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PATOLOGIAS NAS ESTRUTURAS EM CONCRETO SUMÁRIO NOSSA HISTÓRIA 1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 2. CONCEITO DE PATOLOGIA DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO ...... 3. PATOLOGIA GERADA NA ETAPA DE CONCEPÇÃO DA ESTRUTURA (PROJETO) ................................................................................................................... 4. PATOLOGIA GERADA NA FASE DE EXECUÇÃO DA ESTRUTURA (CONSTRUÇÃO) .......................................................................................................... 5. PATOLOGIA GERADA NA FASE DE UTILIZAÇÃO DA ESTRUTURA (MANUTENÇÃO) .......................................................................................................... 6. PRINCIPAIS PROCESSOS DE DEGRADAÇÃO .................................................... 6.1 Causas mecânicas de deterioração ..................................................................... 6.2 Causa físicas de deterioração .............................................................................. 6.3 Causas eletroquímicas de deterioração – corrosão das armaduras .................... 7. PRINCIPAIS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS NAS ESTRUTURAS DE CONCRETO .................................................................................................................. 7.1 Ninhos de concretagem/segregação do concreto ................................................ 7.2 Fissuras de assentamento plástico ...................................................................... 7.3 Fissuras de retração por secagem ....................................................................... 7.4 Fissuras por movimentação térmica..................................................................10 7.5 Fissuras devido ao detalhamento insuficiente do projeto e falhas de execução....................................................................................................................10 7.6 Fissuras devido aos carregamentos.................................................................10 7.7 Fissuras devido a recalques de fundações.......................................................11 8. ETAPAS DE RECUPERAÇÃO.......................................................................................................11 8.1 Tratamento de fissuras: injeção selagem e grampeamento.............................12 8.2 Reparos superficiais.........................................................................................12 8.3 Reparos semi-profundos..................................................................................12 8.4 Reparos profundos...........................................................................................13 9. ALTERNATIVAS PARA REPAROS EM PROCESSOS CORROSIVOS...........................................................................................................14 Referências ................................................................................................................... NOSSA HISTÓRIA A nossa história inicia com a realização do sonho de um grupo de empresários, em atender à crescente demanda de alunos para cursos de Graduação e Pós- Graduação. Com isso foi criado a nossa instituição, como entidade oferecendo serviços educacionais em nível superior. A instituição tem por objetivo formar diplomados nas diferentes áreas de conhecimento, aptos para a inserção em setores profissionais e para a participação no desenvolvimento da sociedade brasileira, e colaborar na sua formação contínua. Além de promover a divulgação de conhecimentos culturais, científicos e técnicos que constituem patrimônio da humanidade e comunicar o saber através do ensino, de publicação ou outras normas de comunicação. A nossa missão é oferecer qualidade em conhecimento e cultura de forma confiável e eficiente para que o aluno tenha oportunidade de construir uma base profissional e ética. Dessa forma, conquistando o espaço de uma das instituições modelo no país na oferta de cursos, primando sempre pela inovação tecnológica, excelência no atendimento e valor do serviço oferecido. 1. INTRODUÇÃO Desde o início da civilização o homem vem utilizando materiais naturais como elementos constituintes da construção civil. Porém, com o passar dos anos, tem-se preocupado cada vez mais com a estabilidade e segurança das edificações e com o desenvolvimento de materiais, técnicas e métodos, consolidando cada vez mais a tecnologia das construções, abrangendo a análise, o cálculo e o detalhamento das estruturas bem como as respectivas técnicas construtivas. Esses processos de alterações e aprimoramento proporcionaram, dentro de certos limites, a construção de estruturas adaptadas as necessidades dos usuários, sejam elas habitacionais, laborais ou de infraestrutura (SOUZA E RIPPER, 1998). Os problemas patológicos não se restringem apenas as estruturas consideradas “velhas”. Estruturas bem projetadas e executadas, e corretamente utilizadas também podem apresentar desempenho insatisfatório. Porém, com o desenvolvimento do conhecimento dos processos destrutivos, equipamentos e técnicas de observação de estruturas e levando em conta a grande evolução tecnológica ficou possível diagnosticar com precisão a maioria dos problemas patológicos. A ocorrência de um problema patológico está associada a falhas ocorridas durante a realização de uma ou mais etapas da construção, seja no projeto, na execução ou na utilização da edificação e podem manifestar-se após o início da obra, durante a realização, a fase de uso ou após anos de conclusão da obra. Com o intuito de identificar e classificar corretamente estas anomalias surge a Patologia das Estruturas a qual se ocupa do estudo das origens, causas, sintomas e dos mecanismos de ocorrência dos problemas nas construções civis. O conhecimento do problema patológico, medidas preventivas na fase de projeto e cuidados na execução são de fundamental importância para sua correção. Assim sendo, uma obra de Engenharia não está apenas relacionada ao seu usuário direto, mas sim a coletividade a qual se insere e, assim, às exigências quanto à satisfação do cliente com relação à obra que devem ser atendidas, quer seja de natureza