Universidade Estadual de Feira de Santana Departamento de Tecnologia. Geovan dos Santos Gomes

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1 Universidade Estadual de Feira de Santana Departamento de Tecnologia Geovan dos Santos Gomes LEVANTAMENTO DE MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS DA ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO DE EDIFICAÇÃO DO CAMPUS DA UEFS - LABOTEC I Feira de Santana - Bahia Janeiro de 2010

2 Geovan dos Santos Gomes LEVANTAMENTO DE MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS DA ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO DE EDIFICAÇÃO DO CAMPUS DA UEFS - LABOTEC I Monografia submetida ao corpo docente do Departamento de Tecnologia da Universidade Estadual de Feira de Santana como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. M. Sc. Antônio Freitas da Silva Filho Feira de Santana - Bahia Janeiro de 2010

3 Geovan dos Santos Gomes LEVANTAMENTO DE MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS DA ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO DE EDIFICAÇÃO DO CAMPUS DA UEFS - LABOTEC I Monografia submetida ao corpo docente do Departamento de Tecnologia da Universidade Estadual de Feira de Santana como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil. Aprovada por: Prof. M. Sc. Antônio Freitas da Silva Filho Universidade Estadual de Feira de Santana Prof. M. Sc. Eduardo Antônio Lima Costa Universidade Estadual de Feira de Santana Prof. Especialista Carlos Antônio Alves Queirós Universidade Estadual de Feira de Santana Feira de Santana - Bahia Janeiro de 2010

4 i Dedico este trabalho à Deus, a todos os meus familiares, em especial aos meus pais, Alécio e Jucileide, meus irmãos Lucas e Allan e minha esposa Michelle.

5 ii AGRADECIMENTOS Primeiramente a Deus, que sempre me deu força nos momentos mais difíceis; A toda minha família, em especial meus pais Alécio e Jucileide, meus irmãos Lucas e Allan, pelo amor e apoio incondicional; A minha esposa Michelle, pelo seu amor, apoio, atenção e companheirismo; Ao meu orientador, Prof. Antônio Freitas, pela orientação e conhecimento transmitido; Aos meus amigos e colegas que contribuíram direta e indiretamente para esse tão esperado momento.

6 iii RESUMO O concreto é um material estrutural de importância fundamental nos nossos dias. As soluções em concreto vão desde estruturas simples até obras arrojadas. As estruturas de concreto não são eternas, pois se deterioram com o passar do tempo e não alcançam sua vida útil se não são bem projetadas e executadas, utilizadas com critério e finalmente, submetidas a uma manutenção preventiva. Neste trabalho procurou-se fazer um estudo a respeito das manifestações patológicas que afetam a edificação que abrigam os Laboratórios do Departamento de Tecnologia do curso de Engenharia Civil, LABOTEC I, e sugerir algumas soluções para a correção dos danos encontrados. A edificação, construída em concreto armado, tem aproximadamente 11 anos e apresenta manifestações patológicas, notadamente as decorrentes da corrosão das armaduras. Por fim, é apresentado procedimentos terapêuticos para a solução dos problemas encontrados. Palavras chave: Concreto, concreto armado, estruturas, manifestações patológicas

7 iv ABSTRACT The concrete is a structural material of fundamental importance in our days. The solutions in void concrete from simple structures to heady works. The concrete structures are not eternal, because they deteriorate in the course of time and they don't reach your useful life if they are not well projected and executed, used with criterion and finally, submitted to a preventive maintenance. In this work it sought to do a study regarding the pathological manifestations that they affect the construction that shelter the Laboratories of the Department of Technology of the course of Civil Engineering, LABOTEC I, and to suggest some solutions for the correction of the found damages. The construction, built in armed concrete, it is 11 years old approximately and it presents pathological manifestations, especially the current of the erosion of the armors. Finally, it is presented therapeutic procedures for the solution of the found problems. Words key: Concrete, armed concrete, structures, pathological manifestations

8 v LISTA DE FIGURAS Figura 1 Armadura em concreto não contaminado (ANDRADE, 1992)...20 Figura 2 Representação esquemática do modelo de vida útil de Tuuti (1982 apud Guimarães, 1997), modificado Figura 3 Fatores de problemas patológicos segundo Fortes (1994),...28 Figura 4 Desenvolvimento da reação álcalis-agregado no concreto (SOUZA, 1998)...33 Figura 5 Tipos de corrosão e fatores que os provocam (Cascudo, 1997)...35 Figura 6 Representação esquemática da corrosão do aço no concreto (MOSKOVIN et al., 1983 apud GUIMARÃES, 1997) Figura 7 Diagrama de Pourbaix de equilíbrio termodinâmico. potencial x ph para o sistema fe-h 2 o a 25 ºC, delimitando os domínios de corrosão, passivação e imunidade (Cascudo, 1997)...37 Figura 8 Grau de Carbonatação em função da umidade relativa do ar (VÉNAUT et. al.;1980; apud GUIMARÃES,1997)...41 Figura 9 Entrada principal do LABOTEC I...46 Figura 10 Planta Baixa do LABOTEC I...47 Figura 11 Planta Baixa do LABOTEC I...48 Figura 12 Planta Baixa do LABOTEC I...49 Figura 13 Mancha escura no concreto (possível ataque de fungos)...50 Figura 14 Fissuras no Concreto do Pilar P Figura 15 Fissuras, esfoliações e mancha escura no concreto...51 Figura 16 Vista do Pilar P Figura 17 Fissuras e corrosão do pilar P Figura 18 Ensaio de carbonatação do pilar P Figura 19 Corrosão avançada do Pilar P Figura 20 Vita do Pilar P53 (figura 20a); recuperação mal sucedida na base do pilar P53 (figura 20b)...54 Figura 21 Apicoamentos mecânico e manual, respectivamente (HELENE, 1992)...56 Figura 22 Detalhe da fôrma tipo cachimbo (HELENE, 1992)...61

9 vi LISTA DE QUADROS E TABELAS Tabela 1 Classes de agressividade ambiental (ABNT NBR 12655, Tabela 2 Exigências dos usuários (Fortes, 1994)...26 Tabela 3 Agentes ou fatores de deterioração (Fortes, 1994)...27 Tabela 4 Quantificação dos danos...63 Tabela 5 Procedimentos terapêuticos...64

10 vii LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS ABNT ASTM CaCO 3 CaO Ca(OH 2 ) CO 2 fck Fe 2 O 3 Fe 3 O 4 GEPRO H 2 O LABOTEC MgO NBR SUCAB UEFS UR Associação Brasileira de Normas Técnicas American Society for Testing and Materials Carbonato de cálcio Óxido de Cálcio Hidróxido de cálcio Gás carbônico Resistência a compressão aos 28 dias Óxido Férrico Tetróxido de tri-ferro Gerência de Projetos Água Laboratório de Tecnologia do Curso de Engenharia Civil Óxido de magnésio Norma Brasileira Superintendência de Construções Administrativas da Bahia Universidade Estadual de Feira de Santana Umidade relativa

11 10 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO JUSTIFICATIVA OBJETIVO Objetivo Geral Objetivos Específicos ESTRUTURA DO TRABALHO METODOLOGIA FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA CONCRETO PROPRIEDADES DO CONCRETO Propriedades do estado fresco Segregação e exsudação Propriedades do estado endurecido Estrutura do Concreto Resistência à Compressão O CONCRETO ARMADO DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO VIDA ÚTIL PATOLOGIAS DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO Termos usuais Qualidade e exigência dos usuários Agentes e mecanismos de deterioração Origens dos problemas patológicos Causas dos problemas patológicos Causas físicas de deterioração Causas químicas de deterioração INSPEÇÃO DO CONCRETO ARMADO Inspeção preliminar Ensaios ESTUDO DE CASO CARACTERIZAÇÃO DA OBRA...46

12 CARACTERIZAÇÃO DOS DANOS PROCEDIMENTOS TERAPÊUTICOS CORTE DE CONCRETO APICOAMENTO DE CONCRETO LIMPEZA DE ARMADURA REFORÇO DE ARMADURA TRATAMENTO ANTICORROSIVO DE ARMADURA RECOMPOSIÇÃO DE CONCRETO DE COBRIMENTO Aplicação de argamassa polimérica Aplicação de graute Aplicação de microconcreto Aplicação de argamassa aditivada com polímero Aplicação de ponte de aderência ESTUCAMENTO DE CONCRETO INSTALAÇÃO DE FÔRMA DE MADEIRA CURA QUÍMICA QUANTIFICAÇÃO DOS DANOS CONSIDERAÇÕES FINAIS...65 REFERÊNCIAS...66

