PATOLOGIA EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL

PATOLOGIA EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

Diego dos Santos da Trindade

Santa Maria, RS, Brasil 2015

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PATOLOGIA EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

Diego dos Santos da Trindade

Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS) como requisito parcial para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.

Orientador: Prof. Dr. Joaquim Cesar Pizzutti dos santos

Santa Maria, RS, Brasil 2015 Universidade Federal De Santa Maria Centro De Tecnologia

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Curso De Graduação Em Engenharia Civil

A Comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova o Trabalho de Conclusão de Curso

PATOLOGIA EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

elaborado por Diego dos Santos da Trindade

como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil

COMISSÃO EXAMINADORA:

Joaquim C. Pizzutti dos Santos, Dr. (Presidente/Orientador)

Marco Antônio Silva Pinheiro, Dr. (UFSM)

Eduardo Rizzatti, Dr. (UFSM)

Santa Maria, 28 de Outubro de 2015.

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“Dedico este trabalho à minha mãe, Maria Nelci e aos meus amigos mais chegados que irmãos, por sempre acreditarem em mim e por tudo que são em minha vida”

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AGRADECIMENTOS Agradeço em primeiro lugar a Deus por estar sempre presente em minha vida e ao longo do curso me encorajando e dando forças. A minha família, em especial a minha mãe Maria Nelci pelo amor, incentivo, apoio incondicional e que muitas vezes abriu mão de seus sonhos para que o meu fosse realizado e sempre acreditou em mim independente da circunstância. Aos meus colegas de graduação que estiveram ao longo desta jornada e me ajudaram diretamente e indiretamente para que eu chegasse neste momento tão esperado. Aos meus amigos do “coleginho”, Janio, Diego e Luis Felipe, que mesmo com o tempo passando, continuam sendo grandes parceiros e sempre acreditaram em mim. Aos meus amigos da Primeira Igreja Batista de Santa Maria e do GP pelo companheirismo e amizade ao longo destes anos e por terem estado ao meu lado nos bons e maus momentos e por serem verdadeiros irmãos sempre dispostos a me ajudar no que fosse preciso. Aos professores Eduardo Rizzatti e Marco Antônio Pinheiro por disporem seu tempo e aceitarem o meu convite para compor a banca do meu TCC. Ao professor Joaquim C. Pizzutti dos Santos, pela paciência, pelos ensinamentos técnicos, por aceitar meu convite para ser meu orientador e por estar sempre disponível para ajudar mesmo possuindo diversas tarefas para realizar. A todos os professores que me transmitiram conhecimentos técnicos na graduação para o meu engrandecimento profissional. Enfim, a todos que de maneira direta ou indireta contribuíram para a realização deste trabalho, o meu sincero: Muito Obrigado.

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“Mudaste o meu pranto em dança, a minha veste de lamento em veste de alegria, para que o meu coração cante louvores a ti e não se cale. Senhor, meu Deus, eu te darei graças para sempre.” Salmos 30: 11-12

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RESUMO Trabalho de Conclusão de Curso Curso de Graduação em Engenharia Civil Universidade Federal de Santa Maria

PATOLOGIA DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO AUTOR: DIEGO DOS SANTOS DA TRINDADE ORIENTADOR: JOAQUIM CESAR PIZZUTTI DOS SANTOS Data e Local da Defesa: Santa Maria, 22 de Outubro de 2015.

O presente trabalho trata das manifestações patológicas mais comuns encontradas em estruturas de concreto armado, tendo como objetivo analisá-las, diagnosticando as causas, fornecendo soluções e a partir do conhecimento adquirido apresentar um estudo de caso real. Primeiramente faz uma análise e conclui sobre a extrema necessidade que em todas as fases de uma estrutura de concreto armado sejam tomadas as devidas precauções e medidas para não haver falhas, pois patologias podem ter origens em qualquer uma delas. Após isso são apresentados os mecanismos que levam um elemento estrutural á deterioração, de modo a fornecer informações de como os problemas que podem surgir futuramente podem ser evitados antes mesmo da concepção do projeto. Posteriormente apresenta as principais e mais utilizadas soluções para reforçar estruturas que apresentam patologias, de modo a trazer segurança e durabilidade ao usuário e que o elemento estrutural cumpra com o fim que foi projetado. Em seguida são listadas algumas das patologias mais encontradas, as principais características de cada uma, assim como a causa. Por fim é realizado um estudo sobre uma viga de concreto armado com trincas e são apresentadas causas e as soluções sobre este caso, observando-se a necessidade da restauração com um dos cinco métodos apontados: reforço mediante chapas de aço coladas, reforço mediante perfis metálicos, reforço mediante fibras de carbono, reforço mediante aumente da seção transversal e reforço mediante protensão externa. Palavras-chave: Patologia, Estrutura, Concreto Armado.

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Resistência do concreto diante da elevação de temperatura........................43

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Arcos solicitados á compressão. ...................................................................17 Figura 2 - Zonas de tração e compressão. .....................................................................18 Figura 3 - Zonas de tração, compressão e linha neutra da estrutura. ............................18 Figura 4 - Causas intrínsecas das manifestações patológicas........................................23 Figura 5 - Vazios de concretagem em pé de pilar. ........................................................25 Figura 6 - Junta de concretagem. ...................................................................................26 Figura 7 - Acidente com laje devido ao escoramento insuficiente................................28 Figura 8 - Desenvolvimento da reação álcalis-agregado no concreto. ..........................32 Figura 9 - Causas extrínsecas das manifestações patológicas. ......................................35 Figura 10 - Estrutura inadequada ao ambiente. .............................................................37 Figura 11 - Bulbo de tensões. ........................................................................................38 Figura 12 - Falha em junta de dilatação. .......................................................................39 Figura 13 - Bulbos sobrepostos. ....................................................................................40 Figura 14 - Recalques gerados pelo rebaixamento do lençol freático. ..........................41 Figura 15 - Pilar sujeito á choques de veículos. ............................................................42 Figura 16 - Guarda-rodas sujeito á choques de veículos. ..............................................42 Figura 17 - Variação da resistência do aço com a elevação da temperatura. ................44 Figura 18 - Fases do calor em incêndios. ......................................................................45 Figura 19- Lascamento do concreto por ataque de sulfatos. .........................................46 Figura 20 - Reação da carbonatação. .............................................................................48 Figura 21 - Trincas causadas pela proximidade com raízes de árvores. .......................49 Figura 22 - Processos físicos de deterioração do concreto. ...........................................49 Figura 23 - Perda de aderência por efeito parede. .........................................................51 Figura 24 - Trinca devido á movimentação das formas. ...............................................52 Figura 25 - Mecanismo de corrosão por efeito pilha.....................................................53 Figura 26 - Corrosão na barra de aço. ...........................................................................53 Figura 27 - Processo de corrosão na armadura. .............................................................54 Figura 28 - Desagregação do concreto em viga. ...........................................................55 Figura 29 - Piso desgastado por abrasão. ......................................................................56 Figura 30 - Pilar erodido................................................................................................56 Figura 31 - Patologia causada pela cavitação. ...............................................................57 Figura 32 - Procedimento de injeção de figuras. ...........................................................62 Figura 33 - Reparo de uma fissura por costura. ............................................................63 Figura 34 - Reforço estrutural com chapas de aço coladas. ..........................................64 Figura 35 - Estruturas reforçadas com lâminas de concreto. ........................................66

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Figura 36 - Sistema de aplicação das folhas de carbono. ..............................................67 Figura 37 - Pilar confinado por lâminas de fibra de carbono. .......................................68 Figura 38 - Viga reforçada ao cortante, por lâminas de fibra de carbono. ....................68 Figura 39 - Aumento da seção em pilar (a); Aumento da seção em viga (b). ...............70 Figura 40 - Aumento da viga na face superior. .............................................................71 Figura 41 - Reforço com perfil metálico em pilar. ........................................................72 Figura 42 - Continuidade com chapas (a); Continuidade com perfis (b). .....................72 Figura 43 - protensão para costura (a); protensão para alivio de carga (b); protensão para aumento da capacidade de carga (c) ......................................................................74 Figura 44 - Fissuras causadas pela flexão em viga. ......................................................76 Figura 45 - Fissuras de esmagamento em viga. .............................................................77 Figura 46 - Nicho de segregação. ..................................................................................78 Figura 47 - Fissuras em laje devido à punção. ..............................................................78 Figura 48 - Fissuras em laje devido à retração plástica. ................................................79 Figura 49 - Fissuras de cisalhamento em viga. .............................................................80 Figura 50 - Fissuras a 45° causadas pela torção. ...........................................................80 Figura 51 - Torção em viga e laje. .................................................................................81 Figura 52 - Fissura devido à junta de concretagem em pilar.........................................81 Figura 53 - Fissuras em bloco de concreto armado devido á reação álcalis-agregado. 82 Figura 54 - Gel de sílica devido á reação álcalis-agregado. ..........................................82 Figura 55 - Corrosão em pilar. ......................................................................................83

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ............................................................................................ 14 1.1 Justificativa .................................................................................................................................. 15 1.2 Objetivos ..................................................................................................................................... 15 1.2.1 Objetivo geral ....................................................................................................................... 15 1.2.2 Objetivos específicos............................................................................................................ 15 1.3 Estrutura de apresentação do trabalho ...................................................................................... 15

2 CONCEITOS BÁSICOS ................................................................................. 17 2.1 Conceito de patologia em estruturas de concreto armado ........................................................ 18 2.2 Manifestações patológicas geradas na etapa de concepção da estrutura ................................. 19 2.3 Manifestações patológicas geradas na fase de execução da estrutura (construção) ................ 20 2.4 Manifestações patológicas geradas na fase de utilização da estrutura (manutenção) .............. 21

3 ORIGENS DA DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO . 22 3.1 Causas intrínsecas de manifestações patológicas em estruturas de concreto armado ............. 22 3.1.1 Falhas humanas durante a construção .................................................................................. 24 3.1.1.1 Deficiências de concretagem ......................................................................................... 24 3.1.1.2 Inadequação de escoramentos e formas ........................................................................ 27 3.1.1.3 Deficiência nas armaduras............................................................................................. 28 3.1.1.4 Utilização Incorreta dos Materiais de Construção......................................................... 29 3.1.2 Falhas humanas durante a utilização .................................................................................... 30 3.1.3 Causas Naturais .................................................................................................................... 30 3.1.3.1 Causas próprias á estrutura porosa do concreto ............................................................ 30 3.1.3.2 Causas químicas ............................................................................................................ 31 3.1.3.3 Causas Físicas ............................................................................................................... 33 3.1.3.4 Causas Biológicas ......................................................................................................... 33 3.2 Causas extrínsecas de manifestações patológicas em estruturas de concreto armado............. 34 3.2.1 Falhas humanas durante o projeto ........................................................................................ 35 3.2.1.1 Má avaliação das cargas ................................................................................................ 35 3.2.1.2 Inadequação ao ambiente .............................................................................................. 36 3.2.1.3 Incorreção na interação solo-estrutura .......................................................................... 37 3.2.1.4 Incorreção na consideração de juntas de dilatação ........................................................ 38 3.2.2 Falhas humanas durante a utilização .................................................................................... 39

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3.2.2.1 Sobrecargas exageradas................................................................................................. 39 3.2.2.2 Alteração das condições do terreno de fundação .......................................................... 39 3.2.3 Ações mecânicas .................................................................................................................. 41 3.2.3.1 Choques de veículos ...................................................................................................... 41 3.2.3.2 Acidentes (ações imprevisíveis) .................................................................................... 42 3.2.4 Ações físicas......................................................................................................................... 45 3.2.5 Ações químicas .................................................................................................................... 46 3.3 Processos Físicos de deterioração do concreto .......................................................................... 49 3.3.1 Fissuração ............................................................................................................................. 50 3.3.1.1 Contração Plástica do Concreto .................................................................................... 50 3.3.1.2 Assentamento do concreto/ Perda de aderência ............................................................ 50 3.3.1.3 Movimentação de formas e escoramentos..................................................................... 51 3.3.1.4 Corrosão das armaduras ................................................................................................ 52 3.3.2 Desagregação do concreto .................................................................................................... 55 3.3.3 Desgaste do concreto ............................................................................................................ 55

4 TÉCNICAS DE LIMPEZA, REPARO E REFORÇO .............................................. 58 4.1 Intervenções superficiais............................................................................................................. 58 4.1.1 Polimento ............................................................................................................................. 58 4.1.2 Apicoamento ........................................................................................................................ 59 4.1.3 Lavagem com soluções ácidas ............................................................................................. 59 4.1.4 Lavagem com soluções alcalinas ......................................................................................... 60 4.1.5 Lavagem com jato de areia e de água................................................................................... 60 4.2 Reparo de fissuras ....................................................................................................................... 60 4.2.1 Injeção de fissuras ................................................................................................................ 60 4.2.2 Costura de fissuras ............................................................................................................... 62 4.3 Reforço em estruturas de concreto armado ............................................................................... 63 4.3.1 Reforço mediante chapas de aço coladas ............................................................................. 63 4.3.2 Reforço mediante fibras de carbono..................................................................................... 64 4.3.3 Reforço mediante aumento da seção transversal .................................................................. 69 4.3.4 Reforço mediante uso de perfis metálicos ............................................................................ 71 4.3.5 Reforço mediante Protensão Externa ................................................................................... 73 4.4 Recuperação de estruturas corroídas ......................................................................................... 74

5 CARACTERÍSTICAS DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO .............................................................................. 76

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5.1 Fissuras em viga por flexão ......................................................................................................... 76 5.2 Fissura em viga por esmagamento do concreto ......................................................................... 77 5.3 Concreto Segregado ou mal vibrado ........................................................................................... 77 5.4 Fissuras em lajes devido à punção .............................................................................................. 78 5.5 Fissuras devido à retração plástica ............................................................................................. 79 5.6 Fissura em viga devido ao cisalhamento ..................................................................................... 79 5.7 Fissuras no concreto devido à torção ......................................................................................... 80 5.8 Fissuras de juntas de concretagem em pilar ............................................................................... 81 5.9 Fissuras causadas pela reação álcalis agregado .......................................................................... 81 5.10 Corrosão em pilar ...................................................................................................................... 82

6 CONCLUSÃO .............................................................................................. 84 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 86

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1 INTRODUÇÃO Desde a antiguidade o homem procura fazer uso de estruturas que tragam mais facilidade e comodidade para sua vida. Desde estruturas habitacionais como casas, sobrados, prédios e mais recentemente nos últimos dois séculos, também estruturas que lhe rendam uma maior agilidade em sua locomoção, tais como estradas e pontes pavimentadas, assim como estruturas que lhe assegurem reservar e transportar água, como barragens e aquedutos respectivamente. Essas e muitas outras obras vêm sendo realizadas pelo homem ao decorrer dos anos em prol de sua sobrevivência e desenvolvimento. Diante deste panorama, fica evidente que a procura por materiais e técnicas que venham a suprir estruturas cada vez mais robustas se torna alvo importante do ser humano. Foi assim que surgiu o concreto armado, visando resolver problemas que haviam na época ou que a solução era praticamente inviável financeiramente ou mesmo de ser executada. A partir do surgimento do concreto armado, suas técnicas de cálculo e projetos foram sendo aperfeiçoados cada vez mais, assim como os cuidados ao executar estruturas desse material. Em certas épocas e regiões do mundo, houve um crescimento rápido e acelerado na construção civil, com inovações e novidades de projeto, execução e materiais usados, sendo vantajoso em certa parcela, mas trouxe risco por não se ter um grande conhecimento acerca das novas técnicas. Aceitos os riscos e com o desconhecimento e falta de experiência, juntamente veio o surgimento de inúmeras manifestações patológicas nas estruturas, podendo causar a diminuição da vida útil da mesma e até mesmo risco de acidentes fatais, dependendo da falha que certo elemento estrutural venha a possuir. A fim de estudar as manifestações patológicas no concreto armado, foi lançada uma nova área de estudos, chamada de patologia do concreto armado. “Designa-se genericamente por Patologia das estruturas esse novo campo da engenharia das construções que se ocupa das origens, formas de manifestação, consequências e mecanismos de ocorrência das falhas e dos sistemas de degradação das estruturas”(SOUZA E RIPPER 1998, p.14).

