CENTRO UNIVERSITÁRIO CURITIBA ADRIANA SOARES MOREIRA … · estruturas em concreto armado foi...

CENTRO UNIVERSITÁRIO CURITIBA

ADRIANA SOARES MOREIRA ALINE APARECIDA BEZERRA

PATRICK PAULISTA DE SOUZA

ANÁLISE ESTRUTURAL DO EDIFÍCIO MONTEPAR COM BASE NOS CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO E DURABILIDADE DA ABNT NBR 6118/2014

CURITIBA 2018




Trabalho de conclusão de curso II apresentado como requisito parcial à obtenção do grau de Engenheiro(a) Civil do Centro Universitário Curitiba.

Orientadora: Prof.ª Me. Patrícia Fontana

CURITIBA 2018




Trabalho de conclusão de curso II aprovado como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro(a) Civil do Centro Universitário Curitiba, pela Banca

Examinadora formada pelos professores:

__________________________________________________

Orientadora: Prof.ª Me. Patrícia Fontana

__________________________________________________

Prof.° Me. Cristofer Bernardi Scremim

__________________________________________________

Prof.° Me. Amacin Rodrigues Moreira

CURITIBA, 28 de novembro de 2018.

DEDICATÓRIA

Não somente esse trabalho, mas também essa jornada que aqui se encerra, dedico

à Deus, que me proporcionou a realização deste sonho, aos meus pais Janilce e

Luciano, minha filha Beatriz e ao meu marido, que me incentivaram e me deram

motivos e condições para concluir esse ciclo. Agradeço também a universidade e aos professores, que contribuíram com todo seu conhecimento e se empenharam

para que nós sejamos os melhores profissionais possíveis.

ADRIANA SOARES MOREIRA

Agradeço primeiramente a Deus, a minha família e amigos por compreenderem a

minha ausência neste período, principalmente a minha amada e queria mãe, por me

apoiar e incentivar os meus estudos. Agradeço também ao meu pai -in memoriam-, que infelizmente não fez parte desta caminhada, mas esteve presente em meu

coração e foi meu refúgio quando nada mais me consola. Obrigada a todos que

passaram em minha vida nestes cinco anos, como meus queridos professores que

mantiveram a paciência e me ensinaram o valor do conhecimento.

ALINE APARECIDA BEZERRA

Dedico este trabalho primeiramente a Deus por ser essencial em minha vida e ter

me guiado nesse caminho até hoje, ao meu pai e minha mãe, pois sem o esforço e

toda a dedicação deles para comigo nada disso seria possível. Agradeço também a

minha namorada sempre muito paciente por ter me incentivado, me aconselhado e

ter me dado todo o apoio necessário nessa reta final. Obrigado a todos os

professores e colegas que passaram em minha vida nestes cinco anos, pois todos contribuíram de alguma forma para essa conquista.


AGRADECIMENTOS

Á Deus, por ter-nos dado saúde e força para superar as dificultades.

Ao coordenador Renato Braga Coelho, aos professores, Alejandro Salazar Guerra,

a professora Karime Smaka Barbosa Rodrigues, a Rafaela Giacon do laboratório do

departamento de engenharia civil do Unicuritiba e especialmente a nossa

orientadora Me Patrícia Fontana por ter nos guiado nesta jornada e confiado em

nós, obrigada por toda a dedicação que a professora nos deu.

ADRIANA SOARES MOREIRA

ALINE APARECIDA BEZERRA PATRICK PAULISTA DE SOUZA

RESUMO

Tendo em vista que a primeira norma brasileira de dimensionamento de estruturas em concreto armado foi publicada em 1940, tem-se que diversas edificações em concreto armado no país já atingiram ou estão próximas de atingir a sua vida útil de projeto, dentre elas, o Edifício Montepar, objeto de estudo do presente trabalho, situado em Curitiba-PR.

Para análise da estrutura do Edifício Montepar foi realizada uma revisão bibliográfica se atentando a um breve histórico do concreto e a outros assuntos derivados do tema, como protensão e estádios do concreto, afim de possibilitar um maior entendimento da estrutura do objeto de estudo do presente trabalho. Também foi analisado o histórico da norma de dimensionamento de estruturas em concreto armado, as mudanças que ocorreram entre a NB-1 e a atual NBR 6118/2014, com o enfoque principal no quesito durabilidade das estruturas e vida útil.

Para uma análise mais aprofundada da estrutura da edificação, também foram realizados ensaios para fazer a verificação do estado de deterioração da mesma, bem como a verificação estrutural de uma viga, laje e do pilar mais solicitado.

Após a análise dos dados obtidos, pôde-se verificar que para os estudos realizados a estrutura apresenta capacidade resistente suficiente para atender às ações atuantes, no entanto, foi observado a presença de manifestações patológicas prejudiciais a integridade da mesma, bem como, que já ocorreu o inicio do processo de despassivação das armaduras em alguns pontos, o que indica a necessidade de estudo da edificação para elaboração de um plano de manutenção para que seja garantida a segurança e durabilidade do imóvel.

Palavras-chave: Concreto armado. Durabilidade. Vida útil. Carbonatação.

ABSTRACT

Considering that the first Brazilian standard for design of reinforced concrete structures was published in 1940, it has been that a number of buildings in reinforced concrete in the country have already reached or are close to reaching their lifetime project, among them, the building Montepar, the object of study of this work, located in Curitiba-PR.

To analyze the Montepar building structure was carried out a literature review was paying attention to a brief history of concrete and other derivatives business of the subject, such as prestressing and concrete stadiums, in order to enable a greater understanding of the structure of the present study object of study. It was also analyzed the historical structures sizing standard reinforced concrete, the changes that occurred between the NB-1 and the current NBR 6118/2014, with the main focus in the item durability of structures and lifetime.

For further analysis of the building structure, tests were also conducted to check the state of deterioration of the same, as well as structural scan a beam, the slab and more requested pillar.

After analyzing the data, it was observed that for the studies the structure has sufficient bearing capacity to meet the active stocks, however, the presence of pathological manifestations damaging the integrity of the media, as well as noted, has already occurred the beginning of the depassivation process of reinforcements at some points, which indicates the need for the building study for the preparation of a maintenance plan for the safety and property of durability is guaranteed. Key words: Reinforced concrete. Durability. Lifetime. Carbonation.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Localização do Edifício Montepar ............................................................... 3

Figura 2 - Ponte Romana (Ponte Nova). ..................................................................... 6

Figura 3 - Comportamento em uma viga de concreto. ................................................ 7

Figura 4 - Tensões normais numa viga protendida. .................................................... 8

Figura 5 - Comportamento da seção do concreto no estádio I .................................... 9

Figura 6 - Comportamento da seção no estádio II .................................................... 10

Figura 7 - Comportamento da seção no estádio III ................................................... 10

Figura 8 - Valores mínimos para altura útil das lajes armadas em uma direção ....... 15

Figura 9 - Fases da protensão pós-tracionada .......................................................... 17

Figura 10 - Conceituação de vida útil das estruturas de concreto tomando por

referência o fenômeno de corrosão de armaduras .................................................... 23

Figura 11 - Gráfico Desempenho x Tempo ............................................................... 24

Figura 12 – Modelo simplificado para a corrosão das armaduras ............................. 26

Figura 13 - Variação do desempenho de uma estrutura de concreto armado ao longo

do tempo. .................................................................................................................. 28

Figura 14 - Correspondência entre a classe de agressividade e a qualidade do

concreto..................................................................................................................... 30

Figura 15 - Matrícula do terreno onde se encontra o Edifício Montepar .................... 33

Figura 16 - Localização do Edifício Montepar. .......................................................... 34

Figura 17 - Localização das torres ............................................................................ 35

Figura 18 - Imagem do Edifício Montepar. ................................................................ 36

Figura 19 - Fissuras no teto da garagem................................................................... 37

Figura 20 - Infiltração de água no encontro da laje com pilar. ................................... 37

Figura 21 – Armadura exposta e corroída no pilar da fachada dos fundos ............... 38

Figura 22 - Desplacamento do concreto e perda de estribos, pilar 14. ..................... 38

Figura 23 - Corrosão das armaduras e desplacamento do concreto. ........................ 39

Figura 24 - Ensaio de pacometria ............................................................................. 41

Figura 25 – Ensaio de carbonatação ......................................................................... 42

Figura 26 - Processo de análise de sulfatos .............................................................. 48

Figura 27 – Variação do cobrimento ......................................................................... 51

Figura 28 - Variação da frente de carbonatação ....................................................... 52

Figura 29 - Profundidade de carbonatação x cobrimento das armaduras ................. 53

Figura 30 – Elevação da viga protendida em análise (pavimento térreo). ................. 55

Figura 31 – Seções transversais da viga protendida em análise. ............................. 56

Figura 32 – Seções transversais da viga protendida em análise. ............................. 56

Figura 33 – Propriedades dos materiais que compõem a viga protendida em análise.