13 12 1 INTRODUÇÃO Nos últimos anos tem crescido o número de estruturas de concreto armado com manifestações patológicas, principalmente com problemas de corrosão de armaduras, tanto no Brasil como no exterior. Helene (1992) afirma que a patologia das estruturas é a ciência que estuda as origens, as formas de manifestações, as consequências e os mecanismos de ocorrência das falhas e dos sistemas de degradação das estruturas, que anteriormente, limitava-se à identificação e o conhecimento das anomalias. Silva et al (2003) afirmam que o uso inadequado de materiais, aliado à falta de cuidados na execução e mesmo adaptações quando do seu uso, somado à falta de manutenção, criam despesas extras em reparações de diversas estruturas que poderiam inteiramente ser evitadas. Pode-se dizer que as manifestações patológicas de maior gravidade nas estruturas em concreto armado, notadamente pelo seu evidente risco à integridade da estrutura, são a corrosão da armadura do concreto, as flechas excessivas das peças estruturais e as fissuras (SILVA et al, 2003). O conhecimento das patologias das edificações é indispensável, em maior ou menor grau, para todos os que trabalham na construção, desde o operário até o engenheiro e o arquiteto. Quando se conhecem os defeitos que uma construção pode vir a apresentar e suas causas é muito menos provável que se cometam erros. Esse conhecimento é tão mais importante quanto maior a responsabilidade do profissional na execução da obra (VERÇOZA, 1991). Desta forma, é de fundamental importância também conhecer os mecanismos da corrosão de armaduras como forma de prevenção ou como medida de correção de suas manifestações.

14 JUSTIFICATIVA A Universidade Estadual de Feira de Santana foi fundada em maio de As suas instalações são constituídas de estruturas em concreto armado moldada in loco, sendo o Módulo 3, composto de três edificações, com idade variando de 09 a 30 anos. Com o passar dos anos, as manifestações patológicas das estruturas foram aparecendo, seja por motivos de projetos mal detalhados, má qualidade dos materiais utilizados, falhas durante a execução e falta de uma manutenção mais sistemática, o que exige trabalhos de recuperação e reforço estrutural. Por se tratar de uma edificação recente, com aproximadamente 11 anos, e apresentando certo grau de deterioração, o Laboratório de Tecnologia foi o escolhido para o estudo de caso. A conjuntura socioeconômica de países em desenvolvimento, como o Brasil, fizeram com que as obras fossem sendo conduzidas com velocidades cada vez maiores, com poucos rigores nos controles dos materiais e serviços (THOMAZ, 1989). Quando o projeto de engenharia for mal detalhado, a construção for realizada com insuficientes planejamento e controle, os técnicos e operários não forem qualificados adequadamente e os prazos de execução forem excessivamente curtos, a estrutura de concreto resultante será quase que certamente de má qualidade e irá se deteriorar de modo prematuro, absorvendo gastos de recuparação e de reforço exagerados para ser mantida em condições de uso (SOUZA, 1998). Segundo Thomaz (1989), os fatos acima citados, aliados a quadros mais complexos de formação deficiente de engenheiros e arquitetos, de políticas habitacionais e sistemas de financiamento inconsistentes e da inusitada fuga de recursos para atividades meramente especulativas, vêm provocando a queda gradativa da qualidade de nossas construções.

15 14 Com isso, torna-se necessário uma avaliação das estruturas de concreto armado da UEFS, pois detectando-se os problemas de deterioração em sua fase inicial, evitarse-á que danos pequenos evoluam para danos maiores, além da economia de recursos financeiros. Um reparo feito em um período de tempo curto evita reparos mais caros pela falta de manutenção, e aumentam a vida útil da edificação. 1.2 OBJETIVO Objetivo Geral Diagnosticar as manifestações patológicas das estruturas de concreto armado constituintes do LABOTEC I do campus da Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS) Objetivos Específicos Os objetivos específicos consistem em: Identificar as patologias nas estruturas de concreto armado constituintes do Labotec I da UEFS; Estudar as possíveis causas das manifestações patológicas; Propor procedimentos terapêuticos para os pilares;

16 ESTRUTURA DO TRABALHO No capítulo I será explícito a introdução, os objetivos, a justificativa, a estrutura e a metodologia do trabalho. O capítulo II, é constituído de uma revisão bibliográfica, que inicia com um resumo sobre o concreto armado e suas propriedades, tanto para o estado fresco quanto para o estado endurecido. Em seguida, apresenta-se um estudo sobre as patologias que atacam as estruturas de concreto armado como, por exemplo: carbonatação, contaminação por cloretos, corrosão das armaduras e outros. No capítulo III apresenta-se o levantamento das manifestações patológicas na edificação que abriga o Labotec I, no Módulo 03, na Universidade Estadual de Feira de Santana. O levantamento de dados, a apresentação e análise de resultados serão desenvolvidos no terceiro capítulo. O capítulo IV aborda os procedimentos terapêuticos para a correção das manifestações patológicas e a respectiva quantificação dos danos. No capítulo V apresenta-se as considerações finais. 1.4 METODOLOGIA: A metodologia utilizada para o presente trabalho será a seguinte: (1) revisão bibliográfica baseada nos conteúdos de livros, artigos científicos, teses, dissertações, periódicos e internet, que trazem conteúdos relacionados com o tema; (2) Coleta de dados em campo, fazendo um registro fotográfico e a identificação das manifestações patológicas nas estruturas dos pilares concreto armado; (3) Por fim, é feita uma apresentação e discussão dos dados obtidos.

17 16 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1 CONCRETO O concreto é um material estrutural de importância fundamental nos dias atuais. As soluções em concreto vão desde estruturas simples até obras arrojadas, cuja forma parece só estar limitada pela criatividade do homem. De acordo com Mehta & Monteiro (1994), o concreto é um material composto que consiste essencialmente de um meio contínuo aglomerante, dentro do qual estão mergulhadas partículas ou fragmentos de agregados. No concreto de cimento hidráulico, o meio aglomerante é formado por uma mistura de cimento hidráulico e água. O concreto é o material estrutural de maior uso atualmente na engenharia. Mehta & Monteiro (1994) cita algumas das razões para tal: Excelente resistência à água: ao contrário da madeira e do aço comum, a capacidade do concreto de resistir à ação da água, sem deterioração séria, faz dele um material ideal para estruturas destinadas a controlar, estocar e transportar água; Mais barato e mais facilmente disponível no canteiro: os principais componentes para execução de concreto, cimento Portland e agregados, são relativamente baratos e comumente disponíveis na maior parte do mundo. 2.2 PROPRIEDADES DO CONCRETO A tecnologia do concreto consiste basicamente em se determinar as propriedades de que se necessitam para o concreto endurecido, ou seja, o material denominado concreto, e como se obter esse material a partir dos materiais disponíveis, como cimento e agregados, adições e aditivos. O concreto fresco é uma fase transitória que tem muita influência nas características do concreto endurecido (GIAMMUSSO, 1992).

18 Propriedades no estado fresco Conhecer o comportamento do concreto no estado plástico é muito importante. Para se obter concretos endurecidos de boa qualidade, é necessário que ele seja tratado cuidadosamente na fase plástica, uma vez que as deficiências geradas nesta fase resultarão em prejuízos para o resto da vida da peça fabricada, comprometendo a sua durabilidade (BARBOSA, 2004 apud PESSÔA, 2008) Segregação e exsudação A segregação é definida como sendo a separação dos componentes do concreto fresco de tal forma que a sua distribuição não é mais uniforme (MEHTA & MONTEIRO, 1994). De acordo Mehta & Monteiro (1994), existem dois tipos de segregação: o primeiro, que é uma característica das misturas secas, consiste na separação dos agregados da argamassa do concreto (por exemplo, por vibração excessiva); o segundo é a exsudação, que é uma característica das misturas de concreto muito fluidas. A exsudação, também conhecida como a separação de água, é uma forma de segregação em que parte da água da mistura tende a subir para a superfície de um concreto recém aplicado. É resultado do fato de que os constituintes sólidos da mistura serem incapazes de reter a água quando tendem a descer, pois, de todos os constituintes, a água é que tem a menor massa específica (NEVILLE, 1997). Segundo o mesmo autor, quantitativamente a exsudação pode ser representada como o assentamento total por altura de concreto ou como a porcentagem da água da mistura; em casos extremos, esta porcentagem pode chegar a 20%. Segundo Andriolo (1993, apud Pessôa, 2008), até 4% a exsudação é considerada normal. Em caldas de cimento recomenda-se máximo de 2% para injeções de rochas.