Diversas são as causas que levam uma estrutura a sofrer danos, por isso é de extrema importância o estudo desse ramo da engenharia, para que sejam evitadas manifestações patológicas que venham a diminuir a durabilidade das estruturas, assim como é necessário um

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conhecimento de como solucionar e recuperar aquelas que apresentam o problema, de maneira a curá-las e impedir que o agente causador volte à causar o mesmo problema.

1.1 Justificativa

A escolha deste tema vem da necessidade de se evitar a ocorrência de manifestações patológicas no concreto armado, que acabam por diminuir a vida útil e desempenho das edificações, além de gerar um acréscimo de custo para recuperar e reforçar uma estrutura afetada.

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo geral

Este trabalho tem por objetivo um levantamento bibliográfico sobre o tema patologia das estruturas de concreto armado.

1.2.2 Objetivos específicos • Analisar quais são as origens das manifestações patológicas do concreto armado; • Apontar as principais e mais comuns manifestações patológicas em estruturas de concreto armado encontradas, mostrando quais são as características de cada uma para que possam ser reconhecidas, reforçadas e recuperadas; • A partir do diagnóstico e conhecidas as causas das patologias, apontar quais as soluções viáveis para as mesmas.

1.3 Estrutura de apresentação do trabalho Inicialmente o trabalho mostra a importância e crescimento que ao longo dos anos o concreto armado adquiriu devido às suas características inovadoras para a época, resolvendo muitos problemas principalmente no que diz questão à sua resistência à tração devido ao uso das barras de aço frente a outros materiais que não possuíam tal vantagem. Após isso, o conceito de patologia é apresentado, assim como as fases em que as mesmas podem ocorrer.

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Em seguida, são listadas as mais comuns origens e condições no qual as estruturas estão expostas para que venham sofrer danos futuramente. Posteriormente, são apresentadas terapias para recuperar as estruturas afetadas e evitar que futuramente voltem a sofrer do mesmo problema. Por fim, com os agentes causadores das anomalias já conhecidos, são apresentadas fotos e figuras de patologias em estruturas tais como vigas, pilares, lajes, sendo identificadas uma a uma a partir de características próprias como trincas, fissuras, corrosões. Assim, esse trabalho apresenta 6 capítulos, sendo o capítulo 1 a introdução, o capítulo 2 os conceitos básicos, o capítulo 3 as origens da deterioração das estruturas de concreto armado, o capítulo 4 as técnicas de recuperação do concreto armado, o capítulo 5 as manifestações patológicas em estruturas de concreto armado mais comuns e por fim o capítulo 6 engloba as conclusões finais.

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2 CONCEITOS BÁSICOS A pedra natural era muito utilizada pelos antigos na construção de edificações, fortificações e também para vencer vãos sobre rios ou depressões. A estrutura enquanto elemento resistente à compressão mostrou-se um ótimo material, mas ineficiente quando tracionada, vindo a romper em casos de vãos maiores. Devido a este problema os romanos começaram á construir vãos em formato de arco para evitar rupturas. A Figura 1 mostra arcos sendo exigidos pela compressão. Botelho (1996) afirma que: “Os romanos foram mestres em construir pontes de pedra em arco. Se não podiam usar vigas retas para vencer vãos maiores, usaram ao máximo um estratagema, o uso de arcos onde cada peça de pedra era estudada para só trabalhar em compressão, como se vê na ilustração a seguir” (BOTELHO 1996, p.6).

Figura 1 - Arcos solicitados á compressão. Fonte: BOTELHO, 1996.

Para vencer grandes vãos foi preciso usar múltiplos arcos, com isso implicou-se dificuldades na execução devido às limitações tecnológicas da época. Mesmo com o surgimento e uso do concreto, material que consiste na ligação do cimento, pedra, areia e água, as dificuldades continuaram as mesmas, pois este material resiste a compressão dez vezes mais que a tração. Assim, desta maneira a região tracionada fica suscetível ao surgimento de trincas que podem simplesmente afetar a questão estética e até mesmo levar a estrutura ao colapso, dependendo das dimensões da mesma. Foi diante deste problema que surgiu a ideia de unir dois materiais para que as solicitações à compressão e à tração fossem atendidas. Como mostrado na Figura 2, há uma zona solicitada somente pela tração. Há também uma zona que nela age apenas a compressão. Na figura 3, há a linha neutra, esta linha não sofre compressão nem tração (BOTELHO, 1996).

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Figura 2 - Zonas de tração e compressão. Fonte: BOTELHO, 1996.

Como já dito, para solucionar a baixa resistência à tração foram colocadas barra de aço na área da seção que é tracionada e o concreto fica como responsável por suportar a solicitação da compressão, como mostrado na Figura 3. Desta forma o concreto armado surgiu como uma técnica que veio para atender as demandas que haviam na época.

Figura 3 - Zonas de tração, compressão e linha neutra da estrutura. Fonte: BOTELHO, 1996.

2.1 Conceito de patologia em estruturas de concreto armado

Com o surgimento do concreto armado e com as vantagens que o mesmo trazia sobre as demais técnicas e materiais empregados na época, logo foi vista uma brusca “aceleração” no uso deste material. Com este panorama ,vieram também as manifestações patológicas que o mesmo pode causar devido ao desleixo, má utilização, mão de obra desqualificada ou até mesmo falta de conhecimento de como empregá-lo corretamente. Países com economia crescente causaram uma aceleração em diversas áreas da engenharia, em especial da construção civil no qual habitações são construídas cada vez como dimensões maiores e de maneira mais rápida.

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Tal conjectura na construção civil gera uma alta demanda de funcionários da área, levando a muitas contratações de mão de obra desqualificada devido a necessidade e falta em determinado setor. Isso pode trazer um grande prejuízo quando se trata da questão de qualidade em uma obra, podendo ser fator que leve ao surgimento de manifestações patológicas. (THOMAZ, 1989). Entende-se por patologia do concreto armado a ciência que estuda os sintomas, mecanismos, causas e origens dos problemas patológicos encontrados nas estruturas de concreto armado. Lembrando que para um dano qualquer, existe a possiblidade de vários fatores serem responsáveis. Estes danos podem vir apenas a causar incômodos para aqueles que irão utilizar a obra segundo o fim para que foi feita, tais como pequenas infiltrações até grandes problemas que podem levar a estrutura ao colapso (HELENE, 1988). Geralmente em casos de acidentes catastróficos, como por exemplo, prédios que vão a ruina, não obedecem apenas uma origem agindo sozinha, mas sim várias que juntamente acabam levando a estrutura ao colapso. Não é difícil encontrar estruturas nas quais foi cometido um grande erro em qualquer uma das etapas e mesmo assim não apresentam grandes danos. Do contrário, pode-se encontrar estruturas que apresentem grandes danos que reduzem a durabilidade e resistência mecânica, mas que sua causa vem de erros ou falhas menores, mas quando atuam de maneira conjunta, superpõem seus efeitos e trazem graves consequências (CÁNOVAS, 1988).

2.2 Manifestações patológicas geradas na etapa de concepção da estrutura

Manifestações patológicas em estruturas de concreto armado que tenham sua causa na concepção do projeto são aquelas que advêm de um mau planejamento do mesmo ou falhas técnicas, sejam por desconhecimento ou negligência. Podem se originar de um mau lançamento da estrutura, erro em execução de anteprojeto ou até mesmo na elaboração do projeto de execução. Pode ser citado como exemplo, fissuras em uma viga devido ao erro de cálculo da flecha, ou fissuras de elementos estruturais devido a não ser respeitado ou negligenciado o Estado Limite Último. Segundo Cánovas (1988), no que tange a concepção de projetos de estruturas de concreto devemos levar em conta quatro fatores essenciais nos quais é preciso estar atento e cumprir todos os requisitos necessários para que o sucesso seja obtido. • Devem ser cumpridas as condições de equilíbrio básicas da Estática. • A compatibilidade das deformações das próprias peças estruturais e suas uniões.

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• Representação em escala suficientemente clara, com as disposições e dimensões de cada elemento estrutural, em especial as medidas que se referem ás armaduras. • A conveniência de elaborar normas detalhadas, nas quais estejam presentes todas as características e detalhes dos materiais a serem empregados na estrutura, forma de controle e armazenamento, penalizações etc. Esse documento, ao qual, geralmente não se dá importância, é absolutamente fundamental e de grande importância para se obter uma construção sem defeitos e de qualidade: e, em caso de litígio, é um documento de grande valor. Geralmente as falhas geradas nesta etapa terão como consequência problemas patológicos com soluções mais dificultosas e com maior valor de custo de reparo do que problemas patológicos gerados nas etapas seguintes. Segundo Souza e Ripper (1998), geralmente os empecilhos e o fator custo para curar uma estrutura com danos originários de falhas da concepção do projeto, são proporcionais à antiguidade da falha, ou seja, erros no início da concepção e levados adiante nas outras etapas, tendem á causar um maior prejuízo. Uma falha no estudo preliminar, por exemplo, leva a uma solução mais trabalhosa e complexa do que uma falha que venha a ocorrer na fase do anteprojeto. Apesar de erros em projetos, tais como hidrossanitários com alguma tubulação projetada passando por entre elementos estruturais, e assim podendo causar algum dano, devemos nos atentar principalmente ao projeto estrutural como sendo o de maior importância e sendo aquele que em caso de negligência nos trará mais problemas. Por isso o responsável técnico deverá estar atento e ciente de sua responsabilidade. Segundo Marcelli (2007), erros em projetos estruturais não são impossíveis de ocorrer, sendo muito difícil que exista algum escritório que tenha calculado inúmeros projetos estruturais sem que haja ocorrido um erro qualquer. O que ocorre é que geralmente na maioria das vezes são corrigidos a tempo, ou não são graves o suficiente para serem notados.

2.3 Manifestações patológicas geradas na fase de execução da estrutura (construção)

Após o término da concepção do projeto dá-se inicio à etapa da execução da estrutura. Nesta fase, antes de qualquer processo de construção, deve haver o planejamento do canteiro da obra para o bom andamento da mesma, assim como a programação de todas as atividades e também o cronograma como tempo limite de cada parte a ser executada.

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Os responsáveis técnicos da obra juntamente com os mestres de obras, devem estar totalmente atentos ao projeto e a todas as informações que o mesmo fornece, tais como escalas, dimensões e posições dos elementos estruturais e demais medidas para que a execução ocorra da melhor maneira possível, evitando que futuramente surjam manifestações patológicas. Outro fator que deve ser analisado nesta etapa é a qualidade da mão de obra do quadro de funcionários. É comum ocorrerem erros que geram patologias quando se usa mão de obra desqualificada ou até mesmo mão de obra qualificada, que não esteja ambientada para uma nova tecnologia, ou ainda usá-la fora de sua área de especialização. A partir do instante em que é iniciada a construção, a mesma já está suscetível à ocorrência de falhas das mais diversas naturezas, associadas a causas variadas como falta de mão de obra qualificada, controle de qualidade praticamente inexistente, execução da obra com pouca qualidade, péssimas condições de trabalhos para os funcionários, materiais de segunda linha com qualidade péssima, irresponsabilidade técnica dos responsáveis e até mesmo sabotagem. Pode-se citar como exemplos de patologias geradas por erros na execução de estruturas de concreto armado, trincas em vigas devidas à falta de barras de aço, trincas de elementos estruturais devido ao mau escoramento das formas, falhas no concreto devido a precária vibração do concreto (TAKATA, 2009).

2.4 Manifestações patológicas geradas na fase de utilização da estrutura (manutenção)

Finalizadas as etapas de concepção e execução da estrutura, ainda que com o sucesso desejado e sem ou reduzidas margens de chances de ocorrências de danos patológicos, poderão ainda ocorrer patologias devido ao errôneo manuseio. Após a liberação da obra para o usuário, este poderá causar danos na estrutura, seja por desleixo ou ignorância. O uso da estrutura deve ser visto de maneira análoga a qualquer equipamento mecânico ou elétrico, ou seja, deve-se usá-la respeitando o projeto e realizando as manutenções necessárias indicadas pelos responsáveis técnicos. Em especial, quando se fala em concreto, deve-se dar atenção para produtos que venham a causar corrosão do mesmo e das armaduras de aço, assim como para os valores de sobrecargas permitidos nos elementos estruturais. Alguns exemplos de patologias geradas nesta fase são trincas devido à retirada de alguma estrutura portante para abrir vãos, seja para janelas, portas ou qualquer outra finalidade.

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3 ORIGENS DA DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Os agentes causadores de manifestações patológicas possuem diversas origens, desde falha humana, tanto no projeto como execução, até problemas com a estrutura química dos componentes dos materiais, ou ainda, ataques de agentes agressivos ao material concreto e às armaduras. Para uma melhor compreensão das causas e origens, estas foram divididas e detalhadas em três grandes grupos, apresentados a seguir: causas intrínsecas de manifestações patológicas, causas extrínsecas, e processo físico de deterioração do concreto armado.

3.1 Causas intrínsecas de manifestações patológicas em estruturas de concreto armado

Souza e Ripper (1998) classificam causas intrínsecas como aquelas em que os processos de deterioração das estruturas são inerentes a elas mesmas, ou seja, as que se originam dos materiais e das peças estruturais, durante as fases de execução ou utilização, por falhas humanas, por questões próprias ao material concreto e por ações externas, inclusive acidentes. A Figura 4 relaciona as principais causas intrínsecas das patologias em estruturas de concreto armado.

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Figura 4 - Causas intrínsecas das manifestações patológicas. Fonte: SOUZA; RIPPER, 1998.