............................................................................................................... 56

Figura 34 – Perdas por acomodação da ancoragem. ............................................... 58

Figura 35 – Propriedades da viga do pavimento térreo. ............................................ 62

Figura 36 - Modelo de análise para as cargas permanentes e flecha imediata......... 62

Figura 37 - Modelo de análise para as cargas acidentais e flecha imediata ............. 63

Figura 38 - Modelo de análise para as cargas de protensão e flecha final................ 64

Figura 39 - Modelo de apoio da laje e suas propriedades. ........................................ 66

Figura 40 – Modelo da laje utilizada. ......................................................................... 66

Figura 41 – Áreas de influência dos pilares............................................................... 68

Figura 42 - Viga do pórtico 2 ..................................................................................... 71

Figura 43 - Vigas do pórtico 3. .................................................................................. 71

Figura 44 - Propriedades do pórtico longitudinal. ...................................................... 72

Figura 45 - Propriedade do pórtico transversal extremidade ..................................... 72

Figura 46 - Propriedade do pórtico transversal central .............................................. 73

Figura 47 - Combinação 1 pórtico longitudinal .......................................................... 74

Figura 48 - Combinação 1 pórtico transversal extremidade ...................................... 74

Figura 49 - Combinação 1 pórtico transversal central ............................................... 74







Figura 56 - Diagrama de momentos fletores pórtico transversal central, combinação 2

............................................................................................................... 77

Figura 57 - Diagrama de força cortante pórtico transversal central, combinação 2 ... 78

Figura 58 - Deslocamentos pórtico transversal central, combinação 2 ..................... 79

Figura 59 - Projeto de armadura original do pilar 7 no andar térreo .......................... 81

Figura 60- Dados inseridos no programa oblíqua ..................................................... 82

Figura 61 – Análise do pilar P7 (térreo) ..................................................................... 82

Figura 62 - limite para deslocamentos....................................................................... 83

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Limite da tensão no aço ........................................................................... 13

Tabela 2 - Definições dos estados-limites ................................................................. 14

Tabela 3 - Cobrimentos mínimos segundo NR-1/1960 ............................................. 16

Tabela 4 – Combinações de tipos e níveis de protensão .......................................... 20

Tabela 5 - Vida Útil de Projeto (VUP) ........................................................................ 22

Tabela 6 - Correspondência entre a classe de agressividade ambiental e o cobrimento

nominal para Δc = 10 mm ...................................................................... 29

Tabela 7 – Descrição da estrutura por torre .............................................................. 35

Tabela 8 – Cobrimento das armaduras dos pilares ................................................... 50

Tabela 9 – Amostras por intervalo ............................................................................. 51

Tabela 10 - Profundidade de carbonatação .............................................................. 52

Tabela 11 – Vida útil remanescente para cada pilar ................................................. 53

Tabela 12 - Resultados de sulfato ............................................................................. 54

Tabela 13 - Correção dos resultados ........................................................................ 54

Tabela 14 – Esforços de protensão na viga em análise (Cabo 1 e 2) ....................... 58

Tabela 15 - Tensões atuantes devido as cargas permanentes (g), acidentais (q) e

protensão (p) .......................................................................................... 59

Tabela 16 - Verificação da fase final. ........................................................................ 60

Tabela 17 - Verificação no ELU ................................................................................. 61

Tabela 18 – Flechas finais na viga em análise .......................................................... 64

Tabela 19 - Momento solicitante de cálculo (Msd). ................................................... 67

Tabela 20 – Momento resistente (MRd) .................................................................... 67

Tabela 21 - Comparação dos momentos Msd e MRd ............................................... 68

Tabela 22 - Combinações em ELU ........................................................................... 70

Tabela 23 - Momento de inercia do pilar nos eixos x e y........................................... 72

Tabela 24 - Valores de γz.......................................................................................... 79

Tabela 25- Valores de Momentos máximos por pórtico ............................................ 80

Tabela 26 - Solicitações no pilar mais carregado. ..................................................... 80

Tabela 27 - cálculo dos deslocamentos .................................................................... 83

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 2 1.1 OBJETIVO GERAL ............................................................................................... 3 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................. 4 1.3 JUSTIFICATIVA .................................................................................................... 4 1.4 LIMITAÇÃO DE ESTUDO ..................................................................................... 5 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................... 6 2.1 HISTÓRICO DO CONCRETO ............................................................................... 6 2.2 ESTÁDIOS DO CONCRETO ARMADO ............................................................... 9 2.3 HISTÓRICO DA ABNT NBR 6118 ...................................................................... 11 2.4 TIPOS DE PROTENSÃO .................................................................................... 16 2.4.1 Pré-tração .................................................................................................... ....16 2.4.2 Pós-tração com e sem aderência posterior ................................................. ....17 2.5 NÍVEIS DE PROTENSÃO ................................................................................... 18 2.5.1 Protensão completa..................................................................................... ....18 2.5.2 Protensão limitada ....................................................................................... ....19 2.5.3 Protensão parcial......................................................................................... ....19 2.5.4 Escolha do nível de protensão para análise de vigas.................................. ....20 2.6 VIDA ÚTIL E DURABILIDADE DAS ESTUTURAS DE CONCRETO................. 21 2.6.1 Conceitos de vida útil .................................................................................. ....21 2.6.2 Métodos para determinação da vida útil de uma edificação ........................ ....24 2.6.2.1 Modelo estimativo de Tuutti ...................................................................... ....26 2.6.3 Critérios de Durabilidade ............................................................................. ....28 2.7 ENSAIOS ............................................................................................................ 30 2.7.1 Pacometria .................................................................................................. ....31 2.7.2 Carbonatação .............................................................................................. ....31 2.7.3 Análise de sulfatos ...................................................................................... ....32 2.8 BREVE HISTÓRICO DO EDIFÍCIO MONTEPAR ............................................... 32 3 MÉTODOLOGIA DE PESQUISA ........................................................................... 40 3.3 PACOMETRIA .................................................................................................... 40 3.1 CARBONATAÇÃO ............................................................................................. 41 3.2 ANÁLISE DE SULFATOS .................................................................................. 46 4 ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS ...................................................... 50 4.1 PACOMETRIA .................................................................................................... 50 4.2 CARBONATAÇÃO ............................................................................................. 51 4.3 ANÁLISE DE SULFATOS .................................................................................. 53 5 ANÁLISE ESTRUTURAL DO EDIFÍCIO ................................................................ 55 5.1 VIGA ...................................................................................................................55 5.1.1 ANÁLISE DA SEGURANÇA À RUÍNA ........................................................ ....60 5.1.2 ANÁLISE DA FLECHA ................................................................................ ....62 5.2 LAJE ...................................................................................................................65 5.3 PILAR .................................................................................................................. 68 5.3.1 Deslocamentos horizontais ......................................................................... ....83 6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 84 6.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ................................................. 86 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 87 ANEXOS ................................................................................................................... 91

2

1 INTRODUÇÃO

Segundo Oliveira (2016), a vida útil de um edifício é o período em que o mesmo

atende às necessidades mínimas para o qual foi projetado, atendendo a ABNT NBR

15.575 – Edificações Habitacionais – Desempenho, do ano em que foi executada a

obra.

Fatores como a qualidade do material e mão de obra, assim como, programas

de manutenção e controle dos projetos, devem ser analisados para garantia da idade

prevista em projeto e para que não ocorra o surgimento de anomalias e manifestações

patológicas na edificação, com a consequente deterioração da mesma.

Segundo Possan e Demoliner (2013), a deterioração das edificações ocorre

devido à utilização de materiais com falhas e imperfeitos, contrariedades de projetos

e execução e a falta de manutenção. Dessa forma, torna-se necessária uma atenção

especial aos itens citados, a fim de garantir a qualidade das construções.

Com relação aos materiais empregados, o mais adequado seria que toda obra

abrigasse um setor de suprimento, segundo Cimino (1987), para que os materiais e

peças recebidas dos fornecedores fossem confrontados com as especificações e

normas vigentes, providenciando, quando necessário, ensaios de controle de

qualidade dos materiais. Ainda, segundo o autor, quando da concepção de uma

edificação, as características dos produtos devem ser determinadas, pelo projetista e

a técnica e o procedimento de aplicação, pelo construtor, o que garante uma maior

qualidade dos serviços prestados.

Yazigi (2001) aponta a importância da manutenção, apresentando que, mesmo

que as ações de controle da qualidade adotadas nas etapas de planejamento, projeto,

fabricação de materiais e execução minimizem os problemas patológicos, é

necessário implementar um sistema de manutenção nas edificações a fim de

assegurar um desempenho adequado ao longo do tempo.

Considerando a importância de que uma edificação esteja em operação

apresentando as características descritas no conceito de vida útil, o presente trabalho

apresenta um estudo do edifício Montepar, localizado na Avenida Cândido de Abreu,

535 - Centro Cívico, Curitiba/PR, conforme indicado na Figura 1.

3

Figura 1 – Localização do Edifício Montepar

Fonte: Google Maps

No dia 06 de novembro de 2012 foi publicada uma notícia no site Gazeta

24horas, relatando que, em 26 de outubro de 2012, a edificação em estudo foi

evacuada como medida preventiva, pois houveram relatos de tremores que causaram

desconforto e sensação de insegurança.

