Avaliação Patológica De Estrutura De Concreto Armado (estudo De Caso)

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CENTRO UNIVERISTÁRIO DO DISTRITO FEDERAL – UDF COORDENAÇÃO DO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL FELIPE BRAGA DE MOURA AVALIAÇÃO PATOLÓGICA DE ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO (ESTUDO DE CASO) Brasília 2014 FELIPE BRAGA DE MOURA AVALIAÇÃO PATOLÓGICA DE ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO (ESTUDO DE CASO) Trabalho de conclusão de curso apresentado à Coordenação de Engenharia Civil do Centro Universitário do Distrito Federal - UDF, como requisito parcial para obtenção do grau de bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. MSc. Fernando Peroba Júnior. Brasília 2014 ii FICHA CATALOGRÁFICA BRAGA, FELIPE MOURA Avaliação Patológica de Estrutura de Concreto Armado (Estudo de Caso). Brasília - DF, 2014. xvi, 96p., 210x297 mm (UDF, Graduação, Engenharia Civil, 2014). Trabalho de conclusão de curso apresentado à Coordenação de Engenharia Civil do Centro Universitário do Distrito Federal - UDF, como requisito parcial para obtenção do grau de bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. MSc. Fernando Peroba Júnior. 1. Estruturas de concreto. 3. Danos. 2. Intervenções. 4. Reforço/Recuperação estrutural. I. Avaliação Patológica de Estrutura de Concreto Armado (Estudo de Caso) CDU REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA BRAGA, F.M. (2014). Avaliação Patológica de Estrutura de Concreto Armado (Estudo de Caso). Projeto Final de Graduação. Coordenação do Curso de Engenharia Civil, Centro Universitário do Distrito Federal – UDF, Brasília, DF, 96 p. CESSÃO DE DIREITOS NOME DO AUTOR: Felipe Braga de Moura TÍTULO DO PROJETO FINAL: Avaliação Patológica de Estrutura de Concreto Armado (Estudo de Caso) GRAU / ANO: Graduado / 2014. É concedido ao Centro Universitário do Distrito Federal – UDF a permissão para reproduzir cópias deste Projeto Final e para emprestar ou vender com porcentagem ao autor de 20 % tais cópias somente para propósitos acadêmicos e científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte deste Projeto Final pode ser reproduzida sem a autorização por escrito do autor. _____________________________ Felipe Braga de Moura Setor Habitacional Vicente Pires Rua 08 Chácara 186 Casa 19 72.006-765 – Brasília/DF - Brasil [email protected] iii FELIPE BRAGA DE MOURA AVALIAÇÃO PATOLÓGICA DE ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO (ESTUDO DE CASO) Trabalho de conclusão de curso apresentado à Coordenação de Engenharia Civil do Centro Universitário do Distrito Federal - UDF, como requisito parcial para obtenção do grau de bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. MSc. Fernando Peroba Júnior. Brasília, _____ de Dezembro de 2014. Banca Examinadora _________________________________________ Fernando Peroba Júnior Prof. MSc. Orientador Centro Universitário do Distrito Federal – UDF __________________________________________ Marcelo Augusto Sales da Silva Prof. MSc. Examinador Interno Centro Universitário do Distrito Federal – UDF ___________________________________________ Francisco Francione Soares Júnior Prof. MSc. Examinador Externo Nota: ______ iv DEDICATÓRIA Dedico “in memoriam” a minha avó/mãe Maria Mirian, que me incentivou e proporcionou a oportunidade de realizar este sonho em minha vida. . v AGRADECIMENTO Agradeço primeiramente a Deus, por me fortalecer nos momentos mais difíceis permitindo mais uma conquista em minha vida; A minha esposa e filhas que me compreenderam em todos os momentos mais difíceis do curso; Aos meus familiares que sempre me apoiaram, em especial ao meu tio Ricardo Braga; Aos meus amigos que desde o início do curso, fomos juntos realizando este sonho; Aos professores Fernando Peroba e Myllane Hortegal pela dedicação, auxílio e correções desse trabalho. vi “O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” Albert Einstein vii RESUMO A rápida deterioração as quais as estruturas de concreto armado estão submetidas, fazem com que ocorra redução da durabilidade e vida útil das edificações, situação que, além de afetar a segurança da construção, acarreta também custos consideráveis para recuperar ou reforçar as estruturas enfermas. O presente trabalho teve por objetivo realizar visitas na obra do estudo de caso para identificar os danos mais comuns em elementos estruturais e indicar seus diagnósticos e terapias em um relatório técnico-fotográfico. Ao final, foi avaliado se as soluções impostas foram suficientes para a recuperação ou reforço da edificação. Palavras-chave: Estruturas de concreto. Reforço/Recuperação estrutural. viii Intervenções. Danos. ABSTRACT The rapid deterioration which the reinforced concrete structures are submitted, can causes reduction of the durability and the useful life of buildings, a situation that, besides of affecting the safety of the construction, also can causes considerable costs in the need of restoring or strengthening the weak structures. This study had focus in carrying out visits in the case study work to identify the most common damages of structural elements and as well it will indicate their diagnoses and therapies in a technical photographic report. At the end, it was assessed whether imposed solutions were sufficient for the recovery or improvement of the building. Key words: Concrete structures. Interventions. Strengthening/ recovery. ix Damages. Structural LISTA DE FIGURAS E TABELAS FIGURAS Figura 2.1 - Inter-relacionamento entre conceitos de durabilidade e desempenho. (C.E.B - Boletim nº 183, 1989 apud Souza e Ripper, 1998) ............................. 