PATOLOGIA, RECUPERAÇÃO E REFORÇO DE ESTRUTURAS DE …
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1 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONSTRUÇÃO CIVIL CURSO DE ENGENHARIA CIVIL PATOLOGIA, RECUPERAÇÃO E REFORÇO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO PROFs. WELLINGTON MAZER CURITIBA – PR 2008
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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONSTRUÇÃO CIVIL
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
PATOLOGIA, RECUPERAÇÃO E
REFORÇO DE ESTRUTURAS DE
CONCRETO
PROFs. WELLINGTON MAZER
CURITIBA – PR
2008
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SUMÁRIO
1 – INTRODUÇÃO ................................................................................................................................... 6
1.1 – OBJETIVOS DA PATOLOGIA DAS CONSTRUÇÕES ............................................................................... 7 1.2 – IMPORTÂNCIA DA PATOLOGIA ESTRUTURAL ................................................................................... 7 1.3 – CONCEITOS ASSOCIADOS À PATOLOGIA DAS CONSTRUÇÕES ............................................................ 8
2 – DURABILIDADE ............................................................................................................................... 10
2.1 – CONCEITO DE DURABILIDADE SEGUNDO A NBR 6118:2003 ............................................................. 10 2.2 – AGRESSIVIDADE AMBIENTAL ........................................................................................................ 13 2.3 – MANUTENÇÃO ............................................................................................................................. 15
3 – ORIGEM DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS ................................................................................. 17
3.1 – PATOLOGIAS DEVIDO AO PROJETO ................................................................................................ 17 3.2 – PATOLOGIAS DEVIDO À EXECUÇÃO ............................................................................................... 18 3.3 – PATOLOGIAS DEVIDO AOS MATERIAIS ........................................................................................... 18 3.4 – PATOLOGIAS DEVIDAS À UTILIZAÇÃO ............................................................................................ 20
4 – SINTOMATOLOGIA .......................................................................................................................... 21
4.1- CONSIDERAÇÕES INICIAIS ............................................................................................................... 21 4.2 - IMPORTÂNCIA DA SINTOMATOLOGIA ............................................................................................ 21 4.3 – INSPEÇÃO E AVALIAÇÃO DOS SINTOMAS ....................................................................................... 23 4.4 – SINTOMAS MAIS COMUNS ............................................................................................................ 23 4.5 - FISSURAÇÃO ................................................................................................................................. 24 4.5.1 DENOMINAÇÃO DAS FISSURAS ........................................................................................................................ 25 4.5.2 CLASSIFICAÇÃO DAS FISSURAS ........................................................................................................................ 25 4.5.3 CARACTERIZAÇÃO DAS FISSURAS ..................................................................................................................... 26 4.5.4 ANÁLISE DAS FISSURAS .................................................................................................................................. 27 4.6 – SINTOMATOLOGIA DOS CONCRETOS ............................................................................................. 27 4.6.1 FISSURAS .................................................................................................................................................... 28 4.6.2 DESAGREGAÇÃO ...................................................................................................................................... 31 4.6.3 CORROSÃO DAS ARMADURAS ................................................................................................................. 32 4.6.4 CARBONATAÇÃO ..................................................................................................................................... 34 4.6.5 CORROSÃO DO CONCRETO ...................................................................................................................... 35
5 – DIAGNÓSTICO DE PATOLOGIAS ....................................................................................................... 36
5.1 – CONSIDERAÇÕES GERAIS .............................................................................................................. 36 5.2 – PATOLOGIAS DEVIDO AO PROJETO ................................................................................................ 36 5.2.1 MODELIZAÇÃO ESTRUTURAL INADEQUADA ....................................................................................................... 36 5.2.2 CONSIDERAÇÕES SOBRE A FISSURAÇÃO DE COMPONENTES DE CONCRETO ARMADO SUBMETIDOS A
SOBRECARGAS ...................................................................................................................................................... 37 5.2.3 CONSIDERAÇÕES SOBRE A DEFORMABILIDADE DE COMPONENTES SUBMETIDOS À FLEXÃO ........................... 38 5.2.4 DETALHAMENTO ERRADO OU INSUFICIENTE...................................................................................................... 40
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5.2.5 INADEQUAÇÃO AO AMBIENTE ........................................................................................................................ 41 5.2.6 INCORREÇÃO NA INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA ................................................................................................ 42 5.2.7 INCORREÇÃO NA CONSIDERAÇÃO DE JUNTAS DE DILATAÇÃO E MOVIMENTAÇÃO .................................................... 42 5.3 – PATOLOGIAS DEVIDA À EXECUÇÃO ................................................................................................ 43 5.3.1 DEFICIENCIAS DE CONCRETAGEM ........................................................................................................... 43 5.3.2 INADEQUAÇÃO DE FÔRMAS E ESCORAMENTOS ..................................................................................... 44 5.3.3 DEFICIÊNCIA NAS ARMADURAS ............................................................................................................... 45 5.4 – PATOLOGIAS DEVIDO AOS MATERIAIS ........................................................................................... 46 5.4.1 UTILIZAÇÃO INCORRETA DOS MATERIAIS ................................................................................................ 46 5.4.2 CAUSAS RELACIONADAS À NATUREZA DO MATERIAL CONCRETO .......................................................... 47 5.5 – PATOLOGIAS DEVIDO À FALTA DE MANUTENÇÃO .......................................................................... 52 5.5.1 FALHAS HUMANAS DURANTE A VIDA ÚTIL DA ESTRUTURA .................................................................... 52 5.5.2 AÇÕES FÍSICAS ......................................................................................................................................... 53 5.5.3 AÇÕES QUÍMICAS..................................................................................................................................... 54 5.5.4 AÇÕES BIOLÓGICAS.................................................................................................................................. 55 5.6 – MECANISMOS E CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DAS PATOLOGIAS DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ....... 57 5.6.1 DEFICIÊNCIAS DE PROJETO ............................................................................................................................. 57 5.6.2 CONTRAÇÃO PLÁSTICA DO CONCRETO ............................................................................................................. 61 5.6.3 RETRAÇÃO DO CONCRETO ............................................................................................................................. 62 5.6.4 FISSURAS CAUSADAS POR DEFICIÊNCIAS DE EXECUÇÃO ....................................................................................... 63 5.6.5 FISSURAS CAUSADAS POR REAÇÕES EXPANSIVAS ............................................................................................... 64 5.6.6 FISSURAS CAUSADAS PELA CORROSÃO DAS ARMADURAS .................................................................................... 64 5.6.7 FISSURAS CAUSADAS POR RECALQUES DIFERENCIAIS .......................................................................................... 66 5.6.8 FISSURAS CAUSADAS PELA VARIAÇÃO DE TEMPERATURA .................................................................................... 66 5.7 – DESAGREGAÇÃO DO CONCRETO ................................................................................................... 67 5.7.1 CAUSAS DA DESAGREGAÇÃO DO CONCRETO .......................................................................................... 67
6 – ENSAIOS PARA ESTUDOS PATOLÓGICOS .......................................................................................... 71
6.1 - INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 71 6.2 - INSPEÇÃO VISUAL ......................................................................................................................... 72 6.3 - ESCLEROMETRIA ........................................................................................................................... 74 6.3.1 GENERALIDADES .......................................................................................................................................... 74 6.3.2 SUPERFÍCIES A SEREM ENSAIADAS ................................................................................................................... 76 6.3.3 ÁREA DE ENSAIO .......................................................................................................................................... 76 6.3.4 IMPACTOS ................................................................................................................................................... 77 6.3.5 ESBELTEZ DOS ELEMENTOS, COMPONENTES E PEÇAS DE CONCRETO ..................................................................... 77 6.3.6 FATORES QUE INFLUENCIAM OS RESULTADOS ................................................................................................... 78 6.3.7 RESULTADOS ............................................................................................................................................... 79 6.4. ULTRA-SOM ................................................................................................................................... 80 6.4.1 INTRODUÇÃO............................................................................................................................................... 80 6.4.2 HISTÓRICO .................................................................................................................................................. 82 6.4.3 ONDAS ULTRA-SÔNICAS ................................................................................................................................ 82 6.4.4 APLICANDO O ULTRA-SOM ............................................................................................................................ 83 6.4.5 TÉCNICAS USADAS EM ULTRA-SOM ................................................................................................................. 83 6.4.6 VANTAGENS E LIMITAÇÕES EM COMPARAÇÕES COM OUTROS ENSAIOS ................................................................. 84 6.4.7 FATORES QUE INFLUENCIAM NA VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO E CONSIDERAÇÃO DOS SEUS EFEITOS NOS ENSAIOS ..... 85 6.4.8. RELAÇÕES ENTRE ULTRA-SOM E OUTROS ENSAIOS ............................................................................................. 85 6.5 - RADIOGRAFIA, RADIOSCOPIA E GAMAGRAFIA................................................................................ 87 6.5.1 INTRODUÇÃO............................................................................................................................................... 87 6.5.2 RADIOGRAFIA .............................................................................................................................................. 88 6.5.3 GAMAGRAFIA .............................................................................................................................................. 89
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6.5.4 RADIOSCOPIA .............................................................................................................................................. 92 6.6 - RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO DE PINOS .......................................................................................... 92 6.6.1 INTRODUÇÃO............................................................................................................................................... 92 6.6.2 DESCRIÇÃO DO MÉTODO ............................................................................................................................... 93 6.6.3 VANTAGENS E LIMITAÇÕES ............................................................................................................................. 93 6.6.4 APLICAÇÕES ................................................................................................................................................ 94 6.6.5 FATORES QUE INFLUENCIAM OS RESULTADOS DO ENSAIO .................................................................................... 94 6.7 - MÉTODO DA MATURIDADE ........................................................................................................... 95 6.8 – OUTROS ENSAIOS ......................................................................................................................... 96 6.8.1 ENSAIO DE VERIFICAÇÃO DA CARBONATAÇÃO DO CONCRETO ............................................................................... 96 6.8.2 DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE CLORETOS NO CONCRETO ....................................................................... 96 6.8.3 DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE SULFATOS NO CONCRETO........................................................................ 98 6.9 - OUTROS EQUIPAMENTOS .............................................................................................................. 99 6.9.1 CONTROLE DE ABERTURA DE FISSURAS ................................................................................................... 99
7 - ESTRATÉGIA DE INSPEÇÃO, AVALIAÇÃO E DIAGNÓSTICO DAS PATOLOGIAS ................................ 101
7.1 - INTRODUÇÃO .............................................................................................................................. 101 7.2 – ESTRATÉGIAS DE INSPEÇÃO......................................................................................................... 102 7.2.1 LEVANTAMENTO DE DADOS ......................................................................................................................... 103 7.2.2 TÉCNICA DE INVESTIGAÇÃO .......................................................................................................................... 104 7.2.3 ANÁLISE DOS DADOS .................................................................................................................................. 108 7.3 - MÉTODOS DE CONDIÇÕES DE AVALIAÇÃO PÓS INSPEÇÃO ............................................................. 109 7.3.1 MÉTODO BÁSICO ....................................................................................................................................... 110 7.3.2 MÉTODO GERAL ........................................................................................................................................ 111 7.4 - DIAGNÓSTICO ............................................................................................................................. 113
8 – MATERIAIS PARA RECUPERAÇÃO E REFORÇO ................................................................................. 115
8.1 – INTRODUÇÃO ............................................................................................................................. 115 8.2 – MATERIAIS UTILIZADOS .............................................................................................................. 116 8.2.1 CONCRETO ................................................................................................................................................ 116 8.2.2 ARGAMASSAS ............................................................................................................................................ 116 8.2.3 ENDURECEDORES DE SUPERFÍCIE ................................................................................................................... 116 8.2.4 INIBIDORES DE CORROSÃO ........................................................................................................................... 116 8.2.5 OUTROS MATERIAIS .................................................................................................................................... 117
9 – TÉCNICAS DE RECUPERAÇÃO E REFORÇO ....................................................................................... 118
9.1 – PREPARO DO SUBSTRATO ........................................................................................................... 118 9.1.1 REMOÇÃO DO CONCRETO DETERIORADO ........................................................................................................ 118 9.1.2 LIMPEZA DA SUPERFÍCIE ............................................................................................................................... 120 9.1.3 DEMOLIÇÃO DO CONCRETO ......................................................................................................................... 122 9.2 – TRATAMENTO DE FISURAS .......................................................................................................... 123 9.2.1 IDENTIFICAÇÃO DO TIPO DE FISSURA E SELEÇÃO DA TÉCNICA A ADOTAR ................................................................ 123 9.2.2 MÉTODOS DE REPARO ................................................................................................................................. 123 9.3 – TRATAMENTO DE NINHOS .......................................................................................................... 127 9.4 – TRATAMENTO DE DESAGREGAÇÕES ............................................................................................ 128 9.5 – CORROSÃO DE ARMADURAS ....................................................................................................... 129 9.6 – ALVENARIAS E REVESTIMENTOS .................................................................................................. 130
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10 – ANÁLISE DE REFORÇO ESTRUTURAL ............................................................................................. 132
10.1 – DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA RESUDUAL ............................................................................ 132 10.1.1 RESISTÊNCIA RESIDUAL DE PEÇAS FLETIDAS ................................................................................................... 132 10.1.2 RESISTÊNCIA RESIDUAL DE PEÇAS COMPRIMIDAS ............................................................................................ 133 10.2 – REFORÇO COM CHAPAS COLADAS ............................................................................................. 134 10.2.1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................................................... 134 10.2.2 DIMENSIONAMENTO DO REFORÇO .............................................................................................................. 135 10.3 – REFORÇO COM PERFIS METÁLICOS ............................................................................................ 138 10.3.1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................................................... 138 10.3.2 REFORÇO DE PILARES ................................................................................................................................ 139 10.3.3 REFORÇO DE VIGAS ................................................................................................................................... 140 10.4 – REFORÇO COM CONCRETO ARMADO ......................................................................................... 140 10.4.1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................................................... 140 10.4.2 REFORÇO DE PILARES ................................................................................................................................ 141 10.4.3 REFORÇO DE VIGAS ................................................................................................................................... 142 10.5 – REFORÇO COM CONCRETO PROTENDIDO .................................................................................. 143 10.6 – REFORÇO COM FIBRAS DE CARBONO ......................................................................................... 147 10.6.1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................................................... 147 10.6.2 MATERIAIS E PROPRIEDADES ...................................................................................................................... 148 10.6.3 PROCESSO CONSTRUTIVO .......................................................................................................................... 150 10.7 – REFORÇO DE FUNDAÇÕES ......................................................................................................... 153 10.7.1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................................................... 153 10.7.2 DEFEITOS NAS FUNDAÇÕES ........................................................................................................................ 153 10.7.3 CONCEITO DE REFORÇO DE FUNDAÇÃO......................................................................................................... 153 10.7.4 TIPOS DE SOLUÇÕES .................................................................................................................................. 154 10.7.5 ESCOLHA DO TIPO DE REFORÇO ................................................................................................................... 157
BIBLIOGRÁFIA CONSULTADA E RECOMENDADA .................................................................................. 158
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1 – INTRODUÇÃO Desde os primórdios da civilização que o homem tem se preocupado com a construção de estruturas
adaptadas às suas necessidades, sejam elas habitacionais (casas e edifícios), laborais (escritórios, indústrias,
silos, galpões, etc.), ou de infra-estrutura (pontes, cais, barragens, metrôs, aquedutos, etc.). Com isto, a
humanidade acumulou um grande acervo científico ao longo dos séculos, o que permitiu o desenvolvimento
da tecnologia da construção, abrangendo a concepção, o cálculo, a análise e o detalhamento das estruturas, a
tecnologia de materiais e as respectivas técnicas construtivas.
O crescimento sempre acelerado da construção civil, em alguns países e épocas, provocou a necessidade de
inovações que trouxeram, em si, a aceitação implícita de maiores riscos. Aceitos estes riscos, ainda que
dentro de certos limites, a progressão do desenvolvimento tecnológico aconteceu naturalmente, e, com ela, o
aumento do conhecimento sobre estruturas e materiais, em particular através do estudo e análise dos erros
acontecidos, que têm resultado em deterioração precoce ou em acidentes.
Apesar disto, e por ainda existirem sérias limitações ao livre desenvolvimento científico e tecnológico, além
das ainda inevitáveis falhas involuntárias e casos de imperícia, tem sido constatado que algumas estruturas
acabam por ter desempenho insatisfatório, se confrontadas com as finalidades a que se propunham.
Este complexo conjunto de fatores gera o que é chamado de deterioração estrutural. Objetivamente, as causas
da deterioração podem ser as mais diversas, desde o envelhecimento "natural" da estrutura até os acidentes.
Designa-se genericamente por PATOLOGIA DAS CONSTRUÇÕES um novo campo da Engenharia das
Construções que se ocupa do estudo das origens, formas de manifestação, conseqüências e mecanismos de
ocorrência das falhas e dos sistemas de degradação das estruturas.
Uma sistematização proposta para o estudo da Patologia das Construções levará os problemas patológicos a
serem classificados como simples, cujo diagnóstico e profilaxia são evidentes, e complexos, que exigem uma
análise individualizada e pormenorizada.
Problemas patológicos simples: são os que admitem padronização, podendo ser resolvidos sem que o
profissional responsável tenha obrigatoriamente conhecimentos altamente especializados;
Problemas patológicos complexos: não convivem com mecanismos de inspeção convencionais e
esquemas rotineiros de manutenção, obrigando a uma análise pormenorizada e individualizada do
problema, sendo então necessários profundos conhecimentos de Patologia das Construções.
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1.1 – OBJETIVOS DA PATOLOGIA DAS CONSTRUÇÕES
Os objetivos a serem atingidos em um estudo patológico devem atender a diversas situações,
podendo apenas identificar situações de risco no projeto até necessidades de intervenções urgentes.
Entre as situações mais usuais, pode-se destacar os seguintes objetivos:
- Projetos de componentes de sistemas:
- Determinação de mecanismos de deterioração;
- Avaliação da agressividade do meio x desempenho;
- Apresentação de medidas de proteção preventiva;
- Elaboração de projeto e detalhamento para execução;
- Fornecimento de procedimentos de manutenção e utilização.
- Manutenção de componentes e sistemas existentes:
- Análise de mecanismos de deterioração;
- Avaliação da agressividade do meio e impactos sobre os elementos;
- Elaboração de ensaios dos materiais e de desempenho;
- Elaboração de procedimentos de manutenção e utilização;
- Elaboração de projeto de reparos, reforço ou recuperação;
- Instrumentação e monitoração do desempenho de sistemas;
- Avaliação do grau de segurança e confiabilidade.
1.2 – IMPORTÂNCIA DA PATOLOGIA ESTRUTURAL
Cánovas (1988) ressalta que a patologia das construções está intimamente ligada ao conceito de
qualidade, sendo que este último têm se desenvolvido nos últimos anos. No entanto com o
desenvolvimento tecnológico, em particular da informática, e o conhecimento mais detalhado dos
materiais, as estruturas tem se tornado mais esbeltas, consequentemente mais deformáveis, fato este
que colabora para o surgimento de patologias.
Sabe-se que as patologias nas construções são tão antigas quanto os próprios edifícios, pois há mais
de 4.000 anos, o Código de Hamurabi já indicava cinco regras para prevenir defeitos nos edifícios,
são elas:
- Se um construtor faz uma casa para um homem e não a faz firme e seu colapso causa a
morte do dono da casa, o construtor deverá morrer.
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- Se causa a morte do filho do dono da casa, o filho do construtor deverá morrer.
- Se causa a morte de um escravo do proprietário da casa, o construtor deverá dar ao
proprietário um escravo de igual valor.
- Se a propriedade for destruída, ele deverá restaurar o que foi destruído por sua própria
conta.
- Se um construtor faz uma casa para um homem e não a faz de acordo com as
especificações e uma parede desmorona, o construtor reconstruirá a parede por sua própria conta.
Sendo este o primeiro tratado conhecido sobre Patologia das Construções.
É extremamente difícil conhecer a situação atual do problema patológico estrutural, pois assim
como os êxitos são anunciados, a maioria dos fracassos, ou colapsos, são escondidos, impedindo
seu estudo para evitar que o mesmo erro se repita. E quando uma falha é divulgada, procura-se um
culpado, mas não se divulga a causa do colapso nem os métodos de estudo e análises.
Robert Stevenson, presidente do Instituto Britânico de Engenharia já aconselhava, em 1856, que os
acidentes de engenharia fossem analisados e divulgados, pois isto seria instrutivo para os alunos e
profissionais da engenharia.
Da mesma forma como os seres humanos, existem estruturas sadias e estruturas enfermas, que
tiveram problemas em uma das etapas de seu desenvolvimento, que são projeto (gestação),
execução (crescimento), conservação e manutenção (durante sua vida). Podendo ainda existir
problemas de uso de materiais defeituosos ou inadequados. Também deve ser considerado que,
assim como os seres humanos, as estruturas envelhecem com o passar do tempo, em um processo
de degradação lento de seus materiais.
1.3 – CONCEITOS ASSOCIADOS À PATOLOGIA DAS CONSTRUÇÕES
Agente: causa imediata que deu origem ao problema patológico.
Agentes causadores de patologias: Deslocamentos de fundações, movimentação do terreno natural,
efeitos de condições climáticas, alterações químicas dos materiais, retração e expansão dos
materiais, defeitos de projeto, defeitos de execução, uso indevido da edificação, falta de
manutenção, degradação dos materiais e componentes em função de seu envelhecimento natural.
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Correção: eliminação dos defeitos acarretados pelos problemas patológicos.
Diagnóstico: determinação das causas dos mecanismos de formação e da gravidade potencial de um
problema patológico, com base na observação dos sintomas e na eventual realização de estudos
específicos.
Falha: é um descuido, uma atividade imprevista ou acidental que se traduz em um defeito ou dano.
Origem: etapa do processo construtivo em que ocorreu um problema que se manifestará na forma
de uma patologia.
Patologia: é a ciência que estuda, de forma metodizada, a origem, os sintomas e a natureza dos
defeitos e danos de uma edificação.
Prognóstico: avaliações ou conjecturas, baseadas nos diagnósticos, que alerta a duração, evolução
ou término do problema patológico.
Profilaxia: ciência que estuda as medidas necessárias à prevenção das enfermidades.
Recuperação: correção dos problemas patológicos.
Reforço: aumento da capacidade resistente de um elemento estrutural.
Sintoma: manifestação patológica.
Terapia: ciência que estuda as medidas necessárias para sanar um problema patológico.
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2 – DURABILIDADE
Conforme conhecimento geral, muitas estruturas expostas ao meio ambiente agressivo têm
mostrado uma deterioração prematura muito grave. Muitas têm alcançado um estado muito sério de
degradação, com descamações e pedaços caindo. Alguns colapsos foram noticiados. Dessa maneira
um dos conhecimentos que devem ser adicionados e avaliados para a definição da durabilidade de
uma estrutura diz respeito à segurança residual das mesmas.
Outra condição importante diz respeito à avaliação do grau de dano de maneira racional e a
necessidade de seguir uma estratégia também racional para selecionar o método de recuperação
mais conveniente.
2.1 – CONCEITO DE DURABILIDADE SEGUNDO A NBR 6118:2003
Exigências de durabilidade
Segundo a NBR 6118:2003, as estruturas de concreto devem ser projetadas e construídas de modo
que, sob as condições ambientais previstas na época do projeto e quando utilizadas conforme
preconizado em projeto, conservem sua segurança, estabilidade e aptidão em serviço durante o
período correspondente à sua vida útil.
Vida útil
Por vida útil de projeto, entende a NBR 6118:2003, como o período de tempo durante o qual se
mantêm as características das estruturas de concreto sem exigir, em relação às prescrições de
manutenção previstas, medidas extras de manutenção e reparo, isto é, após esse período que começa
a efetiva deterioração da estrutura, com o aparecimento de sinais visíveis como: produtos de
corrosão da armadura, desagregação do concreto, fissuras, etc. Esta norma pressupõe uma vida útil
de no mínimo 50 anos, de acordo com as exigências de durabilidade.
O conceito de vida útil aplica-se à estrutura como um todo ou às suas partes, dessa forma,
determinadas partes da estrutura podem merecer considerações especiais com valor de vida útil
diferente do todo.
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O conhecimento da vida útil e da curva de deterioração de cada material ou estrutura são fatores de
fundamental importância para a confecção de orçamentos reais para a obra, assim como de
programas de manutenção adequados e realistas.
Já por desempenho entende-se o comportamento em serviço de cada produto, ao longo da vida útil,
e a sua medida relativa espelhará, sempre, o resultado do trabalho desenvolvido nas etapas de
projeto, construção e manutenção.
O código modelo MC-90 do CEB-FIP, indica que o período de vida útil das estruturas deve atingir
um valor mínimo de 50 anos, desde que as estruturas sejam projetadas, executadas e mantidas
conforme requisitos preconizados. No caso de estruturas especiais pode-se requerer um período de
vida mais longo, como, por exemplo, 100 anos, ou mais curto, 25 anos ou menos, em função da
importância da edificação ou do tipo de exposição a que estará submetida.
O Structural Eurodoces, por sua vez, apresenta os seguintes valores para vida útil, constantes na
Tabela 2.1:
Vida Útil
(anos)
4 50 Edificações Correntes
5 100 Pontes, Obras Públicas
2 10 - 25 Partes Substituíveis
3 15 - 30 Edificações Rurais
Categoria Exemplo
1 10 Obras Temporárias
Tabela 2.1 - Vida útil das edificações por categoria (Structural Eurocodes)
Acontece que, no entanto, as estruturas e seus materiais deterioram-se mesmo quando existe um
programa de manutenção bem definido, sendo esta deterioração, no limite, irreversível.
O ponto em que cada estrutura, em função da deterioração, atinge níveis de desempenho
insatisfatórios varia de acordo com o tipo de estrutura. Algumas delas, por falhas de projeto ou de
execução, já iniciam as suas vidas de forma insatisfatória, enquanto outras chegam ao final de suas
vidas úteis projetadas ainda mostrando um bom desempenho.
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Por outro lado, o fato de uma edificação em determinado momento apresentar-se com desempenho
insatisfatório não significa que ela esteja necessariamente condenada. A avaliação desta situação é,
talvez, o objetivo maior da Patologia das Construções, posto que esta é a ocasião que requer
imediata intervenção técnica, de forma que ainda seja possível reabilitar a estrutura.
Na Figura 2.1 são representadas, genericamente, três diferentes histórias de desempenhos
estruturais, ao longo das respectivas vidas úteis, em função da ocorrência de fenômenos patológicos
diversos.
Figura 2.1 - Desempenho de uma construção em função dos fenômenos patológicos
No primeiro caso, representado pela curva traço-duplo ponto, está ilustrado o fenômeno natural de
desgaste da estrutura. Quando há a intervenção, a estrutura se recupera, voltando a seguir a linha de
desempenho acima do mínimo exigido para sua utilização.
No segundo caso, representado por uma linha cheia, trata-se de uma estrutura sujeita, a dada altura,
a um problema súbito, como um acidente, por exemplo, que necessita então de imediata intervenção
corretiva para que volte a comportar-se satisfatoriamente.
No terceiro caso, representado pela linha traço-monoponto, tem-se uma estrutura com erros
originais, de projeto ou de execução, ou ainda urna estrutura que tenha necessitado alterar seus
propósitos funcionais, situações em que se caracteriza a necessidade de reforço.
O estudo da vida útil das estruturas está ligado ao que é tecnicamente ponderável, e a sua evolução
deve necessariamente passar por maior conhecimento de durabilidade dos materiais, dos
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componentes e dos vários sistemas estruturais, assim como pelo aperfeiçoamento dos processos
construtivos, dos programas e das técnicas de manutenção.
A associação dos conceitos de vida útil e durabilidade é inevitável. Conhecidas, ou estimadas, as
características de deterioração do material concreto e dos sistemas estruturais, entende-se como
durabilidade o parâmetro que relaciona a aplicação destas características a uma determinada
construção, individualizando-a pela avaliação da resposta que dará aos efeitos da agressividade
ambiental, e definindo, então, a vida útil da mesma.
Deve-se entender que a concepção de uma construção durável implica a adoção de um conjunto de
decisões e procedimentos que garantam à estrutura e aos materiais que a compõem um desempenho
satisfatório ao longo da vida útil da construção.
Em termos de durabilidade das estruturas de concreto, por exemplo, e para além das questões
ligadas à resistência mecânica propriamente dita, a palavra-chave relacionada a vida útil e ao
desempenho ao material concreto, como pseudo-sólido que é, é água.
Assim, serão a quantidade de água no concreto e a sua relação com a quantidade de ligante o
elemento básico que irá reger características como densidade, compacidade, porosidade,
permeabilidade, capilaridade e fissuração, além de sua resistência mecânica, que, em resumo, são os
indicadores de qualidade do material, passo primeiro para a classificação de uma estrutura como
durável ou não.
2.2 – AGRESSIVIDADE AMBIENTAL
As condições do meio em que uma estrutura está inserida passam a ter um aspecto importante na
definição da durabilidade e do desempenho da edificação. Nestas condições, os códigos de projeto
têm desenvolvido critérios para consideração do impacto da variação do ambiente onde a
construção está inserida. A NBR 6118:2003 propõe os seguintes critérios:
Classe de Agressividade Ambiental
A agressividade do meio ambiente está relacionada às ações físicas e químicas que atuam sobre as
estruturas de concreto, independentemente das ações mecânicas, das variações térmicas, retrações
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hidráulicas e outras previstas no dimensionamento da estrutura. Nos projetos estruturais, a
agressividade ambiental deve ser classificada de acordo com a Tabela 2.2.
Classe de agressividade ambiental
( CAA)
Agressividade Risco de deterioração
I Fraca Insignificante
II Moderada Pequeno
III Forte Grande
IV Muito forte Elevado
Tabela 2.2 – Agressividade Ambiental, segundo a NBR 6118:2003.
De forma simplificada, pode-se avaliar a agressividade ambiental em uma estrutura de acordo com
o macro-clima onde a estrutura situa-se e com o ambientes da obra, conforme indica a Tabela 2.3.
Tabela 2.3 - Classificação do macro-clima, segundo a NBR 6118:2003.
Outro aspecto importante a ser considerado na durabilidade das estruturas diz respeito ao
cobrimento das armaduras, que também é definido segundo a agressividade ambiental, como
indicado na Tabela 2.4.
Tipo de
estrutura
Elementos Classe de agressividade ambiental
I II III IV
Cobrimento nominal (mm)
CA Lajes 20 25 35 45
Vigas/Pilares 25 30 40 50
CP Todos 30 35 45 55
Tabela 2.4 – Cobrimento mínimo das armaduras, segundo a NBR 6118:2003.
15
Assim, a modelização do mecanismo de estudo da durabilidade passa pela avaliação e
compatibilização, entre a agressão ambiental, por um lado, e a "qualidade" do concreto e da
estrutura, por outro, sendo este cenário definido à luz do tempo e do custo da estrutura.
Para cada caso ou combinação de casos, as classes de exposição indicarão níveis de risco ou
parâmetros mínimos a serem observados como condição primeira para que se consiga uma
construção durável. Assim, estarão definidos:
dosagem mínima de cimento;
fator água/cimento máximo;
classe de resistência mínima do concreto;
cobrimento mínimo das barras das armaduras;
método de cura.
Da observação deste quadro infere-se facilmente que a combinação dos agentes ambientais
(temperatura, umidade, chuva, vento, salinidade e agressividade química ou biológica)
transportados para a massa de concreto, assim como a resposta dessa massa a tal ação, constituem
os principais elementos do processo de caracterização da durabilidade, sendo a água (ou a umidade)
o elemento principal de toda a questão, considerados adequados os mecanismos de resistência.
Uma diretriz geral diz que a durabilidade da estrutura de concreto é determinada por quatro fatores,
identificados como “Regra dos 4C”:
- Composição ou traço do concreto;
- Compactação ou adensamento efetivo do concreto na estrutura;
- Cura efetiva do concreto na estrutura;
- Cobrimento ou espessura do concreto de cobrimento das armaduras.
