MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS E REABILITAÇÃO DE ESTRUTURAS

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1 MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS E REABILITAÇÃO DE ESTRUTURAS INTRODUÇÃO

2 INTRODUÇÃO Definição Histórico Conceitos Durabilidade Ocorrência das Falhas Origem, Causas e Danos Manifestações ou Sintomas Manutenção 2

3 DEFINIÇÃO pathos = doença Origem grega logos = estudo PATOLOGIA 3

4 DEFINIÇÃO 4 PATOLOGIA DAS ESTRUTURAS...campo da Engenharia das Construções que se ocupa do estudo das origens, formas de manifestação, conseqüências e mecanismos de ocorrência das falhas e dos sistemas de degradação das estruturas. (SOUZA e RIPPER, 2009)

5 DEFINIÇÃO TERAPIA DAS ESTRUTURAS Ramo da engenharia que estuda as correções dos problemas patológicos apresentados nas estruturas. 5

6 HISTÓRICO Fig. 1: Law Code of Hammurabi, king of Babylon Fonte: 6

7 HISTÓRICO Law Code of Hammurabi 229. If a builder build a house for some one, and does not construct it properly, and the house which he built fall in and kill its owner, then that builder shall be put to death If it kill the son of the owner the son of that builder shall be put to death. Fonte:

8 CONCEITOS Patologia das Estruturas Um novo campo considerando: identificação e conhecimento das anomalias; concepção e projeto das estruturas; formação do engenheiro civil. Tema de discussões a partir dos anos 60 e 70 Razões para reabilitar e manter estruturas existentes: economia; aspectos sociais; aspectos patrimoniais ou históricos. 8

9 CONCEITOS Vida útil período durante o qual as propriedades de um material permanecem acima dos limites mínimos especificados. Desempenho comportamento, em serviço, da estrutura ao longo da sua vida útil. 9

10 CONCEITOS Definição da vida útil É necessário o conhecimento das características de deterioração do material empregado e dos sistemas estruturais. Durabilidade parâmetro que relaciona a aplicação destas características a uma determinada construção, individualizando-a pela avaliação da resposta que dará aos efeitos de agressividade ambiental, definindo a vida útil da mesma. 10

11 CONCEITOS 11 Relaciona-se: à durabilidade dos materiais e componentes ao uso Durabilidade capacidade de uma estrutura manter o seu desempenho em serviço acima dos níveis pré-estabelecidos em projeto, durante a sua vida útil. ao ambiente em que se insere à prática de manutenção

12 CONCEITOS Deterioração conseqüências dos processos de alteração que comprometem o desempenho de uma estrutura ou material. Agentes de deterioração os elementos agressores. 12

13 DURABILIDADE Fig. 2: Interrelacionamento entre conceitos de durabilidade e desempenho. (SOUZA e RIPPER, 2009) 13

14 DURABILIDADE Critérios normativos para individualizar os modelos duráveis para as construções consideram as classes de exposição das estruturas e seus componentes em função da deterioração a que estarão submetidas: corrosão da armaduras, sob efeito da carbonatação e/ou dos cloretos, por tipo de ambiente; ação do frio e/ou do calor, também por tipo de ambiente; agressividade química. 14

15 DURABILIDADE As classes de exposição indicarão níveis de risco ou parâmetros mínimos a serem observados como condição primordial para uma construção durável dosagem mínima de cimento; relação água/cimento máxima; classe de resistência mínima do concreto; cobrimento mínimo das barras das armaduras; método de cura. 15

