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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL PATOLOGIA DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO Camila Freitas dos Santos Santa Maria, RS, Brasil 2014
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
PATOLOGIA DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
Camila Freitas dos Santos
Santa Maria, RS, Brasil 2014
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PATOLOGIA DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO
Camila Freitas dos Santos
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para a
obtenção do grau de Engenheiro Civil.
Orientador: Prof. José Mario Doleys Soares
Santa Maria, RS, Brasil
2014 Universidade Federal De Santa Maria
Centro De Tecnologia
3
Curso De Graduação Em Engenharia Civil
A Comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova o Trabalho de Conclusão de Curso
PATOLOGIA DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO
elaborado por Camila Freitas dos Santos
como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil
COMISSÃO EXAMINADORA:
José Mario Doleys Soares, Dr.
(Presidente/Orientador)
Talles Augusto Araujo (UFSM)
Carlos José Marchesan Kummel Félix (UFSM)
Santa Maria, 19 de Dezembro de 2014.
4
Dedico este trabalho à minha família, por sua
capacidade de acreditar e investir em mim. Aos
amigos e colegas, pelo incentivo e apoio
constantes.
AGRADECIMENTOS
5
Quero agradecer, em primeiro lugar, a Deus, pela força e coragem durante toda esta
caminhada.
A todos da minha família que, de alguma forma, incentivaram-me na constante busca
pelo conhecimento. Em especial aos meus pais, Luiz e Vera, pelo amor, incentivo e apoio
incondicional, que não mediram esforços para que eu chegasse até esta etapa de minha vida.
Aos meus irmãos Carine, Carla e Carlos, pela ajuda, companheirismo e confiança que sempre
me deram durante toda a minha jornada. Agradeço também aos meus cunhados Rogério e
Izaias, pela força, motivação e conselhos que sem dúvidas foram e serão imprescindíveis para
minha vida pessoal e profissional.
Aos meus amigos Douglas, Zelina, Sibele, Tiago, Alan, Bruno, colegas de trabalho do
HUSM, Éder, Selaine e Patrícia, pela amizade e carinho, por compreenderem meu sumiço,
por estarem sempre ao meu lado participando das minhas tristezas, angústias e ansiedades nos
momentos mais delicados e pelas risadas nos momentos felizes.
Aos meus colegas de graduação Taís, Verónica, Melissa, Fernando, Diego, Franciele,
Thiago e Glaucio, que dividiram comigo as dificuldades e os prazeres da vida acadêmica,
desfrutando momentos de descontração, aprendizado, motivação e amizade.
Ao Prof. Dr. José Mario, pela orientação, paciência, disponibilidade de tempo e
material, empenho e sabedoria que muito me auxiliou para a conclusão deste trabalho. A
todos os mestres e engenheiros que me ensinaram, incentivaram e ajudaram, contribuindo
assim para o meu crescimento.
A todos que direta ou indiretamente fizeram parte da minha formação, o meu muito
obrigado.
RESUMO
Trabalho de Conclusão de Curso
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Curso de Graduação em Engenharia Civil Universidade Federal de Santa Maria
PATOLOGIA DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO
AUTOR: CAMILA FREITAS DOS SANTOS
ORIENTADOR: JOSÉ MARIO DOLEYS SOARES Data e Local da Defesa: Santa Maria, 19 de dezembro de 2014.
O presente trabalho tem como objetivo analisar as principais manifestações
patológicas encontradas nas estruturas de concreto armado e abordar estudos de caso de
problemas patológicos para, com base nas bibliografias consultadas e estudadas, diagnosticar
possíveis causas e sugerir soluções de correção para tais processos deteriorantes.
Primeiramente, visa à discussão e apresentação das principais causas, origens e natureza dos
defeitos encontrados nestas estruturas, procurando identificá-las e corrigi-las, tendo como
referência as normas de concreto, utilizando métodos e ensaios corretos a fim de garantir
segurança e estabilidade das estruturas. Em seguida, faz-se um estudo sobre as manifestações
patológicas em pilares de concreto armado e o mecanismo de ocorrência das mesmas,
apontando o correto diagnóstico dos problemas, buscando formas adequadas de reabilitação
sem prejudicar a estética e o comportamento estrutural, garantindo reforço e resistência
mecânica necessária para a utilização da estrutura de forma segura para seus moradores. Por
fim, faz-se a análise dos resultados dos estudos realizados, identificando-se as manifestações
patológicas mais incidentes nas estruturas de concreto armado.
Palavras-chave: Patologia, Estrutura, Concreto Armado, Pilares.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Fatores de problemas patológicos................................................................ 17
7
Figura 2 – Incidências e origens de manifestações patológicas................................... 17 Figura 3 - Falha na execução de pilar........................................................................... 19 Figura 4 - Manifestações patológicas em estruturas de concreto armado.................... 19 Figura 5 - Representação esquemática de um modelo de equilíbrio de uma estrutura........................................................................................................................
21
Figura 6 - Guarda-rodas rompido por impactos de veículos em viaduto de Belo Horizonte, MG..............................................................................................................
22
Figura 7 - Pilares de estacionamento constantemente sujeitos a impactos por Veículos........................................................................................................................
23
Figura 8 - Revestimento de borracha para proteger pilares de estacionamento........... 23 Figura 9 - Agentes físicos de deterioração do concreto............................................. 24 Figura 10 - Ação destruidora do fogo em edifício de concreto armado na Espanha.... 26 Figura 11 - Incêndio ocorrido em viaduto em São Paulo/SP, em 1998, conforme (a) e (b). .............................................................................................................................
26
Figura 12 - Desgaste superficial por abrasão em pavimento de concreto.................... 27 Figura 13 - Desgaste por abrasão em pavimento de estacionamento de supermercado......................................................... ......................................................
27
Figura 14 - Desgaste superficial por erosão em galeria pluvial em Belo Horizonte (MG) ......................................................... ..................................................................
28
Figura 15 - Evolução do desgaste superficial por erosão: movimento relativo do líquido e/ou atrito de partículas suspensas contra a superfície do concreto.................
28
Figura 16 - Rebaixo brusco responsável pela implosão de bolhas de vapor na cavitação.......................................................................................................................
29
Figura 17 - Implosão de minúsculas bolhas de cavitação próximas à superfície do concreto........................................................................................................................
29
Figura 18 - Efeitos da implosão das bolhas de cavitação em bacia de dissipação....... 30 Figura 19 - Agentes químicos de deterioração do concreto......................................... 31 Figura 20 - Efeito de alguns produtos químicos comuns sobre o concreto.................. 31 Figura 21 - Ataque de ácido sulfúrico ao concreto no interior de tubulação de esgoto............................................................................................................................
32
Figura 22 - Pilar de concreto deteriorado pelo ataque de sulfatos............................... 33 Figura 23 - Estrutura de concreto armado deteriorada pelo ataque de sulfatos............ 34 Figura 24 - Requisitos para o concreto exposto aos sulfatos........................................ 34 Figura 25 - Caracterização dos graus de severidade de ataque dos concretos expostos a sulfatos........................................................................................................
35
Figura 26 - Desenvolvimento da reação álcalis-agregado no concreto........................ 36 Figura 27 - Reação álcali-agregado em blocos de fundação de edifícios em Recife-PE......................................................... .......................................................................
36
Figura 28 - Lixiviação da pasta do cimento. ............................................................... 38 Figura 29 - Pilar sobre o mar, após 10 anos de construção, deterioração por ataque da água do mar......................................................... ....................................................
39
Figura 30 - Modelo do processo de carbonatação pela difusão do CO2 através dos poros do concreto.......................................................... ..............................................
40
Figura 31 - Avanço do processo de Carbonatação....................................................... 40 Figura 32 - Classificação da agressividade do ambiente............................................. 41 Figura 33 - Influência da umidade relativa no grau de carbonatação........................... 41 Figura 34 - Teor de umidade dos poros do concreto em função da umidade do ambiente.......................................................................................................................
42
Figura 35 - Fenolftaleína aplicada em corpo de prova................................................. 43 Figura 36 - Avanço da carbonatação, indicada por teste químico via fenolftaleína..... 43
8
Figura 37 - Exemplos de variação da espessura carbonatada com a resistência do concreto, o consumo do cimento, a relação a/c e a umidade do ambiente...................
45
Figura 38 - Representação esquemática da corrosão do aço no concreto.................... 46 Figura 39 - Lascamento e destacamento do concreto na região anódica da pilha eletroquímica......................................................... ......................................................
47
Figura 40 - Tipos de corrosão e fatores que os provocam............................................ 47 Figura 41 - Fases da instalação da corrosão em uma barra de armadura..................... 48 Figura 42 - Perda de seção na barra de aço devido à corrosão eletroquímica.............. 48 Figura 43 – Elementos estruturais com perdas de seção de aço em Montevidéu......... 49 Figura 44 - Ninhos e segregações no concreto............................................................. 50 Figura 45 - Fissuração por retração plástica do concreto fresco.................................. 51 Figura 46 - Trinca típica presente no topo da parede paralela ao comprimento da laje................................................................................................................................
52
Figura 47 - Fissuração típica em viga subarmada solicitada à flexão.......................... 54 Figura 48 - Fissuras de cisalhamento em viga solicitada à flexão............................... 54 Figura 49 - Trinca de cisalhamento no painel, devido recalque diferencial................. 55 Figura 50 - Trincas de flexão devido ao carregamento desbalanceado em suas fundações contínuas......................................................................................................
55
Figura 51 - Fluxograma de diagnóstico....................................................................... 56 Figura 52 - Limpeza da armadura e do substrato por meio de jateamento de alta pressão, em (a) e (b).....................................................................................................
57
Figura 53 - Limpeza do aço corroído através de escova com cerdas de aço, em (a) e (b).................................................................................................................................
58
Figura 54 - Remoção de concreto por corte................................................................. 59 Figura 55 - Aspecto final da cavidade na intervenção de corte de concreto ............... 59 Figura 56 - Preparação da fenda para procedimento de injeção................................... 61 Figura 57 - Processo de injeção de fissuras.................................................................. 61 Figura 58 - Selagem de fendas com abertura entre 10 mm e 3 mm............................. 62 Figura 59 - Selagem de fissuras.................................................................................... 62 Figura 60 – Pilares de fachada em forma de bumerangue............................................ 67 Figura 61 - Desagregação do concreto transforma vínculos em rótulas...................... 68 Figura 62 - Reforço nos pés dos pilares tipo “bumerangue” da fachada frontal.......... 69 Figura 63 - Viga piso garagem..................................................................................... 70 Figura 64 – (a) Armadura de pilar soltos e junta de concretagem com papel – sacos de cimento, (b) Viga com estribos cortados e dobrados e falta de espaçadores para armaduras, (c) Brocas, bicheiras e falhas de concretagem e armadura exposta do pilar...............................................................................................................................
70
Figura 65 – (a) Pilar com trechos com seção descontínua, (b) Viga com estribos cortados e dobrados e armadura de pilar também dobrada, (c) Junta de concretagem com saco de cimento e ferragens de viga e pilar dobradas..........................................
71
Figura 66 - Escoramento sob a laje da garagem........................................................... 71 Figura 67 – Pilar de apoio da viga colmatado.............................................................. 72 Figura 68 – (a) Base de tubulão típico ᶲf=60cm e ᶲb=100cm, (b) Tubulão deslocado em relação ao pilar, (c) Tubulão sem abertura de base................................................
72
Figura 69 – (a) Pilar apoiado sobre vigas – sem fundações, (b) Encontro faturado da viga da figura, (c) Execução de tubulão sob pilar das figuras......................................
73
Figura 70 – (a), (b) Viga sobre a qual um pilar foi construído, (c) Abertura da viga das figuras.....................................................................................................................
74
Figura 71 – (a) Pilar rompido, (b) Instalação de armaduras de reforço, (c) Pilar já reforçado.......................................................................................................................
74
9
Figura 72 – (a) Novo pilar sobre a viga da fachada; (b) Pilar envolvido para cura do concreto; (c) Outro pilar novo, construído sob a viga da fachada................................