2.3 – MANUTENÇÃO
A manutenção das estruturas pode ser entendida como o conjunto de ações de reduzido alcance, de
forma a prevenir ou identificar o surgimento de danos (Manutenção Preventiva) e quando a
estrutura apresentar perda significativa, como forma de se evitar o comprometimento da segurança
da edificação (Manutenção Corretiva).
16
Em termos de manutenção fica clara a co-responsabilização, pois proprietário, investidor e usuário
deverão sempre estar dispostos a suportar o custo com o sistema de manutenção concebido pelos
projetistas, que deverá ter sido respeitado e viabilizado pelo construtor. A base deste sistema, aliás,
será o conjunto de inspeções rotineiras, em que o usuário será figura preponderante.
Para determinar o período mais adequado para realização de manutenção das edificações, deve-se
proceder à realização de inspeções de rotina e extensiva, esta última com um grau maior de
detalhamento.
O CEB-FIP, apresenta a uma proposta de periodicidade de inspeções, em função da classe da
estrutura e da condição de agressividade ambiental onde ela se localiza, conforme Tabela 2.5.
Inspeção de Rotina Inspeção Extensiva
(anos) (anos)
Estrutura Classe 1
Muito Severa 2 2
Severa 6 6
Normal 10 10
Estrutura Classe 2
Muito Severa 6 6
Severa 10 10
Normal 10 Dispensa
Estrutura Classe 3
Muito Severa 10 10
Severa 10 Dispensa
Normal Insp. Superficial Insp. Superficial
Condições Ambientais
Tabela 2.5 - Periodicidade de inspeções (CEB-FIP)
Barcena Diaz (1992), propõem a seguinte periodicidade para inspeções, em função do tipo de uso
da construção, conforme Tabela 2.6.
Inspeção de Rotina Inspeção Extensiva
(anos) (anos)
Residencial, Escolas
Comerciais
Estádios, Piscinas
Estacionamentos
Estruturas Industrias em
ambientes pouco agressivos
Pontes rodoviárias e
Ferroviárias Importantes
Pontes rodoviárias e
Ferroviárias Secundárias
1 5
2 10
1 5
1 a 2 10
Tipo de Uso
2 10
Tabela 2.6 - Periodicidade de inspeções (Barcena Diaz, 1992).
17
3 – ORIGEM DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS
Ao se analisar uma estrutura de concreto "doente" é necessário entender-se o porquê do surgimento
e do desenvolvimento da doença, buscando esclarecer as causas, antes da prescrição e conseqüente
aplicação do remédio necessário. O conhecimento das origens da deterioração é indispensável, não
apenas para que se possa proceder aos reparos exigidos, mas também para se garantir que, após
reparada, a estrutura não volte a se deteriorar. O estudo das causas responsáveis pela implantação
dos diversos processos de deterioração das estruturas de concreto é complexo, sendo matéria em
constante evolução.
O surgimento de problema patológico em dada estrutura indica, em última instância e de maneira
geral, a existência de uma ou mais falhas durante a execução de uma das etapas da construção, além
de apontar para falhas também no sistema de controle de qualidade próprio a uma ou mais
atividades.
Passando em revista as condições e falhas mais prováveis, pode-se estabelecer a seguinte
classificação quanto a origem das patologias de edificações:
Patologias geradas na concepção ou projeto da edificação;
Patologias geradas na execução ou construção da edificação;
Patologias geradas devido aos materiais de construção empregados;
Patologias geradas na etapa da utilização da edificação (manutenção).
3.1 – PATOLOGIAS DEVIDO AO PROJETO
Várias são as falhas possíveis de ocorrer durante a etapa de concepção da estrutura. Elas podem se
originar durante o estudo preliminar (lançamento da estrutura), na execução do anteprojeto, ou
durante a elaboração do projeto de execução, também chamado de projeto final de engenharia.
Constata-se que as falhas originadas de um estudo preliminar deficiente, ou de anteprojetos
equivocados, são responsáveis, principalmente, pelo encarecimento do processo de construção, ou
por transtornos relacionados à utilização da obra, enquanto as falhas geradas durante a realização do
projeto final de engenharia, geralmente são as responsáveis pela implantação de problemas
patológicos sérios e podem ser tão diversas como:
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elementos de projeto inadequados (má definição das ações atuantes ou da combinação
mais desfavorável das mesmas, escolha infeliz do modelo analítico, deficiência no
cálculo da estrutura ou na avaliação da resistência do solo, etc.);
falta de compatibilização entre a estrutura e a arquitetura, bem como com os demais
projetos civis;
especificação inadequada de materiais;
detalhamento insuficiente ou errado;
detalhes construtivos inexeqüíveis;
falta de padronização das representações (convenções);
erros de dimensionamento.
3.2 – PATOLOGIAS DEVIDO À EXECUÇÃO
A seqüência lógica do processo de construção civil indica que a etapa de execução deva ser iniciada
apenas após o término da etapa de concepção, com a conclusão de todos os estudos e projetos que
lhe são inerentes. Suponha-se que isto tenha ocorrido com sucesso, podendo então ser iniciada a
etapa de execução, cuja primeira atividade será o planejamento da obra.
Nesta atividade, devem ser tomados todos os cuidados necessários ao bom andamento da
construção, com a caracterização da obra, individualizada pela programação de atividades, alocação
de mão-de-obra, definição do "lay-out" do canteiro e previsão de compras dos materiais.
Nesta fase os defeitos construtivos são falhas bastante freqüentes, tendo origem, na grande maioria
dos casos, na deficiência de qualificação profissional da equipe técnica, entre os quais pode-se citar:
Deficiências de concretagem
Inadequação de fôrmas e escoramentos
Deficiências nas armaduras
3.3 – PATOLOGIAS DEVIDO AOS MATERIAIS
As causas deste tipo de patologias estão relacionadas ao emprego de materiais impróprios ao tipo de
obra a ser executada e à deficiência no controle de compra (qualidade inferior à especificada nos
19
projetos), recebimento e estocagem, estabelecendo-se procedimentos incompatíveis aos previstos
nos projetos e permitindo-se a deterioração dos mesmos.
Para as estruturas, os materiais e componentes, em sua grande maioria, têm sua qualidade e forma
de aplicação normalizadas. Entretanto, o sistema de controle na obra tem-se mostrado bastante
falho, e a metodologia para fiscalização e aceitação dos materiais não é aplicada, sendo este mais
um fator que demonstra a fragilidade e a má organização da indústria da construção.
Com tudo isto, são comuns os problemas patológicos que têm sua origem na qualidade inadequada
dos materiais e componentes. A menor durabilidade, os erros dimensionais, a presença de agentes
agressivos incorporados e a baixa resistência mecânica são apenas alguns dos muitos problemas que
podem ser implantados nas estruturas como conseqüência desta baixa qualidade.
Pode-se citar dentre os procedimentos inadequados relacionados aos materiais, os seguintes:
Cimento:
- compra, recebimento e estocagem;
- falta de controle das características físicas, químicas e mecânicas, limitadas por normas.
Agregado miúdo:
- material fora das especificações;
- granulometria incompatível;
- contaminações por substâncias nocivas, limitadas por normas.
Agregado graúdo:
- material fora das especificações;
- granulometria incompatível;
- contaminações por substâncias nocivas, limitadas por normas.
- índice de forma excessivamente lamelar
Aço:
- resistência inferior ao especificado
- estocagem de maneira inadequada, favorecendo a oxidação das barras.
Água:
- PH fora dos limites recomendados (entre 5,8 e 8,0);
- excesso de substâncias nocivas, tais como:
- matéria orgânica;
- resíduos sólidos;
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- sulfatos;
- açúcar, e;
- cloretos.
3.4 – PATOLOGIAS DEVIDAS À UTILIZAÇÃO
Acabadas as etapas de concepção e de execução, e mesmo quando tais etapas tenham sido de
qualidade adequada, as estruturas podem vir a apresentar problemas patológicos originados da
utilização errônea ou da falta de um programa de manutenção adequado.
De certa forma, uma estrutura poderá ser vista como equipamento mecânico que, para ter sempre
bom desempenho, deve ter manutenção eficiente, principalmente em partes onde o desgaste e a
deterioração serão potencialmente maiores.
Os problemas patológicos ocasionados por uso inadequado podem ser evitados informando-se ao
usuário sobre as possibilidades e as limitações da obra, como, por exemplo:
edifícios em alvenaria estrutural - o usuário deve ser informado sobre quais são as
paredes portantes, de forma que não venha a fazer obras de demolição ou de abertura
de vãos (portas ou janelas) nestas paredes, sem a prévia consulta e a assistência
executiva de especialistas, incluindo, preferencialmente, o projetista da estrutura;
pontes - a capacidade de carga da ponte deve ser sempre informada, em local visível
e de forma insistente.
Exemplos típicos, casos em que a manutenção periódica pode evitar problemas patológicos sérios e,
em alguns casos, a própria ruína da obra, são a limpeza e a impermeabilização das lajes de
cobertura, marquises, piscinas elevadas e "playgrounds", que, se não forem executadas,
possibilitarão a infiltração prolongada de águas de chuva e o entupimento de drenos, fatores que,
além de implicarem a deterioração da estrutura, podem levá-la à ruiria por excesso de carga
(acumulação de água).
21
4 – SINTOMATOLOGIA
4.1- CONSIDERAÇÕES INICIAIS
A sintomatologia é o quadro que torna evidente que a construção é acometida por algum processo
patológico. Os efeitos resultantes da atuação dos agentes causadores das patologias das estruturas de
concreto sumarizados se fazem sentir, inicialmente, nos pontos fracos destas estruturas.
A sintomatologia vem ao encontro de teorias para solução de problemas, serve para relatar falhas e
possíveis causas que incitaram tais falhas, relato esse que pode ser de grande valia em projetos
futuros, sendo peça chave na redução de erros futuros. Vale destacar um ditado: “os médicos
enterram seus erros, os arquitetos os cobrem de mármore, e os engenheiros fazem grandes relatórios
que nunca vêm à luz do dia”.
Os sinais que peças doentes apresentam podem ter diversas possíveis causas, quer seja na fase de
planejamento e projeto, execução ou conservação. Há sinais que são de grande intensidade ou é
uma grande falha, mas que agem de forma isolada não produzindo conseqüências importantes, por
outro lado a seqüência ou simultaneidade de falhas ou defeitos, com sobreposição de efeitos, podem
ocasionar danos graves às estruturas, danos esses que podem ser irreversíveis.
4.2 - IMPORTÂNCIA DA SINTOMATOLOGIA
Sintomatologia é a ciência que estuda os sintomas que orienta a diagnose. A partir da avaliação dos
sintomas e dos sinais, ou um conjunto de sintomas que caracterizam um processo patológico, tem-
se a formulação de hipóteses diagnósticas.
Assim como na medicina, a investigação de todo e qualquer sintoma deve ser considerado
importante nas construções, assim também o especialista deve seguir alguns critérios de avaliação
como inspeção visual, percussão, ausculta, treinamento dos olhos para ver além do perceptível,
treinamento dos dedos para aguçar a sensibilidade ao tato. Ressalta-se ainda a importância da
observação do estado geral, em especial o histórico da obra, chamado de anamnese na medicina, e
22
que precede a avaliação propriamente dita. Vale lembrar que muitas vezes a segurança do
observador também deve ser especial, com uso de capacete, óculos de ampla visão, protetores
auriculares para alguns ensaios destrutivos, e botas de segurança, uma vez que as peças avaliadas
podem estar com algum tipo de comprometimento em algum ponto.
A sintomatologia é decisiva na escolha da terapia mais indicada a ser empregada no tratamento de
uma patologia, e a eficiência do tratamento depende da escolha ideal de terapêutica. O progresso da
recuperação das estruturas depende do instrumental e de técnicas necessárias à avaliação da
natureza de cada acometimento, segundo seus sintomas, e à prescrição do tratamento adequado a
cada caso. Assim, o emprego de ensaios especializados como raios-X, gamagrafia, ultra-som e
outros computadorizados, representa avanços inestimáveis para a avaliação dos sintomas,
diagnóstico, tratamento e prevenção de numerosos efeitos patológicos das construções.
No Brasil, o número significativo de trabalhos e pesquisas na área, revela a preocupação e a
capacidade técnica de prevenir as patologias nas estruturas. Porém, fora de centros acadêmicos e de
pesquisa, a prática nos canteiros mostra outra realidade, indicando uma outra preocupação, como o
volume de obras, desconsiderando cuidados essenciais nos procedimentos de planejamento, projeto
e execução de obras. Ressalta-se que no Brasil, de maneira geral, as manifestações patológicas mais
incidentes são na etapa de execução da obra.
De forma geral a ação em casos de patologia segue o fluxo:
Fig. 4.1 – fluxo de ações
Olho clínico
Experiência e
informações
Sintomatologia
Deformação Coloração Fissuras
desagregações
Patologia/
Dano
Diagnóstico
Prognóstico Demolição
Terapêutica
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4.3 – INSPEÇÃO E AVALIAÇÃO DOS SINTOMAS
Para um diagnóstico ideal e consequentemente uma indicação de terapia adequada, faz-se
necessária a realização da análise dos sintomas para conhecer a extensão do problema, através da
análise técnica por especialista na área. Após uma inspeção inicial ou preliminar, pode ser
necessária a inspeção detalhada para complementação de informações, para tanto se faz necessário
um plano de trabalho específico.
Como resultados esperados ou relatório de inspeção, alguns tópicos são indispensáveis como:
Levantamento fotográfico
Geometria da estrutura
Anotação dos sintomas visuais
Coloração
Tamanho das fissuras
Descrição do ambiente
Possível eliminação do concreto de cobrimento para observação da armadura
4.4 – SINTOMAS MAIS COMUNS
Os sintomas mais comuns que se apresentam nas construções são:
Fissuração;
Desagregações;
Deslocamentos;
Falhas de concretagem;
Deformabilidade excessiva;
Manchas de umidade;
Bolor e/ou outros microorganismos;
Eflorescências;
Vibração excessiva;
Mudanças de coloração.
24
4.5 - FISSURAÇÃO
As fissuras podem ser consideradas como a manifestação patológica característica das construções,
sendo mesmo o dano de ocorrência mais comum e aquele que, a par das deformações muito
acentuadas, mais chama a atenção dos leigos, proprietários e usuários aí incluídos, para o fato de
que algo de anormal está a acontecer.
É interessante observar que a caracterização da fissuração como deficiência estrutural dependerá
sempre da origem, intensidade e magnitude do quadro de fissuração existente, posto que o concreto,
por ser material com baixa resistência à tração, irá fissurar por natureza, sempre que as tensões de
tração, que podem ser instaladas pelos mais diversos motivos, superarem a sua resistência à tração.
Assim, um processo de fissuramento pode, quando anômalo, instalar-se em uma estrutura como
conseqüência da atuação das mais diversas causas, e, para que se consiga identificar com precisão
as causas e efeitos, é necessário desenvolver análises consistentes, que incluam a mais correta
determinação da configuração das fissuras, bem como da abertura, de sua variação ao longo do
tempo, da extensão e da profundidade das mesmas.
Portanto, ao se analisar uma construção que esteja apresentando fissuras, os primeiros passos a
serem dados consistem na elaboração do mapeamento das fissuras e em sua classificação, que vem
a ser a definição da atividade ou não das mesmas (uma fissura é dita ativa, quando a causa
responsável por sua geração ainda atua sobre a estrutura, sendo inativa, ou estável, sempre que sua
causa se tenha feito sentir durante um certo tempo e, a partir de então, deixado de existir).
Classificadas as fissuras e de posse do mapeamento, pode-se dar inicio ao processo de determinação
de suas causas, de forma a poder-se estabelecer um diagnóstico e proceder aos trabalhos de
recuperação ou de reforço, como a situação o exigir.
As causas da fissuração podem ter várias origens, e o seu conhecimento permite estabelecer na
maioria das vezes a terapia mais adequada. Pode-se citar como causas mais comuns da fissuração:
Movimentações térmicas;
Umidade;
Retração e expansão dos materiais;
Ataques químicos;
25
Deformabilidade excessiva da estrutura;
Excesso de carga;
Erros de projeto;
Erros e execução.
Recalques de fundação.
A ocorrência principal de fissuras em estruturas de concreto armado como um todo acontece de tal
forma que cerca de 44% das fissuras são de alvenaria, decorrentes de deformações diferenciadas e
26% do concreto. A fissuração verificada em elementos estruturais de concreto armado, de acordo
com a literatura, se distribuem da seguinte forma:
60% em lajes;
23% em vigas;
10% em marquises;
7 % em pilares.
4.5.1 Denominação das fissuras
Na análise deste sintoma, deve-se levar em conta que nem todas manifestações devem ser
consideradas como fissuras, elas recebem uma nomenclatura específica em função da abertura que
apresentam, o que pode ser verificado na Tabela 4.1.
Fissura até 0,5 mm
Trinca de 0,5 mm a 1,5 mm
Rachadura de 1,5 mm a 5 mm
Fenda de 5 mm a 10 mm
Brecha acima de 10 mm
Tipo de Lesão Abertura
Tabela 4.1 – Denominação das lesões em função da dimensão da abertura
4.5.2 Classificação das Fissuras
As fissuras podem ser classificadas nos seguintes tipos:
Classe 1 – Fissuras que indicam problemas estruturais imediatamente identificáveis.
- lesões com grandes aberturas
- indicam que o colapso é iminente
- indicam uma grande redução da segurança
- trazem o deslocamento de partes da estrutura
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Classe 2 – Fissuras que podem levar a uma redução da segurança devido a posterior
corrosão da armadura;
Classe 3 – Fissuras que podem levar a um mau funcionamento da estrutura, mostrado
por infiltrações, passagem de sons, danos a acabamentos, etc.
- limitações aceitas para casos de exposição a ambientes severos é de 0,2 mm
Classe 4 - Fissuras que são esteticamente inaceitáceis.
- limitações para aparência estética critica é de 0,1 mm
4.5.3 Caracterização das Fissuras
Para a caracterização das fissuras deve-se considerar:
A incidência, configuração, comprimento, abertura e localização;
A idade aproximada da fissura e da edificação acometida;
Se a fissura aprofunda-se por toda a espessura do componente afetado;
Se lesões semelhantes aparecem em pavimentos contíguos;
Se lesões semelhantes aparecem em componentes paralelos ou perpendiculares àquele
sob exame;
Se lesões semelhantes aparecem em edificações vizinhas;
Se a movimentação da fissuras é intermitente ou se a abertura varia sazonalmente;
Se a fissura já foi reparada anteriormente;
Se ocorreu alguma modificação profunda nas cercanias da edificação;
Se no entorno da lesão aparecem outras manifestações patológicas, como umidade,
eflorescências, descolamentos, manchas de ferrugem, bolor, etc.
Se na proximidade da lesão existem embutimentos;
Se existem caixilhos comprimidos;
Se as lesões manifestam-se preferencialmente em alguma das fachadas da edificação;
Se existem deslocamentos relativos na superfície do componente afetado;
Se a abertura da lesão é constante ou se ocorre estreitamento numa dada direção;
Se a lesão é acompanhada por escamações indicativas de cisalhamento;
Se está ocorrendo condensação ou penetração de água na edificação;
Se a edificação está sendo corretamente utilizada.
27
4.5.4 Análise das Fissuras
Para o caso em que as fissuras devam ser classificadas em relação a sua medida, intensidade e
distribuição, pode ser utilizado o seguinte modelo:
Medida das Fissuras:
).(1
Nc
cclMedida (4.1)
Intensidade das Fissuras:
Nb
b
Nc
c
l
l
eIntensidad
1
1
)(
)(
(4.2)
Distribuição das Fissuras:
t
b
A
AãoDistribuiç (4.3)
Onde: lc = comprimento da fissura
ωc = largura média da fissura
Nc = número de fissuras em um elemento
lb = comprimento da armadura
Nb = número de barras da armadura
Ab = menor área onde o defeito ocorre
At = área total do elemento
4.6 – SINTOMATOLOGIA DOS CONCRETOS
As patologias que acometem concretos armados são, de forma geral, provenientes de fenômenos
que ocorrem em função de falta de qualidade de seus componentes, natureza dos mesmos, dosagem
inadequada, uso de aditivos, falhas de produção e lançamento, entre outros. Falhas essas, que
interferem na homogeneidade e compacidade do concreto, fazendo com que o material sofra os
efeitos da pouca homogeneidade e/ou compacidade. Não excluindo aqui as possíveis causas
consideradas de força maior como sismos e outros fatores externos ao concreto.
28
4.6.1 Fissuras
Dentre os sintomas das patologias das construções, as fissuras são as grandes campeãs de
evidências objetivas de algum problema. A fissura é, numa analogia a medicina, o sinal
patognomônico de doenças no concreto. Há que se considerar que o efeito estético e psicológico
que uma fissura possa provocar é significativo, pois a aparência fissurada é motivo de preocupação
e insegurança para quem a percebe independente do grau de comprometimento.
São várias as possíveis causas de fissuras, sendo cada uma dessas causas de origem específica e
singular, porém com mesmo sintoma, a fissura. Dentre as origens de fissuras temos:
Forças de tração,
Movimentações de solo,
Recalques de fundações,
Trabalhabilidade do concreto,
Variações térmicas,
Concentração de tensões,
Sobrecargas atuantes,
Estruturas com deformabilidade excessiva,
Retração do concreto,
Corrosão de armaduras de concretos armados,
Cura deficiente,
Ataques químicos,
Erros de projeto ou execução,
Ou ainda sinais da idade, quando aparecem após alguns anos, mas que não comprometem a
estrutura.
A detecção da causa das fissuras, na maioria das vezes, torna-se difícil, até por que algumas
patologias produzem o mesmo tipo de fissura. Por outro lado, uma mesma causa produz de maneira
geral, as fissuras similares em diferentes peças, sendo assim, um facilitador de diagnose e terapia.
4.6.1.1 Tipos de Fissuras:
Fissuras por retração hidráulica – quando o elemento está impedido de se deformar, são fissuras
típicas de vigas curtas com grandes seções e muito armadas unidas a pilares esbeltos com rigidez
grande ou pequena. Tem aparência de mapa hidrográfico ou pele de crocodilo.
29
Fissuras por retração térmica – decorrente da baixa condutividade do concreto e da construção
inadequada de juntas de dilatação.
As fissuras por retração térmica costumam aparecer em soleiras, pavimentos de concreto, lajes de
grande extensão e outras de grande porte em geral, mas pequena seção. A fissura provocada por
retração térmica surge perpendicular ao eixo principal do elemento que a produziu com espessura
constante e seccionada.
Fissuras por secagem rápida – provocada por secagem superficial com concreto não endurecido,
depende da temperatura, vento e espessura da peça. Em lajes, as fissuras surgem com maior
freqüência nas partes mais esbeltas. Essas fissuras são bem distribuídas e se cruzam entre si, com
ramificações, são normalmente superficiais, e aparecem nas primeiras horas de concretagem, sendo
mais incidentes em grandes superfícies.
a)Retração de viga em pórtico de pilares de grande rigidez b)retração diferencial dos pilares
c) Muro de arrimo d) fissuras de cobrimento
e)Fissuração superficial - efeito de segregação f) pavimento rígido
Fig. 4.2 – tipos de fissuras - retração
30
Fissuras devidas à execução – ocorrem no estado plástico do concreto. Decorrem de diversos
problemas como formas mal projetadas, fixação, armaduras, compactação, etc.
Fissuras no concreto endurecido – podem ocorrer por deficiências no projeto, mau uso da estrutura,
cargas excessivas, ataque de agentes agressivos, envelhecimento. A retração química em função da
reação da água com o cimento provoca redução de volume, que provoca retração química e fissuras;
a água em excesso evapora-se e através de forças capilares produz redução de volume e retração de
secagem; a portlandita liberada na reação de hidratação do cimento reage com o gás carbônico
presente no ar, formando carbonato de cálcio, reação essa que também provoca redução de volume
e retração por carbonatação.
Fissuras devidas a cargas mecânicas – provocadas por tração, compressão, flexão, torção e cortante,
ou uma combinação de mais de uma tensão. As fissuras produzidas por tração, a mais freqüente,
aparecem subitamente e atravessam toda a seção. As fissuras provocadas por compressão são
paralelas à direção do esforço, com espaçamento e traçado irregular.
Fissuras em face única na parte central de peças muito esbeltas, finas e juntas, são sinais fortes de
início de flambagem. Em pilares as fissuras de compressão são sintomas de um grave defeito,
indicando colapso imediato da região acometida.
As fissuras por flexão são as mais conhecidas, surgindo próximas às armaduras de tração, e não são
imediatas, permitindo reparo. Já as de esforço cortante aparecem rápido, portanto perigosas, com
direção perpendicular a tensão de tração. As fissuras de torção são inclinadas a 45°, bastante
freqüentes na prática.
Cantos de aberturas – concentração de tensões
Fig. 4.3 – tipos de fissuras - execução
31
Fissuras provocadas por corrosão de armaduras – o efeito da corrosão produz óxido expansivo, com
aumento de volume, criando fortes tensões no concreto fazendo com que se rompa por tração, e
provocando fissuras que seguem a linha das armaduras principais. Um sinal mais claro dessa causa
de fissura é o surgimento de manchas de óxido nas bordas das fissuras.
Fissuras devido à falta de rigidez das vigas – produzidas por deformação excessiva de elemento
estrutural, podendo não ser perigosa. O fator mais preponderante aqui é a flecha excessiva. Vigas e
lajes deformam-se naturalmente pelo peso próprio, por cargas permanentes e acidentais.
Fissuras por recalque diferencial de fundação – são inclinadas e confundem-se com as fissuras
provocadas por deflexão de componentes estruturais.
Fig. 4.4 – tipos de fisuras.
4.6.2 DESAGREGAÇÃO
É um dos sintomas mais característicos de ataques químicos, aonde o cimento vai perdendo sua
condição aglomerante e liberando os agregados da pasta. O sinal aparece inicialmente na superfície,
e o sintoma é a mudança da coloração e aumento da espessura das fissuras, seguido do
empacotamento das camadas externas e posterior desintegração do concreto. As causas mais
prováveis deste problema são os sulfatos e cloretos, e sua cura é muito difícil.
Fissura de cisalhamento
Fissura de torção
viga
pila
r
Fissura de pega ou falsa pega
viga
pila
r Fissura de junta de concretagem
Fissura de recalque
32
Toda desagregação deve causar preocupação e alarmar seus observadores, pois esta patologia
provoca a perda de resistência da massa de concreto. Para o diagnóstico é necessária a
complementação da observação dos sintomas, através de ensaios mais precisos como análise
química, ultra-som e outros.
Fato é que na fabricação do cimento acrescenta-se gesso ao clinquer no moinho, que deve reagir
antes de vinte e quatro horas com parte do aluminato tricálcico para formar a etringita. Outra parte
do gesso pode ficar livre para reagir com sulfato, se houver procedência, produzindo mais etringita
que é expansiva, no concreto endurecido, o que provocará num primeiro momento fissuras e depois
a desagregação do concreto. A reação álcali-agregado provoca expansão pela reação de alguns
agregados com os álcalis de sódio e de potássio do cimento Portland.
Os sulfatos atacam as estruturas de concreto de maneira progressiva com destruição gradativa do
material, que provoca fissuração, que por sua vez conduz a perda de resistência e a desagregação.
Outro agente causador de desagregação é a corrosão de armaduras que provoca o aumento de
volume das barras de aço e conseqüente processo de desagregação. Oposto ao processo de corrosão
das armaduras, está a corrosão do concreto que pode ocorrer por lixiviação, corrosão química e por
expansão, este último provoca aumento de volume pelas reações dos sulfatos com componentes do
cimento, provocando sua expansão e desagregação. Além desses fatores ainda há desagregação por
movimentação de fôrmas, que criam juntas de concretagem não previstas, por deslocamento lateral
das fôrmas, ou fuga de nata pelas juntas ou fendas das fôrmas, provocando a segregação do
concreto e posterior desagregação com fissuração.
4.6.3 CORROSÃO DAS ARMADURAS
A corrosão é um fenômeno eletroquímico, que depende do meio para ter seu processo acelerado ou
não. As condições mínimas para ocorrência de corrosão é o que podemos chamar de Triângulo de
Manifestação da Corrosão, que estabelece a interligação entre os três elementos essenciais para
partida do fenômeno corrosivo: oxigênio, umidade e pilha – célula de corrosão eletroquímica
formada pelo metal, ânodo (área corroída) e cátodo (área não corroída), e eletrólito (água).
33
Um esquema pode ilustrar como é o mecanismo da corrosão em armaduras despassivadas, onde o
concreto é o meio, que possui oxigênio e umidade da atmosfera em que se encontra; a umidade é o
meio de difusão – eletrólito – das partículas de ferro e óxidos, cloretos e demais componentes das
reações de formação de ferrugem, oxidação, redução e corrosão; e o aço da armadura é o condutor
da energia para a proliferação entre as áreas corroídas – ânodo – e não corroídas – cátodo.
Eletrólito - água (difusão)
Concreto armado
Fé++
SO-4
Cl-
OH-
Eletrólito - água
(difusão)
e-
Ânodo Área
corroída
Cátodo Área não corroída
Condutor - aço
Fig.4.6 – Esquema de corrosão
oxigênio
umidade
Célula de corrosão PILHA
Fig. 4.5 – Triângulo de Manifestação de Corrosão
34
4.6.3.1 Sintomas da corrosão
Na verdade, o concreto tem também a função de proteger as armaduras, através de proteção física e
química devido ao cobrimento com concreto ou argamassa homogênea, de alta compacidade e
minimizador de poros, fazendo com que os agentes agressivos não tenham condições de entrada,
impedindo a formação das células eletroquímicas. A função do cobrimento também é de proteger a
película protetora da armadura formada pela passivação do aço pelo pH de 12,6 proporcionado pelo
caráter alcalino do hidróxido de cálcio dissolvido na água que preenche os poros do concreto.
As armaduras que não possuem essa proteção ou cobrimento, ou seja, um concreto inadequado, fica
passível de corrosão. Uma vez iniciada a corrosão, sua incidência é progressiva com formação de
óxi-hidróxidos de ferro que são expansivos, aumentando o volume da armadura em até 10 vezes.
Esse aumento de volume provoca como sintoma inicial a fissura paralela à armadura corroída e
posterior desagregação do concreto.
Outro sintoma bastante comum em situações de corrosão das armaduras é o surgimento de manchas
castanhas ou avermelhadas, que aparecem nas bordas das fissuras e depois vão se prolongando por
sua extensão com posterior escorrimento pela superfície do concreto.
Cabe ainda destacar os efeitos da corrosão, que são a diminuição da capacidade mecânica do aço,
fissuração do concreto e diminuição da aderência do concreto com o aço. Qualquer que seja o
efeito, os sintomas são quase sempre os mesmos, como já mencionado, manchas, eflorescências,
umidade, fissuras e desagregação, porém, há situações que não emitem sinais visíveis, mas a
corrosão está em processo de manifestação, o que indica que a inspeção e diagnóstico devem ser
extremamente cuidadosos e criteriosos.
4.6.4 CARBONATAÇÃO
A carbonatação é o processo lento que ocorre quando o concreto é exposto aos gases como o gás
carbônico (CO2), o dióxido de enxofre (SO2) e o gás sulfídrico (H2S), pode ter reduzido o pH da
solução existente nos seus poros que reduzem o tempo de reação de hidratação em superfícies
expostas a alta alcalinidade em especial pela presença de hidróxido de cálcio – Ca(OH)2, com
precipitação de carbonato de cálcio - CaCO3, que possui pH de 9,4 e assim altera significativamente
a estabilidade da camada passivadora do aço. O gás dióxido de carbono da atmosfera reage com os
hidróxidos alcalinos do concreto, em processo de neutralização, e transforma os compostos do
35
cimento em carbonatos promovendo o processo de carbonatação pela radiação do pH do concreto a
um nível em que o aço sofre corrosão.
