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Este documento fornece um resumo sobre as origens, formas de manifestação, mecanismos de deterioração e métodos de avaliação de estruturas de concreto armado, ajudando profissionais envolvidos em diversas etapas de construção. Além disso, aborda a relação entre durabilidade e desempenho, a importância da prevenção e tratamento de manifestações patológicas, e fatores causadores de falhas.
O que você vai aprender
Tipologia: Notas de estudo
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Monografia
Autor: Bruno dos Santos Rocha Orientador: Prof. Adriano de Paula e Silva
Belo Horizonte Janeiro/
Universidade Federal de Minas Gerais Escola de Engenharia Departamento de Engenharia de Materiais e Construção Curso de Especialização em Construção Civil
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Bruno dos Santos Rocha
Monografia apresentada ao Curso de Especialização em Construção Civil da Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais. Ênfase: Gestão e Tecnologia na Construção Civil
Orientador: Prof. Adriano de Paula e Silva
Belo Horizonte Escola de Engenharia da UFMG 2015
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Aos professores do Departamento de Materiais de Construção pelos ensinamentos compartilhados durante o curso.
A Luciana por todo o companheirismo e incentivo, sem o qual este trabalho não teria chegado à sua conclusão.
A meus pais pelas oportunidades e possibilidades que me foram oferecidas.
Ao professor Adriano de Paula e Silva, pela orientação, paciência e apoio dados na elaboração deste trabalho.
A todo o Departamento de Manutenção da UFMG, e principalmente ao Diretor Edmilson Januário Santos, por todo o incentivo durante a elaboração deste trabalho.
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A Patologia das Construções é uma área da engenharia de grande importância e tem como principal objetivo garantir a qualidade e o desempenho das estruturas de concreto armado durante sua vida útil esperada. A grande maioria das estruturas de concreto armado apresenta problemas oriundos de projetos falhos, de seleção incorreta de materiais, de execução e manutenção. Este trabalho tem como objetivo apresentar um resumo conciso sobre as origens, formas de manifestação, mecanismos de deterioração das estruturas de concreto armado e auxiliar a todos os profissionais envolvidos nas diversas etapas de construção de estruturas de concreto armado. A correta avaliação das estruturas e determinação das causas é fundamental para o sucesso das medidas de recuperação/proteção de estruturas.
Palavras-Chave: Concreto armado, patologias, ensaios não destrutivos, ensaios destrutivos.
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Figura 1-1 – Relação entre os conceitos de durabilidade do concreto e desempenho. (Fonte: CEB, 1989 – adaptado). ...................................................... 2 Figura 3-1 – Modelo simplificado do processo de corrosão das armaduras no concreto. (Fonte: CEB, 1989 – adaptado). ........................................................... 10 Figura 3-2 – Relação entre a taxa de corrosão das armaduras e o pH do concreto. (Fonte: Emmons, 1994 – adaptado). .................................................................... 11 Figura 3-3 – Processo de carbonatação no concreto armado. (Fonte: Emmons, 1994 – adaptado). ................................................................................................. 13 Figura 3-4 – Profundidade de carbonatação ao longo do tempo para diferentes fatores água/cimento de acordo com o Modelo de Vesikari. (Fonte: próprio autor). .............................................................................................................................. 14 Figura 3-5 – Processo de penetração de íons cloreto no interior do concreto armado. (Fonte: Emmons, 1994 – adaptado). ...................................................... 16 Figura 3-6 – Processo de deterioração em pilar sobre o mar. (Fonte: Aguiar, 2014). .................................................................................................................... 18 Figura 3-7 – Fissura em viga causada pela expansão dos óxidos gerados na corrosão. (Fonte: Aguiar, 2014). ........................................................................... 19 Figura 3-8 – Perda de seção transversal nas armaduras devido à corrosão. (Fonte: Emmons, 1994 – adaptado). .................................................................... 20 Figura 3-9 – Efeitos do ataque de ácidos. (Fonte: CEB, 1989 – adaptado). ........ 22 Figura 3-10 – Efeitos do ataque de sulfatos. (Fonte: CEB, 1989 – adaptado). .... 23 Figura 3-11 – Fissuras causadas pelo ataque de sulfatos. (Fonte: CEB, 1989). .. 24 Figura 3-12 – Microscopia mostrando as fissuras da reação álcali-agregado. (Fonte: Aguiar, 2014). ........................................................................................... 25 Figura 3-13 – Mecanismo de degradação das estruturas por ciclos de gelo- degelo. (Fonte: Emmons, 1994 – adaptado)......................................................... 26 Figura 3-14 – Efeitos da cavitação em estruturas de concreto. (Fonte: Aguiar, 2014). .................................................................................................................... 27 Figura 3-15 – Desgaste superficial em pavimento de concreto. (Fonte: Aguiar, 2014). .................................................................................................................... 28