19 18 O fenômeno da exsudação, quando não controlado, pode causar alguns danos. Giammusso (1992) diz que se a água, que chega a superfície do concreto, evaporar rapidamente, o concreto sofre uma forte retração com fissuração intensa. Isso ocorre quando o concreto ainda está no estado plástico. Outro efeito nocivo da exsudação também citado pelo autor, é quando a água, na ascensão através do concreto, abre grande quantidade de canalículos e, encontrando partículas maiores de agregado e barras de armadura horizontal, forma bolsas na parte inferior, prejudicando a aderência e a resistência do concreto. Alguns fatores que tendem a reduzir a exsudação são utilizados de agregados bem graduados e proporcionados adequadamente, baixo conteúdo de água, alta quantidade de cimento com elevada finura, agregado miúdo com adequada quantidade de finos, materiais pozolânicos e lançamento de pequenas alturas. Os aditivos incorporadores de ar são eficientes na redução da exsudação (ANDRIOLO, 1993 apud PESSÔA, 2008) Propriedades do estado endurecido Estrutura do concreto A nível macroscópico, o concreto pode ser considerado um material bifásico, constituído de partículas de agregado dispersas em uma matriz de cimento. Há uma terceira fase, a zona de transição, que representa a região interfacial entre as partículas de agregado e a pasta (MEHTA & MONTEIRO, 1994). De acordo com Guimarães (1997), a fase agregado está relacionada mais especificamente com as propriedades físicas do concreto, tais como massa específica, módulo de elasticidade e estabilidade dimensional, não tendo grande importância no estudo da corrosão das armaduras do concreto.

20 19 A fase pasta, ao contrário da fase agregado, está diretamente ligada à durabilidade do concreto e também à corrosão das armaduras do concreto armado. A pasta forma-se a partir da hidratação do cimento anidro e, segundo Taylor (1992 apud Guimarães, 1997), o termo hidratação do cimento denota a totalidade das trocas ou alterações que ocorrem quando o cimento anidro ou uma das suas fases é misturado à água Resistência à Compressão Segundo Mehta & Monteiro (1994), resistência é a medida da tensão exigida para romper o material. A resistência do concreto é definida como a capacidade do material de resistir a tensões aplicadas sem que ele entre em colapso. Mehta & Monteiro (1994) afirma que nos sólidos existe uma relação fundamental inversa entre porosidade (fração de volume de vazios) e resistência. Conseqüentemente, em materiais de várias fases como o concreto, a porosidade de cada componente ou fase de sua estrutura pode se tornar um fator limitante da resistência. Os agregados naturais são geralmente densos e resistentes; portanto, a porosidade da matriz, que é a pasta de cimento endurecido, bem como a zona de transição entre a matriz e o agregado graúdo é que normalmente determinam a característica de resistência dos concretos usuais. 2.3 O CONCRETO ARMADO Carvalho (2004 apud Pessôa, 2008) define concreto armado como a associação do concreto simples com a armadura convenientemente colocada (armadura passiva), de tal modo que ambos resistam solidariamente aos esforços solicitantes. O concreto armado é uma associação com excelentes propriedades devidas à grande aderência entre o concreto e o aço, e a alta alcalinidade do concreto,

21 20 conferindo ao produto final características de alta resistência mecânica, tanto à tração quanto à compressão, versatilidade e durabilidade (GUIMARÃES, 1997). O concreto armado, além de apresentar características mecânicas muito amplas, tem demonstrado possuir uma durabilidade adequada para a maioria dos usos a que se destina. Esta durabilidade das estruturas de concreto armado é o resultado natural, da dupla natureza, que o concreto exerce sobre o aço: por uma parte, o cobrimento de concreto é uma barreira física, e por outra, a elevada alcalinidade do concreto desenvolve sobre o aço uma camada passiva que o mantém inalterado por um tempo indefinido (ANDRADE, 1992). Na Figura 1 apresenta-se a situação habitual das armaduras imersas no concreto. Figura 1 Armadura em concreto não contaminado Fonte: ANDRADE, DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO A feliz associação de propriedades mecânicas e físico-químicas entre concreto e o aço, fez com que se pensasse, no início do século XX, que o concreto armado fosse um material de durabilidade praticamente ilimitada, já que devido a sua elevada alcalinidade, o mesmo conferia ao aço uma passividade que poderia mantê-lo

22 21 estável durante períodos de tempo muito prolongados. Desse modo, pensou-se que o concreto fosse um material que não necessitasse de manutenção (ANDRADE, 1992 apud GUIMARÃES, 1997). O que se constata na realidade, é um grande número de estruturas com problemas de deterioração precoce, principalmente aquelas que estão em meios agressivos, o que gerou, de algumas décadas para cá, uma crescente preocupação no meio técnico com os aspectos relativos à durabilidade das estruturas de concreto armado, demonstrado pelo grande número de publicações, e pela crescente introdução, por parte dos órgãos normativos, de conceitos de durabilidade na previsão da vida útil das estruturas (GUIMARÃES, 1997). Para Lima (1997), a definição de durabilidade de uma estrutura está intimamente associada a dois fatores principais: As condições ambientais às quais a estrutura ficará exposta, ou seja, os tipos de agentes agressivos e a intensidade com que poderão degradar a estrutura; A vida útil, que é o tempo necessário para que a estrutura atinja limites mínimos de funcionalidade. Segundo a NBR (2006), as estruturas de concreto devem ser projetadas e construídas de modo que, sob as condições ambientais previstas na época do projeto e quando utilizadas conforme preconizado em projeto, apresentem segurança, estabilidade e aptidão em serviço durante o período correspondente à sua vida útil, de acordo com o que estabelece a ABNT NBR 6118 (2003).

23 22 De acordo com a ABNT NBR 6118, a agressividade ambiental é classificada de acordo com o apresentado na tabela 1 nos projetos de estruturas correntes. Tabela 1 Classes de agressividade ambiental Classe de Agressividade ambiental Agressividade Classificação geral do tipo de ambiente para efeito de projeto Classe de Agressividade ambiental I Fraca Rural Submersa Insignificante II Moderada Urbana ¹ ² Pequeno III Forte Marinha ¹ Industrial ¹ ² Grande IV Muito Forte Industrial ¹ ³ Respingos de Maré Elevado ¹ Pode-se admitir um microclima com uma classe de agressividade mais branda (um nível acima) para ambientes internos secos (salas, dormitórios, banheiros, cozinhas e áreas de serviço de apartamentos residenciais e conjuntos comerciais ou ambientes com concretro revestido com argamassa e pintura. ² Pode-se admitir uma classe de agressividade mais branda (um nível acima) 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 indústrias de celulose e papel, armazéns de fertilizantes e indústrias químicas. Fonte: ABNT NBR 12655/ VIDA ÚTIL De acordo com LIMA (1997), a vida útil é definida como o espaço de tempo entre o instante da construção da estrutura e o instante que a mesma atinge limites mínimos aceitáveis de funcionalidade, segurança e/ou aparência. No que se refere à corrosão, Tuuti (1982) introduziu um modelo teórico que apresenta a vida útil das estruturas de concreto armado, ilustrado na Figura 2, o que

24 23 já foi estendido a outros tipos de deterioração (ROSTAM, 1991 apud GUIMARÃES, 1997). Figura 2 Representação esquemática do modelo de vida útil de Tuuti (1982 apud Guimarães, 1997), modificado. Tuuti (1982 apud Guimarães, 1997), em seu modelo, divide o período de tempo considerado como vida útil, em duas fases. Na primeira denominada de fase de iniciação, são considerados, a penetração de íons cloretos e o processo de carbonatação, como os agentes agressivos mais importantes no processo de deterioração das estruturas de concreto. Nesse período, esses agentes penetram progressivamente no concreto, chegando até as armaduras. Na segunda fase, que pode ocorrer ou não, dependendo dos fatores controladores da corrosão (oxigênio, temperatura e a umidade relativa do ar, resistividade), é chamada fase de propagação. Esta fase inicia-se após os agentes agressivos, ou o seu efeito, alcançarem um teor crítico, rompendo a passividade das armaduras, dando inicio ao processo de corrosão, que pode evoluir até a ruína da estrutura.

