PROCESSO DE RECUPERAÇÃO ESTRUTURAL DA FUNDAÇÃO DE UM EDIFÍCIO COM RAA ESTUDO DE CASO

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1 PROCESSO DE RECUPERAÇÃO ESTRUTURAL DA FUNDAÇÃO DE UM EDIFÍCIO COM RAA ESTUDO DE CASO MANTA, Rafael C. (1); LIMA, Natália (2); TAVARES, Yêda V. P.(3) (1) Universidade de Pernambuco, , (2) Universidade de Pernambuco, (3) Universidade de RESUMO Atualmente, existem inúmeros casos de estruturas de concreto afetadas pela Reação Álcali- Agregado (RAA). A ocorrência deste fenômeno em edifícios é considerada recente, nos últimos anos, foram descobertos e diagnosticados vários casos de RAA em fundações de edifícios. Até o ano de 2005, os casos de RAA no Brasil eram restritos a estruturas como barragens e pontes. Vários fatores influenciam para a ocorrência dessa reação. No caso da Região Metropolitana do Recife (RMR), o nível do lençol freático, presença de fases reativas dos agregados e o teor de álcalis usado nas estruturas contribuíram para a ocorrência desse fenômeno. A RAA é identificada através de ensaios e as consequências para a estrutura são sérias, afetando a resistência e vida útil das estruturas de concreto. Diante do exposto, o presente artigo trata-se de um estudo de caso do reforço da fundação de um edifício residencial na cidade do Recife afetado pela RAA, cujos blocos apresentam um avançado grau de deterioração. Foi desenvolvido através de pesquisas a artigos científicos, revistas técnicas e livros, mostra processo de recuperação executado além de informações presentes nos laudo técnico de constatação da patologia e os resultados dos ensaios realizados. A solução proposta, embora não seja um procedimento definitivo, visto que até o presente momento não existe um método definitivo pra recuperação de estruturas afetadas pela RAA, vem sendo executada em diversas obras e tem se mostrado bastante eficiente. Dessa forma, soluções executadas são paliativas e a melhor forma de combater a RAA ainda é através da prevenção. Palavras-chave:Concreto. Reação álcali-agregado. Recuperação estrutural. ABSTRACT Nowadays, there are numerous cases of concrete structures affected by Alkali-Aggregate Reaction (AAR). The occurrence of this phenomenon in buildings, however, maybe considered new. In recent years it has been discovered and diagnosed numerous cases of AAR in building foundations, until 2005 the cases of this reaction in Brazil were restricted to bridges and dams structures, mainly in the metropolitan area of Recife. Several factors influence the occurrence of this reaction. In the case of The Metropolitan Region of Recife (MRR), the level of the water table, presence of reactivity phases of the aggregates and the alkali content used in the structures contributed to the appearance of the reaction. The AAR is only identified by testing and the consequences for the structure are serious, affecting the strength and durability of concrete structures. This paper presents a case study of foundation reinforcement on a residential building in the city of Recife affected by the AAR, where the blocks have an advanced degree of deterioration. This paper shows the executed recovery process, information from the Technical Report and the results of testing. Was developed by a research in scientific articles, books and technical magazines The proposed solution, although not a definitive procedure as there is no definitive recuperation method for of structures affected by AAR until the present day, has been performed in several works and has been very effective. Thus, executed solutions are palliative. The best way to combat the AAR is through a proper prevention Keywords: Concrete. Alkali-aggregate reaction. Structural recovery.