75
Figura 73 – (a) Medição do Potencial de Corrosão através do eletrodo de Cobre/Sulfato de Cobre; (b) Medida da profundidade de carbonatação, através da aspersão de solução de fenolftaleína; (c) Detalhe da elevada taxa de armadura..........
76
Figura 74 - Corrosão dos pilares da fachada................................................................ 77 Figura 75 - Corrosão generalizada e desplacamento do cobrimento............................ 78 Figura 76 – (a) Fissuras verticais, formadas ao longo da barra de canto da armadura do pilar, devido ao processo expansivo do metal, (b) Pilares com estribos parcialmente rompidos e armaduras longitudinais soltas.............................................
78
Figura 77 - Medidor de potenciais................................................................................ 79 Figura 78 – Corte e escarificação da área de concreto afetada..................................... 80 Figura 79 - Limpeza dos resíduos do corte e escarificação.......................................... 80 Figura 80 - revestimento de argamassa cimentícia....................................................... 81 Figura 81 - Distribuição de obras conforme forma de uso........................................... 82 Figura 82 - Distribuição de obras conforme área de entorno....................................... 83 Figura 83 - Incidência das manifestações patológicas nas estruturas de concreto....... 84
LISTA DE TABELAS
10
Tabela 1 - Agentes ou fatores de deterioração......................................................................... 21
SUMÁRIO
11
1 INTRODUÇÃO......................................................................................................... 12 1.1 Justificativa.................................................................................................................. 13 1.2 Objetivo geral............................................................................................................... 13 1.3 Objetivos específicos.................................................................................................... 13 1.4 Metodologia.................................................................................................................. 14 1.5 Estrutura do trabalho.................................................................................................. 14 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA............................................................................. 15 2.1 Conceito de patologia de estruturas de concreto armado....................................... 15 2.2 Patologia gerada na etapa de concepção da estrutura (projeto).......................... 18 2.3 Patologia gerada na fase de execução da estrutura (construção)......................... 18 2.4 Patologia gerada na fase de utilização da estrutura (manutenção)...................... 20 2.5 Fatores de degradação do concreto............................................................................ 20
2.5.1 Principais processos de degradação............................................................................ 20 2.5.2 Causas mecânicas de deterioração.............................................................................. 22 2.5.3 Causas físicas de deterioração..................................................................................... 23 2.5.4 Causas químicas de deterioração................................................................................. 30
2.5.5 Causas eletroquímicas de deterioração – corrosão das armaduras.............................. 46 2.6 Principais manifestações patológicas nas estruturas de concreto ........................... 49 2.6.1 Ninhos de concretagem/segregação do concreto........................................................ 49 2.6.2 Fissuras de assentamento plástico............................................................................... 50 2.6.3 Fissuras de retração por secagem................................................................................ 51 2.6.4 Fissuras por movimentação térmica............................................................................ 51 2.6.5 Fissuras devido ao detalhamento insuficiente do projeto e falhas de execução......... 52 2.6.6 Fissuras devido aos carregamentos............................................................................ 53 2.6.7 Fissuras devido a recalques de fundações................................................................... 54 2.7 Técnicas de recuperação de estruturas de concreto armado................................... 55 2.7.1 Etapas de recuperação................................................................................................ 56 2.7.2 Tratamento de fissuras: injeção selagem e grampeamento......................................... 60 2.7.3 Reparos superficiais.................................................................................................... 2.7.4 Reparos semi-profundos..............................................................................................
62 63
2.7.5 Reparos profundos...................................................................................................... 63 2.7.6 Alternativas para reparos em processos corrosivos.................................................... 64
3 ESTUDO DE CASO – PATOLOGIA EM PILARES DE CONCRETO ARMADO..........................................................................................
66
3.1 Caso 1 – Desagregação e Corrosão das Armaduras................................................. 66 3.2 Caso 2 – Fissuração e Rompimento............................................................................ 69 3.3 Caso 3 – Corrosão das Armaduras dos Pilares......................................................... 75 3.4 Caso 4 – Corrosão Generalizada dos Pilares............................................................. 77 4 ANÁLISE DE RESULTADOS............................................................................. 82
5 CONCLUSÕES........................................................................................... 86
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................... 88
1 INTRODUÇÃO
12
Desde o início da civilização o homem vem utilizando materiais naturais como
elementos constituintes da construção civil. Porém, com o passar dos anos, tem-se
preocupado cada vez mais com a estabilidade e segurança das edificações e com o
desenvolvimento de materiais, técnicas e métodos, consolidando cada vez mais a tecnologia
das construções, abrangendo a análise, o cálculo e o detalhamento das estruturas bem como as
respectivas técnicas construtivas. Esses processos de alterações e aprimoramento
proporcionaram, dentro de certos limites, a construção de estruturas adaptadas as necessidades
dos usuários, sejam elas habitacionais, laborais ou de infra-estrutura (SOUZA E RIPPER,
1998).
Os problemas patológicos não se restringem apenas as estruturas consideradas
“velhas”. Estruturas bem projetadas e executadas, e corretamente utilizadas também podem
apresentar desempenho insatisfatório. Porém, com o desenvolvimento do conhecimento dos
processos destrutivos, equipamentos e técnicas de observação de estruturas e levando em
conta a grande evolução tecnológica ficou possível diagnosticar com precisão a maioria dos
problemas patológicos.
A ocorrência de um problema patológico está associada a falhas ocorridas durante a
realização de uma ou mais etapas da construção, seja no projeto, na execução ou na utilização
da edificação e podem manifestar-se após o início da obra, durante a realização, a fase de uso
ou após anos de conclusão da obra. Com o intuito de identificar e classificar corretamente
estas anomalias surge a Patologia das Estruturas a qual se ocupa do estudo das origens,
causas, sintomas e dos mecanismos de ocorrência dos problemas nas construções civis.
O conhecimento do problema patológico, medidas preventivas na fase de projeto e
cuidados na execução são de fundamental importância para sua correção. Assim sendo, uma
obra de Engenharia não está apenas relacionada ao seu usuário direto, mas sim a coletividade
a qual se insere e, assim, às exigências quanto à satisfação do cliente com relação à obra que
devem ser atendidas, quer seja de natureza programática, quer sejam exigências essenciais de
construção.
1.1 Justificativa
13
O presente trabalho busca a apresentação do tema patologia das estruturas de concreto
armado presente na maioria das edificações devido aos erros que podem ocorrer durante a
concepção da estrutura, podendo se originar durante os estudos preliminares, na execução do
anteprojeto, ou durante a elaboração do projeto executivo.
A escolha por este tema se justifica pela escassez de mão de obra qualificada nas
diferentes áreas profissionais ligada à construção civil o que tem feito com que muitas
estruturas apresentem uma série de fatores que contribuem para a degradação das estruturas,
tais como desempenho insatisfatório devido às falhas involuntárias, imperícia, má utilização
dos materiais, envelhecimento natural, erros de projeto, entre outros.
1.2 Objetivo geral
Este trabalho tem por objetivo fazer uma revisão bibliográfica sobre o tema patologia
das estruturas de concreto armado.
1.3 Objetivos específicos
- Analisar manifestações patológicas originadas no concreto armado, suas causas,
prevenção e recuperação, visando seu melhor desempenho de uma forma geral.
- Pesquisar as principais ocorrências dos problemas patológicos de estruturas de
concreto armado, revisando bibliograficamente os métodos de análise de tais problemas.
- Mostrar a identificação, descrição e a solução de problemas ocorridos em estruturas
de concreto armado direcionado a pilares.
1.4 Metodologia
14
O trabalho é fundamentado em uma análise de bibliografia especializada sobre
patologias de estruturas de concreto armado.
A revisão dá ênfase especial à patologia de estruturas de concreto, englobando causas,
forma de manifestação, prevenção e cuidados especiais, manutenção e inspeção. Também
aborda casos de patologia vinculados a estruturas de concreto.
1.5 Estrutura do trabalho
No capítulo 1 é apresentada uma introdução, os objetivos, a justificativa, a estrutura e
a metodologia do trabalho.
O capítulo 2 é constituído de uma revisão bibliográfica, que inicia apresentando um
estudo sobre as manifestações patológicas que atacam as estruturas de concreto armado como,
por exemplo: carbonatação, contaminação por cloretos, corrosão das armaduras e outros. Em
seguida, é mostrada uma descrição a estrutura de alguns métodos de inspeção, utilizados
atualmente.
No capítulo 3 apresentam-se alguns casos de levantamentos de manifestações
patológicas em edificações, suas causas e formas de recuperação.
No capítulo 4 é feita uma discussão dos dados levantados, a apresentação e análise dos
resultados, bem como sugestões para a solução de alguns dos problemas patológicos
apresentados.
No capítulo 5 são apresentadas as conclusões.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
15
2.1 Conceito de patologia de estruturas de concreto armado
O crescimento muito acelerado da construção civil provocou a necessidade de
inovações, trazendo também a aceitação de certos riscos, que demandam um maior
conhecimento sobre estruturas e materiais. Esse aprendizado provém das análises dos erros
acontecidos, que têm resultado em deterioração precoce ou acidentes. Apesar disto tudo, tem
sido constatado que algumas estruturas acabam por ter desempenho insatisfatório,
confrontando-as com os objetivos as quais se propunham (SOUZA E RIPPER, 1998).
Entende-se por Patologias do Concreto Armado a ciência que estuda as causas,
mecanismos de ocorrência, manifestações e conseqüências dos erros nas construções civis ou
nas situações em que a edificação não apresenta um desempenho mínimo preestabelecido pelo
usuário.
O concreto armado requer certos cuidados na sua preparação, visando assegurar sua
vida útil e desempenho. A correta execução e uso envolvem estudo do traço, dosagem,
manuseio e cura adequados e a manutenção periódica e a prevenção contra agentes
agressivos. A maioria das patologias nas edificações ocorre em consequência de falhas de
execução e pela falta de controle de qualidade, comprometendo a segurança e a durabilidade
do empreendimento. Os problemas patológicos surgem devido a essas falhas, as quais
ocorrem durante uma ou mais etapas das atividades inerentes à construção civil:
concepção/projeto, execução e utilização.
Para a etapa de concepção, exige-se a garantia de plena satisfação do cliente, de
facilidade de execução e de possibilidade de adequada manutenção; já a etapa de execução,
deverá garantir o fiel atendimento ao projeto, e para a etapa de utilização, é necessário
garantir a satisfação do utilizador e a possibilidade de extensão da vida útil da obra,
assegurando segurança e qualidade à construção.
No caso das estruturas, vários problemas patológicos podem surgir em virtude do que
já foi comentado. Uma fiscalização deficiente relacionada a uma baixa capacitação dos
profissionais envolvidos pode levar a graves erros em determinadas atividades, como a
implantação da obra, escoramento, formas, posicionamento, qualidade das armaduras e
concretagem, desde a sua fabricação até a cura. Botelho (1996) afirma que:
16
[...] a ocorrência de problemas patológicos cuja origem está na etapa de execução é devida, basicamente, ao processo de produção que é em muito prejudicado por refletir de imediato os problemas socioeconômicos, que provocam baixa qualidade técnica dos trabalhadores menos qualificados, como os serventes e os meio-oficiais, e mesmo do pessoal com alguma qualificação profissional (BOTELHO 1996, p.43).
Também é valido ressaltar que a maioria dos materiais e componentes tem sua
qualidade e forma de aplicação normatizada. Entretanto, o sistema de controle tem-se
mostrado bastante falho, e o método para a fiscalização e aceitação dos materiais
normalmente não é aplicado, demonstrando a fragilidade e a má organização da indústria da
construção.
Com tudo isso, as patologias podem ocorrer numa estrutura tanto na fase de
construção como durante o período de pós entrega e uso. As condições apresentadas por uma
estrutura que favoreça o aparecimento dessas manifestações patológicas são de
responsabilidade do projetista, enquanto que o construtor responderá pelas falhas construtivas
por inconformidade em relação ao projeto, com as normas de execução ou com a escolha de
material inadequado. Porém, toda estrutura necessita de manutenção durante sua vida útil e a
má conservação também é um fator para o surgimento de patologias, sendo então o usuário
responsável pela durabilidade dessa estrutura.
