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RECUPERAÇÃO E REFORÇO EM ELEMENTOS ESTRUTURAIS DE CONCRETO ARMADO

L.S. LORENZI L.C.P. SILVA FILHO Prof. Eng.º Civil Prof. Eng.ª Civil LEME/UFRGS LEME/UFRGS Porto Alegre; Brasil Porto Alegre; Brasil [email protected] [email protected] D. L. KLEIN J. L. CAMPAGNOLO Prof. Eng.º Civil Prof. Eng.ª Civil LEME/UFRGS LEME/UFRGS Porto Alegre; Brasil Porto Alegre; Brasil [email protected] [email protected] L.F. CAETANO A. LORENZI Doutoranda Pesq. Eng.° Civil LEME/UFRGS LEME/UFRGS Porto Alegre; Brasil Porto Alegre; Brasil [email protected] [email protected]

RESUMO A durabilidade das estruturas de concreto armado é depende da integração entre as equipes que trabalham no projeto, na construção e na manutenção durante sua vida útil. Essa integração auxilia em um controle da qualidade mais eficiente, podendo promover o aumento da segurança e a redução da deterioração da estrutura de concreto armado. O estágio atual das estruturas de concreto armado de edificações residenciais, com mais de 40 anos, requer intervenções a fim de prolongar, com segurança, a vida útil. Diante desse contexto este trabalho tem como objetivo analisar e diagnosticar uma estrutura de concreto armado que apresenta um processo de degradação do concreto com a corrosão das armaduras de vigas e pilares periféricos. A pesquisa caracteriza-se como exploratória e o estudo de caso é constituído por uma edificação residencial de 14 pavimentos, datada de 1974, localizada no centro da cidade de Porto Alegre, RS. A metodologia utilizada no trabalho contemplou inspeções, ensaios para verificação de regiões carbonatadas e coleta de amostras para a determinação da concentração de cloretos. Os resultados indicaram que o concreto superficial das vigas é mais resistente à penetração de gases que o dos pilares e a inspeção constatou que nas vigas o cobrimento da armadura era inferior a 1 cm. Tomando como base os resultados da inspeção e dos ensaios, percebeu-se que a contaminação por íons cloretos é inexpressiva, o que descarta a possibilidade da corrosão da armadura ter ocorrido por contaminação de íons cloretos. Esses fatos reforçaram a importância do cobrimento da amadura nos elementos estruturais e evidenciaram a necessidade de uma intervenção imediata nos elementos. 1. INTRODUÇÃO Uma serie de construções em concreto armado, estão se aproximando do final de sua vida útil de projeto. Diante deste fato, existe uma preocupação sobre o estado de deterioração e segurança das mesmas. No atual cenário em que as exigências de qualidade estão se firmando, é de vital importância o desenvolvimento de alternativas que permitam, de forma eficaz, avaliar a qualidade das estruturas de concreto. De acordo com o CEB-FIP Model Code [1] uma estrutura de concreto deve ser projetada, construída e operada de tal forma que, sob as condições ambientais esperadas, ela mantenha sua segurança, funcionalidade e aparência, durante um período de tempo, implícito ou explícito, sem a necessidade de elevados custos de manutenção e reparo. A durabilidade das estruturas de concreto é uma questão fundamental na engenharia civil. As estruturas de concreto estão sujeitas a ataques agressivos que podem minimizar a sua durabilidade. Medições precisas, assim

L.S. Lorenzi, L.C.P. Silva Filho, D.L. Klein, J.L. Campagnolo, L.F. Caetano, A. Lorenzi, Recuperação e Reforço em Elementos Estruturais de Concreto Armado

como a interpretação dos dados que afetam a durabilidade de estruturas são tarefas complexas, devido à inerente heterogeneidade do concreto [2]. A resistência da estrutura de concreto dependerá da combinação de três fatores: da resistência do concreto, da resistência da armadura e da resistência da própria estrutura. Qualquer um que se deteriore, irá comprometer a estrutura como um todo [3]. O estudo de caso analisado trata-se de um edifício situado em zona urbana densa de edificações, bem no centro de Porto Alegre. A orientação solar da fachada principal é predominantemente leste e uma das fachadas laterais é predominantemente norte. Porém, em virtude das edificações próximas, a incidência solar nas fachadas (pavimentos de garagem) é pequena, Figura 1.

Figura 1: Localização e orientação solar da edificação analisada.