24 Figura 2.2 - Hipóteses para reconversão de estruturas com desempenho insatisfatório. (Souza e Ripper, 1998) ............................................................... 25 Figura 2.3 - Diferentes desempenhos de uma estrutura, com o tempo em função de diferentes fenômenos patológicos. (Souza e Ripper, 1998) ............................. 27 Figura 2.4 - Erros de concepção de projeto no edifício Real Class em Belém do Pará. (Portal ORM) ..................................................................................................... 31 Figura 2.5 - Desmoronamento do edifício Real Class, em Belém/PA. (Blog Oficial do Curso de Engenharia Civil) ............................................................................... 31 Figura 2.6 - Desabamento na obra do shopping no Piauí. (PINIWEB, 2013). ........... 33 Figura 2.7 - Armaduras expostas de concreto degradados no Viaduto Sarah Kubitschek. (PINIWEB, 2008) ........................................................................... 38 Figura 2.8 - Corrosão com armaduras expostas e enferrujadas no cruzamento do Anel Rodoviário sobre a Avenida Amazonas/BH. (PINIWEB, 2008)................. 38 Figura 2.9 - Tabuleiro do viaduto que liga a Avenida Barão Homem de Melo ao bairro Padre Eustáquio. (PINIWEB, 2008) .................................................................. 39 Figura 2.10 - Influencia da cura úmida sobre a resistência do concreto. (Neville, 1997)................................................................................................................. 44 Figura 2.11 – Erros de localização das armaduras. (Souza e Ripper, 1998) ........... 45 Figura 2.12 - Esquema estruturais para cálculo de vigas de edifício. (Souza e Ripper, 1998)................................................................................................................. 50 Figura 2.13 - Diferentes situações de detalhamentos de armaduras. (Souza e Ripper, 1998)................................................................................................................. 51 Figura 2.14 - Detalhamento das barras na seção transversal de uma viga. (Souza e Ripper, 1998) .................................................................................................... 52 Figura 2.15 - Adoção de pingadeiras. (Souza e Ripper, 1998).................................. 52 Figura 2.16 - Correto detalhamento da junta de dilatação. (Prefac Impermeabilizações) ......................................................................................... 53 x Figura 2.17 - Marquise deformada devido sobrecarga do painel publicitário. (Nota de Aula de Estruturas de Concreto IV – UDF, 2014) ............................................. 54 Figura 2.18 - Exemplo de fissura devido recalque de fundação. (Cavaco, 2008) ..... 55 Figura 2.19 - Recalque diferencial de fundação na Torre de Pisa. (BlogSpot Engenharia Civil para iniciantes - Dicionário do Engenheiro) ........................... 56 Figura 2.20 - Queda de elementos dos tabuleiros. (Vaz, 1992) ................................ 56 Figura 2.21 - Danos em pilares. (Vaz, 1992) ............................................................. 57 Figura 2.22 - Fluxograma genérico para diagnose de uma estrutura convencional. (Souza e Ripper, 1998) ..................................................................................... 59 Figura 2.23 - Sistema de Medição para intervenção de corte em concreto. (Souza e Ripper, 1998) .................................................................................................... 62 Figura 2.24 - Remoção de concreto por corte e forma correta do reforço/recuperação. (Ferrari e Hanai, 2007) .................................................... 63 Figura 2.25 - Escarificação mecânica e manual. (Souza e Ripper, 1998) ................. 63 Figura 2.26 - Situações de confrontação corte x comprimento de ancoragem e amarração de barras de complementação. (Souza e Ripper, 1998)................. 64 Figura 2.27 - Jateamento de areia em concreto. (Souza e Ripper, 1998) ................. 64 Figura 2.28 - Jateamento de água para a limpeza do concreto. (Souza e Ripper, 1998)................................................................................................................. 65 Figura 2.29 - Ancoragem de barras à flexão, com enchimento da furação por gravidade. (Souza e Ripper, 1998) ................................................................... 65 Figura 2.30 - Exemplo de ensaio de arrancamento de barras imersas em meio resinoso. (Souza e Ripper, 1998) ..................................................................... 