25 PATOLOGIAS DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO Segundo Fortes (1994), patologia e terapêutica das construções é a parte da engenharia que trata do estudo sistemático das anomalias em construções (área da patologia) e dos métodos e técnicas adequadas para sanar as anomalias ou suas conseqüências (área da terapêutica). Sendo assim, a Patologia das Estruturas não é apenas um campo no aspecto da identificação e conhecimento das anomalias, mas também no que se refere à concepção e ao projeto das estruturas. (SOUZA, 2008) A deterioração estrutural pode ser gerada das mais diversas formas. Começando com o envelhecimento natural da estrutura até os acidentes, e até mesmo pela irresponsabilidade de alguns profissionais que optam pela utilização de materiais fora das especificações, alegando, na maioria das vezes, razões econômicas (SOUZA, 1998). É importante conhecer alguns termos usuais no vocabulário da patologia, que ajudarão no entendimento deste trabalho Termos usuais Em Fortes (1994) encontram-se tais termos: Agente (de deterioração) qualquer produto, organismo, ação, procedimento do usuário, etc., que promova a deterioração. Anamnese conjunto de informações a respeito do início e evolução do problema patológico até o momento de contato do profissional que fará o diagnóstico. Anomalia problema patológico, lesão, falha, dano decorrente de um mau desempenho da construção.

26 25 Causa razão objetiva ou subjetiva que motivou o problema patológico. Fator de deterioração. Desempenho comportamento de um produto em relação ao seu uso. Diagnóstico consiste em identificar as manifestações e sintomas das falhas, determinar as origens e mecanismos de formação, e estabelecer procedimentos e recomendações para prevenção. Origem etapas do ciclo de um empreendimento em que ocorreu o erro que resultou no problema patológico. Mecanismo (de deterioração) processo físico, químico ou físico-químico que produzem uma mudança desfavorável na capacidade do material, componente ou sistema de se comportar de acordo com o planejado. Patologia (das construções) estuda os sintomas, os mecanismos, as origens e a natureza dos problemas decorrentes de um mau desempenho das construções. Profilaxia conjunto de procedimentos e ações preventivas destinadas a evitar problemas patológicos. Prognóstico conjectura sobre a evolução futura de um problema patológico. Recuperação conjunto de ações destinadas a restituir às edificações, um grau de desempenho mínimo pré-estabelecido. Reforço aumento da capacidade portante de uma estrutura. Reparo correção localizada de problemas patológicos. Sintoma (ou manifestação) maneira de como o problema patológico se apresenta (fissura, mancha, deformação, etc.). Terapêutica (das construções) área da engenharia que trata da correção dos problemas patológicos.

27 26 Vistoria análise cuidadosa, criteriosa e detalhada de uma construção ou parte desta, empregando-se os sentidos humanos e a experiência profissional Qualidade e exigências dos usuários Os problemas patológicos de uma construção são decorrentes de uma falta de qualidade desta, resultando em um desempenho insatisfatório da construção, que não atende, quantitativa e qualitativamente, as exigências dos usuários. A garantia da qualidade visa atender as exigências dos usuários, de maneira satisfatória para estes, e compreende todas as ações planejadas e sistemáticas necessárias para promover confiança adequada que um produto ou sistema atende aos requisitos definidos da qualidade. Estes requisitos devem refletir totalmente as exigências dos usuários (FORTES, 1994). Segundo o mesmo autor, a garantia da qualidade tem caráter preventivo objetivando impedir a ocorrência de problemas. A ISO (DP 6240 apud Moura, 2000) apresenta uma relação geral das exigências dos usuários, reproduzida na Tabela 2. Tabela 2 Exigências dos usuários EXIGÊNCIA DOS USUÁRIOS Segurança Estrutural Conforto Visual Segurança ao Fogo Conforto Tátil Segurança ao Uso Conforto Antropodinâmico Estanqueidade Higiene Conforto Hidrotérmico Adaptação ao Uso Pureza do Ar Durabilidade Conforto Acústico Economia Fonte: Fortes (1994), mofificado.

28 Agentes e mecanismos de deterioração De acordo com Fortes (1994), os agentes de deterioração atuam de modo a afetar de maneira desfavorável o desempenho da construção. Tais agentes podem ser naturais ou artificiais. Na Tabela 3 apresenta-se uma lista de fatores de degradação, com base em tabela da ASTM E 632/82 (obtida em PICCHI), onde se acrescentaram outros agentes (FORTES,1994). Tabela 3 Agentes ou fatores de deterioração Fatores Agentes Radiação: Solar, nuclear, térmica Temperatura: Elevação, diminuição, ciclos Água: sólida (como neve ou gelo) líquida (como chuva, condensação, água estagnada) vapor (como umidade relativa do ar) 1 Atmosféricos Constituintes normais do ar: oxigênio, ozônio e CO 2 Poluentes do ar: gases; neblina (partículas dissolvidas) partículas (como areia e impurezas) 2 Biológicos 3 Esforços 4 Incompatibilidade 5 Uso Ciclos de gelo e degelo Ventos Vegetais: Algas, fungos, cogumelos, plantas e árvores Animais: insetos, pássaros, moluscos e roedores Permanentes: como os decorrentes da ação da gravidade Variáveis: como a ação física da água ou do vento, frenagem Raros: como explosões, incêndios, choques de veículos Químicos Físicos Desgaste por uso normal e abuso do uso Procedimentos de instalação e manutenção Fonte : Fortes (1994), modificado.

29 Origem dos problemas patológicos A interpretação para a expressão origem do problema está relacionada com as fases ou etapas da vida da estrutura em que se originou a patologia, quais sejam: de projeto, de materiais e, finalmente, de uso. A ocorrência de uma patologia na estrutura está relacionada a uma combinação de ações simultâneas, de modo que podem existir diversas causas contribuindo para sua evolução (ANDRADE & SILVA, 2005 apud PESSÔA, 2008). De acordo com Grunau et al. (1981), conforme apresentado em Verçoza (1991 apud Fortes, 1994), os problemas patológicos podem ser atribuídos aos fatores apresentados na Figura 3. Figura 3 Fatores de problemas patológicos segundo Fortes (1994), modificado. Infelizmente, os levantamentos das origens dos problemas patológicos são raros no Brasil, assim, a maior parte dos dados aqui apresentados refere-se a estudos realizados na Europa, normalmente para um tipo específico de construção (FORTES, 1994).

30 Causas das manifestações patológicas Causas físicas de deterioração De acordo com Mehta & Monteiro (1994) as causas físicas da deterioração agrupam-se em duas categorias: desgaste superficial ou perda de massa devida à abrasão, erosão e cavitação. A segunda categoria abrange fissuração devida a gradientes normais de temperatura e umidade, pressões de cristalização de sais nos poros, carregamento estrutural e exposição a extremos de temperatura tais como congelamento ou fogo. Deterioração por desgaste superficial Em Mehta & Monteiro (1994), são encontradas as seguintes definições para os termos que compõem essa categoria: A abrasão se refere atrito seco, como no caso de desgaste de pavimentos e pisos industriais pelo tráfego de veículos. A erosão desgaste pela ação abrasiva de fluidos contendo partículas sólidas em suspensão. Ocorre em estruturas hidráulicas, como exemplo em revestimentos de canais, vertedouros e tubulações para o transporte de água e esgoto. A cavitação se relaciona à perda de massa pela formação de vapor e sua subseqüente ruptura devida a mudanças repentinas de direção em águas que fluem com alta velocidade.

31 30 Deterioração por cristalização de sais nos poros Esse tipo de deterioração ocorre em ambientes salinos, onde os sais podem atuar através de uma ação física, induzindo tensões internas e fissuração. Essa ação se dá pela cristalização no interior dos poros capilares do concreto, devido à evaporação da água, e pela posterior re-hidratação, com um novo ciclo de umedecimento, ocupando um volume maior que o existente para acomodá-lo. Os concretos sujeitos à ação física da cristalização dos sais são aqueles com elevada relação água/cimento, isto é, os porosos, sendo os sais conhecidos, que podem causar a deterioração por cristalização: o carbonato de sódio, o sulfato de sódio, o cloreto de cálcio e outros (ANDRADE, 2005 apud PESSÔA, 2008). Deterioração por ação do congelamento De acordo com Mehta & Monteiro (1994), esse tipo de deterioração ocorre, exclusivamente, em regiões de clima frio, onde e são atribuídos à ação do congelamento (ciclo gelo-degelo) e requer altos gastos para reparo e substituição. As causas da deterioração podem ser relacionadas à complexa microestrutura do material, mas também estão sujeitas às condições específicas do ambiente. Deterioração por ação do fogo A segurança humana, na ocorrência de fogo, é um item priorizado nas considerações de projeto de edificações residenciais, públicas e industriais, tendo o concreto uma boa reputação quanto a esse aspecto. Ao contrário da madeira e plásticos, o concreto é incombustível e não emite gases tóxicos quando exposto à altas temperaturas. Diferentemente do aço, quando sujeito à altas temperaturas da ordem de 700 a 800 ºC, o concreto é capaz de manter resistência suficiente por

