 2.4 apresenta os resultados da observação de SORETZ, apud HELENE (1986), realizada numa série de concretos de boa qualidade, constituídos de agregados normais. Figura 2.4 Variação da profundidade de carbonatação com o tempo e com a relação a/c (SORETZ, apud HELENE,1986) Num concreto de boa qualidade, bem adensado e curado, a carbonatação se dá superficialmente só tendo importância nos pontos em que a armadura esteja muito próxima à superfície do concreto. 41

26 2.6.2 Espessura de Carbonatação Em relação a determinação da profundidade de carbonatação, um método comum e simples consiste em tratar uma superfície recém rompida de concreto com uma solução de fenolftaleína em álcool diluído. O Ca(OH) 2 adquire uma cor rosa enquanto a parte carbonatada não se altera; com o prosseguimento da carbonatação da superfície recém exposta, a cor rosa desaparece gradativamente. O ensaio é rápido e fácil de ser executado, mas deve ser lembrado que a cor rosa indica a presença de Ca(OH) 2 mas não necessariamente a ausência total de carbonatação. Na verdade, o ensaio com fenolftaleína é uma indicação do ph (cor rosa para ph maior do que cerca de 9,5) mas não faz distinção entre um ph baixo causado por carbonatação ou por outros gases ácidos. O ensaio com fenolftaleína não pode ser usado com cimentos aluminosos, pois, esses cimentos não contém cal livre. As técnicas de laboratório, que podem ser usadas para esse tipo de cimento, que determinam a profundidade de carbonatação incluem análise química, difração de raios X, espectroscopia por infravermelho e análise termogravimétrica FATORES ATMOSFÉRICOS O CIB W80/RILEM define fatores de degradação como "qualquer grupo de fatores externos que possa vir a afetar o desempenho dos materiais, componentes ou sistemas construtivo, entre eles a ação dos fatores atmosféricos Radiação Solar A radiação ultravioleta ocupa a faixa entre a luz visível e o raio-x, no espectro eletromagnético. Os raios UV têm comprimento de onda mais curto do que a luz visível. Comprimentos de onda são medidos em nanômetros (nm) que representam um bilionésimo do metro (1nm =10-9 m). A radiação ultravioleta pode ser dividida em três categorias, de acordo com os comprimentos de onda. Os raios UV-C do sol, entretanto, não representam uma preocupação porque os comprimentos de onda mais curtos que 290 nm são filtrados pela camada de ozônio, na atmosfera, e não alcançam a superfície da terra. A radiação solar, direta ou indiretamente, é absorvida pelos materiais e pode causar reações químicas degradantes, especialmente a energia contida nas radiações de ondas curtas, pode quebrar moléculas orgânicas longas ou iniciar novas reações químicas. Estas ondas atacam plásticos, algumas 42

27 pinturas e materiais de base betuminosa. Já as radiações infravermelhas (ondas longas) podem acelerar o envelhecimento térmico pela elevação da temperatura superficial dos materiais muito acima da temperatura ambiental do ar e dos materiais adjacentes que estão a sombra ou que tenham outro coeficiente de absorção (JOHN,1985) Temperatura A exposição à temperatura extrema acarreta mudanças físicas na maioria dos materiais. O efeito mais facilmente observável é o da dilatação/retração, conforme a temperatura aumenta ou diminui. Como cada material tem o seu coeficiente de dilatação térmica próprio, podem aparecer tensões capazes de, se não acomodadas, ocasionar trincas e fissuras e até mesmo a ruptura da estrutura. Em baixas temperaturas, os plásticos e borrachas perdem elasticidade e tornam-se quebradiços, e certos aços perdem sua resistência a impactos; Em temperaturas altas, a situação se inverte (JOHN,1985). O aumento da temperatura acelera as reações químicas de muitos processos de degradações. Ranson (1987) ressalta que um aumento de 10ºC pode dobrar a taxa de muitas reações químicas, dependendo da energia de ativação da reação. Altas temperaturas também aumentam a taxa de volatização e evaporação. A perda de voláteis em compostos betuminosos, alguns plásticos e mastiques podem causar contrações e trincas. A evaporação da água de concretos pode ocasionar perda de adesão e fissuras. Deve-se observar também, que a variação de temperaturas de alguns materiais pode ser maior do que a ambiental. Recomenda-se, estudar o efeito de variações bruscas de temperaturas, como a que ocorre quando chove repentinamente, sobre materiais antes aquecidos pela radiação solar Microclima e Macroclima Existe uma grande quantidade de ambientes que exercem uma determinada influência no desempenho de uma edificação. Novokshchenov (1995) realizou uma análise de um complexo industrial localizado no Golfo Pérsico que apresentava um problema grave de corrosão de armaduras. Os resultados do estudo mostraram que o grande índice de degradação encontrado ocorreu principalmente em função da atmosfera marinha fonte de íons cloreto aliado ao microclima gerado pelo complexo industrial fonte de sulfatos que agiram simultaneamente, acelerando o processo corrosivo. Assim sendo, de acordo com a grande 43

28 variedade e interação existente entre os diversos tipos de ambiente, um dos pontos mais importante a ser verificado na definição da agressividade ambiental às estruturas de concreto é o microclima, no que se refere à interação que ocorre entre o meio ambiente (ou macroclima) e a superfície da estrutura (ASHTON et al., 1992; CEB, 1993). O microclima é muito mais variável que o macroclima, visto que as estruturas de concreto estão bem mais sujeitas a uma maior ou menor variação de fatores como umidade e temperatura em certas áreas. As observações do macroambiente são um fator fundamental na definição da vida útil das estruturas, já que é nesta zona que a ação da umidade e agentes agressivos vão interagir com a camada de recobrimento do concreto.o interior de certas estruturas também sofre os efeitos do microclima, como é o caso de câmeras frigoríficas, ambientes mais úmidos, interiores de tubulações de esgoto, entre outros, apresentando problemas tais como o de condensação e evaporação, ou seja, ciclos de molhagem e secagem que aceleram os processos de degradação (ANDRADE, 1997) Umidade Segundo Tuutti (1982), a umidade contida nos poros do concreto é o fator controlador mais importante da velocidade de corrosão das armaduras, podendo ser devido a necessidade de água para ocorrer a reação catódica da redução do oxigênio ou devido à influência na resistividade do concreto e na permeabilidade do oxigênio. A depender do grau de saturação dos poros do concreto, segundo Guimarães (2000) o coeficiente de depresão efetiva de ions cloreto varia de 57% a 98%, e também observou um aumento de 18, cm²/s a 203, cm²/s, evidenciando, assim uma maior penetração de íons cloreto com o aumento do grau de saturação. Quando os poros do concreto estão saturados de água, a resistividade é pequena, mas o acesso do oxigênio á armadura encontra dificuldade. Quando não há oxigênio, temos um controle do processo de corrosão, ou seja controlado catodicamente e a velocidade de corrosão resultante é baixa ou moderada. Isto ocorre com estruturas submersas. As velocidades de corrosão nas armaduras das estruturas, ocorrem em concreto com elevados conteúdos de umidade, porém não saturados. Nesta situação, elevadas velocidades de reação são permitidas devido ao oxigênio poder chegar livremente á armadura e a resistividade ser suficientemente baixa. A variação de umidade pode provocar variações dimensionais diferentes para materiais diferentes, podendo causar, devido aos esforços produzidos, fissuras ou trincas. 44

