SETOR DE TECNOLOGIA UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO DE CONSTRUÇÃO CIVIL MATERIAIS E TÉCNICAS PARA REPARO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO Prof.ª: MSc.: Heloisa Fuganti Campos 2 PLANEJAMENTO 1. Durabilidade das estruturas de concreto armado; Patologia na construção civil; Principais manifestações patológicas Revisão. 2. TÉCNICAS DE REPARO Preparação da superfície; Polimento; 2016 3 Tratamento superficial: Ø Argamassas ü Argamassa de cimento e areia; ü Argamassa com polímero; ü Argamassa epoxídica; ü Argamassa projetada; Ø Concreto; Ø Graute; Ø Tratamento de fissuras. Reforços de estruturas de concreto: Ø Encamisamento; Ø Protensão externa; Ø Reforço com chapas e perfis metálicos; Ø Polímeros Reforçado com Fibras. PLANEJAMENTO 4 PLANEJAMENTO 3. SISTEMAS DE PROTEÇÃO SUPERFICIAL Formadores de película; Bloqueadores de poros; Hidrofugantes de superfície. 4. TÉCNICAS ELETROQUÍMICAS PARA REPAROS E PROTEÇÕES DE ESTRUTURAS Reparo tradicional; Proteção catódica; Extração de cloretos; Realcalinização. 5 6 CONCRETO: MATERIAL + UTILIZADO EM CONSTRUÇÕES MATERIAL INSTÁVEL AO LONGO DO TEMPO Concreto: Instável ao longo do tempo à Alteração das suas propriedades físicas e químicas; Deterioração à Consequências destes processos de alteração que venham a comprometer o desempenho de uma estrutura, ou material; Agentes de deterioração à Elementos agressores. DETERIORAÇÃO Conhecimento da vida útil e da curva de deterioração de cada material à Fatores de fundamental importância para orçamentos de obra! FONTE: SOUZA e RIPPER,1998. Material Profª. Heloisa Fuganti Campos 1
7 DURABILIDADE Capacidade da estrutura resistir às influências ambientais previstas e definidas em conjunto pelo autor do projeto estrutural e o contratante, no início dos trabalhos de elaboração do projeto. 8 DURABILIDADE 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 Conservem sua segurança, estabilidade e aptidão em serviço durante o período correspondente à sua vida útil. 9 10 VIDA ÚTIL Período efetivo de tempo durante o qual uma estrutura ou qualquer de seus componentes satisfazem os requisitos de desempenho do projeto, sem ações imprevistas de manutenção ou reparo. DESEMPENHO Comportamento em serviço de cada produto, ao longo da vida útil, e a sua medida relativa espelhará, sempre, o resultado do trabalho desenvolvido nas etapas de projeto, construção e manutenção. 11 NBR 15575: 2013 - REQUISITOS DE DESEMPENHO DE EDIFICAÇÕES 12 NBR 15575: 2013 - REQUISITOS DE DESEMPENHO DE EDIFICAÇÕES Projetistas: estabelecer a Vida Útil de Projeto (VUP) de cada sistema; É um parâmetro, estabelecido pelo meio técnico, que indica o período de tempo em que os requisitos mínimos de desempenho (indicados pela Norma) devem ser atendidos pela edificação, supondo a correta manutenção; O projeto deve especificar o valor teórico da Vida Útil de Projeto (VUP) previsto para cada um dos sistemas que o compõem, não inferior ao limite. NBR 15575:2013 à As leis dão força obrigatória às Normas Técnicas ou estabelecem consequências para o seu descumprimento. Consequências do descumprimento: Ø Rejeição do produto; Ø Abatimento do preço/indenização/dano moral; Ø Obrigação de fazer troca/reparos; Ø Multa (Procons) cobrança executiva; Ø Reflexos na esfera criminal (Normas de segurança). Material Profª. Heloisa Fuganti Campos 2
MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS 13 14 NBR 15575: 2013 - REQUISITOS DE DESEMPENHO DE EDIFICAÇÕES Patologia na construção civil: CIÊNCIA que estuda os sintomas, os mecanismos, a origem e as causas de anomalias nas estruturas. Ø Manifestações patológicas: sintomas trincas e fissuras, manchas, destacamentos, desagregação do concreto, corrosão de armaduras, eflorescências, etc. Ø Mecanismo: processo que levou à anomalia, com origem no momento do surgimento da irregularidade e com um agente causador, dependendo do tipo de manifestação detectada. FONTE: NBR 15575:2013. MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS 15 16 PATOLOGIA É UMA CIÊNCIA O SINTOMA É A MANIFESTAÇÃO PATOLÓGICA! Os fenômenos patológicos, geralmente, apresentam manifestação externa característica, a partir da qual se pode deduzir a natureza, a origem e os mecanismos dos fenômenos envolvidos. CORROSÃO EFLORESCÊNCIA BOLHAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS 17 18 MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS DURABILIDADE SUSTENTABILIDADE Durabilidade das estruturas de concreto é afetada pela agressividade do ambiente, que está relacionada às ações físicas e químicas que atuam sobre as estruturas de concreto. ü Manifestações patológicas: interferem na durabilidade das estruturas à Caminha paralelamente com a sustentabilidade; ü A preocupação com anomalias nas estruturas leva a estruturas mais duráveis e, consequentemente, a um desenvolvimento sustentável! Classe de agressividade ambiental Agressividade Classificação geral do tipo de ambiente para efeito do projeto Risco de deterioração da estrutura I Fraca Rural/Submersa Insignificante II Moderada Urbana*** Pequeno III Forte Marinha*/Industrial** Grande IV Muito forte Industrial****/Respingos de maré Elevado FONTE: Adaptado de NBR 6118:2014. Material Profª. Heloisa Fuganti Campos 3
19 20 Fenômeno que apresenta maior índice de ocorrência nas estruturas de concreto; Pode reduzir significativamente a vida útil das mesmas. Fenômeno de natureza eletroquímica que pode ser acelerado pela presença de agentes químicos externos ou internos ao concreto; Corrosão eletroquímica = Corrosão em meio aquoso; Necessidade da presença de água no estado líquido; Forma uma pilha ou célula de corrosão, com a circulação de elétrons na superfície metálica. FONTE: HELENE, 1993; MEHTA e MONTEIRO, 2008. 21 22 Elementos fundamentais: Para que ocorra corrosão eletroquímica, são necessárias: DDP ELETRÓLITO CONEXÃO ELÉTRICA Área anódica: metal que perde ou cede elétrons à superfície onde ocorre a corrosão (oxidação); Área catódica: metal que recebe os elétrons à superfície protegida onde não há corrosão (reações de redução); Eletrólito: solução condutora à envolve as áreas anódica e catódica (em geral solução de água c/ ácidos ou bases); Ligação elétrica entre as áreas anódica e a catódica. 23 corrosão Existindo os elementos fundamentais, a corrosão ocorre quando há a diferença de potencial (ddp) 24 Concreto armado à Meio altamente alcalino, protege o aço do processo de corrosão devido à presença de uma película protetora de caráter passivo; Alcalinidade no interior do concreto à Fase líquida nos seus poros que contém hidroxilas oriundas da ionização dos hidróxidos de cálcio, sódio e potássio. Concreto à Meio básico que protege a armadura do fenômeno da corrosão mesmo em idades avançadas. PROFESSORES JOSÉ MARQUES FILHO E JOSÉ FREITAS JR. FONTE: HELENE, 1993; ANDRADE, 1997; MEHTA E MONTEIRO, 2008. Material Profª. Heloisa Fuganti Campos 4