programática, quer sejam exigências essenciais de construção. O desenvolvimento da tecnologia e dos materiais permitiram nos últimos anos cada vez mais a existência de obras esbeltas, leves e de rápida construção. Esta nova realidade acabou por resultar, em parte das vezes, em obras construídas com menores rigores no controle de serviços e materiais (THOMAZ, 1989). Consequentemente, uma parte dos edifícios passaram a apresentar um desempenho insatisfatório, quer fosse resultante de um erro de projeto, de execução ou ainda por falta de manutenção. As edificações possuem características relacionadas ao seu uso, que devem se manter ao longo de sua vida útil para que possam continuar em serviço. Neste contexto, surgiu a necessidade de consolidar e ampliar os conhecimentos na área de manifestações patológicas (LICHTENSTEIN, 1986). A saber, a patologia das construções se dedica ao estudo de anomalias ou problemas que prejudicam o desempenho das edificações (SILVA, 2011). Assim, a palavra patologia tem origem grega (phatos = doença, logia = estudo), como o próprio nome já diz, trata-se da ciência que estuda e tenta explicar, a ocorrência de tudo que se relaciona com a degradação de algo, e é muito utilizada em variadas áreas da ciência. No ramo da engenharia civil, a patologia visa tanto o diagnóstico e seu correspondente tratamento, quanto à prevenção. Afinal, a ruína de uma edificação, dependendo do seu porte, pode ocasionar na perdade inúmeras vidas, assim como numa perda financeira altíssima. Portanto, ao realizar vistorias periódicas e manutenções é possível que isso seja evitado (SILVA, 2011). Sabe-se que problemas nas estruturas podem ser causados por agentes de deterioração de diferentes naturezas, como agentes mecânicos, eletromagnéticos, térmicos, químicos e biológicos (LICHTENSTEIN, 1986). São exemplos de agentes mecânicos recorrentes em edificações, sobrecarga de utilização e recalque do solo. Os agentes eletromagnéticos podem ser radiação solar e corrente parasita. Já um agente térmico muito comum é o choque térmico, devido à mudança brusca de temperatura. Os agentes químicos existem diversos, como a umidade do ar, precipitação e matérias inertes (poeira). Por fim os agentes biológicos, que são bactérias, fungos e plantas domésticas (LICHTENSTEIN, 1986). 2. CONCEITO DE PATOLOGIA DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO O crescimento muito acelerado da construção civil provocou a necessidade de inovações, trazendo também a aceitação de certos riscos, que demandam um maior conhecimento sobre estruturas e materiais. Esse aprendizado provém das análises dos erros acontecidos, que têm resultado em deterioração precoce ou acidentes. Apesar disto tudo, tem sido constatado que algumas estruturas acabam por ter desempenho insatisfatório, confrontando-as com os objetivos as quais se propunham (SOUZA E RIPPER, 1998). Entende-se por Patologias do Concreto Armado a ciência que estuda as causas, mecanismos de ocorrência, manifestações e consequências dos erros nas construções civis ou nas situações em que a edificação não apresenta um desempenho mínimo preestabelecido pelo usuário. O concreto armado requer certos cuidados na sua preparação, visando assegurar sua vida útil e desempenho. A correta execução e uso envolvem estudo do traço, dosagem, manuseio e cura adequados e a manutenção periódica e a prevenção contra agentes agressivos. A maioria das patologias nas edificações ocorre em consequência de falhas de execução e pela falta de controle de qualidade, comprometendo a segurança e a durabilidade do empreendimento. Os problemas patológicos surgem devido a essas falhas, as quais ocorrem durante uma ou mais etapas das atividades inerentes à construção civil: concepção/projeto, execução e utilização. Para a etapa de concepção, exige-se a garantia de plena satisfação do cliente, de facilidade de execução e de possibilidade de adequada manutenção; já a etapa de execução, deverá garantir o fiel atendimento ao projeto, e para a etapa de utilização, é necessário garantir a satisfação do utilizador e a possibilidade de extensão da vida útil da obra, assegurando segurança e qualidade à construção. No caso das estruturas, vários problemas patológicos podem surgir em virtude do que já foi comentado. Uma fiscalização deficiente relacionada a uma baixa capacitação dos profissionais envolvidos pode levar a graves erros em determinadas atividades, como a implantação da obra, escoramento, formas, posicionamento, qualidade das armaduras e concretagem, desde a sua fabricação até a cura. Botelho (1996) afirma que: [...] a ocorrência de problemas patológicos cuja origem está na etapa de execução é devida, basicamente, ao processo de produção que é em muito prejudicado por refletir de imediato os problemas socioeconômicos, que provocam baixa qualidade técnica dos trabalhadores menos qualificados, como os serventes e os meio-oficiais, e mesmo do pessoal com alguma qualificação profissional (BOTELHO 1996, p.43). Também é valido ressaltar que a maioria dos materiais e componentes tem sua qualidade e forma de aplicação normatizada. Entretanto, o sistema de controle tem-se mostrado bastante falho, e o método para a fiscalização e aceitação dos materiais normalmente não é aplicado, demonstrando a fragilidade e a má organização da indústria da construção. Com tudo isso, as patologias podem ocorrer numa estrutura tanto na fase de construção como durante o período de pós entrega e uso. As condições apresentadas por uma estrutura que favoreça o aparecimento dessas manifestações patológicas são de responsabilidade do projetista, enquanto que o construtor responderá pelas falhas construtivas por inconformidade em relação ao projeto, com as normas de execução ou com a escolha de material inadequado. Porém, toda estrutura necessita de manutenção durante sua vida útil e a má conservação também é um fator para o surgimento de patologias, sendo então o usuário responsável pela durabilidade dessa estrutura. A figura 1 mostra os resultados de estudo de Fortes (1994) sobre a distribuição da origem de problemas patológicos conforme as etapas desde o projeto até o uso de estruturas de concreto armado. Figura 1 - Fatores de problemas patológicos segundo Fortes (1994), modificado. A figura 2 apresenta resultados relacionados com incidências e origens de manifestações patológicas, segundo estudo de Piancastelli (2014). Pode-se observar que a etapa de execução é a que apresenta grande concentração de ocorrências de patologias, diferente do encontrado por Fortes (1994). 