16 Tab. 1: Classes de agressividade ambiental (CAA). (NBR 6118:2014) Prof. Gláucia Nolasco de Almeida Mello Classe de agressividade ambiental I Agressividade Fraca Classificação geral do tipo de ambiente para efeito de projeto Rural Submersa Risco de deterioração da estrutura Insignificante II Moderada Urbana a,b Pequeno III Forte Marinha a Industrial a,b Grande IV Muito forte Industrial a,c Respingos de maré Elevado a Pode-se admitir um microclima com uma classe de agressividade mais branda (uma classe acima) para ambientes internos secos (salas, dormitórios, banheiros, cozinhas e áreas de serviço de apartamentos residenciais e conjuntos comerciais ou ambientes com concreto revestido com argamassa e pintura). b Pode-se admitir uma classe de agressividade mais branda (uma classe acima) em obras em regiões de clima seco, com umidade média relativa do ar menor ou igual a 65%, partes de estrutura protegidas de chuva em ambientes predominantemente secos ou regiões onde raramente chove. c Ambientes quimicamente agressivos, tanques industriais, galvanoplastia, branqueamento em indústrias de celulose e papel, armazéns de fertilizantes, indústrias químicas. cobrimento nominal 45mm 16

17 Prof. Gláucia Nolasco de Almeida Mello Tab. 2: Correspondência entre a classe de agressividade e a qualidade do concreto. (NBR 6118:2014) 17

18 Tab. 3: Correspondência entre a classe de agressividade ambiental e o cobrimento nominal para c = 10 mm. (NBR 6118:2014) Prof. Gláucia Nolasco de Almeida Mello 18 Tipo de Estrutura Concreto Armado Componente ou elemento Classe de agressividade ambiental I II III IV c Cobrimento nominal (mm) Laje b Viga/Pilar Elementos estruturais em contato com o solo d Concreto Protendido a Laje Viga/Pilar a Cobrimento nominal da bainha ou dos fios, cabos e cordoalhas. O cobrimento da armadura passiva deve respeitar os cobrimentos para concreto armado. b Para a face superior de lajes e figas que estão revestidas com argamassa de contrapiso, com revestimentos finais secos tipo carpete e madeira, com argamassa de revestimento e acabamento, como pisos de elevado desempenho, pisos cerâmicos, pisos asfálticos e outros, as exigências desta Tabela podem ser substituídas pelas de respeitando um cobrimento nominal 15mm. c Nas superfícies expostas a ambientes agressivos, como reservatórios, estações de tratamento de água e esgoto, condutos de esgoto, caneletas de efluentes e outras obras em ambientes química e intensamente agressivos, devem ser atendidos os cobrimentos da classe de agressividade IV. d No trecho dos pilares em contato com o solo junto aos elementos de fundação, a armadura deve ter cobrimento nominal 45mm.

19 DURABILIDADE Relação água /cimento Quantidade de água da mistura em relação à massa de cimento Fig. 3: Relação A/C. Fonte: Projeto Estrutura de Concreto Racionalizada e Revestimento em Argamassa. Associação Brasileira de Cimento Portland & Comunidade da Construção. 19

20 DURABILIDADE Fig. 4: Consequências da Relação A/C. Fonte: Projeto Estrutura de Concreto Racionalizada e Revestimento em Argamassa. Associação Brasileira de Cimento Portland & Comunidade da Construção. 20

21 DURABILIDADE Tendência para o uso de f ck maior consequência da evolução tecnológica do cimento que aumentou a relação A/C para um determinado f ck. As estruturas se tornaram mais permeáveis, logo menos duráveis. 21

22 DURABILIDADE 22 Fig. 5: Detalhe de armação de viga e cobrimento.

23 DURABILIDADE Fig. 6: Fissuras em vigas. Fonte: CAVALCANTI e CAVALCANTI,

24 DURABILIDADE 24 Fig. 7: Exposição das armaduras, armaduras com perda de seção. Fonte: PEREIRA, 2010

25 DURABILIDADE Fig. 8: Qualidade para construção civil. Fonte: Adaptado de SOUZA e RIPPER, Qualidade do produto em utilização Características da Construção Qualidade da construção e dos materiais Propósito / Custo da Construção Características do Projeto Qualidade dos requisitos necessários Requisitos funcionais definidos por usuários e proprietários. Qualidade do projeto 25

