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Manifestações patológicas e recuperação de estruturas de concreto armado na PCH Rio

Palmeiras Julho/2016

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ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Edição nº 11 Vol. 01/ 2016 julho/2016

Manifestações patológicas e recuperação de estruturas de

concreto armado na PCH Rio Palmeiras

Thiago Viana - [email protected]

Projeto, Execução e Controle de Estruturas e Fundações

Instituto de Pós-Graduação - IPOG

Resumo Apesar de todos os avanços tecnológicos em técnicas e materiais de construção, tem-se

observado um expressivo número de estruturas, sejam edificações ou obras especiais,

relativamente jovens, e que apresentam patologias de todos os tipos. O uso inadequado de

materiais, a dispensa de cuidados na execução, juntamente com a falta de manutenção e

desconhecimento de normas, têm criado despesas extras significativas aos empreendedores.

Neste trabalho, faz-se uma análise visual das manifestações patológicas ocorridas em uma

Pequena Central Hidrelétrica na cidade de Urussanga. A usina está em operação desde 2001,

há aproximadamente 15 anos, e trouxe algumas preocupações quanto ao seu desempenho e

vida útil da estrutura. Com base em relatórios de vistorias, identificaram-se as principais

patologias ocorridas nas estruturas em concreto armado que fazem parte da PCH. Procurou-

se verificar as causas e estabelecer as melhores técnicas para recuperação das estruturas. As

causas identificadas: má impermeabilização, concreto permeável, falta de análise da água,

associadas às falhas de execução, explicam os problemas precoces de infiltrações,

carbonatação do concreto e corrosão da armadura, patologias mais incidentes identificadas.

Por fim, apresentam-se detalhes obtidos durante a investigação, os procedimentos adotados

pela empresa executora da recuperação e consultores contratados para solução dos problemas

patológicos. Esta pesquisa visa contribuir para recuperação de outras obras e normatizações

futuras, visto a importância do estudo da carbonatação do concreto e corrosão de armadura,

fatores determinantes para a sustentabilidade das construções, que além dos altos custos, as

manutenções e reforços estruturais implicam na utilização de novos materiais e técnicas

construtivas. Conclui-se, portanto, pelas análises posteriores que os métodos de recuperação

aplicados às estruturas foram eficientes e que se obteve um desempenho satisfatório, tornando-

as resistentes às condições de exposição para as quais foram concebidas.

Palavras-chave: Corrosão. Carbonatação. Manifestações Patológicas.

1. Introdução

O concreto armado, utilizado sobretudo em fundações, pilares, vigas e lajes. Trata-se de uma

poderosa ferramenta à disposição da engenharia civil para trazer segurança e durabilidade às

construções. De acordo com Kurtis e Mehta (1997), duas das principais características do

concreto armado são durabilidade e resistência do conjunto estrutural. Estes autores (KURTIS;

MEHTA, 1997) afirmam que estas características têm sido colocadas à prova, diante do

surgimento de um número cada vez maior de manifestações patológicas, destacando-se a



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corrosão das armaduras do concreto como a de maior gravidade. Na obra de Helene (1992)

constata-se que há uma disciplina na engenharia que se dedica ao estudo dos sintomas,

mecanismos, causas e origens dos defeitos nas construções civis, como, por exemplo, os

problemas apresentados pelo concreto armado. Trata-se da análise das patologias que, ainda

segundo Helene (1992), apresenta um diagnóstico do estudo das partes que compõem o

problema. Sabe-se que a deterioração advinda das patologias eleva os custos de manutenção

das estruturas e diminui a sua vida útil, com decorrências sociais catastróficas. Por esse motivo,

o estudo metódico do problema, a partir de suas manifestações patológicas características,

proporciona um conhecimento mais amplo de suas causas, e enriquece com informações os

trabalhos de reparo e manutenção das estruturas de forma a minimizar a existência total dos

problemas (CEB, 1993; BASHEER et al., 1994). Helene (1992), novamente, ensina que os

fenômenos patológicos geralmente apresentam manifestação externa característica, a partir da

qual se pode deduzir a natureza, a origem e os mecanismos dos fenômenos envolvidos. A

patologia na construção civil pode diminuir ou anular o desempenho das estruturas, pois sua

estabilidade, estética, servicibilidade e, principalmente, durabilidade, estão relacionadas às

condições a que tal estrutura está submetida. Helene (1992) aduz que certas manifestações

patológicas têm maior incidência quando a necessidade de cuidados em uma determinada

estrutura é repetidamente ignorada, seja na etapa de projeto, execução ou utilização. Após anos

de estudos práticos, pode-se dizer que os problemas patológicos de maior gravidade nas

estruturas de concreto armado, obviamente pelo seu visível risco à integridade da estrutura, são

a corrosão da armadura, flechas excessivas das peças estruturais e fissuras patológicas.

