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Métodos de Recuperação de Estruturas de Concreto Armado
Deterioradas pela Corrosão nas Armaduras
Manoel Vicente Zeredo Stotz – manoelstotz@gmail.com MBA Projeto, Execução e Controle de Estruturas & Fundações Instituto de Pós-Graduação - IPOG Florianópolis, SC, 20 de Novembro de 2014
Resumo Este artigo tem por finalidade abordar variavéis técnicas de recuperação patológica aplicadas a estruturas de concreto armado, quando danificadas pelo processo de corrosão das armaduras. Como esta patologia ocorre frequentemente, podendo gerar grandes danos as estruturas, podemos considerá-la como a mais grave que possa ocorrer nas estruturas de concreto armado. Podemos identificar a corrosão quando o cobrimento nominal de concreto se rompe e deixa de cumprir sua função protetora. Visando o aumento da vida útil das estruturas de concreto armado, foram analisadas e acompanhadas algumas técnicas corriqueiras de recuperação. Serão descritas as técnicas específicas, com suas vantagens e desvantagens nas diversas situações.
Palavras-chave : Recuperação de estruturas, corrosão, concreto armado.
1. Introdução
Adotando uma definição para corrosão, podemos dizer que a mesma é a relação destrutiva do material com o exterior, sendo ela originada por ação química ou eletroquímica do meio ambiente, aliada ou não a esforços mecânicos. Temos dois processos principais de corrosão que atingem as estruturas, são eles: a oxidação e a corrosão pela própria definição.
A oxidação é o ataque provocado pela reação gás-metal, com uma formação de película de óxido. Esta patologia é bastante lenta em temperatura ambiente, sendo que não provoca deteriorações significativas nas superfícies metálicas, exceto se estiverem presentes gases de natureza agressiva na atmosfera.
Esta situação já ocorre, preeminente, no processo de fabricação de barras de aço e fios. Ao ser retirado do trem de laminação, em temperaturas superiores a 900ºC, o material sofre uma alta reação de oxidação com o ambiente. Forma-se então uma película uniforme e compacta sobre a superfície do material, que posteriormente poderá servir como camada protetora das armaduras contra a corrosão úmida, especificamente eletroquímica.
Anteriormente a trefilação a frio, visando a melhoria de suas características, a película nominada “carepa de laminação”, é retirada por processos físico, denominado decalaminação, ou químico, de modo decapagem com ácidos. A película gerada inicialmente é trocada por uma de fosfato de zinco ou de hidróxido de cálcio, sendo que as mesmas têm por função a
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lubrificação do processo, podendo ser equivalente à da primeira, tênue protetoras do material contra o processo de corrosão úmida.
Pela própria definição de corrosão, temos que é o ataque exclusivamente eletroquímico, ocorrendo em meio aquoso. Esta patologia ocorre quando se forma uma película de eletrólito na região superficial das barras de aço ou fios. A película é gerada devido à grande presença de umidade na estrutura, exceto em situações específicas como em estufas ou com elevadas temperatura (>80ºC) e também em ambientes com baixa umidade relativa do ar (U.R.<50%). Este tipo de patologia, é o que atinge os vergalhões estocados no canteiro de obras antes da utilização dos mesmos. Este é um tipo de corrosão, o qual o profissional envolvido na obra deve ter profundo conhecimento e promover o tratamento adequado. Entende-se que é muito mais fácil e menos oneroso a prevenção, do que a posterior correção, uma vez que o processo é iniciado.
Mesmo que invariavelmente nos processos de corrosão sempre ocorram reações químicas e cristalizações de complexa identidade, será exposto em seguida um padrão simplificado dos métodos usualmente utilizados, na recuperação de estruturas de concreto armado deterioradas pela corrosão nas armaduras, bem como sua prevenção adequada.
Fig. 1 – Viga de Concreto Armado com estado avançado de corrosão
A corrosão de armadura de uma estrutura fissurada é maior que a de uma estrutura não fissurada. Porém parece não existir influência significativa da abertura da fissura, até cerca de 0,4mm na intensidade de corrosão das armaduras usuais do concreto armado (estado limite de abertura de fissuras).
As armaduras das peças de concreto armado são quase que invariavelmente colocadas nas proximidades de suas superfícies, em caso de cobrimentos insuficientes, as armaduras ficarão
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A proteção contra a corrosão é devida a uma película protetora passiva (proteção química).
Esse filme é aderente ao aço, e sua espessura delgada varia entre 10-³ μm e 10-¹ μm; sua composição básica é o óxido de ferro formado rapidamente a partir das reações de oxidação do ferro e da redução do oxigênio existente na fase líquida dos poros do concreto.
A taxa de corrosão é a velocidade desse processo deletério, medida em:
a) Perda massa por unidade de área e por unidade de tempo mg/ dm³ / dia;
b) Penetração por unidade de tempo mm/ano.
O mecanismo da corrosão eletroquímica ocorre principalmente devido à presença de água no concreto.
A umidade relativa do ar U.R. é o principal fator atmosférico responsável pela quantidade de água no concreto, sendo a mesma o fator que maior influência tem na velocidade de corrosão das armaduras.
A tabela abaixo fornece os dados para um concreto comum a 25ºC.
Tab. 1 – Teor de Umidade do Concreto
A água pura tem um baixo potencial de corrosão, daí o processo corrosivo ocorre mais lentamente, mas ao se combinar com materiais agressivos a água passa a ser um agente muito agressivo.
Tab. 2 – Umidade Relativa do Ar
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3. Análise da Manifestação Patológica e Readequação
A resistência elétrica de um material é proporcional à sua resistividade e ao comprimento do condutor, e inversamente proporcional à área de sua seção transversal. Sendo a resistividade uma propriedade do material.
Fig. 3 – Causa e Efeito da Corrosão em Armaduras
A corrosão pode levar a uma perda excessiva da seção, o que pode comprometer a resistência do elemento estrutural, lembrando que a mesma é uma das mais graves patologias existentes na construção civil, sendo que sua recuperação e adequação são muito delicadas e dispendiosas financeiramente, devendo ser executadas sempre com primor e tecnicamente embasadas no que dizem respeito às Normas Técnicas Brasileiras (ABNT). Para execução dos trabalhos é necessária mão-de-obra especializada, onde podemos listar 5 etapas para desenvolvimentos dos mesmos:
a) Identificar a origem do processo patológico. Poderemos iniciar os trabalhos de recuperação na estrutura somente após eliminar a fonte geradora do mesmo, exceto em casos emergenciais.
b) Para execução dos trabalhos deverão ser utilizados materiais com qualidade garantida, próprios para este tipo de patologia, com características físico-químicas e desempenho de acordo com o Projeto de recuperação.
c) A aplicação adequada deverá ser compatibilizada com o produto selecionado, promovendo desta forma o melhor desempenho possível entre os dois, realizando sempre uma “ponte de ligação” entre a estrutura antiga e o material novo à ser aplicado.
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● Os cortes deverão ser realizados em ângulos retos, evitando-se variações das profundidades dos mesmos, bem como nas escarificações. Para execução dos cortes deve-se manter o disco em posição ortogonal à superfície. Antes de iniciar, demarcar com lápis de cera ou equivalente o contorno do serviço a ser executado. ● A armadura com processo de corrosão deverá ser extremamente limpa, sendo possível a limpeza manual (Executada com escova de aço) devendo ser escovada a superfície até a completa remoção de partículas soltas ou qualquer outro material indesejável, ou por meio mecânico (Pistola de agulha ou Lava-Jato), realizando desta forma a recomposição das armaduras que tiverem mais de 20% do seu diâmetro natural degradado. Na utilização de pistola de agulha deve-se colocar a mesma em contato com a armadura ou chapa metálica até que seja retirada toda a camada de corrosão ou tinta. Deve-se tomar cuidado para evitar que o equipamento entre em contato com o concreto. Já com o Lava-Jato deve-se iniciar a limpeza pelas partes mais altas, procurando manter uma pressão adequada para remoção de partículas soltas. Executar, de preferência, movimentos circulares com o bico de jato para facilitar a limpeza de toda a superfície.