29 Ventos e Partículas Os estudos dos ventos predominantes são muito importantes na determinação de para onde serão transportados os agentes de degradação, como névoa salina, partículas de combustíveis que não são queimadas pelos motores, contaminantes produzidos por industrias, que podem atingir grandes distâncias CAUSAS DE INTERVENÇÃO EM ESTRUTURAS - VISÃO HOLÍSTICA Como todo e qualquer material, o concreto também sofre desgaste natural ao longo do tempo. Sabendo-se que o material se deteriora, importa saber como e em que grau ele se deteriora (ROSTAN, 1991). Aceitável é a situação em que o desgaste natural aconteça segundo uma velocidade prevista, de forma que a estrutura atenda os objetivos de projetos, sem exigir altos custos de manutenção. Existe, porém, um sinergismo entre todos os fatores responsáveis pela degradação das estruturas. É extremamente difícil de ser mensurado o efeito combinado que existe entre o meio ambiente e as propriedades microestruturais do concreto devido a grande variabilidade existente entre os dois fatores (Mehta, 1994). Bob(1996) cita a dificuldade de modelar temporalmente o comportamento das estruturas, devido a aleatoriedade existente entre as diversas formas de degradação. Assim como o meio ambiente, duas das três fases do concreto, a pasta e a interface agregado/pasta, estão em constante processo de mudança no decorrer do tempo. Não existe um modelo estatístico que represente tal transformação, pois a porosidade e a permeabilidade do concreto mudam continuamente em virtude da penetração de água, CO 2, O 2 e substâncias como cloretos e sulfatos no interior do mesmo (BASHEER et al, 1994). Além disso, certos processos físico-químicos, como a própria hidratação do cimento e/ou partículas pozolânicas, dissolução dos produtos de hidratação e a conseqüente formação de outros produtos também influenciam no contínuo processo de mudança que o concreto apresenta (ANDRADE, 1997). Consequentemente, face a dificuldade em se determinar a interação existente entre os diversos fenômenos responsáveis pela degradação de estruturas, uma nova conceituação para a abordagem do problema se faz necessária. Desta forma, Mehta (1994) propôs um modelo holístico de deterioração das estruturas, que pode ser observado na Figura

30 Estrutura de concreto que contém fissuras descontinua, microfissuras e estruturas de poros Gradual aumento da permeabilidade, com intercomunicação entre as fissuras, microfissuras e a rede de poros do concreto. A: Expansão do concreto causada por: 1. Corrosão da armadura 2. Reação álcali-agregado 3. Congelamento da água e simultaneamente B: Redução da resistência e rigidez do concreto Ação do meio ambiente (estagio 1) 1- efeito do clima (ciclos de aquecimento/resfriamento. molhagem/ secagem ) 2- efeito de cargas (carregamento cíclico, impactos) Ação do meio ambiente (estagio 2) Iniciação e propagação do dano 1- Penetração de água 2- Penetração de oxigênio e gás carbônico 3- Penetração de cloretos, sulfatos, etc Fissuração com posterior perda de massa. Figura Modelo holístico de deterioração do concreto (METHA, 1994) O termo holístico vem do grego holos, e afirma que o perfeito entendimento de um fenômeno ou processo não pode ser deduzido a partir da soma de cada uma das partes constituintes dos mesmos, e sim através de uma visão global, que leve em consideração a interação existente entre partes que contribuem para o funcionamento de todo (ANDRADE, 1997) DISPOSIÇÃO NORMATIVA DA METODOLOGIA CORRENTE PARA AVALIAÇÃO E DIAGNÓSTICO DAS PATOLOGIAS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Embora seja crescente o reconhecimento da importância da manutenção estrutural, é ainda insuficiente, mesmo em países desenvolvidos, a disposição normativa especifica para programas de manutenção. 46

31 O código MC-90 (CEB, 1991) estabelece em seu Capítulo 13 : Estruturas projetadas e construídas em conformidade com as provisões deste código devem ser inspecionadas e mantidas tão freqüente e cuidadosamente quanto possível, tal que elas continuamente preencham todos os requisitos relativos à funcionalidade e segurança pretendidas". Prescreve-se ainda que Particularmente, estruturas de maior importância ou sob condições adversas devem, necessariamente, ser inspecionadas periodicamente, adotando os testes de campo apropriados e estratégias de monitoramento. Para estruturas convencionais, sob condições normais de serviço, os seguintes períodos de tempo entre inspeções sucessivas são recomendados pelo CEB-FIP- MC-90: 1. Para casas, escritórios, etc.: 10 anos; 2. Para edifícios industriais: 5 a 10 anos; 3. Para pontes de ferrovias: 2 anos; 4. Para pontes de auto-estradas: 4 anos 5. Para pontes de rodovias: 6 anos. No caso de manutenção de Obras de Arte, a ABNT (1986) estabeleceu uma norma específica, a NBR 9452, com procedimentos para inspeção em pontes e viadutos, classificando os tipos de vistorias em: 1.Cadastral; 2. Rotineira; 3. Especial. incluindo, em anexo, roteiros para vistorias e um fluxograma detalhado para a vistoria especial. As disposições desta norma, dirigidas especificamente a pontes e viadutos, apesar de conterem informações de interesse, não são, de forma direta, aplicáveis a edificações usuais. Como pode-se verificar, a manutenção tem recentemente, merecido destaque dos órgãos normalizadores, embora ainda sejam incipientes as disposições referentes ao assunto. Vários órgãos públicos, para atender às suas demandas, vêm desenvolvendo metodologias especificas 47

32 para inspeção e manutenção, tais como: a Eletronorte, na área de barragens (ALMEIDA e AMARO, 1989); o Metrô de São Paulo, para vias permanentes (MACEDO, 1989); a Sabesp, para reservatórios e travessias (BIRINDELLI et al., 1994); e o DNER (1989) na área de obras de arte. A metodologia recomendada pela Federação Internacional de Protensão (FIP, 1988) é, presentemente, a mais abrangente e de maior interesse para aplicação em edificações usuais, apesar do caráter de "guia" e não ter força de norma. Ela é direcionada a inspeção em estruturas de concreto armado e protendido, estabelecendo intervalos de tempo para inspeção estrutural, apresentados na Tabela 2.2. Tabela Indicação de intervalos de inspeção (anos) (FIP, 1988) Condições ambientais e de carregamento Inspeção Rotineira CLASSES DE ESTRUTURA Inspeção Inspeção Inspeção Inspeção Extensiva Rotineira Extensiva Rotineira Inspeção Extensiva MUITO SEVERA SEVERA NORMAL AIS * AIS * 1 -Intercalada entre inspeções extensivas 1AIS * Apenas Inspeções Superficiais. Nesta metodologia, os intervalos de tempo para inspeção estrutural são definidos segundo categorias de inspeção, a partir da classificação das estruturas em classes, combinadas aos tipos de condições ambientais e de carregamento, na seguinte forma: 1. Categorias de inspeção: Rotineira - realizada a intervalos regulares, com planilhas especificas da estrutura elaboradas conjuntamente pelos técnicos responsáveis pelos projetos e manutenção; Extensiva - realizada a intervalos regulares, alternadamente com as rotineiras, objetivando investigações mais minuciosas dos elementos e das características dos materiais componentes da estrutura; 48