66 Figura 2.31 - Emenda entre barras de armadura corroída e de complementação. (Souza e Ripper, 1998) ..................................................................................... 69 Figura 2.32 - Tipos de configuração de reforço de pilares. (TAKEUTI, 1999) ........... 71 Figura 2.33 - Reforço por encamisamento. (PIANCASTELLI, 1997)......................... 72 Figura 2.34 - Reforço por encamisamento. (PIANCASTELLI, 1997)......................... 72 Figura 2.35 - Possíveis métodos de concretagem. (PIANCASTELLI, 1997) ............. 73 Figura 2.36 - Exemplo de Laudo de Sondagem. (Dynamic Cad, 2014) .................... 74 Figura 3.1 - Localização do estudo de caso. (Google Maps, 2014) .......................... 77 Figura 3.2 - Vista aérea do estudo de caso. (Google Maps, 2014) ........................... 77 xi Figura 4.1 - Locação dos postos de visita. (Arquivo Pessoal) ................................... 81 Figura 4.2 - Fundação Estaca ø 50 cm com 9,70 m profundidade. (Arquivo Pessoal) .......................................................................................................................... 81 Figura 4.3 - Fundação Estaca ø 30 cm com 10,60 m de profundidade. (Arquivo Pessoal) ............................................................................................................ 81 Figura 4.4 - Fundação Estaca ø 40 cm e 8,80 m de profundidade. (Arquivo Pessoal) .......................................................................................................................... 82 Figura 4.5 - Dados de entrada para obtenção da capacidade de carga da estaca mais crítica. (Arquivo Pessoal).......................................................................... 82 Figura 4.6 - Condições dos Pilares e Esquema da Solução de Reforço (Arquivo Pessoal) ............................................................................................................ 84 Figura 4.7 - Sequencia do procedimento de encamisamento dos pilares. (Arquivo Pessoal) ............................................................................................................ 85 Figura 4.8 - Detalhes dos elementos de reforço da fundação (Arquivo Pessoal) ...... 86 Figura 4.9 - Sequência da execução do reforço das fundações (Arquivo Pessoal) .. 87 Figura 4.10 - Vigas invertidas danificadas (Arquivo Pessoal) ................................... 88 Figura 4.11 - Detalhamento da recuperação da viga danificada (Arquivo Pessoal) .. 89 Figura 4.12 - Sequência de recuperação de vigas danificadas. (Arquivo Pessoal) ... 89 Figura 4.13 - Laje danificada com rasgo no concreto e armaduras danificas. (Arquivo Pessoal) ............................................................................................................ 90 Figura 4.14 – Demarcação das lajes danificadas. (Arquivo Pessoal)........................ 90 Figura 4.15 - Detalhamento de recuperação das lajes. (Arquivo Pessoal) ................ 91 Figura 4.16 - Sequência da recuperação da laje. (Arquivo Pessoal)......................... 91 xii TABELAS Tabela 2.1 - Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto. (ABNT NBR 6118,2003) .................................................................... 22 Tabela 2.2 - Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal para Δc = 10mm. (ABNT NBR 6118, 2003) ......................................... 22 Tabela 2.3 - Exigências de durabilidade relacionadas à fissuração e à proteção da armadura, em função das classes de agressividade ambiental. (ABNT NBR 6118, 2003) ....................................................................................................... 23 Tabela 2.4 - Análise percentual das causas de problemas patológicos em estruturas de concreto. (Souza e Ripper, 1998) ................................................................ 29 Tabela 2.5 - Principais sintomas de deterioração das estruturas. (Bauer, 1994) ...... 40 Tabela 2.6 - Principais mecanismos de deterioração das estruturas de concreto armado. (Oliveira Andrade, Medeiros e Helene, 2011) ..................................... 41 Tabela 2.7 - Causas intrínsecas aos processos de deterioração das estruturas de concreto. (Souza e Ripper, 1998) ..................................................................... 42 Tabela 2.8 - Causas extrínsecas aos processos de deterioração das estruturas de concreto. (Souza e Ripper, 1998). .................................................................... 49 Tabela 2.9 - Classificação dos Reparos. (Adaptado de Souza e Ripper, 1998) ........ 66 Tabela 2.10 - Valores do coeficiente adicional. (ABNT NBR 6118, 2003) ................. 70 Tabela 4.1 - Demonstrativo de Incremento de Carga devido a Estrutura Metálica. (Arquivo Pessoal).............................................................................................. 80 Tabela 4.2 - Média da Capacidade de Carga da Estaca Crítica para efeito de Cálculo. (Arquivo Pessoal) ................................................................................ 83 xiii LISTA DE SIGLAS ABNT ANP ATO BH CAA CEPAT CNP cm CPT CREA CREA-PI DF ELS-D ELS-F ELS-W FAP Fck m² m MPa NBR N SPT PA PI PVC SPT tf UFPA Associação Brasileira de Normas Técnicas Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis