UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
PATOLOGIA EM ESTRUTURAS DE CONCRETO
ARMADO
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
Diego dos Santos da Trindade
Santa Maria, RS, Brasil
2015
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Patologia do Concreto Armado: Degradação e Recuperação de Estruturas, Teses (TCC) de Engenharia Civil
patologias em estrutura de concreto armado
Tipologia: Teses (TCC)
2020
1 / 88
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
PATOLOGIA EM ESTRUTURAS DE CONCRETO
ARMADO
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
Diego dos Santos da Trindade
Santa Maria, RS, Brasil
PATOLOGIA EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO
Diego dos Santos da Trindade
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da
Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS) como requisito parcial para a
obtenção do grau de Engenheiro Civil.
Orientador: Prof. Dr. Joaquim Cesar Pizzutti dos santos
Santa Maria, RS, Brasil
Universidade Federal De Santa Maria
Centro De Tecnologia
“Dedico este trabalho à minha mãe, Maria Nelci
e aos meus amigos mais chegados que irmãos,
por sempre acreditarem em mim e por tudo que são
em minha vida”
AGRADECIMENTOS
Agradeço em primeiro lugar a Deus por estar sempre presente em minha vida e ao longo do curso me encorajando e dando forças.
A minha família, em especial a minha mãe Maria Nelci pelo amor, incentivo, apoio incondicional e que muitas vezes abriu mão de seus sonhos para que o meu fosse realizado e sempre acreditou em mim independente da circunstância.
Aos meus colegas de graduação que estiveram ao longo desta jornada e me ajudaram diretamente e indiretamente para que eu chegasse neste momento tão esperado.
Aos meus amigos do “coleginho”, Janio, Diego e Luis Felipe, que mesmo com o tempo passando, continuam sendo grandes parceiros e sempre acreditaram em mim.
Aos meus amigos da Primeira Igreja Batista de Santa Maria e do GP pelo companheirismo e amizade ao longo destes anos e por terem estado ao meu lado nos bons e maus momentos e por serem verdadeiros irmãos sempre dispostos a me ajudar no que fosse preciso.
Aos professores Eduardo Rizzatti e Marco Antônio Pinheiro por disporem seu tempo e aceitarem o meu convite para compor a banca do meu TCC.
Ao professor Joaquim C. Pizzutti dos Santos, pela paciência, pelos ensinamentos técnicos, por aceitar meu convite para ser meu orientador e por estar sempre disponível para ajudar mesmo possuindo diversas tarefas para realizar.
A todos os professores que me transmitiram conhecimentos técnicos na graduação para o meu engrandecimento profissional.
Enfim, a todos que de maneira direta ou indireta contribuíram para a realização deste trabalho, o meu sincero: Muito Obrigado.
RESUMO
Trabalho de Conclusão de Curso
Curso de Graduação em Engenharia Civil
Universidade Federal de Santa Maria
PATOLOGIA DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO
AUTOR: DIEGO DOS SANTOS DA TRINDADE
ORIENTADOR: JOAQUIM CESAR PIZZUTTI DOS SANTOS
Data e Local da Defesa: Santa Maria, 22 de Outubro de 2015.
O presente trabalho trata das manifestações patológicas mais comuns encontradas em estruturas de concreto armado, tendo como objetivo analisá-las, diagnosticando as causas, fornecendo soluções e a partir do conhecimento adquirido apresentar um estudo de caso real. Primeiramente faz uma análise e conclui sobre a extrema necessidade que em todas as fases de uma estrutura de concreto armado sejam tomadas as devidas precauções e medidas para não haver falhas, pois patologias podem ter origens em qualquer uma delas. Após isso são apresentados os mecanismos que levam um elemento estrutural á deterioração, de modo a fornecer informações de como os problemas que podem surgir futuramente podem ser evitados antes mesmo da concepção do projeto. Posteriormente apresenta as principais e mais utilizadas soluções para reforçar estruturas que apresentam patologias, de modo a trazer segurança e durabilidade ao usuário e que o elemento estrutural cumpra com o fim que foi projetado. Em seguida são listadas algumas das patologias mais encontradas, as principais características de cada uma, assim como a causa. Por fim é realizado um estudo sobre uma viga de concreto armado com trincas e são apresentadas causas e as soluções sobre este caso, observando-se a necessidade da restauração com um dos cinco métodos apontados: reforço mediante chapas de aço coladas, reforço mediante perfis metálicos, reforço mediante fibras de carbono, reforço mediante aumente da seção transversal e reforço mediante protensão externa.
Palavras-chave : Patologia, Estrutura, Concreto Armado.
