MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM RESERVATÓRIO DE CONCRETO ARMADO POR MOVIMENTAÇÃO TÉRMICA DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS

Transcrição

1 MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM RESERVATÓRIO DE CONCRETO ARMADO POR MOVIMENTAÇÃO TÉRMICA DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS AGRA, Tiago Manoel da Silva; MONTEIRO, Eliana Barreto; ALCÂNTARA, Paloma Santos Xavier; LIMA, Natália Maria Viana; BURLE, Eduardo de Carvalho Burle Lobo Santos Universidade Federal de Pernambuco, (81) , Universidade de Pernambuco, Universidade Federal de Pernambuco, Universidade Católica de Pernambuco, Universidade de Pernambuco, RESUMO A compreensão dos mecanismos e das manifestações patológicas possibilita o planejamento mais eficaz na elaboração e execução de projetos, melhorando a interação destes com o meio, pois assim leva-se em consideração as condições de contorno mais apropriadas para o levantamento das ações que serão impostas a obra. O presente trabalho consiste na avaliação da ocorrência e causas das manifestações patológicas em um reservatório situado no sertão de Pernambuco projetado na década de 70 que, pela ausência de normas técnicas vigentes no período de execução, foi construído sem que fossem tomados alguns cuidados específicos relacionados as juntas de trabalho, ao controle tecnológico do concreto e ao sistema de impermeabilização, corroborando na perda da estanqueidade da estrutura. Essas evidências foram observadas após a interrupção do uso da estrutura por dois anos, sem água armazenada, cujos elementos estruturais sofreram mais, significativamente, com os efeitos da ação da movimentação térmica, sendo possível fazer o comparativo entre as paredes do mesmo reservatório que não sofreram com esses efeitos pelo fato de geograficamente oferecerem menor incidência solar. Ao analisar esses problemas constatou-se que, posteriormente ao retorno da utilização do reservatório, houve o comprometimento do sistema de impermeabilização, apresentando marcas de infiltrações na parte externa das paredes. Após um período de tempo sofrendo com ciclos de molhagem, secagem, temperaturas elevadas e o contato com o cloro dissolvido na água constatou-se a existência de manchas de corrosão de armaduras, comprometendo a integridade física estrutural do reservatório. Palavras-chave: Movimentação térmica. Juntas de trabalho. Corrosão de armaduras. Estrutura de concreto. ABSTRACT Understanding the mechanisms and manifestations enable more effective planning in the design and implementation of projects with better interaction with environment, taking into account the boundary conditions more appropriate to survey the actions that will be imposed on work. This study is the evaluation of events and causes of pathological manifestations in a reservoir situated in projected Pernambuco hinterland in the 70's that for not having current technical standards in the implementation period were not taken some specific care, working together, technological control of concrete and waterproofing system, which confirmed the loss of the sealing structure. These evidences were observed after discontinuation of use of the structure for two years without water stored where the structural elements suffered more significantly with the effects of the action of the thermal movement is possible to make the comparison between the walls of the same reservoir that did not suffer from these effects by fact geographically offer less sunlight. By analyzing these problems, later it was found that the return of the utilization was impaired waterproofing system having marks infiltrations in the outer parts of the walls and after a period of time suffering wetting cycles, drying, high temperatures and