A figura 1 mostra os resultados de estudo de Fortes (1994) sobre a distribuição da
origem de problemas patológicos conforme as etapas desde o projeto até o uso de estruturas
de concreto armado.
17
Figura 1 - Fatores de problemas patológicos segundo Fortes (1994), modificado.
A figura 2 apresenta resultados relacionados com incidências e origens de
manifestações patológicas, segundo estudo de Piancastelli (2014).
Pode-se observar que a etapa de execução é a que apresenta grande concentração de
ocorrências de patologias, diferente do encontrado por Fortes (1994).
Figura 2 – Incidências e origens de manifestações patológicas. (Fonte: Piancastelli (2014))
2.2 Patologia gerada na etapa de concepção da estrutura (projeto)
As dificuldades técnicas e o custo para solucionar um problema patológico, oriundo
de uma falha de projeto, estão relacionados com a rapidez com que essa falha é solucionada.
Uma falha originada no estudo preliminar necessita de uma solução muito mais complexa do
que uma que venha a ocorrer na fase de projeto.
Por outro lado, constata-se que as possíveis causas de falhas ocorridas durante a etapa
de projeto são originadas de um estudo preliminar deficiente ou de anteprojetos equivocados,
o que contribui para o encarecimento processo de construção, ou por transtornos relacionados
a utilização da obra. Falhas ocorridas na realização do projeto final geralmente são as
18
responsáveis pelo surgimento de problemas patológicos sérios, tais como: projetos
inadequados (deficiência no cálculo da estrutura, equívoco na avaliação da resistência do solo,
má definição do modelo analítico); falta de compatibilidade entre a estrutura e a arquitetura,
bem como os demais projetos civis; especificação inadequada de materiais; detalhamento
insuficiente ou errado; erros de dimensionamento.
2.3 Patologia gerada na fase de execução da estrutura (construção)
Após a concepção do projeto, inicia-se a etapa de execução, ou seja, o planejamento
da edificação, onde devem ser tomados todos os cuidados necessários para o bom andamento
da obra, como programação de atividades, correta distribuição do canteiro de obras e boa
previsão de compras.
Assim, iniciado o processo de construção, as falhas podem ocorrer de diversas formas,
tais como: condições de trabalho inadequadas, mão-de-obra desqualificada, inexistência de
controle de qualidade, má qualidade de materiais, irresponsabilidade técnica.
Segundo Souza e Ripper (1998), quando se trata de obras de edificação habitacional,
alguns erros são grosseiros e saltam a vista. Dentre eles pode-se citar: falta de prumo,
esquadro e alinhamento de partes estruturais e alvenaria, desnivelamento de pisos, falta de
caimento correto em pisos com uso freqüente de água, assentamento excessivamente espesso
de revestimentos cerâmicos e flechas excessivas em lajes.
A ocorrência de falhas na fase de execução (figuras 3 e 4) é devida basicamente ao
processo de produção, que reflete os problemas socioeconômicos, que por sua vez provocam
baixa qualidade técnica dos trabalhadores menos qualificados e até mesmo da equipe que
possui certa qualificação profissional.
19
Figura 3 - Falha na execução de pilar (Fonte: http://arci53.blogspot.com.br/2008/08/vazios-de-concretagem.html)
Figura 4 - Manifestações patológicas em estruturas de concreto armado. (Fonte: Araujo (2014)) 2.4 Patologia gerada na fase de utilização da estrutura (manutenção)
Para uma estrutura apresentar um bom desempenho deve ser observado o correto uso
para a qual foi projetada, especialmente quanto aos carregamentos e possível presença de
materiais ou elementos agressivos ao concreto armado. Um adequado planejamento de
20
manutenção periódica deve observado, principalmente nas partes onde é mais utilizada ou
suscetível de desgaste, a fim de evitar problemas patológicos sérios e, em alguns casos, a
própria ruína da estrutura.
Problemas patológicos ocasionados por manutenção inadequada, ou pela falta de
manutenção, têm sua origem no desconhecimento técnico, na incompetência e em problemas
econômicos.
2.5 Fatores de degradação do concreto
2.5.1 Principais processos de degradação
A deterioração do concreto ocorre muitas vezes como resultada de uma combinação de
diferentes fatores externos e internos. Os processos de degradação alteram a capacidade de o
material desempenhar suas funções e nem sempre se manifestam visualmente, podendo
apresentar sintomas tais como a fissuração, o destacamento e a desagregação. São agrupados
de acordo com a sua natureza em mecânicos, físicos, químicos, biológicos e eletromagnéticos.
A Tabela 1 apresenta os principais fatores e agentes de degradação do concreto.
A figura 5 apresenta um esquema de modelo de equilíbrio de uma estrutura de
concreto armado onde são considerados os fatores relativos à durabilidade (SELINGER,
1992).
Tabela 1 - Agentes ou fatores de deterioração
21
(Fonte: Fortes (1994), modificado)
Figura 5 - Representação esquemática de um modelo de equilíbrio de uma estrutura (Fonte: SELINGER, 1992)
2.5.2 Causas mecânicas de deterioração
22
Segundo Souza e Ripper (1998), as causas desse tipo de deterioração são devidas às
solicitações mecânicas sofridas pelas estruturas de concreto, tais como: choques e impactos
(por veículos, por exemplo, figura 6), recalque diferencial nas fundações e acidentes
imprevisíveis (inundações, grandes tempestades, explosões e abalos sísmicos). Além de
diminuir a resistência da estrutura, facilitam a entrada de agentes agressivos danificadores,
principalmente quando o concreto e a armadura ficam expostos devido ao impacto das
solicitações. As estruturas normalmente afetadas são: guarda-corpos, guarda-rodas de
viadutos, pilares de garagem e fundações.
Em pilares de garagem pode-se adotar como medida preventiva fazendo revestimento
de borracha até certa altura para protegê-lo contra o choque de veículos (figuras 7 e 8).
Figura 6 - Guarda-rodas rompido por impactos de veículos em viaduto de Belo Horizonte, MG (Fonte: SANTOS, 2012)
Figura 7 - Pilares de estacionamento constantemente sujeitos a impactos por Veículos
23
(Fonte: SANTOS, 2012)
Figura 8 - Revestimento de borracha para proteger pilares de estacionamento (Fonte: SANTOS, 2012)
2.5.3 Causa físicas de deterioração
A Figura 9 mostra um esquema das principais causas físicas de deterioração do
concreto relacionadas aos efeitos dos carregamentos estruturais, mudanças de volume e
exposição a variações extremas de temperatura.
24
Figura 9 - Agentes físicos de deterioração do concreto (Fonte: METHA; MONTEIRO, 1994, p. 128)
a) Deterioração por ação de gelo-degelo
Este tipo de deterioração ocorre em regiões de clima frio, onde existem ciclos
frequentes de congelamento e degelo, requerendo altos gastos para reparo e substituição.
As causas da deterioração podem ser relacionadas à complexa microestrutura do
concreto, bem como das condições ambientais, em particular do número de ciclos de gelo-
degelo, da velocidade de congelamento e da temperatura mínima atingida. Se o congelamento
ocorrer após o endurecimento do concreto, a expansão devido ao congelamento da água
resultará em perdas significativas de resistência. Quando o concreto endurecido é exposto a
baixas temperaturas, a água retida nos poros capilares congela e expande. Ao descongelar, há
um acréscimo expansivo nos poros, causando uma pressão de dilatação que provoca
fissuração do concreto, e consequentemente a sua deterioração.
25
A degradação do concreto pode também ocorrer pela aplicação de sais de degelo,
como os cloretos de cálcio e de sódio, que em contato com o concreto promove um
agravamento da degradação em função dos mecanismos de corrosão das armaduras.
A aplicação do sal produz uma diminuição da temperatura na superfície do concreto
causando um choque térmico, além de tensões internas que podem provocar fissuras devido à
diferença de temperatura entre a superfície e o interior do concreto.
b) Deterioração por ação do fogo
O concreto, comparado à madeira e ao plástico, apresenta bom comportamento diante
do fogo, pois é incombustível e não emite gases tóxicos quando exposto a altas temperaturas.
Diferentemente do aço, possui resistência suficiente por períodos longos quando exposto a
altas temperaturas, permitindo assim operações de resgate pela redução de risco de colapso
estrutural. Na prática, exige-se que o concreto preserve seu comportamento estrutural durante
um período de tempo estabelecido, denominado período de resistência ao fogo.
A temperatura pode alterar a cor do concreto feito com agregado silicoso ou calcário.
A mudança de cor é permanente, podendo-se estimar a temperatura máxima atingida durante
a exposição do concreto ao fogo e a sua resistência residual.
Muitos fatores influenciam na resistência do concreto ao fogo, cuja composição é
importante, pois tanto a pasta de cimento como os agregados possuem componentes que se
decompõem ao serem aquecidos. A permeabilidade do concreto, a taxa de aumento da
temperatura e o tamanho da peça são significantes porque controlam o desenvolvimento de
pressões internas dos produtos gasosos de decomposição. As Figuras 11 e 12 mostram
aspectos de um prédio de concreto armado, na Espanha, totalmente danificado pela ação de
fogo e de viaduto com severos danos.
26
Figura 11 - Ação destruidora do fogo em edifício de concreto armado na Espanha. (Fonte: http://www.dcc.ufpr.br/wiki/images/0/01/TC031_Durabilidade.pdf)
(a) (b)
Figura 12 - Incêndio ocorrido em viaduto em São Paulo/SP, em 1998, conforme (a) e (b). (Fonte: http://www.dcc.ufpr.br/wiki/images/0/01/TC031_Durabilidade.pdf)
c) Deterioração por desgaste superficial
A perda progressiva de massa de uma superfície de concreto pode ocorrer devido a
abrasão, erosão ou cavitação.
A abrasão é a perda gradual e continuada da argamassa superficial e de agregados em
uma área limitada, que se dá pelo mecanismo de fricção ou atrito, proveniente do tráfego de
27
pessoas, veículos e até mesmo pela ação do vento. Esse tipo de desgaste é comum em pisos
industriais ou em pavimentos rodoviários ou calçadas (figuras 12 e 13).
Figura 12 - Desgaste superficial por abrasão em pavimento de concreto (Fonte: AGUIAR, 2006)
Figura 13 - Desgaste por abrasão em pavimento de estacionamento de supermercado (Fonte: http://www.dcc.ufpr.br/wiki/images/0/01/TC031_Durabilidade.pdf)
A erosão é originada pela ação da água em movimento, que arrasta partículas sólidas
em suspensão e se choca contra a superfície do concreto, provocando desgaste por colisão,
28
escorregamento ou rolagem (Figuras 14 e 15). Esse tipo de desgaste é comum em barragens,
calhas de vertedouros, canais de irrigação e pilares de pontes.
Figura 14 - Desgaste superficial por erosão em galeria pluvial em Belo Horizonte (MG) (Fonte: AGUIAR (2011))
Figura 15 - Evolução do desgaste superficial por erosão: movimento relativo do líquido e/ou atrito de partículas suspensas contra a superfície do concreto (Fonte: http://www.dcc.ufpr.br/wiki/images/0/01/TC031_Durabilidade.pdf)
29
A cavitação é a perda de massa pela formação de vapor e sua subseqüente ruptura
devida a mudanças repentinas de direção do fluxo da água em altas velocidades (Figuras 16 a
18). Pode ser encontrada em vertedouro e condutos forçados.
Figura 16 - Rebaixo brusco responsável pela implosão de bolhas de vapor na cavitação (Fonte: AGUIAR, 2011)
Figura 17 - Implosão de minúsculas bolhas de cavitação próximas à superfície do concreto (Fonte: http://www.dcc.ufpr.br/wiki/images/0/01/TC031_Durabilidade.pdf)
30
Figura 18 - Efeitos da implosão das bolhas de cavitação em bacia de dissipação (Fonte: http://www.dcc.ufpr.br/wiki/images/0/01/TC031_Durabilidade.pdf)
d) Deterioração por cristalização de sais nos poros
Esse tipo de deterioração ocorre em ambientes salinos, onde os sais produzem tensões
internas e fissuração na estrutura.