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Resistência do concreto diante da elevação de temperatura........................
- Figura 1 - Arcos solicitados á compressão. ...................................................................
- Figura 2 - Zonas de tração e compressão. .....................................................................
- Figura 3 - Zonas de tração, compressão e linha neutra da estrutura. ............................
- Figura 4 - Causas intrínsecas das manifestações patológicas........................................
- Figura 5 - Vazios de concretagem em pé de pilar. ........................................................
- Figura 6 - Junta de concretagem. ...................................................................................
- Figura 7 - Acidente com laje devido ao escoramento insuficiente................................
- Figura 8 - Desenvolvimento da reação álcalis-agregado no concreto. ..........................
- Figura 9 - Causas extrínsecas das manifestações patológicas. ......................................
- Figura 10 - Estrutura inadequada ao ambiente. .............................................................
- Figura 11 - Bulbo de tensões. ........................................................................................
- Figura 12 - Falha em junta de dilatação. .......................................................................
- Figura 13 - Bulbos sobrepostos. ....................................................................................
- Figura 14 - Recalques gerados pelo rebaixamento do lençol freático. ..........................
- Figura 15 - Pilar sujeito á choques de veículos. ............................................................
- Figura 16 - Guarda-rodas sujeito á choques de veículos. ..............................................
- Figura 17 - Variação da resistência do aço com a elevação da temperatura. ................
- Figura 18 - Fases do calor em incêndios. ......................................................................
- Figura 19- Lascamento do concreto por ataque de sulfatos. .........................................
- Figura 20 - Reação da carbonatação. .............................................................................
- Figura 21 - Trincas causadas pela proximidade com raízes de árvores. .......................
- Figura 22 - Processos físicos de deterioração do concreto. ...........................................
- Figura 23 - Perda de aderência por efeito parede. .........................................................
- Figura 24 - Trinca devido á movimentação das formas. ...............................................
- Figura 25 - Mecanismo de corrosão por efeito pilha.....................................................
- Figura 26 - Corrosão na barra de aço. ...........................................................................
- Figura 27 - Processo de corrosão na armadura. .............................................................
- Figura 28 - Desagregação do concreto em viga. ...........................................................
- Figura 29 - Piso desgastado por abrasão. ......................................................................
- Figura 30 - Pilar erodido................................................................................................
- Figura 31 - Patologia causada pela cavitação. ...............................................................
- Figura 32 - Procedimento de injeção de figuras. ...........................................................
- Figura 33 - Reparo de uma fissura por costura. ............................................................
- Figura 34 - Reforço estrutural com chapas de aço coladas. ..........................................
- Figura 35 - Estruturas reforçadas com lâminas de concreto. ........................................
- Figura 36 - Sistema de aplicação das folhas de carbono. ..............................................
- Figura 37 - Pilar confinado por lâminas de fibra de carbono. .......................................
- Figura 38 - Viga reforçada ao cortante, por lâminas de fibra de carbono. ....................
- Figura 39 - Aumento da seção em pilar (a); Aumento da seção em viga (b). ...............
- Figura 40 - Aumento da viga na face superior. .............................................................
- Figura 41 - Reforço com perfil metálico em pilar. ........................................................
- Figura 42 - Continuidade com chapas (a); Continuidade com perfis (b). .....................
- para aumento da capacidade de carga (c) ...................................................................... Figura 43 - protensão para costura (a); protensão para alivio de carga (b); protensão
- Figura 44 - Fissuras causadas pela flexão em viga. ......................................................
- Figura 45 - Fissuras de esmagamento em viga. .............................................................
- Figura 46 - Nicho de segregação. ..................................................................................
- Figura 47 - Fissuras em laje devido à punção. ..............................................................
- Figura 48 - Fissuras em laje devido à retração plástica. ................................................
- Figura 49 - Fissuras de cisalhamento em viga. .............................................................
- Figura 50 - Fissuras a 45° causadas pela torção. ...........................................................
- Figura 51 - Torção em viga e laje. .................................................................................
- Figura 52 - Fissura devido à junta de concretagem em pilar.........................................
- Figura 53 - Fissuras em bloco de concreto armado devido á reação álcalis-agregado.
- Figura 54 - Gel de sílica devido á reação álcalis-agregado. ..........................................
- Figura 55 - Corrosão em pilar. ......................................................................................
- 1 INTRODUÇÃO SUMÁRIO
- 1.1 Justificativa
- 1.2 Objetivos
- 1.2.1 Objetivo geral
- 1.2.2 Objetivos específicos............................................................................................................