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3.1.1 Falhas humanas durante a construção

Tanto defeitos construtivos como defeitos de projeto, possuem na grande maioria das vezes falhas humanas como responsáveis, devido a baixa qualidade de mão de obra. Pode-se citar como principais falhas humanas causadoras de patologias na execução; Deficiências de concretagem, inadequação de escoramentos e formas, deficiência nas armaduras, utilização incorreta dos materiais de construção e inexistência de controle de qualidade.

3.1.1.1 Deficiências de concretagem

Em relação à concretagem deve-se levar em conta vários fatores tais como transporte, lançamento, juntas de concretagem, adensamento e cura para que esta tenha o resultado esperado. O transporte do concreto feito em obra ou em concreteiras, desde sua saída, seja em carrinhos de mão ou em caminhões até o momento final de sua aplicação, deve ser feito de tal maneira a não permitir que a massa seque e perca sua fluidez, o que resultaria em uma redução da trabalhabilidade do mesmo. O cronograma deve levar em conta o tempo para concretar a primeira camada e o tempo de transporte da segunda para que o intervalo entre as camadas não seja demasiadamente grande e acabe por gerar juntas indesejadas e superfícies sem aderência. O lançamento do concreto deve ser executado de maneira não brusca para evitar o deslocamento das armaduras de aço e deve ser lançado o mais próximo de sua destinação final para evitar a segregação do mesmo. Portanto é de grande importância que o funcionário responsável pela concretagem esteja ciente disto e tenha uma noção intuitiva do volume que cada porção de concreto irá preencher. No caso da concretagem de pilares, a altura de queda livre não deve ultrapassar dois metros para que seja evitada a segregação dos componentes da mistura (ISAIA, 1988). A Figura 5 mostra vazios no pé de um pilar devido ao lançamento do concreto a uma altura maior que a mínima.

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Figura 5 - Vazios de concretagem em pé de pilar. Fonte: FIGUEROLA, 2006.

O adensamento é outro fator que pode ser um potencial gerador de manifestações patológicas. Este processo tem como função retirar ou reduzir ao máximo os vazios do concreto de maneira á conferir a este maior resistência mecânica e acomodar o concreto nas formas e por entre as armaduras. Porém se for demasiadamente adensado, produz segregação da mistura, gerando uma heterogeneidade da resistência mecânica. Conforme Neville (2013), o lançamento e o adensamento são dois processos que ocorrem quase simultaneamente, e a qualidade dos mesmos está diretamente ligada á resistência, impermeabilidade e durabilidade do concreto endurecido. Para que o sucesso desejado seja alcançado, destacam-se os pontos a seguir. • Evitar o arrastamento do concreto. • Lançamento do concreto deve ocorrer de maneira uniforme, com camadas de mesmo tamanho e evitando-se lançar o mesmo em grandes pilhas e montes. • A espessura das camadas lançadas deve ser compatível com o equipamento usado para o adensamento. • Após o lançamento de uma camada de concreto, esta deve ser adensada antes de receber a próxima, de modo a expulsar o ar aprisionado na pasta de concreto. Inevitavelmente, devido ao lançamento ter que ser interrompido por causa do transporte que vai abastecendo o local concretado em partes, ter-se-á juntas de concretagem. O mais aconselhado é que estas juntas não se localizem em regiões de elevadas tensões tangenciais e em locais onde ofereçam riscos de deslizamentos de uma face com a outra. Isaia (1988) lista uma série de importantes medidas a serem tomadas durante a execução da junta para evitar ou minimizar os danos que a mesma causa:

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• A região no qual a concretagem será interrompida, até o próximo volume de concreto ser lançado, deve ser previamente estudada para que se localizem em regiões pouco solicitadas, principalmente ao cisalhamento. • Cravar barras de aço no concreto velho com objetivo de aliviar os esforços no plano da junta. • A nata da superfície do concreto velho deve ser removida pelo processo de apicoamento, com objetivo de que a mesma se torne mais rugosa, oferecendo uma maior aderência para a camada seguinte a ser lançada. • Os locais de maior solicitação da junta, que são os pontos de contato entre as camadas, são os mais suscetíveis a passagem da água ou qualquer outro fluído. Para esta situação, é indicado o uso de adesivo estrutural na face da camada que vai receber o concreto fresco, de modo a aumentar a estanqueidade e impermeabilidade. A Figura 6 mostra um exemplo de execução correta e incorreta de juntas localizadas em suportes inclinados.

Figura 6 - Junta de concretagem. Fonte: THOMAZ, 1989.

A cura do concreto é um processo que recebe atenção especial. Este procedimento pode ser realizado de várias maneiras tais como: molhagem de formas em caso de pilares, irrigação de superfícies, cobrimento da superfície com material que a mantenha com umidade desejada, películas de cura a vapor e outros. Consiste em evitar a evaporação da água sem que as reações de hidratação do cimento tenham sido realizadas, controlando a umidade do local concretado. Se não for realizada de maneira adequada, a estrutura de concreto armado poderá sofrer danos.

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Muitos profissionais de engenharia não atentam para a grande importância da cura do concreto. Os danos citados acima não são danos que irão interferir na estética da estrutura, mas muito mais do que isso, irão atuar de maneira a reduzir a resistência mecânica e durabilidade da mesma e consequentemente a vida útil. Segundo Marcelli (2007), o procedimento da cura do concreto muitas vezes não é levado á sério e não recebe a devida importância e cuidados necessários, principalmente em obras de pequeno e médio porte. Há um agravamento referente a este problema quando a execução é realizada por empreiteiros com pouco conhecimento técnico e que já estão trabalhando há bastante tempo neste ramo e por isso acreditam que já aprenderam tudo o que é necessário, assim acabam não renovando e aprimorando suas técnicas, alegando que suas construções nunca sofreram danos. O que eles geralmente não sabem e não levam em conta por desconhecer esta parte mais científica, é que a cura do concreto se dá devido a uma reação química da água com o cimento. Uma perda de água por evaporação trará como consequência que esta reação não ocorra de maneira completa, levando assim a uma redução da resistência mecânica do concreto, o que pode acarretar a ocorrência de manifestações patológicas na estrutura. 3.1.1.2 Inadequação de escoramentos e formas Deve-se tomar cuidado com a limpeza antes da concretagem, e reparar se alguma forma está com estanqueidade insuficiente para que não haja fuga da nata do cimento, deixando a mostra os agregados. As formas que servem como delimitações do concreto e das barras de aço, devem ser executadas da maneira mais próxima possível da indicada no projeto e obedecer todas as medidas, assim como o nível e prumo dos elementos estruturais. A montagem deve ser feita corretamente, de maneira a conferir travamento para que no momento ou após o recebimento do concreto, as formas não mudem de formato devido ao peso que irão sofrer do mesmo, caso contrário poderão ocorrer mudanças pequenas na geometria ou até mesmo aberturas em vigas, pilares, lajes e qualquer outro elemento estrutural, originando problemas patológicos e elevando o custo da obra (TAKATA, 2009). Segundo Marcelli (2007), além do fator que remete à segurança da estrutura, deve-se atentar para a necessidade de projetar e executar de maneira correta as formas, devido ao problema de que, quando formas e escoramentos são projetados ou executados incorretamente, acabam por afetar a questão econômica, adicionando valores extras no

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orçamento final e acarretando prejuízos, pois geralmente implicam serviços adicionais para corrigir os danos, comprometendo a estética. Mesmo havendo sucesso na concretagem e algum tempo depois, ainda existem cuidados a serem levados em conta para não ocorrerem danos na estrutura. O tempo de desforma e retirada de escoramento deve ser obedecido. Este tempo deve levar em conta vários fatores tais como tipo de cimento, tipo de cura e cálculo estrutural. Deve-se estar atento também à maneira de remover os escoramentos. Por exemplo, em casos de balanços, este elemento estrutural deve ter as escoras retiradas da ponta do balanço em direção ao engaste, caso contrário poderão ocorrer trincas. Este caso citado e outros têm como agente causador de danos no concreto armado, as formas e escoramentos deficientes. A Figura 7 mostra uma laje que desabou devido à insuficiência de escoramentos.

Figura 7 - Acidente com laje devido ao escoramento insuficiente.

3.1.1.3 Deficiência nas armaduras

Em obras em que se faz uso do concreto armado, não é raro que ocorram falhas na disposição das barras de aço. Isso pode acontecer por uma má interpretação dos projetos, gerando uma inversão na posição das barras de aço em determinado elemento estrutural. A deficiência da ferragem pode vir diretamente do projeto, isentando os responsáveis pela execução da culpa por falta de quantidade ou disposição correta de aço, mas neste caso a culpa fica por conta do responsável técnico que calculou as armaduras ou que cometeu erros no momento em que foi passar para a planta a quantidade, detalhamento e medida da ferragem. Mesmo que o projeto estrutural tenha sido realizado correto e obedecendo as normas da ABNT, e que também tenha sido interpretado de maneira correta, ainda pode-se ter problemas devido ao local das armaduras ser alterado durante a concretagem. Este problema é

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comum em lajes que as barras de aço acabam sendo deslocadas pela passagem de funcionários, carrinhos de mão e outros, assim alterando as dimensões e posições originais da ferragem. O cobrimento que as armaduras necessitam ter é outro fator que, se não for levado em conta, pode ser causa de deterioração. O valor do cobrimento deve obedecer a ABNT, caso contrário pode facilitar que ocorra o processo de corrosão das armaduras. O uso de espaçadores é indispensável neste caso. Os valores de ancoragem também devem obedecer ao que a norma dita, um comprimento menor que o necessário poderá causar o surgimento de fissuras (BOTELHO, 1996).

3.1.1.4 Utilização Incorreta dos Materiais de Construção

Alguns materiais, quando utilizados de maneira incorreta ou sem especificação, podem causar muitos danos em uma construção, trazendo com isso grandes prejuízos financeiros. Entre eles pode-se citar o concreto, o aço, e os aditivos. O fck consiste na Resistência característica do concreto à compressão. Tem importância fundamental na resistência mecânica da estrutura de concreto armado, sendo um dado que é especificado pelo responsável técnico do projeto estrutural. Em caso do valor do Fck da estrutura ser menor do que o de projeto poderão ocorrer danos, tanto maiores quanto maior for a diferença entre os valores. Outro material de extrema importância é o aço, utilizado na forma de barras nos elementos estruturais. Poderá gerar problemas como apenas trincas pequenas, ou até mesmo gerar o colapso de uma estrutura no qual o mesmo esteja em falta, ou tenha sido utilizado com bitolas menores das previstas em projeto, ou ainda se usado em posição incorreta na estrutura. Quando se fala em materiais que podem dar origem à deterioração do concreto, os aditivos tem seu lugar de importância, eles têm como capacidade alterar importantes propriedades do concreto, objetivando reduzir os pontos fracos, aumentar a qualidade do mesmo e reduzir custos. Assim, se utilizados de maneira imprópria, poderão causar sérios riscos à resistência e durabilidade do concreto. Uso de agregados reativos podem gerar reações expansivas com o cimento, de maneira a produzir trincas na estrutura e consequentemente redução da resistência mecânica da mesma (TAKATA, 2009).

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3.1.1.5 Inexistência do controle de qualidade

A falta de controle de qualidade quando se trata de estruturas de concreto armado é um fator muito preponderante na ocorrência de patologias. Sendo o aço e o concreto os dois materiais responsáveis pela durabilidade e pela resistência do elemento estrutural, é logico que necessitem de um criterioso padrão de qualidade, tanto na produção quanto na execução de qualquer estrutura, para que sejam evitados o uso de concretos com Fck abaixo do estimado pelo calculista, e também que seja usado aço com menor bitola do que a estimada. “É uma questão fundamental, um ponto de máxima importância, a de que, de forma a se diminuir a possibilidade de deterioração precoce da estrutura, se tenha, durante toda a fase de execução da obra, a assistência de um engenheiro tecnologista e se preste total obediência ás Normas, no que diz respeito á composição e confecção do concreto” (THOMAZ 1989, p.34).

Controlar a qualidade dos materiais utilizados em uma obra é um fator preponderante para que seja diminuída a possibilidade de deterioração precoce em uma estrutura e assim evitar prejuízos futuros.

3.1.2 Falhas humanas durante a utilização

As falhas humanas enquanto causas intrínsecas de patologias, se adequam em apenas um aspecto: a ausência de manutenção da estrutura em sim. Sendo esta manutenção, um conjunto de medidas previamente programadas, que objetivem manter a qualidade do elemento estrutural.

3.1.3 Causas Naturais

Consistem nas causas inerentes e próprias das características e propriedades do material concreto, e como o mesmo reage ao ambiente e aos esforços solicitantes a que é exigido durante a vida útil da estrutura. As causas naturais não tem ligação com falhas humanas ou de máquinas e equipamentos.

3.1.3.1 Causas próprias á estrutura porosa do concreto Segundo Fusco (2008), o concreto é um material poroso, e essa característica pode comprometer sua durabilidade devido ao ataque do meio ambiente, principalmente pelo gás

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carbônico, gerando a carbonatação, e consequentemente o risco de corrosão da estrutura. Outros agentes que podem prejudicar o concreto são os produtos clorados utilizados como materiais de limpeza. Em especial o ácido muriático, que consiste em um dos mais nocivos, sendo um produto que em contato com as armaduras pode causar grandes danos. Entende-se atualmente, que a maior preocupação com o concreto não é a resistência mecânica em si, pois esta é atingida quando o traço é calculado de maneira correta e posteriormente executado, mas sim a porosidade do material. Não é difícil entender que quanto mais permissivo for o concreto ao transporte da água, agentes agressivos e gases, a possibilidade de haver degradação no mesmo, assim como do aço ocorrerá de forma mais fácil. Também fica claro que a degradação está relacionada com dois fatores: porosidade do concreto e condições ambientais da superfície. Geralmente é muito difícil de lidar com a questão ambiental e alterá-la para uma condição menos poluente. A única saída neste ponto será reduzir a porosidade do concreto ao máximo. Neville (2013) afirma que para chegarmos a um concreto que possua baixa porosidade e seja pouco permeável deve-se estar atentos à relação água /cimento, para que esta seja baixa e densa, utilizando uma granulometria bem graduada.

3.1.3.2 Causas químicas

Existem diversas causas químicas de patologias em estruturas de concreto, que tem origem na própria composição do material, tais como; reação álcalis-agregado, presença de cloretos e elevação interna da temperatura do concreto. A seguir, as três causas citadas serão detalhadas. Segundo Souza e Ripper (1998), para que ocorra uma boa aderência entre o cimento e os agregados, desenvolvem-se combinações químicas entre os mesmos e os componentes hidratados do cimento. Estas combinações são benéficas, pois contribuem para o aumento da resistência mecânica e homogeneidade do concreto, mas em contrapartida em alguns casos, podem ocorrer reações químicas expansivas, que acabam por anular a coesão do concreto. A reação álcalis-agregado se dá entre a sílica reativa de alguns minerais utilizados como agregado e o Sódio e Potássio presentes no cimento, sendo necessária também a presença de umidade. O grande problema desta patologia está no fato que ela possui caráter expansivo, acarretando deste modo fissuração, que por consequência aumenta a porosidade do concreto, deixando este mais suscetível à penetração de vários outros elementos nocivos geradores de

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patologia. Também a resistência mecânica sofrerá uma redução significativa se as devidas medidas não forem tomadas. Pode-se notar também algumas vezes um gel resultante da reação que escorre das figuras (FUSCO, 2008). A Figura 8 mostra como se dá o processo no qual há uma expansão do agregado quando este é reativo e mostra internamente como são as fissuras.

