UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CENTRO TECNOLÓGICO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
THAMIRYS LUYZE VIEIRA
FISSURAS EM CONCRETO: ESTUDOS DE CASO EM
FLORIANÓPOLIS.
Florianópolis
2017
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Análise de Fissuras em Concreto: Causas, Tratamento e Durabilidade, Teses (TCC) de Engenharia Civil
patologias nas construções fissura em concreto
Tipologia: Teses (TCC)
2020
1 / 111
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CENTRO TECNOLÓGICO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
THAMIRYS LUYZE VIEIRA
FISSURAS EM CONCRETO: ESTUDOS DE CASO EM
FLORIANÓPOLIS.
Florianópolis 2017
THAMIRYS LUYZE VIEIRA
FISSURAS EM CONCRETO: ESTUDOS DE CASO EM
FLORIANÓPOLIS.
Trabalho apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina como parte dos requisitos para a obtenção do título de Engenheiro Civil. Orientador: Prof. Wellington Longuini Repette, Dr. Florianópolis 2017
AGRADECIMENTOS
Agradeço à Deus por me proporcionar forças para que eu possa sempre correr atrás dos meus objetivos. Agradeço aos meus pais por priorizar os meus estudos, me ensinando o seu valor e por todo o suporte a mim disponibilizado durante toda a minha graduação. Obrigada por estarem sempre dispostos a me ajudar no decorrer de todos esses anos. Aos professores do curso de Engenharia Civil da UFSC pelos ensinamentos durante a graduação, principalmente ao professor Wellington Longuini Repette pela orientação neste trabalho, conferindo ao mesmo uma melhor qualidade. Àqueles que me autorizaram o acompanhamento das fissuras e os seus registros fotográficos. A todos que de alguma forma contribuíram com a elaboração do meu TCC, muito obrigada.
RESUMO
O concreto é um dos produtos mais utilizados no mundo. No Brasil, a maioria das estruturas é constituída por esse material. Por conseguinte, é de grande importância a compreensão de como o meio e determinadas ações o afetam. No presente trabalho está sendo abordada especificamente a manifestação patológica denominada fissura. O trabalho teve como principal motivador o fato de que uma identificação adequada das causas de fissuração gera reparos efetivo além de a compreensão das consequências de um erro construtivo tem como consequência uma melhora na qualidade desse processo. Este problema pode reduzir a sua eficiência do elemento no qual se encontra e possui variadas causas. Suas soluções se diversificam conforme o caso, seja como o material foi empregado, a magnitude do dano e o seu agente causador. Neste trabalho, descreveu-se os mecanismos de fissuração no concreto bem como o tratamento dessas fissuras. A escolha das fissuras foi de acordo com a sua tipologia, visando exemplifica-las com variabilidade. Por conseguinte, foram analisadas seis fissuras, duas por corrosão de armadura, uma por falta de junta serrada para redução dos efeitos de retração térmica e higroscópica, uma por diminuição da capacidade de suporte do solo, uma por ataque de sulfatos e uma por álcalis-agregado. As suas causas, bem como seus correspondentes reparos, foram determinadas por um processo eliminatório o qual analisa o formato das fissuras e ambiente o qual se encontra. Esse processo teve como base a revisão bibliográfica. Palavras-Chaves: Causas de fissura; concreto; reparos em fissuras, patologia em concreto.
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - TIPOS DE CIMENTO PORTLAND 25 TABELA 2 - VALORES CARACTERÍSTICOS SUPERIORES DA DEFORMAÇÃO ESPECÍFICA DE RETRAÇÃO ΕCS(T∞,T0) E DO COEFICIENTE DE FLUÊNCIA Φ(T∞,T0) 41 TABELA 3 – CARACTERÍSTICAS DAS FISSURAS 72 TABELA 4 - CLASSE E AGRESSIVIDADE AMBIENTAL (CAA) 107 TABELA 5 - CORRESPONDÊNCIA ENTRE A CLASSE DE AGRESSIVIDADE E A QUALIDADE DO CONCRETO 108 TABELA 6 - CORRESPONDÊNCIA ENTRE A CLASSE DE AGRESSIVIDADE AMBIENTAL E O COBRIMENTO NOMINAL PARA ΔC = 10 MM 109 TABELA 7 - VALORES DOS COEFICIENTES ΓC E ΓS 110 TABELA 8 - NORMAIS CLIMATOLÓGICAS DE SANTA CATARINA (1961-1990) - UMIDADE RELATIVA DO AR MÉDIA COMPENSADA (%) 111
N= força normal; δ = máximo que o atrito na interface solo-concreto pode atingir. S = coeficiente de variação do tipo de cimento para obtenção de β1. σretração = tensão de retração; σt = tensão de tração; u = perímetro da seção em contato com a atmosfera; V = volume; ω = abertura da fissura.