33 Especial - realizada em situações não usuais, indicadas por inspeções rotineiras ou extensivas, ou por causas acidentais envolvendo comprometimento de segurança ou funcionalidade. 2. Classes de estrutura: Classe 1 - onde a ocorrência de uma ruptura possa ter conseqüências catastróficas e/ou onde a funcionalidade da estrutura é de vital importância para a comunidade; Classe 2 - onde a ocorrência de uma ruptura possa custar vidas e/ou onde a funcionalidade da estrutura é de considerável importância; Classe 3 - onde é improvável que a ocorrência de uma ruptura possa levar a conseqüências fatais e/ou onde um período com a estrutura fora de serviço possa ser tolerado. 3. Tipos de condições ambientais e de carregamento: Muito severa - o ambiente é agressivo e há carregamento cíclico e possibilidade de fadiga; Severa - o ambiente é agressivo, com carregamento estático, ou o ambiente é normal, com carregamento cíclico e possibilidade de fadiga; Normal - o ambiente é normal, com carregamento estático. A necessidade de se estabelecer programas para inspeção em edificações usuais vem se tornando cada vez mais imprescindível. Apesar de algumas empresas estatais e privadas desenvolverem suas próprias metodologias, atendendo a requisitos específicos, a ausência, quase completa, de disposições normativas relativas a estruturas convencionais é um dos principais fatores de comprometimento da durabilidade nas edificações. A metodologia da FIP, apresentada acima, pela simplicidade e possibilidade de aplicação imediata, mereceria ser analisada para inclusão de seus dispositivos, em curto prazo, em norma da ABNT Avaliação Quantitativa do Desempenho Estrutural Em 1987, foi instituído pelo RILEM o Technical Committee Damage Classification of Concrete Structures (104 - DCC), com a finalidade principal de buscar a unificação no âmbito 49

34 da Europa, de métodos de teste e diagnóstico relacionados com a classificação de dados em estruturas de concreto, considerando-se a importância de tornar as inspeções "in situ" de estruturas e os eventuais reparos com menor custo e efetivos. Vários trabalhos relacionados com as atividades do DCC enfatizam a necessidade e discutem as formas possíveis para sistemas de classificação e avaliação quantitativa de danos em estruturas de concreto, com o objetivo primordial de minimizar a natureza subjetiva dos dados obtidos (RILEM, 1991). Entretanto, apesar dos esforços e avanços relatados, principalmente no que se refere à analise de estruturas de obras de arte, estudo do processo de evolução da corrosão do concreto e avaliação de estruturas afetadas por terremoto, são ainda incipientes as recomendações relativas à avaliação quantitativa do desempenho de estruturas de concreto armado de edificações usuais. No Brasil, foi desenvolvida uma metodologia por Klein et al. (1991), em convênio da Universidade Federal do Rio Grande do Sul com a Prefeitura de Porto Alegre, com o objetivo de implementar um processo de vistorias sistematizadas em pontes e viadutos para manutenção periódica e priorização das intervenções necessárias. Esta metodologia enquadrase no proposto pela RILEM (1991), embora enfoque somente a quantificação do nível de dados de estruturas de concreto de pontes e viadutos, determinando um grau de risco, segundo critérios para inspeção das obras de arte recomendados pelo DNER (1987) e a NBR 9452 (1986). Tendo em vista seu interesse para o presente trabalho, serão resumidos a seguir os principais aspectos de sua formulação. As obras são divididas em Famílias de elementos: instalações diversas, encontros, instalações pluviais, pavimentos, juntas de dilatação, aparelhos de apoio, pilares e tabuleiros (vigas e lajes da superestrutura). Por meio de inspeções visuais, os engenheiros vistoriadores preenchem um Caderno de Inspeção, com as características gerais da obra e as manifestações patológicas típicas dos elementos de cada família, atribuindo um grau para cada lesão observada. Os parâmetros para a analise dos dados das vistorias são definidos na forma seguinte: Fator de intensidade do dano (Fi): atribuído pelos vistoriadores na obra, considera a intensidade de cada manifestação patológica encontrada em cada elemento e varia em uma escala de 0 a 4, como segue: 0 - elemento em perfeitas condições, sem lesões; 1 - elemento em bom estado, lesões leves; 50

35 2 - elemento em estado razoável, lesões toleráveis; 3 - elemento em más condições, lesões graves; 4 - elemento em péssimas condições, estado critico. Fator de relevância estrutural (FR): considera a importância de cada tipo de elemento, dentro do conjunto de elementos em que a obra é subdividida, em função de sua responsabilidade no comportamento estrutural e bom desempenho da mesma. Em uma escala crescente de importância do elemento estão assim definidos: 1 - Instalações diversas; 2 Encontros; 3 - Instalações pluviais e Pavimento; 4 - Juntas de dilatação e Aparelhos de apoio; 5 - Pilares, Vigas e Tabuleiros. Fator de gravidade do problema (FG): considera o provável grau de comprometimento estrutural ou de desempenho causado pela manifestação patológica detectada sobre um elemento. Para sua definição, foram estabelecidos quais os problemas mais relevantes quanto aos aspectos de durabilidade e segurança estrutural (sobrecarga, falta de cobrimento, etc.) e, para cada um dos problemas encontrados, examina-se de que forma seus efeito são manifestados (fissuração, corrosão, etc). Assim, para cada problema específico, e em função do elemento que apresenta o problema, atribui-se uma nota dentro de uma escala de 0 a 10. Grau de risco do elemento (GR): o grau de risco de um elemento isolado de uma estrutura é definido pela expressão: GRE = (FG x FI) x 100 (2.1) (FG) 51

36 Grau de risco da família de elementos (GRF) definido pela expressão: GRF = x GRE =I (2.2) sendo: n = número de elementos componentes da família; GRE = grau de risco de cada elemento; = coeficiente de majoração. O coeficiente de majoração evidencia elementos altamente danificados, aumentando sua contribuição no cálculo do GRF. Este impede a possibilidade de dispersão de um elemento em estado crítico dentro de uma família de elementos em bom estado. [(n-m) +2]/2 para GRE>LIM (2.3) = 1 para GRE LIM Com : m - número de elemento da família com GRE>LIM LIM - valor do GRE acima do qual um elemento está comprometido. Os valores do LIM, para alguns elementos de Obras de Arte são: Pilares: 100 Aparelhos de apoio: 200 Encontros: 95 Juntas de dilatação: 210 Tabuleiros:

37 Grau de risco da estrutura (GR), considerando o conjunto de todas as k famílias de elementos, definido pela expressão: k k GR= (FRi x GRFi)/ FRi (2.4) i=1 i=1 Sendo: k - número de famílias de elementos presentes em cada obra; FR - fator de relevância estrutural do elemento; GRF - grau de risco da família de elementos. Conforme o valor de GR, obtido da expressão acima, classifica-se o grau de risco da estrutura da obra de arte segundo a escala abaixo: Tabela Classificação do Risco Conforme Grau do Dano da Estrutura GRAU DE RISCO GR Baixo Médio Alto Limite > 300 É ressaltado por Klein et al. (1991) que, nesta classificação, o termo "risco" não quer significar necessariamente colapso da estrutura, mas sim um conjunto de disfunções acumuladas pela obra, que a fazem merecer maior ou menor cuidado ou a brevidade de sua recuperação. A metodologia apresentada foi aplicada em algumas obras de arte na cidade de Porto Alegre, tendo sido relatada como eficiente em onze obras de grande porte, classificando-as, segundo os autores, adequadamente de acordo com a gravidade de suas lesões. 53