2 1 INTRODUÇÃO O concreto armado é a técnica mais utilizada no mundo para construção de estruturas, composto por concreto simples e armaduras de aço conferindo a ele importantes propriedades e características que o diferenciam dos demais materiais utilizados em estruturas, como por exemplo: economia de construção; resistência a agressões físicas e químicas do ambiente; e adaptabilidade a qualquer forma de construção (FUSCO, 2012). Em outubro de 2004, o edifício Areia Branca em Jaboatão dos Guararapes, na RMR, entrou em colapso. O acontecimento tomou uma repercussão nacional e a partir daí ocorreram discussões e reuniões técnicas acerca do tema (CORDEIRO,2014). Vale salientar que a causa do colapso do Areia Branca não foi reação álcaliagregado. Porém, a partir daí, evidenciou-se a necessidade de efetuar vistorias nos edifícios, inclusive na sua fundação, prática que até o momento não era comum. Preocupados com o exemplo do Areia Branca, foi despertada a preocupação da sociedade com questões como vida útil e durabilidade da estrutura. Diversos condomínios passaram a solicitar inspeções nas edificações. Além de outros diversos problemas encontrados nessa série de vistorias, foram identificados em alguns edifícios danos em elementos da fundação, decorrentes da RAA. Estas reações haviam sido identificadas em algumas obras situadas na RMR e áreas próximas. A incidência em edifícios, no entanto, constitui fato inédito internacionalmente e pode se considerar frequente, em virtude do número de obras em que foi constatada nos últimos tempos. Trata-se de um problema que requer investigações tecnológicas para o caso de diagnósticos, de reforços e de pesquisas científicas a médio e longo prazo (OLIVEIRA, 2007). 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA A Reação Álcali-Agregado (RAA) é uma manifestação que, na maioria das vezes, tem caráter expansivo, podendo ser considerada patológica. Por meio de reações químicas entre os hidróxidos alcalinos (provenientes, em sua maioria, do cimento e algumas vezes da água de amassamento, aditivos químicos, adições minerais, e outros) e alguns tipos de minerais reativos presentes nos agregados, formam compostos que, na presença de umidade, são expansivos e podem levar a fissurações, deslocamentos e até mesmo a completa deterioração das estruturas de concreto (COUTO,2008). 2.1 Reação álcali-sílica (RAS) A RAA é uma reação química que se processa em uma argamassa ou concreto, na presença de água, entre íons hidroxilas (OH ) associados aos álcalis oxido de sódio Na2O e óxido de potássio (K2O), provenientes do cimento e certos agregados. Em estruturas de concreto, só é processada na presença de água, que pode ser de fonte externa ou interna (excesso de água de amassamento que não foi consumido na hidratação do cimento (FIGUEIRÔA; ANDRADE, 2007). O controle da RAA através da prevenção é com certeza a forma mais segura e econômica. Pode ser feita através de medidas tais como: utilização do

3 agregado não reativo; utilização de cimento Portland com baixo teor de álcalis;utilização de cimento com adições pozolânicas; e evitando contato com água e umidade. Segundo Priszkulnik (2005), há três componentes essenciais necessários para que ocorra a RAS em estruturas de concreto: teor de álcalis do cimento; umidade suficiente; sílica reativa do agregado. A velocidade e a magnitude com que ocorre a expansão estão associadas aos seguintes fatores complementares: temperatura; área da superfície específica do material; tensões confinantes; tempo; contribuição de álcalis externos. 2.2 Ensaios propostos para prever e diagnosticar as reações álcaliagregado e seus efeitos O diagnóstico de RAA só pode ser dado com certeza através de ensaios, como a análise petrográfica, método do prisma de concreto, método Osipov, microscopia eletrônica de varredura, entre outros. Isso porque as manifestações patológicas provenientes de RAA, como por exemplo a fissuração não ordenada, em forma de mapa, também podem ser devido a outras causas. Existem diversos métodos de investigação para se detectar a presença de reação álcali-agregado no concreto endurecido e se avaliar o comportamento do agregado e da combinação cimento-agregado quanto à reatividade potencial. Cada método de ensaio relacionado com a RAA possui vantagens e desvantagens, assim como limitações. A seguir estão apresentados os métodos utilizados para identificar a manifestação patológica no estudo de caso Microscopia eletrônica de varredura A microscopia eletrônica de varredura é uma técnica largamente utilizada na análise da microestrutura de concretos e argamassas, dentre vários outros materiais utilizados na construção civil. São utilizados para análise de produtos de hidratação do cimento e produtos de ataques de agentes agressivos, entre eles os produtos da reação álcali-agregado. (VALDUGA, 2002). Não é um método preventivo de avaliação de RAA, pois não analisa os agregados diretamente. O MEV (Microscópio Eletrônico de Varredura) possui alta resolução e grande profundidade de foco. Segundo Nogueira (2010), a microscopia eletrônica de varredura (MEV) é um método que possibilita classificar os diversos tipos de géis formados pela RAA. As amostras são analisadas com o uso de lupa estereoscópica e, depois disto, com o microscópio eletrônico de varredura, em conjunto com a técnica de espectrometria de energia dispersiva. Esse método avalia a deterioração da estrutura que já possuam as reações desencadeadas, observando e classificando o gel formado, produto da reação, principalmente na interface pasta-agregado. É uma técnica muito útil, pois permite grandes ampliações e com isso a identificação precisa dos produtos da RAA.