O sintoma típico da carbonatação é a ocorrência de manchas claras produzidas pela refração do
carbonato de cálcio, essas manchas muitas vezes escorrem pela superfície, provenientes das
fissuras. Por se tratar de um sintoma semelhante a eflorescência provocada por outros fatores, é
necessário para constatação da carbonatação o uso de indicadores colorimétricos que apontam o pH.
Quanto mais baixo o pH, mais clara será sua aparência, tendendo ao incolor nas regiões menos
alcalinas. Um concreto não carbonatado a região mais alcalina fica com a coloração arroxeada ao se
usar esse mesmo indicador. O indicador de carbonatação, ou de pH, mais usado, é a solução a base
de fenolftaleina ou equivalente, sendo empregado com sucesso para pH entre 8 e 11. Vale ressaltar
que esse procedimento deve ser feito em concretos que não tenham sofrido qualquer alteração ou
deficiência como serragem, inclusive não devem estar molhados.
4.6.5 CORROSÃO DO CONCRETO
O concreto não é um elemento eterno, evidente que a engenharia tem como uma de suas finalidades,
encontrar o concreto ideal, considerado o de melhor resistência, econômico e durável, porém, nem
sempre essa durabilidade é um fato consagrado, e por isso o concreto deve ser objeto de inspeções
periódicas para prevenir ou tratar em curto prazo possíveis patologias, certo é que algumas delas
não apresentam sintomas visíveis logo em seu início de manifestação.
O acompanhamento periódico tem um significado ainda maior em ambientes com atmosferas mais
agressivas ao concreto como: ambientes marinhos, centrais térmicas e nucleares, represas e
barragens, ambientes de siderúrgica e outras tantas que tenham condições de atuarem como agentes
desfavoráveis ao concreto.
A corrosão do concreto pode ter sua origem em ações químicas ou físicas. As físicas provocam
grandes estragos, podendo chegar a sua destruição, com defeitos provocados por expansão
fundamentalmente, mas que podem ser evitados com um concreto bem compactado e
cuidadosamente executados. As químicas são as mais preocupantes, uma vez que produzem os
maiores danos, provocados por carbonatação, águas puras, sulfatadas, ácidas ou marinhas e
compostos de natureza orgânica como óleos.
36
5 – DIAGNÓSTICO DE PATOLOGIAS
5.1 – CONSIDERAÇÕES GERAIS
Das estruturas em geral, e em particular das estruturas de concreto, esperase uma completa adequação às
finalidades a que se destinam, sempre levando em consideração o binômio segurança-economia.
Salvo os casos correspondentes à ocorrência de catástrofes naturais, em que a violência das solicitações,
aliada ao caráter marcadamente imprevisível das mesmas, será o fator preponderante, os problemas
patológicos têm suas origens motivadas por falhas que ocorrem durante a realização de uma ou mais das
atividades inerentes ao processo genérico a que se denomina de construção civil, processo este que pode ser
dividido, como já dito, em três etapas básicas: concepção, execução e utilização.
5.2 – PATOLOGIAS DEVIDO AO PROJETO
5.2.1 Modelização Estrutural Inadequada
No seu conceito mais amplo, o modelo a ser adotado para uma determinada construção, preocupação
primeira da etapa de concepção, deve considerar o conjunto de condicionantes composto pelas ações, os
materiais constituintes, o comportamento da estrutura (em termos de resistência e de serviço) e os critérios de
segurança.
Embora este ponto pareça óbvio, não são poucos os problemas patológicos decorrentes da incorreta
observação das condições de equilíbrio e das leis da estática, que são simplesmente reguladas por:
OHOV ; e OM (5.1)
Em termos de esquematização estrutural de edifícios, um erro bastante comum está na consideração das
condições de engastamento, total ou parcial, das lajes e vigas, questões que podem ser agravadas no caso de
edifícios altos ou com peças de inércia muito diferentes entre si.
A adoção do esquema mostrado na Figura 5.1 pode levar ao surgimento de trincas na face superior da viga.
37
Figura 5.1 - Esquemas estruturais para cálculo de vigas de edifícios
O perfeito conhecimento das inércias e deformações virá a evitar, por exemplo, flechas acentuadas em lajes e
vigas, que mesmo quando dentro dos limites estabelecidos pelas Normas podem levar ao surgimento de
trincas em alvenarias e revestimentos. A pouca rigidez de lajes e vigas pode ocasionar níveis de vibração
incômodos para os usuários.
Na maioria das estruturas com finalidade habitacional ou comercial a observação precisa das Normas que
regulam os carregamentos a serem considerados no projeto estrutural é suficiente para garantir que não
haverá cargas que, durante a utilização (vida útil) da estrutura, ultrapassem as que foram consideradas
quando do desenvolvimento do projeto.
De maneira geral as cargas podem ser consideradas como:
cargas gravitacionais;
climáticas e,
acidentais.
5.2.2 Considerações sobre a Fissuração de Componentes de Concreto Armado Submetidos a Sobrecargas
A atuação de sobrecargas, previstas ou não em projeto, pode produzir o fissuramento de componentes de
concreto armado sem que isto implique, necessariamente, ruptura do componente ou instabilidade da
estrutura; a ocorrência de fissuras num determinado componente estrutural produz uma redistribuição de
tensões ao longo do componente fissurado e mesmo nos componentes vizinhos, de maneira que a solicitação
externa geralmente acaba sendo absorvida de forma globalizada pela estrutura ou parte dela.
Obviamente que este raciocínio não pode ser estendido de forma indiscriminada, já que existem casos em
que é limitada a possibilidade de redistribuição das tensões, seja pelo critério de dimensionamento do
38
componente, seja pela magnitude das tensões desenvolvidas ou, ainda, pelo próprio comportamento conjunto
do sistema estrutural adotado.
Para os casos comuns de estruturas de concreto armado, os componentes fletidos são em geral
dimensionados prevendo-se a fissuração do concreto na região tracionada da peça, buscando-se tão somente
limitar esta fissuração em função de requisitos estéticos e/ou em função da deformabilidade e da durabilidade
da estrutura.
O momento fletor de fissuração, pela NBR 6118, é determinado acordo com a expressão 5.2.
ty
IfctMr 0..
(5.2)
Onde: Mr = Momento fletor de fissuração;
= 1,2 para seções T ou duplo T
= 1,5 para seções retangulares
I0 = Momento de Inércia da seção bruta de concreto;
Yt = distância do centro de gravidade à fibra mais tracionada da peça (h – Xi);
fct = resistência à tração direta do concreto;
A NBR 6118, considera que a fissuração é nociva ao concreto armado (possibilidade de corrosão da
armadura) quando a abertura das fissuras na superfície do concreto ultrapassar os valores expostos na Tabela
5.1.
Tipo de Concreto Classe de Agressividade Exigências Relativas Combinação de
Estrutural Ambiental (CAA) à Fissuração Ações
Concreto Simples I a IV Não há -
Concreto Armado I wk= 0,4 mm Frequente
II a IV wk= 0,3 mm Frequente
Concreto Protendido (Pré-Tensão) I
Nivel 1 (Prot. Parcial) (Pós-Tensão) I e II
Concreto Protendido (Pré-Tensão) I ELS-F Frequente
Nivel 2 (Prot. Limitada) (Pós-Tensão) III e IV ELS-D Quase Permanente
Concreto Protendido ELS-F Rara
Nivel 3 (Prot. Completa) ELS-D Frequente
wk= 0,2 mm Frequente
(Pré-Tensão) III e IV
Tabela 5.1 - Exigências de durabilidade relacionadas à fissuração dos elementos estruturais e da classe de
agressividade do ambiente
5.2.3 Considerações sobre a Deformabilidade de Componentes Submetidos à Flexão
Com a evolução da tecnologia do concreto armado, representada pela fabricação de aços com grande limite
de elasticidade, produção de cimentos de melhor qualidade e desenvolvimento de métodos refinados de
39
cálculo, as estruturas foram se tornando cada vez mais flexíveis, o que torna imperiosa a análise mais
cuidadosa das suas deformações e de suas respectivas consequências.
Vigas e lajes deformam-se naturalmente sob ação do peso próprio, das demais cargas permanentes e
acidentais e mesmo sob efeito da retração e da deformação lenta do concreto. Os componentes estruturais
admitem flechas que podem não comprometer em nada sua própria estética, a estabilidade e a resistência da
construção; tais flechas, entretanto, podem ser incompatíveis com a capacidade de deformação de paredes ou
outros componentes que integram os edifícios.
A norma brasileira para projeto e execução de obras de concreto armado NBR 6118:2003, em seu item 13.3,
estipula os valores limites para deslocamentos apresentados na Tabela 5.2. No cálculo das flechas deverão
ser consideradas a retração e a deformação lenta do concreto; faz-se uma menção de que no projeto, especial
atenção deverá ser dada à verificação da possibilidade de ser atingido o estado de deformação excessiva, a
fim de que as deformações não possam ser prejudiciais à estrutura ou a outras partes da construção.
Tipo de Razão da Exemplo Deslocamento a Deslocamento
Deslocamento Limitação Considerar Limite
Aceitabilidade Visual Deslocamentos Total l/250
Sensorial visíveis em elementos
estruturais
Outro Vibrações sentidas Devidos a cargas l/350
no piso acidentais
Estrutura em Superfícies que Coberturas e Total l/250
Serviço devem drenar água Varandas
Pavimentos que Ginásios e Total l/350 + contra-flecha
devem permanecer pistas de boliche Ocorrido após a l/600
planos construção do piso
Elementos que Laboratórios Ocorrido após o De acordo com as
suportam equipamentos nivelamento do especificações do
sensíveis equipamento fabricante do
equipamento
Efeitos em Alvenaria, Caixilhos e Após a construção l/500 ou
Elementos não Revestimentos da parede 10 mm ou
Estruturais Paredes Φ = 0,0017 rad
Divisórias leves e Ocorrido após a l/250 ou
Caixilhos telescópicos instalação da 25 mm
divisória
Movimento Lateral Provocado pela ação H/2500 ou
de Edifícios do vento para combi- Hi/1250 entre
nação frequente pavimentos
Movimentos Térmicos Provocado por l/400 ou
Verticais diferença de 15 mm
Temperatura
Movimentos Térmicos Provocado por Hi/500
Horizontais diferença de
Temperatura
Forros Revestimnetos Ocorrido após a l/350
Colados construção do forro
Revestimentos Deslocamento l/175
Pendurados ou com ocorrido após a
Juntas construção do forro
Desalinhamento de Deslocamento H/400
Ponte Rolante Trilhos provocado pelas ações
decorrentes da
frenação
Efeitos em Afastamento em Se os deslocamentos forem relevantes para o elemento considerado,
Elementos Realção às Hipóteses seus efeitos sobre as tensões ou sobre a estabilidade da estrutura
Estruturais de Cálculo Adotadas devem ser considerados, incorporando-as ao modelo estrutural adotado
Tabela 5.2 - Limites para deslocamentos conforme a NBR 6118:2003
40
5.2.4 Detalhamento Errado ou Insuficiente
Este ponto é normalmente responsável por erros sérios de execução, que podem levar a estrutura a apresentar
problemas patológicos graves, com implicações diretas no comprometimento da resistência e/ou da
durabilidade da construção.
Figura 5.2 - Comparação entre diferentes situações de detalhamento de armaduras
Observando as Figura 5.2, identificam-se vários exemplos confrontando situações de detalhamento de
armaduras corretos e incorretos, comuns na prática das construções civis, sobre os quais cabe comentar:
em (a) representa-se a ligação entre duas placas, como a de parede e laje de fundo de uma caixa
de água, por exemplo, caso em que é fundamental evitar o empuxo no vazio e recomendável
dispor de armaduras para a proteção dos cantos;
41
em (b) analisase o caso de desnível em lajes, muito comum em varandas de edifícios, em que a
ancoragem e a continuidade das barras deve ser garantida, em ambos os lados do desnível;
em (c) e (d) abordase o empuxo no vazio, quanto à necessidade de proteção do canto, de
garantir ancoragem à armadura principal, e de estribos.
Outro caso típico é o de detalhamento das armaduras para consolos curtos, mostrado na Figura 5.3.
Figura 5.3 - Detalhamento das armaduras em consolos curtos
Também são comuns os erros relativos a comprimentos insuficientes, como o representado na Figura 5.4, ou
mesmo com a colocação de ganchos em pilares, ou ainda emendas mal executadas.
Figura 5.4 - Exemplo de comprimentos de ancoragem insuficientes
5.2.5 Inadequação ao Ambiente
O exemplo mais comum de deficiências derivadas deste problema é a utilização de cobrimentos insuficientes
para estruturas em contato com a terra ou com a água, agentes sabidamente agressivos.
No entanto, não é apenas na questão dos detalhes que a inter-relação, de uma estrutura ou obra, de maneira
geral, com o meio ambiente deve ser analisada, mas, ao contrário, já na etapa de concepção, e mesmo em
nível de projeto arquitetônico, tais considerações devem ser feitas.
É interessante referir que, em vários casos, será possível identificar o partido arquitetônico adotado como o
responsável pela conseqüente execução de uma estrutura potencialmente degradável. É o que se pode chamar
de arquitetura patológica, resultante, por exemplo, de uma opção que não tenha considerado condicionantes
geográficos como áreas de temperatura máxima e de insolação, ou os ventos e chuvas dominantes, todos
estes fatores de agressão ao concreto armado.
42
5.2.6 Incorreção na Interação Solo-Estrutura
O terreno de fundação, em termos de sua capacidade de resistir aos esforços que lhe são transmitidos pela
estrutura, deformando-se, em conseqüência e na medida de suas características próprias, será sempre
elemento integrante do conjunto responsável pela estabilidade da obra. Assim, em qualquer construção será
fundamental conhecer-se, a priori, as características do solo, o que, nas situações mais freqüentes, pode-se
conseguir através da conveniente execução de furos de sondagem.
Algumas vezes, a execução de sondagens é relegada a um segundo plano, ou, por outro lado, os seus
resultados não são corretamente interpretados, levando o tipo de fundação adotada a não ser o mais
conveniente, ou com deformabilidade incompatível com a rigidez da superestrutura, gerando, em
conseqüência, recalques de apoio, e, a partir desses, quadros fissuratórios e patologias diversas.
Deficiências decorrentes de incorreções na interação solo-estrutura são, também, a adoção de comprimentos
insuficientes para estacas, a não previsão de muros de arrimo, ou o mau dimensionamento dos mesmos, o
dimensionamento de fundações superficiais sem a consideração da taxa de compressibilidade do solo, etc.
5.2.7 Incorreção na Consideração de Juntas de Dilatação e Movimentação
A ausência ou a má utilização de juntas de dilatação nas estruturas (quer em peças de concreto armado, quer
nas de alvenaria estrutural) é um dos fatores que invariavelmente lhes trazem problemas, em particular como
resultado do comportamento reológico do concreto.
Na figura 5.5 apresentam-se casos onde se recomendam a adoção de juntas de movimentação.
Figura 5.5 – Juntas de dilatação/ movimentação
Caso A – Edifícios muito longos
Caso B – Edifícios com geometria irregular
Caso C – Sistemas diferentes de fundação
Caso D – Carregamentos diferentes
Caso E – Cotas de apoio diferentes
Caso F – Diferentes fases de construção
43
5.3 – PATOLOGIAS DEVIDA À EXECUÇÃO
5.3.1 DEFICIENCIAS DE CONCRETAGEM
Ao método de concretagem estão relacionadas, entre outras, as falhas no transporte, no lançamento e no
adensamento do concreto, que podem provocar, por exemplo, a segregação entre o agregado graúdo e a
argamassa, além da formação de ninhos de concretagem e de cavidades no concreto.
Em termos de transporte do concreto, desde que a massa sai da betoneira até a sua aplicação final, os
principais cuidados devem centrar-se na rapidez do processo, que deve ser tal que o concreto não seque nem
perca a trabalhabilidade. Além disso, o tempo de transporte não deverá provocar grandes intervalos entre
uma camada de concreto e a anterior, o que provocaria, de imediato, a criação de juntas de concretagem não
previstas, conduzindo à formação de superfícies sujeitas a concentração de tensões e perda de aderência.
Os meios de transporte não devem provocar a segregação, não permitindo perda de argamassa ou de pasta de
cimento, nem promovendo a separação entre os componentes do concreto.
Diversas questões estão associadas ao lançamento do concreto nas fôrmas. O lançamento malfeito pode
ocasionar o deslocamento das formas (Figura 5.6) e das armaduras, bem como de chumbadores que possam
estar embutidos nas peças estruturais.
Figura 5.6 – Deformidade de elemento estrutural devido ao deslocamento das formas
O lançamento em plano inclinado pode levar ao acúmulo de água exsudada, o que ocasionará a segregação
entre o agregado graúdo e a nata de cimento ou a argamassa, fazendo com que surjam pontos frágeis na
estrutura, facilitando, assim, a ocorrência de focos de corrosão.
44
As juntas de concretagem são inevitáveis, e não há uma regra específica para cobrir todas as situações. Há
que se garantir, sempre que se escolher a localização de uma dada junta, a observância a três fatores:
durabilidade, resistência e estética. Por isso, juntas nunca deverão ser realizadas em regiões de elevadas
tensões tangenciais.
A vibração e o adensamento do concreto são outras tarefas que, se não forem corretamente realizadas, podem
levar à formação de vazios na massa e a irregularidades na superfície, que comprometem o aspecto estético e
facilitam a penetração dos agentes agressores, por aumento da porosidade superficial.
É obrigatória a referência às questões relativas ao processo de cura do concreto, que é composto por uma
série de medidas que visam impedir a evaporação da água necessária e inerente ao próprio endurecimento.
Uma cura inadequada aumenta as deformações específicas devidas à retração. Como esta deformação é
diferenciada entre as diversas camadas constituintes da peça, principalmente se esta for de grandes
dimensões, poderão ser geradas tensões capazes de provocar acentuada fissuração do concreto.
É importante que a cura seja iniciada pelo menos logo após a pega e tenha duração adequada, função da
observação de fatores tais o as características do meio ambiente, durante a cura e ao longo da vida da
estrutura, e a própria posição do concreto, como se pode observar nas recomendações constantes no boletim
183 do CEB, conforme Tabela 5.3.
Agressividade Tempo de Cura
Ambiental (dias)
Normal 1 a 3 dias
Elevada 10 a 14 dias
Normal 1 a 3 dias
Elevada 5 a 7 dias
Clima
Quente e Seco
Úmido
Tabela 5.3 Tempos de cura recomendados (CEB -1989)
5.3.2 INADEQUAÇÃO DE FÔRMAS E ESCORAMENTOS
Sendo esta uma questão ampla que poderá inclusive incluir considerações como deficiências de
contraventamento, será preferível optar, de forma a objetivar o assunto, pela exemplificação das falhas
construtivas mais comuns relacionadas diretamente às fôrmas e aos escoramentos convencionais:
falta de limpeza e de aplicação de desmoldantes nas fôrmas antes da concretagem, o que acaba por
ocasionar distorções e "embarrigamentos" natos nos elementos estruturais (o que leva à necessidade
de enchimentos de argamassa maiores dos que os usuais e, conseqüentemente, à sobrecarga da
estrutura);
45
insuficiência de estanqueidade das fôrmas, o que torna o concreto mais poroso, por causa da fuga de
nata de cimento através das juntas e fendas próprias da madeira, com a conseqüente exposição
desordenada dos agregados;
retirada prematura das fôrmas e escoramentos, o que resulta em deformações indesejáveis na
estrutura e, em muitos casos, em acentuada fissuração;
a remoção incorreta dos escoramentos, o que provoca o surgimento de trincas nas peças, como
conseqüência da imposição de comportamento estático não previsto em projeto.
5.3.3 DEFICIÊNCIA NAS ARMADURAS
Os problemas patológicos causados por deficiências ou erros na colocação das armaduras são das mais
diversas ordens e ocorrem com freqüência muito elevada. As deficiências que podem ser apontadas como as
mais freqüentes são:
má interpretação dos elementos de projeto, o que, em geral, implica na inversão do
posicionamento de algumas armaduras ou na troca das armaduras de uma peça com as de outra;
insuficiência de armaduras, como conseqüência de irresponsabilidade, dolo ou incompetência,
com implicação direta na diminuição da capacidade resistente da peça estrutural;
mal posicionamento das armaduras, que se pode traduzir na não observância do correto
espaçamento das barras (Figura 5.7a), ou no deslocamento das barras de suas posições originais
(Figura 5.7b). O recurso a dispositivos adequados (espaçadores, pastilhas, caranguejos) é
fundamental para garantir o correto posicionamento das barras da armadura;
cobrimento de concreto insuficiente, ou de má qualidade, o que facilita a implantação de
processos de deterioração tal como a corrosão das armaduras, ao propiciar acesso mais direto dos
agentes agressivos externos. Também neste caso torna-se indispensável o recurso aos
espaçadores;
dobramento das barras sem atendimento aos dispositivos regulamentares, fazendo com que o aço
venha a "morder" o concreto, provocando seu fendilhamento por excesso de tensões trativas no
plano ortogonal ao de dobramento;
Figura 5.7a -Espaçamento irregular em armaduras de lajes Figura 5.7b -Armadura negativa da laje fora de posição
46
deficiências nos sistemas de ancoragem, com utilização indevida de ganchos (na compressão,
por exemplo), que, muitas vezes, só vêm a introduzir estados de sobre-tensão (como já se referiu,
para o caso do dobramento). Outra situação falha é a registrada com a não observância do
correto comprimento de ancoragem, necessário para redução, ao mínimo, dos esforços
transferidos ao concreto. Em ambos os casos, o resultado será o surgimento de um quadro
fissuratório que, algumas vezes, poderá trazer conseqüências bastante graves;
deficiências nos sistemas de emenda, que, para além daquelas já referidas para as ancoragens,
podem surgir também como resultado da excessiva concentração de barras emendadas em uma
mesma seção, e por utilização incorreta de métodos de emenda, especialmente quando do uso de
soldas;
má utilização de anti-corrosivos nas barras da armadura, que são pinturas efetuadas nas barras
para diminuir a possibilidade do ataque da corrosão, mas reduzem a aderência das barras ao
concreto.
Com certeza outras questões poderão surgir, em particular na abordagem das estruturas em concreto
protendido, e, em todos os casos, e desde que o projeto seja correto e exaustivamente detalhado, a prevenção
contra estes defeitos estará na estrita observância aos desenhos e especificações de origem.
5.4 – PATOLOGIAS DEVIDO AOS MATERIAIS
5.4.1 UTILIZAÇÃO INCORRETA DOS MATERIAIS
Esta é outra falha que apresenta índice de incidência superior ao que se poderia supor. Segue-se a apreciação
de alguns dos casos mais comuns de utilização incorreta de materiais de construção:
utilização de concreto com fck inferior ao especificado, quer no caso de encomenda errada ou de
erro no fornecimento de concreto pronto, quer por erro em concreto virado na própria obra;
utilização de aço com características diferentes das especificadas, quer em termos de categorias, quer
de bitolas;
utilização de agregados reativos, instaurando, desde o início, a possibilidade de geração de reações
expansivas no concreto, e potencializando os quadros de desagregação e fissuração do mesmo;
utilização inadequada de aditivos, alterando as características do concreto, em particular as
relacionadas com resistência e durabilidade;
dosagem inadequada do concreto, seja por erro no cálculo da mesma, seja pela utilização incorreta
de agregados, do tipo de cimento ou de água.
47
5.4.2 CAUSAS RELACIONADAS À NATUREZA DO MATERIAL CONCRETO
Entende-se por causas naturais àquelas que são inerentes ao próprio material concreto e à sua sensibilidade
ao ambiente e aos esforços solicitantes, não resultando, portanto, de falhas humanas ou de equipamento.
Dentre os problemas patológicos que podem se originar devido à natureza do concreto, pode-se citar:
causas próprias à estrutura porosa do concreto
causas químicas
causas físicas
causas biológicas
Causas Próprias à Estrutura Porosa do Concreto
Mehta (1994) diz que "a impermeabilidade do concreto deve ser a primeira linha do sistema de defesa contra
qualquer processo físico-químico de deterioração". A questão básica colocada por Mehta pode ser traduzida
por:
CONCRETO CONVENCIONAL → IMPERMEABILIDADE → DURABILIDADE
O que significa que, para o concreto convencional, a questão da resistência não é o ponto crucial de
preocupação, já que poderá ser obtida de forma trivial, mas sim que os maiores esforços devem ser dirigidos
à obtenção, por meios simples, de concretos duráveis, ou seja, de concretos com baixos índices de
porosidade e permeabilidade, entendendo-se como porosidade a relação entre o volume de vazios e volume
total de um material.
Não é difícil entender que quanto mais permissivo um concreto for ao transporte interno de água, gases e de
outros agentes agressivos, maior será a probabilidade da sua degradação, bem como da do aço que deveria
proteger. Também não deve ser difícil concluir que, nestes casos, a degradação dependerá, diretamente, de
dois fatores:
porosidade do concreto e;
condições ambientais da superfície.
Como, em geral, não se poderá lidar com a melhoria das condições ambientais, a única saída, neste sentido,
para se evitar a degradação dos concretos, é a redução, ao menor nível possível, da sua porosidade.
Causas Químicas
Reações Internas do Concreto
Para que seja estabelecida a desejável aderência entre o cimento e os agregados, desenvolvem-se
combinações químicas entre estes últimos e os componentes hidratados do cimento. Se por um lado estas
interações são positivas, contribuindo para o aumento da resistência e para maior homogeneidade do
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concreto, por outro corre-se o risco de, em alguns casos, desenvolverem-se também reações químicas de
origem expansiva, que, inversamente, têm a propriedade de anular a coesão do material concreto. As reações
químicas deste tipo que são hoje conhecidas estão indicadas a seguir:
a- Reação álcalis-sílica, que resulta da interação entre a sílica reativa de alguns tipos de minerais
utilizados como agregados e os íons álcalis (Na+ e K
+) presentes nos cimentos, libertados durante a
hidratação dos mesmos, ou ainda pela penetração de cloretos, contendo estes mesmos íons, no meio
concreto. Estas reações são expansivas, pela formação adicional de sólidos em meio confinado,
provocando, de início, a fissuração da superfície do concreto, conferindo à mesma o aspecto de um
mosaico, para posteriormente vir a desagregar a estrutura, criando crateras profundas, de aspecto
cônico, pelas quais escorre, às vezes, um gel de sílica. A adição de pozolanas, desde que em
quantidades adequadas, pode inibir, ou mesmo evitar, a reação álcalis-agregados, e poderá ser um
recurso, sempre que não for possível prevenir com a utilização de cimentos com baixo teor de
álcalis.
b- Reação álcalis-dolomita implica expansão típica dos cristais de calcário dolomítico em solução de
hidróxido de sódio, presente nos cimentos, que se caracteriza pela formação de novos sólidos sem
que haja a dissolução do sólido primitivo, o que, necessariamente, implica em expansão. Esta reação
é mais perigosa do que a anteriormente referida, porque a única forma de combatê-la é a utilização
de cimentos com mínima quantidade de álcalis (a adição de pozolanas, neste caso, não fará efeito),
além da prévia avaliação da reatividade dos calcários;
c- Reação de agregados que contêm alumina e do cálcio do cimento : As rochas caulinizadas, ou
feldspatos calco-sódicos, em presença do cálcio do cimento, com os íons sulfatos, quer do próprio
concreto, quer vindos do exterior, resultam na formação de um novo sólido, o sulfoaluminato
tricálcico (etringite), sem a dissolução da alumina primitiva, é que gera a expansão, sendo o
fenômeno facilitado pelo próprio cimento Portland, que é um meio saturado de hidróxido de cálcio
endurecido. Esta reação poderá ser inibida pela adição de pozolanas ao cimento, devendo ser
analisado, previamente, se o inerte é ou não capaz de reagir aos sulfatos.
Expansibilidade de Certos Constituintes do Cimento
Alguns constituintes do cimento podem ser expansivos, o que pode levar a que o concreto também o seja,
ocasionando a fissuração do mesmo e o desenvolvimento de problemas patológicos na estrutura.
O óxido de magnésio (MgO), um dos constituintes do cimento, poderá ser expansivo quando estiver
na forma de pericálcio (periclásio), que irá se hidratar de maneira muito lenta após o endurecimento do
cimento (e do concreto), resultando no aumento do volume.
49
A cal livre é um constituinte normalmente presente no cimento Portland. A hidratação da cal livre é
expansiva, podendo dar lugar à fissuração superficial do concreto e até mesmo provocar sua debilitação e
destruição. A cal liberada pela hidratação dos silicatos, componentes que têm a maior parcela de
responsabilidade nas resistências mecânicas dos cimentos, é, por sua vez, atacável por águas puras, ácidas ou
carbonatadas.
Elevação da Temperatura Interna do Concreto
As reações dos componentes do cimento com a água são exotérmicas. A quantidade de calor liberada poderá
vir a causar problemas quando da concretagem de peças de grandes dimensões, já que, no início do processo
de hidratação, não há troca positiva de calor com o exterior, o que provoca o aquecimento e a expansão da
massa, sendo que, posteriormente, com a continuidade do processo, dá-se o natural esfriamento, implicando
na geração de um gradiente térmico, situação que pode ocasionar a fissuração interna do concreto.
Causas Físicas
As causas físicas intrínsecas ao processo de deterioração da estrutura são as resultantes da ação da variação
da temperatura externa, da insolação, do vento e da água, esta última sob a forma de chuva, gelo e umidade,
podendo-se ainda incluir as eventuais solicitações mecânicas ou acidentes ocorridos durante a fase de
execução de uma estrutura.
Fissuras Devido à Retração do Concreto
A retração do concreto é um movimento natural da massa que, no entanto, é contrariado pela existência,
também natural, de restrições opostas por obstáculos internos (barras de armadura) e externos (vinculação a
outras peças estruturais). Se este comportamento reológico não for considerado, quer em nível de projeto,
quer de execução, são grandes as possibilidades do desenvolvimento de um quadro de fissuração, que pode
levar à formação de trincas que seccionem completamente as peças mais esbeltas, como no caso de lajes e
paredes.
Mecanismos da Retração
A hidratação do cimento consiste na transformação de compostos anidros mais solúveis em compostos
hidratados menos solúveis, ocorrendo na hidratação à formação de uma camada de gel em torno dos grãos
dos compostos anidros.
Em função da trabalhabilidade necessária, os concretos e argamassas normalmente são preparados com água
em excesso, o que vem acentuar a retração. Na realidade, é importante distinguir as três formas de retração
que ocorrem num produto preparado com cimento, ou seja:
50
Retração química: a reação química entre o cimento e a água se dá com redução de volume;
devido às grandes forças interiores de coesão, a água combinada quimicamente sofre uma
contração de cerca de 25% de seu volume original;
Retração de secagem: a quantidade excedente de água, empregada na preparação do concreto ou
argamassa, permanece livre no interior da massa, evaporando-se posteriormente, tal evaporação
gera forças capilares equivalentes a uma compressão isotrópica da massa, produzindo a redução
do seu volume;
Retração por carbonatação: a cal hidratada liberada nas reações de hidratação do cimento reage
com o gás carbônico presente no ar, formando carbonato de cálcio; esta reação é acompanhada
de uma redução de volume, gerando a chamada retração por carbonatação.
Os três tipos de retração analisados ocorrem com o produto endurecido, ou em processo de endurecimento,
em períodos de tempo relativamente longos. Johnson (1965) refere-se ainda a um quarto tipo de retração, que
ocorre com a massa no estado plástico, e que provém da evaporação da água durante a pega ou da percolação
da água de regiões mais pressionadas para regiões menos pressionadas. Essa retração plástica explica o
adensamento das juntas de argamassa de uma alvenaria recém-construída e a exsudação de água num
concreto recém-vibrado.