- 1.3 Estrutura de apresentação do trabalho
- 2 CONCEITOS BÁSICOS
- 2.1 Conceito de patologia em estruturas de concreto armado
- 2.2 Manifestações patológicas geradas na etapa de concepção da estrutura
- 2.3 Manifestações patológicas geradas na fase de execução da estrutura (construção)
- 2.4 Manifestações patológicas geradas na fase de utilização da estrutura (manutenção)
- 3 ORIGENS DA DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO
- 3.1 Causas intrínsecas de manifestações patológicas em estruturas de concreto armado
- 3.1.1 Falhas humanas durante a construção
- 3.1.1.1 Deficiências de concretagem
- 3.1.1.2 Inadequação de escoramentos e formas
- 3.1.1.3 Deficiência nas armaduras.............................................................................................
- 3.1.1.4 Utilização Incorreta dos Materiais de Construção.........................................................
- 3.1.2 Falhas humanas durante a utilização
- 3.1.3 Causas Naturais
- 3.1.3.1 Causas próprias á estrutura porosa do concreto
- 3.1.3.2 Causas químicas
- 3.1.3.3 Causas Físicas
- 3.1.3.4 Causas Biológicas
- 3.2 Causas extrínsecas de manifestações patológicas em estruturas de concreto armado.............
- 3.2.1 Falhas humanas durante o projeto
- 3.2.1.1 Má avaliação das cargas
- 3.2.1.2 Inadequação ao ambiente
- 3.2.1.3 Incorreção na interação solo-estrutura
- 3.2.1.4 Incorreção na consideração de juntas de dilatação
- 3.2.2 Falhas humanas durante a utilização
- 3.2.2.1 Sobrecargas exageradas.................................................................................................
- 3.2.2.2 Alteração das condições do terreno de fundação
- 3.2.3 Ações mecânicas
- 3.2.3.1 Choques de veículos
- 3.2.3.2 Acidentes (ações imprevisíveis)
- 3.2.4 Ações físicas.........................................................................................................................
- 3.2.5 Ações químicas
- 3.3 Processos Físicos de deterioração do concreto
- 3.3.1 Fissuração
- 3.3.1.1 Contração Plástica do Concreto
- 3.3.1.2 Assentamento do concreto/ Perda de aderência
- 3.3.1.3 Movimentação de formas e escoramentos.....................................................................
- 3.3.1.4 Corrosão das armaduras
- 3.3.2 Desagregação do concreto
- 3.3.3 Desgaste do concreto
- 4 TÉCNICAS DE LIMPEZA, REPARO E REFORÇO
- 4.1 Intervenções superficiais.............................................................................................................
- 4.1.1 Polimento
- 4.1.2 Apicoamento
- 4.1.3 Lavagem com soluções ácidas
- 4.1.4 Lavagem com soluções alcalinas
- 4.1.5 Lavagem com jato de areia e de água...................................................................................
- 4.2 Reparo de fissuras
- 4.2.1 Injeção de fissuras
- 4.2.2 Costura de fissuras
- 4.3 Reforço em estruturas de concreto armado
- 4.3.1 Reforço mediante chapas de aço coladas
- 4.3.2 Reforço mediante fibras de carbono.....................................................................................
- 4.3.3 Reforço mediante aumento da seção transversal
- 4.3.4 Reforço mediante uso de perfis metálicos
- 4.3.5 Reforço mediante Protensão Externa
- 4.4 Recuperação de estruturas corroídas
- DE CONCRETO ARMADO 5 CARACTERÍSTICAS DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM ESTRUTURAS
- 5.1 Fissuras em viga por flexão
- 5.2 Fissura em viga por esmagamento do concreto
- 5.3 Concreto Segregado ou mal vibrado
- 5.4 Fissuras em lajes devido à punção
- 5.5 Fissuras devido à retração plástica
- 5.6 Fissura em viga devido ao cisalhamento
- 5.7 Fissuras no concreto devido à torção
- 5.8 Fissuras de juntas de concretagem em pilar
- 5.9 Fissuras causadas pela reação álcalis agregado
- 5.10 Corrosão em pilar
- 6 CONCLUSÃO
- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1 INTRODUÇÃO
Desde a antiguidade o homem procura fazer uso de estruturas que tragam mais facilidade e comodidade para sua vida. Desde estruturas habitacionais como casas, sobrados, prédios e mais recentemente nos últimos dois séculos, também estruturas que lhe rendam uma maior agilidade em sua locomoção, tais como estradas e pontes pavimentadas, assim como estruturas que lhe assegurem reservar e transportar água, como barragens e aquedutos respectivamente. Essas e muitas outras obras vêm sendo realizadas pelo homem ao decorrer dos anos em prol de sua sobrevivência e desenvolvimento. Diante deste panorama, fica evidente que a procura por materiais e técnicas que venham a suprir estruturas cada vez mais robustas se torna alvo importante do ser humano. Foi assim que surgiu o concreto armado, visando resolver problemas que haviam na época ou que a solução era praticamente inviável financeiramente ou mesmo de ser executada. A partir do surgimento do concreto armado, suas técnicas de cálculo e projetos foram sendo aperfeiçoados cada vez mais, assim como os cuidados ao executar estruturas desse material. Em certas épocas e regiões do mundo, houve um crescimento rápido e acelerado na construção civil, com inovações e novidades de projeto, execução e materiais usados, sendo vantajoso em certa parcela, mas trouxe risco por não se ter um grande conhecimento acerca das novas técnicas. Aceitos os riscos e com o desconhecimento e falta de experiência, juntamente veio o surgimento de inúmeras manifestações patológicas nas estruturas, podendo causar a diminuição da vida útil da mesma e até mesmo risco de acidentes fatais, dependendo da falha que certo elemento estrutural venha a possuir. A fim de estudar as manifestações patológicas no concreto armado, foi lançada uma nova área de estudos, chamada de patologia do concreto armado.