3. PATOLOGIA GERADA NA ETAPA DE CONCEPÇÃO DA ESTRUTURA (PROJETO) As dificuldades técnicas e o custo para solucionar um problema patológico, oriundo de uma falha de projeto, estão relacionados com a rapidez com que essa falha é solucionada. Uma falha originada no estudo preliminar necessita de uma solução muito mais complexa do que uma que venha a ocorrer na fase de projeto. Por outro lado, constata-se que as possíveis causas de falhas ocorridas durante a etapa de projeto são originadas de um estudo preliminar deficiente ou de anteprojetos equivocados, o que contribui para o encarecimento processo de construção, ou por transtornos relacionados a utilização da obra. Falhas ocorridas na realização do projeto final geralmente são as responsáveis pelo surgimento de problemas patológicos sérios, tais como: projetos inadequados (deficiência no cálculo da estrutura, equívoco na avaliação da resistência do solo, má definição do modelo analítico); falta de compatibilidade entre a estrutura e a arquitetura, bem como os demais projetos civis; especificação inadequada de materiais; detalhamento insuficiente ou errado; erros de dimensionamento. 4. PATOLOGIA GERADA NA FASE DE EXECUÇÃO DA ESTRUTURA (CONSTRUÇÃO) Após a concepção do projeto, inicia-se a etapa de execução, ou seja, o planejamento da edificação, onde devem ser tomados todos os cuidados necessários para o bom andamento da obra, como programação de atividades, correta distribuição do canteiro de obras e boa previsão de compras. Assim, iniciado o processo de construção, as falhas podem ocorrer de diversas formas, tais como: condições de trabalho inadequadas, mão-de-obra desqualificada, inexistência de controle de qualidade, má qualidade de materiais, irresponsabilidade técnica. Segundo Souza e Ripper (1998), quando se trata de obras de edificação habitacional, alguns erros são grosseiros e saltam a vista. Dentre eles pode-se citar: falta de prumo, esquadro e alinhamento de partes estruturais e alvenaria, desnivelamento de pisos, falta de caimento correto em pisos com uso frequente de água, assentamento excessivamente espesso de revestimentos cerâmicos e flechas excessivas em lajes. A ocorrência de falhas na fase de execução é devida basicamente ao processo de produção, que reflete os problemas socioeconômicos, que por sua vez provocam baixa qualidade técnica dos trabalhadores menos qualificados e até mesmo da equipe que possui certa qualificação profissional. 5. PATOLOGIA GERADA NA FASE DE UTILIZAÇÃO DA ESTRUTURA (MANUTENÇÃO) Para uma estrutura apresentar um bom desempenho deve ser observado o correto uso paraa qual foi projetada, especialmente quanto aos carregamentos e possível presença de materiais ou elementos agressivos ao concreto armado. Um adequado planejamento de manutenção periódica deve observado, principalmente nas partes onde é mais utilizada ou suscetível de desgaste, a fim de evitar problemas patológicos sérios e, em alguns casos, a própria ruína da estrutura. Problemas patológicos ocasionados por manutenção inadequada, ou pela falta de manutenção, têm sua origem no desconhecimento técnico, na incompetência e em problemas econômicos. 6. PRINCIPAIS PROCESSOS DE DEGRADAÇÃO A deterioração do concreto ocorre muitas vezes como resultada de uma combinação de diferentes fatores externos e internos. Os processos de degradação alteram a capacidade de o material desempenhar suas funções e nem sempre se manifestam visualmente, podendo apresentar sintomas tais como a fissuração, o destacamento e a desagregação. São agrupados de acordo com a sua natureza em mecânicos, físicos, químicos, biológicos e eletromagnéticos. Tabela 1 - Agentes ou fatores de deterioração 6.1 Causas mecânicas de deterioração Segundo Souza e Ripper (1998), as causas desse tipo de deterioração são devidas às solicitações mecânicas sofridas pelas estruturas de concreto, tais como: choques e impactos, recalque diferencial nas fundações e acidentes imprevisíveis (inundações, grandes tempestades, explosões e abalos sísmicos). Além de diminuir a resistência da estrutura, facilitam a entrada de agentes agressivos danificadores, principalmente quando o concreto e a armadura ficam expostos devido ao impacto das solicitações. As estruturas normalmente afetadas são: guarda-corpos, guarda-rodas de viadutos, pilares de garagem e fundações. Em pilares de garagem pode-se adotar como medida preventiva fazendo revestimento de borracha até certa altura para protegê-lo contra o choque de veículos 6.2 Causa físicas de deterioração A Figura 9 mostra um esquema das principais causas físicas de deterioração do concreto relacionadas aos efeitos dos carregamentos estruturais, mudanças de volume e exposição a variações extremas de temperatura. a) Deterioração por ação de gelo-degelo Este tipo de deterioração ocorre em regiões de clima frio, onde existem ciclos frequentes de congelamento e degelo, requerendo altos gastos para reparo e substituição. As causas da deterioração podem ser relacionadas à complexa microestrutura do concreto, bem como das condições ambientais, em particular do número de ciclos de gelo degelo, da velocidade de congelamento e da temperatura mínima atingida. Se o congelamento ocorrer após o endurecimento do concreto, a expansão devido ao congelamento da água resultará em perdas significativas de resistência. Quando o concreto endurecido é exposto a baixas temperaturas, a água retida nos poros capilares congela e expande. Ao descongelar, há um acréscimo expansivo nos poros, causando uma pressão de dilatação que provoca fissuração do concreto, e consequentemente a sua deterioração. A degradação do concreto pode também ocorrer pela aplicação de sais de degelo, como os cloretos de cálcio e de sódio, que em contato com o concreto promove um agravamento da degradação em função dos mecanismos de corrosão das armaduras. A aplicação do sal produz uma diminuição da temperatura na superfície do concreto causando um choque térmico, além de tensões internas