Inúmeros fatores intervêm na retração de um produto à base de cimento, sendo os principais:
Composição química e finura do cimento: a retração aumenta com a finura do cimento e com o
seu conteúdo de cloretos (CaCl2 – normalmente empregado como aditivo acelerador de pega) e
álcalis (NaOH, KOH);
Quantidade de cimento adicionada à mistura: quanto maior o consumo de cimento, maior a
retração;
Natureza do agregado: quanto menor o módulo de deformação do agregado, maior sua
suscetibilidade à compressão isotrópica anteriormente mencionada e, portanto, maior a retração;
maior retração também para os agregados com maior poder de absorção de água (basalto e
agregados leves, por exemplo);
Granulometria dos agregados: quanto maior a finura dos agregados, maior será a quantidade
necessária de pasta de cimento para recobri-los e, portanto, maior será a retração;
Quantidade de água na mistura: quanto maior a relação água/cimento, maior a retração de
secagem:
Condições de cura: se a evaporação da água iniciar-se antes do término da pega do aglomerante,
isto é, antes de começarem os primeiros enlaces entre os cristais desenvolvidos com a
hidratação, a retração poderá ser acentuadamente aumentada.
51
Desses seis fatores distinguidos como principais, a relação água/cimento é sem dúvida o que mais influencia
a retração de um produto constituído por cimento, sobrepujando inclusive a própria influência do consumo
de cimento. A Figura 5.8 ilustra a importância relativa do consumo de cimento e do consumo de água na
retração de concretos, conforme estudos efetuados pelo LNEC, citados por Helene.
Figura 5.8 - Retração do concreto em função do consumo de cimento e da relação a/c (LNEC)
Outro fator fundamental na magnitude da retração desenvolvida é a umidade relativa do ar (UR) do local em
que a peça concretada ficará exposta. Em relação à umidade relativa de 50%, normalmente adotada para a
determinação, em laboratório, da retração de concretos e argamassas. O BRS faz a seguinte projeção para
retrações desenvolvidas em concretos:
Figura 5.9 - Retração de concretos em função da umidade relativa do ar (BRS)
Além dos fatores internos à massa (relação água/cimento, granulometria do agregado etc.) e das condições
ambientais, de acordo com o BRS a forma geométrica da peça influi decisivamente na grandeza da retração;
assim é que, quanto maior a relação área exposta da peça/volume da peça, maior a retração a ser desen-
volvida.
52
5.5 – PATOLOGIAS DEVIDO À FALTA DE MANUTENÇÃO
5.5.1 FALHAS HUMANAS DURANTE A VIDA ÚTIL DA ESTRUTURA
As causas que serão citadas a seguir são resultado direto da atuação do homem e, em particular, dos
proprietários e utilizadores, que, na grande maioria dos casos, não têm a menor consciência dos danos que
estão causando às construções e, por considerarem que as intervenções a fazer são banais, dispensam, quase
sempre, a consulta a técnicos especializados.
a- Alterações estruturais: Neste item serão tratados os casos em que, sem qualquer estudo
apropriado, submetese a estrutura a alterações no seu comportamento estático e/ou resistente, como, por
exemplo:
Supressão de paredes portantes (muitas vezes em alvenaria) ou de outras peças estruturais
(vigas ou pilares);
Aumento do número de andares em edifícios sem a devida análise dos pilares e das
fundações, e mesmo da estrutura como um todo, diante das novas condições da construção,
no que se refere a cargas verticais, efeitos de 2ª. ordem e a forças horizontais;
Transformação de apoios de terceiro e segundo grau em apoios de segundo e primeiro grau,
respectivamente (caso de demolições, por exemplo);
Abertura de furos em vigas ou lajes sem a avaliação da implicação dos mesmos, em termos
de posição e dimensões, no conjunto estrutural, ou da compatibilidade das armaduras
existentes com a nova distribuição de esforços ou ainda do processo de microfissuração
porventura introduzido.
b- Sobrecargas exageradas: Consideramse, nesta abordagem, estruturas em que os projetos tenham
sido desenvolvidos com as mais corretas considerações de carga, de acordo com os dados do projeto
arquitetônico e com os fornecidos pelo usuário (equipamentos, depósitos de materiais, jardins, etc.) e ainda
com os prescritos pelas Normas em vigor, mas que, durante a sua vida útil, acabam por apresentar problemas
patológicos de diversas ordens, em virtude de serem submetidas a sobrecargas superiores às de projeto. Tais
situações, características de má utilização da estrutura, são particularmente comuns em depósitos e
instalações de novos equipamentos para ampliação da indústria ou substituição de máquinas obsoletas, ou
nos casos de mudança de propósito funcional de edifícios.
c- Alteração das condições do terreno de fundação: Tratase aqui dos casos de interação não
cuidada entre construções existentes e novas, e, particularmente, das alterações das condições de estabilidade
e compressibilidade do terreno de fundação, como resultado das novas escavações, ou da alteração do nível
do lençol freático, sendo comum a conseqüente redução da capacidade de coesão do solo e a fuga de finos,
por exemplo, questões que freqüentemente resultam em recalque das fundações.
53
d- Ações mecânicas, como por exemplo:
Choques de veículos: O choque de veículos automotores contra pilares e guardarodas de
viadutos e o contínuo roçar, ou mesmo o choque, de embarcações contra as faces expostas de
pilares de pontes e estacas de cais são típicos exemplos de ações mecânicas, com conseqüências
que vão desde o desgaste da camada mais superficial de concreto à destruição de algumas peças
estruturais, sempre que não exista proteção adequada.
Acidentes (ações imprevisíveis): Este item visa considerar ações mecânicas, ou físicas, a que
uma estrutura pode estar submetida e cuja ocorrência é imprevisível, ou de previsão muito
difícil, quer em termos de época de ocorrência, quer em termos de intensidade. Resultam, de
maneira geral, em solicitações bruscas, como os incêndios, os sismos, as inundações, os choques
de veículos (que não os previsíveis) e os esforços devidos ao vento.
5.5.2 AÇÕES FÍSICAS
As principais ações físicas a serem consideradas como agentes agressores às estruturas de concreto são:
a- Variações de temperatura, não só as ambientais, ou seja, as que solicitam igualmente as várias
peças de uma estrutura, mas também, e principalmente, as que geram gradientes térmicos, ao solicitarem
peças que são protegidas apenas em uma das faces, como reservatórios e lajes de cobertura, por exemplo. Em
qualquer caso, se a correspondente armadura resistente não tiver sido convenientemente dimensionada e
detalhada, é certa a instalação de um quadro fissuratório.
b- Movimentos que ocorrem na interface entre materiais com diferentes coeficientes de dilatação
térmica, mas submetidos à mesma variação de temperatura, com a conseqüente geração de diferentes
deformações, como é caso do assentamento de paredes de alvenaria em peças de concreto;
c- Insolação, ou incidência direta do sol, ação que se manifesta de forma semelhante à descrita para o
caso de gradiente térmico, agravada pelas questões relacionadas com as radiações solares, que atuam sobre a
camada epidérmica do concreto, alterando a textura e a cor da mesma;
d- Ação da água, nas suas diversas formas, desde a umidade (geradora das mais diferentes
patologias, explicadas na descrição dos processos químicos) à chuva e ao gelo.
54
5.5.3 AÇÕES QUÍMICAS
As solicitações químicas às quais uma estrutura está sujeita durante a sua vida útil são, normalmente, as
causas mais comuns de deteriorações em construções industriais, embora também possam ter um papel
importante na deterioração de outros tipos de estruturas, como pontes e viadutos, estádios, galerias
subterrâneas e construções residenciais.
Deve-se considerar que, como os mecanismos de transporte dos agentes agressores químicos geralmente se
servem da estrutura porosa do concreto, se este tiver sido objeto de cuidados específicos, como os descritos
no item relativo a execução das estruturas, o nível de ressentimento das construções às agressões químicas
será substancialmente inferior.
a- Ar e gases: A poluição atmosférica nos grandes centros urbanos ocasiona o apodrecimento e a
descoloração do concreto. As substâncias poluidoras transportadas pelo ar são, em sua grande
maioria, provenientes de gases e fuligens liberados pelos escapamentos dos veículos
automotores, e dos gases ácidos provenientes das chaminés de algumas indústrias. O dióxido de
enxofre, SO2, e o trióxido de enxofre, SO3, em forma de fuligem, são provenientes da queima de
óleos combustíveis, gases residuais e hidrocarbonetos. Quando chove, a água precipitada forma,
junto com a fuligem existente no ar, a chamada chuva ácida (H2SO3 e H2SO4), fortemente
agressiva para o concreto e que, após um certo tempo, ataca também o aço.
b- Águas agressivas: Todas as águas são, em maior ou menor grau, agressivas ao concreto, mas a
agressividade aumenta quando a água está em movimento, há variação freqüente do nível da
água, a temperatura da água é superior a 45°C, a água está poluída com produtos químicos ou
por esgotos residenciais e as peças de concreto são delgadas.
c- Águas puras: As águas quimicamente puras, tais como a água da chuva (exceto a chuva ácida) e a
água de poços em regiões silicosas, não contêm sais dissolvidos e, por isto, tendem a agredir o
concreto, tornandoo mais poroso e diminuindo, conseqüentemente, a sua resistência. A
agressividade das águas puras é função direta da sua velocidade, da quantidade de água que atua
sobre o concreto e do seu tempo de permanência (águas empoçadas). A evidência mais comum desta
ação é a dissolução do hidróxido de cálcio, seguida de precipitação de géis, com a conseqüente
formação de estalactites e estalagmites.
d- Reações com ácidos e sais: A ação do hidrogênio pode contribuir para a deterioração dos
concretos. A origem mais comum para o hidrogênio são os ácidos, cujo grau de reação com o
concreto é determinado, primordialmente, pela sua concentração e pela solubilidade do sal de cálcio
resultante. Vários são os tipos de ácidos perigosos para o concreto, sejam eles inorgânicos
55
(clorídrico, sulfídrico, nítrico, carbônico, etc.) ou orgânicos, normalmente encontrados na terra
(acético, láctico, esteárico, etc.). Em qualquer caso, a ação do íon hidrogênio provoca a formação de
produtos solúveis, que ao serem transportados pelo interior do concreto o vão deteriorando. A ação
de sais no interior do concreto, como os magnesianos e amoniacais, por exemplo, é muito
semelhante à dos ácidos.
e- Reações com sulfatos: Os sulfatos são elementos extremamente agressivos, e a ação de águas
sulfatadas pode ser responsável, ao fim de algum tempo, pela total desagregação do concreto. Os
principais sulfatos, tais como os de magnésio, cálcio, potássio, sódio e o de amônio, são encontrados
na água do mar, em águas subterrâneas e, em alguns casos, em águas poluídas com dejetos
industriais. Ao serem transportados pelo meio do concreto, dão origem à formação de um sal,
chamado de sal de Candlot, e à conseqüente desagregação do concreto.
f - Presença de cloretos: Os cloretos podem ser adicionados involuntariamente ao concreto a partir da
utilização de aditivos aceleradores do endurecimento, de agregados e de águas contaminadas, ou a
partir de tratamentos de limpeza realizados com ácido muriático (clorídrico). Por outro lado, podem
também penetrar no concreto ao aproveitarem-se de sua estrutura porosa. Em qualquer caso, a
difusão dos íons de cloro é feita pela água que enche os poros do concreto, e o grau de propagação
dependerá, basicamente, dos mecanismos de transporte. Será sempre interessante lembrar que a
grande maioria dos aditivos aceleradores de pega tem, na sua composição química, cloreto de cálcio
(CaCl2), o que requererá, sempre, que sejam utilizados com muito conhecimento de causa, sem o que
poderão ser contraproducentes. A presença de CI é limitada, na maioria dos regulamentos, devido a
capacidade que os íons CI têm de romper a camada óxida protetora da armadura (despasivação da
armadura) e corroê-la, sempre que houver umidade e oxigênio.
g – Presença de anidrido carbônico: A ação do anidrido carbônico (CO2) presente na atmosfera
manifesta-se pelo transporte deste para dentro dos poros do concreto, e com a sua subseqüente
reação com o hidróxido de cálcio, existente na água do concreto, formando o carbonato de cálcio
(ver equação 18), o que implica na carbonatação do concreto (redução do pH para valores inferiores
a 9,0).
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O (5.3)
5.5.4 AÇÕES BIOLÓGICAS
As ações biológicas, embora possam desempenhar papel particularmente importante como agentes de
deterioração em pontes e em construções rurais, também atuam de maneira grave em edifícios localizados
56
nos grandes centros urbanos. Alguns desses agentes causadores da deterioração e da desagregação do
concreto são:
Crescimento de vegetação nas estruturas (cujas raízes penetram principalmente através de
pequenas falhas de concretagem, ou pelas fissuras e juntas de dilatação), e;
O desenvolvimento de organismos e microorganismos em certas partes da estrutura, tais como:
a- As conchas pode ser particularmente danosas em estruturas cujas características dinâmicas sejam
importantes para o seu desempenho, já que estes crustáceos se solidarizam à estrutura e, como
acumulam água em seu interior, acabam por modificar, substancialmente, a massa da estrutura,
sem, contudo, alterar a rigidez da mesma, o que resulta em modificação significativa das
freqüências naturais da estrutura e, por conseguinte, do seu comportamento dinâmico.
b- Formigas: elas têm o costume de afofar a terra sob fundações superficiais, especialmente em
edificações de pequeno porte, provocando, com isto, recalques diferenciais, que podem danificar
seriamente a estrutura e resultam em trabalho de recuperação bastante oneroso.
c- Microorganismos: Fungos e Bactérias formam uma película sobre o concreto (biofilme),
necessariamente em presença de água. Com a atividade metabólica, esses microorganismos
acabam excretando substâncias extracelulares geralmente compostas de polissacarídeos e
produtos ácidos que alteram quimicamente o concreto através da dissolição da portlandita e
silicatos hidratados (ácidos orgânicos e sulfúrico), corrosão da armadura (formação de gás
sulfídrico). A decomposição de microorganismos mortos também contribui para a formação do
biofilme (Figura 5.10).
Figura 5.10 - Biodegradação do concreto
57
Os processos biológicos podem resultar do ataque químico de ácidos (produção de anidrido carbônico)
gerados pelo crescimento de raízes de plantas ou de algas que se instalem em fissuras ou grandes poros do
concreto, ou por ação de fungos, ou pela ação de sulfetos (S=) presentes nos esgotos.
Neste último caso, o mais comum e importante em termos de ataque biológico, dá-se que os sulfetos,
inicialmente em forma de gás sulfídrico (H2S), dissolvido na água, ao entrarem em contato com o cálcio do
cimento Portland, e na presença de bactérias aeróbicas, formam o sulfureto de cálcio, que descalcifica o
concreto, amolecendo a pasta de cimento.
5.6 – MECANISMOS E CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DAS PATOLOGIAS DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO
Nos itens que se seguem, procurar-se-á dissertar sobre a configuração das fissuras em função das diversas
causas que possam motivar o surgimento de tensões trativas superiores à resistência do concreto à tração, e,
conseqüentemente, a geração de quadros fissuratórios.
5.6.1 Deficiências de Projeto
As falhas acontecidas em projetos estruturais, com influência direta na formação de fissuras, podem ser as
mais diversas, assumindo as correspondentes fissuras configuração própria, função do tipo de esforço a que
estão submetidas as várias peças estruturais, como se procura exemplificar na Figura 5.11.
Figura 5.11 - Algumas configurações genéricas de fissuras em função do tipo
de solicitação predominante
58
Também nos casos em que o esforço predominante é compressivo, seja em situação de compressão simples
(Figuras 5.12b) ou de flexão composta (Figura 5.12a), poderão ser desenvolvidos quadros de fissuração de
alguma importância, sempre que as resistências últimas do concreto forem ultrapassadas.
Figura 5.12a - Fissuração em viga submetida a
flexocompressão
Figura 5.12b - Fissuras por
compressão, sem e com
confinamento
Nas Figuras 5.13 a 5.16, são apresentadas fissurações típicas de vigas, por deficiência da capacidade
resistente
Figura 5.13 - Fissuração por flexão, como conseqüência da insuficiente seção
de aço diante do momento negativo
Figura 5.14 - Fissuração por flexão, como conseqüência da insuficiente seção
de aço diante do momento positivo
Figura 5.15 - Fissuração por esmagamento do concreto, por insuficiência
da armadura de compressão
Figura 5.16 - Fissuração por cisalhamento, por insuficiência de armaduras
para combate ao cortante
59
É também importante exemplificar os casos de deficiência de capacidade resistente em lajes, como os
mostrados nas Figuras 5.17 a 5.22.
Figura 5.17 - Fissuração por esmagamento do concreto, por reduzida espessura da laje.
As fissuras surgem na face inferior, por deficiência diante dos momentos negativos.
Figura 5.18 - Fissuração de flexão, devida à insuficiência de armadura para os momentos negativos. As fissuras surgem
na face superior.
Figura 5.19 - Fissuração por esmagamento do concreto, devido à reduzida espessura da laje.
As fissuras surgem na face superior por deficiência diante dos momentos positivos
Figura 5.20 - Fissuração por flexão, devida a insuficiência de armadura para os momentos positivos. As fissuras
surgem na face inferior.
60
Figura 5.21 - Fissuração por deficiência de armaduras para combate aos momentos volventes.
As fissuras surgem na face superior da laje
Figura 5.22 - Fissuração por deficiência de armaduras para combate aos momentos volventes.
As fissuras surgem na face inferior da laje.
Observe-se agora o comportamento conjunto de vigas e pilares, como o exemplificado na Figura 5.23, em
que o esforço de torção existente nas vigas é transmitido ao pilar como flexão transversal, e, na Figura 5.24,
o caso de pilar e laje, com as características fissuras por puncionamento desta última.
Figura 5.23 - Fissuração por torção
Figura 5.24 - Fissuração por puncionamento
61
Ainda como exemplo de deficiência de detalhamento, veja-se a Figura 5.25, onde é representada uma fissura
provocada pela forte concentração de ganchos, para ancoragem de barras, em uma mesma seção.
Figura 5.25 - Incorreção na execução da ancoragem, por excesso de ganchos na mesma seção
Esta fissura, muitas vezes confundida à primeira vista com as de flexão, surge aproximadamente a 45° e
reproduz o escorregamento de barras de aço no meio de concreto, quando a viga entra em trabalho.
5.6.2 Contração Plástica do Concreto
Este é o primeiro dos casos em que a fissuração, no processo de execução de uma determinada peça
estrutural, ocorre ainda antes da pega do concreto, devido à evaporação excessivamente rápida da água que
foi utilizada em excesso para a confecção do material (nada a ver com o comportamento reológico próprio do
concreto), sendo que a massa, em conseqüência, se contrai de forma irreversível, podendo este movimento
acontecer imediatamente após o lançamento do concreto.
Este processo de fissuramento é mais comum em superfícies extensas, como lajes e paredes, com as fissuras
sendo normalmente paralelas entre si e fazendo ângulo de aproximadamente 45° com os cantos, sendo
superficiais, na grande maioria dos casos. Entretanto, em função da esbeltez da peça em questão, elas podem
vir mesmo a seccioná-la.
Assentamento do Concreto / Perda de Aderência das Barras da Armadura
A fissuração por assentamento do concreto ocorre sempre que este movimento natural da massa, resultante
da ação da força da gravidade, é impedido pela presença de fôrmas ou de barras da armadura, sendo tanto
maior quanto mais espessa for a camada de concreto (ver Figura 5.26).
Figura 5.26 - Formação de fissuras por assentamento plástico do concreto
62
As fissuras formadas pelo assentamento do concreto acompanham o desenvolvimento das armaduras, e
provocam a criação do chamado efeito de parede, ou de sombra, que consiste na formação de um vazio por
baixo da barra da armadura, que reduz a aderência desta ao concreto.
É importante também considerar-se que, em termos de durabilidade, fissuras como estas, que acompanham
as armaduras, são as mais nocivas, pois facilitam, bem mais que as ortogonais, o acesso direto dos agentes
agressores, facilitando a corrosão das armaduras.
5.6.3 Retração do Concreto
Vigas e Pilares de Concreto Armado
As peças de uma estrutura reticulada de concreto armado poderão ser solicitadas por elevadas tensões
provenientes da retração do concreto. Em estruturas aporticadas, a retração das vigas superiores poderá
induzir a fissuração horizontal dos pilares mais extremos, conforme Figura 5.27.
Figura 5.27 - Fissuras horizontais nos pilares, devidas à retração do concreto das vigas superiores
A ocorrência de fissuras de retração numa viga de concreto armado dependerá da dosagem do concreto
(principalmente da relação água/cimento), das condições de adensamento (quanto mais adensado, menor a
retração) e das condições de cura (a evaporação precoce da água aumentará substancialmente a retração).
Dependerá ainda, de acordo com Johnson (1965), das dimensões da peça, da rigidez dos pórticos, da taxa de
armaduras e da própria distribuição de armaduras ao longo de sua seção transversal.
Nas vigas altas, com inexistência ou insuficiência de armadura de pele, as fissuras ocorrerão
preferencialmente no terço médio da altura da viga, sendo retas e regularmente espaçadas conforme ilustrado
na Figura 5.28.
63
Figura 5.28 - Fissuras de retração em vigas de concreto armado
A retração de pilares de concreto armado, somada às deformações elásticas provenientes das solicitações
externas, pode introduzir elevadas tensões de compressão nas alvenarias de fechamento, chegando-se a
produzir o arqueamento dessa alvenaria. Assim, poderão surgir na parede fissuras típicas de
sobrecarregamento, e fissuras horizontais características da solicitação de flexocompressão.
Retração de Lajes de Concreto Armado
A retração de lajes poderá provocar a compressão de pisos cerâmicos, somando-se a esse inconveniente a
deflexão promovida pela retração diferenciada do concreto entre as regiões armadas e não armadas da laje.
Em situações muito desfavoráveis poderão surgir fissuras no piso ou mesmo o destacamento do revestimento
cerâmico. Tal retração poderá provocar também a compressão de forros falsos, casos estes encontrem-se
rigidamente vinculados às paredes.
Figura 5.29 - Fissuras de retração em lajes
5.6.4 Fissuras Causadas por Deficiências de Execução
As fissuras resultantes de deficiências acontecidas no processo executivo, seja por incúria, seja por
incompetência, assumem, muitas vezes, aspecto em tudo semelhante ao que foi mostrado, na generalidade,
para os casos de fissuramento por deficiências de projeto.
64
Figura 5.30 - Fissura causada pelo deslocamento da armadura principal, em relação
à posição original
Um caso típico de fissuras geradas por falha ocorrida durante o processo de construção é o mostrado na
Figura 5.30, em que o mau posicionamento da armadura negativa e faz com que o concreto seja fortemente
tracionado e acabe por se romper.
5.6.5 Fissuras Causadas por Reações Expansivas
A reação álcalis-agregado pode dar origem à fissuração devida à formação de um gel expansivo dentro da
massa de concreto. Esta reação se desenvolve lentamente, podendo mesmo levar os anos para surgir, sendo o
sintoma mais aparente a fissuração desordenada nas superfícies expostas. Este quadro não costuma
manifestar-se antes de um ano após a concretagem.
O concreto fissurado interna e externamente e deteriorado pode perder a durabilidade em grande velocidade,
dependendo do tipo de exposição do elemento estrutural, das condições ambientais, da ação de águas
agressivas (que penetram pelas fissuras e poros) e do contato das armaduras com o ar. Estas reações são
favorecidas pelo maior grau de umidade do ambiente e pela Relação a/c elevada assim como pelas altas
temperaturas, que as aceleram.
5.6.6 Fissuras Causadas pela Corrosão das Armaduras
A corrosão pode ser entendida como a deterioração de um material, por ação química ou eletroquímica do
meio ambiente, aliada ou não a esforços mecânicos. No caso das barras de aço imersas no meio concreto, a
deterioração a que se refere a definição é caracterizada pela destruição da película passivante existente ao
redor de toda a superfície exterior das barras.
Para entender-se o fenômeno, deve-se ter em mente que a solução aquosa existente resulta da parcela do
excesso da água de amassamento do concreto que não é absorvida e preenche os veios capilares do concreto.
Configurado, assim, o ambiente para a convivência salutar entre as barras de aço e o meio concreto, resta
indicar seus mecanismos de desativação, ou seja, de geração de corrosão, por destruição da camada óxida de
revestimento protetor das barras:
65
Corrosão por tensão fraturante: é o caso dos aços que são submetidos a grandes esforços
mecânicos (protensão) e que, em presença de meio agressivo, podem sofrer fratura frágil,
resultando na perda de condição para a sua utilização;
Corrosão pela presença de hidrogênio atômico, que fragiliza e fratura os aços; corrosão por pite,
que pode revelar-se segundo duas formas:
- Localizada, caracterizada pela ação de íons agressivos (cloretos, em especial), sempre que haja
umidade e presença de oxigênio;
- Generalizada, função da redução do pH do concreto para valores inferiores a 9,0, pela ação
dissolvente do CO2 existente no ar atmosférico (transportado através dos poros e fissuras do concreto
sobre o cimento hidratado). É a chamada carbonatação.
Os três tipos de corrosão acima relacionados estão esquematicamente representados na Figura 5.31.
Figura 5.31 - Tipos de corrosão de uma borra de aço imersa em meio concreto
Em qualquer caso o processo de corrosão do aço é eletroquímico, ou seja, dá-se pela geração de um potencial
elétrico, na presença de um eletrólito (no caso, a solução aquosa existente no concreto) em contato com um
condutor metálico, a própria barra de aço.
A corrosão das armaduras é um processo que avança de sua periferia para o seu interior, havendo troca de
seção de aço resistente por ferrugem. Este é o primeiro aspecto patológico da corrosão, ou seja, a diminuição
de capacidade resistente da armadura, por diminuição da área de aço. Associada a esta troca, surgem, no
entanto, outros mecanismos de degradação da estrutura, como se ilustra na Figura 5.32.
Figura 5.32 - Mecanismos de degradação por corrosão da armadura
66
Na Figura 5.32, pode-se perceber:
perda de aderência entre o aço e o concreto, com alteração na resposta da peça estrutural às
solicitações às quais esta submetida;
desagregação da camada de concreto envolvente da armadura;
fissuração, pela própria continuidade do sistema de desagregação do concreto. Neste caso
como em qualquer caso em que haja fissuração, o processo é agravado, pois o acesso direto
dos agentes agressivos existentes na atmosfera multiplicam e aceleram a corrosão,
combinando situações de ataque localizado com outras de ataque generalizado. As fissuras
formadas acompanham comprimento das armaduras.
Para que não exista corrosão, será necessário que:
O pH do concreto seja claramente indicador de solução básica (carbonatação controlada);
Os agentes agressores (cloretos, em especial) não atinjam a armadura.
5.6.7 Fissuras Causadas por Recalques Diferenciais
Como já se viu, os recalques diferenciais podem ser gerados por incorreções várias na interação solo-
estrutura, que podem ocorrer tanto nas fases de projeto e de execução, como na de utilização. O quadro de
fissuramento gerado pela falha de um ou mais apoios de uma determinada estrutura é função de diversos
fatores, sendo os principais a própria magnitude do recalque e a capacidade ou não da estrutura conseguir
assimilá-lo. De uma maneira geral, não é só a estrutura a ressentir-se deste efeito, mas também, no caso de
edifícios, por exemplo, as alvenarias e os caixilhos.
5.6.8 Fissuras Causadas pela Variação de Temperatura
Mecanismos de Formação das Fissuras Os elementos e componentes de uma construção estão sujeitos a variações de temperatura, sazonais e diárias,
Essas variações repercutem numa variação dimensional dos materiais de construção (dilatação ou contração);
os movimentos de dilatação e contração são restringidos pelos diversos vínculos que envolvem os elementos
e componentes, desenvolvendo-se nos materiais, por este motivo, tensões que poderão provocar o
aparecimento de fissuras.
As movimentações térmicas de um material estão relacionadas com as propriedades físicas do mesmo e com
a intensidade da variação da temperatura; a magnitude das tensões desenvolvidas é função da intensidade da
movimentação, do grau de restrição imposto pelos vínculos a esta movimentação e das propriedades elásticas
do material.
67
As trincas de origem térmica podem também surgir por movimentações diferenciadas entre componentes de
um elemento, entre elementos de um sistema e entre regiões distintas de um mesmo material, As principais
movimentações diferenciadas ocorrem em função de:
junção de materiais com diferentes coeficientes de dilatação térmica, sujeitos às mesmas
variações de temperatura (por exemplo, movimentações diferenciadas entre argamassa de
assentamento e componentes de alvenaria);
exposição de elementos a diferentes solicitações térmicas naturais (por exemplo, cobertura em
relação às paredes de uma edificação);
gradiente de temperaturas ao longo de um mesmo componente (por exemplo, gradiente entre a
face exposta e a face protegida de uma laje de cobertura).
No caso das movimentações térmicas diferenciadas é importante considerar-se não só a amplitude da
movimentação, como também a rapidez com que esta ocorre. Se ela for gradual e lenta muitas vezes um
material que apresenta menor resposta ou que é menos solicitado às variações da temperatura pode absorver
movimentações mais intensas do que um material ou componente a ele justaposto; o mesmo pode não
ocorrer se a movimentação for brusca,
5.7 – DESAGREGAÇÃO DO CONCRETO
A desagregação do material é um fenômeno que freqüentemente pode ser observado nas estruturas de
concreto, causado pelos mais diversos fatores, ocorrendo, na maioria dos casos, em conjunto com a
fissuração, como já foi visto nos diversos itens anteriores.
Deve-se entender como desagregação a própria separação física de placas ou fatias de concreto, com perda
de monolitismo e, na maioria das vezes, perda também da capacidade de engrenamento entre os agregados e
da função ligante do cimento.
Como conseqüência, tem-se que uma peça com seções de concreto desagregado perderá, localizada ou
globalmente, a capacidade de resistir aos esforços que a solicitam.
5.7.1 CAUSAS DA DESAGREGAÇÃO DO CONCRETO
Fissuração
Apresenta-se a fissuração do concreto como uma das causas de sua desagregação. Entretanto, seria repetitivo
relacionar, também aqui, as várias causas que levam ao processo de fissuração e à desagregação do concreto.
Assim acontece, por exemplo, nos casos de deficiência de projeto, em que a geração de fissuras naturalmente
acaba por resultar no desplacamento do concreto, em especial o da camada de cobrimento das armaduras. Da
68
mesma forma, nos casos de corrosão das armaduras, em que o concreto se desagrega quando do aumento de
volume das barras de aço, ou ainda quando acontecem as reações expansivas, que resultam em processo de
desagregação bastante acelerado.
Corrosão do Concreto
Em oposição ao processo de corrosão do aço das armaduras, que é predominantemente eletroquímico, a do
concreto é puramente química e ocorre por causa da reação da pasta de cimento com determinados elementos
químicos, causando em alguns casos a dissolução do ligante ou a formação de compostos expansivos, que
são fatores deteriorantes do concreto.
O processo de corrosão do concreto depende tanto das propriedades do meio onde ele se encontra, incluindo
a concentração de ácidos, sais e bases, como das propriedades do próprio concreto.
Pode-se classificar a corrosão do concreto segundo três tipos, dependendo das ações químicas que lhe dão
origem:
corrosão por lixiviação;
corrosão química por reação iônica; e,
corrosão por expansão.
A corrosão por lixiviação consiste na dissolução e arraste do hidróxido de cálcio existente na massa
de cimento Portland endurecido (liberado na hidratação) devido ao ataque de águas puras ou com poucas
impurezas, e ainda de águas pantanosas, subterrâneas, profundas ou ácidas, que serão responsáveis pela
corrosão, sempre que puderem circular e renovar-se, diminuindo o pH do concreto.
A dissolução, o transporte e a deposição do hidróxido de cálcio Ca(OH)2 (com formação de estalactites e de
estalagimites) dão lugar à decomposição de outros hidratos, com o conseqüente aumento da porosidade do
concreto que, com o tempo, se desintegra.
As fotos constantes da Figura 5.33, tentam ilustrar este comportamento.