2 contact with chlorine dissolved in water appeared patches of reinforcement corrosion compromising the structural physical integrity. Keywords: Thermal movement. Joints work. Armor corrosion. Concrete structures. 1 INTRODUÇÃO Estruturas em concreto armado possuem uma excelente durabilidade e suportam diversas situações de agressividade, porém é preciso ater-se a determinados cuidados a depender do tipo de estrutura, entender os mecanismos de deterioração e a forma de manifestação para que seja possível adotar ações preventivas e de manutenção adequadas no decorrer da utilização. Um projeto bem elaborado deve conferir segurança às estruturas e garantirlhes desempenho satisfatório em serviço, além de aparência aceitável. Assim, devem ser observadas as exigências com relação à capacidade resistente, bem como às condições em uso normal e, principalmente, às especificações referentes à durabilidade. Quanto aos requisitos de segurança, têm-se observado que, em geral, são satisfatoriamente atendidos, ao passo que as exigências de bom desempenho em serviço e durabilidade têm sido, muitas vezes, deixadas em segundo plano (1999 apud SANTOS, 2013). Em virtude da observação de diversos casos de deterioração prematura, por carência ou falta de estudo, é de extrema importância levantar dados para conhecimento das condições das obras e a verificação do comportamento frente aos padrões estabelecidos de vida útil. Visando esse crescente aumento de estruturas com manifestações patológicas prematuras impõe-se a necessidade de melhorar o planejamento em projetos, fiscalização, execução e manutenção, pois o alto custo de reparo/recuperação, em relação ao valor da construção da obra, determina a inevitabilidade de projetar para durabilidade. Assim sendo, o presente trabalho foi realizado a partir de uma vistoria técnica, atendendo ao plano de manutenção através da investigação preliminar, buscando a obtenção de dados para identificar e registrar as patologias, adotando ações e metodologias mais adequadas para recuperação de um reservatório de água tratada, em concreto armado, situado no município de Arcoverde-PE, integrante da mesorregião do sertão de Pernambuco, que apresentava vazamento e manchas de corrosão e sua superfície. 2. REFERENCIAL TEÓRICO 2.1 Conceitos gerais Todo o conhecimento adquirido há mais de um século, além da experiência com as construções já executadas, mostra que, sempre que o estado da arte é respeitado, as obras em concretos são extremamente duráveis e resistentes às agressões do meio ambiente. Nessas condições, as vias de penetração e o transporte dos agentes agressivos são limitados, de um lado, porque o concreto é pouco permeável e, de outro, porque a fissuração é controlada (as aberturas são limitadas) (OLLIVIER & VICHOT, 2014). Por outro lado, segundo Mehta (2014), nenhum material é propriamente durável, pois como resultado de interações ambientais, a microestrutura e,

3 consequentemente, suas propriedades mudam com o tempo. Dessa forma, o material atinge sua vida útil quando suas propriedades, sob determinadas condições de uso, não são mais capazes de resistir as condições e esforços solicitados. Em outras palavras, um concreto durável preservará sua forma, qualidade e capacidade de uso originais quando exposto ao ambiente de uso e esforços para o qual foi projetado. Devido a diversidade de ambientes de inserção da obra faz-se necessário avaliar a sinergia entre a estrutura e as interações com o meio ambiente, microclima, para que seja possível adequar o projeto as necessidades de uso. Frente a isso, existe a ação da água que pode agir como agente deteriorante e/ou meio de transporte de substâncias agressivas. Com isso, a medida que os concretos se tornam mais compactos e menos porosos, sua capacidade permeante diminui, aumentando sua espectativa de vida útil e influenciando, consequentemente, na durabilidade. O mecanismo de fluxo de água numa estrutura de concreto, material bastante alcalino, ph entre 12,5 e 13,5, pode promover a dissolução dos hidróxidos, principalmente a Portlandita, Ca(OH)2, Figura 1, solúvel em água, promovendo a redução do ph e quando inferior a 12,5, ocasionará a desestabilização dos compostos, tornando-o mais frágil aos efeitos deletérios (MEHTA, 2014). O aço dentro do concreto é protegido por uma região passivadora, que impede o processo corrosivo, mas quando reduzirmos o ph para níveis inferiores a 11,5 ou na presença de íons cloretos, dependendo da concentração, poderemos despassivar a armadura e iniciar o processo de corrosão (patologia mais preocupante). Esse mecanismo ocorre através de processo eletroquímico na transformação do ferro metálico em ferrugem ocasionando expansão volumétrica do metal promovendo a demolição do concreto invólucro ( Figura 2). Diversos fatores influenciam a reologia do concreto, tais como: a relação água/cimento, a composição química, tempo de hidratação do cimento, reatividade química das adições, distribuição granulométrica, massa específica, textura superficial e geometria das partículas, as propriedades do aditivo químico, a temperatura e a umidade do meio onde o material é preparado e aplicado, as condições de mistura e o procedimento de ensaio adotado. Assim, existem diversos fatores a serem considerados, sendo a situação ainda mais complicada pelo fato da existência de interações físico-químicas entre eles (2007 apud CASTRO, 2011).