Figura 8 - Desenvolvimento da reação álcalis-agregado no concreto. Fonte: SOUZA; RIPPER, 1998.

De acordo com Zamberlan (2013), a presença de cloretos no concreto pode gerar muitos incômodos. Estes podem ser encontrados em agregados extraídos de regiões que no passado foram marinhas, na água do mar, em aditivos aceleradores de pega, poluentes industriais ou a partir de produtos usados na limpeza que, tenham na constituição o ácido muriático. Podem acarretar a corrosão das armaduras de forma bastante agressiva. Vários são os parâmetros que influenciam a penetração deste agente no concreto, tais como a estrutura porosa do material, composição química, relação água /cimento, fissuração do concreto e PH do concreto. Os íons cloreto são um dos agentes mais nocivos para a corrosão das barras de aço, pois têm a capacidade de despassivar as armaduras mesmo em PH extremamente elevado. Os cloretos penetram nos poros do concreto por meio da difusão ou pela absorção capilar de

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águas, que diluem a deposição do aerosol marinho a partir da superfície, contendo o íon na forma dissolvida e ao superarem, na solução dos poros, um certo limite em relação à concentração de hidroxilas, despassivam a superfície do aço e dão inicio ao processo corrosivo (FUSCO, 2008). Neville (1997) afirma que o maior dano causado pelo ataque de cloretos é a corrosão do aço, que consequentemente afetará o concreto à sua volta. Os produtos que são gerados pela corrosão ocupam um espaço cerca de seis a sete vezes maior do que o aço originalmente ocupava. Isso se dá pela ocorrência da expansão do processo, que acaba gerando uma fissuração na estrutura. A presença de íons cloretos traz vários problemas à estrutura, como: • Cloretos levam o concreto a um endurecimento muito rápido em dias de elevadas temperaturas, podendo não dar tempo suficiente para o preenchimento total das formas. • Quando uma estrutura não obedece aos valores mínimos de cobrimento, há uma chance maior de corrosão. • Em caso de endurecimento acelerado, devido a isso o concreto poderá vir á sofrer retração e como consequência fissurações. • Elementos estruturais com cloretos e próximos a correntes elétricas podem causar corrosão eletrolítica. As reações que ocorrem durante a hidratação são exotérmicas, ou seja, ocorre a liberação de calor. Diante disto, esta quantidade que é liberada de calor poderá causar danos quando peças de grandes dimensões forem concretadas, pelo fator de que no início da hidratação não há troca positiva de calor com o exterior, o que leva a um aquecimento e expansão da massa. Após isso ocorre o esfriamento da massa, gerando um gradiente térmico no qual pode gerar fissuração interna do concreto (SOUZA E RIPPER, 1998).

3.1.3.3 Causas Físicas

Como causas físicas agentes de deterioração das estruturas tem-sea variação da temperatura, insolação, vento e agua e tem atuação principalmente durante o período da cura no endurecimento do concreto, variando seus efeitos conforme a composição interna da estrutura de concreto armado.

3.1.3.4 Causas Biológicas

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O ataque e consequente deterioração do concreto por microrganismos é um tipo de biodeterioração. Esta deterioração ocorre pelo motivo de que os microrganismos, em especial bactérias e fungos, agem de maneira a dissolver os componentes do cimento. A alta porosidade do concreto ou fissuras e trincas geradas por falhas permitem a entrada de raízes de plantas e até mesmo algas que se instalam e geram compostos nocivos ao concreto. Pereira (2012) classifica os danos causados pelos agentes biológicos em físicos e mecânicos, estéticos, químicos assimilatórios, e químicos não assimilatórios. • Os danos físicos e mecânicos se caracterizam por pressões causadas devido ao desenvolvimento dos microrganismos, que podem levar a estrutura à fissuração. Não há consumo do concreto. • Os danos estéticos consistem na mudança de cor e tonalidade da estrutura, não alteram a composição química e a funcionalidade do concreto. • Danos químicos assimilatórios, ocorrem quando os microrganismos consomem componentes do concreto e liberam ácidos agressivos como o sulfureto de cálcio. • Danos químicos não assimilatórios, são os que ocorrem devido ao metabolismo dos microrganismos que liberam compostos para o ambiente, que por sua vez reagem com os componentes do concreto decompondo seus minerais.

3.2 Causas extrínsecas de manifestações patológicas em estruturas de concreto armado

Souza e Ripper (1988) classificam as causas extrínsecas como sendo aquelas que ocorrem independentemente da estrutura em si, assim como da composição dos materiais como concreto e aço e de erros de execução. De maneira geral podem ser entendidas como os fatores que atacam a estrutura de fora para dentro durante a concepção e vida útil da estrutura. A Figura 9 lista as principais causas extrínsecas.

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Figura 9 - Causas extrínsecas das manifestações patológicas. Fonte: SOUZA: RIPPER, 1998.

3.2.1 Falhas humanas durante o projeto

O projeto de uma estrutura de concreto armado possui vários fatores que podem, ou não levar o mesmo ao sucesso desejado. Dentre estes fatores que possuem influência direta na qualidade do elemento estrutural estão: má avaliação das cargas, inadequação ao ambiente, incorreção na interação solo-estrutura e incorreção na consideração de juntas de dilatação. A seguir estes fatores serão detalhados.

3.2.1.1 Má avaliação das cargas

As cargas em uma construção qualquer devem ser avaliadas corretamente a partir de Normas que regulamentam o valor que o engenheiro calculista irá utilizar no projeto para

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dimensionar as estruturas. Caso contrário, poderão ocasionar patologias nas estruturas de concreto armado. São divididas em gravitacionais, climáticas e acidentais. Podem ser cargas gravitacionais permanentes aquelas que correspondem ao peso próprio das estruturas somados ao peso da alvenaria, pisos e revestimentos. Também podem ser gravitacionais variáveis, como aquelas que consistem em cargas que variam com o tempo, por exemplo, caixas d’agua. Cargas climáticas geralmente são vento, neve e ondas. As correspondentes ao vento são as que recebem maior atenção no Brasil, devendo ser consideradas juntamente ao peso próprio e sobrecarga nas combinações para chegar aos momentos máximos para que assim o engenheiro calculista dimensione a estrutura. Cargas de ondas agem e devem ser consideradas em pilares de pontes devido à correnteza dos rios, e cargas devido à neve são desconsideradas no Brasil. Cargas acidentais são aquelas que em geral são consideradas em situações de risco, por exemplo, choques de aeronaves em prédios altos, fundações calculadas para resistir ao máximo à ocorrência de abalos sísmicos, viadutos calculados para resistir ao choque de veículos.

3.2.1.2 Inadequação ao ambiente

A inadequação ao ambiente se refere a casos de estruturas em que o projeto é realizado de maneira correta e estruturalmente não possui falhas ou estas são insuficientes para afetar a resistência mecânica, mas devido a pouca atenção à proteção que possuem contra o meio, acabam por ter sua durabilidade comprometida. A Figura 10 mostra um exemplo de uma estrutura qualquer, que submetida à ação constante da água, poderá vir a sofrer danos, dependendo da agressividade do qual o ambiente está localizado. O modo correto mostra que pelo simples uso de uma pingadeira, este problema pode vir á ser evitado.

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Figura 10 - Estrutura inadequada ao ambiente. Fonte: SOUZA; RIPPER, 1998.

3.2.1.3 Incorreção na interação solo-estrutura

É de fundamental importância que os responsáveis técnicos pelas fundações de estruturas de concreto armado entendam e estudem as interações que as mesmas terão com o solo, pois dessa maneira somente a interação entre o solo-fundação poderá ser entendida. Anteriormente as fundações eram calculadas como sendo apoiadas em vínculos indeslocáveis, sendo desconsiderada a deslocabilidade do solo, porém muitas vezes o resultado acaba por ser muito distante da realidade física. Esta análise de interação soloestrutura é de fundamental importância para um entendimento de como os solos reagem diante dos carregamentos. A Figura 11 mostra duas sapatas com dimensões diferentes descarregando o mesmo valor de carga sobre o solo, a de área maior gera um bulbo de tensões que vai até a camada de solo mais abaixo, assim podendo provocar recalque diferencial e consequentemente danos se esta camada for de má qualidade. Acerca disto, fica provada a importância de uma análise do comportamento do solo diante de uma fundação com a mesma carga, mas com dimensionamentos distintos, uma pode sofrer danos por atingir um solo mais compressível e a outra permanecer estável (SOUZA E RIPPER, 1998).

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Figura 11 - Bulbo de tensões. Fonte: SOUZA; RIPPER 1998.

3.2.1.4 Incorreção na consideração de juntas de dilatação

Segundo Thomaz (1989), os elementos estruturais que compõem uma construção estão expostos à variação de temperatura tanto sazonais como diárias, o que leva a uma variação dimensional dos mesmos (dilatação ou contração), sendo muitas vezes restringidos por vínculos que os envolvem e por consequência geram tensões que podem provocar fissuração. Diante deste problema devem ser executadas juntas de dilatação, que são elementos que consistem em uma separação entre as partes de uma estrutura para que estas possam movimentar-se sem haver transmissão de esforços de uma para outra, agindo como corpos isolados. Podemos citar como exemplos de construções onde são aplicadas estas juntas, prédios grandes, pontes, placas de pavimentação entre outros. Em casos de ausência de juntas ou de uma má execução da mesma, provavelmente irão ocorrer problemas. Como já citado, em caso onde há a ausência provavelmente irão ocorrer fissurações, como também em casos de má execução como, por exemplo, permitir a entrada de elementos rígidos em meio à junta, ligando as duas partes que deveriam estar separadas. A Figura 12 mostra um pilar no qual houve falha no momento da concretagem, de maneira que o concreto em certa porção uniu os dois pilares de modo que com o passar do tempo e a ocorrência de variação volumétrica, inevitavelmente ocorreu uma fissuração. Neste

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caso, outras anomalias que podem vir á ocorrer são os ataques por agentes nocivos, que poderão penetrar pela fissura e causar corrosões.

Figura 12 - Falha em junta de dilatação.

3.2.2 Falhas humanas durante a utilização

Neste item são abordadas as causas que têm relação e responsabilidade direta humana, principalmente dos proprietários e utilizadores, que muitas vezes por desconhecimento ou negligência, acabam por prejudicar e aumentar a chance de ocorrência de manifestações patológicas nas estruturas por eles usadas.

3.2.2.1 Sobrecargas exageradas

As sobrecargas são causadores de patologia quando o engenheiro calculista realiza o projeto de forma a obedecer aos valores indicados pelas normas vigentes, mas que durante a utilização da estrutura são acrescidas cargas que ultrapassam a que foi usada no projeto, vindo assim a gerar patologias. Em geral, isto ocorre em depósitos em que se armazenam equipamentos pesados.

3.2.2.2 Alteração das condições do terreno de fundação

Segundo Souza e Ripper (1988), existem casos no qual as condições do terreno e da fundação são modificadas sem haver um cuidado com as construções já existentes, de modo a alterar as condições de estabilidade das estruturas e do terreno. Pode-se citar como

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modificações, o rebaixamento do lençol freático e execução de obras na proximidade de uma já existente. A Figura 13 mostra que, quando duas construções são construídas próximas, os bulbos de pressão acabam por ocupar a mesma região do solo em certa parte, enfraquecendo esta região e podendo gerar recalques diferenciais nas duas estruturas.

Figura 13 - Bulbos sobrepostos. Fonte: MILITITSKY, CONSOLI e SCHNAID, 2008 (modificado).

Ao se executar uma construção com o nível d’água próximo à superfície, pode-se solucionar este problema realizando o rebaixamento do lençol freático, assim permitindo que as escavações necessárias sejam realizadas. Toda e qualquer obra que adote este procedimento, requer a presença de um engenheiro desta área, pois qualquer falha poderá causar grandes danos em estruturas localizadas próximas ao terreno que sofrerá o rebaixamento. Segundo Marcelli (2007), o que ocorre devido ao bombeamento da água, é uma redução da pressão neutra, o que resulta em um aumento da pressão efetiva, causando o adensamento do solo e consequentes recalques na fundação da estrutura. Dessa maneira, dependendo da magnitude dos recalques, poderão ocorrer pequenas fissuras ou até mesmo levar a construção vizinha ao colapso. A Figura 14 mostra a fundação sofrendo um deslocamento devido ao recalque e as trincas que podem vir a ocorrer.

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Figura 14 - Recalques gerados pelo rebaixamento do lençol freático. Fonte: MARCELLI, 2007.

3.2.3 Ações mecânicas

Dentro das ações mecânicas serão consideradas as causas que incidem diretamente na resistência da estrutura de concreto armado. A seguir serão apresentados os choques de veículos e ações imprevisíveis como causas geradoras de patologias.

3.2.3.1 Choques de veículos

Choques de veículos podem ser causadores ou agravantes de manifestações patológicas em estruturas de concreto armado, reduzindo drasticamente a resistência mecânica e podendo levar ao colapso. Como exemplo, podem-se citar pilares e guardas de pontes atingidas por automóveis, pilares de pontes atingidas por embarcações em geral. A Figura 15 mostra o pilar de um estacionamento sujeito a choques de veículos e a Figura 16 mostra um guarda-rodas com o mesmo problema.

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Figura 15 - Pilar sujeito á choques de veículos. Fonte: SANTOS, 2014.

Figura 16 - Guarda-rodas sujeito á choques de veículos. Fonte: SANTOS, 2014.

3.2.3.2 Acidentes (ações imprevisíveis)

Consistem em ações no qual a estrutura sofre de maneira imprevisível. Geralmente são solicitações bruscas, como inundações, sismos, incêndios, choques de veículos inesperados. Atualmente no Brasil, devido a incidentes recentes e com perda de vidas humanas, o mais discutido são os incêndios. Estes têm como fatores que influenciam a intensidade e extensão, os materiais, que dependendo da sua composição tem mais ou menos combustibilidade em presença do fogo. Também deve ser considerado fator de influência, as correntes de ar que penetram pelas janelas, poços de elevador e qualquer outro vão, sendo que estas ajudam na propagação do fogo. Por último, mas não menos importante, a água, que é utilizada para combater o incêndio de modo a esfriar os elementos estruturais atingidos. O

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efeito pode ser negativo devido ao fato da estrutura absorver calor e se dilatar e a água por sua vez causa resfriamento e contrações repentinas, podendo levar a danos graves. Segundo Cánovas (1988), as mudanças que ocorrem no concreto durante o incêndio vão se dando com aumento da temperatura. Ao chegar a 100°C, a água capilar contida no interior do concreto começa a evaporar, entre 200°C e 300°C é totalmente evaporada. Entre 300°C e 400°C ocorre a perda do gel do cimento e consequentemente aparecem as primeiras fissuras. Aos 600°C aqueles agregados que não possuem o mesmo coeficiente de dilatação térmica sofrem expansão e com diferentes intensidades, assim gerando desagregação do concreto. Segundo Marcelli (2010, p. 214) “Quando se atinge temperaturas de 900°C, o cimento se encontra em risco de destruição total”. A tabela 1 mostra a redução da resistência do material concreto diante de um aumento da temperatura.