● As juntas deverão ser reconstituídas de forma global, pode-se haver a necessidade de novas juntas, sendo que as mesmas deverão ser informadas pelo projetista, com seus detalhes e desenhos adequados.
● Deverá ser realizada uma análise apurada da invariável redução de seção transversal das armaduras degradadas. Se possível, tal análise deverá ser feita através de ensaios comparativos entre a resistência das peças sadias e as mais atingidas. Caso haja necessidade deverão ser inseridos novos estribos, bem como novas armaduras longitudinais na peça estrutural.
● Quando for realizada solda na recuperação das estruturas em concreto armado, a mesma deverá ser sempre à base de eletrodos, devendo-se controlar o tempo e a temperatura de modo a evitar a mudança da estrutura do aço (Evitar que o aço seja “destemperado”), principalmente se o mesmo for de classe B (EB-3 da ABNT), para tanto recomenda-se sempre que este tipo de trabalho seja realizado por equipe experiente e com acervo de serviços semelhantes. Abaixo temos a tabela de correspondência entre a classe de agressividade ambiental e o cobrimento nominal das estruturas em concreto armado, retirada da NBR-6118/2014, tais cobrimentos devem ser cumpridos rigorosamente, de forma a evitar-se a corrosão das armaduras pela falta dos mesmos:
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Tab. 3 – Corresp. entre a classe de agressividade ambiental e o cobrimento nom. (NBR-6118/2014)
4. Técnicas de Recuperação Disponíveis
A tecnologia de recuperação de estruturas degradadas em concreto armado, é de uma maneira simples de se dizer, devolvê-la às suas condições originais, ou seja, período anterior ao ataque de corrosão das armaduras. Removendo-se as oxidações, existe ainda a necessidade de recuperação do cobrimento das armaduras, preferencialmente com reforço superior ao da estrutura existente, sendo que este cobrimento tem a finalidade de:
● Impedir que os agentes agressivos externos entrem na estrutura (Umidade, Oxigênio, etc.);
● Recuperar a área de concreto armado da secção original;
● Assegurar um meio que garanta a manutenção da região passivadora na armadura.
O novo cobrimento pode ser realizado através de qualquer método que atenda esses requisitos, como por exemplo:
● Concretos e argamassas poliméricas obtidas através de composição de argamassas convencionais com resinas à base de metil metacrilato, ou até mesmo resinas epoxy. Possuem por característica consistência tixotrópica, alta durabilidade, impermeabilidade, aderência ao concreto antigo e à armadura, porém são ideais para recuperações localizadas em pequenas áreas, não existe a necessidade de fôrma, porém necessitam de mão-de-obra especializada, bem como testes prévios de desempenho, pois existe um nível alto de flutuação nas características destes produtos. Os concretos e argamassas possuem o benefício de não gerarem problemas estético à estrutura, pois podem ser moldados em espaços pequenos. Em geral possuem um alto preço no mercado.
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Fig. 6 – Concreto Projetado em Reforços Estruturais ● Argamassas e concretos específicos para “grauteamento”. Estes produtos possibilitam a ausência de retração, possuem excelente aderência e podem ser autoadensáveis, não necessitando o aumento de secção além da inicial. Por outro lado, inconvenientemente, necessitam de fôrmas muito mais estanques (Devido à grande fluidez do material). Sua aplicação mais comum é em região densamente armada ou com dificuldade de acesso, pois possuem grande facilidade de bombeamento, a aplicação deve ser realizada em modo contínuo até completar o preenchimento do reparo (Verificação realizada pelos suspiros). Vedam-se os suspiros e aumenta-se então a pressão da bomba em 5,0 psi, posteriormente encerra-se o bombeamento tampando o furo de entrada do bico da bomba.
Armaduras dezembro/ 11 Fig. 7 – Esquema de aplicação de concreto ou argamassa por injeção (Bombeamento)
● Concretos e argamassas “comuns”, bem dosados, com baixa relação a/c (Água e cimento) e executados com fôrmas, dentro da boa prática de construção, atendendo sempre o que rezam as Normas Técnicas da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). Este tipo de solução sempre exige considerável aumento de seção, bem como, requer grande conhecimento de tecnologia de concreto armado para assegurar uma aderência adequada do concreto antigo com o concreto novo.