Os concretos com elevada relação água/cimento são os mais suscetíveis a apresentar
problemas devido à cristalização dos sais. Essa ação se dá pela cristalização no interior dos
poros capilares do concreto, devido à evaporação da água e posterior rehidratação, como um
novo ciclo de umedecimento, ocupando um volume maior para acomodá-lo.
2.5.4 Causas químicas de deterioração
A Figura 19 apresenta um fluxograma indicando as diferentes reações químicas e seus
efeitos na deterioração do concreto e conseqüentes mudanças nas propriedades de
comportamento.
31
Figura 19 - Agentes químicos de deterioração do concreto (Fonte: METHA; MONTEIRO, 1994, p. 150)
As velocidades de ataque de alguns produtos químicos mais freqüentes sobre o
concreto são apresentadas na Figura 20.
Figura 20 - Efeito de alguns produtos químicos comuns sobre o concreto (Fonte: NEVILLE, 1992, p. 423)
32
a) Deterioração por sais
Segundo Souza (1998), a ação do hidrogênio pode contribuir para a deterioração do
concreto. O hidróxido de cálcio - Ca(OH2) - geralmente está presente na pasta de cimento
endurecida, em uma elevada quantidade, sendo solúvel em água e capaz de reagir com sais
dissolvidos, como cloretos e nitratos, além de trocas de cátions entre os sais e a própria base.
b) Deterioração por ação de ácidos
Concretos quando expostos a soluções ácidas, sofrem severas deteriorações devido ao
caráter básico da pasta de cimento. Porém, concretos de baixa permeabilidade quando
expostos à ação de ácidos fracos, podem resistir, principalmente se a exposição for ocasional.
Os ácidos reagem com o hidróxido de cálcio da pasta de cimento, produzindo água e
sais de cálcio, podendo ser facilmente lixiviados, caso sejam solúveis, aumentando a
permeabilidade e a porosidade da pasta (Figura 21).
Figura 21 - Ataque de ácido sulfúrico ao concreto no interior de tubulação de esgoto. (Fonte: http://www.dcc.ufpr.br/wiki/images/0/01/TC031_Durabilidade.pdf)
33
c) Deterioração por ataque de sulfatos
O ataque ao concreto produzido por sulfatos é devido a sua ação expansiva, que pode
gerar tensões capazes de fissurá-lo. Os sulfatos podem estar nos agregados, na água de
amassamento ou no próprio cimento. Sua presença é comum em áreas de operação de minas e
indústrias químicas.
Todos os sulfatos reagem com a pasta de cimento hidratado, sendo potencialmente
prejudicial ao concreto. O ataque por sulfato gera uma perda progressiva de resistência e de
massa, devido à deterioração na coesão dos produtos de hidratação do cimento. Porém, pode-
se aumentar a sua resistência baixando a permeabilidade do concreto, através da redução do
fator água/cimento ou pelo emprego de cimentos com adições pozolânicas.
Figura 22 - Pilar de concreto deteriorado pelo ataque de sulfatos. (Fonte: Coutinho (2001)).
34
Figura 23 - Estrutura de concreto armado deteriorada pelo ataque de sulfatos. (Fonte: http://www.dcc.ufpr.br/wiki/images/0/01/TC031_Durabilidade.pdf)
As Figuras 24 e 25 apresentam os requisitos para o concreto exposta a sulfatos e graus
de severidade de ataque de concretos expostos a sulfatos, respectivamente.
Figura 24 - Requisitos para o concreto exposto aos sulfatos (Fonte: NEVILLE, 1982, p. 428)
35
Figura 25 - Caracterização dos graus de severidade de ataque dos concretos expostos a sulfatos. (Fonte: METHA; MONTEIRO, 1994, p. 160-161)
d) Deterioração por reações álcalis-agregado
A reação álcali-agregado pode ser entendida como a reação química que ocorre no
interior de uma estrutura de concreto, envolvendo os hidróxidos alcalinos do cimento e certos
minerais reativos que podem estar presentes no agregado. Como resultado da reação forma-se
produtos que na presença de umidade, são capazes de expandir, gerando fissurações,
deslocamentos e podendo levar a um comprometimento da estrutura. Essa expansão
acompanhada da fissuração causa perda de resistência, elasticidade e durabilidade do
concreto. Geralmente essa deterioração ocorre em estruturas localizadas em ambientes
úmidos, tais como barragens, casas de força, vertedores, canais, blocos de fundações, estacas
de pontes e estruturas marinhas. As Figuras 26 e 27 mostram um esquema da reação álcalis-
agregado e aspectos de blocos de fundação devido à reação álcalis-agregado, respectivamente.
36
Figura 26 - Desenvolvimento da reação álcalis-agregado no concreto (Fonte: SOUZA, 1998).
Figura 27 - Reação álcali-agregado em blocos de fundação de edifícios em Recife-PE (Fonte: http://www.dcc.ufpr.br/wiki/images/0/01/TC031_Durabilidade.pdf)
e) Deterioração pela hidratação dos componentes do cimento - MgO e CaO
Os componentes MgO e CaO (óxido de magnésio e óxido de cálcio) cristalinos,
quando presentes em grande quantidade no cimento, podem causar expansão no concreto,
37
hidratando de forma muito lenta, após o endurecimento do cimento, resultando no aumento de
volume e conseqüente fissuração do concreto.
O efeito expansivo e altamente prejudicial da alta quantidade de MgO foi observado
inicialmente em 1884 após a ruína de várias pontes e viadutos de concreto na França, logo
após a sua construção. Na Alemanha, a prefeitura de Kassel teve que ser reconstruída pelos
mesmos motivos, onde o percentual de MgO chegava a 30%. Atualmente, como medida
preventiva, faz-se um controle da quantidade destes elementos no cimento. Recomenda-se que
o teor máximo de MgO seja de 6% e o de CaO não seja maior que 1%.
f) Deterioração por ataque de água pura
A água pura age prejudicialmente no concreto através da lixiviação/hidrólise de
componentes da pasta do cimento endurecido. Quando entra em contato com a pasta do
cimento, a água tende a hidrolisar ou dissolver os componentes que contém cálcio.
Nesse tipo de ataque, ocorre a percolação de água pura em concretos fissurados ou
com alta permeabilidade, resultando na dissolução da pasta de cimento (ANDRADE e
SILVA, 2005). Além da perda de resistência, a lixiviação do hidróxido de cálcio (Figura 28)
pode ser indesejável por razões estéticas. Porém, a dissolução pela água é tanto maior quanto
mais pura ela for, ou seja, quanto menos carbonato de cálcio e de magnésio ela contém, mais
fraca é a sua dureza.
38
Figura 28 - Lixiviação da pasta do cimento. (Fonte: AGUIAR (2011)).
g) Deterioração por ataque de água do mar
Segundo Helene (1994), a velocidade de corrosão em ambiente marinho pode ser de
30 a 40 vezes maior do que em atmosfera rural (Figura 29). Os danos podem ser ainda mais
severos quando a estrutura está sujeita diretamente a variação do nível do mar.
A água do mar, além de ser perigosa para a corrosão das armaduras, também pode agir
diretamente sobre o concreto causando: erosão superficial, provocada pelas ondas ou pela
maré, dilatação causada pela cristalização dos sais, ataque químico por parte dos sais
dissolvidos (sulfatos, cloretos).
O fator prejudicial da água do mar ao concreto é a presença de hidróxido de cálcio e
dos aluminatos de cálcio hidratado. Por isso, os cimentos mais apropriados para estruturas na
água do mar são os de alto-forno e os pozolânicos, pois possuem menos hidróxido de cálcio
nos produtos de hidratação.
39
Figura 29 - Pilar sobre o mar, após 10 anos de construção, deterioração por ataque da água do mar. (Fonte: AGUIAR (2006)).
h) Deterioração por carbonatação
A carbonatação ocorre da ação dissolvente do anidrido carbônico (CO2), presente no
ar atmosférico, sobre o cimento hidratado, com a formação do carbonato de cálcio e a
conseqüente redução do pH do concreto até valores menores que 9. A reação principal da
carbonatação pode ser representada pela Equação:
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O
Segundo Cascudo (1997), o processo de carbonatação se inicia na superfície do
concreto, formando uma frente de avanço do processo, que separa duas zonas com pH muito
diferentes: uma com pH menor que 9 (carbonatada) e outra com pH maior que 12 (não
carbonatada). Esta frente é chamada de frente de carborbonatação e deve ser mensurada com
relação à espessura de concreto de cobrimento da armadura. As Figuras 30 e 31 mostram
esquemas do processo e avanço de carbonatação do concreto pela difusão do CO2.
40
Figura 30 - Modelo do processo de carbonatação pela difusão do CO2 através dos poros do concreto (Fonte: GUIMARÃES, 1997).
Figura 31 - Avanço do processo de Carbonatação (Fonte: CEB-BI 152 (1984), apud FIGUEIREDO (2005)).
Conforme Figueiredo (1994) há vários fatores que influenciam na carbonatação do
concreto, tais como:
a) Concentração de CO2: para concretos de elevadas relações de água/cimento, a
velocidade da carbonatação aumenta quando o ambiente possui uma maior concentração de
41
CO2. A Figura 32 apresenta classes de agressividade ambiental em função do macro-clima e
concentração de CO2.
Figura 32 - Classificação da agressividade do ambiente (Fonte: Helene (1995), apud Figueiredo (2005)).
b) Umidade Relativa (UR) do ambiente: segundo Guimatrães (1997) a umidade
relativa do ar é um fator relevante na difusão do CO2, pois vai determinar a quantidade de
umidade nos poros do concreto. Assim sendo, em condições de umidade relativa muito alta ou
estruturas submersas, os poros se apresentam saturados. Por outro lado, para que o processo
ocorra, é preciso que haja um mínimo de água nos poros, caso contrário, a baixa umidade
impossibilitará a carbonatação.
c) Relação água/cimento: este fator está relacionado com a quantidade e tamanho dos
poros do concreto endurecido. Quanto maior a relação água/cimento, maior será a porosidade
e a permeabilidade de um concreto, aumentando assim a penetração de CO2 para o interior do
material.
As figuras 33 e 34 mostram o efeito da umidade do ar no grau de carbonatação e no
teor de umidade dos poros, respectivamente.
42
Figura 33 - Influência da umidade relativa no grau de carbonatação (Fonte: FIGUEIREDO, 2005).
Figura 34 - Teor de umidade dos poros do concreto em função da umidade do ambiente. (Fonte: Andrade (1992), apud Figueiredo (2005)).
d) Condições de cura: quanto maior o tempo de cura, maior será o grau de hidratação
do cimento, diminuindo a porosidade e a permeabilidade, minimizando os efeitos da
carbonatação nos concretos.
A comprovação das áreas carbonatadas pode ser feito através de indicadores de pH a
base de fenolftaleína e timolftaleina. Com o uso da fenolftaleina, as regiões mais alcalinas
adquirem cor violeta, enquanto as menos alcalinas são incolores (figuras 35 e 36). Já a
timolftaleina adquire cor azul para regiões mais alcalinas, enquanto as menos alcalinas ficam
incolores (SILVA, 1995). A determinação da frente de carbonatação deve ser realizada em
uma fratura fresca de concreto, pois as superfícies expostas carbonatam rapidamente.
43
Figura 35 - Fenolftaleína aplicada em corpo de prova. (Fonte: Rocha (2005), apud Polito (2006)).
Figura 36 - Avanço da carbonatação, indicada por teste químico via fenolftaleína. (Fonte: http://www.dcc.ufpr.br/wiki/images/0/01/TC031_Durabilidade.pdf)
Cada concreto tem velocidade diferente durante o processo de carbonatação (figura
37). O modelo da raiz quadrada do tempo é usado para representar a penetração de CO2
através da rede de poros do concreto. Foi inicialmente apresentado no Japão por Uchida e
Hamada (1928), citados por Richardson (2002), sendo representado através da equação:
44
x = k√t
onde:
x = profundidade de carbonatação (cm);
k = coeficiente de carbonatação (cm/ano); e
t = tempo (anos)
A constante k depende de muitos fatores relacionados com a qualidade e resistência do
concreto, da concentração de CO2 no ambiente, das condições de exposição da estrutura, entre
outros fatores. Conhecendo k, pode-se determinar a velocidade de avanço da frente de
carbonatação e o tempo em que demorará pra chegar até a armadura, caso já não tenha
alcançado.