4 Figura 1 Manchas brancas, estalactites, ocasionadas por infiltração de água que dissolveu e lixiviou a portlandita (Ca(OH) 2) Fonte: Autores (2016) Figura 2- Desplacamento do concreto invólucro devido expansão volumétrica das armaduras Fonte: Autores (2016) Sabe-se que o cobrimento de uma peça de concreto está sempre fissurado, caso não seja curado submerso, sendo uma fissuração frequentemente invisível (abertura menor que 20 μm) e que abaixo de 0,3 mm as forças de tensão superficial impedem que o movimento da água liquida, embora a água que possa aí penetrar e que vá dissolver alguns íons só possa sair por evaporação (OLLIVIER & VICHOT, 2014). 2.2 Juntas de movimentação Estruturas de grandes dimensões necessitam de juntas de trabalho para reduzir as tensões internas resultantes da movimentação dos elementos submetidos a variações térmicas que repercutem na variação dimensional, contração e expansão, originando fissuras, Figura 3, ocorrendo geralmente na direção vertical com abertura de 2 a 3 mm e iniciando conforme a restrição, vínculo, quanto a movimentação.

5 Figura 3 - Trincas verticais causadas por movimentações térmicas Fonte: Ércio Thomaz A ausência de juntas para indução de fissuras em estruturas potencializa o surgimento das fissuras em paredes de concreto que sejam mais longas, pois os elementos são impostos a deslocamentos para os quais não foram planejados. As duas causas mais comuns dessas movimentações são por retração e variação de temperatura. De acordo com Monteiro (2008), a partir de 30 m de comprimento as estruturas devem ser separadas por juntas de dilatação e não vão muito para além desta indicação. No que diz respeito à contabilização de uma variação de temperatura numa estrutura porticada, vale salientar que este fenômeno tem bastante importância, sobretudo para o seu comportamento em serviço. Em relação à retração pode concluir que a parcela autógena da retração não tem grande importância a tempo infinito restando apenas a parcela da retração por secagem. A água (umidade) é um fator condicionante para o desenvolvimento deste efeito no concreto. A fluência, que é crescente com a idade, torna a estrutura menos rígida, condicionando bastante o seu comportamento em serviço. Devido a condições de contorno específicas que não são detalhadas na norma mais recente de projeto e execução de estrutura de concreto, NBR 6118 (ABNT, 2014), utiliza-se a NBR (ABNT, 2012) que trata de questões específicas de requisitos e procedimentos para construção de paredes de concreto. Esta norma estipula, quando da ausência de ensaios específicos, que as juntas de trabalho em paredes de concreto possuam comprimento máximo entre juntas de dilatação horizontais de 25 m e que as juntas de controle verticais sejam de 6m (paredes externas) e 8m (paredes internas). Recomenda-se a utilização de concreto autoadensável para confecção das peças devido a facilidade do adensamento. 2.3 Impermeabilização Os reservatórios para abastecimento público são, geralmente, estruturas em concreto armado que estão submetidas ao contato constante com a água, o principal motivador de problemas devido a facilidade de percolação que cadencia várias manifestações patológicas, onde faz-se necessário o uso de sistemas de impermeabilização para minimização dos efeitos deletérios que propiciam mudanças em suas propriedades. Devido aos problemas com a permeabilidade e fissuração do concreto, pois consiste em um ponto de fragilidade do sistema que pode promover a redução da capacidade resistente e possibilitar a entrada de agentes agressivos, faz-se necessário o uso de sistemas de impermeabilização. Este sistemas são motivo