25 26 Então, como inicia a corrosão? ÍONS CLORETO: Presença de uma quantidade suficiente de íons cloreto, que podem estar presentes na atmosfera em ambientes marinhos e industriais, ou nos componentes do próprio concreto; Os principais mecanismos de despassivação das armaduras: Carbonatação Penetração de íons cloretos DIMINUIÇÃO DA ALCALINIDADE DO CONCRETO: Reações de carbonatação ou mesmo devido à penetração de substâncias ácidas. 27 28 CARBONATAÇÃO Em superfícies expostas, a alta alcalinidade do hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) liberado na hidratação é reduzido pela ação do CO2 do ar tendo como efeito a diminuição do ph; O mecanismo leva à diminuição da alcalinidade do concreto, tendo como consequência a destruição da capa passivadora da armadura, permitindo o início do processo de corrosão. A carbonatação em geral é condição essencial para o início da corrosão das armaduras; Processo de carbonatação é lento. 29 30 Cloretos: encontrados fixos aos produtos de hidratação, seja por adsorção física ou por combinação química, ou livres, dissolvidos na solução dos poros do concreto; Principais formas dos íons cloreto penetrarem no interior do concreto são: Concreto exerce proteção no aço Física: Espessura do cobrimento Química: ph elevado PASSIVO! Ø Pelo emprego de acelerados de pega que contém cloreto de cálcio; Ø Contaminação dos materiais constituintes do concreto; Ø Contaminação através da névoa salina (maresia); Ø Contato direto com a água do mar (estruturas marinhas); Ø Através de determinados processos industriais. Íons Cloreto Carbonatação DESPASSIVAÇÃO DAS ARMADURAS! Material Profª. Heloisa Fuganti Campos 5
31 ATAQUE POR SULFATOS 32 ATAQUE POR SULFATOS Concreto: material básico, com alto valor de ph variando de 12,5 a 13,5; Solo e água contendo sulfatos podem comprometer a durabilidade das estruturas de concreto; Qualquer meio com ph menor que 12,5 torna-se prejudicial e pode ser agressivo ao concreto; A degradação do concreto por sulfatos ocorre através de reações químicas entre os compostos hidratados do cimento e íons sulfato; O ataque químico, portanto, é função do ph do agente agressivo e da permeabilidade do concreto. Geralmente, estas reações envolvem a formação de produtos expansivos, manifestando-se nas estruturas do concreto por uma expansão, a qual eventualmente leva a uma fissuração e desagregação das camadas externas. 33 ATAQUE POR SULFATOS 34 ATAQUE POR SULFATOS Consequências do ataque por sulfatos: Sulfatos podem existir em: solos; efluentes industriais, produtos para a agricultura e na água do mar. Ø Desagregação por expansão e fissuração, Ø Perda de resistência do concreto devido à perda de coesão na pasta de cimento e a perda de aderência entre a pasta de cimento e as partículas do agregado. FONTE: MEHTA e MONTEIRO, 2008. EFLORESCÊNCIAS - EFLORESCÊNCIAS - 35 36 Lixiviação dos compostos calcários à Formação de depósitos de sais na superfície do concreto, conhecido como eflorescências; As eflorescências se formam pela dissolução pelas águas de infiltrações dos sais (hidróxido de cálcio/ principalmente) do cimento e cal. Quando a água evapora, deposita estes sais na superfície. A eflorescência é um fenômeno decorrente em qualquer elemento da edificação; Pode trazer modificações apenas estéticas ou ser mais agressiva, podendo causar danos estruturais, já que pode estar depositada na região interior ou exterior das construções. FONTE: NEVILLE, 1997. Material Profª. Heloisa Fuganti Campos 6