Figura 37 - Exemplos de variação da espessura carbonatada com a resistência do concreto, o consumo do cimento, a relação a/c e a umidade do ambiente (Fonte: ANDRADE, 1992).
45
i) Biodeterioração do concreto
A biodeterioração é a mudança indesejável nas propriedades do material, devido à
ação de microorganismos, e pode levar a produção de ácidos, ocasionando uma dissolução
dos compostos hidratados do cimento, particularmente o hidróxido de cálcio, além dos
silicatos de cálcio hidratados. Tal problema leva à deterioração por ações químicas e à
corrosão de armaduras.
Os microorganismos podem atuar sobre o concreto em ações deletérias contra os
agregados e a pasta de cimento, interferindo em sua estética, reduzindo a sua durabilidade
comprometendo a sua integridade. Tal mecanismo ocorre em túneis e galerias de esgoto, pois
são ambientes ácidos com um pH baixo e muito agressivos às estruturas.
As principais causas de degradação do concreto por ação bacteriológica são:
- concreto de resistência inadequada;
- cobrimento insuficiente das armaduras;
- má aeração das tubulações e/ou galerias;
- ausência de proteção e
- rupturas localizadas pela ação de cargas excessivas ou recalques.
Como essa ação resulta de microorganismos vivos, os fatores ligados à manutenção da
vida dos agentes envolvidos são determinantes para que o processo de biodeterioração se
estabeleça.
Assim, uma estratégia de prevenção desse problema deve incluir uma avaliação das
condições ambientais em conjunto com a suscetibilidade dos materiais componentes da
estrutura. Além disso, devem-se conhecer as características da obra, condições físicas e
químicas do material e do meio ambiente, possíveis fontes de nutrientes, assim como a inter-
relação com a população de microorganismos existentes.
46
2.5.5 Causas eletroquímicas de deterioração – corrosão das armaduras
A armadura dentro do concreto normalmente encontra-se protegida da corrosão devido
à alta alcalinidade deste material (pH entre 12,7 e 13,8). Esse nível de pH favorece a formação
de uma camada de óxidos passiva, compacta e aderente de Fe2O3 sobre a superfície da
armadura Tal camada protege a armadura da corrosão, desde que o concreto preserve sua boa
qualidade, não fissure e não modifique suas características físicas e químicas devido à ação
dos agentes agressivos externos. Porém, segundo Ferreira (2000), a corrosão eletroquímica da
armadura ocorre devido à falta de uniformidade do aço, do contato com metais com menor
potencial eletroquímico, assim como da heterogeneidade do meio físico e químico que o
rodeia (figura 38).
Figura 38 - Representação esquemática da corrosão do aço no concreto. (Fonte: MOSKOVIN et al. (1983), apud GUIMARÃES, (1997)).
O mecanismo de corrosão nos metais pode ocorrer basicamente de duas formas. A
primeira é a oxidação e está relacionada com a corrosão de caráter puramente químico. Tal
reação ocorre por uma reação gás/sólido na superfície do material, formando um filme
delgado de produtos de corrosão na superfície do metal. A segunda é a corrosão
eletroquímica, que é o tipo de deterioração que ocorre em estruturas de concreto armado. Essa
corrosão é baseada na existência de um desequilíbrio elétrico entre os metais diferentes ou
47
entre distintas partes do mesmo metal, formando o que se chama de pilha de corrosão ou
célula de corrosão (figura 39).
A corrosão de armaduras pode se apresentar de diversas formas: corrosão
generalizada, por pite e fissurante. Segundo Cascudo (1997), a corrosão generalizada ocorre
devido a uma perda generalizada da película de passivação, resultante da frente de
carbonatação no concreto e/ou presença excessiva de cloretos (figura 40). A corrosão por pite
é um tipo de corrosão localizada, no qual há formação de pontos de desgaste definidos na
superfície metálica, os quais evoluem aprofundando-se, podendo causar a ruptura pontual da
barra. Já a corrosão sob tensão é outro tipo de corrosão localizada, a qual se dá com uma
tensão de tração na armadura, podendo dar origem à propagação de fissuras na estrutura do
aço.
Figura 39 - Lascamento e destacamento do concreto na região anódica da pilha eletroquímica. (Fonte: Adaptado de Mar (2006)).
Figura 40 - Tipos de corrosão e fatores que os provocam (Fonte: CASCUDO, 1997).
48
A corrosão é a transformação de um material, geralmente metálico, por ação química
ou eletroquímica do meio em que se encontra. Esse fenômeno de natureza expansiva leva ao
surgimento de elevadas tensões de tração no concreto, ocasionando a fissuração e
posteriormente o lascamento do cobrimento do material. As Figuras 41 a 43 apresentam um
esquema das fases da instalação da corrosão de armaduras e perdas de seção, respectivamente.
Figura 41 - Fases da instalação da corrosão em uma barra de armadura. (Fonte: HELENE (1986), apud POLITO (2006)).
Figura 42 - Perda de seção na barra de aço devido à corrosão eletroquímica. (Fonte: adaptado de Emmons (1993)).
49
Figura 43 – Elementos estruturais com perdas de seção de aço em Montevidéu
2.6 Principais manifestações patológicas nas estruturas de concreto
2.6.1 Ninhos de concretagem/segregação do concreto
Ninhos de concretagem são vazios deixados na massa de concreto, devido à
dificuldade de penetração do mesmo nas formas durante o processo de lançamento e
adensamento (figura 44). Já a segregação do concreto ocorre devido ao não envolvimento dos
agregados pela pasta de cimento e à falta de homogeneidade dos componentes da mistura.
Tanto a segregação como os ninhos de concretagem podem ter várias origens, tais
como:
- Baixa trabalhabilidade do concreto devido ao baixo fator água/cimento;
- alta densidade de armaduras ou agregado de grande diâmetro;
- insuficiência no transporte, lançamento e adensamento do concreto.
50
Figura 44 - Ninhos e segregações no concreto. (Fonte: AECWEB)
2.6.2. Fissuras de assentamento plástico
São fissuras geradas pelo impedimento à sedimentação das partículas sólidas do
concreto, quando encontram algum tipo de obstáculo, como as armaduras, agregados com
diâmetros maiores ou até mesmo pela própria forma. Ocorrem nas primeiras horas após o
lançamento do concreto (10 min a 3h) e são estáveis após o endurecimento do concreto
(figura 45).
Suas prováveis causas são:
- Armadura de grande diâmetro ou muito densa;
- concreto com elevada relação água/cimento ou mau adensado;
- perda excessiva de água da mistura por falta de estanqueidade das formas.
51
Figura 45 - Fissuração por retração plástica do concreto fresco. (Fonte: AGUIAR, 2011).
2.6.3 Fissuras de retração por secagem
São fissuras que ocorrem pela perda excessiva de água de amassamento do concreto
no estado fresco, seja por evaporação, por absorção pelos agregados ou pelas formas. Tais
fissuras apresentam uma morfologia em forma de mapa ou pele de crocodilo que se cortam
formando ângulos aproximadamente retos. As fissuras aparecem entre trinta minutos a seis
horas após o endurecimento do concreto.
Para minimizar os casos de fissuras por dessecação superficial deve-se proteger a
superfície do elemento, após a concretagem, da radiação solar e da ação do vento, e iniciar a
cura logo após o adensamento do concreto.
2.6.4 Fissuras por movimentação térmica
Os elementos de concreto armado, quando submetidos à retração térmica, sofrem uma
redução dos elementos estruturais gerando tensões de tração, levando ao aparecimento de
trincas e/ou fissuras, dependendo do grau de deformabilidade do elemento.
52
Todos os materiais empregados nas construções estão sujeitos a dilatações com o
aumento da temperatura, e as contrações com a sua diminuição. Normalmente a fissuração
térmica é observada em elementos maciços (figura 46), onde a taxa de calor de hidratação é
maior que a capacidade de dissipação para uma dada seção, podendo levar ao surgimento de
microfissuras internas.
Em paredes ou muros executados em concreto armado que apresentem grande
comprimento sem juntas de dilatação adequadas, observa-se a formação de fissuras verticais
no elemento.
Suas prováveis causas são:
- Grandes variações de temperatura diárias e anuais;
- escurecimento das superfícies de concreto pela deposição de fuligem e
desenvolvimento de fungos;
- falta de ventilação em telhados.
Figura 46 - Trinca típica presente no topo da parede paralela ao comprimento da laje (Fonte: THOMAZ, 2002).
2.6.5 Fissuras devido ao detalhamento insuficiente do projeto e falhas de execução
São fissuras causadas por falhas de execução ou pela ausência ou insuficiência de
detalhes, embora o dimensionamento em geral atenda aos esforços a que o elemento estrutural
estará submetido.
53
Tais problemas ocorrem devido a descuidos no mau posicionamento das armaduras no
momento da concretagem ou por falhas de montagem e operação das formas, escoramentos
deficientes, descimbramento errado.
2.6.6. Fissuras devido aos carregamentos
São fissuras geradas nos elementos estruturais pela incapacidade de resistência a ação
do carregamento a que este está sujeito, seja por falha no cálculo estrutural, por sobrecarga ou
falhas na execução.
Nas estruturas de concreto armado a ocorrência de fissuras provoca uma redistribuição
de esforços ao longo do componente fissurado, bem como nos elementos vizinhos, de maneira
que a solicitação acaba sendo absorvida por toda a estrutura. Porém, esse tipo de fissura tem
baixa incidência em uma peça de concreto armado, em função da existência e do
posicionamento das armaduras.
Os danos ocorridos em vigas, marquises e balanços devido à flexão geralmente
manifestam-se através de fissuras localizadas no meio do vão, e, no caso das vigas, esta tende
a inclinar-se à medida que se aproxima dos apoios (figura 47).
Tais problemas geralmente ocorrem em função dos erros de posicionamento das
armaduras principais no elemento, deficiência de armaduras, ancoragem insuficiente ou
sobrecargas não previstas.
Já nos apoios das vigas, costuma-se surgir fissuras de cisalhamento, as quais
apresentam geralmente uma inclinação de 45º em relação ao apoio dos elementos fletidos,
progredindo até as armaduras e atingindo o ponto de aplicação das cargas. Tais fissuras
ocorrem devido a presença de sobrecargas não previstas, à deficiência de resistência do
concreto e à insuficiência ou mau posicionamento dos estribos (figura 48).
54
Figura 47 - Fissuração típica em viga subarmada solicitada à flexão. (Fonte: THOMAZ, E; Trincas em edifícios, p. 50, São Paulo, 2002).
Figura 48 - Fissuras de cisalhamento em viga solicitada à flexão (Fonte: THOMAZ, E; Trincas em edifícios, p. 51, São Paulo, 2002).
2.6.7. Fissuras devido a recalques de fundações
São fissuras que ocorrem quando as fundações sofrem deformações diferenciais ao
longo da estrutura de sustentação das mesmas por adensamento ou recalques imediatos das
camadas do solo, deformação ou ruptura de elementos de concreto da própria fundação.
Tais problemas ocorrem devido à construção de fundações assentes em solos
compressíveis, expansivos ou aterros, interferência no bulbo de tensões provocado por
construções vizinhas, rebaixamento do lençol freático, sobrecargas ou falhas em elementos de
fundação (Figuras 49 e 50).
55
Figura 49 - Trinca de cisalhamento no painel, devido recalque diferencial (Fonte: THOMAZ, 2002).
Figura 50 - Trincas de flexão devido ao carregamento desbalanceado em suas fundações contínuas por expansão do solo (Fonte: THOMAZ, 2002).