26 OCORRÊNCIA DAS FALHAS Salvo os casos correspondentes à ocorrência de catástrofes naturais, em que a violência das solicitações, aliada ao caráter marcadamente imprevisível das mesmas, será o fator preponderante, os problemas patológicos têm suas origens motivadas por falhas que ocorrem durante a realização de uma ou mais das atividades (concepção, execução e utilização) inerentes ao processo genérico a que se denomina de construção civil. (SOUZA e RIPPER, 2009) 26

27 OCORRÊNCIA DAS FALHAS Patologia Manifestações ou Sintomas: surgimento de lesões ou defeitos. Causa: razão primária da manifestação patológica, justificativa mais evidente para o seu surgimento, pois descreve o fato. Natureza: é a razão secundária da manifestação patológica. Origem: motivo da manifestação patológica, explica o razão principal para o seu surgimento. Danos 27

28 OCORRÊNCIA DAS FALHAS Exemplo: ruptura de uma viga de concreto armado Manifestações ou Sintomas: armadura exposta, fissuras, deformação excessiva. Causa: corrosão das armaduras da viga. Natureza: cobrimento insuficiente; exposição a agentes agressivos. Origem: falhas na especificação do projeto. Dano 28 Consequência: O problema compromete a segurança da estrutura ou suas condições de funcionamento?

29 OCORRÊNCIA DAS FALHAS Parâmetros de durabilidade não atendidos, erros de projeto ou execução, falta de manutenção Falha no sistema Surgimento de patologias 29

30 ORIGEM Etapa de concepção da estrutura (projeto) elementos de projeto inadequados (má definição das ações atuantes ou da combinação mais desfavorável das mesmas, escolha infeliz do modelo analítico, deficiência no cálculo da estrutura ou na avaliação da resistência do solo, etc.); falta de compatibilização entre a estrutura e a arquitetura, bem como com os demais projetos civis; 30

31 ORIGEM Etapa de concepção da estrutura (projeto) especificação inadequada de materiais; detalhamento insuficiente ou errado; detalhes construtivos inexequíveis; falta de padronização das representações (convenções); erros de dimensionamento. 31

32 ORIGEM 32 Fig. 9: Esquemas estruturais para cálculo de vigas de edifícios. Fonte: SOUZA e RIPPER, 2009.

33 ORIGEM 33 Fig. 10: Comparação entre diferentes situações de detalhamento de armaduras. Fonte: SOUZA e RIPPER, 2009.

34 ORIGEM 34 Fig. 11: Comparação entre diferentes situações de detalhamento de armaduras. Fonte: SOUZA e RIPPER, 2009.

35 ORIGEM Espaçamento insuficiente 35 Fig. 12: Detalhamento das barras na seção transversal de vigas. Fonte: SOUZA e RIPPER, 2009.

36 ORIGEM Etapa de execução da estrutura (construção) falta de condições locais de trabalho (cuidados e motivação); não capacitação profissional da mão de obra; não conformindade com o projeto estrutural; inexistência de controle de qualidade de execução; má qualidade de materiais e componentes; irresponsabilidade técnica e até mesmo sabotagem. 36

37 ORIGEM 37 Fig. 13: Utilização de pingadeiras. Fonte: SOUZA e RIPPER, 2009.

38 ORIGEM 38 Fig. 14: (a) espaçamento irregular em armaduras de lajes; (b) armadura negativa da laje fora de posição. Fonte: SOUZA e RIPPER, 2009.

39 ORIGEM Etapa de utilização da estrutura (manutenção) utilização errônea ou da falta de um programa de manutenção adequado Exemplos típicos: falta de limpeza e a impermeabilização das lajes de cobertura, marquises, piscinas elevadas e áreas de lazer que possibilitarão a infiltração prolongada de águas de chuva e o entupimento de drenos, fatores que, além de implicarem a deterioração da estrutura, podem levá-la à ruína por excesso de carga (acumulação de água). 39

40 ORIGEM Etapa de utilização da estrutura (manutenção) Os problemas patológicos ocasionados por manutenção inadequada, ou mesmo pela ausência total de manutenção, têm sua origem no desconhecimento técnico, na incompetência, no desleixo e em problemas econômicos. 40