“Designa-se genericamente por Patologia das estruturas esse novo campo da engenharia das construções que se ocupa das origens, formas de manifestação, consequências e mecanismos de ocorrência das falhas e dos sistemas de degradação das estruturas”(SOUZA E RIPPER 1998, p.14).
Diversas são as causas que levam uma estrutura a sofrer danos, por isso é de extrema importância o estudo desse ramo da engenharia, para que sejam evitadas manifestações patológicas que venham a diminuir a durabilidade das estruturas, assim como é necessário um
Em seguida, são listadas as mais comuns origens e condições no qual as estruturas estão expostas para que venham sofrer danos futuramente. Posteriormente, são apresentadas terapias para recuperar as estruturas afetadas e evitar que futuramente voltem a sofrer do mesmo problema. Por fim, com os agentes causadores das anomalias já conhecidos, são apresentadas fotos e figuras de patologias em estruturas tais como vigas, pilares, lajes, sendo identificadas uma a uma a partir de características próprias como trincas, fissuras, corrosões. Assim, esse trabalho apresenta 6 capítulos, sendo o capítulo 1 a introdução, o capítulo 2 os conceitos básicos, o capítulo 3 as origens da deterioração das estruturas de concreto armado, o capítulo 4 as técnicas de recuperação do concreto armado, o capítulo 5 as manifestações patológicas em estruturas de concreto armado mais comuns e por fim o capítulo 6 engloba as conclusões finais.
2 CONCEITOS BÁSICOS
A pedra natural era muito utilizada pelos antigos na construção de edificações, fortificações e também para vencer vãos sobre rios ou depressões. A estrutura enquanto elemento resistente à compressão mostrou-se um ótimo material, mas ineficiente quando tracionada, vindo a romper em casos de vãos maiores. Devido a este problema os romanos começaram á construir vãos em formato de arco para evitar rupturas. A Figura 1 mostra arcos sendo exigidos pela compressão. Botelho (1996) afirma que: “Os romanos foram mestres em construir pontes de pedra em arco. Se não podiam usar vigas retas para vencer vãos maiores, usaram ao máximo um estratagema, o uso de arcos onde cada peça de pedra era estudada para só trabalhar em compressão, como se vê na ilustração a seguir” (BOTELHO 1996, p.6).
Figura 1 - Arcos solicitados á compressão. Fonte: BOTELHO, 1996.
Para vencer grandes vãos foi preciso usar múltiplos arcos, com isso implicou-se dificuldades na execução devido às limitações tecnológicas da época. Mesmo com o surgimento e uso do concreto, material que consiste na ligação do cimento, pedra, areia e água, as dificuldades continuaram as mesmas, pois este material resiste a compressão dez vezes mais que a tração. Assim, desta maneira a região tracionada fica suscetível ao surgimento de trincas que podem simplesmente afetar a questão estética e até mesmo levar a estrutura ao colapso, dependendo das dimensões da mesma. Foi diante deste problema que surgiu a ideia de unir dois materiais para que as solicitações à compressão e à tração fossem atendidas. Como mostrado na Figura 2, há uma zona solicitada somente pela tração. Há também uma zona que nela age apenas a compressão. Na figura 3, há a linha neutra, esta linha não sofre compressão nem tração (BOTELHO, 1996).