69
Figura 5.33- Exemplos de corrosão por lixiviação
A corrosão química por reação iônica ocorre em virtude da reação de substâncias químicas existentes
no meio agressivo com componentes do cimento endurecido. Esta reação leva à formação de compostos
solúveis, que são carreados pela água em movimento ou que permanecem onde foram formados, mas, nesse
último caso, sem poder aglomerante. Os principais íons que reagem com os compostos do cimento são o
magnésio, o amônio, o cloro e o nitrato.
Na corrosão por expansão ocorrem reações dos sulfatos com componentes do cimento, resultando
em um aumento do volume do concreto que provoca sua expansão e desagregação. Os sulfatos encontram-se
presentes em águas que contêm resíduos industriais, nas águas subterrâneas em geral e na água do mar,
sendo que os sulfatos mais perigosos para o concreto são o amoníaco, (NH4)2SO2, o cálcico, CaSO4, o de
magnésio, MgSO4 e o de sódio, Na2SO4.
Calcinação do Concreto
Trata-se aqui de analisar os efeitos da ação do fogo sobre o concreto, que caracteriza-se, basicamente, pela
alteração da cor e pela perda de resistência, sendo este quadro anômalo função direta de temperatura a que o
incêndio atinge, como se pode observar na Tabela 5.4.
De maneira geral, a degradação do concreto dá-se por volta dos 600°C, e acontece por expansão dos
agregados, que desenvolvem tensões internas que fraturam o concreto (estas tensões são de magnitude muito
variável, posto que os agregados não têm todos o mesmo coeficiente de dilatação térmica).
Temperatura
em °C
Cor do
Concreto
Condição do
Concreto
Perda de
Resistência
0 a 200 Cinza Não afetado 0%
300 a 600 Rosa Razoavelmente bom ≤ 40 %
600 a 900 Rosa a Vermelho Friável, com alta sucção de água 70%
900 a 1200 Cinza Avermelhado, Friável 100%
> 1200 Amarelo Decomposto 100%
Tabela 5.4 - Evolução do comportamento do concreto em função da elevação da temperatura (Cánovas,1977)
70
Desgaste do Concreto
O desgaste das superfícies dos elementos de concreto pode ocorrer devido ao atrito, à abrasão e à percussão.
A ação abrasiva pode ser devida à atuação de diversos agentes, sendo os mais comuns o ar e a água, que
carregam partículas que provocam a abrasão, os veículos que passam sobre pistas de rolamento, o impacto
das ondas, etc.
A ação das partículas carregadas pela água em movimento e pelo ar geralmente ocasiona a erosão, cuja
intensidade dependerá da quantidade, da forma, do tamanho e da dureza das partículas em suspensão, da
velocidade e do turbilhonamento da água ou do ar, bem como da qualidade do concreto da estrutura atacada.
Figura 5.34 - Desgaste do concreto por abrasão
Um outro tipo de desgaste que pode ocorrer em estruturas de concreto é a cavitação, que consiste na
formação de pequenas cavidades, pela ação de águas correntes, resultantes de vazios que se formam e
desaparecem quando a água está se movimentando em velocidade elevada. De acordo com Neville (1982), a
superfície de um concreto atingido pela cavitação se mostra irregular, riscada e cheia de cavidades, o que
contrasta com a superfície lisa dos concretos erodidos por sólidos transportados pela água.
71
6 – ENSAIOS PARA ESTUDOS PATOLÓGICOS
6.1 - INTRODUÇÃO
Os Ensaios Não Destrutivos – END são ensaios realizados em materiais, acabados ou semi-
acabados, para verificar a existência ou não de descontinuidades ou defeitos, através de princípios
físicos definidos, sem alterar suas características físicas, químicas, mecânicas ou dimensionais e
sem interferir em seu uso posterior.
Os END constituem uma das principais ferramentas do controle da qualidade de materiais e
produtos, contribuindo para garantir a qualidade, reduzir os custos e aumentar a confiabilidade da
inspeção. Os casos mais freqüentes que requerem esses tipos de ensaios na construção civil são
decorrentes da paralisação de obra por tempo indeterminado, de modificações no projeto, de
acréscimo de um pavimento tipo, de influência de altas temperaturas (incêndio), ou ainda de
utilização extra de peças estruturais não previstas no projeto.
Cabe salientar, que os ensaios não destrutivos não substituem os ensaios destrutivos, já há muito
tempo utilizado por engenheiros e técnicos. Estes exigem a retirada de amostras, a confecção de
corpos de prova, os quais são rompidos ou deformados para então se concluir a avaliação da
estrutura. Assim, não devemos imaginar que os ensaios não destrutivos sejam novos
aperfeiçoamentos que dispensam ensaios destrutivos. Porém, os END têm algumas vantagens como
resultar em pouco ou nenhum dano à estrutura, podem ser aplicados com a estrutura em uso e
permitem que problemas possam ser detectados quando em estágio ainda inicial.
Os ensaios não destrutivos do concreto permitem identificar a resistência à compressão do concreto,
a localização da armadura no concreto armado, a detecção de corrosão da armadura, a reação álcali-
agregado, as propriedades do cimento e dos agregados, os defeitos localizados (rachaduras, vazios),
e a determinação das propriedades geométricas de peças de concreto.
Os principais métodos são: ensaio visual, ultra-som, radiografia (Raios-X e Gama) e esclerometria.
Outros métodos aplicados: líquido penetrante, partículas magnéticas, análise de vibrações, emissão
acústica, canin, resistivimeter (resi). A Figura 6.1 apresenta um quadro resumo com as principais
aplicações para os ensaios não destrutivos com seus respectivos ensaios.
72
O sucesso da aplicação destes ensaios está vinculado aos seguintes itens: pessoal treinado e
qualificado; procedimento qualificado para conduzir o ensaio; equipamentos devidamente
calibrados; normas e critérios de aceitação perfeitamente definidos.
6.2 - INSPEÇÃO VISUAL
A inspeção visual é o primeiro ensaio não destrutivo aplicado em qualquer tipo de peça ou
componente, e está freqüentemente associado a outros ensaios de materiais. É o ensaio mais
empregado por ser o mais simples e por fazer parte de maneira direta ou indireta de qualquer
trabalho executado; ou seja, o simples fato de observar as condições superficiais de uma estrutura
de concreto pode fornecer a um profissional experiente, conclusões sobre o estado desta estrutura.
Para a inspeção de peças de concreto, onde o acesso é limitado, utiliza-se de fibras ópticas
conectadas a espelhos ou microcâmeras de TV com alta resolução, além de sistemas de iluminação,
fazendo a imagem aparecer em oculares ou em um monitor de TV. São soluções simples e
eficientes, conhecidas como técnicas de inspeção visual remota.
Resistência Elasticidade Umidade Densidade Armaduras Mudanças
estruturais
Umidímetro
Micro-ondas
Neutrons
Termografia
Magnéticos
Corrente de
fuga
Raio
Raio X
Deformações
Carga
Permeabilid.
Microscopia
Acústica
Radar
Potencial
Maturidade
Ultra-som
Raios
Ultra-som
damping
Ultra-som
esclerometria
Combinados
Propagação
Damping
Ressonância
Vibrações
Ultra-
som
Ondas
de
choque
Dureza
Superficial
Esclerometria
Penetração
Arrancamento
73
Simplicidade de realização e baixo custo operacional são as características deste método, mas que
mesmo assim requer uma técnica apurada, obedece a sólidos requisitos básicos que devem ser
conhecidos e corretamente aplicados.
Para se fazer o ensaio de Inspeção Visual, deve-se ter alguns equipamentos básicos como:
- escada;
- lupa e binóculo;
- fissurômetro;
- trena;
- máquina fotográfica;
- epi’s;
- trado;
- lápis;
- lanterna;
- martelo;
- nível de mangueira;
- filmadora, etc.
Outro aspecto importante durante a inspeção visual de uma obra consiste na análise dos projetos e
na obtenção de informações sobre a obra, tais como: época de construção, qualidade da mão de
obra, utilização da edificação, ambiente inserido, etc. Também é importante mapear e quantificar
todas as patologias encontradas. Para a obtenção destas informações, sugere-se a utilização de um
questionário, como exemplificado abaixo:
Nome da obra: _______________________________________________________
Localização: _________________________________________________________
Época de construção: __________________________________________________
Construtora: _________________________________________________________
Número de pavimentos: ________________________________________________
Tipo de estrutura: ____________________________________ fck: ____________
Utilização do edifício: _________________________________________________
Ambiente: __________________________________________________________
Tipo de patologia encontrada: ___________________________________________
Reparos já executados: _________________________________________________
74
Ensaios já executados: _________________________________________________
Croquis das patologias:
Observações:
6.3 - ESCLEROMETRIA
6.3.1 Generalidades
Método de ensaio não destrutivo que mede a dureza superficial do concreto, fornecendo elementos
para a avaliação da qualidade do concreto endurecido. O aparelho utilizado é o esclerômetro,
desenvolvido pelo engenheiro Ernst Schmidt.
A avaliação da dureza superficial pelo esclerômetro de reflexão, que consiste fundamentalmente de
uma massa martelo que impulsionada por uma mola se choca através de uma haste com ponta em
forma de calota esférica com a área de ensaio e, parte da energia é conservada elasticamente,
propiciando ao fim do impacto, retorno do martelo; é normatizado pela NBR- 7584, abrangendo os
seguintes aspectos:
Descrição sucinta dos elementos básicos de funcionamento dos esclerômetros de reflexão;
Fixação do método de aferição dos esclerômetros;
Estabelecimento das condições de preparação da superfície da estrutura de concreto e
descrição dos fatores principais que influenciam os resultados, fornecendo uma indicação
das possíveis causas de erros;
Descrição do método de ensaio propriamente dito e forma de apresentação dos resultados.
Em função das características da estrutura de concreto que deve ser analisada e segundo o maior ou
menor grau de precisão desejado, deve ser escolhido um dos seguintes tipos que melhor se adequar
à situação:
Energia de percussão de 2,25 N.m com ou sem fita registradora automática (este tipo pode
ser utilizado em casos normais de construção de edifícios e postes, não devendo ser
utilizado em concretos com resistência à compressão inferior a 8MPa);
Energia de percussão de 0,75 N.m com ou sem fita registradora automática (este tipo é
apropriado para elementos, componentes e peças de concreto de pequenas dimensões e
sensíveis aos golpes);
75
Energia de percussão de 30 N.m (este tipo é mais indicado para obras de grandes volumes
de concreto, concreto massa e pistas protendidas de aeroportos);
Energia de percussão de 0,90 N.m com ou sem aumento da área da calota esférica da
ponta da haste (é indicado para concretos de baixa resistência).
O tempo e o uso do esclerômetro alteram as características das molas produzindo desgaste e
aumento do atrito entre as partes deslizantes e móveis. O esclerômetro deve então ser aferido
periodicamente, através de ensaios comparativos simples, que permitam identificar imediatamente a
eventual alteração da resposta do aparelho. Para aferição do aparelho é recomendado:
Utilizar uma bigorna especial de aço, que na superfície destinada ao impacto, apresente
dureza Brinell de 5000 MPa e forneça índices esclerométricos de cerca de 80%;
Nesses impactos de aferição devem ser efetuados pelo menos nove impactos na bigorna,
caso o índice esclerométrico médio esteja abaixo de 75%, o esclerômetro não deve ser
empregado, devendo então ser calibrado;
Nenhum índice esclerométrico individual obtido dentre os nove impactos deve diferir do
índice esclerométrico médio em mais ou menos 3 – quando isso ocorrer o aparelho não
pode ser empregado, devendo ser calibrado;
O coeficiente de correção do índice esclerométrico deve ser obtido pela fórmula:
j
nom
IE
nIEk
onde:
k = coeficiente de correção do índice esclerométrico;
n = número de impactos na bigorna de aço;
IEnom = índice esclerométrico nominal do aparelho na bigorna de aço, fornecido pelo
fabricante;
IEi = índice esclerométrico obtido dos (pelo menos nove) impactos do esclerômetro na
bigorna de aço.
O esclerômetro de reflexão não deve ser utilizado quando o índice esclerométrico for igual ou
menor que 20%.
O aparelho deve ser aplicado preferencialmente na posição horizontal e conseqüentemente sobre
superfícies verticais. Sendo necessário aplicar em posições diversas, o índice esclerométrico deve
76
ser corrigido com os coeficientes fornecidos pelo fabricante do aparelho. Esses coeficientes levam
em consideração a ação da gravidade e são variáveis para cada tipo de aparelho, sendo máxima
aditiva para ângulo igual a –90º (laje de teto) e máxima subtrativa para ângulo igual a +90º (laje de
piso).
6.3.2 Superfícies a Serem Ensaiadas
Para a aplicação desse ensaio, as superfícies do concreto devem ser secas ao ar, limpas e
preferencialmente planas. Superfícies irregulares, ásperas, curvas ou talhadas não fornecem
resultados homogêneos e devem ser evitadas.
Concretos equivalentes, na construção de superfícies horizontais, confinadas ou não, devido aos
fenômenos de segregação e exsudação apresentam índices esclerométricos diversos de superfícies
verticais. Ensaios esclerométricos nessas superfícies só podem ser executados desde que as camadas
alteradas sejam removidas e que se consiga, por polimento, uma superfície plana e adequada ao
ensaio.
Superfícies úmidas ou carbonatadas devem ser evitadas. Caso se deseje ensaia-las, devem ser
adequadamente preparadas, se necessário, aplicados coeficientes de correção, e declarados na
apresentação dos resultados.
6.3.3 Área de Ensaio
As áreas de ensaio (região da superfície de concreto em estudo onde se efetua o ensaio
esclerométrico), devem ser preparadas por meio de polimento energético com prisma ou disco de
carburundum através de movimentos circulares. Toda poeira e pó superficial devem ser removidos a
seco, preferencialmente.
A área de ensaio deve estar distante, no mínimo 50 mm, de cantos e arestas das peças, e deve ser
superior a 5000 mm2 (70 x 70mm) e inferior a 40000 mm
2 (200 x 200mm).
As áreas devem estar geométrica e uniformemente distribuídas pela região da estrutura que está
sendo analisada. O número mínimo de áreas de ensaio deve ser em função da própria
heterogeneidade do concreto, aumentando com esta. É aconselhável pelo menos uma área de ensaio
por elemento, componente ou peça de concreto que está dentro da região de estudo.
77
Em peças com grandes volumes de concreto é aconselhável que sejam avaliadas com pelo menos
duas áreas de ensaio, localizadas preferencialmente em faces opostas. Caso se apresentem
heterogêneas, aumenta-se o número de áreas de ensaio a serem examinadas.
6.3.4 Impactos
Em cada área de ensaio devem ser efetuados no mínimo 9 e no máximo 16 impactos. A distância
mínima entre os centros de dois impactos deve ser de 30 mm, que devem estar uniformemente
distribuídos na área de ensaio. Para a demarcação desta área usa-se a régua graduada e o giz.
Devem ser evitados impactos sobre agregados, armadura, bolhas, etc. Não é permitido mais de um
impacto sobre um mesmo ponto. Quando isto ocorrer o valor lido não deve ser considerado no
cálculo dos resultados.
6.3.5 Esbeltez dos Elementos, Componentes e Peças de Concreto
As peças, elementos e componentes de concreto devem ser suficientemente rígidos para evitar
interferência de fenômenos de ressonância, vibração e dissipação de energia, no resultado obtido.
Aconselha-se nesses casos, a colocação de um apoio na face oposta à área de ensaio. Elementos e
componentes com dimensão inferior a 100mm na direção do impacto podem ser ensaiados com
cuidados especiais. O esclerômetro deve ser aplicado na posição de maior inércia da peça ou
componente estrutural.
A norma NBR 7584 se aplica às seguintes condições:
Os ensaios em concreto por método esclerométrico não são considerados substitutos de
outros métodos, mas sim um método adicional ou um ensaio complementar;
Os métodos esclerométricos fornecem informações a respeito da dureza superficial do
concreto, cerca de 20mm de profundidade no caso de se operar com esclerômetros de
energia de percussão em torno de 2,25 N.m;
1 2 3
4 5 6
7 8 9
1 2 3 4
5 6 7 8
9 10 11 12
13 14 15 16
78
Este método fornece apenas uma boa medida da dureza relativa da superfície de concreto
sendo as correlações com as suas demais propriedades, determinadas empiricamente, ou
verificadas através de outros ensaios específicos;
Os métodos esclerométricos são empregados nas seguintes circunstancias:
- averiguação da uniformidade da dureza superficial do concreto;
- comparação de concretos com um referencial: isto pode se aplicar a casos onde se deseje
comparar a qualidade de peças de concreto. Pode se aplicar também como um recurso a
mais no controle de qualidade de peças pré-moldadas. Neste caso o índice esclerométrico
crítico pode ser pré-avaliado por ensaios de desempenho do componente de concreto.
- estimativa da resistência à compressão do concreto: esta avaliação depende sempre de um
número elevado de variáveis. Não se recomenda utilizar este método na avaliação direta da
resistência à compressão do concreto, a não ser que se disponha de uma correlação
confiável efetuada com os materiais em questão.
6.3.6 Fatores que Influenciam os Resultados
Tipo de cimento – influencia na obtenção do índice esclerométrico, sendo necessário
proceder a novas correlações sempre que houver mudança do tipo de cimento;
Tipo de agregado – diferentes tipos de agregados podem fornecer concretos com mesma
qualidade, porém com diferentes índices esclerométricos. Quando se emprega agregados
leves ou pesados, esta variação é ainda mais acentuada;
Tipo de superfície – o estado da superfície a ser ensaiada é normalmente o que mais
acarreta variabilidade dos resultados;
Condições da umidade da superfície – uma superfície úmida pode provocar uma
subestimativa da qualidade do concreto. No concreto estrutural o índice esclerométrico
pode indicar resistência de até 20% inferior àquela indicada para um concreto seco,
equivalente.
Carbonatação – concretos carbonatados dão uma superestimação da resistência que em
casos extremos pode ser superior a 50%. Devem ser estabelecidos coeficientes corretivos a
fim de minorar o efeito de carbonatação (que pode ter espessura de 10mm a 20mm) a fim
de obter a dureza do concreto não carbonatado;
Idade – a influência da idade na dureza superficial do concreto em relação à dureza obtida
nas condições normalizadas (em geral 28 dias), ocorre devido a diferença de cura, de
carbonatação, etc. esse fato distorce a correlação com a resistência estabelecida para as
79
condições normalizadas. Portanto essas correlações não são automaticamente válidas para
idades superiores a 60 dias, nem inferiores a sete dias.
Operação do aparelho – o esclerômetro dever ser operado por elemento qualificado para
tal, que imprima durante a operação pressões uniformes.
Outros fatores que influenciam a correlação dos índices esclerométricos com a resistência
à compressão de concreto são: massa específica do concreto, esbeltez do membro
estrutural ensaiado, proximidade da zona de ensaio de uma falha, estado de tensão do
concreto, temperatura do esclerômetro e a do concreto, consumo do cimento, tipo de cura
e superfícies calcinadas por altas temperaturas (incêndio).
6.3.7 Resultados
1. Calcular a média aritmética dos n (9 a 16) valores individuais dos índices
esclerométricos correspondestes a uma única área de ensaio (M I).
n
IEMI
2. Desprezar todo índice esclerométrico individual que esteja afastado de mais ou menos
10% do valor médio obtido.
3. Calcular a nova e definitiva média aritmética com os índices restantes (M II).
*n
IEMII
n* = valores compreendidos entre os limites superiores e inferiores.
4. Corrigir, se necessário, o valor médio do índice esclerométrico obtido de uma área de
ensaio para um índice correspondente à posição horizontal. Os coeficientes de correção
devem ser fornecidos pelo fabricante do esclerômetro.
5. O valor obtido conforme itens 1 a 4, denomina-se índice esclerométrico médio da área
de ensaio e deve ser indicado por IE.
6. Obter o índice esclerométrico médio efetivo (IE) de cada área de ensaio com o valor de
IE e do coeficiente de correção indicado no capítulo 6.3.1, usando a fórmula:
IE = K. IE
Obs: Em alguns casos pode ser necessário aplicar outros coeficientes de correção devidos à
umidade, cura, idade, carbonatação, etc, a critério dos profissionais envolvidos no estudo e
desde que declarados na apresentação dos resultados.
7. De cada área de ensaio obtém-se um único índice esclerométrico médio efetivo.
80
8. A apresentação dos resultados deve conter as informações de 8.1 a 8.8:
8.1. Modelo de esclerômetro de reflexão utilizado.
8.2. Índices esclerométricos individuais da aferição do aparelho e de cada área de ensaio.
8.3. Posição do aparelho para a obtenção de cada índice esclerométrico de cada área de
ensaio.
8.4. Coeficientes utilizados na correção de cada um dos índices esclerométricos, em função
da posição do aparelho.
8.5. O valor do índice esclerométrico médio (IE) de cada área de ensaio.
8.6. Coeficientes utilizados nas eventuais correções em função de umidade, cura idade,
carbonatação, etc.
8.7. O valor do índice esclerométrico médio efetivo (IE) de cada área de ensaio.
8.8. Todas as demais informações que ainda se fizerem necessárias.
A resistência é calculada pela seguinte fórmula (ensaio na horizontal):
10
19,0 0535,2MIIR (MPa)
Limite Superior = média I x 1,10
Limite Inferior = média II x 0,90
Obs: Quando se desejar avaliar a resistência à compressão do concreto é conveniente apresentar
também as correlações empregadas.
6.4. ULTRA-SOM
6.4.1 Introdução
Existem diversos estudos no sentido de se determinar uma propriedade física do concreto que
pudesse ser relacionada com a resistência à compressão. Conseguiram-se bons resultados pela
determinação da velocidade de ondas longitudinais através do concreto. A relação é bastante
complexa, mas sob determinadas condições, essas grandezas estão relacionadas. O fator comum é a
massa específica: uma variação da massa específica resulta na variação de velocidade dos pulsos e
na variação de resistência do concreto. A Figura 6.1 apresenta um esquema de funcionamento de
pulsos ultra-sônicos.
81
O ultra-som é um método baseado em vibrações próximas das do som. Detecta descontinuidades
internas em materiais, baseando-se no fenômeno de reflexão de ondas acústicas quando encontram
obstáculos à sua propagação, dentro do material.
Um pulso ultra-sônico é gerado e transmitido através de um transdutor especial, encostado ou
acoplado ao material. Os pulsos ultra-sônicos refletidos por uma descontinuidade, ou pela superfície
oposta da peça, são captados pelo transdutor, convertidos em sinais eletrônicos e mostrados na tela
de LCD ou em um tubo de raios catódicos (TRC) do aparelho.
A propagação das ondas ultra-sônicas se processa com um deslocamento de sucessivos elementos
no meio. Os deslocamentos continuam de um lado para o outro, sempre diminuindo de amplitude.
Os ultra-sons são ondas acústicas com freqüências acima do limite audível, normalmente, situadas
na faixa de 0,5 a 25 MHz.
Geralmente, as dimensões reais de um defeito interno podem ser estimadas com uma razoável
precisão, fornecendo meios para que a peça ou componente em questão possa ser aceito, ou
rejeitado, baseando-se em critérios de aceitação da norma aplicável. Utiliza-se ultra-som também
para medir espessura e determinar corrosão com estrema facilidade e precisão.
82
O ensaio ultra-sônico é, sem sombra de dúvidas, o método não destrutivo mais utilizado e o que
apresenta o maior crescimento, para a detecção de descontinuidades internas nos materiais.
Tratando-se de um ensaio não destrutivo, o ultra-som apresenta largas possibilidades de aplicação
no estudo da patologia do concreto e no controle de sua qualidade. Podem ser úteis na investigação
de falhas de concretagem, de trincas ou fissuras e da resistência do concreto como uma verificação
adicional de controle de estruturas já prontas.
6.4.2 Histórico
O primeiro estudo utilizando o método de freqüência de ressonância foi o de Powers em 1938.
Nesse método, as provetas podem ser obrigadas a vibrar longitudinal ou transversalmente, às vezes,
impõem-se também vibrações de torção.
Pela determinação da velocidade de propagação, os primeiros estudos para a determinação não
destrutiva das propriedades mecânicas do concreto em obra foram apresentados em 1945 no Jounal
of the American Concrete Institute.
Durante os anos de 1946 e 1947, estudos da Hydro-Eletric Power Comission of Ontario
desenvolveram um aparelho que designaram por soníscope, o qual permite determinar a velocidade
de propagação de ondas ultra-sonoras no concreto.
Em 1949, no Canadá, Leslie e Cheesmann determinaram pela primeira vez a profundidade de uma
fissura no concreto.
6.4.3 Ondas Ultra-Sônicas
Onda é uma perturbação que se propaga através de um meio.
São conhecidos três tipos básicos de ondas:
Onda Longitudinal (ondas de compressão):
Toda onda transmite energia, sem transportar matéria.
83
São ondas cujas partículas oscilam na direção de propagação da onda, podendo ser transmitidas a
sólidos, líquidos e gases. Em decorrência do processo de propagação, este tipo de onda possui uma
alta velocidade de propagação, característica do meio e são as mais utilizadas.
Ondas Transversais (ondas de cisalhamento):
Uma onda transversal é definida quando as partículas do meio vibram na direção perpendicular ao
de propagação. Neste caso, observamos que os planos de partículas mantém-se na mesma distância
um do outro, movendo-se apenas verticalmente, é o caso do movimento das cordas do violão.
Ondas de Superfície:
Consiste em vibrações longitudinais e transversais.
6.4.4 Aplicando o Ultra-Som
O ensaio consiste em fazer com que o ultra-som, emitido por um transdutor, percorra o material a
ser ensaiado, efetuando-se a verificação dos ecos recebidos de volta, pelo mesmo ou por outro
transdutor.
Como o ultra-som deve passar do transdutor para a peça com o mínimo de interferência, há
necessidade de colocar um elemento, o acoplante, que faça esta ligação, evitando o mau contato.
Este acoplante pode ser óleo, água, glicerina, graxa, etc. Quanto maior a velocidade do pulso ultra-
sônico, melhor qualidade do concreto ensaiado.
6.4.5 Técnicas Usadas em Ultra-Som
Técnica Direta: A técnica de transmissão direta usa dois transdutores ultra-sônicos
localizados em lados opostos do objeto a ser inspecionado. Um transdutor atua como transmissor
de ultra-som e o outro, alinhado com o primeiro, atua como receptor. Os transdutores podem
estar em contato com o material de teste, ou o objeto de teste pode ser imerso em um tanque de
líquido acoplante. Quando a peça não apresenta descontinuidades, todo o sinal emitido é
recebido pelo segundo transdutor. Na presença de descontinuidades, parte ou toda energia sônica
é refletida, e consequentemente, menor ou nulo será o sinal recebido pelo transdutor receptor.
84
Técnica Indireta: É um ensaio comum de emissor/receptor, que utiliza dois transdutores
angulares, um como transdutor emissor e o outro receptor, fixos a um gabarito com distância
também fixa entre eles. Esse método é utilizado para detecção de defeitos perpendiculares à
superfície da peça (profundidade das trincas). Permite o ensaio em uma certa zona de
profundidade preestabelecida. O transdutor receptor só apresenta um sinal quando existe uma
descontinuidade.
Técnica Semidireta: A técnica semidireta detecta falhas internas. Opera com um transdutor
angular como emissor e outro normal ou reto como receptor.
6.4.6 Vantagens e Limitações em Comparações com Outros Ensaios
Assim como todo ensaio não-destrutivo, o ensaio ultra-sônico, possui vantagens e limitações nas
aplicações, como segue:
Vantagens:
O método ultra-sônico possui alta sensibilidade na detectabilidade de pequenas descontinuidades
internas, por exemplo:
trincas devido a tratamento térmico, fissuras e outros de difícil detecção por ensaio de
radiações penetrantes (radiografia ou gamagrafia);
Para interpretação das indicações, dispensa processos intermediários, agilizando a
inspeção;
A localização, avaliação do tamanho e interpretação das descontinuidades encontradas são fatores
intrínsecos ao exame ultra-sônico, enquanto que outros exames não definem tais fatores. Por
exemplo, um defeito mostrado num filme radiográfico define o tamanho mas não sua profundidade
e em muitos casos este é um fator importante para proceder um reparo.
Limitações:
Requer grande conhecimento teórico e experiência por parte do inspetor;
O registro permanente do teste não é facilmente obtido;
85
Faixas de espessuras muito finas constituem uma dificuldade para aplicação do método;
Requer o preparo da superfície para sua aplicação. Em alguns casos de inspeção de solda, existe a
necessidade da remoção total do reforço da solda, que demanda tempo de fábrica.
6.4.7 Fatores que Influenciam na Velocidade de Propagação e Consideração dos seus Efeitos nos Ensaios
O valor medido da velocidade de propagação das ondas ultra-sônicas no concreto é influenciado por
um grande número de variáveis e em todos os graus de intensidade. O módulo de elasticidade e a
resistência mecânica do concreto são os fatores preponderantes que determinam a velocidade de
propagação.
A velocidade de propagação é naturalmente determinada pela idade do concreto. Além da idade e
das características elasto-mecânicas, a velocidade de propagação do som no concreto é determinada
por uma série de outros fatores, como:
Densidade do Concreto: quando são testados concretos mais densos (pesados), verifica-se um
aumento da velocidade de propagação dos impulsos ultra-sônicos;
Tipo, densidade e outras características dos agregados;
Tipo de cimento;
Fator água/cimento utilizado no preparo do concreto;
Umidade da peça quando ensaiada;
Possível existência de aço (em concreto armado), tanto pela qualidade quanto pela quantidade do
mesmo;
Direção do ensaio na peça;
Tipo de adensamento do concreto;
Possivelmente outros fatores.
6.4.8. Relações entre ultra-som e outros ensaios
Classificação da qualidade dos concretos com base na velocidade de pulsos:
86
Velocidade de pulsos longitudinais (km/s) Qualidade do concreto
> 4,5 Excelente
3,5 – 4,5 Boa
3,0 – 3,5 Duvidosa
2,0 – 3,0 Pobre
< 2,0 Muito pobre
87
6.5 - RADIOGRAFIA, RADIOSCOPIA E GAMAGRAFIA
6.5.1 Introdução
Métodos atômicos, apesar de não conduzirem a avaliação da resistência do concreto, estão
enquadrados nos ensaios não destrutivos, pois permitem determinar algumas propriedades do
88
concreto, bem como do aço (concreto armado). Consistem no emprego de emissões do átomo ou do
núcleo atômico radioativado.
O método está baseado na mudança da atenuação da radiação eletromagnética (Raios X ou Gama),
causada pela presença de descontinuidades internas, quando a radiação passar pelo material e deixar
sua imagem gravada em um filme, sensor radiográfico ou em um intensificador de imagem. Para
identificação de fissuração subsuperficial ou em zonas inacessíveis usa-se a “Radiografia” (esta
última utilizando os Raios X ou Gama).
6.5.2 Radiografia
É a técnica convencional via filme radiográfico, com gerador de Raio X por ampola de metal
cerâmica. Um filme mostra a imagem de uma posição de teste e suas respectivas descontinuidades
internas.
A radiografia utiliza equipamentos pesados e caros além de envolver perigos para os seres vivos
que inadvertidamente se exponham às radiações eletromagnéticas durante a realização dos ensaios
não destrutivos. Por isso que a sua execução impõe cuidados e normas especiais.
A radiografia obtém-se por exposição da peça que se pretende avaliar, devidamente orientada
segundo o melhor ângulo e de acordo com o tipo de defeito que se pretende identificar e também
com as características geométricas do componente.
Este método pressupõe uma fonte de radiação eletromagnética suficientemente potente para poder
atravessar as paredes metálicas dos componentes durante um intervalo de tempo proporcional à
espessura a inspecionar, à potência da fonte de radiação e à distância entre a fonte e a peça.