38 Castro (1994) decidiu estudar a aplicabilidade da metodologia de Klein et al. (1991) a edificações usuais com estrutura de concreto armado. A aplicação direta não se mostrou viável, sendo necessárias adaptações bem como a inclusão de alguns parâmetros relativos a efeitos não considerados. Entretanto, vale ressaltar o mérito, além de seu caráter inédito, de buscar uma formulação que visa minimizar a natureza subjetiva dos dados obtidos em inspeções de estruturas, o que, muitas vezes, resulta em elevados custos de reparo e eficácia duvidosa. Neste trabalho será utilizada a metodologia desenvolvida por Castro (1994), que posteriormente foi modificado por Lopes (1998) e Boldo (2002) sucessivamente, com o objetivo de atingir uma maior abrangência da sua aplicação. Estes sistema de analise, serão detalhado no capitulo Parâmetros de Interesse para a Manutenção Estrutural Entende-se que uma estratégia de manutenção exige, em principio, um programa de inspeções sistemáticas, que levem a identificar a necessidade, o momento correto e a extensão da intervenção em uma estrutura. Ou seja, as inspeções constituem parte fundamental do processo de manutenção, devendo considerar os aspectos de segurança, funcionalidade e estética, que são grandemente influenciados pela relação da estrutura com as condições ambientais e seu tempo de utilização. Durante a inspeção, para a elaboração de diagnóstico com a determinação das possíveis causas e dos fatores que influenciam os danos, podem ser necessários, além da inspeção visual, alguns ensaios que possibilitem orientar melhor os diagnósticos. Partindo dessa consideração, Alonso e Andrade (1992 b) indicam alguns procedimentos que podem ser adotados nas vistorias de estruturas: 1. Exame visual da estrutura, elemento por elemento, com o objetivo de identificar os sintomas e a natureza do dano, verificando sua repetição na estrutura; 2. Observação de parâmetros específicos: investigação de manifestações de abrasão e erosão, presença e natureza de fissuras, desintegração da superfície do concreto e manchas de corrosão; 54

39 3. Identificação da agressividade ambiental: deve ser avaliada com base nas condições de exposição da estrutura, considerando o macro e micro-climas atuantes sobre a obra e suas partes críticas (ver item 2.4); 4. Retirada do cobrimento, em determinados pontos, para a observação das armaduras. Se existirem danos, é importante definir a sua morfologia (localizado ou generalizado) e cor dos óxidos, medir a diminuição do diâmetro da armadura (o que permitiria uma estimativa aproximada da velocidade de corrosão média, caso se conheça o tempo transcorrido desde o começo da deterioração). Sempre que possível, medir no local o potencial e a velocidade de corrosão das armaduras no momento da inspeção; 5. Realização de ensaios a respeito do estado e composição do material, tais como: Profundidade de carbonatação - verificar a carbonatação do concreto através da aplicação de uma solução de fenolftaleína para verificar e acompanhar a sua evolução; Presença de cloretos e sulfatos - definindo se o íon agressivo está no concreto ou se está havendo penetração do exterior; qualidade dos agregados, etc; Qualidade do concreto - dosagem, porosidade, resistência, módulo de deformação, etc. Para se tomar uma decisão adequada sobre a intervenção requerida, é necessário avaliar corretamente a causa dos danos e, muitas vezes, conhecer a capacidade resistente residual da estrutura. Para isso, é fundamental analisar as características estruturais relativas à rigidez e a resistência na avaliação do nível de danos estruturais ocorridos, investigando, por exemplo, o decréscimo da rigidez à flexão, da rigidez ao esforço cortante e/ou da rigidez axial das seções transversais (SOUZA, 1990). Os critérios adotados para a periodicidade das inspeções são aqueles recomendados pelo Guia para Inspeção e Manutenção de Estruturas de Concreto da Federação Internacional de Protensão (FIP, 1988). É também interessante realizar inspeções após 1 ano da entrega da obra, aos 3 anos e aos 5 anos da entrega, pois, conforme Paterson (1994), a incidência de defeitos é maior nas primeiras idades. 55

40 3-METODOLOGIA 56

41 3 - METODOLOGIA MANUTENÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO EM EDIFICAÇÕES USUAIS A importância da implantação de programas de manutenção periódica de estruturas na garantia de durabilidade das edificações, visando o estabelecimento de prioridades para as ações necessárias ao cumprimento da vida útil prevista, foi bastante enfatizada anteriormente. Utilizou-se aqui de uma proposta de metodologia para a manutenção de estruturas de concreto armado, destinada a edificações usuais, que tem por objetivo estabelecer uma quantificação para o grau de deterioração dos elementos estruturais isolados e da estrutura como um todo, baseando-se em parâmetros que consideram as manifestações mais freqüentes de danos, sua evolução e a influência do meio ambiente em que a estrutura está inserida e da analise de ensaios qualitativos. A metodologia para o calculo do grau de deterioração da estrutura utilizada neste trabalho, foi desenvolvida por Castro (1994), a partir da metodologia de Klein et al. (1991), e utilizada em dois prédios, um deles do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Tecnologia da Universidade de Brasília, uma edificação escolar pública, e o outro um prédio residencial de propriedade da Universidade de Brasília, e posteriormente também utilizada por Andrade (1997) em prédio residencial no Recife/PE. Lopes (1998), introduziu nesta metodologia, uma nova definição para os fatores de ponderação, e formulação do cálculo do grau de deterioração do elemento (Gde), utilizando este novo conceito, em seis prédios de uso comercial de propriedade do Banco do Brasil S.A. Boldo (2002) em sua tese de mestrado, continuou a desenvolver esta metodologia, para avaliar quarenta edificações com estruturas de concreto graças a uma cooperação formal entre a UnB e o Exercito Brasileiro, mantendo a configuração original de Castro, porém com alguns acréscimos, como: alteração no roteiro de inspeção, fatores de ponderação e cálculo do grau de deterioração. Nesta dissertação, calculou-se o grau de deterioração da estrutura, pelos métodos de Castro, Plínio e Boldo. Porém para realizar um estudo comparativo entre os edifícios aqui analisados, adotou-se os resultados encontrados com pelo uso da metodologia de Castro, associados aos 57

42 resultados dos ensaios, para determinação da profundidade de carbonatação, do potencial de corrosão, da velocidade do pulso ultra-sônico e da esclerometria A base da metodologia utilizada no presente trabalho é a realização de inspeções periódicas em edificações de concreto armado, através de engenheiros especialista na área, objetivando a verificação do desempenho dos elementos estruturais nos mais variados aspectos de segurança, funcionalidade e estética, fazendo necessário a utilização de ensaios que possam dar respostas rápidas e objetivas a problemas como deficiências de cobrimento, profundidade de carbonatação do concreto, efeito da presença de cloretos, etc DESCRIÇÃO DA METODOLOGIA UTILIZADA Princípios Gerais A metodologia é apresentada no fluxograma da Figura 3.1, que mostra os procedimentos a serem seguidos, de forma sistemática, para o desenvolvimento das inspeções estruturais e avaliação dos resultados. As inspeções estruturais são realizadas com base em um Caderno de Inspeção, a ser preenchido pelo profissional ou equipe responsável, onde constam, além das informações básicas sobre a estrutura, diversas matrizes que reúnem os dados necessários ao desenvolvimento do fluxograma. A estrutura da edificação em questão é dividida em "famílias" de elementos estruturais típicos. Para cada elemento de uma família é elaborada uma matriz onde são listadas as possíveis manifestações de danos, específicas daquela família, com o respectivo "fator de ponderação do dano". Este fator, previamente estabelecido na matriz, visa quantificar a importância relativa de um determinado dano no que se refere às condições gerais de estética, funcionalidade e segurança do elemento. Na matriz de um elemento, deve ser atribuída, pelos profissionais responsáveis e, segundo critérios pré-estabelecidos constantes do roteiro de inspeção, uma pontuação que classifica o nível de gravidade de uma determinada manifestação de dano naquele elemento, denominada "fator de intensidade do dano", segundo o qual pode-se inferir a evolução da deterioração estrutural. Dessa forma, os fatores de ponderação dos danos são comuns para uma família de elementos enquanto os fatores de intensidade vão depender da situação física específica e da gravidade dos danos em cada um dos elementos da família. 58