Tabela 1 – Resistência do concreto diante da elevação de temperatura. Fonte: MARCELLI, 2007.

O aço é outro material que deve ser analisado quando submetido a fogo. Este material resiste bem até 350°C, após isso há uma queda brusca em sua resistência até a ruptura como mostra a Figura 17.

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Figura 17 - Variação da resistência do aço com a elevação da temperatura. Fonte: MARCELLI, 2007.

Existem ainda outros dois importantes fatores que devem ser levados em conta quando trata-se do aço diante de incêndios, a dilatação térmica e o cobrimento. Este primeiro é devido à diferença entre o coeficiente de dilatação térmica do concreto e do aço, podendo levar à ocorrência de trincas longitudinais. O cobrimento confere certa proteção ao aço contra o calor do fogo, se o mesmo for insuficiente, o concreto acaba por trincar e permite que o aço seja atingido em menos tempo. “Cobrimentos de 3 cm dão proteção a armadura por um período inferior a duas horas, porém 5 cm de proteção já são suficientes para garantir uma proteção de 3 a 4 horas. As argamassas mistas de cimento, areia e cal, normalmente usadas em revestimentos, não tem se mostrado eficientes como proteção, por se degradarem com as temperaturas normalmente atingidas durante o incêndio”(THOMAZ 1989, p.34).

Nos incêndios geralmente são distinguidas três fases: a inicial, no qual gradualmente a temperatura sobe. A segunda fase, que é conhecida como “flash over”, no qual há a maior intensidade do fogo possível. Na terceira fase ocorre a redução gradual, até a extinção do fogo, pois os comburentes já foram queimados. Segundo Souza e Ripper (1998, p.51), “o instante mais crítico para a estrutura ocorre entre a primeira e a segunda fase, que é quando a temperatura se eleva de forma brusca, atingindo valores entre 1250°C e 1300°C”. A Figura 18 mostra como o calor se comporta durante as três fases e a duração correspondente a cada uma delas.

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Figura 18 - Fases do calor em incêndios. Fonte: MARCELLI, 2007.

3.2.4 Ações físicas Considera-se como principais ações físicas, que originam a degradação de estruturas, as variações de temperatura, incidência direta do sol e ação da água. A variação de temperatura atua como fator gerador de manifestações patológicas quando não se dá atenção aos danos que ela pode levar a um elemento estrutural. Segundo Thomaz (1989), todo e qualquer material utilizado em uma construção estará sujeito á dilatações e contrações devido à variação da temperatura. A intensidade desta variação, que qualquer elemento estrutural sofrerá varia, de material para material, podendose considerar, com algumas exceções, que as movimentações sofridas são quase sempre iguais em todas as direções. O engenheiro calculista deverá estar atento a este fato e projetar quando e se preciso juntas de dilatação para evitar o aparecimento de trincas nos elementos estruturais. Outro ponto que merece atenção quando se refere à temperatura, são as diferenças de temperatura entre uma face e outra. Por exemplo, em uma laje de cobertura ou laje de reservatórios, que sofrem forte incidência solar em sua porção exterior, acabam sofrendo um gradiente térmico, ou seja, as faces de fora e dentro tem diferentes temperaturas. Em consequência disto, sofrerão dilatações diferentes, o que poderá resultar em trincas.

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3.2.5 Ações químicas

Os agentes químicos enquanto considerados causadores de degradação extrínsecos, agem na vida útil da estrutura e atuam de modo semelhante enquanto agentes intrínsecos. Pode-se citar como alguns agressores: ar e gases, águas agressivas, águas puras, reações com ácidos e sais, reações com sulfatos e o gás carbônico quando traz o problema da carbonatação. O grande número de automóveis e indústrias, principalmente em centros urbanos, acarretam diversos problemas à sociedade. A construção civil não fica de fora deste panorama, sendo afetada devido à imensa quantidade de gases liberados nas reações de combustão. Entre estes gases que são nocivos às estruturas de concreto, temos o dióxido de enxofre e trióxido de enxofre em forma de fuligem, hidrocarbonetos e gases residuais. Há o caso da chuva ácida, que é extremamente prejudicial ao concreto e à armadura se esta estiver exposta. As águas agressivas são aquelas que carregam consigo produtos químicos ou esgotos de modo que possam vir a agredir o concreto. Segundo Neville (2013, p. 259), “O concreto atacado por sulfatos tem uma aparência característica, cor esbranquiçada, com a deterioração começando pelas bordas e cantos, seguida por fissuração e lascamento do concreto”. Tendo como causadora desta aparência a formação do sulfato de cálcio (gesso) e sulfoaluminato de cálcio que acabam por ocupar um volume maior do que os compostos anteriores os quais eles substituíram, levando a uma expansão da estrutura do concreto e consequentemente a lascamentos, fissurações, descamação, desintegração e até mesmo redução da resistência mecânica da mesma. A Figura 19 mostra uma lasca de concreto desintegrando-se do elemento estrutural e uma barragem com um lascamento considerável do seu corpo estrutural devido ao ataque de sulfatos.

Figura 19- Lascamento do concreto por ataque de sulfatos. Fonte: THOMAZ, 2013.

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Os sulfatos atacam as estruturas mais comumente reagindo com o aluminato tricálcico do cimento hidratado, conhecido como C3A e com o hidróxido de cálcio, e tem origem desde o momento em que a pasta do concreto é misturada, sendo que, enquanto a pasta não está rígida, há uma absorção dos esforços resultantes do aumento de volume, de maneira que não surjam danos. Os sulfatos mais comuns são os de cálcio, magnésio, potássio, sódio e possuem geralmente fonte água do mar, solo, águas subterrâneas, aguas poluídas por dejetos industriais, esgotos e chuva ácida. Outro agente grave de deterioração química do concreto consiste na carbonatação, que tem como seu principal responsável, a ação do gás carbônico. A seguir será explicado como se dá este processo. Cascudo (1994), afirma que o processo de carbonatação, geralmente é um condicionador da corrosão das armaduras de estruturas de concreto armado. A carbonatação consiste na redução do PH da pasta de cimento do concreto que geralmente tem valores entre 12 e 14, o mesmo possui alta alcalinidade devido principalmente ao hidróxido de cálcio que é produto resultante das reações de hidratação do cimento. Este produto juntamente com os hidróxidos ferrosos da armadura conferem uma proteção à mesma, formando uma capa passivadora. O processo tem como agente causador o gás carbônico que penetra da superfície externa para a interna, geralmente por meio da difusão. Conforme Barin (2008): “A carbonataçao é a ação do CO2, em presença de umidade e outros gases ácidos presentes na atmosfera, como SO2 e H2S , que reagem nas superfícies expostas ao concreto, com os produtos de hidratação do cimento, principalmente com o hidróxido de cálcio, composto cristalino, que forma produtos sólidos, como o carbonato de cálcio (CaCOH3 )” (BARIN 2008, p.40).

A Figura 20 mostra como ocorre o desenvolvimento da reação.

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Figura 20 - Reação da carbonatação. Fonte: CASCUDO, 1994.

Como consequência ocorre uma diminuição na porosidade do concreto, em razão de que o produto formado CaCOH3 possui volume maior do que o hidróxido de cálcio. Segundo Souza e Ripper (1998), se a carbonatação atingisse apenas a camada superficial, sem ultrapassar o cobrimento, este processo seria favorável ao elemento estrutural, pois como já dito, haveria uma diminuição da porosidade e um aumento da resistência mecânica. Porém, com a alcalinidade reduzida para valores próximos a um PH 8,5 e a armadura despassivada, o processo ao alcançar as armaduras de aço leva as mesmas a corrosão, desde que haja a presença de água e oxigênio, comprometendo seriamente a durabilidade. Conforme Cascudo (1997), a despassivação da armadura devido à carbonatação, deixa esta extremamente vulnerável á corrosão e praticamente totalmente exposta à atmosfera sem qualquer proteção.

3.2.6 Ações Biológicas

Ações biológicas podem ser agentes de degradação do concreto em casos em que a vegetação penetra por entre as falhas da concretagem ou mesmo em juntas de dilatação tornando a estrutura mais porosa e consequentemente reduzindo a resistência mecânica. Segundo Marcelli (2007), algumas estruturas apresentam trincas sem qualquer indicio de falha da parte estrutural tanto na execução como projeto. Isso pode ocorrer devido a um fator externo que pode ser as raízes de uma árvore plantada próxima à edificação de modo

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que, passado algum tempo, penetram o solo até atingirem as fundações, podendo levantar a construção quando for leve ou causar recalques diferenciais que geram trincas como mostrado na Figura 21.

Figura 21 - Trincas causadas pela proximidade com raízes de árvores. Fonte: MARCELLI, 2007.

Um caso mais raro e mais difícil de ocorrer é quando formigueiros se instalam no solo abaixo da fundação, acabando por afofar o mesmo e levando a recalques diferenciais, que gerarão patologias na estrutura.

3.3 Processos Físicos de deterioração do concreto

Como efeito direto e visível da atuação dos agentes extrínsecos e intrínsecos, os processos físicos de deterioração são muitas vezes o sincretismo dos dois últimos. A Figura 22 a seguir lista os principais processos que levam as estruturas a anomalias.

Figura 22 - Processos físicos de deterioração do concreto. Fonte: SOUZA; RIPPER, 1998 (modificada).

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3.3.1 Fissuração As fissuras geralmente consistem nas manifestações patológicas que mais chamam atenção dos leigos, devido ao aspecto anti-estético que trazem, juntamente com a sensação de insegurança. Podem ter origem nas causas intrínsecas e extrínsecas, ou na combinação de duas ou mais. Segundo Cánovas (1988), são patologias que além do próprio risco que trazem para a segurança da estrutura, também acabam por ser uma porta aberta para a ocorrência de corrosões das armaduras, já que acabam por desproteger o aço. A seguir serão apresentadas algumas das principais causas da fissuração em estruturas de concreto armado.

3.3.1.1 Contração Plástica do Concreto Em estruturas de concreto armado, a contração plástica é geralmente a primeira causa que pode gerar fissuras no elemento estrutural, devido a ocorrer logo após a concretagem. Este processo consiste na redução de volume devido à superioridade da taxa de perda da água em relação à taxa de água que foi exsudada, causada pela rápida evaporação da água que está na superfície da mistura antes mesmo do endurecimento da pasta de concreto. Geralmente sua ocorrência se dá em estruturas com grande área superficial, como as lajes (AMARAL, 2011).

3.3.1.2 Assentamento do concreto/ Perda de aderência

No momento da concretagem, a pasta irá se movimentar e se acomodar naturalmente devido ao efeito da gravidade. A fissuração poderá vir ocorrer quando o concreto for impedido pelas barras de aço e o espaço entre elas for mínimo. A formação das fissuras será tão maior quanto mais espessa for a camada de concreto. Segundo Souza e Ripper (1998), esse tipo de fissura que se forma devido ao assentamento do concreto, acarreta o efeito parede, que consiste em um vazio que é formado na parte inferior da barra de aço, assim causando uma perda de aderência e fissuras. No caso das barras estarem próximas e em grande número, poderá haver uma interação entre as fissuras, gerando um quadro mais grave.

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É relevante considerar que, além da perda de aderência, esta patologia também permite a entrada de agentes nocivos às armaduras, facilitando a corrosão. A Figura 23 mostra a perda de aderência e consequente fissuração.

Figura 23 - Perda de aderência por efeito parede. Fonte: SOUZA; RIPPER, 1998.

3.3.1.3 Movimentação de formas e escoramentos

As formas no que delimitam a geometria dos elementos estruturais podem sofrer deslocamentos por diversas causas: escoramento mal travado, dimensões e volumes muito grandes para formas de compensado, sendo mais adequado o uso de formas metálicas. Devido a isso, poderá ocorrer fissuração da peça ou uma deformação acentuada da mesma, com uma consequente perda de resistência mecânica. Marcelli (2007) afirma que em vigas, a fissuração por movimentação de formas, se dá geralmente pela ausência de travamento das bordas superiores, de modo que com o movimento e o peso que o processo de concretagem gera, a forma acaba por ficar suscetível a se deformar, com sua parte superior se deslocando para fora da viga. Em vigas altas nem mesmo o travamento superior impede a deformação, para este caso, o indicado é o uso de tirantes intermediários para evitar o “embarrigamento” da estrutura. No caso de pilares, a movimentação da forma geralmente ocorre pela falta de travamento adequado na sua base, pois é a região que o mesmo recebe a maior pressão devido ao concreto. A Figura 24 mostra uma viga, na qual é visível que houve um deslocamento, que mudou a forma original na porção indicada.

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Figura 24 - Trinca devido á movimentação das formas.

3.3.1.4 Corrosão das armaduras

A corrosão dos aços tem sido umas das principais manifestações patológicas nas estruturas de concreto armado, trazendo grandes danos e prejuízos. Devido a isso, deve-se entender este processo por completo para impedir sua ocorrência, ou ao restaurar elementos estruturais atacados, evitar que depois de curados, não sofram novamente esta anomalia. Souza e Ripper (1998) caracterizam a corrosão das armaduras como sendo a deterioração da camada passivante localizada ao redor da superfície das barras. Sendo esta película formada pelo impedimento da dissolução do ferro, devido à alta alcalinidade da solução aquosa existente no concreto. Marcelli (2007) afirma que a corrosão da armadura consiste em um processo eletroquímico, que pode ter sua eficiência aumentada por alguns fatores como: agentes agressivos externos e internos, que foram adicionados ao concreto, ou ainda que foram gerados pelo ambiente. Para a corrosão ocorrer de fato, é preciso da presença dos elementos: presença de oxigênio e umidade, e o estabelecimento de uma célula eletroquímica. Conforme Fusco (2008), ocorrem duas reações, uma anódica e outra catódica. Na reação anódica, o ferro fica carregado positivamente de modo que ocorre a dissolução dos íons Fe++ , que passam para a solução. Na solução anódica, o Ferro irá atuar como eletrodo, junto do qual os elétrons liberados pelo anodo passam à solução, formando-se desta maneira o circuito elétrico, não havendo consumo do ferro no cátodo.

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Segundo Souza e Ripper (1998), formado o efeito pilha, a corrosão terá inicio pela corrente elétrica que se dirige do ânodo para o cátodo, através da solução aquosa e do cátodo para o ânodo por meio da diferença de potencial. A Figura 25 mostra como ocorre a formação da pilha.