Imediatamente por detrás da superfície a avaliar é colocada uma película radiográfica que, ao ser
atingida pelas radiações, irá ser impressionada de acordo com a quantidade de radiação que a atinge
(como nas fotografias). A maior ou menor quantidade de radiação que chega à película depende da
existência de zonas sem material a que correspondem fissuras, ocos, poros, etc., que por não
absorverem energia permitem a passagem de maior quantidade em direção à película.
Após a revelação da película radiográfica, a presença dos eventuais defeitos irá aparecer sob a
forma de riscos e marcas mais escuras. Tal como em outros ensaios não destrutivos, é necessário
89
distinguir entre anomalias inócuas e defeitos significativos. Para isso, devem usar películas de
sensibilidade apropriada e a sua revelação deve se realizar de acordo com padrões
internacionalmente aceitos. Uma vez mais, a experiência e competência dos executantes e
intérpretes são fundamentais para uma correta avaliação.
Este método é sempre utilizado perante zonas inacessíveis ou para avaliar áreas que se encontram
escondidas por detrás de grandes espessuras. Assim, para grandes espessuras aumentam-se a
potência da fonte de radiação ou o tempo de exposição.
A fonte de radiação pode ser um equipamento de emissão de Raios X em que a potência radioativa
é controlada eletricamente e o feixe de radiação pode ser dirigido segundo um cone de dispersão
orientável. Este equipamento é caro e apenas necessita de alimentação elétrica para a sua utilização.
6.5.3 Gamagrafia
Quando se coloca um material na trajetória da radiação de uma fonte radioativa, parte da radiação é
absorvida e parte difundida, dependendo da densidade do material. A intensidade da radiação
difundida é medida através de um contador de Geiger.
O equipamento Gama independe de qualquer fonte de energia elétrica, pois está sempre emitindo
irradiações, cuja intensidade varia com a atividade da fonte. Tem como fonte de radiação um
componente radioativo, chamado de “isótopo radioativo”, que pode ser o Irídio, Cobalto, Túlio,
Césio, ou modernamente o Selênio.
(a) Irídio – 192 (192Ir)
O Irídio-192 é obtido a partir do bombardeamento com nêutrons do isótopo estável Ir-191.
Suas características são:
- Meia -Vida= 74,4 dias
- Energia da Radiação = 0,137 a 0,65 MeV
- Faixa de utilização mais efetiva = 10 a 40 mm de aço
(b) Cobalto – 60 (60Co)
O Cobalto-60 é obtido através do bombardeamento por nêutrons do isótopo estável Co-59.
Suas principais características são:
90
- Meia -Vida= 5,24 anos
- Energia da Radiação = 1,17 e 1,33 MeV
- Faixa de utilização mais efetiva = 60 a 200 mm de aço
Esses limites dependem das especificações técnicas da peça a ser examinada e das condições
da inspeção.
(c) Túlio – 170 (170Tu)
O Túlio-170 é obtido com o bombardeamento por nêutrons do isótopo estável, Túlio-169.
Como esse material é extremamente difícil de produzir, o material é geralmente manuseado
sob a forma de óxido. Suas principais características:
- Meia -Vida= 127 dias
- Energia da Radiação = 0,084 e 0,54 MeV (o espectro do Túlio possui também radiação de
Bremsstrahlung, que é a radiação liberada pelo freiamento dos elétrons em forma de
partículas beta)
- Faixa de utilização mais efetiva = 1 a 10 mm de aço
(d) Césio – 137 (137Cs)
O Césio-137 é um dos produtos da fissão do Urânio-235. Este é extraído através de
processos químicos que o separam do Urânio combustível e dos outros produtos de fissão.
Suas características principais são:
- Meia -Vida= 33 anos
- Energia da Radiação = 0,66 MeV
- Faixa de utilização mais efetiva = 20 a 80 mm de aço
É uma fonte de radiação quase sem utilidade no momento, em razão das dificuldades de
obtenção e da má qualidade do filme radiográfico.
(e) Selênio – 75 (75Se)
- Meia -Vida= 125 dias
- Energia da Radiação = de 0,006 a 0,405 MeV
- Faixa de utilização mais efetiva = 4 a 30 mm de aço
A saída da fonte radioativa do seu bloco de estocagem, durante o período de exposição, deve ser
obrigatoriamente feita com controle remoto a uma distancia suficiente para limitar a exposição do
pessoal.
91
A zona de trabalho deve ter dimensões tais que, nos meus limites, os equivalentes das dosagens
máximas admissíveis para pessoas diretamente ligadas ao trabalho sob irradiação. Essa zona pode
ser reduzida pelo emprego de urânio, tungstênio ou chumbo.
Convém lembrar que, para efetuar a radiografia de uma peça de concreto, é preciso que se tenha
acesso às duas faces, pois numa delas se posiciona a parte emissora e na outra o receptor (filme).
A fim de posicionar a emissora em qualquer lugar, é preciso ter fora dos aparelhos meios que
permitam ejetar a fonte. Esses meios, denominados de controle remoto, podem ser manuais ou
elétricos. No caso de um controle remoto manual (aparelho para Irídio 192), não se pode ejetar a
fonte senão a uma distância de 8 metros. Para os controles remotos elétricos (Cobalto 60), a ejeção
é de 15 metros na horizontal e 12 na vertical.
Os equipamentos que utilizam os isótopos radioativos são constituídos, basicamente, por uma
caixa-contentora, com dimensões aproximadas a uma mala pequena, construída em chumbo e
concreto para conter as radiações. Ao contrário dos equipamentos de Raios X que só produzem
radiação quando são ativados, as fontes de Raios Gama estão constantemente a emitir radiação em
todas as direções. Enquanto essa fonte se encontra no interior dos contentores a radiação libertada é
absorvida pelas paredes dos mesmos. Uma vez a fonte exposta no exterior, a radiação liberta pode
ser utilizada para impressionar uma película radiográfica.
Os isótopos radioativos obedecem a uma lei física que determina que ao fim de um determinado
período de tempo (horas, dias, meses ou anos) a potência radioativa decai para metade e assim
sucessivamente ao fim de cada período com a mesma duração. Este fato determina o desgaste das
fontes radioativas o que onera a exploração deste método radiográfico. No caso particular do Irídio
192, a sua massa e potência radioativa decaem para metade ao fim de cada período de 74,4 dias.
Para além do custo de exploração inerente ser bastante elevado (para um baixo investimento inicial)
por oposição ao método de Raios X (em que o investimento inicial é elevado, mas o custo de
exploração baixo) os perigos inerentes à utilização e operação de um equipamento de Raios Gama
são muito superiores relativamente à utilização dos Raios X. Por este motivo e para se eliminar o
manuseamento de material radioativo, este processo está proibido em muitos países e em muitas
atividades, por isso em extinção.
92
As vantagens em relação aos Raios X residem em utilizarem equipamentos de menores dimensões
(embora maior peso) e potências radioativas maiores o que permite maior produtividade na
realização dos ensaios.
6.5.4 Radioscopia
A peça é manipulada a distância dentro de uma cabine a prova de radiação, proporcionando uma
imagem instantânea de toda peça em movimento, portanto tridimensional, através de um
intensificador de imagem acoplado a um monitor de TV. Imagens da radioscopia agrupadas
digitalmente de modo tridimensional em um software possibilita um efeito de cortes mostrando as
descontinuidades em três.
Cuidados:
Os executantes de ensaios não destrutivos, acima descritos, devem ser constantemente vigiados
através de análises do sangue e usar dosímetros ou placas detectoras, a fim de controlar as doses
radioativas a que ficaram expostos durante um determinado período.
A radiografia é aplicada sob a forma de ensaios não destrutivos em concreto em casos especiais
devido ao custo elevado e aos cuidados adicionais quanto a radioproteção, além de tempos
extremamente altos nos casos de grandes estruturas.
6.6 - RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO DE PINOS
6.6.1 Introdução
Nos anos 60, nos Estados Unidos, desenvolveu-se a técnica de correlacionar a resistência do
concreto e a profundidade de penetração de um pino ou de um parafuso disparados com uma pistola
contra uma superfície de concreto.
Este método é baseado na determinação do comprimento de penetração de sondas, ou pinos, no
concreto, determinando a resistência à penetração do material, que pode ser relacionada com sua
resistência. Atualmente, o equipamento mais utilizado para a realização deste ensaio é a pistola de
93
Windsor. Para ensaiar concretos comuns, utilizam-se pinos com 7,9mm de diâmetro, ambos com
79,5mm de comprimento.
6.6.2 Descrição do método
O método consiste no disparo de pinos, com uma pistola, que penetram no concreto. A essência do
método envolve a energia cinética inicial do pino e a absorção de energia pelo concreto. O pino
penetra no concreto até que sua energia cinética inicial seja totalmente absorvida pelo concreto.
Parte da energia é absorvida pela fricção entre o pino e o concreto, e outra parte na fratura do
concreto.
A profundidade da penetração dos pinos é usada para estimar a resistência do concreto usando-se
curvas de calibração. O sistema disponível internacionalmente denomina-se “Windsor Probe”. No
Brasil faz-se uma adaptação do método, utilizando-se pistolas e pinos da marca WALSYWA.
Este método pode ser empregado em concretos com agregados de dimensão máxima característica
de até 50mm, com superfície lisa ou áspera. Com ele pode-se avaliar o concreto entre 25mm e
75mm abaixo da superfície.
Para a execução do ensaio, deve-se marcar sobre a superfície a ser ensaiada um triângulo eqüilátero
com 178mm de lado, e crava-se um pino com 7,9mm de diâmetro e 79,5mm de comprimento em
cada vértice e mede-se o comprimento exposto do pino, que deve ser superior a 25mm (limite das
curvas de calibração).
6.6.3 Vantagens e limitações
O equipamento usado neste método é simples e durável, e também não muito sensível à experiência
do operador. O método é útil no monitoramento da resistência do concreto, causando danos
reduzidos na peça estrutural.
Para a realização do ensaio é necessário o acesso apenas a uma face da estrutura. É necessário evitar
barras de aço, no caso do concreto armado, e tomar os cuidados inerentes à utilização de uma arma
94
de fogo. Após as medições, devem ser retirados os pinos, deixando um dano na superfície em torno
de 75mm de diâmetro.
6.6.4 Aplicações
O método é usado para estimar a resistência à compressão e uniformidade do concreto. Como o
ensaio pode ser feito com disparos através da madeira, pode-se estimar a resistência antes da
retirada das fôrmas.
A estimativa de resistência apresenta acurácia em torno de 15% a 20%, desde que os corpos de
prova sejam moldados, curados e ensaiados sob condições idênticas àquelas com as quais foram
estabelecidas as curvas de calibração.
6.6.5 Fatores que influenciam os resultados do ensaio
A resistência tanto da argamassa quanto dos agregados influenciam na profundidade de penetração
dos pinos. Para um determinado concreto e um dado equipamento de ensaio, a relação entre
resistência à compressão e resistência à penetração poderá ser estabelecida experimentalmente. A
correlação poderá mudar de acordo com o tipo de cura, tipo e tamanho do agregado e nível de
resistência desenvolvido no concreto.
Devido à penetração do pino no concreto, os resultados deste ensaio não são influenciados pela
textura e a umidade da superfície, no entanto a superfície deve ser limpa e plana. O tipo de agregado
apresenta grande influência nos resultados do ensaio, tanto que os fabricantes dos equipamentos
consideram apenas a dureza do agregado para a confecção das curvas de calibração. A correlação
entre o comprimento exposto do pino e a resistência à compressão do concreto, segundo dois tipos
de agregados, são apresentadas pelas expressões abaixo:
- para agregado calcáreo:
R = 1,49x – 38,26
- para agregado granítico:
R = 1,565x – 46,014
Não existe uma análise teórica rigorosa sobre este ensaio devido à complexidade das tensões
desenvolvidas durante a cravação do pino e a natureza heterogênea do concreto.
95
6.7 - MÉTODO DA MATURIDADE
Como é sabido, a resistência de um concreto é função da idade e do histórico de temperaturas. A
temperatura possui um efeito dramático no desenvolvimento da resistência do concreto em idades
baixas.
Este método propõe que a medição do histórico de temperatura durante o período de cura pode ser
usado para calcular um fator para estimar a resistência do concreto, chamado fator de maturidade.
Algumas pesquisas sugerem que a maturidade do concreto depende do produto tempo e
temperatura:
M = (T-T0) t
T = temperatura de cura McIntosh’s - 11ºC
T0 = datum temperature Saul -10,5ºC
Plowman -12ºC
usual -10ºC
Como a temperatura afeta a idade do concreto, pode-se calcular uma idade equivalente de cura pela
expressão:
Nurse-Saul
te = (T-T0) t
(Tr-T0)
Tr = temperatura de referência (20ºC a 23ºC)
Exemplo: T =43ºC; Tr = 23ºC; t = 2h; te =3,2h
Outra expressão dada por Weaver e Sadgrove é:
te = (T+16)2 t
1296
Esta expressão é válida para temperatura ambiente de 20ºC, fornecendo melhores resultados.
96
Existem diversos estudos que correlacionam a maturidade e a resistência à compressão. Em 1956,
Nykanen propôs a seguinte expressão:
S = S (1-e-KM
)
onde:
S resistência à compressão
S limite de resistência à compressão
M maturidade
K constante que depende do fator a/c e do tipo de cimento
Plowman propôs a expressão:
S = a + b.log (M)
onde a e b são constantes relacionadas com o fator a/c e o tipo de cimento.
6.8 – OUTROS ENSAIOS
6.8.1 Ensaio de verificação da carbonatação do concreto
O método consiste em evidenciar a diferença de pH entre o concreto e a frente de carbonatação por
meio de aspersão de indicadores químicos. (Kazmierckzak, Helene 1993). Pode-se verificar a
profundidade, ou extensão, da carbonatação tratando-se, com solução aquosa-alcoólica de
fenolftaleína a 1%, numa área recém-exposta do concreto. Quando não há carbonatação, aparece a
coloração róseo-avermelhada, característica da fenolftaleína em meio fortemente alcalino; e se a
área estiver carbonatada, permanecerá inalterada. Pode-se usar um algodão umedecido, com a
solução de fenolftaleína, ou um frasco com spray, para contatar a área exposta em diferentes
profundidades. A fenolftaleína apresenta coloração róseo-avermelhada com valores de pH iguais ou
superiores a 9,5 aproximadamente e incolor abaixo desse valor. (GENTIL, 1982).
6.8.2 Determinação da concentração de cloretos no concreto
Potenciometria
Quando um metal está imerso em uma solução que contém seus próprios íons, instala-se um
potencial de eletrodo, cujo valor é dado pela equação de Nernst, apresentada na expressão abaixo.
97
onde E representa o potencial elétrico; E é o potencial padrão do eletrodo do metal; R é a constante
dos gases (8,3144 J abs/Kmol); T é a temperatura em Kelvin; F é a constante de Faraday (96.485,3 J
abs/(V abs eq-g)) e n representa o número de elétrons envolvidos. (VOEGEL, 1992)
Na equação de Nernst, o termo RT/nF envolve constantes conhecidas, e a uma temperatura de 25ºC,
seu valor é de 0,0591V.
O potencial elétrico de um metal pode ser medido pela combinação do eletrodo com um eletrodo de
referência e pela determinação da força eletro-motriz (f.e.m.) da pilha que se forma. Desse modo,
conhecendo-se o potencial do eletrodo de referência é possível determinar o potencial do eletrodo
desejado. Em soluções diluídas, a atividade iônica medida será a mesma que a concentração iônica.
(VOEGEL, 1992).
Para a determinação da concentração do íon Cloreto em uma solução pode-se utilizar a
potenciometria direta, que utiliza uma única medida do potencial do eletrodo para determinar a
concentração, mesmo sem que o íon esteja diretamente envolvido na reação do eletrodo. Para este
procedimento usa-se um “eletrodo de segunda espécie”, como o eletrodo prata-cloreto de prata,
conforme exemplo abaixo. (VOEGEL, 1992)
O fio de prata pode ser considerado como um eletrodo de prata cujo potencial é dado pela equação
abaixo:
Os íons prata são provenientes do cloreto de prata e, pelo princípio de solubilidade, a atividade
destes íons será governada pela atividade dos íons Cloretos, conforme equação seguinte:
98
.
E o potencial do eletrodo pode ser por:
Quando se utiliza um eletrodo cujo potencial é dependente da concentração do íon a ser
determinado, denomina-se esse eletrodo de “eletrodo indicador”, e se o íon é diretamente envolvido
na reação do eletrodo, tem-se um eletrodo de “primeira espécie”.
Para se obter medições analíticas, um dos eletrodos deverá ter potencial constante e não pode haver
mudanças de um experimento para outro. Este eletrodo recebe o nome de “eletrodo de referência”.
6.8.3 Determinação da concentração de sulfatos no concreto
A determinação do teor de sulfatos no concreto pode ser feita através da potenciometria, como
descrito no procedimento para a determinação do teor de cloretos, apenas mudando o eletrodo, ou
através de análise química, como descrito abaixo.
Andrade (1992) recomenda utilizar uma amostra de 5g de concreto moído e seco, pesada com
precisão de 1mg, colocando-a em um copo de Becker onde adiciona-se 25ml de água destilada fria
e 10ml de ácido clorídrico concentrado, mexendo constantemente com uma haste de vidro.
Aquece-se a amostra em “banho Maria”, cobrindo o recipiente com um vidro de relógio para evitar
a evaporação dos gases, até que ocorra o ataque completo do concreto. Em seguida, diluí-se o
conteúdo do copo de Becker em 50ml de água destilada quente, e se deixa descansar no “banho
Maria” por 15 minutos. Filtra-se o conteúdo em papel filtro de porosidade média, lavando-se o
conteúdo várias vezes com água destilada quente.
Retira-se uma porção de 250ml do material filtrado e aquece-o até a ebulição, adicionando-se, gota
a gota, uma solução quente de cloreto de Bário a 10%, mantendo a ebulição por alguns minutos.
99
Deixa-se o material tampado e em descanso por 24 horas, quando filtra-se o conteúdo com papel
filtro de baixa porosidade, lavando-se com água quente até o desaparecimento total dos cloretos. O
precipitado deve ser aquecido a 900-1000oC em cadinho previamente tarado, pesando-se o conteúdo
após o aquecimento.
O teor de sulfatos depende do consumo e do tipo de cimento utilizado, devido à quantidade de
gesso utilizada no processo de fabricação do cimento. Por exemplo, um concreto com massa
específica de 2.400kg/m3 e consumo de cimento de 350 kg/m
3, considerando um cimento com teor
de gesso de 3%, o teor de sulfatos a ser encontrado deve ser de 0,44% em relação ao peso total de
concreto. Caso o ensaio aponte um teor de sulfatos maior, significa que houve contaminação do
concreto por sulfatos.
6.9 - OUTROS EQUIPAMENTOS
6.9.1 CONTROLE DE ABERTURA DE FISSURAS
Avongard (Detector de movimentos em trincas)
O monitorador de trincas AVONGARD é facílimo de instalar, durável ao extremo e fácil de ler. É
capaz de ler movimentos verticais e horizontais em qualquer tipo de trinca.
Sua sensibilidade é de 0,1mm.
S.A.T. (Scratch a Track)
Este simples equipamento registra movimentos da ordem de 0,01mm, já que é equipado com um
cartão indestrutível, que é fixado na superfície, e um riscador que assinala qualquer movimento, de
forma contínua, estabelecendo o real funcionamento de fissuras, trincas ou juntas.
100
Ao contrário dos casos tradicionais de monitoramento, que somente informam o movimento na hora
da medição, o Detector de Movimentos S.A.T. deixa registrado todo e qualquer movimento que
ocorre na estrutura.
A instalação é fácil. O cartão é preso de um lado da junta ou trinca com adesivo epóxico ou bonder.
No outro lado da trinca, é preso da mesma forma, o riscador, que tem sua agulha posicionada sobre
o cartão base através de um parafuso regulador. Desta forma, o Detector de Movimentos S.A.T.
pode ficar fixado meses no local em questão, seja horizontal ou verticalmente. A película branca
que reveste o cartão onde a agulha do riscador é posicionada é feita especialmente para ser
finamente riscada, definindo o menor dos movimentos.
O S.A.T. é usado para monitorar movimentos estruturais e térmicos de fissuras e trincas, além de
juntas. É um importante equipamento que pode ser usado para analisar recalques de edificações.
Pode ser usado também para informar o comportamento de peças estruturais em processo de
carregamento e uma variedade de outras aplicações.
101
7 - ESTRATÉGIA DE INSPEÇÃO, AVALIAÇÃO E DIAGNÓSTICO DAS PATOLOGIAS
7.1 - INTRODUÇÃO
A qualidade dos serviços que visem a recuperação de uma construção depende de uma avaliação
precisa da situação em que se encontra e do estudo detalhado dos efeitos produzidos pela
manifestação patológica que a acomete.
A condução de testes a avaliações de estruturas são atividades muito importantes para garantia da
qualidade e durabilidade das edificações, além de garantir que se atinja a vida útil projetada.
Podem-se citar as seguintes razões para se promover uma avaliação da construção afetada:
Quando a confiabilidade da estrutura é comprometida por deterioração geral;
Quando cargas adicionais serão aplicadas na estrutura;
Para obter informações visando projetos de reforço ou melhorias;
Para salvaguardar a segurança e a servicibilidade (funcionalidade) para condições
normais de utilização
Para criar um banco de dados de informações atualizadas sobre as condições de toda
estrutura, criando parâmetros para organizar operações de manutenção preventiva;
Para estabelecer prioridades para o reparo ou substituição de estruturas em níveis
elevados de deterioração.
A avaliação de uma construção é uma interação complexa entre:
Dados de serviço, ambientais e estruturais;
Dados de inspeção visual;
Dados de testes “in-situ” ou de laboratório.
A avaliação de construções acometidas por patologias é uma atividade multidisciplinar onde estarão
envolvidas disciplinas como:
Comportamento estrutural;
Tecnologia de materiais;
Projetos (normas, histórico, etc)
102
Método construtivo;
Estática;
Economia;
Para a manutenção das estruturas já existentes e em serviço, recomenda-se:
Análise dos mecanismos de deterioração;
Análise da agressividade do meio em que a edificação se encontra;
Testes de materiais e da estrutura;
Instrumentação e monitoração;
Para o projeto de novas edificações, recomenda-se:
Considerar na concepção do projeto, as questões inerentes a:
o Mecanismos de deterioração que possam afetar a edificação em função do meio
em que ela se encontra e das solicitações a que estará sujeita e a previsão de
medidas de proteção preventiva e manutenção ao longo da vida útil da
edificação.
o Primar nas atividades de execução e manutenção da edificação.
7.2 – ESTRATÉGIAS DE INSPEÇÃO
Ao se verificar que uma edificação está "doente", isto é, que apresenta problemas patológicos,
toma-se necessário efetuar uma vistoria detalhada e cuidadosamente planejada para que se possa
determinar as reais condições da estrutura, de forma a avaliar as anomalias existentes, suas causas,
providências a serem tomadas e os métodos a serem adotados para a recuperação ou o reforço.
As providências a adotar, e mesmo os limites a seguir quanto à avaliação da periculosidade de
determinados mecanismos de deterioração, podem e devem observar a importância das estruturas
em termos de resistência e durabilidade, assim como, muito particularmente, a agressividade
ambiental.
A Figura 7.1 apresenta a metodologia genérica para a inspeção de estruturas convencionais,
dividida em três etapas básicas: levantamento dos dados, análise e diagnóstico.
103
SIM
NÃO
SIM
NÃO
NÃO
SIM
Recomendações
Terapêuticas
Dados
Diagnóstico
Dados
Coleta de
Dados
Análise dos
Projetos
Instrumentação e
Ensaios
Novos
das Anomalias
Identificação
de Erros
Análise de
Histórico
Mapeamento
Medidas
Urgentes?
Providências
Emergenciais
Exame Visual
da Estrutura
Análise do
Meio Ambiente
Figura 7.1 - Fluxograma para estratégia de inspeção
7.2.1 Levantamento de Dados
Esta é a etapa que fornecerá os subsídios necessários para que a análise possa ser feita corretamente,
e compreende os seguintes passos:
a- classificação analítica do meio ambiente, em particular da agressividade à estrutura em
questão;
b- levantamento visual e medições expeditas da estrutura - consiste na observação normal, com
anotações, e medições nos principais elementos;
c- estimativa das possíveis conseqüências dos danos e, caso necessário, tomada de medidas de
emergência, tais como o escoramento de parte ou do todo da estrutura, alívio do
104
carregamento, instalação de instrumentos para medidas de deformações e recalque e
interdição da estrutura;
d- levantamento detalhado dos sintomas patológicos, inclusive com documentação fotográfica,
medidas de deformações (se necessário, com aparelhos topográficos), avaliação da presença
de cloretos ou de outros agentes agressores, de carbonatação, medidas de trincas e fissuras
(posição, extensão, abertura), medidas de perda de seção em barras de aço, etc.;
e- identificação de erros quanto à concepção da estrutura (projeto), à sua execução, ou ainda
quanto à sua utilização e manutenção;
f- análise do projeto original e dos projetos de modificações e ampliações, caso existam, de
forma a se poder determinar possíveis deficiências na concepção ou no dimensionamento
dos elementos estruturais danificados;
g- instrumentação da estrutura e realização de ensaios especiais, inclusive em laboratório, com-
preendendo:
tipologia e intensidade dos sistemas de deterioração e dos agentes agressores;
medições: geometria, nível, prumo e excentricidades; mapeamento das fissuras;
determinação de flechas residuais; evolução da abertura de fissuras e de deformações,
etc.;
estudos e ensaios: verificação dimensional dos elementos (seção transversal do concreto;
armaduras; cobrimento, etc.); investigação geotécnica; avaliação da resistência do
concreto e das características do aço; etc.
7.2.2 Técnica de Investigação
Um elemento importante para o diagnóstico é conseguir-se imaginar o movimento que deu origem à
trinca, já que a grande maioria delas está associada a movimentações das mais distintas naturezas.
Uma boa técnica exploratória, principalmente para que não sejam esquecidos ou descartados
aspectos importantes, é aquela que se baseia em eliminações subsequentes, tentando-se considerar
todo o universo de causas hipotéticas ou agentes patológicos.
No caso de não se conseguir chegar, através dos levantamentos mencionados, a um diagnóstico
seguro, medidas mais trabalhosas deverão ser tomadas, como:
revisão de cálculos estruturais;
a análise dos perfis de sondagem, e;
105
a tentativa de estimarem-se recalques.
Medidas mais sofisticadas poderão, ainda, ser consideradas, como:
a instrumentação da obra com clinômetros, defletômetros e extensômetros; e,
o acompanhamento de recalques com base em referencial profundo instalado fora da
zona de influência das fundações.
Também poderão ser adotadas medidas mais simples, para entendimento qualitativo do problema e
acompanhamento de sua eventual evolução. Nesse sentido, as fissuras poderão ser providas de
testemunhas ("gravatas") constituídas por material rígido (normalmente gesso nas partes internas da
construção e pasta constituída por cal e cimento nas partes externas) que, ao se fissurar indicará a
continuidade do movimento.
Poderão, também, serem utilizados testemunhas em metal ou vidro, com traços de referência,
coladas alternadamente nos dois lados do componente adjacentes à fissura. Essas testemunhas,
conforme a Figura 7.2, poderiam dar uma idéia quantitativa dos deslocamentos ocorridos.
Figura 7.2 - Testemunhas com traços de referência.
a- indica deslocamentos na horizontal b- Indica deslocamentos na vertical
A verificação da movimentação relativa entre trechos da parede seccionada por uma fissura poderá
ser determinada com precisão, mediante instrumentação da fissura com bases de aço e leitura das
movimentações relativas entre essas bases com extensômetro; instrumenta-se, por exemplo, uma
fissura com três bases constituindo um triângulo equilátero, nas condições da Figura 7.3.
106
Figura 7.3 - Fissura Instrumentada com bases de aço para leitura dos deslocamentos relativos
Geometricamente, o deslocamento horizontal "n'' e o deslocamento vertical relativo "t" seriam
expressos por:
4
)(2
222 caxaan (7.1)
2
cxt (7.2)
222 )()(2
1cbbaa
cx (7.3)
Com base nas observações e levantamentos efetuados no local da obra, entretanto, o técnico já
poderá chegar na maioria das vezes ao diagnóstico do problema. Deve-se alertar, contudo, que
juízos precipitados e idéias preconcebidas geralmente conduzem a diagnósticos incorretos. A
similaridade de situações, algumas vezes muito forte, pode induzir a erro o técnico menos avisado
ou menos cuidadoso.
A fissura ilustrada na Figura 7.4, por exemplo, poderia ser precipitadamente atribuída a um recalque
da fundação, no canto direito do prédio; porém com a análise de todas as condições de contorno, foi
estabelecido que a da fissuração da alvenaria foi provocada por excessiva flexibilidade da estrutura
sob a parede.
Antes de estabelecerem-se grandes elocubrações teóricas sobre o problema em análise, o técnico
deve também inspecionar tudo o que lhe for possível. A fissura e o componente fissurado devem ser
examinados por todos os ângulos, recorrenda-se, quando necessário, pequenas escavações ou
demolições, como pode ser observado na Figura 7.5.
107
Figura 7.4 - Fissuração da alvenaria devida à flexibilidade da estrutura de concreto armado, aparentando ter sido
provocada por recalque de fundação
No caso ilustrativo apresentado na Figura 7.6, havia, aparentemente, um fissura por sobrecarga
(compressão) no pé do pilar, procedendo-se com a abertura (retirada da camada de argamassa de
acabamento), verificou-se tratar de uma fissura proporcionada pelo movimento diferenciado,
provocado pelos diferentes coeficientes de dilatação térmica, entre a argamassa rígida e a manta de
impermeabilização.
Figura 7.5 - Pequena abertura da argamassa de revestimento para análise de fissura
108
Figura 7.6 - Fissura em pé de pilar provocada pelo movimentação térmica diferenciada entre a argamassa de
revestimento e a manta de impermeabilização.
Finalmente, a obtenção de dados históricos sobre a obra e/ou seu local de implantação às vezes
pode conduzir a pistas muito seguras no esclarecimento do problema. Assim sendo, a recuperação
do "diário de obra", de fotografias obtidas durante sua execução e de registros sobre eventuais
anomalias que tenham ocorrido na fase de construção ou de ocupação do edifício podem em alguns
casos ser tão importantes que os próprios levantamentos anteriormente mencionados.
7.2.3 Análise dos Dados
A segunda etapa, análise dos dados, deverá conduzir o analista a um perfeito entendimento do
comportamento da estrutura e de como surgiram e se desenvolveram os sintomas patológicos. Esta
análise deverá ser feita através de uma inspeção detalhada afim de evitar que as anomalias mais
graves não sejam detectadas por estarem ocultas por anomalias superficiais, assim como se deve
verificar atentamente se não houve mais do que um fator gerador do sintoma patológico que está
sendo analisado.
Através da inspeção detalhada dois objetivos primordiais deverão ser alcançados:
completar ou complementar a inspeção de rotina;
realizar testes específicos e especiais que sejam necessários para a avaliação completa da
edificação e definição da capacidade de carga restante.
Informações importantes a serem definidas neste item:
109
propriedades mecânicas do aço e do concreto
durabilidade do concreto
analise petrográfica do concreto para investigação da sua microestrutura e agressividade
de elementos químicos;
avaliação da taxa de corrosão do aço;
inspeção por raios – x;
impulsos ultra-sonicos;
ensaio de arrancamento;
difusão de clorídeos;
medida “in-situ” das tensões no concreto e aço;
medida “in-situ” da geometria, ações, respostas estáticas e dinâmicas.
A escolha dos testes a serem efetuados na edificação depende do engenheiro responsável pelo
processo de avaliação, pois uma escolha desnecessária poderá trazer resultados redundantes e
onerar o processo de avaliação.
Outra análise que pode ser realizada na estrutura, para verificação do estado potencial de risco que
esta oferece, denomina-se Prova de Carga. As provas de carga tem como objetivo testar a estrutura
com solicitações e avaliar as condições de resposta da edificação, principalmente quando existe a
necessidade de se manter a estrutura em uso durante o período de analise.