43 Estrutura Classificar as famílias de elementos da estrutura Analisar os Elementos de cada Família Atribuir o Fator de Intensidade do dano a Cada Lesão Encontrada (Fi) Inserir o Fator de Ponderação dos Danos (Fp) Calcular o Grau do Dano (D) Calcular o Grau de Deterioração da Família de Elemento (Gde) Vigas; Pilares; Introduzir o Fator de Relevância Estrutural da Família (Fr) Calcular o Grau d Deterioração da Estrutura (Gd) Figura Fluxograma da metodologia para cálculo do Grau de Deterioração da Estrutura (Gd). Após o levantamento dos dados em campo, determina-se, para cada elemento de uma família, um "grau de deterioração" individual e o conseqüente "grau de deterioração da família de elementos". Obtidos os graus de deterioração das diversas famílias de elementos que compõem a estrutura e entrando com um "fator de relevância estrutural da família", previamente estabelecido segundo a importância relativa na funcionalidade e segurança estrutural, determina-se finalmente, através de uma formulação matemática descrita a seguir, o "grau de deterioração da estrutura". 59

44 Baseado na aplicação da metodologia (Figura 3.1), determina-se os graus de deterioração de uma estrutura e de seus elementos individuais, e observando valores limites pré-fixados, pode-se definir a necessidade, momento e tipo de intervenção na estrutura, de forma a interromper ou minimizar a evolução dos danos mais significativos, evitando custos mais elevados de reparo, considerando-se, de forma global, os aspectos de segurança, funcionalidade e estética da edificação. Nos itens a seguir são definidos os parâmetros intervenientes e detalhados os diversos passos da metodologia proposta, bem como apresentados exemplos de sua aplicação Classificação das Famílias de Elementos As edificações objetos do presente trabalho, foram subdivididas, segundo as características estruturais de seus elementos componentes, em grupo que formam as denominadas famílias de elementos. Para as edificações usuais com estrutura de concreto armado, em geral, podem ser definidas as seguintes famílias: Lajes; Pilares Vigas Reservatório inferior; Dependendo das características particulares de cada estrutura, as famílias de elementos estruturais podem ser divididas de forma diferente e acrescentadas outras famílias de elementos de acordo com seu interesse para a avaliação estrutural. Podem, também, determinadas famílias a serem subdivididas como, por exemplo, as lajes de uma estrutura classificadas em famílias de lajes primárias e secundárias Fator de Ponderação do Dano O fator de ponderação do dano (Fp) visa quantificar a importância relativa de um determinado dano, no que se refere às condições gerais de estética, funcionalidade e segurança dos elementos de uma família. Para sua definição, são estabelecidos os problemas mais relevantes, passíveis de serem detectados, quanto aos aspectos de durabilidade e segurança estrutural. 60

45 Uma determina manifestação patológica pode ter fatores de ponderação diferentes de acordo com as características da família onde o elemento se insere, dependendo das conseqüências que o dano possa acarretar. Este parâmetro foi denominado "fator de gravidade do dano" na metodologia de Klein et al. (1991). Adotou-se no presente trabalho a mesma escala de ponderação, variando de 1 a 10. Entretanto, os graus atribuídos às diversas manifestações de dano em cada família foram alterados por Boldo (2002), buscando melhor refletir a realidade das estruturas convencionais de concreto. A Tabela 3.1 mostra alguns tipos de matrizes, para as famílias de elementos mais comuns de edificações usuais, com os danos possíveis e respectivos fatores de ponderação atribuídos no presente trabalho. Tabela Famílias de elementos estruturais, danos e fatores de ponderação (Fp) FAMÍLIA DE ELEMENTOS (FP) DANOS PILAR VIGAS LAJES RESERV. INFERIOR Desvio da geometria Recalque Infiltração na base Segregação Eflorescência Esfoliação Desagregação Sinais de esmagamento Cobrimento deficiente Manchas de corrosão Fissuras Carbonatação Presença de Cloretos Manchas Flechas Infiltração Vazamentos Permeabilidade

46 Fator de Intensidade do Dano O fator de intensidade do dano (Fi) classifica o nível de gravidade e a evolução de uma manifestação de dano em um determinado elemento, segundo uma escala de 0 a 4, na forma proposta por Klein et al. (1991), como segue: Sem lesões Fi = 0 Lesões leves Fi = 1 Lesões toleráveis Fi = 2 Lesões graves Fi = 3 Estado limite Fi = 4 Entretanto, uma pontuação desse tipo pode ser muito subjetiva caso não seja acompanhada por uma classificação mais detalhada, onde se identifique o nível de gravidade das lesões e sua evolução, segundo as características específicas, conforme recomendado pelo RILEM Committee Damage Classification of Concrete Structures (RILEM, 1991). O presente trabalho propõe uma classificação nesse sentido, mostrada na Tabela 3.2. É também de fundamental importância a consideração da influência do ambiente em vista das condições de exposição e proteção do elemento estrutural. Por exemplo, uma peça de concreto carbonatada, em ambiente isento de umidade, não sofre o mesmo risco de corrosão de suas armaduras que outra sujeita à umidade. A Tabela 3.2 da classificação dos danos e respectivos fatores de intensidade buscam este objetivo, mesmo que em alguns aspectos precisem ser melhorados. Como se pode observar na Tabela 3.2, quando um dano for classificado com um fator de intensidade 4, a situação do elemento é limite, com relação aquele dano e, neste caso, deve haver intervenção imediata no elemento para reparar aquele problema específico. Por exemplo, se a infiltração de água em uma laje é limite ela agravará os demais danos e, portanto, sua reparação é condição indispensável para evitar o agravamento da deterioração. 62