Dessa forma, no decorrer deste trabalho serão apresentados os conceitos

básicos de materiais, conceitos de normas e histórico do edifício Montepar, atual

Fórum Cível da Comarca da região metropolitana de Curitiba, a fim de apresentar

respostas sobre a segurança e desempenho da edificação.

1.1 OBJETIVO GERAL

Realizar uma análise estrutural para verificação da necessidade de intervenção

com recuperação e/ou reforço do edifício Montepar para garantia da segurança e

extensão da vida útil da edificação, considerando os critérios de dimensionamento e

durabilidade da ABNT NBR 6118/2014.

4

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

a) Avaliar o estado de conservação do concreto e da armadura com a realização

de ensaios em campo e em laboratório;

b) Analisar a estrutura existente com auxílio dos softwares Excel, Ftool e Oblíqua,

utilizando como referência a NBR 6118/2014 e as cargas atuais da edificação;

c) Comparar os resultados da análise descrita no item “d” acima com os projetos

originais da edificação;

d) Apresentar uma resposta sobre a vida útil remanescente da estrutura, em anos

e eventual necessidade de intervenções para a extensão da mesma,

considerando os critérios de durabilidade e desempenho da ABNT NBR

6118/2014.

1.3 JUSTIFICATIVA

O concreto armado ganhou maior espaço na construção civil brasileira a partir

da década de 40, quando foi publicada a primeira norma técnica relacionada ao

assunto, a ABNT NB-1 – Projeto e execução de obras em concreto armado. Dessa

forma, tem-se que muitas construções em concreto apresentam idades superiores a

50 anos, sendo necessárias avaliações dos critérios de desempenho e durabilidade

para garantia da segurança dos usuários, visto que uma estrutura sem a devida

manutenção preventiva e corretiva pode apresentar perda de capacidade e, em casos

mais extremos, chegar ao colapso.

Uma estrutura que entra em colapso acarreta em descrenças na profissão,

perda de vidas, poluição e também influencia na economia da cidade.

A importância da análise das edificações é ressaltada considerando que os

critérios de durabilidade de estruturas de concreto armado foi um assunto que passou

a ser abordado apenas após a publicação, de 1978, da norma de estruturas de

concreto, 18 anos após a segunda revisão da norma, datada de 1960. Esta última,

utilizada para elaboração dos projetos do Edifício Montepar.

Na revisão da norma de 1978 também foi inserido o conceito de grau de

agressividade do ambiente, que leva em consideração os elementos existentes na

atmosfera que prejudicam as armaduras. No caso do Edifício Montepar, quando

construído não era uma área urbana de tráfego intenso como atualmente, o que pode

5

acarretar em problemas de corrosão nas armaduras devido a espessura do

cobrimento ser insuficiente.

Os efeitos da agressividade do ambiente são visíveis na edificação em analise,

na qual já foram observados problemas decorrentes da corrosão do aço, tais como

desplacamento do concreto, fissuras no encontro de vigas e infiltração no encontro de

laje e pilar, que podem indicar que a mesma não apresenta o desempenho mínimo

em serviço.

Dessa forma, tendo em vista a informação relatada sobre os problemas

observados em relação ao desempenho em serviço da estrutura e que a edificação

citada foi executada em 1975 apresentando, portanto, 43 anos de uso, é

recomendável a análise para a verificação da vida útil da mesma e consequente

garantia de qualidade e desempenho do edifício.

Portanto, o presente estudo contribui para a elaboração de novos estudos

relacionados à extensão da vida útil das edificações, assunto esse muito específico,

de grande complexidade e responsabilidade, tendo em vista a recente necessidade

de intervenção em estruturas que já atingiram a vida útil de projeto prevista.

1.4 LIMITAÇÃO DE ESTUDO

O estudo elaborado se limitará a análise estrutural das lajes em concreto

armado e de uma viga em concreto protendido do pavimento térreo do Edifício

Montepar, assim como, do pilar mais solicitado que compõem a edificação.

Com base nos resultados obtidos da análise estrutural e dos ensaios de

caracterização dos materiais, será apresentada a conclusão sobre a segurança da

edificação e do desempenho da mesma, considerando os estados limites últimos e de

serviço, assim como, informações sobre a vida útil remanescente. No entanto, não

serão apresentadas metodologias de recuperação e/ou reforço necessárias para

adequação da edificação aos esforços solicitantes atuais e para a extensão da vida

útil da obra, caso constatada a necessidade.

De acordo com os resultados obtidos, poderão ser apresentadas

recomendações de prováveis ações para adequação da estrutura, servindo de

diretrizes para trabalhos futuros.

6

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Neste capítulo são abordados os conceitos básicos dos materiais,

informações sobre a alteração e conceitos da norma de estrutura de concreto e o

histórico do empreendimento para melhor compreensão do presente estudo.

2.1 HISTÓRICO DO CONCRETO

Segundo Botelho e Marchetti (2013), os antigos utilizavam pedras para as

construções de casas, templos, fortificações, pontes, entre outros, e a mesma se

mostrava um ótimo elemento para esse fim, como a ponte Romana (ponte nova) que

foi construída utilizando como elemento principal a pedra, localizada no Parque

Natural de Peneda em Portugal, como pode ser visto na

Figura 2.

Figura 2 - Ponte Romana (Ponte Nova).

Fonte: Fernandes (2014).

Segundo Botelho e Marchetti (1983), as pedras são duráveis e resistentes à

compressão, funcionando perfeitamente, no caso de pilares. Mas quando utilizadas

em vigas, onde existem tensões de tração, as pedras se rompiam, o que limitava os

7

vãos. Então surge a ideia de que a pedra poderia ser substituída por um material

igualmente resistente, como o concreto (constituído basicamente de cimento,

agregados e água), para que pudesse incorporar um segundo elemento que resistisse

ao alongamento, como o aço, pois a sua resistência à tração é superior à do concreto,

segundo Pinheiro (2007).

Leonhardt e Monnig (2008) descrevem que o concreto armado é aquele que

contém barras de aço incorporadas, as quais devem absorver os esforços de tração

que a peça/estrutura será submetida. Uma peça estrutural submetida à flexão se

comporta da seguinte maneira: o concreto resiste aos esforços de compressão e o

aço aos esforços de tração, como exemplifica a Figura 3.

Figura 3 - Comportamento em uma viga de concreto.

Fonte: Adaptada de Estruturas UFPR (2016).

Bastos (2015) explica que ao serem submetidas à flexão as peças estruturais

em concreto armado desenvolvem fissuras, ainda em estágios iniciais de

carregamento. Segundo Leonhardt e Monnig (2008), durante muito tempo acreditava-

se que uma peça fissurada não era segura, retardando o uso do concreto armado.

Atualmente sabe-se que as fissuras não oferecem risco a estrutura, desde que sejam

razoavelmente pequenas, considerando os limites apresentados na norma técnica

vigente.

A preocupação com a fissuração do concreto resultou, em 1907, em um estudo

do engenheiro civil Matthias Koenen que consistia em provocar uma alta tensão de

compressão no concreto a fim de evitar a fissuração no caso de flexão do elemento

estrutural. Essa compressão do concreto é chamada de protensão. (Leonhardt e

Monnig, 2008).

8

Segundo Castro (2011), na engenharia civil a protensão significa introduzir um

estado prévio de tensão numa estrutura, visando melhorar o comportamento da

mesma ou sua resistência sob as solicitações que a estrutura será submetida.

Bastos (2015) explica que quando se aplica uma força de compressão

concêntrica ou excêntrica longitudinalmente em uma peça, as tensões nas seções

críticas da peça podem ser reduzidas ou eliminadas, com isso, é elevada a capacidade

a flexão, torção e a força cortante. A situação pode ser compreendida com a análise

da Figura 4.

Figura 4 - Tensões normais numa viga protendida.

Fonte: Bastos (2015)

O autor ressalta que construções que utilizam concreto protendido exigem um

controle de qualidade mais rigoroso. A resistência à compressão do concreto (fck),

deve estar entre 30 e 50 MPa, afim de resultar em estruturas com menor peso próprio

e maiores vãos. Hanai (2005) comenta que uma das preocupações com aço

protendido é a armadura ativa ser mais susceptível à corrosão, e isso se deve ao aço

estar sendo solicitado por tensões elevadas.

Existem diversas maneiras de se realizar a protensão atualmente, utilizando

materiais e métodos diferentes. Porém, no início do uso do concreto protendido,

existiam apenas dois métodos de protensão, um desenvolvido por Eugene Freyssinet

(francês) e outro desenvolvido por Diwidag (alemão), explica Veríssimo e César Jr

(1998).

Segundo Veríssimo e César Jr (1998), Eugene Freyssinet apresentou em 1928

o primeiro trabalho consistente sobre concreto protendido. No mesmo, cita-se a

importância da protensão das armaduras para a construção civil e estuda as perdas

de tensão de protensão resultantes da retração e deformação lenta do concreto,

chegando à conclusão que só é possível garantir a efetividade do sistema aplicando

grandes tensões de protensão. A grande diferença entre os métodos desenvolvidos

9

são a utilização de diferentes materiais. Freyssinet indica a utilização de cordoalha de

fios e cunhas metálicas para ancoragem dos cabos protendidos e Diwidag indica a

utilização de cabos constituídos de barras laminadas com roscas e a ancoragem feita

através de porcas metálicas, como explicam Veríssimo e César Jr (1998).

Nos itens que seguem são apresentadas informações complementares sobre

o concreto protendido, assim como sobre os estádios do concreto, para melhor

compreensão sobre o comportamento do material.

2.2 ESTÁDIOS DO CONCRETO ARMADO

Pinheiro (2007) explica que os estádios do concreto armado se distinguem em

três fases, de acordo com o desempenho da seção do concreto que varia de zero até

a ruptura do elemento.

Segundo o autor, o estádio I é aquele em que se iniciam os carregamentos e

não são visualizadas fissuras pois o concreto resiste adequadamente aos esforços de

tração. Como visto na Figura 5, as tensões de tração são menores que a tensão

resistente à tração do concreto, valendo a Lei de Hooke.

Figura 5 - Comportamento da seção do concreto no estádio I

Fonte: Pinheiro (2007)

A resistência do concreto à tração comparada com a resistência à compressão

é inferior, portanto é inviável o dimensionamento neste estádio.

No estádio II é onde começam a surgir fissuras, pois segundo Pinheiro (2007),

a resistência a tração do concreto chegou ao limite e a área da seção tracionada passa

10

a ser desprezada. Para a área da seção comprimida ainda é válida a Lei de Hooke,

como exemplifica a

Figura 6. Esse estádio é valido para a verificação da peça nos estados limites

de serviço (ELS).

Figura 6 - Comportamento da seção no estádio II


O estádio III se inicia após o término do estádio II, quando a área comprimida

se encontra plastificada e o elemento próximo a ruptura. Desta maneira, o diagrama

de tensões da área comprimida fica da forma parabólico-retangular como

representado na Figura 7, mas para efeito de cálculo a norma brasileira permite a

substituição da parábola-retângulo por um retângulo equivalente, explica Pinheiro

(2007).

Figura 7 - Comportamento da seção no estádio III


11

É nesta fase que se realiza o dimensionamento denominado cálculo no estádio

III.

2.3 HISTÓRICO DA ABNT NBR 6118

Pokes Neto e Muller (2016) comentam que entre os edifícios mais antigos e os

atuais são perceptíveis diferenças como a classe do concreto utilizado, a quantidade

de aço aplicada e também os cobrimentos adotados para as armaduras que compõem

os elementos estruturais. Por isso é importante entender como a norma se alterou

desde a primeira vez que foi publicada e os critérios que foram constatados para

realizar o aprimoramento da NB-1 para a atual NBR 6118.

Segundo Kimura (2013), a primeira norma brasileira de cálculo e execução de

obras de concreto armado foi publicada em 1940, titulada como NB-1, composta por

24 páginas em A5 e influenciada pela norma alemã DIN-1045. Os autores da NB-

1/1940, José Furtado Simas da Academia Brasileira de Ciências (ABC/RJ) e

Telemaco Van Langendonck da Associação Brasileira de Cimento Portland

(ABCP/SP), criaram a primeira norma do mundo em que se determinava o parâmetro

para o Estádio III no concreto e aço (compressão simples), e ela foi dividida em sete

capítulos, os quais tratavam:

Cap. I – Generalidades;

Cap. II – Esforços Solicitantes;

Cap. III – Esforços Resistentes;

Cap. IV – Disposições Construtivas;

Cap. V – Execução de Obras;

Cap. VI – Materiais;

Cap. VII – Tensão Admissíveis.

Kimura (2013) apresenta, ainda, que 20 anos depois foi publicado a primeira

revisão da norma, NB-1/1960, possuindo 19 páginas em A4, com a contribuição de

mais autores como Fernando Luiz Lobo Carneiro, Telemaco Van Langendonck,

Humberto Fonseca e com cooperação com o CEB (Comitê Europeu do Concreto).

Esta revisão manteve os mesmos capítulos, porém, limitando o Estádio II para todas

as solicitações e acrescentando a resistência característica do concreto (fck). Thomaz

(200-?) comenta que essas mudanças se devem ao avanço tecnológico da época e

12

com isso a norma brasileira ficou à frente das normas internacionais adotando

métodos estatísticos e introduzindo o conceito de resistência característica antes do

CEB.

Em 1978 foi publicada a NBR 6118/1978, que substituiu a NB-1/1960,

concebida inteiramente com as recomendações do CEB da época. Kimura (2013)

relata que a norma contém 53 páginas em A4 e os mesmos capítulos, acrescentando

os efeitos locais de 2º ordem para pilares.

Kimura (2013) comenta que demorou mais de 10 anos para a elaboração da

NBR 6118/2003 que substituiu a NBR 6118/1978, que apresenta 221 páginas em A4.

Esta norma foi reformulada sofrendo uma mudança expressiva na maneira de projetar

uma edificação em concreto armado, sendo direcionada para uma análise

computacional, separando a parte executiva em outras normas. O autor relata que

neste aprimoramento da norma acabaram sendo acrescentados os conceitos de

requisitos de qualidade, durabilidade, análise estrutural, efeitos globais de 2º ordem,

punção com momentos fletores, regiões e elementos especiais, tratando de concreto

simples, armado e protendido. Para essa norma, Augusto Carlos de Vasconcelos e

Mário Franco propuseram uma nova metodologia para a verificação de pilares.

A ABNT NBR 6118/2014, teve como estrutura base a ABNT NBR 6118/2003,

contendo 254 páginas em A4, inserindo os concretos do grupo II de resistência (C55

a C90); passando a recomendar a conformidade de projeto por profissional habilitado;

incluído critérios de ductilidade, classes de agressividade ambiental para elementos

em contato com o solo e lajes em concreto protendido e acrescentando resistência à

tração do concreto e módulo de elasticidade para as classes de C50 até C90.

Como o edifício em estudo foi projetado segundo a norma NB-1 de 1960 e

atualmente a norma em vigor é a ABNT NBR 6118 de 2014, é necessária a análise

dos critérios de cada norma, para que seja viável a adequada verificação da estrutura.

Então, a seguir são apresentadas as comparações dos principais critérios de cálculo

e verificação entre as normas.

O método de cálculo da norma de 1960 era realizado pelo método das tensões

admissíveis. Como é explicado no capitulo VII, da referida norma, coeficientes de

segurança e tensões admissíveis, os fatores de segurança apresentados na norma

existiam para assegurar que as peças estivessem no estádio III. Eram utilizados para

calcular peças em função da carga de ruptura, sendo considerado um valor de 1,65

para cargas permanentes e 2,00 para cargas acidentais que estivessem sendo

13

solicitadas a flexão simples ou composta e para peças solicitadas a compressão e a

tração axial era adotado 2,00 para cargas permanentes e 2,40 para cargas acidentais.

Segundo apresentado no item 25 da norma, era permitido o cálculo de peças

submetidas à flexão considerando o estádio II, sendo que a verificação do concreto

era realizada com uma comparação entre a tensão da peça e o limite imposto pela

NB-1, conforme a Equação 1 abaixo.

Equação 1 - Limite da tensão no concreto

Fonte: ABNT NB-1 (1960)

Do mesmo modo era realizada a verificação do aço, respeitando os limites

indicados na Tabela 1.

Tabela 1 - Limite da tensão no aço


Na norma de 2014, onde o método de cálculo foi baseado pelo da norma do

CEB, foram adicionados conceitos de probabilidade e considerados os erros e as

falhas de execução. Este novo método, inserido em 1978, trata-se, segundo Thomaz

(200-?), do Método dos Estados Limites, no qual o carregamento é definido pelas

combinações das ações que os projetistas deverão julgar se são desprezíveis ou não

durante um período preestabelecido. As combinações devem ser definidas de forma

a determinar o efeito mais desfavorável para a estrutura e, então, realizadas as

verificações da segurança para o ELU (estado limite último) e ELS (estado limite de

serviço).

Segundo a norma ABNT NBR 6118/2014, as estruturas em concreto armado

devem ser dimensionadas no ELU e verificadas nos ELS, (dependendo da análise

pode ser ao contrário) sendo necessária a verificação das flechas, as aberturas de

14

fissuras, vibrações e, quando conveniente, a análise de outras questões sensoriais

como conforto térmico ou acústico. A ABNT NBR 6118/2014 define oito estados limites, transcritos do item 3.2 para a

Tabela 2, que segue.

Tabela 2 - Definições dos estados-limites

Estados-limites Abreviação Definições Estado-limite último

ELU

Estado-limite relacionado ao colapso, ou a qualquer outra forma de ruína estrutural, que determine a paralisação do uso da estrutura.

Estado-limite de formação de fissuras ELS-F

Estado em que se inicia a formação de fissuras. Admite-se que este estado-limite é atingido quando a tensão de tração máxima na seção transversal for igual a fct, f.

Estado-limite de abertura das fissuras ELS-W

Estado em que as fissuras se apresentam com aberturas iguais aos máximos especificados na norma.

Estado-limite de deformações excessivas

ELS-DEF Estado em que as deformações atingem os limites estabelecidos para a utilização normal.

Estado-limite de descompressão ELS-D

Estado no qual, em um ou mais pontos da seção transversal, a tensão normal é nula, não havendo tração no restante da seção. Verificação usual no caso do concreto protendido.