6 de extrema importância e negligenciados por alguns construtores e projetistas. O projeto básico de impermeabilização deve ser realizado para obras de construção civil de uso público, coletivo e privado, por profissional legalmente habilitado, assim como a execução dos serviços decorrentes. O tipo adequado de impermeabilização a ser empregado na construção civil deve ser determinado segundo a solicitação imposta pelo fluido nas partes construtivas que requeiram estanqueidade, segundo a NBR 9575 (ABNT, 2010). O sistema de impermeabilização atende a um princípio básico, que dependerá da área aplicada, obedecendo a forma que cada estrutura ou elemento estrutural se movimenta (trabalha) e pode ser classificado como: rígido ou flexível. O sistema rígido é aquele que não suporta movimentações e grandes variações de temperatura, já o flexível é aquele que se movimenta junto com o elemento construtivo, ou seja, é suscetível a fissuração. Portanto parâmetros físicos causadores de fissuração como: variação volumétrica, carregamento da estrutura e exposição a extremos de temperatura necessitam de sistemas flexíveis para garantir a barreira de proteção contra a passagem de água. Qualquer operação de manutenção e recuperação em reservatórios de abastecimento público significa alto custo operacional para solução, pois o alto preço das intervenções e os efeitos causados pela suspensão do abastecimento público causam dispêndio financeiro e transtornos sociais. 3 APRESENTAÇÃO 3.1 Informações gerais A estrutura em análise é um reservatório de água tratada, Figura 4, em concreto armado, com capacidade de aproximadamente 3500 m³, dividido em duas câmaras, situado no município de Arcoverde-PE, integrante da mesorregião do sertão de Pernambuco, que apresentava vazamento e manchas de corrosão e sua superfície. Este reservatório foi construído no ano de 1971, possuindo 45 anos até a data da inspeção. Segue na Figura 5 as dimensões e identificação das paredes em concreto. Figura 4 Reservatório em estudo Fonte: Autores (2016)

7 Figura 5 Croqui do reservatório (planta baixa e fachada) Fonte: Autores (2016) Com 35 anos de utilização o reservatório não apresentou problemas relativos a vazamentos. O surgimento dos problemas ocorreu após a interrupção do uso do reservatório por questões técnicas, em um período de 2 anos, sendo posteriormente constatada a ocorrência de vazamentos que se tornaram bem maiores com o decorrer do tempo e uso. 3.2 Manifestações patológicas Após o retorno da utilização do reservatório foram evidenciadas manchas de infiltração, fissuras verticais intercaladas e manchas em algumas paredes do reservatório, com excessão dos lados (A) e (F), como podem ser detectadas nas Figuras 6 a 12. Figura 6 Lado (A) Figura 7 Lado (B) Fonte: Autores (2016) Fonte: Autores (2016)

8 Figura 8 Lado (C) Figura 9 Lado (C) Fonte: Autores (2016) Fonte: Autores (2016) Figura 8 Lado (D) Figura 9 Lado (E) Fonte: Autores (2016) Fonte: Autores (2016) Figura 7 Lado (F) Fonte: Autores (2016) 4. ANÁLISE DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS O reservatório em estudo localiza-se no sertão pernambucano, com clima caracterizado por temperaturas médias elevadas e variações térmicas significativas entre o dia e a noite. A estrutura está situada em local descampando com bastante incidência solar e intensa atuação do vento. A água armazenada possui quantidades significativas de cloretos, em torno de

9 500 mg/l, natural do processo de tratamento, e a fissuras desenvolvidas são verticais, originadas no elemento de fundação (radier) e finalizas no furo de exaustão dos gases da parede de concreto. No momento da inspeção, o reservatório possuia manchas acentuadas de corrosão, como mostra a Figura 8 Manchas no concreto de corrosão da armadura Figura 9 Esquema exemplificativo da formação de fissuras por movimentação térmica Fonte: Autores (2016) Fonte: Autores (2016), o que anteriormente só se verificava manchas de infiltração. As manchas de infiltração, com o decorrer do tempo, se tornaram mais escuras, assim como o aumento das fissuras e dos vazamentos. Tal fato é considerado acelerado, podendo ser explicado pelo contato contínuo com o cloreto da água e ciclos de molhagem/secagem concomitantes com a variação da temperatura diária, acelerando os processos de degradação, pois segundo Maslehuddin apud Andrade (1997), o processo corrosivo e a solubilidade dos sais são acelerados com o aumento da temperatura e as flutuações térmicas que causam ciclos de expansão/contração e umedecimento/secagem na massa do concreto, causando microfissuras entre os diversos componentes do mesmo. A maneira expositiva das manifestações patológicas evidencia a formação de fissuras devido a movimentação térmica das paredes, Figura 9, que não foram dimensionadas com juntas de trabalho e executadas sem um controle tecnológico do concreto, pois no período de elaboração e desenvolvimento do projeto não se tinha normas técnicas vigentes que delimitassem os parâmetros necessários para essa abordagem.