Tal conjectura na construção civil gera uma alta demanda de funcionários da área, levando a muitas contratações de mão de obra desqualificada devido a necessidade e falta em determinado setor. Isso pode trazer um grande prejuízo quando se trata da questão de qualidade em uma obra, podendo ser fator que leve ao surgimento de manifestações patológicas. (THOMAZ, 1989). Entende-se por patologia do concreto armado a ciência que estuda os sintomas, mecanismos, causas e origens dos problemas patológicos encontrados nas estruturas de concreto armado. Lembrando que para um dano qualquer, existe a possiblidade de vários fatores serem responsáveis. Estes danos podem vir apenas a causar incômodos para aqueles que irão utilizar a obra segundo o fim para que foi feita, tais como pequenas infiltrações até grandes problemas que podem levar a estrutura ao colapso (HELENE, 1988). Geralmente em casos de acidentes catastróficos, como por exemplo, prédios que vão a ruina, não obedecem apenas uma origem agindo sozinha, mas sim várias que juntamente acabam levando a estrutura ao colapso. Não é difícil encontrar estruturas nas quais foi cometido um grande erro em qualquer uma das etapas e mesmo assim não apresentam grandes danos. Do contrário, pode-se encontrar estruturas que apresentem grandes danos que reduzem a durabilidade e resistência mecânica, mas que sua causa vem de erros ou falhas menores, mas quando atuam de maneira conjunta, superpõem seus efeitos e trazem graves consequências (CÁNOVAS, 1988).
2.2 Manifestações patológicas geradas na etapa de concepção da estrutura
Manifestações patológicas em estruturas de concreto armado que tenham sua causa na concepção do projeto são aquelas que advêm de um mau planejamento do mesmo ou falhas técnicas, sejam por desconhecimento ou negligência. Podem se originar de um mau lançamento da estrutura, erro em execução de anteprojeto ou até mesmo na elaboração do projeto de execução. Pode ser citado como exemplo, fissuras em uma viga devido ao erro de cálculo da flecha, ou fissuras de elementos estruturais devido a não ser respeitado ou negligenciado o Estado Limite Último. Segundo Cánovas (1988), no que tange a concepção de projetos de estruturas de concreto devemos levar em conta quatro fatores essenciais nos quais é preciso estar atento e cumprir todos os requisitos necessários para que o sucesso seja obtido.
- Devem ser cumpridas as condições de equilíbrio básicas da Estática.
- A compatibilidade das deformações das próprias peças estruturais e suas uniões.
- Representação em escala suficientemente clara, com as disposições e dimensões de cada elemento estrutural, em especial as medidas que se referem ás armaduras.
- A conveniência de elaborar normas detalhadas, nas quais estejam presentes todas as características e detalhes dos materiais a serem empregados na estrutura, forma de controle e armazenamento, penalizações etc. Esse documento, ao qual, geralmente não se dá importância, é absolutamente fundamental e de grande importância para se obter uma construção sem defeitos e de qualidade: e, em caso de litígio, é um documento de grande valor. Geralmente as falhas geradas nesta etapa terão como consequência problemas patológicos com soluções mais dificultosas e com maior valor de custo de reparo do que problemas patológicos gerados nas etapas seguintes. Segundo Souza e Ripper (1998), geralmente os empecilhos e o fator custo para curar uma estrutura com danos originários de falhas da concepção do projeto, são proporcionais à antiguidade da falha, ou seja, erros no início da concepção e levados adiante nas outras etapas, tendem á causar um maior prejuízo. Uma falha no estudo preliminar, por exemplo, leva a uma solução mais trabalhosa e complexa do que uma falha que venha a ocorrer na fase do anteprojeto. Apesar de erros em projetos, tais como hidrossanitários com alguma tubulação projetada passando por entre elementos estruturais, e assim podendo causar algum dano, devemos nos atentar principalmente ao projeto estrutural como sendo o de maior importância e sendo aquele que em caso de negligência nos trará mais problemas. Por isso o responsável técnico deverá estar atento e ciente de sua responsabilidade. Segundo Marcelli (2007), erros em projetos estruturais não são impossíveis de ocorrer, sendo muito difícil que exista algum escritório que tenha calculado inúmeros projetos estruturais sem que haja ocorrido um erro qualquer. O que ocorre é que geralmente na maioria das vezes são corrigidos a tempo, ou não são graves o suficiente para serem notados.
2.3 Manifestações patológicas geradas na fase de execução da estrutura (construção)
Após o término da concepção do projeto dá-se inicio à etapa da execução da estrutura. Nesta fase, antes de qualquer processo de construção, deve haver o planejamento do canteiro da obra para o bom andamento da mesma, assim como a programação de todas as atividades e também o cronograma como tempo limite de cada parte a ser executada.