Helene (1992) define corrosão das armaduras de concreto como um fenômeno de natureza

eletroquímica que pode ser acelerado pela presença de agentes químicos externos ou internos

ao concreto. As armaduras das estruturas de concreto armado, em sua origem, encontram-se

passivas em virtude do alto índice de alcalinidade do extrato aquoso do concreto. Nesta

condição, o Ph fica entre 12 e 13, de acordo com Helene (1981).

Os autores Longuet, Burgoen e Zellwer (1973) afirmam que o Ph situa-se entre 12,7 e 13,8.

Este alto índice de alcalinidade faz com que se forme uma película de óxidos submicroscópica

passivante, compacta, resistente e aderente à superfície da armadura que dificulta o

desenvolvimento da corrosão das armaduras no concreto armado (HELENE, 1993).

A despassivação da armadura pode ocorrer por diversos fatores, dentre eles a presença de uma

quantidade suficiente de íons de cloreto na atmosfera, em ambientes marinhos, industriais, ou

nos componentes do próprio concreto; a diminuição da alcalinidade do concreto, devido às

reações de carbonatação ou ainda pela penetração de substâncias ácidas na estrutura (HELENE,

1993).

Para Cascudo (1997), a carbonatação do concreto geralmente é uma condição determinante para

o início da corrosão das armaduras. Assim que a carbonatação atinge a espessura

correspondente ao cobrimento da armadura, inicia-se a despassivação da armadura e por

consequência sua oxidação. Outro ensinamento de Cascudo (1997) são os fatores dos quais

depende o processo de carbonatação, tais como:

1. condições ambientais às quais a estrutura está submetida;



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2. umidade do ambiente;

3. traço do concreto empregado;

4. lançamento e adensamento;

5. cura do concreto;

Tais fatores devem ser cuidadosamente analisados, visando identificar a real causa da corrosão

das armaduras.

2. Metodologia

Este trabalho tem seu desenvolvimento baseado na revisão da bibliografia e estudo de caso

sobre a detecção e análise da patologia e posteriores técnicas e materiais empregados na

recuperação estrutural da Pequena Central Hidrelétrica Rio Palmeira I, situada na cidade de

Urussanga - SC. A fim de identificar as manifestações patológicas e o que pode tê-las originado,

realizou-se uma primeira vistoria e medição “in loco” e análise a partir das fotografias das áreas

com corrosão de armaduras e possível carbonatação do concreto. Além disso, durante as

vistorias, procurou-se identificar fatores que possivelmente aceleram o processo de degradação

dos componentes construtivos, como por exemplo, o índice de acidez da água e Ph baixo,

provenientes da região carbonífera.

3. Patologias observadas

Umas das patologias mais problemáticas em estruturas de concreto de usinas hidrelétricas é a

erosão hidráulica.

Percebe-se nas Figuras 1 e 2, o efeito abrasivo causado pelos materiais sólidos transportados

pelo fluido em movimento. O dano causado pela abrasão está diretamente associado às

condições de fluxo, das partículas e dos sólidos que ele transporta acarretando a diminuição da

vida útil do concreto.

Figura 1 – Desgaste à abrasão na tomada d’água Figura 2 – Desgaste à abrasão na tomada d’água

Fonte: Foto produzida pelo autor (2015). Fonte: Foto produzida pelo autor (2015).



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Não menos importante, os vazios ou nichos de concretagem, popularmente conhecidos como

bicheiras, podem afetar a durabilidade e a resistência das estruturas de concreto armado, que,

eventualmente, sofrerão deformações e, em algumas situações, levarão a estrutura ao colapso.

As principais causas desse problema são as falhas de execução na etapa de lançamento ou

adensamento do concreto da estrutura, como é visível nas Figuras 3 e 4.

"O nicho também pode ser originado pela utilização de agregados graúdos em locais onde o

espaçamento da armadura é insuficiente", explica Selmo Chapira Kuperman, engenheiro

consultor da Themag, empresa de engenharia consultiva (apud FIGUEROLA, 2006).

Figura 3 – Falha de concretagem Figura 4 – Falha de concretagem


Em diversas regiões da estrutura foi constatado o cobrimento inadequado da armadura. Nas

Figuras 5 e 6, nota-se que o cobrimento da armadura não ultrapassa a espessura de 1,0 cm,

chegando a ser de 0,7 cm em algumas faces da estrutura.

O fato de a água do rio possuir alto índice de acidez com Ph da ordem de 3, bem como outras

substâncias, como enxofre e manganês, contribuíram para a aumento da velocidade de deterioração

da estrutura.