41 ORIGEM Tab. 4: Incidência de problemas segmentada conforme a origem principal. Fonte: Adaptado de Azevedo, Incidência de Problemas (%) Fase Alemanha Bélgica Dinamarca Romênia Projeto 40,1 49,0 36,6 34,0 Materiais 29,3 22,0 22,2 24,2 Execução 14,5 15,0 25,0 21,6 Uso 9,0 9,0 8,7 12,2 Outros 7,1 5,0 7,5 8,0 41

42 ORIGEM Gráfico. 1: Origem dos problemas patológicos com relação às etapas de produção e uso das obras civis. Fonte: Helene e Figueiredo,

43 CAUSAS Classificação das causas de patologias Intrínsecas Processos de deterioração das estruturas de concreto as que são inerentes às próprias estruturas, ou seja, todas as que têm sua origem nos materiais e peças estruturais durante as fases de execução e/ou de utilização das obras, por falhas humanas, por questões próprias ao material concreto e por ações externas, acidentes inclusive. 43

44 CAUSAS Intrínsecas Falhas humanas durante a construção da estrutura Deficiências de concretagem Inadequação de fôrmas e escoramentos Deficiências nas armaduras Utilização incorreta de materiais de construção Inexistência de controle de qualidade 44

45 CAUSAS Intrínsecas Falhas humanas durante a utilização Ausência de manutenção Causas próprias à estrutura porosa do concreto Quanto mais permissivo um concreto for ao transporte interno de água, gases e de outros agentes agressivos, maior será a probabilidade da sua degradação, bem como da do aço que deveria proteger. 45

46 CAUSAS Intrínsecas Causas químicas Reações internas do concreto (reação álcalis-agregados) Expansibilidade de certos constituintes do cimento Presença de cloretos no concreto Presença de ácidos e sais no concreto Presença de anidrido carbônico Elevação da temperatura interna do concreto 46

47 CAUSAS Intrínsecas Causas físicas Resultantes da variação da temperatura externa, da insolação, do vento e da água, esta última sob a forma de chuva, gelo e umidade. Causas biológicas Ataque químico de ácidos (produção de anidrido carbônico) gerados pelo crescimento de raízes de plantas ou de algas que se instalem em fissuras ou grandes poros do concreto ou por ação de fungos, ou pela ação de sulfetos presentes nos esgotos. 47

48 CAUSAS Causas de patologias em estruturas de concreto armado Extrínsecas Independem do corpo estrutural em si, nem da composição interna do concreto, ou de falhas inerentes ao processo de execução, podendo, de outra forma, ser vistas como os fatores que atacam a estrutura "de fora para dentro", durante as fases de concepção ou ao longo da vida útil desta. 48

49 CAUSAS Extrínsecas Falhas humanas durante a concepção (projeto) da estrutura Modelação estrutural inadequada Má avaliação das cargas Detalhamento errado ou insuficiente Inadequação ao ambiente Incorreção na interação solo-estrutura Incorreção na consideração de juntas de dilatação 49

50 CAUSAS Extrínsecas Falhas humanas durante a etapa de utilização (vida útil) da estrutura Alterações estruturais Sobrecargas exageradas: estruturas Alteração das condições do terreno de fundação: casos de interação não cuidada entre construções existentes e novas 50

51 CAUSAS Extrínsecas Ações mecânicas Choques de veículos: Recalque de fundações Acidentes (ações imprevisíveis) Ações físicas As variações de temperatura Os movimentos que ocorrem na interface entre materiais com diferentes coeficientes de dilatação térmica A ação da água, nas suas diversas formas 51

52 CAUSAS Extrínsecas Ações químicas Ar e gases (poluição atmosférica) Águas agressivas Águas puras Reações com ácidos e sais Reações com sulfatos Ações biológicas Crescimento de vegetação nas estruturas Desenvolvimento de organismos (como conchas, por exemplo) e microorganismos em certas partes da estrutura 52

53 MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO E DANOS COMUNS Corrosão das Armaduras Perda de Aderência Carbonatação Reação Álcali-Agregado Presença de Cloretos Presença de Sulfatos Ações do Fogo Ações de Agentes Biológicos 53