32 31 períodos relativamente longos, permitindo assim operações de resgate pela redução do risco de colapso estrutural (MEHTA & MONTEIRO, 1994) Causas químicas de deterioração De acordo com Andrade (2005), as causas químicas de deterioração dos elementos de concreto armado são: as trocas iônicas (pela ação dos sais e dos ácidos), a formação de compostos expansivos (pelos sulfatos, reação álcali-agregado e hidratação do MgO e CaO) e a corrosão da armadura (iniciada por carbonatação ou por efeito de cloretos). Deterioração por ação dos sais Segundo Souza (1998), a ação do hidrogênio pode contribuir para a deterioração dos concretos. O hidróxido de cálcio, Ca(OH 2 ), é uma base da família dos metais alcalinos, que está sempre presente nas pastas de cimento endurecida, em uma elevada quantidade, sendo produzida pela hidratação dos principais compostos anidros do cimento, C 2 S e C 3 S. Essa base é classificada como particularmente solúvel em água, sendo capaz de reagir com sais dissolvidos, como os cloretos e nitratos, através de trocas de cátions entre o sal e a própria base. Deterioração por ação dos ácidos Os concretos de cimento Portland, em geral, não têm boa resistência à ação dos ácidos, devido ao caráter básico da pasta de cimento. Concretos, independente de sua composição, expostos a soluções ácidas fortes ou compostos que possam dar origem a ácidos fortes, com ph igual ou menor que 3, sofrerão severas deterioração.

33 32 Por outro lado, os concretos de baixa permeabilidade, expostos à ação de ácidos fracos, podem resistir, principalmente se a exposição for ocasional. Os ácidos reagem com hidróxido de cálcio da pasta de cimento, produzindo água e sais de cálcio, mais ou menos solúveis, dependendo do tipo de cálcio. Caso sejam solúveis, podem ser facilmente lixiviados, aumentando a permeabilidade e a porosidade da pasta, similar á deterioração pela ação de sais. Entretanto, alguns ácidos produzem sais insolúveis, que, se não forem expansivos, não induzem ao aumento da permeabilidade da pasta, retardando o ataque e, conseqüentemente, sendo menos nocivo ao concreto (MEHTA & MONTEIRO, 1994). Deterioração por sulfatos Sabe-se que a degradação do concreto, como resultado de reações químicas entre cimento Portland hidratado e íon sulfato de uma fonte externa, toma duas formas que diferem distintamente uma da outra, a expansão e a perda progressiva de resistência e perda de massa. O processo de deterioração que predomina em cada caso depende da concentração e fonte de íon sulfato (i.e., o cátion associado) na água de contato e da composição da pasta de cimento no concreto. O processo na forma de expansão do concreto o concreto fissura, a sua permeabilidade aumenta e a água agressiva penetra mais facilmente no seu interior, acelerando, portanto, o processo de deterioração. O ataque por sulfato pode, também, apresentar a forma de uma perda progressiva de resistência e perda de massa, devidas à deterioração na coesão dos produtos de hidratação do cimento (MEHTA & MONTEIRO, 1994). Deterioração por reações álcalis-agregados Segundo Mehta & Monteiro (1994), as reações álcalis-agregados são reações expansivas, acompanhada de fissuração, que levam o concreto à perda de resistência, elasticidade e durabilidade. As reações causam a deterioração de

34 33 estruturas localizadas em ambientes úmidos, tais como barragens, estacas de pontes e estruturas marinhas. A figura 4 ilustra o desenvolvimento de reações álcali-agregado, reações expansivas, que provocam de início fissurações superficiais no concreto, e uma posterior degradação da estrutura, podendo criar crateras muito profundas (SOUZA, 1998). Figura 4 Desenvolvimento da reação álcalis-agregado no concreto (SOUZA, 1998). Deterioração pela hidratação do MgO e CaO De acordo Mehta & Monteiro (1994), numerosos relatórios, incluindo uma revisão por Mehta, indicam que a hidratação de MgO e CaO cristalinos, quando presentes em quantidades substanciais no cimento, podem causar expansão e fissuração no concreto. O efeito expansivo da alta quantidade de MgO no cimento foi reconhecido inicialmente em 1884, quando várias pontes e viadutos de concreto na França ruíram dois anos após a construção. Pela mesma época, a prefeitura de Kassel, na Alemanha, teve que ser reconstruída pelo resultado da expansão e fissuração atribuídas ao MgO no cimento. Os cimentos francês e alemão continham 16 a 30 por

35 34 cento e 27 por cento de MgO, respectivamente. Isso conduziu a restrições na quantidade máxima permissível de MgO. Por exemplo, a norma atual da ASTM para o cimento Portland (ASTM C150-83) exige que o conteúdo de MgO no cimento não exceda a 6 por cento. A expansão devida à hidratação do CaO cristalino ocorre de forma semelhante à situação do MgO, diferindo somente na taxa de porcentagem, utilizada pelo cimento Portland comum, que é de no máximo 1 por cento. Deterioração por corrosão das armaduras do concreto Para Gentil (1996), a corrosão pode ser definida como a deterioração de um material, geralmente metálico, por ação química ou eletroquímica do meio ambiente aliada ou não a esforços mecânicos. Segundo o autor, o mecanismo químico caracteriza-se por reações diretas entre o metal e o meio corrosivo, não havendo geração de corrente elétrica. Já o mecanismo eletroquímico caracteriza-se por reações químicas que envolvem transferências de cargas ou elétrons, de áreas anódicas para catódicas, na superfície do metal, e uma difusão de íons para o eletrólito, formando uma célula eletrolítica. Nas áreas anódicas, onde ocorre a reação de oxidação, é onde o metal corrói. Por outro lado nas zonas catódicas, onde ocorre a reação de redução, não há corrosão. Para Andrade (1992), a corrosão das armaduras pode se apresentar de formas diversas, e são classificadas de acordo com a área atacada: São elas: corrosão generalizada, por pite e fissurante. Segundo Cascudo (1997), a corrosão generalizada ocorre de uma maneira generalizada em toda a superfície do metal, podendo ser uniforme, com a superfície tendendo a ser lisa e regular, ou não uniforme, apresentando superfície rugosa e irregular; a corrosão por pite é um tipo de corrosão localizada, no qual há a formação de pontos de desgaste definidos na superfície metálica, os quais evoluem aprofundando-se, podendo causar a ruptura pontual da barra. Por fim, tem-se a corrosão sob tensão, que é outro tipo de corrosão localizada, a qual se dá concomitantemente com uma tensão de tração na

36 35 armadura, podendo dar origem à propagação de fissuras na estrutura do aço. A figura 5 ilustra os três tipos de corrosão. Figura 5 Tipos de corrosão e fatores que os provocam (CASCUDO, 1997). Para Helene (1986), o mecanismo de corrosão do aço no concreto é eletroquímico, tal qual a maioria das reações corrosivas em presença de água ou ambiente úmido com umidade relativa UR > 60%. Sendo assim, esse processo será abordado com mais detalhes. Corrosão eletroquímica das armaduras O aço sofre o processo de deterioração por mecanismo eletroquímico de corrosão, quando se forma a célula de corrosão, que é constituída de cinco componentes básicos: (1) zonas anódicas; (2) zonas catódicas; (3) uma solução condutora; (4) contato elétrico entre as zonas catódicas e anódicas; (5) um reagente catódico (Garcia, 1995 apud GUIMARÃES, 1997). Nesse processo a superfície do aço se divide em zonas catódicas e zonas anódicas. Nas zonas anódicas ocorre a dissolução do metal, através da ionização da molécula de ferro, que perde dois

37 36 elétrons, que se dirigem para as zonas catódicas utilizando o próprio metal como condutor, e da dissolução do íon metálico na solução contida nos poros do concreto que se constitui no eletrólito. A figura 6 descreve esquematicamente o processo de corrosão das armaduras do concreto. Figura 6 Representação esquemática da corrosão do aço no concreto (MOSKOVIN et al., 1983 apud GUIMARÃES, 1997).

38 37 Diagrama de Pourbaix Segundo Cascudo (1997) Pourbaix demonstrou, conforme o diagrama potencial versus ph do sistema ferro-água a 25 ºC (Figura 11), que para a ordem de grandeza do ph no concreto (aproximadamente 12,5) e para uma faixa usual de potencial de corrosão, também no concreto, da ordem de +0,1 a -0,4 V em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio (segundo Petrocokino citado por Helene), as reações de eletrodo verificadas no ferro são de passivação. Este tipo de diagrama indica as condições de potencial e ph em que um processo particular de reação corrosiva é termodinamicamente favorável. Figura 7 - Diagrama de Pourbaix de equilíbrio termodinâmico. Potencial x ph para o sistema Fe-H 2 O a 25 ºC, delimitando os domínios de corrosão, passivação e imunidade. (CASCUDO, 1997).