Figura 25 - Mecanismo de corrosão por efeito pilha. Fonte: FUSCO, 2008.

A Figura 26 mostra como ocorre o mecanismo na barra de aço.

Figura 26 - Corrosão na barra de aço. Fonte: FUSCO, 2008.

Com o processo em andamento, é notável que o mesmo evolui da periferia para o centro, de maneira que a ferrugem vai substituindo o aço. Como consequência disto, a resistência mecânica do aço é reduzida. Marcelli (2007) afirma que:

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“Nos elementos estruturais em que o aço já foi vítima do processo de corrosão, ocorre um aumento de volume em até oito vezes na parte afetada da armadura, produzindo tensões de tração que o concreto não resiste, surgindo então pequenas fissuras ao longo das armaduras situadas mais próximas da superfície do elemento” (MARCELLI 2007, p.113).

Com o surgimento da ferrugem, haverá uma expansão da armadura, de modo que o concreto sofrerá fissuração e terá sua aderência reduzida com o aço. A Figura 27 ilustra as partes do processo: primeiramente o agente agressivo penetrando o concreto, após isso as fissuras ocasionadas já devido à criação da expansão pela ferrugem, posteriormente o lascamento do cobrimento do concreto, e por fim uma redução da seção da armadura, com esta já totalmente exposta ao ambiente. Fusco (2008) cita que além do dano causado pela patologia no que diz respeito à resistência mecânica da estrutura, ainda há o agravante de facilitar a penetração de outros agentes nocivos, que podem prejudicar ainda mais as armaduras e o concreto.

Figura 27 - Processo de corrosão na armadura. Fonte: MARCELLI, 2007.

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3.3.2 Desagregação do concreto Consiste na desintegração do concreto, com este perdendo sua propriedade de aglomerante. Souza e Ripper (1998) entendem a desagregação do concreto, como a separação física do mesmo em fatias, de modo que a estrutura acaba por perder a capacidade resistente a esforços na região desagregada. Cánovas (1988) afirma que os componentes do concreto perdem sua coesão, reduzindo significantemente a resistência mecânica. Vários são os fatores que podem ser causadores da desagregação: fissuração, movimentação das formas, corrosão do concreto, ataques biológicos e o fenômeno da calcinação que consiste na perda de resistência e mudança de cor do concreto, que ocorre quando o mesmo se encontra na presença de fogo e começa a se desintegrar em uma temperatura próxima à 600º C. Os demais fatores citados já foram estudados neste trabalho. A Figura 28 ilustra uma viga em processo de desagregação.

Figura 28 - Desagregação do concreto em viga. Fonte: ARALDI, 2013.

3.3.3 Desgaste do concreto

O desgaste da superfície do concreto ocorre geralmente por abrasão, erosão, e cavitação.

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Segundo Silva (2011), a abrasão consiste no desprendimento do material superficial devido ao arraste, fricção ou atrito causado pela passagem de pessoas, veículos, ou até mesmo por partículas carregadas pelo vento. Tendo ocorrência com maior frequência em lugares de intensa circulação de pessoas e grande tráfego. A magnitude da perda das partículas depende de vários fatores tais como: baixa resistência do concreto, exsudação excessiva, cura inadequada e até mesmo ao ataque químico de agentes agressores. A Figura 29 mostra um piso desgastado pela ação da abrasiva.

Figura 29 - Piso desgastado por abrasão. Fonte: LATORRE, 2002.

A erosão se dá pelo movimento de fluídos ar ou água, os quais agem sobre a superfície do concreto de modo a desgasta-la devido à colisão que esta sofre das partículas em suspensão. Em geral, ocorre em pilares de pontes, canais de irrigação, tubulações e vertedouros. A Figura 30 mostra um pilar com sinais de erosão pela ação da água.

Figura 30 - Pilar erodido. Fonte: LATORRE, 2002.

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Outra forma de desgaste sofrida pelas superfícies é pela ação da cavitação. Este processo consiste na formação de bolhas de vapor quando a água está em alta velocidade na ordem de 12m/s. Estas bolhas quando entram em regiões de maior pressão implodem e se impactam, deixando um aspecto corroído na superfície e um efeito mais nocivo quanto maior for o número de bolhas e menores forem. Quando uma região sofre este processo, o problema se agrava devido à mesma se tornar mais propensa a sofrer novamente a cavitação, de modo que o desgaste tenha uma tendência de aumentar cada vez mais caso não for reparado (SOUZA E RIPPER, 1998). A Figura 31 mostra o dano que a cavitação causa na superfície de estruturas de concreto armado.

Figura 31 - Patologia causada pela cavitação. Fonte: LATORRE, 2002.

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4 TÉCNICAS DE LIMPEZA, REPARO E REFORÇO Este capítulo apresenta os procedimentos de preparo e limpeza que uma estrutura de concreto armado deve receber antes de ser reparada ou reforçada. Apresenta também, as técnicas mais usuais para reparo e reforço de um elemento estrutural afetado por alguma patologia e por fim apresenta técnicas de recuperação para estruturas que sofreram corrosão.

4.1 Intervenções superficiais

Consistem nas técnicas que visam o preparo do substrato para uma futura recuperação da patologia, ou ainda um desgaste superficial para que o concreto recupere seu aspecto anterior. Neste item serão abordados os seguintes procedimentos: polimento, apicoamento, lavagem com soluções ácidas, lavagem com soluções alcalinas e lavagem com jato de areia e de água.

4.1.1 Polimento

O Polimento do concreto armado é uma técnica utilizada quando a superfície da estrutura estiver demasiadamente áspera. Aspereza que pode prover de execução com baixa qualidade de formas muito desgastadas, de erro em dosagens do concreto, vibração ineficiente e também do desgaste natural que a estrutura sofre pelo seu uso natural. Este procedimento busca diminuir a aspereza da superfície, deixando a textura da mesma o mais lisa possível, evitando que partículas se desagreguem da estrutura com o passar do tempo. A adequada execução do polimento em pequenas superfícies pode ser realizada com o uso de pedras de polir ou de modo mecânico com lixadeiras portáteis. No caso de grandes superfícies deve-se optar pelo uso de máquinas de polir pesadas. Para o uso destes equipamentos, em especial das máquinas de polir pesadas, a mão de obra deve possuir conhecimento sobre a tecnologia usada para preservar a segurança do usuário e também a manutenção do equipamento. Além disto, soma-se a poluição que ocorre devido à formação de pó, que se inalado pode trazer danos nocivos á saúde de quem está executando o procedimento e demais pessoas que estiverem próximas (SOUZA E RIPPER, 1998).

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4.1.2 Apicoamento Apesar de não ser uma técnica em si de recuperação de estruturas, o apicoamento deve ser estudado por se tratar de um processo que antecede grande parte dos métodos empregados para recuperar elementos estruturais. Consiste no processo da retirada de uma fina camada de concreto da superfície da estrutura, deixando a mesma rugosa, com objetivo de proporcionar boa aderência para uma futura camada colocada sobre esta que viria para aumentar a espessura do cobrimento. O apicoamento pode ser realizado de forma manual com talhadeira e marreta leve, ou mecanicamente com o uso de martelos pneumáticos ou elétricos e ponteiros com a extremidade em forma de picador. Para escolha do equipamento a ser usado deve-se levar em conta a profundidade da camada a ser retirada e o tamanho da área, optando pela processo mecânico se as duas medidas forem grandes.

4.1.3 Lavagem com soluções ácidas

Segundo Helene (1988), consiste na lavagem de superfícies de estruturas de concreto, que visa remover tintas, graxas, ferrugens e outros resíduos que porventura venham a promover manchas. Geralmente a solução aplicada é a de ácido muriático, conhecido como ácido clorídrico comercialmente, sendo misturado com água em proporção de 1:6. Para a adequada utilização deste procedimento, deve-se certificar sque o cobrimento do concreto está conforme a especificação em projeto da estrutura ou se foi desgastado por algum motivo. No caso da espessura do cobrimento estar reduzida, a lavagem deverá ser feita com outro tipo de material devido à solução ácida ser perigosa para a superfície do concreto. Outro caso que também não convém o uso deste tipo de solução é em juntas de dilatação ou ao redor das mesmas, pois seria mais dificultosa a posterior remoção do produto aplicado. Vencidas estas exigências, o local que será lavado deverá ser molhado para prevenir que o ácido penetre no concreto. É recomendável que a aplicação seja feita em pequenas áreas com o uso de broxa. Após o fim do borbulhamento causado pela descontaminação, recomenda-se que seja feita uma lavagem de forma rigorosa garantindo a total remoção dos resíduos da solução e do material atacado. Esta lavagem deve ser realizada com o uso de amônia em água na proporção de 1:4 e posteriormente com jatos d’água (SOUZA E RIPPER, 1998).

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4.1.4 Lavagem com soluções alcalinas

A execução desta técnica se dá de maneira praticamente análoga à realizada com soluções ácidas, podendo ser feita em regiões mais próximas das armaduras. A presença de agregados reativos no concreto pode acabar gerando uma reação álcalis-agregado, extremamente nociva á estrutura que possui caráter expansivo e acaba por gerar fissuração, por isso antes de ser aplicada qualquer solução alcalina, deve-se dar atenção para este ponto. O cuidado com a aplicação e com a limpeza é semelhante (HELENE, 1988).

4.1.5 Lavagem com jato de areia e de água

Esta técnica consiste em remover as camadas superficiais que apresentem uma maior deterioração, a partir de jatos de areia ou de água, ou ainda uma mistura dos dois. O equipamento utilizado consiste em máquinas de jato ligada á um compressor. Quando a areia é usada, esta não deve apresentar matéria orgânica ou qualquer outro tipo de material. Deve também apresentar uma granulometria adequada para que não ocorra o entupimento na mangueira. Quando a água é utilizada, encontra-se normalmente em temperatura ambiente e com objetivo de remoção de camadas deterioradas para que futuramente sejam aplicados os materiais para a recuperação do elemento estrutural. Em caso de superfícies muito gordurosas, a água pode ser aquecida com adição de materiais removedores que sejam biodegradáveis. Tanto jatos de areia como de água podem ser usados simultaneamente ou um após o outro para garantir uma maior eficiência do processo (SOUZA E RIPPER, 1998).

4.2 Reparo de fissuras

Este item aborda as técnicas usadas para tratar as fissuras. É importante o prévio conhecimento de cada fissura, para que seja adotada a técnica correta. A seguir serão abordadas, a injeção e costura de fissuras.

4.2.1 Injeção de fissuras

Conforme Cánovas (1988), a injeção consiste em um método reparador de fissuras, que objetiva o preenchimento da mesma com material adequado de modo a reparar ao máximo a patologia. Deve-se atentar para o tipo de fissura á ser curada. As fissuras mortas

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são aquelas que não aumentam ou tem um aumento insignificante com o passar do tempo, não apresentam restrições quanto ao uso desta técnica. As fissuras vivas consistem naquelas em que suas dimensões variam durante o passar do tempo ou até mesmo diante de variações da temperatura, sendo assim para estas não é indicado que seja adotada a técnica de injeção, pois o concreto irá se romper de qualquer maneira em outro ponto ou no mesmo lugar. Na maioria das vezes que este método é aplicado, usam-se resinas epóxi, material no qual apresenta boa aderência, baixa viscosidade, boa resistência e que não sofre retração. Segundo Figueiredo (1989), deve ser realizada com o auxílio de uma furadeira, a abertura de furos com diâmetro entre 8mm e 10mm, espaçados de 20 à 50 centímetros um do outro sem que passe 1,5 vezes o valor da profundidade da fissura, e nestes furos devem ser colocados bicos metálicos ou de plástico de diâmetros um pouco menores que os mesmos. Pelos tubos o produto será injetado. Posteriormente é realizada uma limpeza dos tubos que foram abertos, assim como de toda a fissura e suas bifurcações, objetivando a remoção das partículas soltas, poeira e eventualmente outros materiais presentes. Esta limpeza pode ser executada com escova de aço, juntamente com jatos de ar comprimido e aspiração de resíduos soltos ainda permanentes. Após isso deve ser realizado o selamento da fissura por toda sua extensão com massa ou cola epóxi, sendo espalhada com colher de pedreiro, espátula ou artefato semelhante. Este processo selante promove uma separação entre o meio externo e a abertura da fissura. Para dar continuidade à técnica deve se transcorrer no mínimo doze horas até que o selante esteja seco. Antes da injeção ocorrer deve ser feito um teste com ar comprimido entre os tubos de modo a averiguar a qualidade da selagem e se está havendo ligação entre ambos. Não havendo, devem ser abertos novos furos e o teste se repetir até que a passagem do ar esteja desobstruída, ou até mesmo selar novamente caso este seja o problema. O sistema estando pronto e apto a ser injetado, deve receber a resina no ponto de cota mais baixa aplicando-se uma pressão até que a mesma saia no segundo ponto de cota mais baixa. Assim deve ser repetido em todos os demais tubos. A Figura 32 ilustra toda a sequência de execução relatada.

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Figura 32 - Procedimento de injeção de figuras. Fonte: FIGUEIREDO, 1989.

4.2.2 Costura de fissuras É um processo que se constitui na colocação de armaduras de aço chamadas grampos em fissuras que tem como finalidade agirem como pontes entre as duas partes do concreto separadas pela fissuração. A Figura 33 mostra uma estrutura grampeada. A execução se dá primeiramente pela introdução dos grampos em furos previamente feitos, enchendo os espaços que sobram com epóxi ou argamassa. Os grampos devem ser dispostos com inclinações diferentes, de forma a não ficarem em linha, para que o esforço que for transmitido não seja exercido em um plano somente. A costura é de discutível aplicação quando a fissura não ocorre em linha isolada, pois desse modo estaria aumentando a rigidez da peça naquela região e se o esforço que causa a fenda tiver continuidade, ocorrerá uma nova fissura em uma região próxima. Ao utilizar-se esta técnica de reparo, a partir da utilização de grampos, deve-se estar atento ao caso de repararmos fissura e trincas, e esta se deslocar para outra parte da estrutura com o aparecimento de outras fissuras ou prolongamento das mesmas. Isto sendo diagnosticado, é aconselhado que seja realizada uma análise criteriosa se é ou não vantajoso usar o método (CÁNOVAS, 1988).

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Figura 33 - Reparo de uma fissura por costura. Fonte: SOUZA; RIPPER, 1998.

4.3 Reforço em estruturas de concreto armado Neste item serão abordados, os reforços em estruturas de concreto armado, que objetivam aumentar a capacidade portante de determinada estrutura, ou regenerar a mesma em caso de diminuição devido à incidência de alguma manifestação patológica. A seguir serão apresentados os seguintes métodos: reforço mediante chapas de aço coladas, reforço mediante fibras de carbono, reforço mediante aumento da seção transversal, reforço mediante uso de perfis metálicos e reforço mediante protensão externa.