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Figura 4-12 – Ensaio de profundidade de carbonatação. (Fonte: Aguiar, 2014).. 55 Figura 4-13 – Desenho esquemático de um ensaio de teor de cloretos. (Fonte: Emmons, 1994). .................................................................................................... 57 Figura 4-14 – Obtenção do perfil de cloretos em diferentes profundidades em uma peça de concreto. (Fonte: Aguiar, 2014). .............................................................. 57 Figura 4-15 – Ensaio de teor de cloretos sendo realizado em laboratório. (Fonte: Aguiar, 2014). ....................................................................................................... 58 Figura 4-16 – Desenho esquemático de ensaio magnético de localização de armaduras e cobrimento. (Fonte: Emmons, 1994). .............................................. 59 Figura 4-17 – Localização de armaduras e determinação de cobrimento através de aparelhos magnéticos. (Fonte: Aguiar, 2014). ................................................. 60
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Tabela 3-1 – Distribuição percentual em função das causas que produziram os defeitos nas construções de concreto. (Fonte: Valente, 2008) ............................... 7 Tabela 3-2 – Análise percentual das causas de problemas patológicos em estruturas de concreto. (Fonte: SOUZA; RIPPER, 1998, p. 23) ............................. 7 Tabela 3-2 – Teor máximo de íons cloreto para proteção das armaduras do concreto. (Fonte: NBR 12655:2006) ..................................................................... 17 Tabela 3-3 – Evolução do comportamento do concreto em função da elevação da temperatura ambiente. (Fonte: SOUZA; RIPPER, 1998, p. 74) ............................ 31 Tabela 4-1 – Normas utilizadas na avaliação das estruturas de concreto armado. (Fonte: Emmons, 1994 – adaptado) ..................................................................... 43
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a/c – fator água/cimento do concreto C 3 A – aluminato tricálcico CaCO 3 – carbonato de cálcio CaCl 2 – cloreto de cálcio CO 2 – dióxido de carbono CP – Cimento Portland Fe 2 O 3 – óxido de ferro Fe(OH) 2 – hidróxido ferroso MPa – Megapascal pH – potencial hidrogeniônico
Durante anos as normas e regulamentos que tratam do processo de projeto e execução de estruturas de concreto armado mantiveram seu foco somente nos critérios de estabilidade e desempenho em serviço destas estruturas. O objetivo principal destas normas era garantir que as estruturas fossem projetadas e construídas de forma a possuírem resistência mecânica suficiente para suportar os carregamentos atuantes durante sua vida útil além de proporcionar conforto e segurança aos usuários da edificação.
Durante sua vida útil as edificações estão sujeitas à ação de diversos agentes que contribuem para a diminuição de sua resistência. Dessa forma, quando a estrutura de uma edificação apresentava uma queda em seu desempenho, era comum a execução de um reparo que devolvia, ou buscava devolver, esta estrutura à sua condição e resistência original. Esta recuperação era realizada sem o estudo dos motivos que levaram a esta diminuição no desempenho da estrutura e, portanto a solução não tinha como objetivo a correção definitiva do problema.
Com o aumento do número de construções em concreto armado foi possível observar que edificações semelhantes localizadas em uma mesma região, ou mesmo estruturas semelhantes em diferentes regiões, apresentavam necessidades de intervenções estruturais de forma diferenciada ao longo do tempo e que os problemas apresentados eram bastante diversos, tornando-se necessária a aplicação de diferentes técnicas para sua resolução.
No fim dos anos 70, a preocupação em relação à durabilidade inadequada das estruturas de concreto levou a um aumento dos estudos acerca das causas e natureza dos processos de degradação, e ao desenvolvimento de estratégias gerais para lidar com estas situações. Neste contexto o Comité Euro-International du Béton (CEB) formou seus primeiros grupos de estudo que deram origem ao manual Durable Concrete Structures – Design Guide.
O estudo da Patologia das Construções teve grande inspiração na medicina. O engenheiro passou então buscar a origem das manifestações patológicas (diagnosticar os problemas das estruturas), estudar os mecanismos e consequências destas manifestações e com isso prever como o problema evoluiria e qual seria o comportamento da estrutura (elaborar prognósticos), passou a tratar a causa desta manifestação de forma a sanar definitivamente o problema (indicar terapias) e até mesmo a desenvolver sistemas de proteção que impedissem a ocorrência da manifestação (profilaxia das edificações).
O avanço no estudo da Patologia das Construções está possibilitando aos diversos setores envolvidos na construção de edificações a correta atuação na correção dos problemas apresentados pelas estruturas antigas visando estender a vida útil e a servicibilidade destas edificações. Além de demonstrar que a durabilidade das estruturas deve ser tratada por todos estes setores, seja no desenvolvimento dos projetos arquitetônicos e estruturais, na melhoria e escolha dos materiais, processos de execução, fiscalização, procedimentos de manutenção e inspeção das estruturas.