Estado-limite de descompressão parcial

ELS-DP

Estado no qual garante-se a compressão na seção transversal, na região onde existem armaduras ativas. Essa região deve se estender até uma distância ap da face mais próxima da cordoalha ou da bainha de protensão.

Estado-limite de compressão excessiva

ELS-CE

Estado em que as tensões de compressão atingem o limite convencional estabelecido. Usual no caso do concreto protendido na ocasião da aplicação da protensão.

Estado-limite de vibrações excessivas ELS-VE

Estado em que as vibrações atingem os limites estabelecidos para a utilização normal da construção.

Fonte: Adaptado da ABNT NBR 6118/2014

Na NB-1/1960 os pilares eram verificados a compressão axial simples e não

podiam ter dimensões inferiores a 20 cm e nem a 1/25 de sua altura. Já, em 2014,

não podem serem inferiores a 19 cm e nem ter a área da seção transversal inferior a

360 cm² e verificados à compressão composta oblíqua.

Porém, quando há a necessidade de utilizar dimensões menores, é permitido o

uso de larguras de até 14cm, desde que seja respeitada a área da seção transversal

mínima e seja considerado um coeficiente adicional para determinação das

solicitações.

15

Com relação à geometria das vigas, o limite inferior da largura da seção

transversal era de 8 cm na norma NB-1 de 1960, passando para 12 cm na norma

atual.

No caso das lajes, segundo a NB-1/1960, as espessuras não podiam ser

menores que 5 cm em lajes de cobertura, 7 cm em lajes de piso e 12 cm em lajes que

eram previstas passagem de automóveis. Em relação a altura útil das lajes armadas

em uma só direção não podiam ser inferiores que as porcentagens descritas nos itens

a, b e c reproduzido na Figura 8.

Figura 8 - Valores mínimos para altura útil das lajes armadas em uma direção


Na norma de 2014 as lajes foram classificadas em 3 tipos, sendo elas, maciça,

nervurada e pré-moldada. Para as lajes pré-moldadas devem ser considerados os

critérios das normas ABNT NBR 9062 – Projeto e execução de estruturas de concreto

pré-moldado e ABNT NBR 14861 – Lajes alveolares pré-moldadas de concreto

protendido — Requisitos e procedimentos.

Os valores mínimos de espessura das lajes maciças prescritos na norma de

2014 são de 7 cm para laje em cobertura não em balanço, 8 cm para lajes de piso não

em balanço, 10 cm para laje em balanço e 15 cm para lajes com protensão apoiadas

em vigas.

O conceito de ductilidade é abordado na norma de 2014 estabelecendo limites

para as vigas e lajes, sendo que no ELU a relação altura da linha neutra pela altura

útil da seção (x/d) não deve ultrapassar 0,45 (pra concretos com até 50 MPa). Essa

limitação não era observada na norma de 1960.

Na norma de 1960 também não era abordado o assunto durabilidade de

estruturas com profundidade, sendo apenas apresentados os cobrimentos mínimos

no item 42, os quais são transpostos na Tabela 3, que segue.

16

Tabela 3 - Cobrimentos mínimos segundo NR-1/1960


Na norma de 2014 o assunto durabilidade teve uma maior abordagem, sendo

descrita a importância de se conceber a estrutura com base em critérios técnicos, dos

quais citam-se a classe de agressividade ambiental (CAA), cobrimento da armadura

e relação água/cimento.

2.4 TIPOS DE PROTENSÃO

Segundo apresentado na ABNT NBR 6118/2014, a armadura de protensão é

constituída por fios ou barras, feixes (barras ou fios paralelos) ou cordões (fios

enrolados), e se destina à produção das forças de compressão. Denomina-se cabo

ou armadura ativa a unidade da armadura de protensão considerada no projeto.

De acordo com os itens 3.1.7, 3.1.8 e 3.1.9 da norma citada, os tipos de

protensão estão diretamente relacionados aos tipos de aderência que ocorrem com a

armadura ativa, podendo ser divididos em pré e pós-tração, com aderência inicial,

posterior ou sem aderência.

2.4.1 Pré-tração

Conforme o item 3.1.7 da ABNT NBR 6118/2014, a pré-tração é quando a

armadura ativa sofre um pré-alongamento utilizando apoios independentes e

desconectadas dos apoios antes da concretagem.

Cholfe e Bonilha (2017) comentam que a liberação da protensão é feita pela

transferência da força ao concreto por aderência e que isso ocorre após o

endurecimento do concreto.

Segundo Bastos (2015), essas peças pré-tracionadas são geralmente

fabricadas em “pistas de protensão”, com o propósito de moldar um grande número

17

de peças simultaneamente. É comum o uso de vapor para realizar a cura, afim de que

haja a transferência de força de protensão em até 24 horas.

2.4.2 Pós-tração com e sem aderência posterior

De acordo com o item 3.1.8 da ABNT NBR 6118/2014, a armadura ativa pós-

tracionada com aderência posterior é aquela em que o aço é tensionado após o

endurecimento do concreto, onde o apoio é feito na própria peça. Posteriormente, a

partir da injeção de concreto nos dutos vazados, o aço fica aderente ao concreto

permanentemente.

Segundo Bastos (2015), é deixado na peça concretada um duto vazado, como

na Figura 9. Posteriormente, o aço é inserido nesse duto, é feito o alongamento do

mesmo e, então, o duto é preenchido com uma calda de cimento, criando aderência

entre a armadura e o concreto.

Figura 9 - Fases da protensão pós-tracionada

Fonte: Bastos (2015)

18

Conforme o item 3.1.9 da ABNT NBR 6118/2014, a armadura ativa pós-

tracionada sem aderência posterior é realizada similarmente à citada anteriormente,

porém sem fazer a ligação de aderência, ou seja, sem a injeção da calda de cimento

após a protensão do aço. O concreto e o aço ficam ligados apenas nas ancoragens

no mesmo ponto em que a força de protensão é transferida à peça.

2.5 NÍVEIS DE PROTENSÃO

Conforme indicado na ABNT NBR 6118/2014, a protensão pode ser

classificada conforme três níveis: protensão completa, limitada ou parcial. A

classificação citada é diretamente relacionada à classe de agressividade ambiental

assumida para a estrutura e aos estados limites de utilização (ELS) referentes à

fissuração. A seguir são descritos os níveis de protensão abordados na norma.

2.5.1 Protensão completa

De acordo com a ABNT NBR 6118/2014, tabela 13.4, a protensão completa

(nível 3) deve ser utilizada em elementos com armadura pré-tracionada em ambientes

de classe de agressividade ambiental III e IV, para a protensão completa, devem ser

verificadas duas condições.

a) para as combinações frequentes de ações, previstas no projeto, é respeitado

o estado limite de descompressão, ou seja, para as situações em que atuarem a carga

permanente e as sobrecargas frequentes, não se admite tensão de tração no

concreto;

b) para as combinações raras de ações, quando previstas no projeto, é

respeitado o estado limite de formação de fissuras.

Segundo Veríssimo e César Junior (1998), a protensão completa, também

conhecida como protensão total, é uma ótima alternativa para se utilizar em obras de

meios muito agressivos, pelo fato de proporcionar as melhores condições de proteção

das armaduras contra a corrosão e limita as flutuações de tensões no aço a valores

moderados.

É ressaltado que não existe nenhuma restrição técnica à utilização da

protensão completa, sendo que usualmente a opção pela protensão limitada se deve

por motivos econômicos, explica Veríssimo e César Junior (1998).

19

2.5.2 Protensão limitada

De acordo com a ABNT NBR 6118/2014, tabela 13.4, a protensão limitada deve

ser utilizada em elementos com armadura pré-tracionada em ambientes de classe de

agressividade ambiental II ou com armadura pós-tracionada em (CAA) III e IV, no caso

de utilização, devem ser verificadas duas condições.

a) para as combinações quase permanentes de ações, previstas no projeto, é

respeitado o estado limite de descompressão;

b) para as combinações frequentes de ações, previstas no projeto, é respeitado

o estado limite de formação de fissuras.

No que diz respeito às vigas com tensões moderadas de tração em serviço,

Veríssimo e César Junior (1998) apontam que é realizado o dimensionamento de

protensão limitada, sendo considerada uma pequena probabilidade de fissuração do

concreto. As fissuras eventualmente abertas, devido à atuação de uma sobrecarga

transitória, se fecham após a passagem da carga, pois as seções permanecem

comprimidas sob o efeito das cargas quase permanentes.

Os autores ainda pontuam que a protensão limitada é comumente utilizada em

elementos estruturais tais como pontes e passarelas. Nessas situações, as peças de

concreto ficam sujeitas a tensões de protensão menores do que aquelas que seriam

produzidas por uma protensão total, o que pode trazer as seguintes vantagens:

Menores tensões de tração e compressão na época da protensão;

Melhor comportamento no que diz respeito às deformações (flechas) sob o efeito da fluência do concreto;

Maior participação da armadura suplementar na ruptura. Tensões de protensão menores implicam em armadura ativa menor, o que exige mais armadura

passiva. Como o aço CP (concreto protendido) é mais caro que o aço CA

(concreto armado) esse balanço entre as armaduras ativa e passiva pode

conduzir a soluções mais econômicas.