4 2.2.2 Análise petrográfica A análise petrográfica, também chamada de método petrográfico, é preconizada pela NBR (2008) e ASTM C 295 (2003) para o agregado, bem como pela ASTM C 856 (2004) para o concreto. Este método envolve tanto observações macroscópicas, quanto análises através do microscópio estereoscópico e óptico. O resultado do método petrográfico das rochas fornece informações, tais como: composição mineralógica, arranjo estrutural dos componentes, forma, textura, granulação, além de chamar a atenção para a presença de minerais reativos e fases deletérias quanto à RAA. Em relação aos concretos, além de classificar os agregados, a análise petrográfica determina a ocorrência de feições ou características provenientes da reação álcali-agregado, tais como gel nos poros, bordas de reação ao redor dos agregados e presença de microfissuras (FIGUEIRÔA; ANDRADE, 2007). A análise petrográfica informa a natureza e as qualidades dos minerais constituintes do agregado, através de observações macroscópicas e microscópicas e técnicas analíticas, que caracterizam a textura e a forma cristalina da sílica nas partículas dos agregados. Fornece indicações sobre seu potencial reativo, classificando o agregado em potencialmente inócuo e potencialmente reativo (ABNT 2008). 3 ESTUDO DE CASO Este artigo trata da recuperação e reforço estrutural da fundação de um edifício residencial localizado na cidade do Recife-PE cujos blocos de fundação apresentaram Reação Álcali-Agregado. 3.1 Características do edifício A edificação possui aproximadamente 12 anos de idade, 20 pavimentos tipo, sendo 2 apartamentos por andar, 1 pavimento térreo, 1 pavimento garagem, 1 pavimento vazado. Pelas condições de macroclima a que está sujeita a edificação, a NBR 6118 (2004) classifica a agressividade do ambiente como sendo classe III. A estrutura é convencional em concreto armado, apoiada em lajes, vigas e pilares. A fundação é constituída por blocos de coroamento de concreto armado apoiados sobre estacas pré-fabricadas de concreto. 3.2 Processo de identificação do RAA A identificação da RAA na estrutura se deu através de uma inspeção, feita por uma empresa de engenharia especializada para identificar possíveis manifestações patológicas na estrutura. Foram escavados, por amostragem, 4 blocos de coroamento e constatou-se que havia fissuras em todos, em forma de mapa, característica de RAA. Não foram encontrados indícios de impermeabilização nos blocos. Para o diagnóstico de fato da patologia, foi contratada uma empresa especializada para realizar a avaliação de três blocos, os quais foram extraídos testemunhos para a realização de ensaios de resistência à compressão e um testemunho foi enviado a ABCP (Associação Brasileira de Cimento Portland)

5 para realização da análise petrográfica do bloco mais fissurado dentre os três analisados. A Figura 1 ilustra a representação e disposição dos blocos e pilares da edificação e indica os blocos de onde foram extraídos os testemunhos. Figura 1- Croqui com distribuição dos blocos e pilares Fonte: Laudo Tecomat (2013) Na figura 2 observa-se a localização de onde se extraiu os testemunhos do bloco B16. Figura 2 - Localização de onde se extraiu os testemunhos do bloco B16 Andrade e Carvalho (2013) recomendam que, em casos como este, a intervenção dos elementos seja feita através do tratamento das trincas e execução de reforço. Foi contratada uma empresa para executar o serviço. O procedimento de reforço e tratamento de fissuras realizado está descrito na seção Processo de execução do reforço e recuperação dos blocos

6 Para a descrição e detalhamento das principais etapas do processo de recuperação e reforço da solução proposta, foi escolhido um bloco e acompanhado o andamento da execução. O detalhamento desse processo para o bloco B6 (ver croqui da Figura 1). A Figura 3 mostra o estado do bloco B6 antes do tratamento. Figura 3 Bloco B6 antes do tratamento Escavação O primeiro passo do processo de recuperação do bloco foi a quebra do piso com martelete demolidor e escavação do bloco, seguindo as recomendações dispostas na NR-18, até atingir o concreto magro do bloco. Após a escavação, foi feita uma lavagem do bloco. A Figura 4 mostra o bloco B6 durante o processo de escavação. Figura 4 - Escavação do bloco Fixação dos purgadores e aplicação do epóxi O próximo passo foi a abertura das trincas e fissuras e fixação dos purgadores (mangueiras plásticas e transparentes de 10 mm de diâmetro) para o preenchimento das fissuras. Foi feita a sopragem das trincas e fissuras com arcomprimido e injetado epóxi (resina de alta resistência mecânica e química, não retrátil e que impede a percolação de água). As Figuras 5 e 6 mostram os purgadores fixados ao bloco e o preenchimento das fissuras no bloco.

7 Figura 5 - Purgadores fixados na lateral do bloco Figura 6 - Detalhe dos purgadores fixados e do fechamento das trincas Para colmatação superficial usou-se também epóxi, para vedar as fissuras e impedir a saída do material inserido. Aplicou-se epóxi pelos purgadores até transbordar, de modo a obter o mínimo de vazios possível no interior do bloco. Fez-se primeiramente a injeção de epóxi na lateral do bloco e depois na face. Após a aplicação, dobrou-se a mangueira com arame de forma a impedir que o material aplicado fosse expelido novamente. A colmatação é parte importante do tratamento do bloco, pois através do preenchimento das fissuras, o bloco passa a ser uma estrutura monolítica novamente. Embora esse procedimento seja feito com todo cuidado possível, não há como garantir que as fissuras foram completamente preenchidas no interior do bloco Apicoamento e montagem da armadura Foi realizado o apicoamento do bloco para remoção da camada externa do concreto, visando uma maior aderência entre o concreto existente e o novo concreto e graute, que serão aplicados. Esse processo está representado na Figura 7.

8 Figura 7 - Apicoamento do bloco com uso do martelete Foi solicitado um projeto para armação do reforço do bloco por uma empresa especializada, que deu a solução executada em obra. Foi feito um anel de compressão envolvendo o bloco, e na lateral, apenas uma malha cobrindo o resto do bloco como mostra a Figura 8. A função da armação e do anel é combater a expansão do concreto respondendo a esse esforço, comprimindo a peça. A Figura 8 também mostra o bloco armado e pronto para ser concretado. Figura 8 - Montagem da armação e armadura no bloco e sistema de forma Concretagem Foi utilizado concreto de 35 MPa com adição de metacaulim. O metacaulim é um material pozolânico que confere ao concreto aumento de resistência mecânica à compressão, tração e abrasão, redução e controle de várias patolologias como RAA, penetração de cloretos, corrosão de armaduras, eflorescência, fissuração e a diminuição do calor de hidratação (METACAULIM DO BRASIL, 2015) Grauteamento Após a cura do concreto, foi aplicado graute na lateral do bloco, como mostra na Figura 9. Segundo Almeida (2006), o graute, além de atingir altas

9 resistências rapidamente, possui boa fluidez, compacidade, uniformidade, não apresenta retração e é auto adensável. Figura 9 - Grauteamento da lateral do bloco Impermeabilização Após a cura e retirada das formas, foi feita a impermeabilização e o aterramento do bloco. Foram aplicadas 2 demãos de impermeabilizante, emulsão asfáltica, evitando contato com água. A impermeabilização do bloco é parte importante do processo, pois sem o contato com água ou umidade não ocorre a reação. Percebe-se aí uma possível falha desse método de reforço dos blocos, visto que não é feita a impermeabilização da base da sapata.a Figura 10 mostra o aspecto final do bloco após a impermeabilização. Figura 10 - Bloco após a impermeabilização Após a impermeabilização, o procedimento é finalizado com o aterramento e execução do piso acabado. O mesmo procedimento foi feito nos demais blocos. 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES Foram realizados ensaios com microscópio de varredura eletrônica onde se observou características da reação no entorno do agregado graúdo e do ensaio petrográfico que confirmou a presença de RAA do tipo álcali-silicato.

10 A Figura 11 mapeia as fissuras dos blocos analisados e os pontos em vermelho indicam os testemunhos extraídos. A Tabela 1 resume as fissuras encontradas nos três blocos analisados. Figura 11 - Mapa das Fissuras Fonte: Laudo Tecomat (2013) Tabela 1. Resumo das fissuras nos Blocos analisados Bloco Quantidade de fissuras Menor abertura Maior abertura P10 9 0,3 mm 15 mm P14 7 0,4 mm 33 mm P16 9 0,2 mm 25 mm Fonte: Laudo Tecomat (2013) A Tabela 2 mostra os resultados dos ensaios a compressão dos 8 testemunhos extraídos. Tabela 2. Resultados dos ensaios a compressão Nº Resistência à compressão (Mpa) Localização 1 28,3 B ,1 B ,3 B ,1 B ,1 B ,3 B ,6 B ,8 B10 Fonte: Laudo Tecomat (2013) Apesar de os blocos de coroamento apresentaram um grau de fissuração intenso. Andrade e Carvalho (2013) afirmam que a edificação encontra-se estável, sem maiores riscos a curto e médio prazo. Tendo em vista que as fissuras estão localizadas em maior intensidade na periferia das peças na região superior, sendo preservado o sistema de bielas e tirantes, responsável pela estabilidade do bloco.