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Figura 5 – Armadura exposta na Câmara de Carga Figura 6 – Armadura exposta na Câmara de Carga Fonte: Foto produzida pelo autor (2015). Fonte: Foto produzida pelo autor (2015).

As barras de aço internas das peças estruturais de concreto, como mostram as Figuras 7, 8, 9 e 10,

apresentam problemas de corrosão em estágios diferenciados, desde a corrosão inicial até barras

rompidas pela ação intermitente da corrosão.

Figura 7 – Perda de seção por corrosão Figura 8 – Armadura rompida por corrosão




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Figura 9 – Armadura rompida por corrosão Figura 10 – Armadura rompida por corrosão


Helene (1993) afirma que a corrosão do aço presente no concreto ocorre basicamente devido a

duas condições: por ataque de íons cloro ou pela diminuição da alcalinidade do concreto,

principalmente pelas reações da carbonatação.

4. Recuperação das Estruturas Em razão do longo período em que a estrutura esteve exposta a agentes agressivos, fez-se

necessária a limpeza com hidro jateamento em alta pressão das peças estruturais para remover

os poluentes impregnados. Optou-se também pela escarificação manual da estrutura para

remoção de materiais desagregados.

Nas Figuras 11, 12 e 13 confirma-se a limpeza e a escarificação da peça estrutural.

Figura 11 – Escarificação da estrutura Figura 12 – Escarificação da estrutura




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Figura 13 – Limpeza com hidrojateamento

Fonte: Foto produzida pelo autor (2015).

Para a recuperação dos pilares, primeiramente procedeu-se com o apicoamento do concreto,

que consiste na remoção da sua camada superficial. Este procedimento se deu somente nos

locais onde o concreto estava danificado pela corrosão da armadura, que ao oxidar-se pode

aumentar de volume em até 10 vezes, acarretando o descobrimento da armadura deixando-a

exposta.

Para uma maior eficiência do procedimento de recuperação adotado, todas as barras que

apresentaram sinais de corrosão foram descobertas até chegar à região sã do aço.

Devido ao quadro patológico generalizado, grande parte do aço estrutural foi descoberta, como

se observa nas Figuras 14 e 15.

Figura 14 – Escarificação da armadura danificada Figura 15 – Escarificação da armadura danificada




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Nos locais onde havia armadura em estágio avançado de corrosão, ou até mesmo com

rompimento completo da seção, conforme Figuras 16 e 17, o procedimento adotado foi

adicionar uma armadura complementar equivalente, por meio da perfuração da peça em

aproximadamente 10 cm, e chumbamento da nova armadura com ancoragem química à base de

epóxi, como ilustram as Figuras 18 e 19.

Figura 16 – Armadura com seção rompida Figura 17 – Armadura com seção rompida


Figura 18 – Execução de armadura complementar Figura 19 – Execução de armadura complementar

Fonte: Foto produzida pelo autor (2015). Fonte: Foto produzida pelo autor (2015). Para garantir o cobrimento da armadura de 4 cm, fez-se necessária a colocação de forma de

madeira e aplicação do grout.

Na Figura 20, para reparar as falhas de concretagem, denominadas nichos ou bicheiras, optou-

se pela aplicação manual de argamassa cimentícia, polimérica, com fibras sintéticas.



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Figura 20 – Preenchimento de falhas de concretagem


Na próxima etapa de recuperação da estrutura, utilizou-se um inibidor de corrosão por

impregnação da superfície de concreto nas regiões onde o aço não se encontrava exposto. Este

inibidor, por meio dos poros do concreto, forma uma nova película passivadora na armadura,

protegendo-a contra corrosão e, consequentemente, aumentando a vida útil da estrutura.

A Figura 21 retrata a aplicação do inibidor de corrosão por impregnação.

Figura 21 – Aplicação de inibidor de corrosão por impregnação




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Aplicou-se, em todas as armaduras adicionais, argamassa cimentícia polimérica com inibidor

de corrosão, para garantir maior proteção à estrutura, conforme figuras 22 e 23.

Figura 22 – Armadura recuperada Figura 23 – Armadura recuperada


A última etapa consistiu em proteger dos agentes agressivos a camada superficial do concreto,

ou seja, garantir a impermeabilização da estrutura. Dessa forma, dividiu-se o trabalho em duas

etapas:

a) Preparação do substrato:

Como ponte de aderência para aplicação da impermeabilização, optou-se pela utilização de uma

resina epóxi de baixa viscosidade, com características importantes, como boa capacidade de

penetração, elevada resistência de aderência e rápido endurecimento, para a sequência da

impermeabilização da estrutura.

Nas Figuras 24 e 25 destaca-se a estrutura pronta para receber a última camada

impermeabilizante.