7.3 - MÉTODOS DE CONDIÇÕES DE AVALIAÇÃO PÓS INSPEÇÃO
Condição de avaliação é uma medida efetiva para quantificar a deterioração geral de uma edificação
inspecionada, baseada na avaliação numérica de todos os tipos essenciais de danos revelados
durante a inspeção, cujas características possam ter impacto na segurança e na durabilidade da
edificação. A avaliação numérica deve levar em conta:
O tipo de dano e seu efeito na segurança e/ou durabilidade da edificação (elemento
estrutural afetado);
A máxima intensidade de um tipo de dano em uma parte da estrutura;
O efeito do elemento estrutural afetado na segurança e durabilidade de toda a estrutura;
A extensão e propagação esperado do tipo de dano observado.
110
7.3.1 Método Básico
Método oriundo da adaptação de norma Austríaca para avaliação de pontes, onde a avaliação do
componente estrutural é dada pela soma de valores atribuídos para cada tipo de dano, multiplicado
pela extensão e intensidade do dano, importância do elemento estrutural e pela urgência de
intervenção, de acordo com a seguinte expressão:
n
i
iiiii kkkkGI1
4321 ).( (7.4)
Onde:
Item Descrição Valores Adotados
G Tipo de dano 1 a 5
k1i Extensão do dano 0 a 1
k2i Intensidade do dano 0 a 1
k3i Importância do elemento estrutural 0 a 1
k4i Urgência da intervenção 0 a 10
O índice obtido para a estrutura deve variar entre 0 a 70, e de acordo com o valor determinado, a
estrutura poderá ser classificada em 6 categorias de danos, abaixo apresentada:
Classe de Dano I (I = 0 a 5) – Sem Defeitos: somente deficiências construtivas, sem
necessidade de reparo, apenas de manutenção regular;
Classe de Dano II (I = 3 a 10) – Baixo Grau de Deterioração: Redução da
Servicibilidade: Redução da servicibilidade apenas após longo período de tempo sem
reparo;
Classe de Dano III (I = 7 a 15) – Médio Grau de Deterioração: Pode haver a redução da
servicibilidade. A intervenção deve ocorrer com alguma rapidez;
Classe de Dano IV (I = 12 a 25) – Alto Grau de Deterioração: Redução da
servicibilidade, porém sem necessidade de limitaçãoes. Intervenção Imediata.
Classe de Dano V (I = 22 a 35) – Deterioração Pesada: Redução da servicibilidade com
limitações graves de uso. Intervenção Imediata;
Classe de Dano VI (I > 30) – Deterioração Crítica: Escoramento Imediato, Restrição ao
Uso e Intervenção Imediata.
111
7.3.2 Método Geral
Neste método o índice não é mais expresso pela simples soma dos valores dos danos verificados
nos elementos estruturais, mas pela razão entre:
A soma efetiva dos valores dos danos obtidos levando em conta a lista fechada de tipos
de danos potenciais detectados na inspeção “in loco”, e;
A soma de referência de valores de danos obtidos levando-se em conta a mesma lista
fechada de todo tipo de dano que poderia realisticamente ocorrer na mesma estrutura ou
elemento estrutural, multiplicada pela intensidade unitária e fatores de extensão.
Assim o índice de condição de uma estrutura é definido com a fração ou percentagem do valor de
referência associado com a condição assumida da estrutura em particular. O índice de condição
pode ser calculado não só para a estrutura completa, mas também para cada componente estrutural,
principal ou não. No caso de estruturas multi-andares e multi-vãos, aonde a inspeção é feita vão a
vão, o índice é expresso pela soma média dos valores de danos calculados para cada vão.
O método ainda consiste em:
Os fatores de avaliação da intensidade de um tipo de dano são caracterizados de maneira
descritiva;
Os fatores para a avaliação da extensão dos danos são definidos por critérios descritivos
(sempre);
O índice de condição pode então ser determinado pela seguinte expressão:
iiiiiD kkkkBVR 4321 .... (7.5)
Onde:
VD = Valor do tipo de dano
Bi = valor básico associado ao tipo de dano i sobre a segurança e ou durabilidade do
componente estrutural inspecionado
K1i = fator do elemento estrutural, função de sua importância no contexto
da estrutura como um todo
K2i = fator indicativo da intensidade do tipo de dano i
K3i = fator cobrindo a extensão da propagação do tipo de dano “i” nos elementos
inspecionados;
K4i = fator enfatizante da urgência necessária da intervenção do dano “ i “
112
A lista de danos pode assumir os seguintes valores (Pontes):
Deslocamentos (Bi)
- Infraestrutura: Movimentos Laterais = 2,0
Rotações e Desaprumos = 2,0
Recalques Diferenciais = 3,0
Descalçamento das Fundações = 4,0
- Superestrutura: Movimentos Verticais = 2,0
Irregularidades = 1,0
Fator de Locação do Elemento (ki1)
- Infraestrutura = 1,0 ± 0,2
- Superestrutura = 1,2 ± 0,2 (Concreto Armado)
- Superestrutura = 1,45 ± 0,2 (Concreto Protendido)
- Tabuleiro = 0,4 ± 0,1
Fator de Intensidade do Dano (ki2)
- Classe I = 0,5 (Dano de tamanho pequeno, aparecendo em localizações simples do
elemento);
- Classe II = 1,0 (Dano de tamanho médio, confinado a locais simples, ou em pequenas
áreas);
- Classe III = 1,5 (Dano de tamanho grande, aparecendo em grandes áreas do elemento);
- Classe IV = 2,0 (Dano de tamanho muito grande, aparecendo na maior parte do elemento);
Fator de Extensão do Dano (ki3)
- Dano confinado a um único elemento = 0,5;
- Dano aparecendo em menos de ¼ dos elementos do arcabouço = 1,0;
- Dano aparecendo entre ¼ e ¾ dos elementos do arcabouço = 1,5;
- Dano aparecendo em mais de ¾ dos elementos do arcabouço = 2,0;
Fator de Urgência do Reparo (ki4)
- Intervenção não urgente = 1,0 (Dano não tem impacto na segurança ou na servicibilidade
da construção);
- Intervenção Breve = 2,0 a 3,0 (Dano deve ser reparado em um período não maior que 5
anos, para prevenir o colapso);
113
- Intervenção Imediata = 3,0 a 5,0 (Reparo imediato é necessário, já há um
comprometimento da estrutura pelo dano);
- Intervenção Urgente = 5,0 (Necessidade de escoramento, limitação do tráfego, evacuação
ou providencias semelhantes.
Os valores determinados pelas condições de avaliação pós inspeção vão permitir a determinação do
parâmetro de condição “RC “ que é então calculado pela expressão:
refD
D
CV
VR
,
(7.6)
Onde:
VD = soma efetiva de valores de danos calculados para a estrutura observada
(ou parte), relacionada com os tipos de defeitos da lista incorporada, e;
VD,re = soma de referência dos valores de dano obtidos levando em conta todos os danos
obtidos na lista, que podem potencialmente ocorrer na mesma estrutura.
O parâmetro de condição Rc da estrutura (ou do elemento estrutural isolado), deve então ser
comparado com a capacidade de carga restante da estrutura, que poderá, Poe sua vez, ser
determinada mediante:
Análise estrutural, levando em conta as condições medidas em cada seção crítica e
considerando os dados de ensaios e testes, quando disponíveis;
Redução da resistência de projeto, considerando a deterioração ou envelhecimento que afeta
a estrutura ou o elemento estrutural sob análise;
Prova de carga, quando os dados disponíveis são insuficientes para as considerações de
análise a serem feitas.
7.4 - DIAGNÓSTICO
A exemplo de um médico que se defronta pela primeira vez com um determinado paciente, sem
conhecer suas condições de gestação, crescimento, tipo de vida etc. o engenheiro ou o arquiteto é
chamado para diagnosticar a causa de determinadas enfermidades que acometem as construções.
114
Diagnosticar uma patologia é determinar as causa dos mecanismos de formação e da gravidade
potencial de uma manifestação patológica, com base na observação dos sintomas e na eventual
realização de estudos específicos.
Nem sempre é tarefa fácil diagnosticar a causa de uma trinca. Uma causa pode provocar diversas
configurações de trincas e uma configuração pode ser representativa de diversas causas. Não raras
vezes observam-se trincas originadas por uma somatória de causas, com configurações as mais
variadas.
Em alguns casos, o diagnóstico correto só poderá ser elaborado a partir de minuciosos ensaios de
laboratório, revisão de projetos e mesmo instrumentação e acompanhamento da obra.
A resolução de um problema patológico passa obrigatoriamente por três etapas:
a- levantamento de subsídios: acumular e organizar as informações necessárias e suficientes
para o entendimento dos fenômenos;
b- diagnóstico da situação: entender os fenômenos, identificando as múltiplas relações de
causa e efeito que normalmente caracterizam um problema patológico;
c- definição de conduta: prescrever a solução do problema, especificando todos os insumos
necessários, e prever a real eficiência da solução proposta.
No tocante ao levantamento de subsídios, é imprescindível o exame cuidadoso da obra,
recorrendo-se à sensibilidade do técnico e, eventualmente, a algumas verificações expeditas com o
emprego de instrumentos específicos, tais como, esclerômetro, pacômetro, indicador de umidade
superficial, etc.
115
8 – MATERIAIS PARA RECUPERAÇÃO E REFORÇO
8.1 – INTRODUÇÃO
Para que se posa realizar a recuperação de uma patologia de forma eficiente faz-se necessário
conhecer os materiais existentes no mercado, suas propriedades, vantagens e desvantagens, detalhes
de preparação da estrutura, técnicas de aplicação, custos e procedimentos posteriores a sua
aplicação. Nos últimos anos houve um grande desenvolvimento nestes materiais, o que nos fornece
uma gama muito grande de opções, e o lançamento de novos produtos é constante. Assim sendo,
citar-se-á os principais materiais utilizados nos procedimentos de reparo de patologias.
Um grande desafio do profissional da área de patologia das construções é a escolha adequada do
material de recuperação, visando seu perfeito comportamento com o substrato. Deve-se lembrar que
existem tensões entre o substrato e o material de recuperação, de modo que deve existir uma
perfeita aderência entre estes materiais para que o resultado final seja uma estrutura sólida e
monolítica, caso contrário, irão aparecer trincas ou fissuras na interface destes materiais, e a
recuperação não terá um desempenho satisfatório.
Outro cuidado é no preparo do substrato, pois se o mesmo possuir poros abertos facilitará a
aderência entre os dois materiais através de uma ancoragem do material de recuperação.
Figura 8.1 – Esquema de ancoragem pelos poros.
116
Também se deve prestar atenção entre a compatibilidade do material de recuperação com as
condições de saturação da superfície do substrato, pois alguns materiais não podem ser aplicados
em superfícies molhadas e outros já necessitam de umidade superficial para uma perfeita aderência.
8.2 – MATERIAIS UTILIZADOS
8.2.1 Concreto
O concreto é o material mais utilizado nas operações de recuperação estrutural, muitas vezes
exigindo um traço especial. Entre os requisitos de desempenho tem-se que considerar uma alta
resistência inicial, ausência de retração, expansão controlada, boa aderência com o substrato, baixa
permeabilidade, etc.
É muito comum o uso de aditivos e adições, tais como superplastificantes, expansores, sílica ativa,
polímeros e fibras.
8.2.2 Argamassas
São largamente utilizadas, podendo ser de vários tipos, como: polimérica, base de epóxi, base
fenólica, etc. Também podem receber aditivos ou adições. Normalmente são utilizadas para reparos
de pequenas profundidades e onde se exija alta resistência a agressividade química.
8.2.3 Endurecedores de Superfície
São produtos líquidos à base de silicato de sódio ou fluossilicato de magnésio, sódio ou zinco, que
podem ser usados separadamente ou combinados. A capa de piso resistente à abrasão é obtida em
função da reação do hidróxido de cálcio da hidratação do cimento com a solução de metassilicato de
sódio, endurecendo a superfície do concreto, conforme indicado na expressão 8.1.
(8.1)
8.2.4 Inibidores de Corrosão
São materiais que possuem a capacidade de reduzir a corrosão das armaduras. Podem ser pinturas
nas armaduras com produtos à base de epóxi, com ou sem carga de zinco, no entanto este tipo de
proteção deve ser submetida a um ensaio de aderência para garantir sua eficiência; Existem as
chamadas proteções catódicas, onde se fixa à armadura um eletrodo de sacrifício à base de zinco
117
que, por ser mais eletro-negativo, acaba corroendo e preservando a armadura, no entanto estes
eletrodos de sacrifício possuem uma vida útil e devem ser substituídos ao término desta; e também
existem os produtos líquidos que podem ser impregnados no concreto endurecido ou incorporados
na massa de concreto durante sua aplicação, citando como exemplos o nitrito de sódio, nitrito de
cálcio, benzoato de sódio, molibdato de sódio e óxido de zinco.
8.2.5 Outros materiais
a) grautes – é um material fluido e auto-adensável, podendo ser à base de cimento ou orgânico;
b) aditivos – são produtos formulados para melhorar algumas propriedades dos concretos e
argamassas. Os mais utilizados são os aceleradores e retardadores de pega, os plastificantes,
os expansores e os impermeabilizantes;
c) óleos – utilizados para impermeabilização e proteção da superfície;
d) tintas e vernizes – utilizadas para proteção e impermeabilização da superfície;
e) selantes – utilizados nas juntas de movimentação;
f) adesivos – são produtos utilizados para unir dois materiais e ancorar barras de aço.
118
9 – TÉCNICAS DE RECUPERAÇÃO E REFORÇO
9.1 – PREPARO DO SUBSTRATO
O preparo do substrato envolve as operações de remoção do concreto deteriorado e lavagem da
região a ser recuperada. Estas operações são a base para uma recuperação eficiente, assim sendo,
estas operações não devem ser menosprezadas sob risco de comprometer todo o trabalho de
recuperação.
9.1.1 Remoção do concreto deteriorado
Para a remoção do concreto deteriorado, pode-se utilizar um dos seguintes procedimentos:
a) Escarificação manual ou apicoamento
É utilizada para pequenas áreas ou em
regiões onde é difícil o acesso de
equipamentos. Consiste em remover uma
pequena espessura de concreto. Para a
execução dos serviços utiliza-se ponteiro,
talhadeira e marreta leve. Apresenta baixa
produtividade, que depende das condições
de superfície e de trabalho.
b) Escarificação mecânica
É utilizada para o apicoamento de grandes
ares, porém removendo uma pequena
espessura de concreto. Utilizam-se
martelos pneumático ou elétricos leves.
119
c) Lixamento
Pode ser manual ou elétrico. O
lixamento manual é utilizado
para pequenas superfícies e
barras de aço, apresentando
baixa produtividade. O
lixamento elétrico é utilizado
em grandes superfícies de
concreto ou chapas de aço,
apresentando alto rendimento,
porém gera uma quantidade
excessiva de poeira.
d) Escovação manual
Utilizada apenas para a remoção dos
produtos da corrosão em pequenas
extensões de barras de aço, pela utilização
de escova com cerdas metálicas. Apresenta
baixa produtividade.
e) Pistola de agulha
Utilizada para a limpeza de perfis
metálicos. O equipamento não deve entrar
em contato com o concreto, pois as
agulhas serão danificadas.
120
f) Disco de corte
Utilizado para tirar rebarbas, delimitar
uma área a ser restaurada e abrir vincos
para tratamento de fissuras. Utiliza uma
máquina de corte (maquita) com discos
diamantados para abrir sulcos de pequena
profundidade, de modo a não danificar as
armaduras.
g) Remoção profunda do concreto
Consiste em remover o concreto em uma
profundidade de 2 a 3cm além da
armadura, com a utilização de um martelo
pneumático apropriado, sem danificar as
barras de aço.
9.1.2 Limpeza da superfície
A limpeza da superfície constitui o conjunto de procedimentos utilizados para a remoção de poeiras,
óleos, graxas e outras impurezas para a posterior aplicação dos produtos para reparo da peça. As
principais técnicas de limpeza são:
a) Jatos de água
121
É utilizado para limpeza de grandes áreas,
utilizando um jato de água sob pressão
controlada, com água fria ou quente.
b) Soluções ácidas
Este procedimento é utilizado para a remoção de tintas, ferrugens, carbonatação, etc. Para a
aplicação de soluções ácidas deve-se adotar alguns cuidados iniciais, tais como: saturar a
estrutura com água para evitar a penetração do ácido; evitar utilizar estas soluções em estruturas
onde o cobrimento das armaduras seja de pequena espessura; não utilizar próximo de juntas de
dilatação; aplicar por aspersão em pequenas áreas; após o término da efervescência que
caracteriza a descontaminação, a estrutura deve ser lavada com uma solução de amônia para
neutralizar o ácido e lavada com água.
c) Soluções alcalinas
Possui utilização similar às soluções ácidas, acrescentando a limpeza de resíduos ácidos. Aplica-
se por aspersão sobre a estrutura saturada, lavando-se a estrutura após a utilização destas
soluções. As soluções alcalinas não devem ser utilizadas em concretos com agregados reativos.
d) Jatos de vapor
É utilizado para a limpeza de grandes áreas, na remoção impurezas minerais e orgânicas, e deve
ser aplicado juntamente com um removedor biodegradável. O equipamento para aplicação é
constituído por uma mangueira de alta pressão e uma caldeira para geração de calor.
e) Jatos de ar comprimido
É utilizado para a remoção de pó e secagem da estrutura. No caso da remoção de pó, a estrutura
não deve estar úmida. O compressor de ar deve ser dotado de filtro de ar e óleo para não utilizar
ar sujo nem danificar a estrutura.
122
9.1.3 Demolição do Concreto
Em algumas situações pode ser necessária a demolição de parte da estrutura, ou de seu todo. Todo
processo de demolição deve ser analisado por um especialista em estruturas, pois ocorre uma
modificação nas condições de equilíbrio da estrutura.
Para a demolição de grandes blocos de concreto, uma técnica consiste na utilização de agentes
expansivos constituídos por um comento Portland especial. A técnica consiste em executar uma
malha uniforme de furos distanciados de, aproximadamente, 50cm e preenche-los com o produto
expansivo que provocará a demolição do concreto.
Uma técnica que vem se desenvolvendo é a hidrodemolição, que consiste na demolição do concreto
com jatos de água que podem exercer uma pressão que varia de 1GPa a 5GPa com um consumo de
água entre 5 e 20 l/min. Souza e Ripper (1998) apresentam a equação estabelecida por Cooley
(1974) para determinar a profundidade de corte em função da pressão do jato de água, dada por:
mck
dv
v
f
pDch 128,0 5,1
(9.1)
onde h é a profundidade de corte, D é o diâmetro da mangueira, cd é um coeficiente que depende do
estado de conservação da mangueira (varia de 0,6 a 0,9), é um fator de correção que depende da
distância de aplicação do jato (l) dado por
11,0
512,1
l , p é a pressão da máquina dada por v
2/2, v
é a velocidade do jato e vm é a velocidade de deslocamento transversal do jato.
Ainda existe a demolição tradicional, utilizando
um martele pneumático ou a óleo diesel. Este
procedimento requer cuidados para não
comprometer a estrutura existente, não sendo
aconselhável para peças esbeltas.
123
9.2 – TRATAMENTO DE FISURAS
9.2.1 Identificação do tipo de fissura e seleção da técnica a adotar
O tratamento das peças fissuradas depende da causa das fissuras, do seu tipo (fissura ativa ou
passiva) e de sua gravidade (profundidade e extensão). As fissuras superficiais possuem um
tratamento mais simples e com materiais mais baratos. Já as fissuras profundas necessitam de um
tratamento com equipamentos e materiais mais caros.
Quando a fissura está ativa não é possível eliminá-la, então deve-se fazer o tratamento com algum
material elástico para vedar a fissura, impedindo a penetração de agentes agressivos. Em seguida
deve-se eliminar a causa da fissura. Tal ação irá transformar a fissura ativa em passiva, quando se
pode vedar a fissura com um material resistente, devolvendo o monolitismo da peça.
9.2.2 Métodos de reparo
a) Injeções
Souza e Ripper (1998) definem injeção como a técnica de preenchimento de todo o espaço entre
os bordos de uma fenda. Toda fissura com abertura superior a 0,1mm deve ser tratada, sendo
que o processo de injeção sob baixa pressão (<0,1 MPa) é muito utilizado.
Nas fissuras passivas faz-se a injeção com materiais rígidos como epóxi (mais utilizados) ou
grautes para reestabelecer o monolitismo das peças. Nas fissuras ativas utiliza-se resinas
flexíveis ou polisulfuretos, como resinas acrílicas ou poliuretânicas, que devem possuir, após o
seu endurecimento, uma capacidade de se alongar sem sofrer a ruptura superior a 100%,
resistência à tração superior à do concreto e boa ader6encia.
O processo de injeção segue os seguintes passos:
1o) Abertura de furos ao longo da fissura, com 10mm de diâmetro e 30mm de profundidade,
espaçados de 1,5 vezes a profundidade da fissura e não mais que 30cm;
2o) Limpeza da fissura e dos furos com jato de ar comprimido;
3o) Fixar tubos metálicos ou de plásticos nos furos para servirem de pontos de injeção e de
respiro;
4o) Fazer a selagem superficial da fissura. Existem três sistemas de selagem das fissuras. Para
fissuras estreitas (<0,1mm) e concreto em bom estado, basta selar a fissura com material
124
termoplástico ou fita adesiva. Para aberturas maiores utiliza-se cola epoxídica aplicada com
colher de pedreiro. Se o concreto estiver deteriorado, faz-se uma abertura em “V” ao longo de
toda a fissura e faz-se a selagem com uma formulação epóxi com agente tixotrópico;
5o) Testar o sistema com ar comprimido para verificar a qualidade da selagem e a comunicação
entre os tubos de injeção e respiro. Esta verificação deve ser feita após a cura da resina epóxi,
que ocorre entre 12h e 24h após a aplicação;
6o) Efetuar a injeção pelos tubos mais baixos e quando a resina sair pelo tubo superior mais
próximo deve-se passa a injetar por este outro tubo, e assim sucessivamente até preencher toda a
fissura;
7o) Após o término da injeção e a cura da resina, deve-se retirar a camada selante e fazer o
acabamento da peça.
Algumas observações importantes durante o processo de injeção são:
- Os tubos de injeção devem estar desobstruídos para o perfeito acompanhamento do
processo.
- Quando a fissura é passante por toda a espessura do elemento estrutural é
recomendável colocar bicos de injeção nas duas faces da peça.
- Se houver dificuldade na entrada da resina deve-se manter a pressão por um período
um pouco maior, porém deve-se cessar o processo caso observe-se que não está
ocorrendo a injeção.
- Para a aplicação de resina epóxi, o concreto deve estar seco.
- O controle de qualidade do processo pode ser verificado pelas seguintes inspeções:
i. Na recepção dos materiais – verificar a validade e laudos que garantem as
características dos materiais;
ii. Comprovação da efetividade da injeção – retirada de testemunho com altura
superior à profundidade da fissura e observar que, pelo menos, 90% da
fissura está injetada, conforme mostra a figura abaixo.
125
- Para efeito de cálculo, recomenda-se adotar uma redução de 20 a 30% na resistência
do elemento recuperado, para compensar a possibilidade de uma injeção incompleta
ou a penetração de impurezas.
As formulações de resinas epóxi a serem empregadas nas injeções de fissuras devem possuir:
- trabalhabilidade adequada à sua utilização;
- “pot-life” ou coeficiente de polimeração, que é o tempo de endurecimento ou vida
útil, conveniente para sua aplicação;
- cura rápida;
- deformação por fluência despresível;
- baixa retração;
- baixos valores de módulo de deformação (20 a 50 GPa);
- resistência mecânica superior à do concreto;
- viscosidade adequada ao tipo de fissura.
Em geral, estas propriedades são encontradas em resinas epóxi à base de epicloridrina e bifenol
com catalizador de amina. Conforme recomendação de Pimentel e Teixeira (1978) e Cánovas
(1988), as resinas epóxi a serem utilizadas são:
- aberturas de fissuras < 0,2mm – resina epóxi bicomponente sem dissolvente, com
viscosidade de 100centipoises (cps) a 20oC.
- aberturas de fissuras de 0,2 a 0,6mm – resina epóxi bicomponente sem dissolvente,
com viscosidade menor que 500 cps a 20oC.
- aberturas de fissuras de 0,6 a 3,0mm – resina epóxi bicomponente pura, com
viscosidade menor que 1500 cps a 20oC.
126
- aberturas de fissuras > 3,0mm – resinas epóxi com carga mas sem solvente. A carga
pode ser areia com diâmetro de até 1mm, na relação 1:1.
b) Selagem
É a técnica de vedação de uma fissura ativa com um material aderente, com resistência química
e mecânica, não retrátil e com módulo de elasticidade adequado para acompanhar as
deformações da peça. É utilizado em fissuras com abertura superior a 10mm.
Para abertura de 10 a 30mm faz-se o enchimento da fenda com graute e a selagem das bordas
com produto à base de epóxi.
Para aberturas maiores que 30mm deve-se proceder de maneira análoga à execução de uma
junta de dilatação, colocando-se um cordão de poliestireno no fundo da fissura, preenchendo-se
com mástique sobre este cordão e executando a polimerização lateral. Também pode-se
substituir o cordão de poliestireno e o mástique por neoprene.
127
c) Ocratização
Este sistema baseia-se no emprego de um gás de tetrafluorsilicato que se introduz sob pressão
nas fissuras, que reage com a cal liberada na hidratação do cimento da seguinte forma:
4242 22 OHSiCaFSiFOHCa (9.2)
Outra forma é a utilização de fluorsilicato de sódio e potássio ou zinco, aplicado por aspersão
superficial, que penetra por capilaridade na fissura, reagindo com a cal livre formando
fluorsilicato de cálcio insolúvel, que fecha a fissura de dentro para fora.
d) Cicatrização
As fissuras passivas podem fechar por si mesmas quando os elementos de concreto que estão
fissurados se encontram saturados de água, sem que a água circule pela fissura. Este fenômeno
ocorre devido a carbonatação do óxido e hidróxido de cálcio do cimento, pela ação do anidrido
carbônico do ar e da água. Os cristais de carbonato de cálcio formados se encaixam entre si,
formando uma aderência mecânica e química.
e) Grampeamento
Consiste em costurar a fissura com grampos em forma de “U”. O diâmetro, comprimento e
espaçamento dos grampos dependem dos esforços de tração a que estarão submetidos. A fixação
dos grampos se dá por meio de cola estrutural à base de epóxi e deve ser desalinhada, para
evitar a formação de um plano de fissuração. A figura abaixo exemplifica o posicionamento dos
grampos.
9.3 – TRATAMENTO DE NINHOS
Esta patologia tem sua origem em dosagens deficientes ou defeitos de concretagem ou
adensamento. As principais causas envolvem uma baixa relação água/cimento, adensamento
deficiente e grande concentração de armadura. Os ninhos podem estar localizados em uma camada
128
mais externa, na superfície da peça, sendo de fácil correção, ou ainda no interior da massa de
concreto, de difícil detecção e correção.
As técnicas utilizadas no tratamento de ninhos variam de acordo com a magnitude do problema.
Quando a falha é superficial, atingindo apenas a região de cobrimento das armaduras, pode-se
realizar o restauro efetuando uma limpeza adequada da região, aplicar uma ponte de aderência e
recompor a seção da peça com uma argamassa de cimento, epóxi ou polimérica.
Para a recuperação de grandes áreas e problemas mais graves, deve-se adotar cuidados especiais.
Primeiramente deve-se estudar um escoramento adequado para a peça. O preparo do substrato deve
ser feito considerando-se que o concreto ao redor do ninho pode apresentar-se danificado, em
seguida faz-se à limpeza do substrato, aplica-se a ponte de aderência e reconstituí-se a seção da
peça. Pode-se utilizar um concreto ou micro-concreto com uma resistência à compressão superior à
do concreto da peça, ou ainda graute ou argamassa epóxi. O material utilizado para o reparo não
pode sofrer retração.
9.4 – TRATAMENTO DE DESAGREGAÇÕES
Estas patologias são as mais difíceis de se recuperar, sendo que, em muitos casos, faz-se necessário
a demolição do elemento.
Antes de se proceder a recuperação de um concreto atacado por desagregação é de fundamental
importância realizar uma análise do concreto e do meio ao qual está exposto, para se determinar as
causas geradoras da patologia.
Em geral, a reparação consiste em substituir a região atacada, realizando um escoramento adequado
do elemento, o preparo e limpeza do substrato, a reconstituição da seção com um concreto
adequado e a devida proteção da superfície da peça.
Nestes casos, o concreto de reparo deve ser um CAD com índice de vazios muito baixo e com
resistência ao meio agressivo adequada. A proteção superficial pode ser feita com resina epóxi ou
silicone repelente de água.
129
9.5 – CORROSÃO DE ARMADURAS
Uma vez iniciado o processo corrosivo das armaduras não se pode mais detê-lo, a menos que se
utilize uma proteção catódica, que apresenta um custo elevado. A maioria dos métodos de
recuperação baseia-se na substituição do concreto deteriorado e limpeza das armaduras, com
substituição, se necessário.
a) Eliminação do concreto deteriorado
Deve-se retirar o concreto de forma manual ou mecânica até uma profundidade de 2cm por trás
das armaduras, sem deixar partículas soltas. É importante ter acesso a toda circunferência da
armadura, pois caso uma parte da armadura fique em contato com o concreto velho estaremos
criando uma pilha de corrosão eletroquímica, pois parte da armadura continuará contendo
produtos da corrosão, e esta parte atuará como ânodo e a parte recuperada como cátodo, fazendo
com que o processo corrosivo torne-se mais acelerado.
b) Limpeza das armaduras
Todo o produto da corrosão que esteja aderido à armadura deve ser removido através de
lixamento ou escovação. Sempre que houver uma redução de seção transversal da armadura
superior a 15% deve-se executar um reforço estrutural, colocando-se novas barras de aço para
repor a área de armadura necessária.
Após a limpeza das armaduras pode-se fazer uma pintura de proteção. Existem estudos deste
procedimento, no entanto sem resultados definitivos sobre sua eficiência e compatibilidade com
o concreto.
c) Reconstituição do concreto
Para realizar a reconstituição da seção transversal da peça deve-se aplicar uma ponte de
aderência entre o concreto velho e o novo e fazer a reconstituição da seção utilizando-se um
concreto adequado, graute ou argamassa à base de epóxi ou polimérica.
O material utilizado para reparo deve restaurar o meio alcalino que proporciona a passivação
das armaduras e fazer uma proteção física ao aço, assim sendo, não pode sofrer retração.
130
9.6 – ALVENARIAS E REVESTIMENTOS
Segundo Thomaz (2001), as alvenarias são os elementos de uma obra mais susceptíveis ao
aparecimento de fissuras, assim sendo, a recuperação de alvenarias é muito freqüente, e o processo
de reparo está condicionado à movimentação da fissura.
Uma fissura bastante comum ocorre na interface alvenaria/pilar devido à diferença dos coeficientes
de dilatação térmica dos materiais. A recuperação desta fissura pode ser feita com o emprego de um
material flexível entre estes elementos, ou pelo emprego de uma tela metálica na argamassa de
revestimento.
Em paredes longas onde aparecem fissuras verticais em um ou mais pontos da parede, deve-se criar
juntas de movimentação nos locais onde ocorreram as fissuras. Já para a recuperação de fissuras
originárias de movimentação higrotérmica, pode-se utilizar uma tela metálica ou uma bandagem
que permita a dessolidarização entre o revestimento e a alvenaria.
131
As fissuras ativas devem ser recuperadas com o uso de material flexível (poliuretano, silicone, etc).
Para a aplicação, abre-se um sulco de 20mm x 10mm em forma de “V” sobre a fissura, limpa-se o
local e, após completamente seco, aplica-se o selante.