1.1 Justificativa / Relevância
Atualmente o que se observa na grande maioria das estruturas de concreto armado são projetos de baixa qualidade, executados com o mínimo de zelo, controle e sem nenhum critério ou plano de manutenção/conservação. Desta forma, a manutenção destas estruturas representa um problema, seja por questões de segurança ou gastos financeiros excessivos em sua manutenção.
O conhecimento das origens, formas de manifestação e mecanismos de deterioração das estruturas de concreto armado pode possibilitar a todos os envolvidos em seu processo de criação e utilização a tomada de decisões que afetem consideravelmente a vida útil e a qualidade destas estruturas.
2.1 Geral
Este trabalho tem como objetivo apresentar as origens, formas de manifestação e os mecanismos de deterioração, as principais normas e procedimentos de avaliação do grau de comprometimento, previsão de vida útil e desempenho de estruturas de concreto armado.
2.2 Específicos
Identificar os principais mecanismos de deterioração de estruturas de concreto armado. Apresentar os principais procedimentos e normas de avaliação das estruturas.
2.3 Desenvolvimento do trabalho
Dentro do contexto previamente descrito este trabalho será estruturado da seguinte maneira:
No Capitulo 1 – Introdução: apresenta-se a contextualização do estudo das patologias nas estruturas de concreto armado e sua justificativa / relevância.
No Capitulo 2 – Objetivos: apresentam-se os objetivos gerais e específicos deste trabalho.
As estruturas de concreto armado podem apresentar manifestações patológicas causadas por diversos motivos e estas manifestações podem apresentar sintomas muito semelhantes mesmo com sua causa sendo de origens diversas. Esta grande variedade de possibilidades de falhas nas estruturas de concreto armado é o que torna o estudo da Patologia das Construções um campo tão complexo da engenharia.
A construção de estruturas de concreto armado, ainda hoje, trata-se de um processo praticamente artesanal, onde as matérias-primas são trazidas ao canteiro de obras e processadas por diversas equipes e profissionais de forma a se obter uma estrutura final de acordo com os projetos. Aliado a isto se verifica ainda a grande quantidade de etapas e profissionais envolvidos no processo de concepção de estruturas de concreto e o grande aumento na complexidade das obras. Todos estes fatores em conjunto são responsáveis pela grande quantidade de problemas encontrados nas obras.
Em sua dissertação VALENTE (2008) apresenta a Tabela 3-1 retirada de um estudo realizado por JEAN BLEVOT (1974) sobre os fatores causadores das manifestações patológicas em estruturas de concreto armado. Estes resultados foram obtidos com base em uma análise dos documentos de 2.979 sinistros existentes nos arquivos do Bureau Securitas e Socotex.
O estudo de Blevot demonstra que as origens das manifestações patológicas que surgem nas estruturas de concreto armado durante sua vida útil são as mais variadas possíveis. Outros estudos mostram ainda que certos tipos de problemas são mais comuns em alguns países que em outros e que certas localidades conseguem evoluir satisfatoriamente algumas áreas do conhecimento sobre as estruturas de concreto armado.
Tabela 3-1 – Distribuição percentual em função das causas que produziram os defeitos nas construções de concreto. (Fonte: Valente, 2008) Tipo de problema (%) Erros de concepção 3, Erros nas hipóteses de cálculo, erros materiais e ausências de estudos 8, Disposições defeituosas em certos elementos ou na transmissão de esforços 2, Falhas resultantes de deformações excessivas 19, Falhas resultantes dos efeitos de variações dimensionais (térmica) 43, Defeitos de execução 16, Fenômenos químicos 4, Causas diversas 1,
A Tabela 3-2 apresenta um estudo de SOUZA e RIPPER (1998) contendo a distribuição das patologias nas estruturas de concreto em diversos estudos realizado pelo mundo. É possível observar que a causa dos problemas patológicos varia em função da localidade analisada.
Tabela 3-2 – Análise percentual das causas de problemas patológicos em estruturas de concreto. (Fonte: SOUZA; RIPPER, 1998, p. 23) CAUSAS DOS PROBLEMAS PATOLÓGICOS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO FONTE DE PÉSQUISA Concepção e projeto Materiais Execução Utilização outras^ e Edward Grunau Paulo Helene (1992) 44 18 28 10 D. E. Allen (Canadá) (1979) 55 49 C.S.T.C (Belgica) Verçpza (1991) 46 15 22 17 CEB Boletim 157 (1982) 50 40 10 Faculdade de Engenharia da Fundação Armando Álvares Penteado Verçoza (1991)
18 6 52 24 B.R.E.A.S (Reino Unido) (1972) 58 12 35 11 Bereau Securitas (1972) 88 12 E.N.R (USA) (1968 – 1978) 9 6 75 10 S.I.A (Suiça) (1979) 46 44 10 Dov Kaminetzky (1991) 51 40 16 Jean Blévot (França) (1974) 35 65 LEMIT (Venezuela) (1965 – 1975) 19 5 57 19