39 38 Passivação das armaduras O aço no concreto desenvolve em sua superfície, uma película fina e transparente, de um filme de óxidos estáveis e aderentes, composta de Fe 3 O 4 e Fe 2 O 3, que confere ao aço uma elevada resistência ao processo corrosivo. A formação e a manutenção dessa película é devida à elevada alcalinidade (ph de 13 à 14) da solução dos poros do concreto e um potencial eletroquímico apropriado (GONZÁLEZ et al., 1996 apud GUIMARÃES, 1997). Iniciação da corrosão por carbonatação Conforme CASCUDO (1997), nas superfícies expostas das estruturas de concreto, a alta alcalinidade, obtida através do hidróxido de cálcio, pode ser reduzida com o tempo, essa redução ocorre pela ação provocada pelo CO 2 do ar entre outros gases ácidos como SO 2 e H 2 S. Este processo é chamado de carbonatação, o qual se inicia através de processo lento, atenuando-se com o tempo. A hidratação crescente no cimento e os próprios produtos da reação de carbonatação, que dificultam o acesso de CO 2 do ar para a parte interior do concreto. Segundo a reação: Ca(OH) 2 + CO 2 Ca CO 3 + H 2 O Podendo também ocorrer reações do tipo: Na + KOH + CO 2 Na 2 K 2 CO 3 + H 2 O O processo pode ocorrer com diversas reações, mas sempre um dos produtos finais será o carbonato de cálcio (CaCO 3 ). ANDRADE (1992), afirma que no processo de carbonatação ocorre a existência de uma frente de avanço no processo, separando duas zonas de ph diferentes, uma

40 39 tem ph menor que 9, no qual se encontra carbonatada e a outra com ph maior que 12, não carbonatada. O contato entre essas zonas é transacional, fazendo com que a carbonatação progrida ao longo dos planos de descontinuidade dados pela pasta matriz. Esse contato pode acontecer pelo fato de que nesta região há uma grande concentração de hidróxido de cálcio, podendo existir conectividade por redes de poros da região com o meio ambiente, com isso pode ocorrer a carbonatação ao longo do tempo. Fatores que influenciam a velocidade de carbonatação É importante saber se a carbonatação chegou ou não até a armadura. É necessário saber se esta provocou ou contribuiu para a deterioração da estrutura. Cada concreto tem velocidade diferente durante o processo de carbonatação, pois isso depende de variáveis como o consumo do cimento no concreto, a porosidade do concreto, tipo de cimento, umidade ambiente entre outras. A equação que se usa para calcular a velocidade do processo de carbonatação é: Onde X será a capa carbonatada em mm, t será o tempo em anos e meses e K será a constante. Sendo que o valor de K pode ser determinado pela espessura da capa carbonatada ou idade da estrutura. Conhecendo K pode-se dizer qual a velocidade de avanço da frente de carbonatação e o tempo em que demorará chegar até a armadura, desde que não tenha já alcançado. Concentração de CO 2 Os principais fatores que influenciam na concentração do CO 2, são o ambiente externo e a concentração de gás nos pólos capilares. (HELENE, 1993 apud GUIMARÃES, 1997). Figueiredo apud Pessôa (2005) afirma que a velocidade de carbonatação aumenta quando o ambiente possui uma maior concentração de CO 2, principalmente para concretos de elevadas relações água/cimento.

41 40 Segundo Helene (1993 apud Guimarães, 1997), a concentração em volume de CO 2 na atmosfera pode variar de 0,03 a 0,05% em ambientes rurais e de 0,1 a 1,2% em locais de tráfego pesado. Em ambientes fechados de atmosfera viciada esses valores podem chegar a 1,8%. Watkins & Pitt Jones (1993 apud Guimarães, 1997), nos relatam que, em edifícios comerciais comuns são observados valores de concentração de CO 2, variando de 0 a 3,0%, mas em edifícios bem ventilados, esses valores caem para uma faixa de 0 a 0,03% e em garagens e túneis pode chegar a 3,0%. Em função disso a velocidade de carbonatação é maior nos ambientes internos onde não há renovação de ar. Umidade Relativa do Ar O teor de umidade está diretamente ligado a carbonatação. Para Guimarães (1997), a umidade relativa do ar é um fator relevante na difusão do CO 2, pois vai determinar a quantidade de umidade nos poros do concreto. Sendo assim, em condições de umidade relativas muito altas ou em estruturas submersas, os poros apresentam-se saturados. Assim, o CO 2 terá que difundir em um meio aquoso, onde a velocidade de difusão do CO 2 é 10 4 vezes menor que o ar, o que tornará o processo tão lento, que poderá ser considerado insignificante com relação ao período de vida útil da estrutura. Por outro lado, para que ocorram as reações que dão sustentação ao processo, é preciso que haja um mínimo de água nos poros, caso contrário, a baixa umidade impossibilitará a carbonatação. Diversos autores afirmam que a velocidade de carbonatação ocorre na faixa de 50 a 70% de umidade relativa (vide figura 8).

42 41 Figura 8 Grau de carbonatação em função da umidade relativa do ar (VÉNAUT et. al.;1980; apud GUIMARÃES,1997) Iniciação da corrosão por efeito de cloretos Page & Treadaway (1988 apud Guimarães, 1997) colocam que em presença de cloretos, apesar da alcalinidade proporcionada pelo concreto às armaduras, pode ocorrer uma redução da zona de passivação no diagrama de Pourbaix, havendo uma acidificação intensa em um ponto localizado, causando, nessas condições, uma corrosão por pites, tendo como conseqüência a destruição da película naquele local. Assim, a presença de cloretos junto às armaduras causa a sua corrosão, apesar da alta alcalinidade. Somente a presença de cloretos não é suficiente para iniciar a corrosão das armaduras em um estado ativo. É necessário oxigênio e a presença de fissuras, ou algum outro tipo de heterogeneidade geométrica na interface aço concreto. O processo inicia, geralmente, com uma aeração diferencial das fissuras, o que resulta em uma acidificação gradual e local na presença de cloretos até que a camada passivadora é destruída (GONZÁLEZ et al, 1996 apud GUIMARÃES, 1997).

43 42 Relação a/c, adensamento e cura são fatores significativos que influenciam a qualidade do concreto e têm relação direta com a penetração de cloretos. As fissuras no concreto favorecem a penetração dos cloretos, sendo que velocidade depende da abertura das fissuras e da qualidade do concreto. 2.7 INSPEÇÃO DO CONCRETO ARMADO Clímaco (1995 apud Pessôa 2008) define inspeção como parte da avaliação estrutural a ser realizada numa estrutura que esteja apresentando dúvidas sobre sua capacidade resistente, funcionalidade ou aparência. Segundo Andrade (1992), uma inspeção sistemática da corrosão da armadura pode ser realizada, pela inspeção preliminar e, de acordo com o caso, por uma inspeção detalhada. Para Cascudo (1997), a primeira é constituída de um exame visual para caracterizar todos os sintomas, bem como de uma série de pequenos ensaios que permitam demarcar o problema e preparar um plano mais detalhado para desenvolver uma inspeção pormenorizada. A inspeção detalhada tem por objetivo quantificar a extensão da deterioração e caracterizar os elementos da estruturas; seu desenvolvimento exige uma ampla campanha de ensaios. Para efeito deste estudo, será abordada apenas metodologia da inspeção preliminar Inspeção preliminar (Procedimento) De acordo com Andrade (1992), esta inspeção deve permitir a definição da natureza e causa do problema, incluído: Exame visual de toda a estrutura, realizando um levantamento fotográfico o mais extenso possível. Este exame se realizará elemento por elemento diferenciado de

44 43 toda a estrutura, com o fim de provar se os sintomas e a natureza do problema são iguais em todos os elementos ou existe mais de uma problemática no conjunto; Anotação de todos os sintomas visuais (manchas de óxido, cor dos mesmos, situação e tamanho das fissuras); Identificação da agressividade do ambiente (suave, moderada ou agressiva); Eliminação do cobrimento do concreto em alguns pontos singulares, para a observação visual direta das armaduras fotografando as zonas de extração dos testemunhos e tomando nota de: Espessura de cobrimento; redução do diâmetro da armadura; quantidade e cor dos óxidos; aspecto do concreto. Os ensaios mínimos necessários para complementar esta inspeção preliminar são (ANDRADE, 1992): Profundidade de carbonatação; Presença de cloretos, determinando se o concreto já os possuía ou se eles penetraram desde o exterior; Qualidade do concreto (pelo menos porosidade e resistência). Dada a limitação do exame visual, em uma inspeção preliminar resulta crucial a definição da proporção dos elementos da estrutura sobre os quais se procederá a realização dos ensaios. Esta é uma decisão arriscada que depende primeiro de qual seja a causa da deterioração e do tipo de estrutura e depois da experiência prévia que tenha o técnico em problemas similares. Na decisão sobre as zonas de extração de testemunho deve se observar os seguintes detalhes em relação ao ambiente externo (ANDRADE, 1992): Identificação das zonas expostas atmosfera mais agressiva;

