UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO DE CONSTRUÇÃO CIVIL PLANEJAMENTO 2 PARTE 01 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL III MATERIAIS E TÉCNICAS PARA REPARO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO PARTE 1 Profª.: MSc.: Heloisa Fuganti Campos 1. Durabilidade das estruturas de concreto armado Patologia na construção civil Principais manifestações patológicas Revisão 2. TÉCNICAS DE REPARO Preparação da superfície Polimento PARTE 02 E 03 PLANEJAMENTO PLANEJAMENTO 3 Tratamento superficial: Argamassas Argamassa de cimento e areia Argamassa com polímero Argamassa epoxídica Argamassa projetada Concreto Graute Reforços de estruturas de concreto: Encamisamento Protensão externa Reforço com chapas e perfis metálicos Polímeros Reforçado com Fibras 4 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 Alteração das suas propriedades físicas e químicas; Deterioração: Consequências destes processos de alteração que venham a comprometer o desempenho de uma estrutura, ou material; Agentes de deterioração: Elementos agressores. DETERIORAÇÃO Conhecimento da vida útil e da curva de deterioração de cada material 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. FONTE: NBR 6118:2014. 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. Período durante o qual as suas propriedades permanecem além dos limites mínimos especificados. 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. FONTE: SOUZA e RIPPER,1998. FONTE: SOUZA e RIPPER,1998. 11 NOVIDADE 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. 12 NOVIDADE NBR 15575: 2013 - REQUISITOS DE DESEMPENHO DE EDIFICAÇÕES NBR 15575:2013 As leis dão força obrigatória às Normas Técnicas ou estabelecem consequências para o seu descumprimento. Consequências do descumprimento: Rejeição do produto; Abatimento do preço / indenização / dano moral; Obrigação de fazer troca/reparos; Multa (Procons) cobrança executiva; Reflexos na esfera criminal (Normas de segurança). Material Profª. Heloisa Fuganti Campos 2
13 14 NOVIDADE 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. Manifestações patológicas: Sintomas trincas e fissuras, manchas, destacamentos, desagregação do concreto, corrosão de armaduras, eflorescências, etc. 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. 15 16 PATOLOGIA É UMA CIÊNCIA SINGULAR! 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 17 18 Manifestação patológica: Existência de uma ou mais falhas durante a execução de uma das etapas da construção, além de apontar para falhas também no sistema de controle de qualidade próprio a uma ou mais atividades; DURABILIDADE SUSTENTABILIDADE Inúmeros são os fatores que originam falhas, visíveis em pequeno ou longo prazo através do surgimento das manifestações patológicas. Manifestações patológicas: Interferem na durabilidade das estruturas Caminha paralelamente com a sustentabilidade; A preocupação com anomalias nas estruturas leva a estruturas mais duráveis e, consequentemente a um desenvolvimento sustentável! FONTE: HELENE, 2002; SOUZA e RIPPER,1998; MEHTA e MONTEIRO, 2008. Material Profª. Heloisa Fuganti Campos 3
19 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. 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 FONTE: Adaptado de NBR 6118: 2014. Industrial**** / Respingos de maré Elevado 20 Mecanismos preponderantes de deterioração relativos ao concreto: a) Lixiviação: Por ação de águas puras, carbônicas agressivas ou ácidas que dissolvem e carreiam os compostos hidratados da pasta de cimento; b) Expansão por ação de águas e solos que contenham ou estejam contaminados com sulfatos; c) Expansão por ação das reações entre os álcalis do cimento e certos agregados reativos; d) Agregados contaminados. FONTE: NBR 6118:2014. 21 22 Mecanismos preponderantes de deterioração relativos à armadura: a) Despassivação por carbonatação, ou seja, por ação do gás carbônico da atmosfera; b) Despassivação por elevado teor de cloreto. Fenômeno que apresenta maior índice de ocorrência nas estruturas de concreto; Pode reduzir significativamente a vida útil das mesmas. Mecanismos de deterioração da estrutura propriamente dita: a) São todos aqueles relacionados às ações mecânicas, movimentações de origem térmica, impactos, retração, fluência e relaxação. FONTE: NBR 6118:2014. FONTE: HELENE, 1993; MEHTA e MONTEIRO, 2008. 