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Figura 24 – Aplicação de pontes de aderência Figura 25 – Aplicação de pontes de aderência Fonte: Foto produzida pelo autor (2015). Fonte: Foto produzida pelo autor (2015).

Esta etapa é de extrema importância para sequência da recuperação das estruturas de concreto

armado, garantindo a eficácia dos métodos adotados.

b) Impermeabilização das estruturas

Sabe-se que a água é o maior responsável pela degradação da estrutura de concreto,

principalmente por ausência de impermeabilização.

Para sanar as manifestações patológicas apresentadas, a impermeabilização se tornou um

processo de recuperação imprescindível para o aumento de vida útil da estrutura.

As Figuras 26, 27, 28 e 29 demonstram as estruturas recuperadas e impermeabilizadas.

Figura 26 – Aplicação da impermeabilização Figura 27 – Aplicação da impermeabilização


Figura 28 - Aplicação da impermeabilização Figura 29 - Aplicação da impermeabilização


7. Discussão dos resultados



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As visitas técnicas constataram que a água do rio Palmeiras foi o principal agente agressor e

responsável pelo início da deterioração da estrutura.

O concreto em seus primeiros dias de confecção possui alcalinidade entre 12 e 14, pela presença

de hidróxidos e, principalmente de cálcio. Neste nível de alcalinidade o ferro dentro da estrutura

ainda está protegido e não há perigo de oxidação.

Ocorre que, com o passar dos anos, a alcalinidade do concreto diminui pela presença de

umidade e, como consequência, reduz o Ph do concreto. A redução do Ph do concreto aliada à

presença de gases, neste caso, CO2, provoca a despassivação da armadura.

De fato, constatou-se que o processo de corrosão das armaduras se deu por intermédio da

carbonatação.

Resumidamente, a carbonatação depende de alguns fatores como:

a) Condições do ambiente: altas concentrações de CO2 aumentam as chances de ataque ao

concreto;

b) Umidade do ambiente: poros parcialmente preenchidos com água na superfície apresentam

condição favorável ao processo;

c) Traço do concreto: altas relações a/c, resultam em concretos porosos e, portanto, aumentam

as chances de difusão de CO2 entre os poros;

d) Lançamento e adensamento: se o concreto tiver baixa permeabilidade (compacto), dificultará

a entrada de agentes agressivos;

e) Cura: processo fundamental para reduzir o efeito de carbonatação, caso contrário, existirá

microfissuras que o enfraquecem. Essas fissuras nas estruturas facilitam a entrada do CO2 e

podem acelerar a carbonatação. Se o processo de curar for feito de forma adequada, pode-se

reduzir em 40% o efeito da carbonatação.

Em relação ao cobrimento da armadura, constatou-se falha na execução da concretagem. A

NBR 6118/2014 nas Tabelas 6.1, 7.1 e 7.2 estabelece, para ambientes com classe de

agressividade III, fator a/c menor ou igual a 0,55 com concreto de 30 Mpa e cobrimento da

armadura de 4 cm.

Nas estruturas estudadas e onde o grau de oxidação da armadura foi maior, o cobrimento

adequado não foi atendido, estando com menos de 1 cm em alguns pontos.

8. Conclusão

O diagnóstico realizado nas estruturas das PCHs Rio Palmeiras I, exposta há aproximadamente

15 anos às intempéries e agentes agressivos, conduziu a um quadro de deterioração

generalizado.

Adotaram-se as seguintes técnicas de recuperação: limpeza das estruturas, remoção da camada

superficial do concreto, limpeza das armaduras corroídas, proteção ou substituição das mesmas,

recomposição do cobrimento das armaduras com argamassa polimérica e processos de cura

úmida e por fim, impermeabilização da estrutura.

Como foram citados anteriormente, os processos de deterioração das estruturas ocorrem diante

do ambiente em que se encontram.



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Tendo em vista a carbonatação do concreto e a corrosão das armaduras, percebeu-se que, se

não fossem feitas as recuperações mencionadas, obedecendo aos critérios para proteção e bom

uso das estruturas, essa mesma estrutura sofreria danos maiores com o tempo e muito

provavelmente entraria em colapso.

Constatou-se que por parte dos construtores houve uma falta de preocupação com a

impermeabilização das estruturas, que é um ponto de partida para ocorrência de todas as

patologias aqui mostradas.

Conclui-se, portanto, pelas análises posteriores que os métodos de recuperação aplicados às

estruturas foram eficientes e que se obteve um desempenho satisfatório, tornando-as resistente

às condições de exposição para as quais foram concebidas.

Referências

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FIGUEROLA, V. Vazios de concretagem: cuidados especiais com a armação e uso de

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Mater. Constr. N° 676, 1973, p. 35-42.

RIPPER, T; MOREIRA DE SOUZA, V. C. Patologia, recuperação e reforço de estruturas

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