45 44 Zonas aparentemente mais afetadas com presença visível de sinais de corrosão; Zonas de máximo trabalho mecânico; Zonas de ventos predominantes e expostas ao sol. Os testemunhos devem ser extraídos tanto destas zonas quanto das que se encontrava em situação contrária. Por fim, deve-se ter em conta em toda inspeção os aspectos resistentes das estruturas e as conseqüências ou a influência que exercem as cargas e o peso próprio da mesma nos danos gerados. Em algumas ocasiões as solicitações mecânicas são as responsáveis por um progresso rápido do fenômeno ou de seu desenvolvimento em um determinado elemento da estrutura. Em todo caso as considerações sobre a segurança residual da estrutura devem sempre ser levadas em conta na hora de realizar a extração de testemunhos ou qualquer tipo de intervenção e serão completamente imprescindíveis para qualquer diagnóstico (ANDRADE, 1992) Ensaios Andrade (1992) afirma, que dentre os ensaios para a determinação da degradação das estruturas, a determinação do teor de cloretos e da profundidade de carbonatação são os mais imprescindíveis. Para efeito deste estudo, será abordado o ensaio de carbonatação. O objetivo deste ensaio é determinar se a carbonatação chegou ou não até a armadura e verificar se o mesmo contribuiu para a deterioração da estrutura da edificação. A seguir segue a metodologia do ensaio de carbonatação (ANDRADE, 1992):

46 45 A determinação dever ser realizada sobre uma porção de concreto que fique na superfície do componente ou elemento, objeto de estudo; a amostra a ser extraída deve ser retirada a seco; também é possível realizar o ensaio sobre um orifício perfurado a seco; Não é necessário que as porções tenham uma geometria particular, bastando terem dimensões suficientes para verificar a partir do lado correspondente ao lado da superfície da estrutura, a eventual espessura da capa carbonatada; quando examinar os orifícios desde a superfície, estes devem ter dimensões compatíveis para permitir medir a profundidade de carbonatação; A medida deve ser efetuada em uma fratura fresca, pois as superfícies expostas se carbonatam facilmente. Conseguida uma fratura à superfície do componente de concreto estrutural objeto de estudo, pode-se pulverizar uma solução de fenolftaleína a 1%. Após um a dois minutos o indicador deve ter alterado a sua cor e a medida da espessura incolor deve ser tomada com uma precisão de milímetros. Essa solução é incolor em ph inferior a 8,3; vermelho-carmim, para valores de ph superiores a 9,5; e variável de rosa a vermelho carmim para valores de ph entre 8 e 9,5; Deve-se anotar os locais e a freqüência onde a cor não fica violeta carmim e permanece apenas rosada. Algumas fotografias pode ser um interessante complemento dessas determinações; Quando é necessário estabilizar temporariamente a cor pode-se pulverizar uma resina/verniz transparente sobre a região ensaiada na medida em que a solução de fenolftaleína tenha secado.

47 46 3 ESTUDO DE CASO 3.1 CARACTERIZAÇÃO DA OBRA O estudo de caso foi realizado na edificação que abriga as instalações dos Laboratórios de Engenharia Civil do Departamento de Tecnologia, (LABOTEC I), ilustrado na figura 09, localizado no módulo III do campus da UEFS. A edificação possui aproximadamente 1156,00 m² de área construída. No mesmo, funcionam os seguintes laboratórios: Materiais de Construção, Eletricidade, Mecânica dos Fluidos e Hidráulica, Saneamento e Mecânica dos Solos, além de salas de pesquisas, etc. Figura 09 Entrada Principal do Labotec I. A construção foi feita em convênio com a Superintendência de Construções Administrativas da Bahia (SUCAB), tendo como órgão responsável pela fiscalização da obra a Gerência de Projetos (GEPRO) da UEFS. A Construtora P & M foi a construtora responsável pela construção, que teve início em 06 de maio de 1998 e conclusão em 30 de dezembro de Constatou-se, com os projeto arquitetônico cedido pela GEPRO, ilustrado nas figuras 10, 11 e 12 que a estrutura foi executada em concreto armado, composto por 56 pilares, sendo que os externos possuem seção retangular 20cm x 60cm e altura de aproximadamente 4 m e os internos possuem seção quadrada 30cm x 30cm.

48 Figura 10 Planta baixa LABOTEC I 47

49 Figura 11 Planta baixa LABOTEC I 48

50 Figura 12 Planta baixa LABOTEC I 49

51 CARACTERIZAÇÃO DOS DANOS Para a caracterização dos danos, primeiramente foi feita uma análise visual das estruturas do LABOTEC I, procedendo-se ao registro fotográfico das regiões com maiores incidências de patologias. Constatou-se que as vigas e lajes aparentemente não apresentavam danos. Então, decidiu-se que as caracterizações dos danos iriam se restringir apenas aos pilares. Em alguns pilares aplicou-se a solução de fenolftaleína a 1% no intuito de verificar a profundidade de carbonatação. É importante ressaltar que, por sugestão do orientador, o ensaio foi realizado nas peças que já estavam expostas e em processo de corrosão das armaduras. A figura 13 mostra os danos ocorridos no topo do pilar P1, onde pode-se observar uma mancha escura (parte superior), originada, provavelmente, pelo desenvolvimento de microorganismos (fungos). Figura 13 Mancha escura no concreto (possível ataque de fungos).

52 51 Já a figura 14 apresenta um pilar com intensa corrosão da armadura, observando-se fissuração do concreto, o que denota perda de aderência do concreto. a b Figura 14 Fissuras no Pilar P44 (14a e 14b). No pilar P46 há a predominância de fissuras no concreto, o que provavelmente indica a expansão das armaduras por efeito da corrosão, além de manchas escuras no topo do pilar, ilustrado na figura 15 a seguir. Figura 15 Fissuras, esfoliações e mancha escura no concreto no pilar P46.

53 52 A figura 16 ilustra a vista do Pilar 49. P49 Figura 16 Vista do Pilar P49 Já a figura 17, ainda do pilar P49 demonstra intensa corrosão da armadura, inclusive com o destacamento do concreto de cobrimento. Figura 17 Fissuras e corrosão do pilar P49

54 53 A figura 18 apresenta um ensaio de carbonatação efetuado na base do pilar P49. Figura 18 Ensaio de carbonatação do Pilar P49. Através do ensaio pôde-se perceber que houve um avanço da frente de carbonatação de aproximadamente 30 mm, valor este referente à espessura do cobrimento da armadura. A figura 19 a seguir ilustra um aspecto da corrosão acentuada do Pilar P51. Figura 19 Corrosão Avançada do Pilar P51

55 54 Dentre os pilares do LABOTEC I, o pilar P51 é o que apresenta o estágio mais avançado de corrosão. É provável, que o início da corrosão das armaduras tenha sido causada pelo cobrimento deficiente, verificado em uma das faces (menor que 10 mm, sendo a norma determina mínimo de 2,5mm) e também pela carbonatação, tendo se propagado com o tempo em função da presença de umidade e oxigênio. A velocidade de propagação da corrosão das armaduras causou a expansão do aço e as fissuras no concreto. É possível observar manchas marrons no concreto, fato característico da liberação do óxido de ferro em meio ao processo de corrosão das armaduras. A figura 20 ilustra os danos ocorridos no Pilar P53. a b Figura 20 Localização do Pilar P53 (figura 20a); Recuperação mal-sucedida na base do pilar P53 (figura 20b). Em alguns pilares pôde-se observar alguns reparos, os quais, não foram realizados da maneira adequada. Tal procedimento acarretou a ocorrência de novas manifestações nas regiões que sofreram intervenção anteriormente.