23 24 Fenômeno de natureza eletroquímica que pode ser acelerado pela presença de agentes químicos externos ou internos ao concreto; Para que ocorra corrosão eletroquímica, são necessárias: Corrosão eletroquímica = Corrosão em meio aquoso; DDP ELETRÓLITO CONEXÃO ELÉTRICA Necessidade da presença de água no estado líquido; Forma uma pilha ou célula de corrosão, com a circulação de elétrons na superfície metálica. Material Profª. Heloisa Fuganti Campos 4
25 Elementos fundamentais: Área anódica: Metal que perde ou cede elétrons - Superfície onde ocorre a corrosão (oxidação); Área catódica: Metal que recebe os elétrons - Superfície protegida onde não há corrosão (reações de redução); 26 Existindo os elementos fundamentais, a corrosão ocorre quando há a diferença de potencial (ddp) corrosão Eletrólito: Solução condutora envolve as áreas anódica e catódica (em geral solução de água c/ ácidos ou bases); Ligação elétrica entre as áreas anódica e a catódica. PROFESSORES JOSÉ MARQUES FILHO E JOSÉ FREITAS JR. 27 O mecanismo de corrosão pode ser representado segundo um modelo proposto por Tuutti (1982): Iniciação: Intervalo de tempo para que os diversos agentes penetrem pelo cobrimento do concreto até atingir as armaduras; Propagação: Acontece a dissolução do ferro (oxidação) dando origem aos produtos de corrosão. 28 Concreto armado 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 Fase líquida nos seus poros que contém hidroxilas oriundas da ionização dos hidróxidos de cálcio, sódio e potássio. Concreto Meio básico que protege a armadura do fenômeno da corrosão mesmo em idades avançadas. FONTE: HELENE, 1993; ANDRADE, 1997; MEHTA E MONTEIRO, 2008. 29 30 Então, como inicia a corrosão? Os principais mecanismos de despassivação das armaduras: 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; Carbonatação Penetração de íons cloretos DIMINUIÇÃO DA ALCALINIDADE DO CONCRETO: Reações de carbonatação ou mesmo devido à penetração de substâncias ácidas. Material Profª. Heloisa Fuganti Campos 5
31 32 CARBONATAÇÃO Em superfícies expostas, a alta alcalinidade o 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, atenuando-se com o tempo devido a hidratação e pelos próprios produtos da carbonatação que dificultam entrada de CO2 do ar. 33 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: 34 CONCRETO EXERCE PROTEÇÃO NO AÇO Física: Espessura do cobrimento; Química: ph elevado. Pelo emprego de acelerados de pega que contém cloreto de cálcio; Contaminação dos materiais constituintes do concreto; Contaminação através da névoa salina (maresia); Contato direto com a água do mar (estruturas marinhas); Através de determinados processos industriais. FONTE: HELENE, 1993. Íons Cloreto Carbonatação PASSIVO! DESPASSIVAÇÃO DAS ARMADURAS! 35 36 Concreto: Material básico, com alto valor de ph variando de 12,5 a 13,5; Qualquer meio com ph menor que 12,5 torna-se prejudicial e pode ser agressivo ao concreto; Solo e água contendo sulfatos podem comprometer a durabilidade das estruturas de concreto; A degradação do concreto por sulfatos ocorre através de reações químicas entre os compostos hidratados do cimento e íons sulfato; Redução da alcalinidade: Desestabilização dos produtos cimentícios de hidratação. 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. Material Profª. Heloisa Fuganti Campos 6
37 38 Principais meios de ataque por sulfatos: Consequências do ataque por sulfatos: Reação com os produtos de hidratação do aluminato tricálcico não hidratado produzindo etringita Reação com o hidróxido de cálcio No concreto endurecido, a formação da etringita resultante do ataque de sulfato pode levar à expansão, e, devido à baixa resistência à tração do concreto, pode fissurar a peça. Desagregação por expansão e fissuração, 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. 39 Sulfatos podem existir em: Solos (gipsita), em efluentes industriais, em produtos para a agricultura (sulfato de amônia) e na água do mar. 40 O concreto atacado por sulfatos tem uma aparência esbranquiçada característica. FONTE: MEHTA e MONTEIRO, 2008. FONTE: MEHTA e MONTEIRO, 2008. 41 EFLORESCÊNCIAS - 42 EFLORESCÊNCIAS - A lixiviação dos compostos calcários 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 7
FERRARIS 2000, apud VALDUGA 2002 43 REAÇÕES ÁLCALI - AGREGADO - 44 REAÇÕES ÁLCALI - AGREGADO - 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. Álcali-sílica Sílica reativa dos agregados e os álcalis, na presença do Ca(OH)2 (hidróxido de cálcio) originado pela hidratação do cimento, formando um gel expansivo. Álcali-silicato + Comum no Brasil; Mesma natureza da reação álcali-sílica, porém mais lenta, em que participam os álcalis e alguns tipos de silicatos presentes em rochas sedimentares, metamórficas e ígneas. Álcalicarbonato Ocorre entre certos calcários dolomiticos e as soluções alcalinas presentes nos poros do concreto. REAÇÕES ÁLCALI - AGREGADO - REAÇÕES ÁLCALI - AGREGADO - 45 46 DESGASTE SUPERFICIAL- DESGASTE SUPERFICIAL- 47 48 Concreto 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! Perda progressiva de massa de uma superfície de concreto, ocorrendo devido à abrasão, erosão e cavitação! Abrasão Atrito seco; Ex.: Desgaste de pavimentos e pisos industriais pelo tráfego de veículos. Erosão Desgaste pela ação abrasiva de fluidos contendo partículas sólidas em suspensão; Ex: Revestimentos de canais, vertedores e tubulações. Cavitação Perda de massa pela formação de bolhas de vapor e sua subsequente ruptura devida a mudanças repentinas de direção em águas. FONTE: MEHTA e MONTEIRO, 2008. Material Profª. Heloisa Fuganti Campos 8
FISSURAS E TRINCAS - FISSURAS E TRINCAS - 49 50 Aberturas ocasionadas por ruptura de um material ou componente. Fissuras: Aberturas 0,5 mm; Trincas: Aberturas 0,5 mm; Trincas podem ser classificadas em capilares, médias e largas; As trincas capilares não podem ser medidas com instrumentos usuais enquanto que as trincas médias e largas podem ser medidas com instrumentos usuais. FONTE: MEHTA e MONTEIRO, 2008. FISSURAS E TRINCAS - REPARO NAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO 51 52 Abertura máxima característica das fissuras: DETERIORAÇÃO REPAROS RECUPERAÇÃO REFORÇO SUBSTITUIÇÃO Desde que não exceda valores da ordem de 0,2 mm a 0,4 mm, sob ação de combinações frequentes, não têm importância significativa na corrosão das armaduras passivas. Reparo Pequenos problemas Intervenção superficial; Recuperação Recompõem capacidade portante; Reforço Aumenta capacidade portante; Substituição Custo da intervenção alto. FONTE: NBR 6118:2014. FONTE: GROCHOSKI e HELENE, 2008. 53 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 54 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto - Procedimento, Rio de Janeiro, 2014. 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. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15575: Edificações Habitacionais Desempenho, Rio de Janeiro, 2013. MEHTA, P. K.; MONTEIRO, PAULO J. M. Concreto Estrutura, Propriedades e Materiais. 3ª. ed. São Paulo: Ibracon, 2008. GROCHOSKI, M.; HELENE, P. Sistemas de reparo para estruturas de concreto com corrosão de armaduras. Boletim Técnico, USP, São Paulo, 2008. NEVILLE A. M. Propriedades do Concreto. Tradução de GIAMMUSSO, S. E. 2ª.ed. São Paulo: Pini, 1997. HELENE, P.; TERZIAN, P. Manual de dosagem e controle do concreto. São Paulo, Pini, 1993. PIANCASTELLI, E. M. Patologia e terapia das estruturas intervenções de reparo. Notas de aula, Universidade Federal de Minas Gerais. 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. SOUZA, V. C. M. e RIPPER, T. Patologia, Recuperação e Reforço de Estruturas de Concreto 1ª.ed. São Paulo: Pini, 1998. Material Profª. Heloisa Fuganti Campos 9
55 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO DE CONSTRUÇÃO CIVIL 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. Heloisa Fuganti Campos heloisacampos@ufpr.br helo_camposs@hotmail.com Material Profª. Heloisa Fuganti Campos 10