47 TIPOS DE DANOS Segregação Eflorescência Esfoliação Desagregação Cobrimento Manchas de Corrosão/Corrosão Armadura Flechas Recalque Fissuras Carbonatação Infiltração Presença de Cloretos Manchas Sinais de Esmagamento Desvio de Geometria Tabela Classificação dos danos e fatores de intensidade (Fi) da FATOR DE INTENSIDADE DO DANO - TIPOS DE MANIFESTAÇÃO 1 - superficial e pouco significativa em relação às dimensões da peça; 2 - significante em relação às dimensões da peça; 3 - profunda em relação às dimensões da peça, com ampla exposição da armadura; 4 - perda relevante da seção da peça. 1 - início de manifestação; 2 - manchas de pequenas dimensões; 3 - manchas acentuadas, em grandes extensões. 2 - pequenas escamações do concreto; 3 - lascamento, de grandes proporções, com exposição da armadura; 4 - lascamento acentuado com perda relevante de seção. 2 - início de manifestação; 3 - manifestação leves; 4 - por perda acentuada de seção e esfarelamento do concreto. 1 - menores que os previstos em norma sem, no entanto, permitir a localização da armadura; 2 - menor do que o previsto em norma, permitindo a localização da da armadura ou armadura exposta em pequenas extensões; 3 - deficiente com armaduras expostas em extensões significativas. 2 - manifestações leves; 3 - grandes manchas e/ou fissuras de corrosão; 4 - corrosão acentuada na armadura principal, com perda relevante de seção. 1 - não perceptíveis a olho nu; 2 - perceptíveis a olho nu, dentro dos limites previstos em norma; 3 - superiores em até 40% às previstas na norma; 4 - excessivas. 2 - indícios, pelas características de trincas na alvenaria; 3 - recalque estabilizado com fissuras em peças estruturais; 4 - recalque não estabilizado com fissuras em peças estruturais. 1 - aberturas menores do que as máximas previstas em norma; 2 - abertura até 40% acima dos limites de norma; 3 - aberturas excessivas; estabilizadas; 4 - aberturas excessivas; não estabilizadas. 1 - localizada, com algumas regiões com ph <9, sem atingir a armadura; 2 - localizada, atingindo a armadura, em ambiente seco; 3 - localizada, atingindo a armadura, em ambiente úmido; 4 - generalizada, atingindo a armadura, em ambiente úmido. 1 - indícios de umidade; 2 - pequenas manchas; 3 - grandes manchas; 4 - generalizada. 2 - em elementos no interior sem umidade; 3 - em elementos no exterior sem umidade; 4 - em ambientes úmidos. 2 - manchas escuras de pouca extensão, porém significativas; 3 - manchas escuras em todo o elemento estrutural. 3 - desintegração do concreto na extremidade superior do pilar, causada por sobrecarga ou movimentação da superestrutura; fissuras diagonais isoladas; 4 - fissuras de cisalhamento bidiagonais, com intenso lascamento ( es - magamento) do concreto devido ao cisalhamento e a compressão, com perda substancial de seção, deformação residual aparente ; exposição e inicio de flambagem de barras da armadura. 2 - pilares e cortinas com excentricidade h/100 ( h = altura ) 3 - pilares e cortinas com excentricidade h/

48 Infiltração na Base Junta de Dilatação Obstruída Fissuras Vizinhas as Juntas de Dilatação Deslocamento Empuxo Tabela Classificação dos danos e fatores de intensidade (Fi (Continuação)) por 3 - indícios de nível de lençol freático acima do nível das estruturas de fundação que podem comprometer as fundações; 4 - vazamentos em tubulações enterradas causando erosão aparente junto às fundações. 2 - perda de elasticidade do material da junta; 3 - presença de material não compressível na junta. 2 - lajes com início de fissuras adjacentes às juntas; 3 - grande incidência de lajes com fissuras adjacentes às juntas; 4 - idem, com prolongamento das fissuras em vigas e/ou pilares de suporte. 3 - deslocamento lateral no sentido horizontal, com excentricidade porém estável; 4 - deslocamento lateral no sentido horizontal, instável Outro aspecto que deverá ser considerado nas inspeções dos elementos da estrutura é a possibilidade de superposição das manifestações do dano Grau do Dano Em um elemento estrutural de concreto armado os danos se apresentam e evoluem de forma diferente, dependendo de varias influências: concepção estrutural, projeto, execução, utilização, e exposição ao meio ambiente. Um novo parâmetro, introduzido no presente trabalho, denominado "grau do dano" no elemento (D), tem por objetivo quantificar a manifestação de cada dano no elemento, por meio de uma analogia com o modelo proposto por Tuutti (1982), conforme a Figura 3.2. O grau do dano depende do fator de ponderação, (Fp ) específico de cada dano e pré-fixado de acordo com as características do elemento, e da intensidade com que o dano se manifesta em uma determinada peça, traduzido pelo fator de intensidade (Fi). 64

49 D e t e r i o r a ç ã o Vida útil limite aceitável Mudança de fase Estado Limite Necessidade de Intervenção Idade iniciação início propagação propagação Figura 3.2- Vida útil das estruturas.( TUUTTI, 1982) Figura Vida útil das estruturas (modificado) Tuutti (1992). A Figura. 3.3 mostra a formulação proposta para o cálculo do grau de um dano com a ponderação mais desfavorável possível, fator Fp = 10. As fases de iniciação e propagação do dano são representadas nas abscissas em uma escala de 0 a 4, segundo o fator de intensidade (Fi), adotando-se como abscissa de "mudança de fase" o valor 2,5, intermediário entre o fator 2,0, indicativo de lesões toleráveis, e 3,0 de lesões graves. O gráfico estabelece um limite máximo D = 100 para o grau de dano correspondente a F i= 4, estado crítico de uma manifestação de dano. 65

50 Figura Grau do dano (D) x Fator de Intensidade do dano (Fi) A primeira reta, correspondente à fase de iniciação do dano, partiria de 0, ausência completa do dano, até o ponto de coordenadas (2,5;10). O estabelecimento do grau 10 para a mudança de fase deu-se a partir de sucessivos ajustes com aplicação do modelo a casos reais. Ou seja, caso seja determinada em um elemento uma manifestação de dano com um grau do dano D < 10, não deve haver sinais de comprometimento ou necessidade de intervenção imediata naquele elemento. Entretanto, considerando que os danos dos elementos da estrutura estejam próximos da mudança de fase, a intervenção, dentro de um programa de manutenção, deve resultar em economia, no sentido de se prevenir a propagação e a necessidade posterior de intervenção com o(s) dano(s) em estado mais grave. Por outro lado, para D>10, a propagação do dano é mais rápida e aguda, devendo-se neste trecho prever limites a partir dos quais a intervenção passa a ser necessária, urgente e imprescindível à funcionalidade ou segurança, ou mesmo indicado o estado crítico do elemento. Dessa forma, o grau do dano, para Fp = 10, será dado pelas expressões: D = 4 F i para F i ÿ 2,0 (3.1) D = 60 F i para Fi 3,0 (3.2) 66

51 Para danos com fator de ponderação inferiores ao máximo, isto é, Fp < 10, o grau do dano será obtido através da multiplicação das expressões correspondentes a cada fase, (3.1) e (3.2), pela razão Fp/10: D = 0,4 F i. Fp Fi ÿ 2,0 (3.3) D = (6 Fi - 14) Fp Fi 3,0 (3.4) Portanto, da formulação proposta, o grau do dano será uma função de duas variáveis, o fator de ponderação (0ÿ Fp ÿ 10), inerente a cada manifestação de dano e préestabelecido para a família, e o fator de intensidade do dano atribuído pelo profissional responsável pela inspeção estrutural, conforme a Tabela 3.2 (0 ÿ Fi ÿ 4). Assim, a representação gráfica do grau do dano, D, seria dada por um volume, cuja interseção com plano Fp = 10 resultaria na Figura Grau de Deterioração de Um Elemento O "grau de deterioração de um elemento" estrutural isolado (Gde) determinado em função das manifestações dos danos detectados no elemento pela inspeção, a partir do fator de intensidade atribuído a cada dano (Fi), segundo a Tabela 3.2, e do grau respectivo do dano (D), calculado das expressões (3.3) ou (3.4). Chamando de "m" o número de danos detectados no elemento, o grau de deterioração será determinado a partir de uma das expressões seguintes: Gde = Dmáx para m ÿ 2 (3.5) m - 1 D(i) (3.6) Gde = Dmáx + i = 1 para m > 2 m - 1 Sendo: Di = grau do dano de ordem (i) 67