56 55 4 PROCEDIMENTOS TERAPÊUTICOS 4.1 CORTE DE CONCRETO O corte de concreto nas áreas afetadas deverá ser feito de maneira cuidadosa até que seja atingida a homogeneidade do concreto original, com a remoção de todo o material desagregado e/ou com danos. Considerando que a região em que o concreto é removido geralmente apresenta um desenho irregular, deverá ser feito um enquadramento desta região em uma figura regular (quadrada, retangular, etc) para que o reparo não apresente impacto visual desfavorável. Para tanto será realizado um pré-corte com disco para delimitar a área a ser reparada, com profundidade não inferior a 10mm, que garantirá a perpendicularidade das bordas do corte com a superfície do concreto. O corte de concreto da região afetada poderá ser efetuado manual ou mecanicamente a depender da situação. Nos casos em que a superfície do concreto cortado apresentar excesso de rugosidade será necessário que se faça um apicoamento para facilitar a saída das bolhas de ar, de modo a garantir, quando da aplicação de ponte de aderência, se for o caso, o perfeito nivelamento, evitando-se a concentração em alguns pontos e ausência em outros. Esta operação será executada por meio mecânico e/ou manual. A seguir deverá ser verificada a aderência de barras e fios que ficarem expostos com o concreto adjacente e se este concreto se encontra desagregado, deteriorado ou impregnado, eventualmente, com produtos de corrosão. A profundidade de corte não deverá ser inferior a 20mm, medidos a partir da geratriz interna das barras da armadura, de forma a deixá-la livre para permitir sua limpeza e colocação eventual de reforço de armadura, bem como para possibilitar o correto preenchimento com o material de reparo.

57 56 A armadura será exposta no mínimo 150mm além do trecho corroído na direção da barra e/ou fio, previamente à limpeza, para verificação da sua integridade. 4.2 APICOAMENTO DE CONCRETO O apicoamento de concreto objetivará a remoção de camada superficial de baixa resistência, espessura de até 10mm, para permitir melhor aderência ao novo concreto. Este será efetuado com emprego de marretas, ponteiros de aço, ou com auxílio de ferramentas pneumáticas específicas. O apicoamento pode ser mecânico ou manual, (conforme as figuras abaixo) e a escolha do processo depende da profundidade de concreto que se deseja remover e do grau de rugosidade e homogeneidade que se queira conferir à superfície tratada. (AMBROSIO, 2004). Figura 21 Apicoamentos mecânico e manual, respectivamente (HELENE, 1992)

58 LIMPEZA DE ARMADURA A limpeza da armadura terá como objetivo a remoção da superfície da armadura de impurezas, tais como as oleosas (óleos minerais, óleos graxos, emulsões óleograxa, etc), óxidos e produtos de corrosão, bem como carepa de laminação. A limpeza de armadura exposta e corroída deverá ser efetuada por processo mecanizado, através de escova tipo copo acoplada a lixadeira elétrica. Será admitido o escovamento manual em complementação ao mecanizado. No caso de processo manual, serão utilizadas escovas de aço, lixas raspadoras, etc. 4.4 REFORÇO DE ARMADURA Após a limpeza de armadura deverá ser realizado um exame nas barras e/ou fios que a compõem, para verificar o grau de corrosão que elas apresentam. As barras e fios que apresentarem mais de 10% de redução da sua seção original, aproximadamente, deverão ser substituídas ou reforçadas. A barra e/ou fio que irá substituir ou reforçar a aço corroído, dependendo das condições de cada local, poderá ser solidarizado à armadura original por meio de emenda por solda ou transpasse, sendo o comprimento de transpasse aquele definido pela NBR 6118/2003. A colocação de novos estribos deverá seguir, também, as recomendações constantes na referida norma. Emenda por solda só poderá ser executada empregando-se eletrodo de baixo hidrogênio. Após a soldagem do aço, o resfriamento será lento, devendo-se utilizar cobertura de manta de amianto ou asbesto, até alcançar a temperatura ambiente. O aço utilizado, barras e fios, deverá atender às prescrições da NBR 7480/2007.

59 TRATAMENTO ANTICORROSIVO DE ARMADURA O tratamento anticorrosivo de armadura exposta, tanto a original como a de substituição, deverá ser efetuado aplicando-se uma pintura com produto a base de resina. Na aplicação deste produto deverão ser seguidas as recomendações do fabricante quanto ao número de demãos, prazo de cura e outras que se fizeram necessárias. 4.6 RECOMPOSIÇÃO DE CONCRETO DE COBRIMENTO Aplicação de argamassa polimérica Será utilizada argamassa polimérica para reparos estruturais para grandes espessuras. Este material será aplicado em regiões a serem recuperadas cuja profundidade seja de no máximo 50 mm. Deverá ser aplicado com desempenadeira ou colher de pedreiro, estando o substrato limpo, isento de poeira, óleo, nata de cimento e partículas soltas, devendo ainda ser lavado antes da aplicação, mas sem contudo estar saturado. Caso a espessura seja superior aos limites indicados pelo fabricante a aplicação deverá ser efetuada em uma ou mais camadas até alcançar a espessura final, conforme recomendações técnicas. Deverão ser seguidas demais recomendações do fabricante Aplicação de graute Deverá ser utilizado apenas produto industrializado. O procedimento de lançamento do graute deverá ser contínuo. O preparo do material em questão seguirá,

60 59 rigorosamente, as indicações do fabricante, principalmente quanto à quantidade de água de amassamento e tempo de amassamento. Poder-se-á adicionar até 30% (trinta por cento) de pedrisco (brita 9,5mm). Deverá ser empregada argamassa autonivelante para grauteamento. O preparo do material obedecerá as recomendações do fabricante Aplicação de microconcreto Na produção de microconcreto serão utilizados: Cimento Portland composto ou Cimento Portland pozolânico, areia média ou fina, brita 9,5mm e sílica ativa ou metacaulim. Utilizar-se-á aditivo superplastificante. O microconcreto apresentará características de trabalhabilidade adequadas à sua aplicação. A relação água-cimento máxima será de 0,45 e o consumo de cimento mínimo de 400kg/m 3. O percentual de sílica ativa ou metacaulim deverá ser de 10% em relação à massa de cimento, e a resistência característica à compressão do concreto (fck) 30 MPa. A aplicação de microconcreto ocorrerá em regiões cuja profundidade do corte seja superior a 50 mm, onde indicado em projeto e/ou autorizado pela Fiscalização. As superfícies de concreto velho deverão ser saturadas desde, pelo menos, duas horas antes da concretagem. Quando da aplicação de microconcreto com emprego de fôrmas verticais, estas deverão apresentar cachimbo lateral que permita a aplicação do produto. Após 24 horas de concretagem, pelo menos, as fôrmas serão removidas e o excesso do concreto correspondente ao cachimbo cortado com ponteiro manual. Neste caso, nas áreas correspondentes aos cachimbos, o acabamento das superfícies será realizado com argamassa aditivada com polímero.

61 Aplicação de argamassa aditivada com polímero Na produção desta argamassa serão empregados: Cimento Portland composto ou Cimento Portland pozolânico, areia média ou fina e adesivo polimérico. A proporção cimento: areia, em massa, deverá ser 1:3. O teor de adesivo será função das recomendações do fabricante e caberá a uma empresa especializada definir o traço de argamassa. A aplicação será manual, após o devido preparo das superfícies. Esta argamassa será aplicada na recuperação de regiões de cachimbo Aplicação de ponte de aderência Deverá ser aplicada ponte de aderência constituída de uma parte de adesivo polimérico e duas partes de água. A aplicação de ponte de aderência ocorrerá nas áreas reparadas com argamassa polimérica e argamassa aditivada com polímero. Deverão ser observadas as recomendações do fabricante. 4.7 ESTUCAMENTO DE CONCRETO Para a execução de estucamento será empregada argamassa. O estucamento será feito manualmente sobre superfícies hidrojateadas, isentas de pó, graxa, etc. A pasta será aplicada em duas demãos e abrangerá, inclusive, as áreas recuperadas.

62 61 Após aplicação e cura do material será procedido o lixamento da superfície. O estucamento deverá ser efetuado nas paredes das fachadas das torres de resfriamento. 4.8 INSTALAÇÃO DE FÔRMA DE MADEIRA No caso onde for necessário a instalação de fôrma, a mesma deverá ser posicionada e fixada adequadamente de modo a garantir a estanqueidade e a obtenção de superfícies planas após o endurecimento do concreto ou groute. Devem ser executadas em compensado plastificado, espessura de 12mm. Quando da instalação da fôrma deverá ser aplicado produto desmoldante e efetuado o escoramento. Em algumas situações poderá ser necessário a confecção de cachimbo (vide figura 21) com o intuito de facilitar o lançamento e adensamento do material de reparo. Figura 22 Detalhe da fôrma tipo cachimbo (HELENE, 1992) O corte do excesso de concreto formado na região do cachimbo deverá ser executado 24 h após o seu lançamento.