que podem provocar fissuras devido à diferença de temperatura entre a superfície e o interior do concreto. b) Deterioração por ação do fogo O concreto, comparado à madeira e ao plástico, apresenta bom comportamento diante do fogo, pois é incombustível e não emite gases tóxicos quando exposto a altas temperaturas. Diferentemente do aço, possui resistência suficiente por períodos longos quando exposto a altas temperaturas, permitindo assim operações de resgate pela redução de risco de colapso estrutural. Na prática, exige-se que o concreto preserve seu comportamento estrutural durante um período de tempo estabelecido, denominado período de resistência ao fogo. A temperatura pode alterar a cor do concreto feito com agregado silicoso ou calcário. A mudança de cor é permanente, podendo-se estimar a temperatura máxima atingida durante a exposição do concreto ao fogo e a sua resistência residual. Muitos fatores influenciam na resistência do concreto ao fogo, cuja composição é importante, pois tanto a pasta de cimento como os agregados possuem componentes que se decompõem ao serem aquecidos. A permeabilidade do concreto, a taxa de aumento da temperatura e o tamanho da peça são significantes porque controlam o desenvolvimento de pressões internas dos produtos gasosos de decomposição. c) Deterioração por desgaste superficial A perda progressiva de massa de uma superfície de concreto pode ocorrer devido a abrasão, erosão ou cavitação. A abrasão é a perda gradual e continuada da argamassa superficial e de agregados em uma área limitada, que se dá pelo mecanismo de fricção ou atrito, proveniente do tráfego de pessoas, veículos e até mesmo pela ação do vento. Esse tipo de desgaste é comum em pisos industriais ou em pavimentos rodoviários ou calçadas. A erosão é originada pela ação da água em movimento, que arrasta partículas sólidas em suspensão e se choca contra a superfície do concreto, provocando desgaste por colisão, escorregamento ou rolagem. Esse tipo de desgaste é comum em barragens, calhas de vertedouros, canais de irrigação e pilares de pontes. A cavitação é a perda de massa pela formação de vapor e sua subsequente ruptura devida a mudanças repentinas de direção do fluxo da água em altas velocidades. d) Deterioração por cristalização de sais nos poros Esse tipo de deterioração ocorre em ambientes salinos, onde os sais produzem tensões internas e fissuração na estrutura. Os concretos com elevada relação água/cimento são os mais suscetíveis a apresentar problemas devido à cristalização dos sais. Essa ação se dá pela cristalização no interior dos poros capilares do concreto, devido à evaporação da água e posterior reidratação, como um novo ciclo de umedecimento, ocupando um volume maior para acomodá-lo. e) Causas químicas de deterioração A Figura 19 apresenta um fluxograma indicando as diferentes reações químicas e seus efeitos na deterioração do concreto e consequentes mudanças nas propriedades de comportamento. a) Deterioração por sais Segundo Souza (1998), a ação do hidrogênio pode contribuir para a deterioração do concreto. O hidróxido de cálcio – Ca (OH2) - geralmente está presente na pasta de cimento endurecida, em uma elevada quantidade, sendo solúvel em água e capaz de reagir com sais dissolvidos, como cloretos e nitratos, além de trocas de cátions entre os sais e a própria base. b) Deterioração por ação de ácidos Concretos quando expostos a soluções ácidas, sofrem severas deteriorações devido ao caráter básico da pasta de cimento. Porém, concretos de baixa permeabilidade quando expostos à ação de ácidos fracos, podem resistir, principalmente se a exposição for ocasional. Os ácidos reagem com o hidróxido de cálcio da pasta de cimento, produzindo água e sais de cálcio, podendo ser facilmente lixiviados, caso sejam solúveis, aumentando a permeabilidade e a porosidade da pasta. c) Deterioração por ataque de sulfatos O ataque ao concreto produzido por sulfatos é devido a sua ação expansiva, que pode gerar tensões capazes de fissurá-lo. Os sulfatos podem estar nos agregados, na água de amassamento ou no próprio cimento. Sua presença é comum em áreas de operação de minas e indústrias químicas. Todos os sulfatos reagem com a pasta de cimento hidratado, sendo potencialmente prejudicial ao concreto. O ataquepor sulfato gera uma perda progressiva de resistência e de massa, devido à deterioração na coesão dos produtos de hidratação do cimento. Porém, pode-se aumentar a sua resistência baixando a permeabilidade do concreto, através da redução do fator água/cimento ou pelo emprego de cimentos com adições pozolânicas. f) Deterioração por reações álcalis-agregado A reação álcali-agregado pode ser entendida como a reação química que ocorre no interior de uma estrutura de concreto, envolvendo os hidróxidos alcalinos do cimento e certos minerais reativos que podem estar presentes no agregado. Como resultado da reação forma-se produtos que na presença de umidade, são capazes de expandir, gerando fissurações, deslocamentos e podendo levar a um comprometimento da estrutura. Essa expansão acompanhada da fissuração causa perda de resistência, elasticidade e durabilidade do concreto. Geralmente essa deterioração ocorre em estruturas localizadas em ambientes úmidos, tais como barragens, casas de força, vertedores, canais, blocos de fundações, estacas de pontes e estruturas marinhas. g) Deterioração pela hidratação dos componentes do cimento - MgO e CaO. Os componentes MgO e CaO (óxido de magnésio e óxido de cálcio) cristalinos, quando presentes em grande quantidade no cimento, podem causar expansão no concreto, hidratando de forma muito lenta, após o endurecimento do cimento, resultando no aumento de volume e conseqüente fissuração do concreto. O efeito expansivo e altamente prejudicial da alta quantidade de MgO foi observado inicialmente em 1884 após a ruína de várias pontes e viadutos de concreto na França, logo após a sua construção. Na Alemanha, a prefeitura de Kassel teve que ser reconstruída pelos mesmos motivos, onde o percentual de MgO chegava a 30%. Atualmente, como medida preventiva, faz-se um controle da quantidade destes elementos no cimento. Recomenda-se que o teor máximo de MgO seja de 6% e o de CaO não seja maior que 1%. f) Deterioração por ataque de água pura A água pura age prejudicialmente no concreto através da lixiviação/hidrólise de componentes da pasta do cimento endurecido. Quando entra em contato com a pasta do cimento, a água tende a hidrolisar ou dissolver os componentes que contém cálcio. Nesse tipo de ataque, ocorre a percolação de água pura em concretos fissurados ou com alta permeabilidade, resultando na dissolução da pasta de cimento (ANDRADE e SILVA, 2005). Além da perda de resistência, a lixiviação do hidróxido de cálcio pode ser indesejável por razões estéticas. Porém, a dissolução pela água é tanto maior quanto mais pura ela for, ou seja, quanto menos carbonato de cálcio e de magnésio ela contém, mais fraca é a sua dureza. h) Deterioração por ataque de água do mar Segundo Helene (1994), a velocidade de corrosão em ambiente marinho pode ser de 30 a 40 vezes maior do que em atmosfera rural. Os danos podem ser ainda mais severos quando a estrutura está sujeita diretamente a variação do nível do mar. A água do mar, além de ser perigosa para a corrosão das armaduras, também pode agir diretamente sobre o concreto causando: erosão superficial, provocada pelas ondas ou pela maré, dilatação causada pela cristalização dos sais, ataque químico por parte dos sais dissolvidos (sulfatos, cloretos). O fator prejudicial da água do mar ao concreto é a presença de hidróxido de cálcio e dos aluminatos de cálcio hidratado. Por isso, os cimentos mais apropriados para estruturas na água do mar são os de alto-forno e os pozolânicos, pois possuem menos hidróxido de cálcio nos produtos de hidratação. i) Deterioração por carbonatação A carbonatação ocorre da ação dissolvente do anidrido carbônico (CO2), presente no ar atmosférico, sobre o cimento hidratado, com a formação do carbonato de cálcio e a conseqüente redução do pH do concreto até valores menores que 9. A reação principal da carbonatação pode ser representada pela Equação: Segundo Cascudo (1997), o processo de carbonatação se inicia na superfície do concreto, formando uma frente de avanço do processo, que separa duas zonas com pH muito diferentes: uma com pH menor que 9 (carbonatada) e outra com pH maior que 12 (não carbonatada). Esta frente é chamada de frente de carborbonatação e deve ser mensurada com relação à espessura de concreto de cobrimento da armadura. Conforme Figueiredo (1994) há vários fatores que influenciam na carbonatação do concreto, tais como: a) Concentração de CO2: para concretos de elevadas relações de água/cimento, a velocidade da carbonatação aumenta quando o ambiente possui uma maior concentração de CO2. b) Umidade Relativa (UR) do ambiente: segundo Guimatrães (1997) a umidade relativa do ar é um fator relevante na difusão do CO2, pois vai determinar a quantidade de umidade nos poros do concreto. Assim sendo, em condições de umidade relativa muito alta ou estruturas submersas, os poros se apresentam saturados. Por outro lado, para que o processo ocorra, é preciso que haja um mínimo de água nos poros, caso contrário, a baixa umidade impossibilitará a carbonatação. c) Relação água/cimento: este fator está relacionado com a quantidade e tamanho dos poros do concreto endurecido. Quanto maior a relação água/cimento, maior será a porosidade e a permeabilidade de um concreto, aumentando assim a penetração de CO2 para o interior do material. d) Condições de cura: quanto maior o tempo de cura, maior será o grau de hidratação do cimento, diminuindo a porosidade e a permeabilidade, minimizando os efeitos da carbonatação nos concretos. A comprovação das áreas carbonatadas pode ser feito através de indicadores de pH a base de fenolftaleína e timolftaleina. Com o uso da fenolftaleina, as regiões mais alcalinas adquirem cor violeta, enquanto as menos alcalinas são incolores. Já a timolftaleina adquire cor azul para regiões mais alcalinas, enquanto as menos alcalinas ficam incolores (SILVA, 1995). Determinação da frente de carbonatação deve ser realizada em uma fratura fresca de concreto, pois as superfícies expostas carbonatam rapidamente. O modelo da raiz quadrada do tempo é usado para representar a penetração de CO2 através da rede de poros do concreto. Foi inicialmente apresentado no Japão por Uchida e Hamada (1928), citados por Richardson (2002), sendo representado através da equação: x = k√t onde: x = profundidade de carbonatação (cm); k = coeficiente de carbonatação (cm/ano); e t = tempo (anos) A constante k depende de muitos fatores relacionados com a qualidade e resistência do concreto, da concentração de CO2 no ambiente, das condições de exposição da estrutura, entre outros fatores. Conhecendo k, pode-se determinar a velocidade de avanço da frente de carbonatação e o tempo em que demorará para chegar até a armadura, caso já não tenha alcançado. i) Biodeterioração do concreto A biodeterioração é a mudança indesejável nas propriedades do material, devido à ação de microrganismos, e pode levar a produção de ácidos, ocasionando uma dissolução dos compostos hidratados do cimento, particularmente o hidróxido de cálcio, além dos silicatos de cálcio hidratados. Tal problema leva à deterioração por ações químicas e à corrosão de armaduras. Os microrganismos podem atuar sobre o concreto em ações deletérias contra os agregados e a pasta de cimento, interferindo em sua estética, reduzindo a sua durabilidade comprometendo a sua integridade. Tal mecanismo ocorre em túneis e galerias de esgoto, pois são ambientes ácidos com um pH baixo e muito agressivos às estruturas. As principais causas de degradação do concreto por ação bacteriológica são: - concreto de resistência inadequada; - Cobrimento insuficiente das armaduras; - Má aeração das tubulações e/ou galerias; - Ausência de proteção e - Rupturas localizadaspela ação de cargas excessivas ou recalques. Como essa ação resulta de microrganismos vivos, os fatores ligados à manutenção da vida dos agentes envolvidos são determinantes para que o processo de biodeterioração se estabeleça. Assim, uma estratégia de prevenção desse problema deve incluir uma avaliação das condições ambientais em conjunto com a suscetibilidade dos materiais componentes da estrutura. Além disso, devem-se conhecer as características da obra, condições físicas e químicas do material e do meio ambiente, possíveis fontes de nutrientes, assim como a inter-relação com a população de microrganismos existentes. 