4.3.1 Reforço mediante chapas de aço coladas

Segundo Reis (2001), esse é um método que consiste na colagem de chapas de aço coladas através de resinas epóxi e uso de parafusos auto fixantes que conferem solidariedade ao elemento estrutural reforçado, além disso, não traz grandes mudanças nas dimensões e aspecto arquitetônico do mesmo. A colagem não pode ser feita em superfícies que estejam úmidas. Pode-se citar como vantagem deste método, a praticidade que acaba por tornar a execução rápida e também a leveza do material. Como desvantagem, estas chapas apresentam baixa resistência em caso de altas temperaturas e acabam por esconder fissuras na seção em que estão fixadas.

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Para Cánovas (1988), a simplicidade da execução do método, muitas vezes acaba por causar uma negligência em alguns detalhes simples, que podem comprometer a eficiência do reforço. A união da chapa com o concreto deve ser realizada de tal modo que ao fim do processo, o conjunto trabalhe com as tensões previstas sem descolar em nenhuma região. Outro detalhe importante consiste na formulação epóxi a ser utilizada. Uma formulação que possua rigidez muito elevada poderá encontrar problemas diante dos esforços cortantes nas extremidades das chapas, fazendo com que as mesmas não mais trabalhem da forma desejada. Beber (2003) cita como desvantagem das chapas de aço coladas como reforço estrutural à suscetibilidade à corrosão que as mesmas apresentam após um longo período de exposição, principalmente na região da interface adesivo/chapa, comprometendo a aderência do conjunto. Souza e Ripper (1998) destacam a importância de uma resina que possua alta capacidade de aderência e resistência mecânica, assim como a placa de aço que deverá passar por um processo de decapagem a jato abrasivo para potencializar a sua capacidade aderente. Outro ponto fundamental para obter o resultado esperado, é dar atenção ao cobrimento da estrutura. Se este possuir espessura muito pequena ou mesmo se estiver lascando, irá praticamente inutilizar a placa de aço que estará colada sobre si. Esta técnica é mais comumente usada para reforço de pilares e vigas. A Figura 34 ilustra uma estrutura reforçada com chapas de caço coladas.

Figura 34 - Reforço estrutural com chapas de aço coladas. Fonte: REIS, 2001(modificado).

4.3.2 Reforço mediante fibras de carbono As fibras de carbono são obtidas a partir do tratamento térmico (carbonização) de fibras de polímeros orgânicos em elevadas temperaturas.

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Segundo Beber (2003), as fibras de carbono são uma das soluções mais indicadas atualmente para reforço de estruturas de concreto armado devido ao alto desempenho diante do esforço mecânico e devido á uma considerável redução das dimensões dos elementos usados para recuperar a patologia. Algumas das vantagens que este método traz são: • Boa resistência e rigidez mesmo em altas temperaturas. • Apresenta boa resistência diante do ataque de ácidos, base, solventes e diante da presença de umidade. • Ótima relação custo benefício diante de outros materiais utilizados como reforço. • Apresenta as maiores relações entre resistência e rigidez com seu peso próprio. • Leveza do material, sendo que é a técnica que menos necessita de esforço humano para ser executada. É mais prática inclusive que as chapas de aço coladas. Reis (2001) destaca como um grande diferencial de outros materiais, o antimagnetismo que acaba por aumentar o campo de aplicação deste reforço em hospitais e clínicas médicas devido estes usarem equipamentos com raio-X. Arquez (2010) cita que há uma desvantagem quanto ao uso deste método em estruturas com manifestações patológicas, pois o concreto devido à sua baixa resistência à tração e ao cisalhamento acaba por provocar o desprendimento da folha de carbono antes que esta consiga alcançar o máximo de sua eficiência. Esse desprendimento é chamado de “peeling” por ser superficial e pode ocorrer entre o material de reforço e a resina, entre a resina e o concreto ou ainda devido a um cobrimento muito pequeno do concreto que leva este a sofrer lascamento do restante da estrutura. Por isso é importante que haja um conhecimento prévio da estrutura e se esta obedece aos valores de cobrimento exigidos por norma. As fibras de carbono consistem em uma técnica extremamente versátil de reforço estrutural. Podem ser usadas em diversas estruturas e fabricadas nas mais variadas formas. A Figura 35 ilustra o reforço com lâminas de carbono em um pilar, chaminé, vigas e um túnel.

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Figura 35 - Estruturas reforçadas com lâminas de concreto. Fonte: REIS, 2001(modificado).

Segundo Souza e Ripper (1998), a qualidade da execução do reforço influenciará diretamente no desempenho que o elemento estrutural reforçado irá apresentar, sendo dividida em duas etapas; a primeira diz respeito a uma preparação adequada da superfície para que esta esteja apta a receber o reforço e a segunda, a aplicação do material em si. A Figura 36 mostra a sequência completa que deve ser executada ao usar este tipo de método de recuperação de estruturas de concreto armado. Primeiramente, a superfície deve ser deixada de forma rugosa, sendo usado para isto o equipamento esmeril, após isso, a Figura 36 mostra a aplicação de dois produtos com intervalo de uma hora aproximadamente entre um e outro. O primeiro consiste no primer, que terá como função preparar a superfície e garantir uma maior adesão do próximo produto. O segundo consiste na resina de colagem, responsável pela colagem da folha de carbono que é aplicada na sequência. Após coladas as folhas sobre ao estrutura tratada e na forma especificada em projeto, é aplicada uma última camada que consiste na resina de revestimento.

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Figura 36 - Sistema de aplicação das folhas de carbono. Fonte: SOUZA; RIPPER, 1998.

Higuero (2010) apresenta os principais campos de atuação no qual as folhas de carbono são usadas: a) Reforço à Flexão: Para reforçar vigas e lajes submetidas à flexão, o recomendável a ser usado são os laminados retos e em alguns casos o tecido. Para uma boa eficiência é preciso que a resina que une os laminados a superfície de concreto seja bem aplicada, para que o reforço haja na zona de tração sem descolar. Esta resina irá transmitir o esforço cortante de um material para o outro. b) Reforço por confinamento: Para reforçar elementos submetidos à compressão simples ou composta, como em pilares por exemplo, a simples colagem das lâminas não é indicada, pois são muito esbeltas e poderiam acabar sofrendo flambagem. Devido a isto, o indicado é usar os tecidos de fibra de carbono devido à sua facilidade de se moldarem a diferentes formas geométricas. Com estes tecidos pode-se colocar várias camadas de modo a confinar o elemento estrutural, para que a partir do momento em que a estrutura começar a se comprimir, pela Lei de Poison a mesma tende a se dilatar transversalmente. Neste momento o reforço começa a trabalhar para impedir esta dilatação transversal. A Figura 37 mostra um pilar confinado.

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Figura 37 - Pilar confinado por lâminas de fibra de carbono. Fonte: HIGUERO, 2010.

c) Reforço ao cortante O reforço ao cortante consiste na colagem de laminas de carbono na região transversal do elemento estrutural. A Figura 38 mostra duas vigas reforçadas com laminas de carbono ao esforço cortante cada uma com uma disposição.

Figura 38 - Viga reforçada ao cortante, por lâminas de fibra de carbono. Fonte: HIGUERO, 2010.

d) Reforço de muros O reforço de muros com materiais de fibra de carbono é o mais difícil de ser encontrado, porém são estruturas que são submetidos a esforços longitudinais como a do vento e também a esforços verticais como a gravitacional. Para este caso o indicado é o sistema com tecido de fibra de carbono.

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4.3.3 Reforço mediante aumento da seção transversal

O aumento da seção transversal da estrutura consiste em um método mais simples do que aqueles que necessitam da adição de outro material como, por exemplo, o reforço com perfis metálicos, chapas de carbono, tirantes, etc. Aqui o elemento estrutural será reforçado com o próprio concreto e armaduras. Deste modo o processo em si acaba sendo vantajoso do ponto de vista econômico. Conforme Takeuti (1999), esta técnica quando aplicada de maneira adequada principalmente em pilares e vigas, traz uma boa eficiência, porém possui o inconveniente de aumentar as dimensões da estrutura de modo a interferir muitas vezes no aspecto arquitetônico do projeto. Outra desvantagem também é o tempo que se deve esperar para que o concreto atinja a resistência esperada, de modo a não utilizar o reforço até que esse tempo seja cumprido. Cánovas (1988) indica que para pilares a espessura adicional de concreto não seja menor do que 10 centímetros, podendo ser de mais ou menos 6 centímetros quando se dispõe de superplastificantes e se limita o tamanho do agregado em 20 milímetros. A execução deste método deve ser feita inicialmente apicoando a superfície da estrutura, limpando os restos e o pó que sobrar de maneira á deixar o mais limpo possível. A seguir é adicionada uma resina epóxi com função de gerar uma boa união entre a camada antiga e a camada nova de concreto. Outra boa maneira de aumentar a aderência seria eliminar alguns trechos de concreto com profundidade entre 3 a 4 centímetros de modo a produzir assim reentrâncias no mesmo, o que facilitaria a ligação entre o pilar e o reforço. Quando a manifestação patológica no pilar fizer com que o mesmo atinja no máximo 45% de sua capacidade resistente, deve-se escorar as estruturas que se apoiam no pilar e posteriormente remover a parte do concreto que esteja porventura deteriorada e adicionar estribos de bitola mínima 8 milímetros com um espaçamento mínimo de 10 centímetros da área afetada. Em casos de sismos, onde a capacidade resistente do pilar pode chegar a ser reduzida para até 10%, o escoramento é executado e o concreto deteriorado retirado. Novas barras de aço de mais ou menos 10 milímetros são adicionadas à estrutura, mas separadas das antigas por meio de barras que terão objetivo de ligar e transmitir esforços entre ambas. São colocados estribos de 8 milímetros de diâmetro, afastados 5 centímetros da parte danificada e 10 centímetros do restante. O aumento que o pilar terá de espessura será em torno de 7 a 10 centímetros no caso de ser adicionada apenas uma camada. No caso de duas camadas, o aumento será de 10 a 15 centímetros.

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Segundo Araldi (2013), uma maneira de aumentar a aderência entre a camada antiga e a camada á ser adicionada de concreto, seria usar adesivos epóxis. Além disso, o uso de pinos que interliguem as duas camadas confere uma maior união por resistirem aos esforços cisalhantes. A Figura 39 (a) mostra um pilar e a Figura 39 (b) uma viga, em processo de execução de aumento da seção resistente, já com os estribos adicionais fixados nas estruturas.

Figura 39 - Aumento da seção em pilar (a); Aumento da seção em viga (b). Fonte: ARALDI, 2013.

O aumento da seção transversal de uma viga ocorre da mesma maneira que foi explicado para o pilar. O concreto antigo deve ser apicoado para garantir uma maior aderência do concreto á ser adicionado. Almeida (2001) lista duas maneiras de aumentar a seção quando o reforço ocorre devido ao momento fletor: • Apicoar o concreto na face inferior até encontrar os estribos e soldar as novas barras a ele, posteriormente as formas são montadas e o novo concreto adicionado. • Abrir sulcos na viga na região tracionada e inseri-los ao lado dos originais. Os espaços devem ser preenchidos com argamassa epóxi. Para aumentar a resistência ao esforço cortante, sulcos devem ser abertos e estribos adicionados, sendo posteriormente preenchidos por argamassa epóxi. Souza e Ripper (1998) apresentam outra maneira de aumentar a seção de uma viga para reforça-la. Se dá pelo aumento da altura da viga na sua face superior Figura 40, o que causa um aumento no braço de alavanca do momento resistente, assim como a capacidade portante.

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Figura 40 - Aumento da viga na face superior. Fonte: SOUZA; RIPPER, 1998.

4.3.4 Reforço mediante uso de perfis metálicos

Segundo Souza e Ripper (1998), o método de reforço com perfis metálicos consiste em um sistema de encamisamento, onde a capacidade resistente é transferida do elemento estrutural de concreto armado para o aço. Tendo seu uso principalmente em pilares e vigas. Conforme Takeuti (1999), este método deve ser usado apenas caso todos os outros já tenham sido esgotados, devido à dificuldade e detalhes que o mesmo exige no momento da execução. A técnica de reforço de pilares de concreto armado mediante o emprego de perfis metálicos se dá pela fixação de cantoneiras nos quatro cantos do mesmo e sendo estas unidas por barras metálicas que serão soldadas e dispostas na horizontal. As partes superiores e inferiores tem seu limite em um capitel e base metálica respectivamente, sendo fixadas por epóxi sob a superfície previamente lixada Figura 41. Na execução, deve-se tomar cuidado para que todas as peças tenham uma perfeita união, evitando ou minimizando ao máximo que haja folga entre as mesmas. Caso contrário, as cargas do pilar apenas serão transferidas para os perfis metálicos quando o mesmo já estiver em ruptura.

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Figura 41 - Reforço com perfil metálico em pilar. Fonte: CÁNOVAS, 1988.

É indicado que o reforço metálico tenha continuidade até chegar à fundação da estrutura. Cánovas (1988) cita que em vigas continuas, esta continuidade poderá ser alcançada com o uso de laminados de aço soldados, de modo a se localizarem em duas faces do pilar e estas sendo opostas uma a outra como mostra a Figura 42 (a) Em caso de as vigas cortarem o pilar perpendicularmente, a junção se dará pelo uso de cantoneiras localizadas nos quatro cantos como mostrado na Figura 42 (b). Quando não houver continuidade do reforço metálico, deve ser realizada uma análise do puncionamento e cortante sobre a laje que podem vir a gerar fissuração da mesma.

Figura 42 - Continuidade com chapas (a); Continuidade com perfis (b). Fonte: CÁNOVAS, 1988.

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No caso de vigas, usa-se perfis metálicos para reforçá-las tanto à flexão como ao cortante a partir do uso de cantoneiras que são unidas por presilhas. A execução ocorre de forma análoga ao processo explicado no uso desta técnica em pilares.

4.3.5 Reforço mediante Protensão Externa Consiste em um tipo de reforço no qual forças externas serão adicionadas a estrutura a partir do uso de cabos e tirantes com finalidade de contribuir na capacidade resistente do elemento estrutural que necessita ser reabilitado devido a falhas no projeto ou na execução, e ainda pelo uso inadequado. Segundo Cánovas (1988), este técnica de reforço traz como grande vantagem sobre as demais, a não necessidade de deformação do elemento estrutural para que a protensão em si haja para manter o equilíbrio desejado. Ou seja, deformações maiores não terão que ocorrer para que o reforço trabalhe. Caso contrário em muitos casos a estrutura afetada irá deformar até que a solução adotada entre em trabalho, podendo até mesmo inutilizar a mesma em relação aos seus fins funcionais. Beber (2003) cita outras vantagens que o método traz: • Em caso de erro ou ainda por mudança da condição inicial, a aplicação deste método nos possibilita futuramente alterar alguma característica. • Possibilita que a estrutura trabalhe conjuntamente com o concreto armado e com o elemento protendido adotado. • Simplicidade de execução. • Possibilidade de reposição dos tirantes utilizados. • Ausência de preocupação com cobrimento para os cabos. Como desvantagens cita-se, a vulnerabilidade diante da ação do fogo, a corrosão eletroquímica dos cabos, e o vandalismo. Segundo Souza e Ripper (1998) lista e ilustra alguns casos de patologias em que o uso de protensão externa é usada como reforço para curar a estrutura. • Na Figura 43 (a), o tirante age como uma costura, aplicando a deformação de modo que esta seja contrária à deformação que esta causando a fissura. • Na Figura 43 (b), a protensão age redistribuindo a carga. Alivia uma estrutura que esteja com problema, descarregando em outras. • Na Figura 43 (c), a protensão age de modo á aumentar a capacidade de carga de um elemento estrutural.