2.5.3 Protensão parcial

De acordo com a ABNT NBR 6118/2014, tabela 13.4, a protensão parcial deve

ser utilizada em elementos com armadura pré-tracionada em ambientes de classe de

20

agressividade ambiental I ou com armadura pós-tracionada em CAA I e II, no caso de

utilização, deve ser verificada apenas uma condição.

a) para as combinações frequentes de ações, previstas no projeto, é respeitado

o estado limite de abertura de fissuras.

O critério estabelecido neste caso é semelhante àquele para protensão

limitada, porém, permite-se que as tensões de tração no concreto atinjam valores mais

elevados ocasionando a formação de fissuras de maior abertura.

Na Tabela 4 são ilustradas as possíveis combinações de tipos e níveis de

protensão que podem ser utilizados.

Tabela 4 – Combinações de tipos e níveis de protensão

Nível de protensão Características Combinação

Classe de Agressividade Ambiental (CAA)

Protensão parcial

Admite tensões de tração com fissuras limitadas a 0,2 mm Frequentes

Pré-tração: CAA I Pós-tração: CAA I e II

Protensão limitada

Não se admite tensões de tração na peça

Quase permanentes Pré-tração: CAA II

Pós-tração: CAA III e IV Sem formação de fissuras Frequentes

Protensão completa

Não se admite tensões de tração na peça Frequentes Pré-tração: CAA III e IV Sem formação de fissuras Raras

Fonte: Adaptada da ABNT NBR 6118/2014.

2.5.4 Escolha do nível de protensão para análise de vigas

Segundo Schmid (1988), a escolha do nível de protensão é dada a partir da

carga que o projetista deseja aplicar na viga a fim de reduzir o momento solicitante,

mantendo o mesmo desempenho do elemento estrutural. O autor comenta que para

os primeiros anos a protensão completa é a mais recomendada e que ela induz a

utilização de pouca armadura frouxa, com consequência gera uma tensão de tração

devidas a retração, e são mais utilizadas quando a estrutura não permite fissurações

como em tirantes, lajes impermeáveis e em reservatórios. Já na protensão limitada e

parcial, quando ocorrem fissuras elas são pequenas e uniformemente distribuídas.

Quando se tem a protensão completa não se obtém flecha, o que também

ocorre quando se tem uma protensão limitada ou parcial, quando só tem a carga

permanente atuando na estrutura, ainda segundo o autor. Por este fenômeno a

21

protensão completa é mais cara e exige uma mão de obra mais rigorosa que as outras

duas.

Na metodologia de estudo será definido o nível de protensão utilizada para os

cálculos.

2.6 VIDA ÚTIL E DURABILIDADE DAS ESTUTURAS DE CONCRETO

No presente item são apresentados os conceitos de vida útil e durabilidade das

estruturas afim de permitir uma maior compreensão da importância de se considerar

esses itens ao projetar e executar uma estrutura.

2.6.1 Conceitos de vida útil

As estruturas de concreto, segundo Helene (2004), devem ser concebidas de

modo a prever as condições ambientais e realizar as manutenções preventivas

especificadas no projeto, conservando, durante um período estabelecido, sua

segurança, estabilidade, aptidão em serviço e aparência aceitável, de modo que a

estrutura não precise de medidas extras de manutenção ou reparo.

Por vida útil a ABNT NBR 15575 – Edificações Habitacionais – Desempenho

entende que é o período em que a estrutura preserva as características do concreto

sem haver nenhuma intervenção estrutural. A vida útil é dada por partes da estrutura

ou como um todo, porém só se obtém a vida útil com a cooperação de todos os

envolvidos no projeto, execução e usuário do edifício.

Em 2013 entrou em vigência a norma ABNT NBR 15575, que tem como objetivo

o aumento da garantia de qualidade das obras. Na mesma são apresentados os

conceitos de vida útil de uma edificação, sendo:

Vida Útil (VU) – período de tempo em que um edifício e/ou seus sistemas se prestam às atividades para as quais foram projetados e construídos, com atendimento

dos níveis de desempenho previstos nesta norma, considerando a periodicidade e a

correta execução dos processos de manutenção (a vida útil não pode ser confundida

com prazo de garantia legal ou contratual).

Vida útil de Projeto (VUP) – período estimado de tempo para o qual um sistema

é projetado, a fim de atender os requisitos de desempenho, estabelecidos em norma,

considerando o atendimento aos requisitos das normas aplicáveis, o estágio do

22

conhecimento no momento do projeto e supondo o atendimento da periodicidade e

correta execução dos processos de manutenção especificados no respectivo manual

de uso, operação e manutenção.

Desta forma, a definição de vida útil é diferente de vida útil de projeto, pelo fato

de que a vida útil de projeto abrange apenas o sistema projetado considerando a

operação e manutenção adequada realizada pelo usuário. Por outro lado, a vida útil é

mais abrangente, de forma que, ela está diretamente relacionada ao projeto, a

qualidade dos materiais e serviços durante a construção e também a operação e

manutenção adequada realizada pelo usuário.

Tabela 5 - Vida Útil de Projeto (VUP)

Fonte: ABNT NBR 15575/2013 – parte 1

Conforme visualizado na Tabela 5, da norma ABNT NBR 15575/2013, é

estimado que a estrutura de uma edificação tenha uma vida útil de projeto maior ou

igual a 50 anos.

Medeiros, Andrade e Helene (2011) explicam a relação da vida útil da estrutura

utilizando o fenômeno de corrosão das armaduras, como mostra a Figura 10.

23

Figura 10 - Conceituação de vida útil das estruturas de concreto tomando por referência o fenômeno de corrosão de armaduras

Fonte: Medeiros, Andrade e Helene (2011)

Para uma melhor compreensão os autores definiram as vidas úteis indicadas

na Figura 10, sendo elas:

Vida útil de projeto: É o período denominado como período de iniciação que é

o tempo que vai até a despassivação da armadura, ou seja, o período de tempo

necessário para que se inicie a corrosão na armadura. Este período não significa que

irá haver a corrosão importante, mas sim que na fase do projeto deve ser prezada a

segurança da estrutura.

Vida útil de serviço: É o período de tempo que vai até o momento em que a estrutura inicia o desenvolvimento de patologias que sejam prejudiciais. Essas

patologias são muito variáveis pois dependem do uso e quais são as exigências que

devem ser seguidas para definir o momento que se deve considerar terminada a vida

útil de serviço.

Vida útil última ou total: É o período de tempo em que leva para a estrutura

apresentar ruptura ou colapso parcial ou total. Esse período de tempo é caracterizado

quando há uma redução significativa da seção resistente da armadura ou uma perda

importante da aderência armadura/concreto.

24

Vida útil residual: É o período de tempo em que a estrutura ainda será capaz

de desempenhar suas funções, contando a partir da data em que foi realizada uma

vistoria. Essa vistoria e diagnóstico podem ser efetuados a qualquer instante da vida

em uso da estrutura. O período de tempo máximo, nesse caso, pode ser o limite de

projeto, o limite das condições de serviço, ou o limite de ruptura, que dão origem a

três possíveis vidas úteis residuais, sendo elas: uma mais curta, contada até a

despassivação da armadura (vida útil de projeto), a outra até o aparecimento de

manchas, fissuras ou destacamento do concreto (vida útil de serviço) e a última longa

contada até a perda significativa da capacidade resistente do componente estrutural

ou seu eventual colapso (vida útil última).

Na Figura 11 pode ser observado o comportamento de uma edificação ao longo

do tempo, em que demostra o desempenho da estrutura inicial até o momento em que

há uma falha. Entre o tempo, início e falha, é decorrido a deterioração da estrutura,

sem manutenção, configurando a vida útil de um edifício.

Figura 11 - Gráfico Desempenho x Tempo

Fonte: Construction Congresso (2013)

2.6.2 Métodos para determinação da vida útil de uma edificação

Com a intenção de garantir a segurança da população e a satisfação do

usuário, sentiu-se uma necessidade de determinar antecipadamente quanto tempo

25

uma estrutura apresentaria os requisitos apresentados no item anterior que a

adequariam como apta a desempenhar seu serviço.

Um dos primeiros trabalhos a apresentar um gráfico representando o

desempenho de uma estrutura de concreto armado relacionada à degradação ao

longo do tempo provocada pela corrosão das armaduras, foi Tuutti em 1982, explica

Possan (2010).

A autora destaca que os primeiros estudos de previsão na engenharia foram

motivados pela natureza determinística, mas como existem inúmeras variáveis

aleatórias que envolvem os processos de degradação das estruturas de concreto,

fizeram com que esses estudos tivessem uma base probabilista.

Possan (2010) associa o princípio de incerteza de Heisenberg, que diz que não

se pode ao mesmo tempo medir precisamente a posição e velocidade de uma

partícula, à determinação da vida útil das estruturas, concluindo assim que realizar

essa previsão é uma tarefa difícil além de imprecisa.

Helene (1997) apresenta quatro métodos de previsão de vida útil de estruturas

de concreto, ambos tendo como principais definições experiências anteriores, ensaios

acelerados, métodos determinísticos e métodos probabilistas.