6.3 Causas eletroquímicas de deterioração – corrosão das armaduras A armadura dentro do concreto normalmente encontra-se protegida da corrosão devido à alta alcalinidade deste material (pH entre 12,7 e 13,8). Esse nível de pH favorece a formação de uma camada de óxidos passiva, compacta e aderente de Fe2O3 sobre a superfície da armadura. Tal camada protege a armadura da corrosão, desde que o concreto preserve sua boa qualidade, não fissure e não modifique suas características físicas e químicas devido à ação dos agentes agressivos externos. Porém, segundo Ferreira (2000), a corrosão eletroquímica da armadura ocorre devido à falta de uniformidade do aço, do contato com metais com menor potencial eletroquímico, assim como da heterogeneidade do meio físico e químico que o rodeia. O mecanismo de corrosão nos metais pode ocorrer basicamente de duas formas. A primeira é a oxidação e está relacionada com a corrosão de caráter puramente químico. Tal reação ocorre por uma reação gás/sólido na superfície do material, formando um filme delgado de produtos de corrosão na superfície do metal. A segunda é a corrosão eletroquímica, que é o tipo de deterioração que ocorre em estruturas de concreto armado. Essa corrosão é baseada na existência de um desequilíbrio elétrico entre os metais diferentes ou entre distintas partes do mesmo metal, formando o que se chama de pilha de corrosão ou célula de corrosão. A corrosão de armaduras pode se apresentar de diversas formas: corrosão generalizada, por pite e fissurante. Segundo Cascudo (1997), a corrosão generalizada ocorre devido a uma perda generalizada da película de passivação, resultante da frente de carbonatação no concreto e/ou presença excessiva de cloretos. A corrosão por pite é um tipo de corrosão localizada, no qual há formação de pontos de desgaste definidos na superfície metálica, os quais evoluem aprofundando- se, podendo causar a ruptura pontual da barra. Já a corrosão sob tensão é outro tipo de corrosão localizada, a qual se dá com uma tensão de tração na armadura, podendo dar origem à propagação de fissuras na estrutura do aço. A corrosão é a transformação de um material, geralmente metálico, por ação química ou eletroquímica do meio em que se encontra. Esse fenômeno de natureza expansiva leva ao surgimento de elevadas tensões de tração no concreto, ocasionando a fissuração e posteriormente o lascamento do cobrimento do material. 7. PRINCIPAIS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS NAS ESTRUTURAS DE CONCRETO 7.1 Ninhos de concretagem/segregação do concreto Ninhos de concretagem são vazios deixados na massa de concreto, devido à dificuldade de penetração do mesmo nas formas durante o processo de lançamento e adensamento. Já a segregação do concreto ocorre devido ao não envolvimento dos agregados pela pasta de cimento e à falta de homogeneidade dos componentes da mistura. Tanto a segregação como os ninhos de concretagem podem ter várias origens, tais como: - Baixa trabalhabilidade do concreto devido ao baixo fator água/cimento; - Alta densidade de armaduras ou agregado de grande diâmetro; - Insuficiência no transporte, lançamento e adensamento do concreto. 7.2 Fissuras de assentamento plástico São fissuras geradas pelo impedimento à sedimentação das partículas sólidas do concreto, quando encontram algum tipo de obstáculo, como as armaduras, agregados com diâmetros maiores ou até mesmo pela própria forma. Ocorrem nas primeiras horas após o lançamento do concreto (10 min a 3h) e são estáveis após o endurecimento do concreto. Suas prováveis causas são: - Armadura de grande diâmetro ou muito densa; - Concreto com elevada relação água/cimento ou mau adensado; - Perda excessiva de água da mistura por falta de estanqueidade das formas. 7.3 Fissuras de retração por secagem São fissuras que ocorrem pela perda excessiva de água de amassamento do concreto no estado fresco, seja por evaporação, por absorção pelos agregados ou pelas formas. Tais fissuras apresentam uma morfologia em forma de mapa ou pele de crocodilo que se cortam formando ângulos aproximadamente retos. As fissuras aparecem entre trinta minutos a seis horas após o endurecimento do concreto. Para minimizar os casos de fissuras por dessecação superficial deve-se proteger a superfície do elemento, após a concretagem, da radiação solar e da ação do vento, e iniciar a cura logo após o adensamento do concreto. a. Fissuras por movimentação térmica Os elementos de concreto armado, quando submetidos à retração térmica, sofrem uma redução dos elementos estruturais gerando tensões de tração, levando ao aparecimento de trincas e/ou fissuras, dependendo do grau de deformabilidade do elemento. Todos os materiais empregados nas construções estão sujeitos a dilatações com o aumento da temperatura, e as contrações com a sua diminuição. Normalmente a fissuração térmica é observada em elementos maciços, onde a taxa de calor de hidratação é maior que a capacidade de dissipação para uma dada seção, podendo levar ao surgimento de microfissuras internas. Em paredes ou muros executados em concreto armado que apresentem grande comprimento sem juntas de dilatação adequadas, observa-se a formação de fissuras verticais no elemento. Suas prováveis causas são: - Grandes variações de temperatura diárias e anuais; - Escurecimento das superfícies de concreto pela deposição de fuligem e desenvolvimento de fungos; - Falta de ventilação em telhados. - Trinca típica presente no topo da parede paralela ao comprimento da laje b. Fissuras devido ao detalhamento insuficiente do projeto e falhas de execução São fissuras causadas por falhas de execução ou pela ausência ou insuficiência de detalhes, embora o dimensionamento em geral atenda aos esforços a que o elemento estrutural estará submetido. Tais problemas ocorrem devido a descuidos no mau posicionamento das armaduras no momento da concretagem ou por falhas de montagem e operação das formas, escoramentos deficientes, descimbramento errado. c. Fissuras devido aos carregamentos São fissuras geradas nos elementos estruturais pela incapacidade de resistência a ação do carregamento a que este está sujeito, seja por falha no cálculo estrutural, por