11 Foram identificadas falhas nesse processo de execução, como a falta de impermeabilização da base da sapata e a falta de garantia quanto ao total preenchimento das fissuras. É importante lembrar que até o presente momento, não se conhece um método definitivo para a recuperação de estruturas afetadas pela RAA, sendo essa uma solução paliativa, tendo em vista que os seus reagentes, que fazem parte do concreto, estão distribuídos em toda massa e continuarão a reagir e expandir até que sejam consumidos todos os componentes reativos. É recomendado que seja feito um acompanhamento da fundação ao longo do tempo para verificar a ocorrência de novas fissuras. Embora o procedimento executado e descrito nesse trabalho vem sendo amplamente utilizado para reforço e tratamento de fundação de edifícios com RAA Recomenda-se o acompanhamento da fundação de modo a verificar o estado de degradação dos blocos. Andrade e Carvalho (2013) recomendam deixar poços de inspeção ou placas pré-moldadas sobre os blocos, com o objetivo de possibilitar a visualização do bloco a cada 5 anos ou quando se desejar. 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS A Reação Álcali-Agregado só é verdadeiramente identificada após a realização de ensaios específicos. A reação promove alterações das propriedades físicas do concreto tais como a diminuição da resistência e do módulo de elasticidade. A integridade e a continuidade da massa de concreto são comprometidas pela fissuração provocada pela RAA, podendo esta gerar movimentações excessivas que ocasionam deficiências funcionais. Através da inspeção feita, foram encontrados blocos do estudo de caso em um avançado estado de degradação, onde através de ensaios, foi confirmado a ocorrência de RAA. O processo de reforço e tratamento foi através da injeção de epóxi, montagem da armadura, concretagem e grauteamento e impermeabilização. Portanto, a melhor solução para combater a RAA ainda é a prevenção, visto que a reação ocorre entre o agregado reativo e os álcalis na presença de umidade. A partir da eliminação de um desses fatores, a ocorrência desta reação é inibida. REFERÊNCIAS FUSCO, P. B. Tecnologia do concreto estrutural: tópicos aplicados. São Paulo: Pini, CORDEIRO, L. B. Estudo de caso sobre o ataque da reação álcali-agregado numa estrutura de concreto de um edifício residencial. Universidade Católica de Pernambuco, Recife OLIVEIRA, R. A. O Colapso do edifício Areia Branca e novos conceitos e vistorias de edifícios. Concreto & Construções IBRACON,nº 46, p.18-21, COUTO, T. Reação Álcali-Agregado - Estudo do fenômeno em rochas silicosas. Universidade Federal de Goiás

12 FIGUEIRÔA,J.; ANDRADE, T. O ataque da reação Álcali-agregado sobre estruturas de concreto A descoberta pioneira do problema em fundações de ponte e edifícios na Região Metropolitana do Recife. Ed. Universitária da UFPE, Recife PRIZKULNIK, S. Inspeção e Diagnóstico de Estruturas de Cocreto Afetadas pelas Reações Cimento-Agregado Concreto Ensino, Pesquisa e Tecnologia IBRACON,(p ), São Paulo, VALDUGA, L. Reação álcali-agregado Mapeamento de agregados reativos do estado de São Paulo. Dissertação (Mestrado em Construção Civil) - Universidade Estadual de Campinas NOGUEIRA, Kelson. Reação álcali-agregado: diretrizes e requisitos da ABNT NBR 15577/2008. Belo Horizonte: UFMG, 2010, 93 f. Monografia (Especialização em Construção Civil) Faculdade de Engenharia Civil, Universidade Federal de Minas Gerais,(p. 35), Belo horizonte, Associação Brasileira de Normas técnicas Agregados - Reatividade álcaliagregado(abnt. NBR ). ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto de Estruturas de Concreto. Rio de Janeiro, ANDRADE, T. W. C. O.; CARVALHO, J. R. Laudo Técnico de Inspeção RLT.HBT TECOMAT, METACAULIM DO BRASIL. disponível em: <metacaulim.com.br>. Acesso em: 17/11/2015. ALMEIDA, E. Técnicas de Recuperação e Reforço de Estruturas de Concreto Armado. Univesidade Anhembi Morumbi. São Paulo, 2006.