A edificação é constituída de 14 pavimentos (01 térreo/garagem/lojas, 03 pavimentos de garagem e os demais pavimentos de apartamentos). Foram vistoriadas as lajes e vigas do 3°, 4° e 5° pavimento e pilares do 2°, 3° e 4° pavimento de garagem onde se observa a deterioração da estrutura. Cada pavimento vistoriado apresenta vigas, pilares e lajes revestidos e/ou pintados. Os pavimentos possuem apenas um parapeito de, aproximadamente, 1,10m de altura na fachada do prédio, Figura 2.

4º Pavimento

3º Pavimento

2º Pavimento

Térreo

Tipos Apartamentos

Tipos Apartamentos

Tipos Apartamentos

Figura 2: Corte esquemático do prédio e detalhe do parapeito e da abertura, localizada no 2° pavimento da garagem.

O presente artigo apresenta a análise das condições de deterioração da estrutura de concreto armado dos pavimentos de garagem do edifício. Também, foram realizados ensaios para verificação de regiões carbonatadas e coletadas amostras para a determinação da concentração de cloretos nas vigas e pilares. Esta verificação teve por objetivo principal avaliar as condições da estrutura de concreto armado dos pavimentos de garagem, onde ocorre um processo de degradação do concreto e corrosão das armaduras nas vigas e pilares periféricos dos respectivos pavimentos.

Parapeito ~1,10m

Vão de abertura


2. ESTRUTURA DE CONCRETO ANALISADA E PRINCIPAIS MAN IFESTAÇÕES PATOLÓGICAS DETECTADAS De forma a facilitar a visualização dos locais onde foram realizados os estudos de carbonatação, a extração de amostras para análise de cloretos e o posicionamento dos pontos de analise, foi desenhado um croqui do projeto de formas dos pavimentos de garagem vistoriados.

P31P32P33P34P35

P28

P18

P11

P08 P07 P06 P05 P04P03

P12

P19

P24

P02 P01

P30 P29 P26 P25P27

V13aV13bV13cV13dV13eV13f

V2

5a

V2

5b

V2

5c

V2

5d

VR1cV 1aV 1b

VE

V 2aV 2b VR1b

F 3.2

F 3.3F 3.3

F 3.4

F 3.5

Legenda:

F = Figura

V = Viga

P = Pilar

CA = Ponto de Carbonatação

CL = Ponto da Amostra para Análise de

Cloretos

F 3.6CA 1CA 2 CA 3

CA 4

CL 1

CL 2

Figura 3: Croqui esquemático da planta de formas do 3° pavimentos de garagem com a localização dos pilares

do 2° pavimento. Observa-se, através de inspeção visual, que a estrutura apresenta zonas de degradação do concreto e corrosão das armaduras (as vigas da fachada leste e os pilares da fachada oeste são os mais afetados). No caso das vigas de fachada a corrosão da armadura encontra-se em estágio bem avançado com redução de seção da armadura positiva e rompimento dos estribos, Figura 4.

Figura 4: Degradação do concreto e corrosão da armadura com estribo rompido. Os pilares da fachada oeste se encontram em processo de degradação do concreto e início de corrosão da armadura. Conforme pode ser observado na Figura 5, o P5 apresenta a armadura exposta, em sua parte inferior, não havendo mais o revestimento das barras da armadura e, consequentemente, da camada de proteção das mesmas.


Figura 5: Degradação do concreto e início do processo de corrosão da armadura dos pilares de fachada, (fachada oeste).

Em estágio menos avançado de degradação encontram-se as vigas da fachada norte com fissuração longitudinal na parte inferior, indicando, uma provável corrosão da armadura positiva, podendo ocasionar o lascamento da camada de concreto protetora da armadura, Figura 6.

Figura 6: Fissuração da parte inferior da Viga 25c fachada norte, entre pilares P11 e P18. Observa-se, também, que as vigas de fachada estão com cobrimento de concreto reduzido na face inferior. No entanto, na face lateral externa há uma camada de revestimento de placas cerâmicas assentadas com argamassa, totalizando uma espessura de 8 cm. Na face lateral interna o revestimento de argamassa possui 0,5 cm de espessura, conforme pode ser observado na Figura 7.

Figura 7: Espessura do cobrimento da armadura e do revestimento da Viga 13c fachada leste.

~ 8 cm

Revestimento externo

Fundo da viga Cobrimento e Revestimento

interno

P5


Figura 8: Estado de degradação da Viga 13c, fachada leste.