REAÇÕES ÁLCALI - AGREGADO REAÇÕES ÁLCALI - AGREGADO 37 38 Processo químico onde alguns constituintes mineralógicos do agregado reagem com hidróxidos alcalinos (provenientes do cimento, água de amassamento, agregados, pozolanas, agentes externos, etc.) que estão dissolvidos na solução dos poros do concreto; Resultado da reação: produtos que, na presença de umidade, são capazes de expandir, gerando fissurações, deslocamentos e podendo levar a um comprometimento das estruturas de concreto. FERRARIS 2000, apud VALDUGA 2002 39 REAÇÕES ÁLCALI - AGREGADO 40 DESGASTE SUPERFICIAL Concreto à Dosado e produzido seguindo determinados critérios estruturais e condições operacionais para que possa suportar a cargas e sobrecargas por vários anos, sem se desgastar; Parâmetros de projeto e de construção, seleção e qualidade dos materiais, mudanças operacionais, interação com o meio ambiente: ESTRUTURAS SOFREM DANOS! 41 Perda progressiva de massa de uma superfície de concreto, ocorrendo devido à abrasão, erosão e cavitação! Abrasão DESGASTE SUPERFICIAL Erosão Cavitação 42 FISSURAS E TRINCAS Aberturas ocasionadas por ruptura de um material ou componente. Atrito seco; Ex.: Desgaste de pavimentos e pisos industriais pelo tráfego de veículos. Desgaste pela ação abrasiva de fluidos contendo partículas sólidas em suspensão; Ex: Revestimentos de canais, vertedores e tubulações. Perda de massa pela formação de bolhas de vapor e sua subsequente ruptura devida a mudanças repentinas de direção em águas. Material Profª. Heloisa Fuganti Campos 7
43 FISSURAS E TRINCAS 44 REPARO NAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Fissuras: Aberturas 0,5 mm; Trincas: Aberturas 0,5 mm; Ø Trincas podem ser classificadas em capilares, médias e largas; Ø As trincas capilares não podem ser medidas com instrumentos usuais enquanto que as trincas médias e largas podem ser medidas com instrumentos usuais. DETERIORAÇÃO REPAROS RECUPERAÇÃO REFORÇO SUBSTITUIÇÃO Reparo à Pequenos problemas à Intervenção superficial; Recuperação à Recompõem capacidade portante; Reforço à Aumenta capacidade portante; Substituição à Custo da intervenção alto. MATERIAIS E TÉCNICAS PARA REPARO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO 46 Alemanha - 2004: 90 bilhões de euros com manutenção e reparo de estruturas de concreto armado; Gastos com reparos e manutenção: 15% do total gasto pela indústria da construção civil; Itália: Parcela dos gastos com manutenção e reparo chega a 57%. CUSTOS DIRETO + SOCIAIS + INDIRETOS FONTE: GROCHOSKI e HELENE, 2008. 47 48 INTERVENÇÕES Desempenho insatisfatório: recuperar, reforçar, limitar seu uso ou ainda, no caso mais extremo, demolir; Pontos principais de um projeto de recuperação: avaliação das condições da estrutura existente a ser reparada, as soluções cabíveis e proteções adicionais. Ponto de vista: Técnico; Econômico; Socioambientais. http://techne.pini.com.br/ SOUZA e RIPPER,1998. Material Profª. Heloisa Fuganti Campos 8
49 ANTES DA RECUPERAÇÃO/REFORÇO DA ESTRUTURA 50 Trabalho extensivo de investigação, buscando-se a memória da obra à Projetos iniciais, plantas, memórias de cálculo, especificações de materiais e resistências, dentre outros documentos; Serviços de reabilitação: implementação de uma série de procedimentos necessários à restituição dos requisitos de segurança estrutural e de durabilidade originalmente previstos para essas estruturas e/ou adequar estruturas a novos requisitos estruturais. Se existentes, poderão ser conferidos durante vistoria local. Caso contrário, deverá ser providenciado levantamento detalhado da estrutura. FONTE: TIMERMANN, 2011. 51 52 Necessidades: ü Vistoria completa nas estruturas registro de anomalias; ü Coleta de dados de campo e de ensaios em laboratório; ü Formulação de um diagnóstico e prognóstico. DIAGNÓSTICO: ORIGEM DO PROBLEMA PROGNÓSTICO: CONSEQUENTE EVOLUÇÃO Os processos de deterioração de estruturas podem ser divididos em dois grupos: Ø Causas intrínsecas à Origem nos materiais e nos elementos estruturais; Ø Causas extrínsecas à Origem no comportamento estrutural. Ex.: Deflexão excessiva de um elemento estrutural. 