52 A justificativa para a formulação acima é que, num elemento com dois danos, deve prevalecer, do ponto de vista de avaliação de sua deterioração, aquele dano cujo grau do dano é maior. Não faria sentido adotar qualquer tipo de média que resultasse inferior ao maior grau do dano no elemento ou somar os graus dos danos. Em qualquer dos dois casos poder-se-ia ter uma idéia errônea do estado físico da peça. Optou-se, então neste caso, pela adoção do grau de deterioração do elemento como igual ao maior grau do dano. Entretanto, sendo maior que dois o número de danos do elemento, cabe uma avaliação mais precisa da influência da superposição dos demais danos detectados. Castro (1994) decidiu pela formulação da expressão (3.6); obter-se o grau de deterioração do elemento, Gde, através da soma do grau máximo dos danos na peça com a media aritmética dos graus dos demais (m - 1) danos. Lopes (1998), alertou que com a ocorrência de danos adicionais, estes seriam acrescidos através de uma média, que possibilita o estabelecimento de um valor máximo para o grau de deterioração, resultando em grau inferior ao grau real do elemento, assim sendo a resultou uma única formulação para o cálculo do Gde, para elementos com qualquer número de dano, que será determinado a partir da seguinte expressão: Gde = Dmax (1+ D(i) - Dmax / D(i) Na metodologia proposta por Castro e utilizada nesta dissertação, com parâmetro para realizar um comparativo entre os três edifícios analisados, determinou-se a intervenção imediata em um elemento que apresente um dano com um fator de intensidade 4,0, admitindo-se ser a situação do elemento crítica, com relação àquele dano. Estabeleceu uma escala de medidas necessárias a se tomar com relação a um elemento, com base no seu grau de deterioração, Gde, calculado a partir de todos os danos nele detectados. Dessa forma Castro (1994) baseando-se na Figura 3.2 e na aplicação e ajuste da metodologia a situações reais, elaborou a Tabela 3.3, com recomendações para elementos isolados. Deve-se observar que os limites estabelecidos não devem ser encarados como absolutos mas como indicativos das medidas a se adotar. É indispensável o conhecimento e experiência dos profissionais envolvidos para decidir sobre as decisões a tomar, levando em conta os resultados da aplicação da metodologia. 68

53 Tabela Classificação dos níveis de deterioração do elemento NÍVEL DE DETERIORAÇÃO GDE MEDIDAS A SEREM ADOTADAS Baixo 0-15 estado aceitável Médio observação periódica e necessidade de intervenção a médio prazo Alto observação periódica minuciosa e necessidade de intervenção a curto prazo Crítico > 80 necessidade de intervenção imediata para restabelecer funcionalidade e/ou segurança Grau de Deterioração de Uma Família de Elementos O "grau de deterioração de uma família" (Gdf) é definido como a média aritmética dos graus de deterioração daqueles elementos que apresentem danos expressivos. Ou seja, o cálculo do grau de deterioração da família deve evidenciar os elementos mais danificados e não ser mascarado por aqueles elementos com deterioração de menor grau. Para caracterizar os assim denominados "danos expressivos", buscou-se uma definição para um valor limite do grau de deterioração do elemento. Assumindo a hipótese, nas matrizes das diferentes famílias de elementos, da ocorrência simultânea de todos os danos possíveis com um fator de intensidade Fi = 2,5, valor hipotético correspondente à mudança da fase de iniciação para a de propagação do dano, resultou de todos os cálculos um valor aproximadamente constante, ligeiramente superior a Gde = 15, sendo este valor, considerado então como um limite, mostrando-se consistente, isto é, levou a conclusões adequadas sobre os elementos mais danificados e indicando a necessidade de intervenção nas obras onde foram aplicadas esta metodologia. 69

54 Assim, tomando-se média aritmética dos graus de deterioração apenas daqueles elementos com Gde 15, tem-se a expressão do grau de deterioração da família dada por: n Gde(i) (3.7) Gdf = i = 1 n Sendo: n : número de elementos componentes da família com Gde 15. A presente formulação é diferente da proposta por Klein et al. (1991), que adota um coeficiente para evidenciar os elementos de uma família com danos mais expressivos. Por outro lado, estes autores trabalham com a média de todos os graus de deterioração dos elementos o que pode resultar, segundo simulações efetuadas no presente trabalho, inadequado. Optou-se aqui por trabalhar apenas com aqueles elementos com danos acima de um determinado limite pré-fixado, por acreditar que estes serão os de maior influencia sobre o grau de deterioração. Quando em uma família de elementos verificar-se graus de deterioração Gde < 15 para todos os elementos, o grau de deterioração da família será Gdf = 0, não contribuindo para o cálculo do grau de deterioração da estrutura. Boldo (2002), utilizou a expressão do cálculo do grau de deterioração de um elemento (Gde), definida por Lopes (1998), que elimina o problema de omitir algumas manifestações na inspeção, porém desenvolveu o cálculo do grau de deterioração da família (Gdf), seguindo os mesmos princípios da proposta de Lopes (1998) para o cálculo do Gde, apresentada abaixo: Gdf = Gde max [ 1+ ( Gde (i) - Gde (max) ) / Gde (i) ) ] (3.9) em que : Gde (max) = maior Gde entre os elementos da família com Gde 15 70

55 Fator de Relevância Estrutural da Família de Elementos O fator de relevância estrutural da família de elementos ( Fr ) tem por objetivo considerar a importância relativa das diversas família de elementos, dentro do conjunto em que a obra é subdividida, no comportamento da estrutura e bom desempenho da mesma. Este fator de relevância é integrante da metodologia proposta por Klein et al. (1991), obviamente conforme objetivo do trabalho, com classificação especifica para obras de arte, diferente para o nosso uso que será em edificações usuais. Cada tipologia de estrutura terá seu fator de relevância específico, Fusco (1976) classifica as peças estruturais em terciárias, secundarias e primárias, com importância crescente no desempenho da estrutura. Para edificações com estrutura convencional, adotou-se para este estudo, uma escala que, observando alguns critérios sugeridos por Fusco, define os fatores de relevância de uma família de elementos, como segue (Pode ter feito uma tabela): Elementos não estruturais de concreto Fr = 1,0 Reservatório superior Fr = 2,0 Escadas/ Rampas, reservatório inferior, cortinas, lajes secundárias Fr = 3,0 Lajes, fundações, vigas secundárias, pilares secundários Fr = 4,0 Vigas e pilares principais Fr = 5, Grau de Deterioração da Estrutura O grau de deterioração da estrutura como um todo (Gd) é função dos diferentes graus de deterioração das diversas famílias de elementos da edificação, afetados pelos respectivos fatores de relevância estrutural, conforme proposta de KLEIN et al. (1991). Considerando o conjunto de todas as "k" famílias de elementos que compõem uma estrutura, defini-se : k k Gd = Fr( i ). Gdf( i ) Fr( i ) (3.8) i = 1 i = 1 71