A estrutura de concreto armado do 4º pavimento apresenta problemas similares ao do 3º pavimento. A degradação do concreto e a corrosão das armaduras situam-se nas vigas de fachada, principalmente na fachada leste (ver Figura 8). Os pilares apresentam lascamento de parte dos cantos tornando expostas as armaduras, que apresentam redução de seção, porém, não superior a 20%, Figura 9.

Figura 9: Lascamento dos pilares expondo a armadura corroída do 3º pavimento. O 5º pavimento apresenta um terraço em torno do corpo do prédio, isto é, resulta em uma área sem cobertura, com um parapeito sobre a fachada do prédio. Neste pavimento foram observadas as mesmas manifestações patológicas dos outros pavimentos de garagem, porém com grau de severidade mais branda, Figura 10.

Figura 10: Armadura exposta em viga do 5º pavimento e pilar do 4° pavimento.

Lascamento do canto do pilar

P 32 P 32

Armadura com corrosão

Falta de cobrimento

V14c


Uma particularidade deste pavimento foi o descolamento de placas de revestimento cerâmico e desagregação do revestimento argamassado, conforme Figura 11.

Figura 11: Descolamento de parte do revestimento cerâmico da viga 26c do 5º pavimento. 3. ANÁLISES QUIMICAS Com o objetivo de averiguar as características químicas do concreto da estrutura dos pavimentos de garagem foram realizados ensaios para a determinação da profundidade de carbonatação e da concentração de cloretos. Foram realizados 08 ensaios para verificação da profundidade de carbonatação na estrutura e extraídas 04 amostras para a determinação da concentração de cloretos, nos três pavimentos estudados. 3.1 Análise da Carbonatação A análise de carbonatação foi executada por meio da aplicação da solução de fenolftaleína. Inicialmente, foram retiradas lascas de concreto dos cantos dos pilares e das vigas, e posteriormente, aspergida a solução, com o auxílio de uma seringa descartável. Esta técnica permite avaliar a região carbonatada pela variação da coloração da superfície em análise. A zona não carbonatada é caracterizada por apresentar uma coloração rosada, enquanto que a carbonatada não apresenta coloração (incolor). Conforme mostrado nas Figuras 12 e 13 a variação da coloração permite medir a profundidade da frente de carbonatação, nos elementos analisados.

Figura 12: Ensaio de carbonatação no pilar do 3º pavimento e viga do 4° pavimento.

V26a

P 33

V 31 b

Área Carbonatada

Área não Carbonatada

Área Carbonatada


Figura 13: Ensaio de carbonatação no pilar do 3º e do 4º pavimento. Percebe-se que os pilares apresentaram toda a profundidade analisada carbonatada, exceto o ponto 7 - pilar 28, que apresenta profundidade de carbonatação de 22 mm. Destaca-se que os pontos estavam a uma altura entre 1,00m e 1,50m do piso. Nas vigas V31f do 3° pavimento e V31b do 4° pavimento, observou-se que, em uma delas não ocorreu carbonatação no concreto de recobrimento da armadura e que na outra a carbonatação foi muito pequena, 6 mm, respectivamente. A Tabela 1 apresenta os resultados de profundidade de carbonatação, bem como a localização dos pontos e o tipo de elemento analisado. Verifica-se que a carbonatação varia de elemento para elemento, isto é, se pilar ou viga. Este fato pode ser explicado pelo tipo de revestimento.

Tabela 1 - Resultados dos ensaios de carbonatação.

Ponto Pvto Tipo Localização Profundidade [mm] Analisada Carbonatada

01 2° Pilar P32 – h=1,00 m 13 13 02 3° Viga V13f – 20 cm do P34 20 0 03 2° Pilar P34 – h=1,20 m 18 18 04 2° Pilar P05 – h=1,20 m 15 15 05 4° Viga V13b – lado do P32 16 6 06 3° Pilar P33 – h=1,50 m 27 27 07 3° Pilar P28 – h=1,20 m 34 22 08 4° Pilar P29 – h=1,30 m 19 19