Nos cantos de portas e janelas, junto das vergas e contra-vergas, pode ser necessário aumentar o
comprimento destas peças ou, caso elas não existam, deve-se executá-las. Nos pontos de passagem
de eletrodutos ou tubulações ocorre um enfraquecimento da alvenaria, podendo surgir fissuras.
Nestes locais, recupera-se a alvenaria com o uso de telas metálicas.
Nas fissuras provenientes de deformações térmicas entre o concreto e a alvenaria, recomenda-se
soltar a alvenaria da estrutura com o uso de material flexível na interface destes elementos.
132
10 – ANÁLISE DE REFORÇO ESTRUTURAL
10.1 – DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA RESUDUAL
Segundo Souza e Ripper (1998), existe pouca bibliografia referente à determinação da resistência
residual de estruturas de concreto, assim como não existem Normas Técnicas específicas sobre
patologias e reforço estrutural.
10.1.1 Resistência residual de peças fletidas
O modelo de análise de uma viga danificada sujeita ao esforço de flexão considera que um trecho
“ld” da armadura está sem aderência ao concreto, seja por corrosão das armaduras ou qualquer outra
causa, como esquematizado na Figura 10.1.
Figura 10.1 – Modelo de viga fletida para determinação da resistência residual
Muitos pesquisadores estudaram este modelo e consideraram como hipóteses básicas que a
armadura está convenientemente ancorada em regiões de concreto são, toda a região danificada está
tracionada, que o concreto tenha um comportamento elástico e que a teoria de Bernoulli é válida.
Na análise da resistência residual também se deve avaliar as condições de equilíbrio e a
compatibilidade de deformações, indicadas nas equações 10.1 a 10.3.
02
0bx
AH cys
(10.1)
MzAM ys0 (10.2)
L L
cs dldl0 0
(10.3)
133
O comportamento de uma viga danificada depende do comprimento de armadura sem aderência;
quanto maior este comprimento, maior será a tensão no concreto, podendo ocasionar, inclusive,
uma ruptura frágil por esmagamento do concreto.
Eyre e Nokhasteh, appud Souza e Ripper (1998), desenvolveram estudos que levaram à formulação
de equações algébricas que possibilitam determinar a resistência residual de elementos fletidos. A
Figura 10.2 apresenta alguns gráficos desenvolvidos a partir das equações algébricas.
Figura 10.2 – Curvas capacidade de carga x comprimento danificado
onde P0 é a capacidade de carga do elemento não danificado, P é a capacidade de carga do elemento
danificado, dl é o comprimento danificado adimensional (L
ll d
d ), As é a área de armadura
tracionada, c
y
f
f
3
2 , fy é a tensão de escoamento do aço, fc é a resistência à compressão axial do
concreto e é a taxa de armadura da seção.
Dos estudos realizados por Eyre e Nokhasteh, pode-se concluir:
i) as reduções da capacidade de carga são menores para elementos menos armados;
ii) quanto maior a taxa de armadura, maior será a redução da capacidade de carga;
iii) quanto maior a resistência do concreto, menor será a redução da capacidade de carga.
10.1.2 Resistência residual de peças comprimidas
Os estudos experimentais para a determinação da capacidade de carga de elementos comprimidos
ainda estão em fase de desenvolvimento, no entanto algumas análises podem ser feitas, conforme
descrito em Souza e Ripper (1998).
134
Adotando algumas hipóteses simplificadoras é possível escrever a capacidade de carga de um pilar
(carga última) como:
''85,0 ssccdu AfAfP (10.4)
onde fcd é a resistência de cálculo do concreto, Ac é a área de concreto, fs é a tensão na armadura
para um encurtamento de 0,2% e As é a área total de aço.
Quando ocorrem patologias nos pilares deve-se analisar:
i) fissuras no concreto: sempre que surgirem fissuras no concreto superiores a 0,2mm, deve-se
desprezar a região fissurada na determinação da área de concreto, pois ocorre uma redução
substancial na carga última;
ii) corrosão na armadura longitudinal: provoca uma redução na área de aço, que deve ser
recalculada. Se comparada à fissuração no concreto, gera menores perdas na carga última;
iii) corrosão no estribo: produz efeitos sérios sobre a estrutura, pois os estribos conferem um
confinamento ao concreto, combatendo o efeito de Poisson e reduzindo as tensões biaxiais no
concreto, além de combaterem a flambagem da armadura longitudinal.
10.2 – REFORÇO COM CHAPAS COLADAS
10.2.1 Introdução
Esta técnica de reforço, aparentemente simples, consiste em fazer a união de uma chapa metálica ao
concreto, de modo que estes elementos trabalhem juntos, ocorrendo uma correta transmissão dos
esforços. Esta união geralmente é feita com resina epóxi com formulação adequada ou por
chumbamento, como mostra a Figura 10.3.
Figura 10.3 – Reforço com chapas coladas.
135
Neste sistema de reforço, a adesão entre o concreto e o aço é extremamente importante para o
funcionamento do sistema, sendo que os fatores que afetam esta adesão são:
- a qualidade do adesivo;
- o estado da superfície dos dois materiais;
- as propriedades dos materiais.
Numa peça sujeita à flexão reforçada com chapas de aço, devido ao momento fletor, aparecem
tensões tangenciais no elemento de união entre o concreto e o aço (normalmente a resina epóxi).
Assim sendo, os adesivos utilizados devem possuir uma grande resistência à tração, que, entre
outros fatores, é fortemente influenciada pela espessura da camada de resina. A Figura 10.4
apresenta o efeito da espessura da resina epóxi em sua resistência à tração.
Figura 10.4 – Influência da camada de resina na sua resistência à tração.
Para o bom funcionamento deste sistema de reforço é necessária uma preparação prévia das
superfícies a serem unidas. Estas superfícies devem ser planas, limpas, secas e ligeiramente rugosas,
porém esta rugosidade deve ser pequena para evitar a formação de bolhas na resina e para não
aumentar a espessura da camada de resina.
10.2.2 Dimensionamento do reforço
Os estudos de dimensionamento de reforço estrutural com chapas coladas começaram a ser
desenvolvidos em 1971 por L’Hermite e J. Bresson. Este sistema apresenta como vantagens o
aumento da capacidade resistente sem alteração significativa da seção transversal. Por outro lado
obtém-se um aumento da rigidez.
136
Os métodos de dimensionamento seguem as recomendações do CEB, que especifica:
- a espessura da camada de cola não deve exceder 1,5mm;
- a espessura da chapa não deve exceder a 3mm;
- a capacidade resistente após o reforço não pode ser superior a 1,5 vezes a capacidade
resistente inicial.
Flexão
Souza e Ripper (1998) apresentam diversos métodos de dimensionamento de reforços com chapas
metálicas para a flexão. Estes métodos consistem na determinação da área da seção transversal de
chapa de reforço. Os métodos apresentados pelos autores são: Método de Bresson (1971), Método
de Cánovas (1988), Método de Van Gemert (1991), Método de Ziraba (1995), Método de
Campagnolo (1995) e Método de Silveira e Souza (1997).
O Método de Bresson considera que o reforço deve ser dimensionado de modo que a viga
permaneça no Estádio II e o momento fletor solicitante é composto por duas partes, uma referente
às cargas permanentes e outra devido às sobrecargas.
O Método de Van Gemert é um estudo bastante recente e apresenta diferenças no dimensionamento
à flexão para lajes, vigas retangulares e vigas “T”. Este método considera a distribuição de tensões
na viga composta e o diagrama tensãoxdeformação não é linear.
Ziraba desenvolveu um método baseado nos estados limites últimos de flexão, cisalhamento,
deslocamentos e arrancamento do concreto de cobrimento.
Campagnolo desenvolveu um método que considera a viga trabalhando no Estádio II e a chapa de
reforço estando no limite de sua capacidade resistente.
O método desenvolvido por Silveira e Souza considera a viga fissurada abaixo da linha neutra, que
as seções permanecem planas após a deformação, os materiais têm comportamento linear, que não
ocorre deslizamento da armadura e da chapa e que a espessura da chapa é desprezível, condições
que caracterizam o Estádio II.
Neste trabalho será descrito o Método de Cánovas devido à sua simplicidade e por ser largamente
difundido. Este método divide o momento fletor atuante em duas parcelas, uma devida à carga
137
permanente (Mp) e outra devida à sobrecarga (Ms), além disso, considera o dimensionamento no
Estádio III. A Figura 10.5 apresenta o estado de tensões e deformações desenvolvido no Método de
Cánovas.
Figura 10.5 – Estado de tensões e deformações desenvolvidas no Método de Cánovas.
No dimensionamento deve-se verificar se as tensões atuantes no concreto, na armadura e na chapa
de reforço são inferiores à capacidade resistente dos materiais, ou seja:
c
ckcscp
f
(10.5)
s
yk
sssp
f
(10.6)
s
yrs
srs
f
(10.7)
A tensão na armadura, após o reforço, é dada por:
Az
M p
sp
1
(10.8)
Considerando-se que o momento fletor total atuante (Mp+Ms) levou ao estado limite último, a
tensão no reforço será:
spydsrs f (10.9)
Fazendo o equilíbrio para o momento fletor Ms, tem-se:
ssrsrssrsrsss zAAzAAM (10.10)
Isolando a área da chapa de reforço:
Az
MA
srss
sr
(10.11)
138
Cisalhamento
Os estudos para reforço de vigas com chapas metálicas para resistir a esforços cortantes foram
realizados por Van Gemert (1986), existindo, também, orientações de Cánovas.
O Método de Van Gemert recomenda que o reforço seja calculado da mesma forma como são
calculados os estribos e que a chapa de reforço seja em forma de “L” com uma aba de apoio de
100mm. Cánovas recomenda que o dimensionamento seja efetuado do modo análogo à alma de
uma viga metálica, além de recomendar a forma em “L” e uma largura máxima de 300mm. As
Figuras 10.6 e 10.7 ilustram estas recomendações.
Figura 10.6 – Esquema de reforço ao cisalhamento segundo Van Gemert
Figura 10.7 – Esquema de reforço ao cisalhamento segundo Cánovas.
10.3 – REFORÇO COM PERFIS METÁLICOS
10.3.1 Introdução
O reforço de estruturas utilizando perfis laminados é uma técnica bastante antiga, acreditando-se
que foi o primeiro método de reforço utilizado. A utilização dos perfis para a execução de reforço
deve ser cuidadosa, pois o elemento metálico estará trabalhando em condições diferentes para as
quais foi concebido.
139
10.3.2 Reforço de pilares
Normalmente os pilares são reforçados por cantoneiras, nos quatro cantos, as quais são unidas entre
si, lateralmente, através de chapas soldadas, e executa-se um capitel e uma base metálica nas
extremidades. A Figura 10.8 apresenta uma ilustração deste sistema.
Figura 10.8 – Reforço de pilares com perfis metálicos
Para que o reforço trabalhe de forma adequada faz-se necessário descarregar o pilar e executar a
perfeita união do capitel e da base às lajes e fundações. Ao se efetuar o reforço de um pilar em um
determinado pavimento, este deve ser executado até às fundações, fazendo a união entre os reforços
dos diversos pavimentos. No caso de lajes planas, não se deve furá-las, neste caso deve-se analisar a
transmissão dos esforços entre a base e o capitel, verificando seu efeito sobre o concreto. A Figura
10.9 ilustra a união entre reforços de diferentes pavimentos.
Figura 10.9 – União entre reforços com perfis metálicos
140
Cánovas (1988) recomenda que a seção de aço do reforço seja capaz de resistir à totalidade da carga
do pilar. Já Souza e Ripper (1998) acreditam que este procedimento é muito conservador.
10.3.3 Reforço de vigas
Para que este reforço trabalhe de forma adequada faz-se necessário descarregar a viga antes do
início dos trabalhos. Os perfis de reforço podem ser fixados à estrutura por meio de chumbadores,
situação na qual a viga é calculada como viga mista e o chumbador dimensionado ao corte puro.
Outro sistema de fixação é utilizar resina epóxi juntamente com chumbadores, cuja diferença no
dimensionamento é que parte do esforço de corte será resistido pela resina. A Figura 10.10
exemplifica os sistemas de fixação.
Figura 10.10 – Sistemas de fixação de perfis metálicos como reforço em vigas
Na execução deste sistema de reforço deve-se cuidar para que haja uma perfeita aderência entre o
concreto e o perfil laminado, pois, caso contrário, o reforço trabalhará de forma independente, não
desempenhando sua função de forma eficaz.
10.4 – REFORÇO COM CONCRETO ARMADO
10.4.1 Introdução
O reforço de peças de estruturais utilizando concreto armado exige um detalhamento minucioso,
principalmente no que diz respeito ao cobrimento das armaduras, espaçamento, ancoragens,
emendas e dobramento das barras. A armadura utilizada deve ser perfeitamente limpa para melhorar
as condições de aderência.
Quando ocorre corrosão de armadura, sempre que a redução de seção for de 15% ou mais, faz-se
necessário reconstituir a seção de aço, devendo-se considerar a seção total de aço da peça, conforme
mostrado na Figura 10.11.
141
Figura 10.11 – Reconstituição da seção de aço
Na avaliação de estribos e lajes, que são calculados por faixas, deve-se atentar para o espaçamento
máximo das barras. E no caso de pilares deve-se cuidar com a simetria das barras.
10.4.2 Reforço de pilares
Souza e Ripper (1998) aconselham que o reforço de pilares seja feito através de cintamento com
aumento da seção transversal e considerando a capacidade de carga do pilar existente contribuindo
para a absorção dos esforços. Cánovas (1988), além do cintamento, também considera o aumento
simples da seção transversal com nova armadura, mas neste caso, o reforço deve ser capaz de
resistir à totalidade do carregamento vertical. A Figura 10.12 exemplifica os sistemas de reforço.
Figura 10.12 – Reforço em pilares utilizando concreto armado
Segundo Cánovas (1988), o reforço por cintamento é mais racional, pois aumenta a carga de ruptura
do pilar original devido à geração de um estado triaxial de tensões, induzido pelo cintamento. Com
isto, considera-se a colaboração do concreto do pilar original para resistir aos esforços solicitantes,
diminuindo a seção transversal do reforço em comparação com o simples aumento da seção
transversal.
142
O cintamento consiste em envolver o pilar com um estribo contínuo, de forma helicoidal, cujo passo
(t) deve satisfazer às seguintes condições:
cmt
cm
a
t 3
8
8
5
(10.12)
onde a é o diâmetro do núcleo de concreto e é o diâmetro da barra longitudinal. As pontas das
armaduras de cintamento devem ser fixadas no concreto do pilar.
10.4.3 Reforço de vigas
Existem diversas formas de se realizar o reforço de uma viga utilizando o concreto armado. Os
reforços podem ser para aumentar sua resistência à flexão ou ao cisalhamento. Souza e Ripper
(1998) apresentam um método de aumento da altura da viga realizando uma concretagem na parte
superior da viga, podendo-se ou não utilizar armadura de reforço. Porém, nem sempre este
procedimento é viável, e é válido para o aumento da resistência à flexão. A Figura 10.13 mostra este
sistema de reforço.
Figura 10.13 – Reforço de vigas com aumento de seção na parte superior.
Cánovas (1988) apresenta diversos métodos para o aumento da resistência à flexão de vigas. Um
método consiste em soldar estribos novos aos estribos existentes, na parte inferior da viga, e
adicionar uma armadura de flexão, executando-se a concretagem, conseqüentemente ocorre um
aumento da seção transversal a viga. A Figura 10.14 ilustra este procedimento.
Figura 10.14 – Reforço de vigas com aumento de seção na parte inferior.
143
Outro método consiste em abrir sulcos na viga existente e inserir a armadura de reforço, sem
aumentar a seção transversal da viga, conforme mostrado na Figura 10.15.
Figura 10.15 – Inserção de barras de reforço sem aumento de seção transversal.
O método que me parece mais aconselhável consiste na colocação de novos estribos envolvendo a
viga existente e ancorados na própria viga ou na parte superior da laje. Então se adiciona a
armadura de reforço à flexão e executa-se a concretagem, aumentando a seção transversal da viga,
como ilustrado na Figura 10.16.
Figura 10.16 – Reforço de vigas com aumento de seção e nova armadura.
Em todos os casos, para a execução do reforço, deve-se apicoar o concreto existente, limpar a
superfície, aplicar uma ponte de aderência e refazer a seção transversal.
Para o reforço de vigas devido à força cortante, deve-se apicoar as laterais da viga, efetuar a
limpeza, colocar novos estribos intermediários de reforço, aplicar uma ponte de aderência e
reconstituir a seção.
10.5 – REFORÇO COM CONCRETO PROTENDIDO
A protensão consiste em induzir um estado de tensões conhecido em um elemento estrutural, e no
caso do reforço estrutural, utiliza-se o sistema chamado de pós-tensão sem aderência. As principais
vantagens da utilização do reforço por protensão são:
144
- a possibilidade de reaplicar carga para compensar eventuais perdas de protensão ou
aumento de solicitação;
- utilizar a capacidade total da estrutura.
O sistema de protensão sem aderência utiliza os chamados cabos engraxados, ou monocordalhas
engraxadas. Os cabos de protensão são isolados com uma capa plástica de polietileno que serve
de bainha, além de uma camada de graxa de alta densidade que se interpõem entre o cabo e a
capa, propiciando uma proteção permanente contra a corrosão. A Figura 10.17 mostra a foto de
um rolo de cabo engraxado.
Figura 10.17 – Cabo engraxado.
Neste sistema de reforço deve ser dada uma atenção especial às ancoragens, pois toda a eficiência
do sistema reside no perfeito funcionamento das mesmas, visto que sua falha implica na falha de
todo o sistema de reforço. Conseqüentemente, o dimensionamento e o detalhamento do sistema
deve ser estudado caso a caso, buscando-se, na medida do possível, que o traçado do cabo
reproduza o antifunicular das cargas.
O traçado dos cabos é de fundamental importância para a configuração final de esforços numa peça
de concreto protendido. Uma vez que o objetivo primário da protensão é atuar em sentido oposto
aos esforços produzidos pelo carregamento externo, o traçado dos cabos deve ser projetado em
função das cargas atuantes na peça de forma a satisfazer os requisitos construtivos de cada projeto.
A Figura 10.18 ilustra o traçado de um cabo de protensão.
Figura 10.18 – Traçado de cabo aproximando-se do antifunicular de cargas
145
Muitas vezes, faz-se necessário perfurar outros elementos para a passagem dos cabos ou execução
da ancoragem. Nestes casos, deve-se fazer uma análise estrutural da viabilidade de executar os furos
e, no caso de ancoragens, verificar se o elemento resiste aos esforços que serão induzidos nestes
pontos.
Durante as operações de protensão, muitos cuidados são necessários, tanto para a segurança dos
operários quanto do sistema de protensão. Alguns desses cuidados são:
Durante o processo de descarga tenha cuidado para não danificar a bainha plástica. É
recomendado o uso de correia de nylon durante a descarga e manuseio dos materiais. Não use
correntes ou ganchos para descarregar os cabos, pois isso pode resultar em danos severos aos
mesmos.
O processo de descarga deve ser efetuado tão próximo quanto possível da área de
armazenamento para evitar manuseio excessivo dos materiais. Múltiplas movimentações de
estoque aumentam a possibilidade de danificar a bainha plástica e outros componentes do
sistema.
Todos os cabos devem ser estocados em uma área seca sobre um estrado para mantê-los
isolados do solo. Quando usadas lonas para proteção dos cabos, elas devem ser colocadas
formando uma tenda para permitir a livre circulação do ar por entre cabos enrolados para evitar
a corrosão em conseqüência da condensação que se forma embaixo da lona. Quando o
armazenamento por um longo prazo é necessário, os cabos devem ser protegidos da exposição
à luz do sol.
As cunhas e as ancoragens devem ser estocadas em uma área limpa e seca e identificadas por
pavimento e/ou seqüência de concretagem. Esses materiais somente devem ser usados na
concretagem programada para elas.
O macaco e o manômetro da bomba não podem ser separados. Ambos são calibrados como se
fossem um só equipamento.
146
Confira imediatamente os registros de calibração do macaco. Localize no manômetro da bomba
e no macaco o número correspondente ao registro de calibração. Macacos e manômetros das
bombas devem ser calibrados antes de remetidos à obra.
Guarde o equipamento de protensão em um lugar seguro, limpo e seco e permita que o acesso
aos equipamentos seja feito apenas por pessoal treinado e qualificado.
Uma área apropriada deve ser liberada ou um andaime seguro erguido para os trabalhadores
que vão executar a protensão. Os inspetores devem estar no canteiro de obras. A medição dos
alongamentos e a protensão são feitas simultaneamente.
De maneira alguma a posição da placa de ancoragem deve ser alterada verticalmente, a não ser
que autorizada pelo engenheiro responsável. Desvios horizontais das placas de ancoragem
podem ser aceitos desde que seja mantido o cobrimento adequado de concreto e o engenheiro
seja notificado da mudança.
Os cabos devem sempre ser colocados perpendicularmente às placas de ancoragem, caso
contrário poderá resultar em alongamento baixo, rompimento dos fios da cordoalha,
rompimento do cabo ou assentamento impróprio das cunhas.
Precauções especiais de segurança devem ser tomadas durante o uso do equipamento de
protensão:
- Posicione-se ao lado do equipamento
- Não permita que alguém permaneça à frente ou atrás do macaco hidráulico
O alongamento medido deve ser de +/- 7% dos valores mostrados nos desenhos de montagem. A
medição do alongamento deve ter uma precisão de +/- 3 mm. Se houver discrepâncias que
excedam a 7% de tolerância, NÃO PROTENDA MAIS qualquer cabo até que o problema seja
identificado e corrigido. Um registro da pressão do manômetro, da força do macaco e do
alongamento medido deve ser mantido para cada cabo. Submeta os registros completos da
protensão ao engenheiro para aprovação antes do corte das pontas dos cabos.
147
10.6 – REFORÇO COM FIBRAS DE CARBONO
10.6.1 Introdução
Segundo Machado (2002), os sistemas compósitos estruturados com fibras de carbono podem ser
utilizados com segurança para:
- reabilitar elementos estruturais de concreto armado danificados por patologias;
- reforçar elementos estruturais em boas condições.
Para a utilização dos compósitos com fibras de carbono no reforço estrutural, deve-se avaliar a
capacidade resistente do elemento a ser reforçado, para então dimensionar o reforço e definir o
sistema de aplicação.
Algumas das aplicações das fibras de carbono são:
a) Reforço de vigas à flexão e cisalhamento
b) Reforço de lajes à flexão;
c) Reforço de pilares.
148
10.6.2 Materiais e Propriedades
a) Resinas
Existe uma grande variedade de resinas utilizadas na confecção de compósitos, podendo ser à
base de epóxi, ésteres de vinil e poliésteres, formuladas para serem facilmente manuseadas e
aplicadas. As principais características das resinas são:
- compatibilidade com o substrato;
- elevada resistência de colagem;
- resistência a agentes agressivos;
- capacidade de preenchimento de vazios;
- compatibilidade e aderência com a fibra;
- etc.
As principais resinas utilizadas são:
a.1) Imprimadores primários – são utilizados para penetrar no substrato do concreto para
permitir a construção de uma ponte de aderência para outras resinas.
a.2) Reguladores de superfície – são utilizados para o preenchimento de vazios ou correções de
imperfeições superficiais.
a.3) Resinas de saturação – são utilizadas para a impregnação das fibras que constituem o
reforço, fixando-as no local e garantindo um meio efetivo de transferência de tensões de
cisalhamento entre elas.
a.4) Adesivos – são utilizados para a colagem de sistemas compósitos pré-impregnados ao
substrato de concreto. Efetuam a transferência de tensões de cisalhamento entre o substrato e o
laminado.
149
a.5) Revestimentos protetores – são utilizados para proteger a superfície colada de efeitos
danosos produzidos pelo ambiente.
b) Fibras
As fibras de aramída, vidro e carbono são as mais utilizadas nos sistemas de compósitos para
reforço estrutural e têm função primordial no compósito. A Figura 10.19 apresenta o diagrama
tensãoxdeformação de algumas fibras utilizadas na construção civil.
Figura 10.19 – Diagrama tensão x deformação de fibras.
Os sistemas compósitos com fibras de carbono comerciais apresentam as seguintes
características:
- alta resistência mecânica;
- resistência a ataques químicos;
- não são afetados pela corrosão;
- estabilidade térmica e reológica;
- bom comportamento à fadiga.
As principais propriedades das fibras de carbono são:
b.1) Peso específico – varia de 1,6 a 1,9 g/cm3.
b.2) Coeficiente de dilatação térmica – varia conforme a direção, tipo de fibra, resina e volume
de fibra no composto.
150
b.3) Efeito de altas temperaturas – existe uma temperatura, chamada Temperatura Vítrea, para a
qual a resina começa a amolecer, diminuindo o módulo de elasticidade e provocando uma perda
de resistência do compósito. Esta temperatura situa-se na faixa de 80oC a 100
oC.
b.4) Características mecânicas – ver Tabela 10.1.
Tabela 10.1 – Propriedades mecânicas das fibras de carbono (Machado, 2002)
Tipo de Fibra de
Carbono
Módulo de Elasticidade
(GPa)
Resistência Máxima de
Tração (MPa)
Deformação de Ruptura
(%)
De uso geral 220 – 235 < 3790 >1,2
Alta resistência 220 – 235 3790 – 4825 > 1,4
Ultra-alta resistência 220 – 235 4825 – 6200 > 1,5
Alto módulo 345 – 515 > 3100 > 0,5
Ultra alto módulo 515 – 690 > 2410 > 0,2
10.6.3 Processo Construtivo
Este sistema de reforço é aderido à superfície externa do elemento estrutural, assim sendo, para que
seu desempenho seja adequado, a superfície deve estar íntegra, para transferir, de forma eficiente,
os esforços para o compósito. No caso da existência de corrosão de armaduras, estas devem ser
recuperadas de forma adequada, e no caso de fissuras deve-se fazer a injeção para recuperar o
monolitismo do elemento estrutural.
O preparo da superfície a receber o reforço deve ser adequado ao sistema utilizado, que pode ser:
a) Condição Crítica de Colagem
Condição utilizada para reforço de flexão e cisalhamento. Neste sistema deve-se fazer a limpeza
do substrato com jato de água, regularizar a superfície, arredondar os cantos, se necessário,
secar a superfície e efetuar uma limpeza final.
b) Condição de Contato Íntimo
Utilizado para o cintamento de pilares. Neste sistema as superfícies devem ser perfeitamente
planas, caso não sejam deve-se efetuar um lixamento ou um preenchimento, conforme o caso.
A aplicação do sistema compósito de fibras de carbono envolve as seguintes etapas:
151
a) Aplicação do imprimador primário
b) Aplicação do regularizador de superfície
c) Colocação das fibras de carbono
Esta etapa é constituída por:
- Corte da fibra de carbono
- Imprimação da fibra de carbono com a resina de saturação
i. em bancada
152
ii. da superfície
- Colocação da lâmina
- Retirada das bolhas de ar
- Segunda camada de imprimação
153
d) Revestimento protetor
10.7 – REFORÇO DE FUNDAÇÕES
10.7.1 Introdução
As fundações são os elementos estruturais responsáveis por transmitir as cargas das estruturas para
o solo, estando, normalmente, enterradas. A inspeção nestes elementos é dificultada devido à falta
de acesso, desta forma, as patologias serão detectadas após sua manifestação sobre a obra.
Os trabalhos de recuperação e reforço são perigosos, delicados e de custo elevado, causando
transtorno aos usuários da edificação. Os problemas podem ser originados por um aumento de carga
sobre a estrutura, instabilidade das fundações, alterações no solo ou devido a ações químicas.
10.7.2 Defeitos nas fundações
Fundações inadequadas: Este problema é devido à mudança de utilização da estrutura, que
proporciona um aumento de carga, devido à escolha errada do tipo de fundação ou ainda devido a
uma avaliação equivocada da capacidade de carga do terreno.
Mudança das condições do terreno: O principal fator que altera as propriedades do terreno é o teor
de umidade, que é facilmente modificado pela variação do nível do lençol freático.
10.7.3 Conceito de reforço de fundação
O reforço de fundação consiste nas operações efetuadas na intervenção do sistema solo-infra-
estrutura de modo a melhorar seu desempenho. A intervenção pode ser executada no solo ou na
infra-estrutura.
154
As patologias das fundações se manifestam nas próprias fundações através da deterioração dos
materiais ou na obra através de recalques e desaprumos. Os danos causados por estas patologias
podem ser arquitetônicos, funcionais ou estruturais. Os danos arquitetônicos são apenas estéticos;
os funcionais prejudicam o funcionamento de outros sistemas construtivos e os estruturais ameaçam
a integridade da obra, exigindo intervenção.
Para realizar um correto diagnóstico para este tipo de patologia faz-se necessário inventariar todos
os danos ocorridos, novos ensaios geotécnicos e instrumentar a obra. Gotlieb (1998) classifica os
reforços de fundação em três tipos:
- Reforço permanente;
- Reforço provisório;
- Substituição de fundações;
- Escoramentos.
10.7.4 Tipos de soluções
A primeira atividade a se realizar em um serviço de reforço de fundação consiste no alívio de carga
da peça que sofrerá a intervenção. Existem diversas formas de realizar esta operação. A Figura
10.20 ilustra um exemplo.
Figura 10.20 – Escoramento com pontaletes verticais
As principais soluções apresentadas por Gotlieb (1998) são:
- Reparo ou reforço dos materiais:
Consiste na substituição dos materiais de fundação que sofreram algum tipo de deterioração.
- Enrijecimento da estrutura:
Este reforço é obtido através da execução de uma viga de rigidez ou de elementos de
travamento estrutural. É utilizado para minimizar os efeitos devido a recalques diferenciais,
155
pois auxilia na redistribuição dos esforços. A Figura 10.21 mostra um sistema de
enrijecimento de uma estrutura.
Figura 10.21 – Enrijecimento estrutural
- Aumento da área de apoio:
É utilizado em sapatas e tubulões e consiste no aumento da superfície horizontal do
elemento de fundação, que está em contato com o solo, diminuindo, desse modo, a tensão
atuante no solo. A Figura 10.22 apresenta um esquema de reforço de tubulão.
Figura 10.22 – Aumento de área de contato de um tubulão
- Estacas prensadas:
Constituí-se na instalação de pequenos elementos de estacas superpostos uns aos outros,
cravados por meio de um macaco hidráulico. Também São chamadas de estacas Mega,
conforme exemplificado na Figura 10.23.
156
Figura 10.23 – Exemplo de execução de uma estaca Mega.
- Estacas injetadas:
São executadas por perfuração do solo com circulação de água e injeção de concreto.
Também são chamadas de estaca-raiz ou micro-estacas, mostradas na Figura 10.24.
Figura 10.24 - Reforço com estaca-raiz
157
- Consolidação do solo:
Constitui os métodos de aumento da capacidade de carga do solo através da injeção de pasta
de cimento, “jet grouting” ou produtos químicos. A injeção deve atingir uma profundidade
superior à região afetada pelo bulbo de pressões do solo. O processo de injeção consiste em
preencher os espaços vazios do solo, assim sendo, não deve ser utilizado em argilas.
10.7.5 Escolha do tipo de reforço
Ao se escolher o tipo de reforço a ser utilizado, deve-se considerar aspectos técnicos, econômicos e
de segurança, além da experiência do profissional. Entre os aspectos técnicos, deve-se analisar a
compatibilidade entre solo, reforço e estrutura, a eficiência do reforço e a resposta da estrutura.
Economicamente, deve-se estudar a relação custoxbenefício do reforço, e não o custo isolado da
execução do reforço, conseqüentemente, deve-se estudar mais de uma solução para o problema,
desde que tecnicamente viável. No critério de segurança, deve-se considerar a segurança da equipe
de trabalho, da estrutura durante as operações de reforço e após a realização do reforço.
Após a execução do reforço, deve-se garantir dois aspectos:
- a continuidade estrutural da peça reforçada;
- a transferência de carga entre as peças.
158
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