Muito semelhante, Medeiros (2014) apresenta também 4 maneiras de se prever

a vida útil de uma edificação do ponto de vista de materiais:

a) Empiricamente, procura garantir a durabilidade de uma estrutura especificando

os métodos construtivos. Basicamente é o que as normas fazem, sendo o

principal parâmetro as espessuras dos cobrimentos das armaduras, porém nas

normas anteriores não era considerado agressividade ambiental.

b) Com base em ensaios acelerados. Baseado na norma norte-americana ASTM

E632 Standard Practice for developing Accelerated Tests to Aid Prediction of

the service life of building components and Materials (Prática Padronizada para

o Desenvolvimento de Ensaios Acelerados para Auxiliar a Previsão da Vida Útil

de Serviço de Materiais e Componentes da Edificação).

c) Por modelos numéricos e deterministas, em que tem como base os

mecanismos de transporte de gases, massas e íons através dos poros de

concreto, no período de iniciação da corrosão e no período de propagação da

corrosão na armadura (Lei de Faraday).

d) Por modelos probabilísticos. É o método mais conhecido para análise da

durabilidade no projeto estrutural. Dado um período de durabilidade, é possível,

26

a partir desse método, ser determinado o cobrimento e as armaduras

necessárias para atingir tal período de vida útil.

Segundo Molin et al. (2016), têm sido desenvolvidos vários modelos de

previsão de vida útil, que possam descrever adequadamente o processo de

degradação das estruturas de concreto armado ao longo do tempo. A maioria aborda

a degradação pela corrosão das armaduras, que é a manifestação patológica mais

recorrente, porém os modelos são complexos e de difícil compreensão. Conhecer as

variabilidades de degradação das estruturas e maneiras de corrigi-las é necessário

para garantir uma VUP mínima.

2.6.2.1 Modelo estimativo de Tuutti

Segundo Tuutti (1982), o processo de corrosão e degradação da armadura

pode ser subdividido em dois estágios, a iniciação e a propagação, conforme

apresentado na Figura 12.

Figura 12 – Modelo simplificado para a corrosão das armaduras

Fonte: Tuutti, tradução livre (1982)

De acordo com o autor, o período de iniciação é determinado pelo tempo que

o cobrimento da estrutura resiste às substâncias que penetram no concreto até

atingirem a armadura e também pela concentração necessária dessas substâncias

para iniciar o processo de corrosão. Geralmente o transporte dessas substâncias é

feito através de uma combinação de convecção e difusão, um exemplo prático disso

27

é que um concreto curado pode absorver uma solução de cloreto por capilaridade,

pelo fato de ser um material poroso.

O autor ainda ressalta que a análise de fatores como a espessura do

cobrimento do concreto e a permeabilidade da estrutura são necessários para o

período de iniciação.

O processo de corrosão da armadura tem início no estágio de propagação e os

fatores que determinam a taxa de corrosão determinam também a duração desses

estágios.

Tuutti (1982) explica que o aço embutido no concreto possui condições mais

definidas do que o aço exposto ao ar livre, pois o cobrimento equaliza e ameniza o

efeito das variações do ambiente, além de proteger o aço contra impurezas.

Fatores como teor de umidade do concreto, temperatura ao redor das áreas de

corrosão, composição química nos poros do concreto, porosidade da estrutura e a

espessura do cobrimento influenciam diretamente na taxa de corrosão da armadura.

De acordo com Tuutti (1982), a profundidade de carbonatação pode ser

estimada através da equação do princípio da raiz quadrada do tempo, que é baseada

na primeira Lei de Fick1.

= .√

Onde:

X – profundidade de carbonatação em mm;

t – tempo em anos;

k – coeficiente de carbonatação, que depende da difusividade efetiva do CO

através do concreto e da concentração e quantidade retida de CO

Segundo Andrade (1992), a constante k pode ser calculada com o valor do

cobrimento e o tempo de vida da edificação. Tendo-se k é possível estipular o tempo

médio que levará para a carbonatação atingir a armadura, desde que ainda não tenha

atingido na data da vistoria.

1 A Lei de Fick é uma lei quantitativa na forma de equação diferencial que descreve diversos

casos de difusão de matéria ou energia em um meio no qual não existe equilíbrio químico ou térmico.

28

2.6.3 Critérios de Durabilidade

Para obter uma melhor durabilidade das estruturas em concreto armado, na

norma ABNT NBR 6118/2014 são apresentadas quatro diretrizes para garantia da

qualidade do sistema, sendo elas, exigências de durabilidade, vida útil de projeto,

mecanismos de envelhecimento e deterioração e a agressividade do ambiente. As

exigências de durabilidade são referentes a garantia da segurança, estabilidade e

aptidão em serviço durante a vida útil do edifício, o qual deve ser projetado e

construído sob as condições ambientais na época do projeto.

A norma ainda serve de parâmetro para uma elaboração de projetos que

atendam aos requisitos mínimos de segurança durante todo seu tempo de vida útil.

Helene (1993) descreve que as estruturas além de contemplar os requisitos mínimos

de segurança, devem contemplar as exigências mínimas de funcionalidade e aspecto

estético. Os sinais do fim da vida útil da edificação são o início da deterioração da

estrutura conforme indicado na Figura 13.

Figura 13 - Variação do desempenho de uma estrutura de concreto armado ao longo do

tempo.

Fonte: Medeiros, Andrade e Helene (2011)

O autor explica que é possível realizar uma previsão da deterioração da

estrutura com base nas condições de exposição, nas características dos materiais

utilizados e nos modelos de deterioração.

29

Quanto a exposição da estrutura, Helene (1989) ressalta que os grandes

problemas de durabilidade se devem ao desprezo da classificação de agressividade

ambiental e a baixa resistência do concreto à deterioração e a correspondência entre

os mesmos.

A respeito das condições de exposição, afim de prevenir patologias precoces,

é proposto pela norma de estruturas de concreto vigente (ABNT NBR 6118/2014)

cobrimentos mínimos da armadura com base nas condições de exposição do

ambiente, sendo especificados os valores dos cobrimentos recomendados para as

diferentes classes de agressividade ambientais a qual uma edificação pode ser

exposta. Os valores recomendados na norma são apresentados na Tabela 6.

Tabela 6 - Correspondência entre a classe de agressividade ambiental e o cobrimento

nominal para Δc = 10 mm

Fonte: ABNT NBR 6118/2014

Em relação a durabilidade do concreto no que diz respeito a classificação de

agressividade ambiental, a deterioração se deve a três mecanismos básicos, sendo

eles: a lixiviação por ação de águas puras, carbônicas agressivas e acidas que dissolvem e carreiam os compostos da pasta hidratada, especialmente o hidróxido de cálcio; expansão por ação de sulfatos reativos com o aluminato tricálcico da pasta e expansão devida as reações dos álcalis do cimento com certos agregados. (HELENE, 1989).

Sobre as características dos materiais empregados, Calado et al. (2015)

descrevem que atualmente o concreto deve ser forte, ou seja, não necessariamente

deve ter alta resistência, apenas o suficiente para resistir aos esforços, mais

importante que isso é ser durável. Para que isso aconteça, Boggio (2000) explica que

a relação água/cimento deve ser ótima.

30

Ainda segundo o autor, para a escolha do cimento deve-se levar em

consideração as exigências de durabilidade e a resistência que o concreto deva atingir

em uma idade estabelecida. A trabalhabilidade do concreto se deve à relação

água/cimento, já a relação água/materiais seco está associada ao processo de

adensamento. A ABNT NBR 6118/2014 determina a relação água/cimento com uma

correspondência da classe de agressividade ambiental (CAA), como mostra a

Figura 14, ou seja, ela aborda essa relação associando com a durabilidade,

assim assegurando que o concreto esteja com o desempenho adequado para o que

foi projetado.

Figura 14 - Correspondência entre a classe de agressividade e a qualidade do concreto

Fonte: ABNT NBR 6118/2014

2.7 ENSAIOS

Quando é necessária a verificação do estado de deterioração de uma

edificação, segundo Mazer (2012), deve ser realizada vistorias detalhadas e

cuidadosamente planejadas para tornar possível a determinação da real situação da

edificação, assim como, a realização de ensaios de acordo com a complexidade de

cada edificação vistoriada.

De acordo com o autor, dentre os ensaios disponíveis para a análise do estado

de conservação dos materiais empregados em uma edificação em concreto armado,

citam-se o ensaio de carbonatação, ensaios de análise de cloretos, pacometria,

esclerometria e ensaios de resistência à compressão de testemunhos, os quais serão

descritos na sequência.

31

2.7.1 Pacometria

Segundo Mazer (2012), esse ensaio pode determinar a localização das

armaduras e com equipamentos mais sofisticados o diâmetro e o cobrimento também.

O método consiste em medir as perturbações provocadas pela presença de um objeto

metálico colocado num campo eletromagnético emitido por um sistema de bobinas. O

aparelho analisa os sinais induzidos por este campo e calcula o cobrimento e/ou o

diâmetro dos aços situados no aprumo do sensor.