Conforme dito anteriormente, o tipo de revestimento influencia diretamente no processo de carbonatação. Nos pilares, que apresentam apenas uma fina camada de pintura, observou-se que a carbonatação foi superior a 13 mm, em todos os pontos analisados. Isto significa que, nestes pilares, a camada passivante da armadura não se encontra mais íntegra e que os mesmos se encontram mais suscetíveis à iniciação de um processo corrosivo. Os resultados indicam também que o concreto superficial das vigas é mais resistente à penetração de gases que os dos pilares. Como se pode ver nos pontos 02 e 05 a profundidade carbonatada não ultrapassou 6 mm. Cabe ressaltar que, a lateral interna das vigas são pintadas, enquanto que a lateral externa e a face inferior são revestidas com revestimento cerâmico. 4.2 Determinação da Concentração de Cloretos Para a determinação da concentração de cloretos foram extraídas quatro amostras, dos três pavimentos analisados. As mesmas foram submetidas a um processo de preparação que consistiu na moagem e eliminação dos grãos retidos na peneira de n° 200. O equipamento utilizado para esta análise foi o CL-2000, que mede a concentração de cloretos em uma solução formada por 3 g de amostra e 20 ml de líquido extrator, que tem a finalidade de extrair os cloretos presentes na amostra. Após três minutos de agitação foram efetuadas as medidas da porcentagem de cloretos presente em cada uma das soluções. Os resultados desta análise estão apresentados na Tabela 2.

P 29 4º Pavto.

P 28 3º Pavto


Tabela 2 – Resultados dos ensaios de teores de cloretos.

Ponto Pvto Tipo Localização Concentração de Cloretos [%]

01 3° Viga V13a 0.061 02 2° Pilar P5 – h=1,20 m 0.026 03 4° Viga V13b – lado do P32 0.015 04 3° Pilar P28 – h=1,20 m 0.023

Verifica-se que os teores de íons cloretos ficam abaixo de 0.061%, valor inferior ao limite de 0.4% normalmente adotado como teor crítico para que o ataque por cloretos seja significativo. Este valor limite é preconizado por Normas européias, que sugerem que até esta taxa de cloretos o risco de corrosão é baixo. 4. CONCLUSÕES Tomando como base os resultados dos ensaios, observa-se que a contaminação por íons cloretos é inexpressiva. Todos os resultados apontaram para uma taxa máxima de 16% da porcentagem limite de 0,4% de cloretos em relação ao peso da amostra. Esse fato descarta a possibilidade da corrosão da armadura ter ocorrido por contaminação de íons cloretos. Em relação à carbonatação, constatou-se uma distinção de comportamento para cada tipo de elemento (vigas e pilares). Os pilares apresentaram profundidades de carbonatação elevadas, superiores a 13 mm, em todos os pontos analisados. Ressalta-se que, com exceção do ponto 07, toda a profundidade estudada estava completamente carbonatada, e que, no ponto 07 a carbonatação foi de 22 mm. Já para as vigas, observou-se que a profundidade de carbonatação é pequena em relação aos valores medidos nos pilares, alcançando, no máximo, 6 mm. Este fato reforça a importância da proteção superficial dos elementos estruturais. Constatou-se que os pilares possuem cobrimento adequado, com exceção do pilar P05 do 2° pavimento. Embora todos os pilares analisados apresentem carbonatação ao longo do seu cobrimento, as armaduras estão apenas oxidadas, não manifestando redução de seção. Todavia, não pode ser descartada a possibilidade das armaduras apresentarem processo corrosivo a curto e médio prazo, caso não sejam submetidas a uma intervenção. Já as vigas de fachada, conforme verificado in loco, em quase toda a sua extensão não apresentam cobrimento adequado na face inferior, de acordo com as normas vigentes. Além disso, há um sarrafo de madeira embutido na face inferior da viga, deixado durante a execução da obra, que acaba prejudicando o desempenho do revestimento. Por ser um material orgânico esse sofre deterioração facilmente, propiciando a presença de microorganismos e aumentando a probabilidade da entrada de umidade e agentes agressivos. Visto esse histórico, salienta-se que é importante que seja efetuada intervenção nos elementos estruturais. 6. REFERÊNCIAS [1] Chekroun, M., Le Marrec, L., Abraham, O., Villain, O., Durand, O. - Analysis of coherent surface wave

dispersion and damping for non destructive testing of concrete. Non-Destructive Testing in Civil Engineering (NDTCE 2009), 2009, Nantes. Proceedings... Paris: Confédération Française pour les Essais Non Destructifs, 2009.

[2] Comité Euro-International du Béton, CEB-FIP Model Code 1990. London: Thomas Telford, 1993. [3] Medeiros, M.H.F., Andrade, J.J.O, Helene, P., “Durabilidade e Vida Útil de Estruturas”, Concreto: Ciência e

Tecnologia. Cap. 22, pag. 773-808, Editor Geraldo Isaia. Sao Paulo, IBRACON, 2011.

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