10 Figura 8 Manchas no concreto de corrosão da armadura Figura 9 Esquema exemplificativo da formação de fissuras por movimentação térmica Fonte: Autores (2016) Fonte: Autores (2016) Devido a posição geográfica, Figura 10, das paredes (A), Figura 11, e (F), Figura 12, e um talude de maior altura, situado em frente a parede (F), ambas recebem menor incidência solar e consequentemente não apresentaram formação de fissuras similares como observado nas outras paredes. Figura 10 Localização geográfica do reservatório em estudo Fonte: Google Earth

11 Figura 11 Parede (A) sem formação de fissuras Figura 12 Parede (F) sem formação de fissuras Fonte: Autores (2016) Fonte: Autores (2016) 5 CONCLUSÕES Após este estudo foi possível evidenciar a importância da análise da movimentação de trabalho das estruturas, principalmente as que estão em contato direto com água, para controle da fissuração e evitar os problemas inerentes da infiltração. As manifestações patológicas geralmente são originadas de vários fenômenos associados, sendo preciso detectar corretamente as manifestações e os mecanismos para adotar a metodologia mais adequada para intervenção. As normas técnicas atuais de concreto, a partir da NBR 6118 (2003), vem impondo, a cada atualização, mais rigor no dimensionamento frente a agressividade ambiental e abertura de fissuras, parâmetros de extrema importância nos requisitos de vida útil e qualidade para elementos estruturais de concreto. O reservatório de concreto armado, em estudo, situado no sertão de Pernambuco, projetado na década de 70, sofre diariamente com ciclos de molhagem e secagem assim como variações térmicas significativas entre o dia e noite onde na sua concepção não se aplicava nenhuma recomendação técnica com essa abordagem, portanto não foi previsto junta de trabalho (dilatação e controle). Na inspeção preliminar com o levantamento dos dados foi constatado que havia um período de interrupção por 2 anos, após 30 anos de utilização, e até esse evento, não havia apresentado infiltrações e manchas de corrosão.através da observação do formato e da exposição das fissuras, intercaladas gradualmente, e em paredes que geograficamente sofreram com maior incidência solar, através dessas evidências encontradas complementa-se o desfecho da origem do problema da fissuração.devido ao término do armazenamento de água a movimentação térmica foi mais acentuada com o comprometimento do sistema de impermeabilização rígida, que não suporta movimentações, colaborando para perda de estanqueidade e permitindo o contato da água, clorada, com o concreto armado promovendo a corrosão das armaduras.

12 REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 16055: Parede de concreto moldada no local para a construção de edificações Requisitos e procedimentos, NBR 6118: Projeto e Execução de Obras de Concreto Armado, NBR 6118: Projeto e Execução de Obras de Concreto Armado, ROQUE, J. A.; MORENO JUNIOR, A. L. Considerações sobre vida útil do concreto. 1 encontro nacional de pesquisa-projeto-produção em concreto prémoldado. São Carlos, Nov. 2005, 12 f. TINOCO, H.F.F.; MORAIS, A.S. Reservatório em concreto armado: principais manifestações patológicas, diagnóstico e soluções para reabilitação e reforço. Anais do IX Congresso internacional sobre Patologia e recuperação de estruturas CINPAR 2013, 13 f. SANTOS, P. E. G.; OLIVEIRA, I.S.; SOUSA, O. Reforço e reparos em estruturas de concreto armado. Revista Multidisciplinar das Faculdades Integradas Pitágoras de Montes Claros, ano 11, n. 18, dez. 2013, 80 f. Suplemento da Engenharia Civil. OLLIVIER, Jean-Pierre; VICHOT, Angélique. Durabilidade do concreto bases científicas para a formulação de concretos duráveis de acordo com o ambiente. ISBN Português. p IBRACON. Dimensões: 19cm x 24cm MONTEIRO, Q. A. B. Avaliação da necessidade de juntas de dilatação em estruturas porticadas de betão armado f. Dissertação (Mestrado em Engenharia civil) Faculdade de engenharia da universidade do Porto, Portugal. ANDRADE, J.J.O.; Durabilidade das estruturas de concreto armado: Análise das manifestações patológicas nas estruturas no estado de Pernambuco f. Dissertação (Mestrado em Engenharia civil) Universidade Federal do Rio grande do Sul. MEHTA, P. K; MONTEIRO, P. CONCRETO Estrutura, Propriedades e Materiais. Editora PINI ou Editado pelo IBRACON. 4a Edição, 2014.