sobrecarga ou falhas na execução. Nas estruturas de concreto armado a ocorrência de fissuras provoca uma redistribuição de esforços ao longo do componente fissurado, bem como nos elementos vizinhos, de maneira que a solicitação acaba sendo absorvida por toda a estrutura. Porém, esse tipo de fissura tem baixa incidência em uma peça de concreto armado, em função da existência e do posicionamento das armaduras. Os danos ocorridos em vigas, marquises e balanços devido à flexão geralmente manifestam-se através de fissuras localizadas no meio do vão, e, no caso das vigas, essa tende a inclinar-se à medida que se aproxima dos apoios. Tais problemas geralmente ocorrem em função dos erros de posicionamento das armaduras principais no elemento, deficiência de armaduras, ancoragem insuficiente ou sobrecargas não previstas. Já nos apoios das vigas, costuma-se surgir fissuras de cisalhamento,as quais apresentam geralmente uma inclinação de 45º em relação ao apoio dos elementos fletidos, progredindo até as armaduras e atingindo o ponto de aplicação das cargas. Tais fissuras ocorrem devido a presença de sobrecargas não previstas, à deficiência de resistência do concreto e à insuficiência ou mau posicionamento dos estribos d. Fissuras devido a recalques de fundações São fissuras que ocorrem quando as fundações sofrem deformações diferenciais ao longo da estrutura de sustentação das mesmas por adensamento ou recalques imediatos das camadas do solo, deformação ou ruptura de elementos de concreto da própria fundação. Tais problemas ocorrem devido à construção de fundações assentes em solos compressíveis, expansivos ou aterros, interferência no bulbo de tensões provocado por construções vizinhas, rebaixamento do lençol freático, sobrecargas ou falhas em elementos de fundação. 8. ETAPAS DE RECUPERAÇÃO Para o início dos trabalhos de recuperação das estruturas de concreto, deve- se realizar um trabalho de preparação da superfície que será tratada. Os processos e etapas necessários a este tipo de serviços serão detalhadamente descritos a seguir. a) Polimento Esta técnica é usada para diminuir a aspereza da superfície do concreto, devido ao desgaste natural ou a má execução da estrutura tornando-a novamente lisa e sem partículas soltas, utilizando-se de equipamentos como lixadeiras portáteis ou máquina de polir pesadas utilizadas quando a área a ser recuperada é muito grande. b) Técnicas de lavagem e limpeza da superfície do concreto Em razão de um longo período de exposição da estrutura a um ambiente bastante agressivo, deve-se realizar a limpeza das peças estruturais, procurando remover os poluentes impregnados, principalmente os óxidos de enxofre (SO2) que sob certas condições de umidade proporcionam a formação do ácido sulfúrico, ou chuva ácida. Há diversas técnicas de limpeza da superfície do concreto que será recuperado, porém deve-se tomar cuidado quando do uso de soluções ácidas com relação à armadura do concreto, aspecto que requer menos cuidado quando do uso de soluções alcalinas ou do uso de jatos d’água, areia, vapor, ar comprimido, dentre outros. c) Saturação O processo de saturação da superfície do concreto serve para aumentar a aderência do material de recuperação. Conforme Souza e Ripper (1998), a saturação dura em média 12 horas. Deve-se deixar a superfície a ser recuperada apenas úmida, evitando o acúmulo de poças d’água. d) Corte Neste processo, remove-se todo e qualquer material nocivo às armaduras, promovendo um corte, pelo menos 2 cm ou o diâmetro da barra, de profundidade além das mesmas, garantindo assim que toda armadura estará imersa em meio alcalino. Segundo Andrade e Perdrix (1992) “caso não haja o corte do concreto além das armaduras, limpando-se somente o lado exterior e deixando a parte posterior recoberta pelo concreto velho, isso dá início a uma pilha de corrosão eletroquímica por diferença de material. Isso ocorre, pois, a parte posterior atuará como ânodo e a parte recuperada fará o papel de cátodo, desencadeando assim um processo de corrosão ainda mais rápido que originalmente. ” Já conforme Souza e Ripper (1998), para melhor aderência do novo concreto, à superfície interna do corte deve ter suas arestas arredondadas e na forma de um talude de 1:3. Finalizado o corte a superfície do concreto deve passar por uma sequência de limpeza, que são: jateamento de areia, jateamento de ar comprimido e jateamento de água. Porém, devem-se observar certos fatores no momento do corte, tais como: - Remover completamente os agentes nocivos à estrutura, ou seja, o resquício por mais imperceptível que seja de uma película oxidada, promove a retomada do processo contaminante, comprometendo assim o trabalho realizado; - A retirada em demasia do concreto é contra a segurança da estrutura e antieconômica, pois está se removendo camadas de concreto sadio. e) Demolição A demolição geralmente é projetada em função do porte e tipo da estrutura a demolir, assim como dos aspectos condicionantes locais. Podem ser usados martelos demolidores, explosivos, agentes demolidores expansivos ou ainda a hidro demolição. Muitas vezes, devido a grandeza dos danos ou riscos ou ainda, devido a mudanças de destinação ou uso de uma estrutura, faz-se necessária a demolição total ou parcial. 8.1 Tratamento de fissuras: injeção selagem e grampeamento O tratamento de fissuras necessita de uma identificação prévia do tipo de fissura, no que diz respeito a sua atividade. No caso de fissuras ativas, promove-se a vedação da fissura com material elástico e não resistente, de modo a impedir unicamente a degradação do concreto existente. Nas fissuras passivas, além desta proteção, tem-se o objetivo de garantir que a peça volte a trabalhar como um todo, empregando-se material resistente, como a nata do cimento Portland ou resina epoxídica. Em fissuras menores que 0,1 mm, procede-se a injeção das fissuras sob baixa pressão. Para fissuras maiores, porém pouco profundas, pode-se fazer o enchimento por gravidade. Após o preenchimento das fissuras é feita a selagem que prevê a vedação dos bordos, com o objetivo de arrematar a injeção, protegendo a própria resina. Para fissuras maiores que 30 mm, a selagem é feita como uma vedação de junta. Esta técnica tem melhor desempenho quando as fissuras acontecem em linhas isoladas e por deficiências localizadas de capacidade resistente. 