Fig. 8 – Reforço Estrutural Convencional Na elaboração do projeto, deverão estar especificadas as propriedades características do material a ser utilizado, como resistência à compressão nos diversos tempos, retração, permeabilidade, resistência à abrasão e aos agentes químicos externos, bem como tensão de aderência. O material de recuperação não poderá segregar em hipótese alguma e deverá apresentar uma “adesividade” adequada junto ao substrato da estrutura, proporcionando-se desta forma um “encapsulamento” em todo aço exposto.
No exemplo de materiais auto-aderentes, deverá ser recordada que na aplicação, uma força entre o material e a estrutura deverá existir, gerando assim uma melhor “adesividade” na recuperação da estrutura em concreto armado. Essas forças podem variar em cada tipo de aplicação. Em caso de aplicação com espátula a força será gerada pela pressão entre a espátula e o substrato, já na utilização do material vertido, surgirá uma pressão pelo peso próprio do material ou, se necessário, pela vibração do mesmo, na estrutura ou nas fôrmas. A pressão pneumática gerada é suficiente no caso de concreto bombeado e finalmente as forças impactantes no caso dos concretos projetados. É condição “ sine qua non ” a utilização de técnicas adequadas, bem como materiais que
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projeto específico de recuperação estrutural, sendo que à posteriori a execução dos serviços dar-se-á da mesma forma por mão-de-obra qualificada e com acervo de obras especificas de recuperação estrutural semelhantes executadas.
5. Conclusão
Podemos afirmar que a deterioração das estruturas em concreto armado, oriundas da corrosão de armaduras de aço são um fenômeno que só inicia-se quando as condições de proteção fornecidas pelo cobrimento nominal das armaduras no concreto são insuficientes para o meio de agressividade (Deverá sempre ser verificado o cobrimento nominal indicado pelas Normas Técnicas Brasileiras para cada tipo de classe de agressividade ambiental), em que a peça em questão situa-se. Esta falta de cobrimento, como visto anteriormente, pode ser catalisada por agentes agressivos originados por diferentes modos, havendo sempre a necessidade de identificar cada um deles, a fim de que se possa garantir uma proteção adequada e propiciar uma longa vida útil à estrutura em concreto armado.
Cabe ainda ressaltar que a patologia de corrosão de armaduras é a mais comum do que qualquer outro tipo de patologias que geram degradação às estruturas de concreto armado, comprometendo assim as mesmas de forma estética e o mais importante, a capacidade “portante” das estruturas, ou seja, segurança estrutural, sendo que sua recuperação é dispendiosa, porém, extremamente necessária.
Em algumas estruturas em concreto armado, por exemplo, obras marítimas (Cais, portos, etc.) a incidência de corrosão é mais importante que a própria ação da água do mar sobre o concreto propriamente dito, observa-se que a deterioração dos pilares e as colunas se devem quase que exclusivamente pela corrosão das armaduras do que qualquer outro fator externo que possa vir à prejudica-las.
A “incansável” observação dos cobrimentos mínimos indicados pelas Normas Técnicas Brasileiras vigentes, a qualidade do concreto a ser empregado na estrutura, bem como a uniformidade da execução dos trabalhos podem garantir o não surgimento desta patologia, evitando-se desta forma qualquer tipo de intervenção futura na edificação. De qualquer maneira, sento este tipo de fenômeno expansivo, observa-se suas manifestações a tempo, possibilitando desta forma uma rápida tomada de medidas necessárias para as recuperações e proteção das estruturas em concreto armado. Estas medidas devem exclusivamente eliminar a origem das manifestações patológicas, tendo como objetivo garantir uma longa vida útil para a edificação.
Referências
ABNT, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118 : Projeto de Estruturas de Concreto - Procedimento. Rio de Janeiro, 2014.
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SOUZA, Vicente Custódio de. Patologia, recuperação e reforço de estruturas de concreto. São Paulo: Pini, 2009.
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PIANCASTELLI, Élvio Mosci. Patologia e Terapia das Estruturas. Belo Horizonte: EEUFMG, 1997.
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