SUMÁRIO
13
1 INTRODUÇÃO
O concreto é o segundo material de construção mais empregado no mundo, perdendo apenas para a água. É composto de cimento Portland, que é resultado da transformação de matérias primas naturais como calcário e argila, em elevada temperatura, obtendo-se compostos que, após sofrerem hidratação, apresentam resistência mecânica e boa estabilidade frente à ação da água (MEHTA; MONTEIRO, 2008). Pelo fato de sua resistência à tração ser aproximadamente dez vezes menor que a sua resistência a compressão, geralmente é empregado aliado a uma armadura
- aço – que possui grande resistência tanto a tração quanto a compressão. À união desses materiais dá-se o nome de concreto armado. Por esse motivo, a maior causa de fissuras em concreto é o desenvolvimento de algum tipo de esforço de tração no mesmo, tendo uma grande variabilidade no processo que originou esse esforço. As fissuras podem ser definidas como descontinuidades de pequena abertura induzidas pela ação de forças que provocam o aparecimento de tensões de tração que superam a capacidade resistente do material componente da estrutura. (HELENE; Andrade, 2010) Com a ocorrência de fissuras, há o receio de que a estrutura ou elemento construtivo deixe de cumprir com os seus critérios de desempenho 1 ou que tenha a sua vida útil^2 reduzida. Neste ponto, salienta-se a importância do estudo das causas de fissuras no concreto, pois enquanto há fissuras que são apenas esteticamente desagradáveis, há fissuras que podem culminar na ruína ou inutilização do elemento construtivo. Por consequência, é necessária uma identificação adequada para que reparo seja efetivo. Outro fator que destaca a importância do tema é o fato que a maioria dos problemas de fissuração encontrados no concreto podem ser prevenidos nas fases de projeto e execução. Sendo que, com a compreensão das consequências de ações, há uma melhora na qualidade das construções. (^1) Comportamento em uso de um a edificação e de seus sistemas. (NBR 15575) (^2) Período de tempo durante o qual o edifício e/ou seus sistemas se prestam às atividades para as quais foram projetados e construídos, com atendimento dos níveis de desempenho previstos nesta norma (NBR 15575)
14 Neste trabalho serão apresentadas as possíveis causas de fissuração no concreto, seus mecanismos de ocorrência, bem como o tratamento de fissuras. Após isso, são analisados alguns casos de fissuras em concreto, nos quais são delineadas as causas e o tratamento adequado.
1.1 Objetivos
1.1.1 Objetivo Geral O objetivo geral deste Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) é analisar qualitativamente os casos de fissuração em concreto encontrados em mais de uma edificação, buscando identificar suas causas e reparos. 1.1.2 Objetivos Específicos a) Elaborar fundamentação teórica sobre o as fissuras em concreto, assim com a sua forma de reparo; b) Busca de obras as quais apresentem fissuras em concreto de forma a proporcionar uma variabilidade de causas no estudo de caso; c) Identificar as causas das fissuras em concreto nas edificações fruto de estudo;
d) Apresentar sugestões de melhorias contendo as ações necessárias para o
reparo das fissuras encontradas;
16 O Cimento Portland é um aglomerante pulverulento constituído de silicatos e aluminatos de cálcio. Quando esse produto é associado à água, transcorrem sucessivas reações químicas que o fazem endurecer e adquirir grande resistência mecânica. Posteriormente ao seu endurecimento, o material não é mais solúvel a água. (BAUER, 1987) O cimento Portland é composto por clínquer e adições. O clínquer é o principal constituinte do cimento Portland. O mesmo é o resultado da queima de rocha calcária e argila, em proporções pertinentes. A cal presente na mistura, após o seu cozimento, é combinada aos compostos argilosos, isso faz com que a mistura tenha pouca quantidade de cal livre, de forma a não prejudicar a mistura (METHA e MONTEIRO, 2008). 