53 54 TIPOS DE ATUAÇÕES TIPOS DE ATUAÇÕES Atuações emergenciais: Ø Risco de colapso total ou parcial da estrutura elevado; Ø Medidas de proteção devem ser tomadas rapidamente de forma a evitar a ruína desta, ou ainda, acidentes de maiores proporções. Atuações de prevenção e/ou proteção: Ø Grau de deterioração baixo; Ø Atuar de maneira preventiva, protegendo a estrutura do ingresso de contaminantes e, assim, reduzindo a velocidade de degradação da mesma. Material Profª. Heloisa Fuganti Campos 9
55 56 TIPOS DE ATUAÇÕES TIPOS DE ATUAÇÕES Reparos: ØIntervenção superficial; ØSolução de pequenos problemas ou defeitos. Reforços: Ø Existe um erro de projeto, e/ou execução na estrutura que não atende as solicitações de carregamento para a qual fora executada, ou quando se pretende alterar o uso previsto em projeto; Ø A capacidade portante é aumentada. CLASSIFICAÇÃO 57 58 TIPOS DE ATUAÇÕES Substituição da estrutura: Ø Custo da intervenção na estrutura é tão elevado e/ou a sua importância econômico-social é baixa, que a melhor alternativa pode ser a substituição da mesma, ou de parte desta. 1. Polimento; 2. Reparos superficiais à Argamassa/Concreto/Graute; 3. Tratamento de fissuras; 4. Reforços de Estruturas de Concreto; 5. Proteções superficiais de Estruturas de Concreto; 6. Reparo em estruturas de concreto com corrosão de armaduras: Tradicionais/Localizados; Nova geração: Proteção catódica, extração de cloretos e realcalinização. 59 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto - Procedimento, Rio de Janeiro, 2014. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15575: Edificações Habitacionais Desempenho, Rio de Janeiro, 2013. GROCHOSKI, M.; HELENE, P. Sistemas de reparo para estruturas de concreto com corrosão de armaduras. Boletim Técnico, USP, São Paulo, 2008. HELENE, P.; TERZIAN, P. Manual de dosagem e controle do concreto. São Paulo, Pini, 1993. HELENE, P. R. DO L. Contribuição ao estudo da corrosão em armaduras de concreto armado. Tese (Livre Docente junto ao Departamento de Engenharia de Construção Civil)., 1993. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. KAZMIERVZAK, C. S. Proteção Superficial em Estruturas de Concreto. In: ISAIA, G. C. Concreto: Ciência e Tecnologia. 1ª. ed. São Paulo: Ibracon, 2011. Cap. 34. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 60 MEDEIROS, M. H. F. et. al. Durabilidade e Vida Útil das Estruturas de Concreto. In: ISAIA, G. C. Concreto: Ciência e Tecnologia. 1ª. ed. São Paulo: Ibracon, 2011. Cap. 22. MEHTA, P. K.; MONTEIRO, PAULO J. M. Concreto Estrutura, Propriedades e Materiais. 3ª. ed. São Paulo: Ibracon, 2008. NEVILLE A. M. Propriedades do Concreto. Tradução de GIAMMUSSO, S. E. 2ª.ed. São Paulo: Pini, 1997. PIANCASTELLI, E. M. Patologia e terapia das estruturas intervenções de reparo. Notas de aula, Universidade Federal de Minas Gerais. SOUZA, V. C. M. e RIPPER, T. Patologia, Recuperação e Reforço de Estruturas de Concreto 1ª.ed. São Paulo: Pini, 1998. TIMERMANN, J. Reabilitação e Reforços de Estruturas de Concreto. In: ISAIA, G. C. Concreto: Ciência e Tecnologia. 1ª. ed. São Paulo: Ibracon, 2011. Cap. 33. TUUTTI, K. Corrosion of Steel in Concreto, Swedish Cement and Concrete. Research Institute. Stockholm, Sweden. 1982. 469p. Material Profª. Heloisa Fuganti Campos 10
OBRIGADA! Prof.ª: MSc. Heloisa Fuganti Campos heloisacampos@ufpr.br Material Profª. Heloisa Fuganti Campos 11