54 SINTOMAS COMUNS Com excessão de casos específicos, os problemas patológicos se manifestam externamente à estrutura permitindo o início da averiguação. Sintomas mais comuns: armaduras expostas; fissuras; eflorescências e manchas; desagregação do concreto; ninhos de concretagem (segregação); deformações excessivas. 54

55 MANUTENÇÃO Sim Estrutura com desempenho satisfatório? Recuperação Reforço Intervenções para extensão da vida útil (manutenção) Não Limitações de Utilização Demolição 55 Fig. 15: Hipóteses para reconversão de estruturas com desempenho insatisfatório. Fonte: Adaptado de SOUZA e RIPPER, 2009.

56 MANUTENÇÃO 56 Fig. 16: Prolongamento da vida útil dos edifícios em decorrência das atividades de manutenção. Fonte: BONIN, 1998.

57 MANUTENÇÃO Fig. 17: Classificação dos tipos de manutenção de edifícios. Fonte: BONIN,

58 MANUTENÇÃO Conservação atividades rotineiras realizadas diariamente ou com pequenos intervalos de tempo entre intervenções. Relaciona-se à operação e à limpeza do edifício, criando condições adequadas para seu uso. Exemplo: lubrificação de engrenagens e polias de elevadores. 58 Fonte: BONIN, 1998.

59 MANUTENÇÃO Reparação atividades preventivas ou corretivas realizadas antes que o edifício ou algum de seus elementos constituintes atinja o nível de desempenho mínimo aceitável sem que a recuperação de desempenho ultrapasse o nível inicialmente construído. Exemplo: Por exemplo: substituição de uma botoeira de elevador onde o led não acende. 59 Fonte: BONIN, 1998.

60 MANUTENÇÃO Restauração atividades corretivas realizadas após o edifício ou algum de seus elementos constituintes atingir níveis inferiores ao nível de desempenho mínimo aceitável, sem que a recuperação de desempenho ultrapasse o nível inicialmente construído. Exemplo: troca de um cabo de elevador que se apresentava rompido, impedindo a utilização do mesmo. 60 Fonte: BONIN, 1998.

61 MANUTENÇÃO 61 Modernização atividades preventivas e corretivas visando que a recuperação de desempenho ultrapasse o nível inicialmente construído, fixando um novo patamar de qualidade para a edificação. Exemplo: instalação do sistema novo tipo Daffee nos Elevadores que, em caso de falta de energia, serão conduzidos ao térreo e terão suas portas abertas automaticamente. (Daffee = Dispositivo Automático de Funcionamento dos Elevadores com Força de Emergência - sigla empregada pela empresa Atlas Schindler) Fonte: BONIN, 1998.

62 BIBLIOGRAFIA ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto Procedimento. Rio de Janeiro AZEVEDO, Minos Trocoli. Patologia das Estruturas de Concreto. In: ISAIA, Geraldo Cechella. (Ed.). Concreto: Ciência e Tecnologia. São Paulo: IBRACON, vol 2, cap. 31, BONIN, L.C. Manutenção de edifícios: uma revisão conceitual. In: Seminário sobre manutenção de edifícios, Porto Alegre. Anais v. I. Porto Alegre: URFGS, pp CAVALCANTI, A. N. & CAVALCANTI, G. A. A. Inspeção técnica do píer de atracação de Tambaú. Concreto e Construções, vol. 57 pp

63 BIBLIOGRAFIA HELENE, P.; FIGUEIREDO, E. P. Introducción. In: Manual de rehabilitación de estructuras de hormigón: reparación, refuerzo y protección. CYTED XV-F. 2003, Introducción, pp PEREIRA, F. S. C. Análise Estrutural de cortina atirantada em iminência de colapso devido à corrosão de armaduras. Concreto e Construções, vol. 57 pp SOUZA, Vicente Custódio de; RIPPER, Thomaz. Patologia, recuperação e reforço de estruturas de concreto. 1. ed. São Paulo: Editora PINI Ltda., p. ISBN