56 sendo: k = número de famílias de elementos Fr = fator de relevância estrutural de cada família Gdf = grau de deterioração da família De acordo com a valor encontrado para Gd, classifica-se uma estrutura, segundo uma escala, conforme Tabela 3.4, em determinados níveis de deterioração da estrutura bem como as medidas que deverão ser adotadas para prolongar a vida útil da estrutura. Tabela Classificação de Uma Estrutura Conforme o Gd. NÍVEL DE GD MEDIDAS A SEREM ADOTADAS DETERIORAÇÃO Baixo 0 a 15 estado aceitável Médio 15 a 40 observação periódica, e necessidade de intervenção a médio prazo Alto 40 a 60 observação periódica minuciosa e necessidade de interveção em curto prazo Limite > 60 necessidade de intervenção imediata para restabelecer funcionalidade e/ou segurança. Vale ressaltar, que a analise individual de cada elemento da família (Gde), é de suma importância visto que pode ser recomendado a intervenção imediata unicamente para o elemento isolado da estrutura. Ou seja, no global o nível de deterioração pode ser aceitável com um elemento em estado crítico APLICAÇÃO DA METODOLOGIA Para aplicação da metodologia aqui utilizada, foi necessário tomar-se conhecimento do histórico do Edifício Residencial (ER) em questão, por meio de um levantamento preciso do maior numero de informações, tal como análise do projeto; aspectos construtivos; Classe de Agressividade Ambiental em que esta envolvido, período do início e da conclusão da obras; problemas ocorridos durante a execução; relatório das intervenção para manutenção e outras informações preciosas para realização do estudo. De posse das informações iniciais, realizou-se a inspeção visual, de modo a conhecer o sistema estrutural, a divisão dos módulos, de preferência delimitados pelas juntas de dilatação 72

57 e a identificação dos elementos estruturais através de legendas que facilitou a inspeção. Utilizando o caderno de inspeção que contem as matrizes com as possíveis manifestações patológicas de cada elemento, identificou-se visualmente os danos das peças estruturais, classificou-se e atribui-se a cada um deles um fator de intensidade (Fi), conforme Tabela 3.2. Ensaios como os de potencial de corrosão, carbonatação, ultra-som e esclerômetria, foram utilizados, sendo a descrição desses métodos apresentada no Item 3.4. Concluída a etapa de coleta de dados, o presente trabalho utilizou de planilha eletrônica, para o cálculo dos graus de deterioração do elemento, da família e da estrutura. Por fim, analisouse os dados referentes ao graus de deterioração dos elementos, das famílias e da estrutura para avaliar o estado que se encontra a obra ENSAIOS REALIZADOS Os engenheiros consultores são freqüentemente, chamados para desenvolver ou aprovar programa de garantia da qualidade ou segurança da estrutura, que além de outras tarefas, envolve a utilização de ensaios destrutivos ou não destrutivos, análise estatística dos resultados dos ensaios e procedimento de controle. O objetivo de um programa desse tipo é garantir que o elemento de concreto acabado seja adequado à finalidade para a qual foi projetado. Durante este estudo, uma grande dificuldade encontrada, foi quanto a disponibilidade e/ou facilidade da realização de diversos ensaios, visto que o pouco uso deste recurso por parte da indústria local da construção civil, não desenvolve a atividade, a ponto de não existir ou não estar disponível para uso imediato diversos tipos de ensaios. A não utilização de uma tecnologia já disponível para suporte da atividade sugere a possibilidade do "achismo" em algumas situações e em outras a pouca confiabilidade dos resultados já que a experiência dos profissionais especializados é fator importante no procedimento experimental. Neste trabalho foram realizados ensaios de esclerometria, velocidade do pulso ultra-sônico, profundidade de carbonatação e potencial de corrosão. 73

58 Ensaio da Profundidade de Carbonatação As estruturas de concreto armado quando sujeitos à corrosão de armaduras por ação da carbonatação tem sua vida útil reduzida, com conseqüências graves na estabilidade global, na segurança, na estética e no crescimento significativo dos custos de manutenção. A carbonatação no concreto é um dos principais agentes iniciadores da corrosão, pois provoca redução da alta alcalinidade, havendo assim, redução generalizada do ph, ocasionando a susceptibilidade das armaduras (quebra da instabilidade química do filme de óxidos passivante) no que tange a corrosão das armaduras (Helene 2001), quando seu valor for menor que 10,5. Neste trabalho foi utilizada a técnica visual, pelo do emprego de substancia química, que em contato com a solução alcalina do concreto, rica em hidróxido de cálcio, adquirem colorações típicas a partir de um determinado ph da solução. A substância aqui utilizada foi a fenolftaleína a uma proporção de 1% de fenol em solução de álcool a 50/50, que permite conhecer a mudança do ph entre 8,3 e 10. O emprego desta técnica tem como desvantagem o caráter destrutivo e os resultados são qualitativos no que tange ao teor de carbonatos presentes Ensaio de Esclerometria O ensaio de esclerometria obedeceu ao método proposto pela norma NBR 7584/1982 que avalia a dureza superficial pelo esclerômetro de reflexão. A direção do esclerômetro foi para todos os três estudos casos, mantidos na horizontal; a condição da superfície estudada foi lisa; temperatura ambiental e foram realizadas 5 impactos por peça e calculado a média aritmética dos resultados com descarte dos valores com variação de + ou - 5 unidade. Neste ensaio, por vezes a área determinada coincidiu com as armaduras dos pilares, o que resultou em falsa dureza, obrigando a desenhar nova área para realização do mesmo Ensaio de Potencial de Corrosão O ensaio de potencial de corrosão, Figuras 3.4 e 3.5, foi executado de acordo com os critérios constantes na ASTM C876-(1990) e os resultados foram analisados em função da Tabela

59 Tabela 3.5: Critérios de avaliação das medidas de potenciais (ASTM C ) POTENCIAL DE CORROSÃO RELATIVO AO ELETRODO DE REFERÊNCIA DE COBRE-SULFATO DE COBRE-ESC (MV). PROBABILIDADE DE CORROSÃO (%) mais negativo que mais positivo que de -200 a -350 incerta Uma dificuldade para este ensaio, é a necessidade de escarificar o concreto até o surgimento das armaduras, necessitando após a conclusão o ensaio realizar o reparo da peça escarificada (Figuras 3.4 e 3.5). A região da armadura que apresenta os valores que indicam a probabilidade da corrosão é a área de ânodo. Somente após realização das medidas, será possível identificar a área anódica e catódica. Figura Realização de medidas do potencial de corrosão. 75

60 Figura 3.5 Realização de medidas do potencial de corrosão Ensaio de Velocidade do Pulso Ultra-Sônico O ensaios para determinação da velocidade do pulso ultra-sônico, Figura 3.6, é um método indireto de avaliação, no qual a leitura da velocidade é usada para avaliar a qualidade do concreto, quanto a existência de vazios. Este ensaio foi realizado conforme a NBR 8802/1994 e o critério de classificação foi o de RINCON et al. (1998), conforme Tabela 3.6 : Tabela 3.6- Classificação da velocidade do pulso ultra-sônico no concreto. RINCON et al (1988). VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO QUALIDADE DO CONCRETO < 2000 m/s Deficiente 2000 a 3000 m/s Normal 3001 a 4000 m/s Alta > 4000 m/s Durável 76

61 Figura 3.6 Realização da determinação da velocidade do pulso ultra-sônico. Deve ser retirado o revestimento do concreto em que esta se realizando o ensaio da velocidade do pulso ultra-sônico, visto que este aumenta o tempo do percurso, ou seja, reduz a velocidade. 77