2.7 Técnicas de recuperação de estruturas de concreto armado
A Figura 51 apresenta um fluxograma compreendendo as etapas para se fazer um
diagnóstico de uma manifestação patológica de uma estrutura de concreto. Somente após um
correto diagnóstico pode-se buscar as possíveis técnicas adequadas para a recuperação da
estrutura.
56
Figura 51 - Fluxograma de diagnóstico (Fonte: Trabalho de Conclusão de Curso - Patologia em Edificações ênfase em Estruturas de Concreto- Autor: Vitor Coutinho de Camargo Costa)
2.7.1 Etapas de recuperação
Para o início dos trabalhos de recuperação das estruturas de concreto, deve-se realizar
um trabalho de preparação da superfície que será tratada.
Os processos e etapas necessários a este tipo de serviços serão detalhadamente
descritos a seguir.
57
a) Polimento
Esta técnica é usada para diminuir a aspereza da superfície do concreto, devido ao
desgaste natural ou a má execução da estrutura tornando-a novamente lisa e sem partículas
soltas, utilizando-se de equipamentos como lixadeiras portáteis ou máquina de polir pesadas
utilizadas quando a área a ser recuperada é muito grande.
b) Técnicas de lavagem e limpeza da superfície do concreto
Em razão de um longo período de exposição da estrutura a um ambiente bastante
agressivo, deve-se realizar a limpeza das peças estruturais, procurando remover os poluentes
impregnados, principalmente os óxidos de enxofre (SO2) que sob certas condições de umidade
proporcionam a formação do ácido sulfúrico, ou chuva ácida.
Há diversas técnicas de limpeza da superfície do concreto que será recuperado, porém
deve-se tomar cuidado quando do uso de soluções ácidas com relação à armadura do concreto,
aspecto que requer menos cuidado quando do uso de soluções alcalinas ou do uso de jatos
d’água (figura 52), areia, vapor, ar comprimido, dentre outros.
Figura 52 - Limpeza da armadura e do substrato por meio de jateamento de alta pressão, em (a) e (b). (Fonte: (a) EMMONS, 1993; (b) AGUIAR, 2011).
58
Figura 53 - Limpeza do aço corroído através de escova com cerdas de aço, em (a) e (b). (Fonte: AGUIAR, 2011).
c) Saturação
O processo de saturação da superfície do concreto serve para aumentar a aderência do
material de recuperação. Conforme Souza e Ripper (1998), a saturação dura em média 12
horas. Deve-se deixar a superfície a ser recuperada apenas úmida, evitando o acúmulo de
poças d’água.
d) Corte
Neste processo, remove-se todo e qualquer material nocivo às armaduras, promovendo
um corte, pelo menos 2 cm ou o diâmetro da barra, de profundidade além das mesmas,
garantindo assim que toda armadura estará imersa em meio alcalino.
Segundo Andrade e Perdrix (1992) “caso não haja o corte do concreto além das
armaduras, limpando-se somente o lado exterior e deixando a parte posterior recoberta pelo
concreto velho, isso dá início a uma pilha de corrosão eletroquímica por diferença de material.
59
Isso ocorre, pois a parte posterior atuará como ânodo e a parte recuperada fará o papel de
cátodo, desencadeando assim um processo de corrosão ainda mais rápido que originalmente.”
Já conforme Souza e Ripper (1998), para melhor aderência do novo concreto, à
superfície interna do corte deve ter suas arestas arredondadas e na forma de um talude de 1:3
(figuras 54 e 55). Finalizado o corte a superfície do concreto deve passar por uma sequência
de limpeza, que são: jateamento de areia, jateamento de ar comprimido e jateamento de água.
Porém, devem-se observar certos fatores no momento do corte, tais como:
- remover completamente os agentes nocivos à estrutura, ou seja, o resquício por mais
imperceptível que seja de uma película oxidada, promove a retomada do processo
contaminante, comprometendo assim o trabalho realizado;
- a retirada em demasia do concreto é contra a segurança da estrutura e anti-
econômica, pois está se removendo camadas de concreto sadio.
Figura 54 - Remoção de concreto por corte (Fonte: SOUZA; RIPPER, 1998).
Figura 55 - Aspecto final da cavidade na intervenção de corte de concreto (Fonte: SOUZA; RIPPER, 1998).
60
e) Demolição
A demolição geralmente é projetada em função do porte e tipo da estrutura a demolir,
assim como dos aspectos condicionantes locais. Podem ser usados martelos demolidores,
explosivos, agentes demolidores expansivos ou ainda a hidrodemolição. Muitas vezes, devido
a grandeza dos danos ou riscos ou ainda, devido a mudanças de destinação ou uso de uma
estrutura, faz-se necessária a demolição total ou parcial.
2.7.2 Tratamento de fissuras: injeção selagem e grampeamento
O tratamento de fissuras necessita de uma identificação prévia do tipo de fissura, no
que diz respeito a sua atividade. No caso de fissuras ativas, promove-se a vedação da fissura
com material elástico e não resistente, de modo a impedir unicamente a degradação do
concreto existente. Nas fissuras passivas, além desta proteção, tem-se o objetivo de garantir
que a peça volte a trabalhar como um todo, empregando-se material resistente, como a nata do
cimento Portland ou resina epoxídica. Em fissuras menores que 0,1 mm, procede-se a injeção
das fissuras sob baixa pressão. Para fissuras maiores, porém pouco profundas, pode-se fazer o
enchimento por gravidade. Após o preenchimento das fissuras é feita a selagem que prevê a
vedação dos bordos, com o objetivo de arrematar a injeção, protegendo a própria resina. Para
fissuras maiores que 30 mm, a selagem é feita como uma vedação de junta. As Figuras 56 e
59 mostram procedimentos de preparação e injeção de fissuras.
Outra técnica aplicada em fissuras ativas é o grampeamento de armaduras feito pela
colocação de grampos de aço no concreto. Esta técnica tem melhor desempenho quando as
fissuras acontecem em linhas isoladas e por deficiências localizadas de capacidade resistente.
61
Figura 56 - Preparação da fenda para procedimento de injeção (Fonte: SOUZA; RIPPER, 1998).
Figura 57 - Processo de injeção de fissuras (Fonte: ZAPLA, 2006).
62
Figura 58 - Selagem de fendas com abertura entre 10 mm e 3 mm. (Fonte: SOUZA; RIPPER, 1998)
Figura 59 - Selagem de fissuras (Fonte: VEDACIT, 2006).
2.7.3 Reparos superficiais
São reparos de profundidade inferior a 2,0 cm, não ultrapassando a espessura do
cobrimento da armadura. Podem ser localizados ou generalizados. São exemplos
característicos o enchimento de falhas, regularização de lajes, reconstituição de quinas
quebradas, erosões ou desgaste, calcinação, entre outros.
Nos reparos localizados, utilizam-se argamassas de base mineral, argamassa
modificada com polímero, pré-dosada ou preparada na obra, ou ainda, argamassas com base
63
epóxi ou poliéster, que exigem procedimentos específicos. Para reparos generalizados,
empregam-se argamassas modificadas em polímeros ou o concreto ou argamassa projetados.
Souza e Ripper (1998) sugerem que a aplicação de argamassa seja feita em faixas de 1,0 m de
largura por 1,0 cm de espessura. A cura será úmida para material cimentício ou a ar para
material orgânico.
2.7.4 Reparos semi-profundos
Os reparos semi-profundos são aqueles com profundidade entre 2,0 e 5,0 cm,
normalmente atingindo a armadura (SOUZA e RIPPER, 1998). Geralmente requer a
montagem de formas com cachimbos e a verificação da necessidade de escoramentos. A
recuperação da seção pode ser feita com graute de base mineral com retração compensada e
alta resistência mecânica, com cura úmida.
2.7.5 Reparos profundos
Os reparos profundos são aqueles que apresentam aberturas para retirada do concreto
deteriorado ou contaminado, com profundidades superiores a 5,0 cm. São exemplos os ninhos
de concretagem (segregações). Necessita da montagem de forma, preparação do substrato e
verificação da necessidade de escoramentos. Utiliza normalmente micro-concreto de retração
compensada e alta resistência mecânica, com cura úmida. Segundo Helene (1988) o ideal é o
uso de argamassa seca, graute de base mineral, concreto ou concreto pré-acondicionado. Já
Souza e Ripper (1998) sugerem a utilização de argamassa seca ou convencional, com adesivo
PVA ou acrílico.
2.7.6 Alternativas para reparos em processos corrosivos
64
Recuperar uma estrutura de concreto é devolvê-la às suas condições originais, antes de
ser atacada pela corrosão das armaduras. Além de remover as oxidações, há a necessidade de
reconstrução do cobrimento das armaduras, de preferência com concreto bem adensado.
Segundo Cascudo (1997), a reconstituição da seção de concreto onde ocorreu a
corrosão é feita geralmente usando concretos ou argamassas comuns. No caso de reparos
profundos, utilizam-se argamassas auto-adensáveis, ou grautes, que conseguem atingir locais
de difícil acesso. Na limpeza da superfície das armaduras deve-se ter o cuidado de retirar
todos os produtos da corrosão antes da colocação de outro material. Todo o concreto alterado
deverá ser retirado e também aquele em volta do perímetro da armadura na região da
corrosão.
Uma maneira de proteção das armaduras contra a corrosão é a galvanização das barras,
visto que o zinco utilizado na sua produção é muito mais estável que o aço frente à atmosfera
e mais resistente aos cloretos. Conforme Andrade (1992) os parâmetros para a durabilidade do
processo da galvanização são a espessura da capa galvanizada e o pH da fase aquosa presa
nos poros do concreto.
Já no caso da presença da frente de cloretos ou de carbonatação, em que a armadura
não tenha sido atingida, emprega-se a retirada do concreto impróprio, mediante o uso de
escarificação, jateamento ou hidrojateamento. Andrade (1992) indica a possibilidade de tentar
a “realcalinização” do concreto através de aplicação superficial de argamassa rica em
cimento, mantida úmida por muito tempo. No caso do concreto estar contaminado por
elevados teores de cloreto, Andrade (1992) sugere o uso de resina que seja ao mesmo tempo
ponte de aderência e barreira contra cloretos presente no concreto velho, dificultando a
migração por difusão ao material do reparo.
Quanto aos métodos alternativo de reparo, verifica-se na literatura os processos de
remoção eletroquímica dos cloretos, o controle do processo catódico pelo uso de pinturas
seladoras, a eliminação do eletrólito por secagem, a proteção catódica e técnicas de
impregnação do concreto por polímeros ou inibidores de corrosão.
É muito importante utilizar técnicas adequadas e materiais que não segreguem durante
a aplicação. Qualquer segregação dos componentes do material de reparo provoca uma
alteração das suas propriedades físicas e reduz a possibilidade de se obter a primeira premissa
quando do início dos estudos: restaurar a estrutura o mais próximo possível do especificado
no projeto original.
65
Finalmente, cabe lembrar que, antes de qualquer recuperação, devem ser identificadas
e sanadas as causas. Caso isso não seja observado, pode ocorrer corrosão em outros locais por
haver criado mais descontinuidade na estrutura, além das que originalmente existiam.
66
3 ESTUDO DE CASO - PATOLOGIA EM PILARES DE CONCRETO
ARMADO
Como estudo de caso, foi escolhido pilares de concreto armado, pois, especialmente
quando externos e de concreto aparente em estruturas de edifícios, são suscetíveis a várias
manifestações patológicas. Pelo papel exercido por eles no conjunto da estrutura, é
fundamental a correta avaliação dos problemas, e a escolha adequada das técnicas de
reabilitação para corrigir a patologia e repor a estética, para garantir a rigidez estrutural e a
resistência mecânica necessária para utilização da estrutura.
Para Melo (2004) os pilares são as peças mais complexas e com maior dificuldade de
execução, tanto nas definições de projeto quanto na fábrica. Ainda segundo o autor, as
dimensões dos pilares obedecem as dos chamados fundos de forma. Os fundos de forma
funcionam como pistas, pois neles estão previstos os encaixes das laterais que fecham as
formas, possibilitando a concretagem.