2.7.2 Carbonatação

O ensaio de carbonatação tem por objetivo determinar a profundidade de

carbonatação do concreto, processo esse relacionado com a corrosão das armaduras.

De acordo com Papadakis, Vayenas e Fardis (1991), a carbonatação é causada

pelo agente agressivo CO2 que em condições normais de exposição penetra no

concreto e reage com o hidróxido de cálcio, diminuindo o pH para valores abaixo de

10. A carbonatação não é prejudicial ao concreto, mas, sob essa nova alcalinidade, a

proteção da armadura é destruída e, em presença de umidade e oxigênio, dá-se início

à corrosão.

Segundo Mitidieri Filho, Thomaz e Helene (1995), a alta alcalinidade do

concreto promove uma formação de um filme de óxido nas barras de aço, formando

uma proteção contra a corrosão, porém, quando a carbonatação atinge a espessura

correspondente ao cobrimento do aço, começa a despassivação dessa camada

protetora e tem início à oxidação.

O ensaio é realizado com a aplicação de fenolftaleína, que se trata de um

indicador de pH, na superfície analisada. Essa substância mantém-se incolor em

soluções ácidas e torna-se cor-de-rosa em soluções básicas. A sua cor muda a

valores entre pH 8,2 e pH 9,8. Dessa forma, pode-se verificar a profundidade da

carbonatação e então determinar a qualidade da estrutura, principalmente com

relação às condições das armaduras (RILEM,1988).

32

2.7.3 Análise de sulfatos

Essa análise serve para a avaliação do concreto de cobrimento da armadura.

Se a quantidade existente de sulfato for elevada, Andrade (1992) apresenta uma

análise para a qual tem-se o valor limite aceitável de 0,44% de sulfatos para um

concreto com massa específica de 24 kN/m³ e consumo de cimento de 3,5 kN/m³ e

considerando um cimento com teor de gesso de 3%, onde ultrapassar o limite

aceitável significa que houve contaminação do concreto por sulfatos, explica o autor.

O autor também cita que a presença de sulfatos pode gerar expansão e

formação de fissuras que são decorrentes da cristalização de sais, fenômeno

conhecido como “ataque por ação física”. A cristalização de sais é considerada uma

forma específica de ataque, já que ela não está relacionada entre compostos da pasta

de cimento hidratada e reações químicas entre sulfatos. Por meio da capilaridade os

sais de sulfato, em meio a aquoso, permeia no interior dos materiais de base

cimentícia. Devido a evaporação da água, eleva-se a concentração de sais o que pode

causar cristalização, onde os sais ocupam maior volume que causa expansão,

consequentemente fissuras e reduz a proteção das armaduras que é o cobrimento,

explicam Quanbing, Xueli e Shiyuan (1997).

2.8 BREVE HISTÓRICO DO EDIFÍCIO MONTEPAR

De acordo com a matrícula do terreno, seu primeiro proprietário foi a sociedade

civil MONTEPAR – Montépio Nacional do Servidores Públicos. Em 22 de junho de

1976, o imóvel foi hipotecado pela Caixa Econômica Federal. Em 10 de fevereiro é

averbada à matrícula a construção do Edifício, citando a ocupação comercial e a

estrutura em concreto protendido, como mostra a Figura 15.

33

Figura 15 - Matrícula do terreno onde se encontra o Edifício Montepar

Fonte: Documentos cedidos pelo Departamento de Engenharia e Arquitetura do Tribunal de

Justiça.

Em dezembro de 1994 o mesmo foi comprado pelo Estado do Paraná, pela

quantia de R$ 4.400.000,00 (quatro milhões e quatrocentos mil reais), para abrigar o

Fórum Cível do Foro Central da Comarca da Região Metropolitana de Curitiba e assim

segue até o momento.

O edifício está localizado na Av. Cândido de Abreu, 535, Bairro Centro Cívico

na cidade Curitiba/PR, em um ambiente de tráfego constante, como mostra a Figura

16:

34

Figura 16 - Localização do Edifício Montepar.

Fonte: Google Maps

Segundo Unruh e Odorizzi (2012), na época em que foi projetado e executado,

o edifício era considerado um dos mais arrojados e de concepção moderna de

Curitiba. Utiliza em parte de sua estrutura aço protendido, o que era algo inovador.

O edifício é constituído de 1 subsolo, 1 pavimento térreo, 1 pavimento auditório

e 9 pavimentos tipos, conforme observado no projeto arquitetônico elaborado pelo

escritório de Arquitetura Willer, Sanchotene, Mueller Arquitetos.

A execução da obra foi realizada pela empresa Farid Surugi S/A e o projeto

estrutural elaborado pela Companhia Brasileira de Obras para a Farid Surugi S/A, de

autoria do engenheiro Paulo Augusto Wendler CREA nº 386-D/PR, na data de 1975.

O edifício é composto por duas torres distintas como demonstra a Figura 17,

onde as mesmas são descritas na Tabela 7.

35

Figura 17 - Localização das torres

Fonte: Adaptado do projeto original

Tabela 7 – Descrição da estrutura por torre

Torre Torre 1 Torre 2

Classe do concreto C15 C22

Sistema estrutural do piso Viga em concreto armado e laje maciça Viga em concreto

protendido e laje maciça Pilares Seção retangular Seção H

Fonte: Adaptado do projeto original

A fachada do prédio (vista da Av. Cândido de Abreu) pode ser visualizada na

Figura 18.

36

Figura 18 - Imagem do Edifício Montepar.

Fonte: Google Imagens (2018)

As condições atuais do prédio indicam problemas vinculados com corrosão,

fissuras e infiltrações como demostram as figuras que seguem, citando-se fissuras no

encontro da viga 54 com a viga 8, no teto da garagem, como pode ser observado na

Figura 19, infiltração de água no encontro da laje com pilar (Figura 20), armaduras

expostas e corroídas e desplacamento do concreto nos pilares da fachada (Figura 21,

Figura 22 e Figura 23).

37

Figura 19 - Fissuras no teto da garagem.

Fonte: Arquivos do Departamento de Engenharia e Arquitetura do Tribunal de Justiça do Estado do

Paraná (DEA-TJPR)

Figura 20 - Infiltração de água no encontro da laje com pilar.


Paraná (DEA-TJPR)

38

Figura 21 – Armadura exposta e corroída no pilar da fachada dos fundos


Paraná (DEA-TJPR)

Figura 22 - Desplacamento do concreto e perda de estribos, pilar 14.


Paraná (DEA-TJPR)

39

Figura 23 - Corrosão das armaduras e desplacamento do concreto.


Paraná (DEA-TJPR)

De acordo com o Laudo de Unruh e Odorizzi (2012), os tremores noticiados

pela Gazeta do Povo não foram os primeiros a terem sido notados pelos funcionários

do Fórum. Em todas as vezes foram atendidos os chamados e concluído por uma

inspeção visual, que não haviam problemas estruturais, portanto, a edificação

encontrava-se em equilíbrio e os funcionários em segurança.

Nessa última inspeção realizada, foram identificadas as patologias existentes e

executados as devidas correções e tratamentos, no entanto, não foram analisados os

critérios de durabilidade para extensão da vida útil da obra.

40

3 MÉTODOLOGIA DE PESQUISA

O presente capítulo apresenta os passos metodológicos realizados com o

objetivo de nortear o estudo. Para isto foi realizada uma revisão bibliográfica sobre o

concreto armado, concreto protendido e sobre as normas técnicas ABNT NB 1/1960

e ABNT NBR 6118/2014 com enfoque nos critérios de durabilidade para estruturas de

concreto.

Para a análise estrutural da edificação em estudo foram consultados os projetos

originais, assim como, dois laudos técnicos, datados de 29 de outubro de 2012 e 06

de janeiro de 2014.

A verificação da qualidade dos materiais empregados no edifício se deu com a

execução dos ensaios de carbonatação do concreto (RILEM CPC 18); análise de

sulfatos (4500-SO4); pacometria e esclerometria (NBR 7584/2012).

Foram realizadas simulações de cálculos com as cargas existentes atualmente

na edificação e calculada as capacidades resistentes da estrutura com o auxílio do

software Excel, do software de cálculo estrutural Ftool2 e do software Oblíqua

utilizando como base a ABNT NBR 6118/2014.

3.3 PACOMETRIA

Visando a avaliação das armaduras existentes na estrutura de forma qualitativa

e representativa foi realizado o ensaio de pacometria. O ensaio foi feito nos 8 pilares

do andar subsolo e nos pilares 1, 5, 6, 7 e 8 do térreo.

Utilizou-se um scanner para concreto, como mostra na Figura 24, com o

objetivo a determinação do cobrimento das armaduras existentes dentro dos

elementos estruturais de concreto armado. O diâmetro das armaduras não é

detectado pelo scanner, então quando necessário utilizaram-se as armaduras

previstas no projeto original.

2 O Ftool é um sistema de cálculo estrutural destinado à análise de estruturas bidimensionais.

41

Figura 24 - Ensaio de pacometria

Fonte: Autoria própria

3.1 CARBONATAÇÃO

Para a determinação da profundidade de carbonatação, segundo Andrade

(1992), o método consiste basicamente em aspergir um indicado

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