2.1.1 Materiais O cimento Portland, em sua forma mais básica, é constituído calcário, argila e gesso. O calcário é um composto encontrado na natureza com prevalência de carbonato de cálcio (CaCO 3 ) e impurezas como óxido de magnésio (MgO). O interessante é ter o mínimo de MgO no cimento, pois este é um composto de características expansivas (METHA e MONTEIRO, 2008). Os argilominerais são silicatos de alumínio complexos compostos por duas unidades básicas: tetraedro de sílica e octaedro de alumina. Ou seja, de forma substancial, a argila é constituída de silicato de alumínio, ferro e outros minerais em menor proporção. Por conseguinte, extrai-se desse composto os consecutivos óxidos: dióxido de silício (SiO 2 ), oxido de alumínio (Al 2 O 3 ) e oxido de ferro III (Fe 2 O 3 ) que são basilares na concepção do cimento (DAS, 2012), O gesso tem a incumbência de controlar o tempo de pega, em outras palavras, o início do endurecimento da mistura de clínquer e água. Na hipótese de não se empregar gesso à moagem do clínquer endureceria quase que instantaneamente quando misturado à água, o que inviabilizaria seu uso nas obras. Desse modo, uma pequena parcela de gesso está presente em todos os tipos de cimento Portland, aproximadamente 3% em massa (ABCP, 2002). Não se deve adicionar muita quantidade de gipsita (gesso) pois, além de retardar demasiadamente a pega, o elemento pode gerar reações que originam um
17 produto expansivo após a pasta já endurecida, a etringita secundaria. (METHA e MONTEIRO, 2008). 2.1.2 Composição Química Segundo Neville (2016) fusão da argila e do calcário origina o clínquer. Este possui quatro compostos principais em sua composição química os mesmos são: Silicato tricálcico - 3CaO. SiO 2 ; Silicato bicálcico – 2CaO. SiO 2 ; Aluminato tricálcico – 3CaO Al 2 O 3 ; Ferro aluminato tetracálcico – 4CaO. Al 2 O 3. Fe 2 O 3. Quando se trata de química do cimento/concreto, os compostos acima recebem outra nomenclatura, uma forma de abreviação (NEVILLE, 2016). A mesma se encontra listada abaixo: CaO = C; SiO 2 = S; Al 2 O 3 = A; Fe 2 O 3 = Fe; H 2 O = H. Dessa forma, ao longo do texto quando se quiser referenciar os compostos supracitados, o faremos com a seguinte simbologia: Silicato tricálcico (3CaO. SiO 2 ) = C 3 S; Silicato bicálcico (2CaO. SiO 2 ) = C 2 S; Aluminato tricálcico (3CaO Al 2 O 3 ) = C 3 A; Ferro aluminato tetracálcico (4CaO. Al 2 O 3. Fe 2 O 3 ) = C 4 AFe. Cada composto atribui à pasta de cimento uma característica, influindo nas propriedades do cimento endurecido. O silicato tricálcico (C 3 S) é o maior responsável pela resistência do concreto em todas as idades principalmente até o primeiro mês de cura. Os cimentos de alta resistência inicial possuem uma maior concentração de C 3 S. O composto reage com a água em poucas horas e nesse processo libera uma
19 O enrijecimento da pasta é caracterizado pela hidratação dos aluminatos e a evolução da resistência (endurecimento) é realizada pelos silicatos. (METHA e MONTEIRO, 2008). De maneira expandida, o processo ocorre da seguinte forma: a) Hidratação dos aluminatos: Dentre os componentes do cimento, o C 3 A é o detentor de maior reatividade. Caso houvesse a inexistência de gesso ou gipsita no cimento Portland, a hidratação desse composto seria praticamente instantânea o que geraria uma grande quantidade de calor e prejudicaria significativamente a trabalhabilidade do material. (METHA e MONTEIRO, 2008). Dessa forma, a primeira etapa do processo de hidratação do cimento consiste na interação do C 3 A, o sulfato presente na gipsita (CaSO 4 ) e a água, esta denominada, na química do concreto, de H. A reação entre elementos gera um composto nomeado de etringita (C 6 AS 3 H 32 ). Esta, por sua vez, se deposita nos grãos anidros formando pequenos cristais em formato de agulha. (METHA e MONTEIRO, 2008). A formação das agulhas de etringita começa minutos após o início da hidratação, sendo responsável pelo fenômeno da pega e desenvolvimento da resistência inicial (METHA e MONTEIRO, 2008). O C 4 AF aliado aos sulfatos, produz compostos similares à etringita em seu processo de hidratação, afetando a velocidade de hidratação do C 3 S (METHA e MONTEIRO, 2008).
20 A Figura 1 representa graficamente a microestrutura formada no processo de hidratação dos aluminatos: Figura 1 - Micrografia eletrônica de varredura de cristais hexagonais típicos de monossulfato hidratado e cristais aciculares de etringita. Fonte: MEHTA E MONTEIRO, 2008. b) Hidratação dos silicatos: Durante as primeiras horas após o contato do cimento com a água não há muitas reações. O que é conhecido como tempo de dormência. Passada esta fase, a pasta de cimento passa aumenta a sua viscosidade e temperatura que é denominado início de pega (METHA e MONTEIRO, 2008). Mesmo após a pega, o concreto continua ganhando resistência, desde que não falte água para continuas as reações de hidratação (METHA e MONTEIRO, 2008). A hidratação dos silicatos acontece algumas horas após o contato do cimento com a água, após o período de dormência. A hidratação do C 3 S origina silicatos de