8.2 Reparos superficiais São reparos de profundidade inferior a 2,0 cm, não ultrapassando a espessura do cobrimento da armadura. Podem ser localizados ou generalizados. São exemplos característicos o enchimento de falhas, regularização de lajes, reconstituição de quinas quebradas, erosões ou desgaste, calcinação, entre outros. Nos reparos localizados, utilizam-se argamassas de base mineral, argamassa modificada com polímero, pré-dosada ou preparada na obra, ou ainda, argamassas com base epóxi ou poliéster, que exigem procedimentos específicos. Para reparos generalizados, empregam-se argamassas modificadas em polímeros ou o concreto ou argamassa projetados. Souza e Ripper (1998) sugerem que a aplicação de argamassa seja feita em faixas de 1,0 m de largura por 1,0 cm de espessura. A cura será úmida para material cimentício ou a ar para material orgânico. 8.3 Reparos semi-profundos Os reparos semi-profundos são aqueles com profundidade entre 2,0 e 5,0 cm, normalmente atingindo a armadura (SOUZA e RIPPER, 1998). Geralmente requer a montagem de formas com cachimbos e a verificação da necessidade de escoramentos. A recuperação da seção pode ser feita com graute de base mineral com retração compensada e alta resistência mecânica, com cura úmida. a. Reparos profundos Os reparos profundos são aqueles que apresentam aberturas para retirada do concreto deteriorado ou contaminado, com profundidades superiores a 5,0 cm. São exemplos os ninhos de concretagem (segregações). Necessita da montagem de forma, preparação do substrato e verificação da necessidade de escoramentos. Utiliza normalmente micro concreto de retração compensada e alta resistência mecânica, com cura úmida. Segundo Helene (1988) o ideal é o uso de argamassa seca, graute de base mineral, concreto ou concreto pré-acondicionado. Já Souza e Ripper (1998) sugerem a utilização de argamassa seca ou convencional, com adesivo PVA ou acrílico. 9. ALTERNATIVAS PARA REPAROS EM PROCESSOS CORROSIVOS Recuperar uma estrutura de concreto é devolvê-la às suas condições originais, antes de ser atacada pela corrosão das armaduras. Além de remover as oxidações, há a necessidade de reconstrução do cobrimento das armaduras, de preferência com concreto bemadensado. Segundo Cascudo (1997), a reconstituição da seção de concreto onde ocorreu a corrosão é feita geralmente usando concretos ou argamassas comuns. No caso de reparos profundos, utilizam-se argamassas auto adensáveis, ou grautes, que conseguem atingir locais de difícil acesso. Na limpeza da superfície das armaduras deve-se ter o cuidado de retirar todos os produtos da corrosão antes da colocação de outro material. Todo o concreto alterado deverá ser retirado e também aquele em volta do perímetro da armadura na região da corrosão. Uma maneira de proteção das armaduras contra a corrosão é a galvanização das barras, visto que o zinco utilizado na sua produção é muito mais estável que o aço frente à atmosfera e mais resistente aos cloretos. Conforme Andrade (1992) os parâmetros para a durabilidade do processo da galvanização são a espessura da capa galvanizada e o pH da fase aquosa presa nos poros do concreto. Já no caso da presença da frente de cloretos ou de carbonatação, em que a armadura não tenha sido atingida, emprega-se a retirada do concreto impróprio, mediante o uso de escarificação, jateamento ou hidro jateamento. Andrade (1992) indica a possibilidade de tentar a “realcalinização” do concreto através de aplicação superficial de argamassa rica em cimento, mantida úmida por muito tempo. No caso do concreto estar contaminado por elevados teores de cloreto, Andrade (1992) sugere o uso de resina que seja ao mesmo tempo ponte de aderência e barreira contra cloretos presente no concreto velho, dificultando a migração por difusão ao material do reparo. Quanto aos métodos alternativos de reparo, verifica-se na literatura os processos de remoção eletroquímica dos cloretos, o controle do processo catódico pelo uso de pinturas seladoras, a eliminação do eletrólito por secagem, a proteção catódica e técnicas de impregnação do concreto por polímeros ou inibidores de corrosão. É muito importante utilizar técnicas adequadas e materiais que não segreguem durante a aplicação. Qualquer segregação dos componentes do material de reparo provoca uma alteração das suas propriedades físicas e reduz a possibilidade de se obter a primeira premissa quando do início dos estudos: restaurar a estrutura o mais próximo possível do especificado no projeto original. Finalmente, cabe lembrar que, antes de qualquer recuperação, devem ser identificadas e sanadas as causas. Caso isso não seja observado, pode ocorrer corrosão em outros locais por haver criado mais descontinuidade na estrutura, além das que originalmente existiam. A importância da patologia das construções ficou bastante clara em relação Patologia em Estruturas de Concreto ao olhar crítico que o profissional adquire depois de aprofundar o conhecimento nesta área, como se nenhuma manifestação patológica passasse despercebida mais. Bem como no quesito da prevenção, de se estudar as causas e consequências dessas manifestações a fim de se evitar a ocorrência. Afinal, os danos podem ser irreversíveis e até ocasionar no colapso estrutural. É preferível prevenir a ter que reparar algum dano posteriormente, o que gera retrabalho e gastos não planejados no orçamento. Obras ficaram paradas deixadas à ação do tempo, sem um mínimo de cuidado ou manutenção ao saber que ficariam paradas por tanto tempo. Portanto, é válido que se intensifique a qualificação dos engenheiros civis dessa área a fim de que as vistorias técnicas periódicas se tornem uma ação recorrente para as práticas de prevenção. REFERÊNCIAS AGUIAR, J. E. de. Durabilidade, proteção e recuperação das estruturas. Notas de aula. Especialização em Construção Civil (Especialização / Aperfeiçoamento) – Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2011. Arquivo em. ppt. ANDRADE, T. Tópicos sobre Durabilidade do Concreto. In: ISAIA, G. C. (Ed.) Concreto: Ensino, Pesquisa e Realizações. São Paulo: IBRACON, 2005. v. 1, ANDRADE, J. J. de O. 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