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Figura 43 - protensão para costura (a); protensão para alivio de carga (b); protensão para aumento da capacidade de carga (c) Fonte: SOUZA E RIPPER, 1998 (modificada)

4.4 Recuperação de estruturas corroídas

São apresentados a seguir alguns métodos de reparo de uma estrutura de concreto armado que sofreu corrosão, sendo eles: remoção eletroquímica dos cloretos, controle do processo catódico e proteção catódica (CASCUDO, 1994). Andrade (1992) cita que, para recuperar uma estrutura nesta situação, deve ser feita uma escolha entre reparar inteira ou apenas na região afetada. De modo que há duas desvantagens na escolha de reparar apenas as regiões afetadas: • O aspecto estético será modificado, já que a região reparada, dificilmente atingirá o mesmo tom de cor da região sã. • Mesmo não demonstrando sinais de corrosão, alguns trechos podem estar sendo corroídos. No momento em que as frações atingidas são recuperadas, estas podem começar aagir como cátodo diante daquelas regiões que não foram reparadas, assim fazendo com que estas tenham uma corrosão ainda mais rápida. Com isto trazem um grande prejuízo ao usuário da estrutura, que precisará aplicar o método novamente a fim de reparar a nova parte com problemas de corrosão. Segundo Cascudo (1994), quando o processo de corrosão é ocasionado por cloretos, deve ser aplicada a técnica de remoção eletroquímica de cloretos, a partir do uso de um ânodo de metal nobre, resinas de troca iônica e uma fonte de corrente contínua. O material que contem resinas de troca iônica, é colocado sobre o concreto e sobre o mesmo, é colocado o metal nobre. A fonte conecta-se ao metal e também à armadura, de modo a ocorrer uma diferença de potencial entre os dois, sendo o metal nobre, o ânodo, e a armadura, o cátodo. Por fim, o que temos como resultado deste processo é uma atração dos íons Cl- negativos para o ânodo, que apresenta carga positiva, e um aprisionamento dos mesmos pela resina. Este é

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um método que traz alguns problemas devido ao alto custo e por não conseguir a remoção dos cloretos com 100 % de eficiência. Outro método de reparo é o controle do processo catódico, cujo objetivo consiste no impedimento do acesso de elementos nocivos e desencadeadores da corrosão, às armaduras, por meio da vedação com o uso de revestimentos especiais com ação seladora. Como principais elementos nocivos, pode-se citar o oxigênio, cloretos e gás carbônico. Andrade (1992) aponta como uma desvantagem deste método, no caso em que a remoção dos agentes nocivos, não tenha sido realizada de maneira satisfatória, pode acabar apenas retardando o processo de corrosão , que continuará ocorrendo. A eliminação do eletrólito consiste na tentativa de minimizar ao máximo a presença da água presente nos poros do concreto, sendo um método extremamente difícil de atingir o sucesso. Por fim o último método de reparo, a proteção catódica, objetiva a diminuição dos potenciais das armaduras para valores negativos, a partir de um processo eletroquímico, em que a armadura é o cátodo e assim permanece protegida da ação da corrosão. O método pode ser realizado de duas maneiras, método galvânico e método por corrente impressa. Independente do método escolhido, deve-se retirar pelo menos a região afetada pela corrosão, realizar uma limpeza nas armaduras com jato de areia e preparar a superfície do concreto que irá receber a nova camada, umedecendo a mesma e procurando criar uma aderência por meio do apicoamento e uso de resinas, ou até mesmo utilizar chumbadores ancorados, servindo de união entre o concreto velho e novo (ANDRADE, 1992).

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5 CARACTERÍSTICAS DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO O presente capítulo, objetiva apresentar algumas manifestações patológicas comuns em estruturas de concreto armado, identificando cada uma por suas configurações próprias, e apontando as origens das mesmas.

5.1 Fissuras em viga por flexão

Esta manifestação patológica em vigas de concreto armado se caracteriza por fissuras perpendiculares à linha de tração da estrutura, estas são maiores e mais acentuadas tanto quanto maior for o esforço de tração e tanto quanto maior for a insuficiência da armadura. Segundo Thomaz (1989), são fissuras que se localizam perpendicularmente aos esforços de tração, sendo praticamente verticais no terço médio do vão e possuem aberturas maiores em direção à face interior no qual a viga está sofrendo maior valor de tração Figura 44. Nos apoios as fissuras tem inclinação próxima a 45° com a horizontal, devido ao esforço cortante. Em vigas altas a inclinação tende a ser 60°. Estas fissuras têm início na zona submetida a tração e ao se aproximarem da linha neutra diminuem de tamanho, até desaparecerem na compressão. Tem como fator causador a insuficiência de armadura responsável por resistir á tração, o erro pode ter ocorrido na concepção do projeto ou na execução, tanto por negligência, como por falta de conhecimento.

Figura 44 - Fissuras causadas pela flexão em viga. Fonte: ARALDI, 2013.

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5.2 Fissura em viga por esmagamento do concreto

Fissuras localizadas na zona de compressão e paralelas ao eixo da viga, geralmente têm como causa o esmagamento do concreto. Segundo Thomaz (1989), esta é uma típica configuração de vigas superarmadas confeccionadas com concreto de baixa resistência, assim originando as trincas na zona comprimida da viga Figura 45, com caráter de esmagamento do concreto.

Figura 45 - Fissuras de esmagamento em viga. Fonte: CÁNOVAS, 1988.

5.3 Concreto Segregado ou mal vibrado

Esta patologia se caracteriza pela formação de vazios que tem como origem a vibração incorreta da mistura, processo este que é feito durante a concretagem e tem como objetivo a retirada do ar que está na massa de concreto. Traz como consequência um enfraquecimento na área e consequentemente uma redução da resistência mecânica da estrutura de concreto como um todo, também permitindo a entrada de outros agentes prejudiciais ao concreto e ao aço, causando corrosão deste último. Segundo Marcelli (2007), apesar da importância mostrada com relação à vibração do concreto, deve-se ter em mente que um excesso de vibração pode ser pior do que a falta de vibração, pois pode provocar uma segregação dos agregados e afloramento superficial da água de hidratação do cimento. Isso costuma ocorrer quando se trata de concreto aparente e o operário vibra além do necessário na tentativa de conseguir uma superfície bem lisa. A Figura 46 mostra uma estrutura onde ocorreu a segregação.

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Figura 46 - Nicho de segregação. Fonte: SANTOS, 2014.

5.4 Fissuras em lajes devido à punção A anomalia apresentada a seguir geralmente se dá em elementos de pouca espessura, que é o caso da Figura 47 em que a laje se apóia diretamente no pilar, fazendo com que surjam fissuras em volta do mesmo, podendo levar ao colapso. Segundo Marcelli (2007), as trincas de punção surgem por vários fatores: • quando há excesso de carga; • concreto com resistência inadequada; • laje muito delgada; • armadura insuficiente ou mal posicionada junto aos apoios; • erro de projeto; • falha na execução.

Figura 47 - Fissuras em laje devido à punção. Fonte: REBELLO, 2010.

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5.5 Fissuras devido à retração plástica

Esta manifestação ocorre quando o concreto ainda está em sua fase plástica, logo após o lançamento do concreto nas formas e tem como fator principal a rápida perda de água. Os agregados graúdos e miúdos, devido a maior densidade, acabam por descer e a água sobe para superfície, o que é chamado de exsudação. Esta água acaba por ser evaporada, tanto mais rápido, quando maior for a temperatura, menor umidade e maior a ação do vento. Outro modo do concreto perder a água é pela absorção das formas, por isso é interessante que os responsáveis mantenham as mesmas molhadas antes da concretagem. Desta maneira, a mistura irá variar de volume, resultando no surgimento de fissuras que são geralmente contínuas e paralelas entre si como mostrado na Figura 48 (AMARAL, 2011).

Figura 48 - Fissuras em laje devido á retração plástica. Fonte: AGUIAR, 2011.

5.6 Fissura em viga devido ao cisalhamento

Esta patologia ocorre com o surgimento de fissuras diagonais onde o esforço cortante é máximo. Ocorrem devido à falta de seção de concreto suficiente ou falta de armadura resistente ao cisalhamento Figura 49, podendo ter sua falha no projeto ou na execução da viga. As fissuras têm seu início onde a viga está apoiada e terminam na região onde a carga está sendo aplicada.

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Figura 49 - Fissuras de cisalhamento em viga. Fonte: CÁNOVAS, 1988.

5.7 Fissuras no concreto devido à torção Segundo Marcelli (2007, p 105), “Quando uma peça de concreto está submetida a um esforço de rotação em relação a sua seção transversal, podemos dizer que ela está sofrendo uma torção”. É devido a esta torção que surgem as trincas com uma inclinação de 45° como mostrado na Figura 49 e aparecem nas duas superfícies laterais da viga.

Figura 50 - Fissuras a 45° causadas pela torção. Fonte: MARCELLI, 2007

Tem como principal ocorrência em sacadas, vigas ou lajes que possuem flechas excessivas e se apoiam em outra viga, causando rotação nesta última ou ainda em vigas que tem lajes em balanço do tipo marquise engastadas apenas nelas mesmas. A Figura 50 mostra o caso de algumas vigas apoiadas em uma maior de modo a gerar rotação e consequentemente trincas. A outra mostra o caso da laje em balanço, podendo causar este problema.

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Figura 51 - Torção em viga e laje. Fonte: MARCELLI, 2007.

5.8 Fissuras de juntas de concretagem em pilar A fissura ilustrada na Figura 18, com localização no topo do pilar e na face inferior da laje, possui a configuração típica de uma patologia que tem origem na junta de concretagem. Helene (1988) aponta como principal fator do surgimento da fissura, o topo do pilar com excesso de nata de cimento, ou seja, devido à ocorrência da exsudação, aquela região da estrutura acabou enfraquecida.

Figura 52 - Fissura devido à junta de concretagem em pilar.

5.9 Fissuras causadas pela reação álcalis agregado

Está patologia tem como origem a reação que se dá entre componentes dos agregados e componentes do cimento. Visualmente identifica-se pela fissuração na superfície

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de concreto, geralmente em forma de mosaico. A Figura 53 mostra um bloco de concreto armado que sofreu esta reação e está desencadeando fissuras que são bastante peculiares a este tipo de anomalia. Outro vestígio desta patologia ocorre quando o gel de sílica que é produto da reação exsuda através das fissuras, deixando marcas nas mesmas como na Figura 54.

Figura 53 - Fissuras em bloco de concreto armado devido á reação álcalis-agregado. Fonte: LUCCA, 2010.

Figura 54 - Gel de sílica devido á reação álcalis-agregado. Fonte: LUCCA, 2010.

5.10 Corrosão em pilar

A Figura 55 apresenta uma aparente desagregação do concreto, com desplacamento da camada de cobrimento. Apresenta ainda armaduras expostas. Segundo Helene (1988), a manifestação patológica ilustrada consiste em corrosão generalizada, tendo como principais causas: • Concreto de resistência baixa • Cobrimento insuficiente

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Figura 55 - Corrosão em pilar. Fonte: ANDRADE, 1992.

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6 CONCLUSÃO

O presente trabalho apresentou um estudo sobre patologia do concreto armado, ou seja, realizou um levantamento das principais manifestações patológicas que agem prejudicando estruturas, bem como apontou os sintomas, origens, causas e danos que as mesmas irão sofrer no futuro. Como foi visto, são inúmeras as causas e origens que levam uma estrutura a problemas patológicos. Podendo estas se originar nas fases de projeto, execução e utilização de um elemento qualquer. As causas foram divididas em três grandes grupos: causas intrínsecas, extrínsecas e processos físicos de deterioração, para que assim possa haver um melhor entendimento de que uma manifestação patológica pode se originar devido a fatores externos, internos ou ainda da combinação de ambos. Ficou claro que as causas são inúmeras, passando por problemas na constituição química dos materiais, fenômenos da natureza como a sazonalidade, erros humanos tanto no projeto como execução devido à negligência ou falta de qualidade, até ataques biológicos e de agentes agressivos às armaduras e ao concreto. Foram apresentadas diversas manifestações patológicas com configurações próprias de cada uma, atentando para a importância do conhecimento técnico, para um correto diagnóstico. Outro ponto importante levantado foi uma série de terapias para reparar e reforçar as estruturas de concreto armado afetadas por algum problema patológico. Ficou nítido que apesar de novas tecnologias surgirem para facilitar a recuperação, todas sem exceção apresentam desvantagens e alguns problemas que a ciência ainda terá que solucionar para chegar a um resultado satisfatório. O estudo de caso neste trabalho foi realizado em uma obra localizada dentro da UFSM, com o objetivo de diagnosticar manifestações patológicas, a partir dos conhecimentos adquiridos em toda pesquisa feita. Sem dúvidas foi um dos momentos da graduação em que mais adquiri conhecimento prático, devido à procura que realizei em diversas edificações já construídas e algumas que estão em andamento. Conclui-se que há uma grande necessidade pela busca de qualidade na construção civil, assim como em qualquer outra área da engenharia civil. É preciso entender que para uma estrutura de concreto armado alcançar um bom nível, com a ausência de manifestações patológicas, todas as áreas envolvidas, desde a mão de obra de execução e os projetistas, os materiais utilizados, o conhecimento sobre o solo e o ambiente no qual se deseja construir,

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devem estar em harmonia de excelência. Pois de nada adianta haver um bom quadro humano na área da execução, se os materiais utilizados são de baixa qualidade e procedência desconhecida. Para evitar a ocorrência de problemas patológicos, todos os aspectos devem andar juntos e possuírem um padrão mínimo de aceitação. O estudo das terapias juntamente com o estudo de caso, corroborou ainda mais a necessidade de se evitar as manifestações patológicas, pois demonstrou a dificuldade que se tem em executar alguns reforços e recuperações, que dependem de uma mão de obra especializada, dos materiais empregados, e muitas vezes das condições climáticas, como por exemplo a umidade. Esse quadro acaba também, por obrigar os técnicos da área a estar em constante pesquisa, estudo e aprendizado, sempre atento às evoluções e tendo em mente que é “sempre melhor prevenir do que remediar”, o que abre um promissor mercado de trabalho, com grande crescimento da demanda.

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