De acordo com Teixeira (1987) os pilares são engastados aos blocos de fundação
através de concretagem in loco.
Segundo Melo (2004, p. 214), os consoles são os complementos dos pilares que
tornam seu detalhamento mais difícil. Eles são ligados pela massa de concreto aos pilares,
além de representarem a maior porcentagem de problemas de projeto.
3.1 Caso 1 – Desagregação e Corrosão das Armaduras
A edificação analisada foi construída em 1958 sendo inicialmente usada como
albergue, permanecendo por décadas abandonada, sem manutenção. Ao longo do tempo,
diversas patologias foram se disseminando e se agravando, provocando a deterioração
gradativa da edificação (NAKAO,2013). Possuindo apenas o pavimento térreo, foi construída
com paredes de alvenaria em blocos de concreto, estrutura em concreto armado convencional
e fundações em estacas escavadas de concreto. O projeto de revitalização da edificação previa
a readequação de parte da edificação já existente, demolição parcial seguida de ampliação e
não contemplava nenhum projeto de reforço ou recuperação estrutural, mas apenas um projeto
67
estrutural da parte a ser ampliada. Porém, após o início da obra, foram detectadas diversas
patologias em toda a edificação. Assim, a partir de vistorias realizadas através da inspeção
visual, as patologias foram detectadas, e suas influências no comportamento da estrutura
frente aos carregamentos previstos foram analisadas e serviram de base para a elaboração do
projeto de reforço e recuperação estrutural.
Como estudo de caso, faz-se a análise de patologia nos pilares da edificação, os quais
possuem seção variável, e em sua base e topo, seção de 20x25 cm. Estes estão apoiados na
base em blocos de estacas ou vigas baldrames e no topo em uma viga invertida que suporta a
laje da marquise, conforme mostra a Figura 60.
Figura 60 – Pilares de fachada em forma de bumerangue. (Fonte: Nakao (2013)).
A maioria dos pilares apresentou corrosão de armaduras em suas bases por ataque
químico resultante da ação de urina. Nos dois pilares da fachada frontal, ocorreram
desplacamento e deterioração do concreto, causando o rompimento das bases desses pilares,
praticamente rotulando os apoios.
Na análise de comportamento destes, verificou-se que a carga atuante é de pouca
intensidade, pois esses pilares resistem apenas às cargas provenientes da viga que suporta a
laje da marquise, que no trecho em questão é distante 40 cm em balanço de cada lado. O fato
dos apoios terem sido transformados em rótulas não afetou a estabilidade da estrutura, pois a
viga invertida contínua e a laje da marquise contribuíram para o equilíbrio estático.
68
A Figura 61 mostra que parte da armadura das esperas dos pilares sofreu a ação da
corrosão o que provocou a redução da seção e o rompimento de algumas barras. Porém,
observou-se que apesar do alto grau de deterioração dos pilares, a partir de uma altura de 1,0
metros, o concreto se apresentava em boas condições, sem indícios de fissuras ou
desplacamentos.
Figura 61 - Desagregação do concreto transforma vínculos em rótulas. (Fonte: Nakao (2013))
A solução de recuperação adotada consistiu na recomposição das barras de espera e do
concreto adjacente, já que tanto as barras da armadura longitudinal dos pilares como o
restante do concreto situado em regiões acima da área afetada se encontravam em boas
condições. Já para a recuperação das esperas, foram colocadas novas barras que foram
ancoradas em novas fundações. Foram executadas novas estacas que incorporou tanto a viga
baldrame existente como as antigas barras de espera que se encontravam em boas condições.
A superfície inclinada da face do pilar foi favorável para a concretagem por abertura lateral da
forma, com formato de “cachimbo” conforme mostra a Figura 62.
69
Figura 62 - Reforço nos pés dos pilares tipo “bumerangue” da fachada frontal. (Fonte: Nakao (2013), Neto (2013), Péres (2013)).
3.2 Caso 2 – Fissuração e Rompimento
Foi analisado os pilares de um edifício de Belo Horizonte, constituído de 6
pavimentos, sendo um nível inferior de garagem, um pilotis e 5 níveis destinados a
apartamentos (COSTA, 2011). Para a segunda fase de construção, foi contratado um
engenheiro estrutural para realizar modificações no projeto inicial, tendo em vista a intenção
de pequenas alterações no projeto arquitetônico. Esse profissional fez uma avaliação da
consistência da capacidade de cargas das fundações (tubulões a céu aberto, comum na região)
com as cargas obtidas em seu cálculo estrutural. As informações de geometria e
profundidades dos tubulões foram fornecidas pelo primeiro empreendedor, por meio de uma
simples planilha.
Além disso, durante toda a obra, não foi executado nenhum controle tecnológico do
concreto. O fato é que, a poucos dias da data de entrega dos apartamentos aos condôminos,
um pilar do pilotis e dois do nível de garagem se romperam, assim como vigas do pilotis e
70
garagem (figura 63), ocasionando uma acentuada deformação na região central da edificação
e a manifestação de trincas no concreto de vigas, lajes e alguns pilares.
Figura 63 - Viga piso garagem. (Fonte: Costa (2011))
As Figuras 64 e 65 mostram que nas vistorias realizadas na edificação, foram
verificadas várias não-conformidades nas estruturas de concreto armado, desde simples falhas
de concretagem, passando por cortes intencionais em barras de aço, até a falta de estribos em
trechos de pilares.
(a) (b) (c)
Figura 64 – (a) Armadura de pilar soltos e junta de concretagem com papel – sacos de cimento, (b) Viga com estribos cortados e dobrados e falta de espaçadores para armaduras, (c) Brocas, bicheiras e falhas de concretagem e armadura exposta do pilar. (Fonte: Costa (2011)).
71
(a) (b) (c)
Figura 65 – (a) Pilar com trechos com seção descontínua, (b) Viga com estribos cortados e dobrados e armadura de pilar também dobrada, (c) Junta de concretagem com saco de cimento e ferragens de viga e pilar dobradas. (Fonte: Costa (2011))
Como primeira medida, foram escoradas as estruturas até o teto do pilotis, utilizando
escoras de madeira roliça de eucalipto (figura 66), em função da sua facilidade de manuseio,
tendo em vista a grande declividade do terreno abaixo das lajes da garagem. Após a instalação
do escoramento, todas as trincas e fissuras visíveis foram preenchidas com massa PVA (figura
67) com o objetivo de possibilitar detecção de possíveis evoluções em suas aberturas.
Figura 66 - Escoramento sob a laje da garagem. (Fonte: Costa (2011))
72
Figura 67 – Pilar de apoio da viga colmatado. (Fonte: Costa (2011))
Para verificar se o rompimento dos pilares poderia ser um fato isolado ou um
problema sistemático, foi verificada a qualidade dos concretos de alguns elementos
estruturais, assim como suas integridades físicas, através de ensaios de ultrassonografia.
Porém, ao final dos ensaios, os testemunhos apresentaram resultados positivos, caracterizando
concreto de boa qualidade (>4,5km/s), segundo as classificações quanto à qualidade do
concreto citadas por NEVILLE (1981), mencionadas nas referências bibliográficas.
A figura 68 mostra que das investigações realizadas nas fundações, foi detectado que
todos os tubulões foram executados com bases de diâmetro muito menor do que os
apresentados em projeto, até 1,2 metros de diâmetro, em desacordo com valores de até 3,2
metros (figura 68 (a)). Outros foram executados deslocados dos eixos dos pilares (figura 68
(b) e (c)).
(a) (b) (c)
Figura 68 – (a) Base de tubulão típico ᶲf=60cm e ᶲb=100cm, (b) Tubulão deslocado em relação ao pilar, (c) Tubulão sem abertura de base. (Fonte: Costa (2011))
73
Três pilares se apoiavam diretamente sobre o solo, sem nenhum tipo de fundação,
sendo um deles de sustentação da viga da fachada (figura 69).
(a) (b) (c)
Figura 69 – (a) Pilar apoiado sobre vigas – sem fundações, (b) Encontro faturado da viga da figura, (c) Execução de tubulão sob pilar das figuras. (Fonte: Costa (2011), Camargos (2011))
Constatou-se ainda que três tubulões apresentavam uma grande trinca vertical, devido
ao excesso de carga axial, inclusive o tubulão que apoiava o pilar central da viga de fachada.
Devido às deformações verticais ocorridas na parte central do prédio, a estrutura se
movimentou como se houvesse uma implosão, fazendo com que vários pilares rotacionassem
de forma suficiente para fissurar todas as regiões afetadas.
Na revisão do projeto estrutural, verificou-se que vários trechos dos pilares tiveram
suas armaduras longitudinais alteradas na hora da execução de ᶲ16 mm para ᶲ12,5 mm,
mantendo o espaçamento dos estribos em 20 centímetros, o que contraria as normas técnicas
nacionais e internacionais, que consideram espaçamento mínimo equivalente a 12 vezes o
diâmetro longitudinal, ou seja, para ᶲ12,5 mm 15 centímetros de espaçamento.
Também foi encontrado um pilar construído sobre uma viga comum, sem qualquer
preocupação com sua seção geométrica e armaduras, em função do deslocamento do pilar de
apoio para outra posição, em total desacordo com o projeto original (figura 70).
74
(a) (b) (c)
Figura 70 – (a), (b) Viga sobre a qual um pilar foi construído, (c) Abertura da viga das figuras. (Fonte: Costa (2011), Camargos (2011)).
Na fase final das investigações das fundações e execução dos trabalhos emergenciais
e, após a aprovação dos proprietários e do construtor, foram tomadas algumas medidas para
recuperação do prédio, as quais são apresentadas resumidamente a seguir:
- encamisamento dos três pilares rompidos (Figura 71) e reforço da viga da fachada;
- execução de outro pilar sobre a viga totalmente rompida e seu reforço (Figura 72);
- revitalização de todos os encontros de vigas com pilares da periferia do teto do
pilotis que apresentarem trincas e/ou fissuras;
- reforço de todas as extremidades de pilares onde se verifica falta de estribos e
armaduras deslocadas;
- intervenções em junções de pilares e vigas que apresentarem outras deficiências
construtivas.
(a) (b) (c)
Figura 71 – (a) Pilar rompido, (b) Instalação de armaduras de reforço, (c) Pilar já reforçado. (Fonte: Costa (2011))
75
(a) (b) (c)
Figura 72 – (a) Novo pilar sobre a viga da fachada; (b) Pilar envolvido para cura do concreto; (c) Outro pilar novo, construído sob a viga da fachada. (Fonte: Costa (2011))
3.3 Caso 3 – Corrosão das Armaduras dos Pilares
Foi realizado um estudo de caso em uma edificação residencial multifamiliar
construída em concreto armado, assentada em fundações diretas, com 15 pavimentos,
localizada em ambiente urbano, na cidade de Campina Grande, Pb (OLIVEIRA, 2011). O
subsolo do edifício é composto apenas por garagens e é constituído por 24 pilares na projeção
da torre e 30 pilares que apóiam as vigas do pavimento do mezanino.
Após avaliações da estrutura, as informações técnicas a respeito da patologia da
edificação, apontaram para um tipo de manifestação, que ocorreu ainda nos primeiros quatro
anos após a conclusão da obra: a corrosão nas armaduras de todos os pilares da torre no
pavimento subsolo.
Esta corrosão foi devida a baixa qualidade do material originando um alto grau de
porosidade, uma elevada taxa de armadura dificultando a concretagem dos pilares, espessuras
de cobrimentos da armadura variáveis, o que facilitou o aparecimento de diferenças de
potenciais significativas que associadas a fatores ambientais e a elevada umidade ambiental
provocaram o surgimento dessa patologia.
A técnica de recuperação adotada seguiu algumas diretrizes de forma a identificar,
determinar a profundidade do problema, remover a região atingida, promover uma boa
aderência entre os materiais e a recomposição da peça atingida.
Foram realizadas medições do Potencial de Corrosão em todos os pilares da torre
através da semi-célula de Cobre/Sulfato de Cobre, obtendo-se um mapeamento nos pilares das
76
regiões anódicas atingidas (Figura 73 (a)). Também, foi determinada a profundidade da frente
de carbonatação, através do uso da solução de 1% de fenolftaleína (Figura 73 (b)), segundo as
indicações da ASTM C 876. Foram realizadas medições em três pontos de cada pilar,
obtendo-se a espessura da camada atingida.
(a) (b) (c)
Figura 73 – (a) Medição do Potencial de Corrosão através do eletrodo de Cobre/Sulfato de Cobre; (b) Medida da profundidade de carbonatação, através da aspersão de solução de fenolftaleína; (c) Detalhe da elevada taxa de armadura. (Fonte: Oliveira (2011))
Depois da determinação da extensão do problema, foi removido todo o concreto de
cobrimento dos pilares. Na região até cerca de 70 centímetros acima do piso acabado, a
profundidade de carbonatação ultrapassou a espessura de cobrimento, assim como os
potenciais de corrosão atingiram níveis abaixo de -350mV, causando sintomas de corrosão na
armadura como fissuras e desplacamentos. Nessa região, também foi realizada a limpeza
através do lixamento e escovação da superfície, até o aço apresentar características isentas de
produtos de corrosão.
Outra medida adotada foi o aumento da seção dos pilares devido à alta taxa de
armadura, que em muitos dos casos era superior àquela determinada pela norma e também
pela grande variação entre as espessuras da camada de concreto de cobertura.
Após a remoção e limpeza do substrato foi aplicada uma ponte de aderência para que a
interface material antigo/material de recuperação fosse adequada. Alguns pilares
apresentaram uma elevada taxa de armadura, o que impedia a ligação concreto antigo/material
de recuperação. Nesses casos, foi usada a ponte de aderência a base epoxídica. Nos casos em
que a taxa de armadura era adequada, usou-se a ponte de aderência a base cimentícia.
77
O material de recomposição da seção dos pilares foi um graute a base de cimento
aplicado em três etapas do pilar. Uma cura úmida foi realizada durante sete dias.
3.4 Caso 4 – Corrosão Generalizada dos Pilares
Foram analisados os pilares de um prédio situado na região metropolitana de Porto
Alegre, área urbana, distante aproximadamente 100 metros do rio Guaíba (MACÊDO, 2012).
A Figura 74 mostra que houve uma contaminação generalizada no edifício gerando a
corrosão de todos os pilares da fachada. Além disso, houve fissuração e destacamento ao
longo da barra de canto da armadura do pilar, devido ao processo expansivo do metal,
provocando o rompimento de estribos e armaduras longitudinais (figuras 75 e 76),
comprometendo a segurança dos usuários e pedestres.
Figura 74 - Corrosão dos pilares da fachada. (Fonte: Macêdo (2012))
78
Figura 75 - Corrosão generalizada e desplacamento do cobrimento. (Fonte: Macêdo (2012))
(a) (b)
Figura 76 – (a) Fissuras verticais, formadas ao longo da barra de canto da armadura do pilar, devido ao processo expansivo do metal, (b) Pilares com estribos parcialmente rompidos e armaduras longitudinais soltas. (Fonte: Macêdo (2012))
79
Após o diagnóstico do problema encontrado, inicia-se a análise de dados obtidos sobre
as causas, origens e mecanismos das manifestações ocorridas e informações sobre as terapias
adotadas para sanar a problemática.
Como primeira medida, propõe-se a realização de alguns ensaios e testes de campo e
laboratoriais como alternativas de aplicação da melhor forma de solução do problema, tais
como: Extração de Testemunho, para determinação de resistência característica à compressão
do concreto estudado; Inspeção visual detalhada dos locais manchados, fissurados e
desplacados com registro fotográfico; umidade do concreto e correspondente resistividade;
mapeamento do potencial eletroquímico das armaduras (figura 77); medição da velocidade de
corrosão e da perda de seção transversal das armaduras corroídas.
Figura 77 - Medidor de potenciais. (Fonte: Macêdo (2012))
Após, como mostra a Figura 78, inicia-se o processo de recuperação e reparo dos
pilares com o corte da área afetada e a escarificação do concreto, processo que remove o
material solto, de baixa resitência, resultante da corrosão das armaduras.
80
Figura 78 – Corte e escarificação da área de concreto afetada. (Fonte: Macêdo (2012))
Depois da limpeza dos resíduos resultantes da escarificação e lixamento das
armaduras, realiza-se a saturação do substrato com água potável e pulverizador (figura 79), de
forma a manter a superfície na condição “saturado com superfície seca”, ideal para o
recebimento e adesão da argamassa de reparo.
Figura 79 - Limpeza dos resíduos do corte e escarificação. (Fonte: Macêdo (2012))
81
Para finalizar, aplica-se uma argamassa cimentícia modificada com polímeros e
reforçada com fibras, que recebe depois o acabamento com uma desempenadeira (Figura 80).
Após, uma manta de cura molhada com água é aplicada sobre a argamassa, para manter a
umidade ao longo de sete dias, evitando a evaporação da água de amassamento e a
conseqüente fissuração.
Figura 80 - revestimento de argamassa cimentícia. (Fonte: Macêdo (2012))
82
4 ANÁLISE DE RESULTADOS
Conforme a apresentação de estudos realizados anteriormente, foram analisados
laudos técnicos de obras que apresentaram algum tipo de manifestação patológica em sua
estrutura de concreto armado, identificando-se as manifestações mais incidentes.
A Figura 81 apresenta, segundo estudos de Silva (2011) a distribuição da forma de uso
de cada obra, classificando-as em pública (correspondente a 70% do total), residencial
(23,33% do total) e comercial (6,67% do total).
Figura 81 - Distribuição de obras conforme forma de uso. (Fonte: Silva (2011))
Quanto à área de entorno das obras, classificaram-se como salinas (43,3% do total),
urbanas (33,3% do total), rural (20% do total) e industrial (3,33% do total) (figura 82).
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Figura 82 - Distribuição de obras conforme área de entorno. (Fonte: Silva (2011))
Assim, observa-se que a maioria das obras as quais apresentam algum tipo de
patologia encontra-se em regiões de áreas salinas, seguido da área urbana, ou seja, em regiões
de condições de exposição extremamente desfavoráveis.
Quanto à incidência das manifestações patológicas, conforme a Figura 83 percebemos
a predominância da corrosão das armaduras associada a um ou mais dos eventos: cobrimento
deficiente, fissuras, infiltrações, presença contínua de umidade, meio ambiente agressivo e
falta ou deficiência de manutenção.
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Figura 83 - Incidência das manifestações patológicas nas estruturas de concreto. (Fonte: Silva (2011))
A predominância da manifestação corrosão de armaduras já era esperada, pois no
Brasil, alguns estudos já realizados caracterizaram bem a degradação de estruturas em
concreto armado, destacando-se os trabalhos de DAL MOLIN (1988) no Rio Grande do Sul,
ARANHA (1994) na região Norte, NINCE (1996) na região Centro-Oeste e Andrade (1997)
em Pernambuco. Nesses trabalhos, a corrosão das armaduras ocupou posição de destaque com
valores respectivamente de 12%, 43%, 30,1% e 64% das manifestações encontradas, destaque
especial para as regiões de costa, onde a ação dos cloretos como agente de degradação se
sobressai.
Em seguida, surgem os problemas com fissuras (66,67%), classificada como a segunda
patologia mais predominante nas construções. Segundo Souza e Ripper (1998), as fissuras
podem ser consideradas como a manifestação patológica característica das estruturas de
concreto armado, sendo mesmo o dano de ocorrência mais comum e aquele que, a par das
deformações mais acentuadas, mais chama a atenção de leigos, proprietários e usuários, para
o fato de que algo anormal está a acontecer.
Porém, pela natureza das estruturas de concreto armado, o aparecimento de fissuras é
sinal de que foi excedida a resistência à tração do material e permite investigar, em função da
sua tipologia, a origem dos problemas que afetam a estrutura.
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A desagregação (50% dos casos) consiste na perda de massa de concreto devido a um
ataque químico expansivo de produtos inerentes ao concreto devido à baixa resistência do
mesmo, e pode ser observada nas estruturas de concreto geralmente ocorrendo associada às
fissuras.
O dano por infiltrações aparece em 33,33% dos casos. Conforme Nince (1996), o
problema está associado, principalmente, a problemas de projeto (concepção arquitetônica e
instalações) e a falta ou deficiência de manutenção.
Os ninhos de concretagem ou segregações (26,67% dos casos) no concreto têm como
causas a baixa trabalhabilidade do concreto, a deficiência no transporte, lançamento e
adensamento do concreto e a alta densidade de armaduras, apresentando características
defeituosas como vazios na massa de concreto, agregados sem o envolvimento da argamassa e
concreto sem homogeneidade dos componentes.
As manchas na superfície do concreto (26,67% dos casos) alteram a sua textura e
uniformidade de coloração, prejudicando a estética visual, podendo causar problemas
patológicos mais sérios.
As eflorescências (26,67% dos casos) são manchas de coloração normalmente branca
que surgem no concreto devido ao acúmulo de solução saturada de hidróxido de cálcio na
superfície do concreto, podendo formar estalactites nas zonas de maior porosidade do
concreto.
A situação de infiltração e umidade na estrutura implica no surgimento de manchas
esverdeadas denominadas bolor (fungos) e corresponde a 16,67% dos casos analisados.
A ocorrência de deformações excessivas (16,67% dos casos) é resultado de uma série
de fatores, dentre os quais estão: problemas de projeto (concepção e/ou detalhamento), mau
posicionamento das armaduras na execução e má utilização da estrutura, no que se refere a
sobrecarga superior a estabelecida em projeto.
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5 CONCLUSÃO
O trabalho apresenta os resultados obtidos de um levantamento de dados e estudos
bibliográficos sobre casos de patologias de estruturas de concreto armado.
Os conceitos de patologia, desempenho, durabilidade, vida útil e agressividade do
meio ambiente, são elementos básicos para a compreensão da importância de um projeto bem
detalhado e coerente com o ambiente o qual a estrutura será instalada. O atendimento aos
requisitos de qualidade e durabilidade das construções deve ser analisado em todas as etapas
do processo construtivo e também nos trabalhos de reparo e reforço. Estes requisitos são
indispensáveis para o desenvolvimento sustentado.
A necessidade de melhoria nos processos de execução de estruturas, a obrigação de
reduzir custos, o cumprimento de prazos pré-estabelecidos, garantir a qualidade e a
durabilidade da edificação e acima de tudo a satisfação do usuário final é a meta que as
empresas buscam em todas as suas áreas de atuação.
De nada adianta ter um projeto adequado e equipamentos de última geração se a mão-
de-obra envolvida não tem o treinamento e a fiscalização mais rígida. É difícil fiscalizar uma
obra como um todo, mas se há o mínimo de capacidade dos trabalhadores, o nível de
problemas reduz gerando melhorias na obra.
Como foi visto muitos são os problemas que ocorrem nas estruturas e que poderiam
ser evitados caso houvesse um controle mais rigoroso na elaboração dos projetos, na
especificação e utilização dos materiais, no uso adequado da estrutura aliado a um programa
de manutenção preventiva das estruturas de concreto armado, podendo assim evitar ou
retardar a necessidade de trabalhos de recuperação ou reforço das estruturas. Constata-se
também que a correta escolha da técnica a ser utilizada numa recuperação estrutural associada
à mão de obra qualificada é que vai garantir o sucesso do trabalho realizado, pois a escolha
errada pode acabar agravando ainda mais a situação do problema.
Conclui-se com este trabalho que há uma infinidade de patologia nas construções em
concreto e técnicas e procedimentos para se adotar num trabalho de recuperação ou reforço, e
que a cada dia, surgem novas técnicas e aprimoramentos com o propósito de melhorar a
qualidade da obra, e que estão sendo colocadas em prática. O processo se encerra com a
execução dos serviços prescritos, quando necessário e com o registro do caso. Este registro é
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feito com a finalidade de manter formalizada a história da obra, para possíveis novos reparos
e manutenções e, principalmente, para a divulgação do conhecimento adquirido.
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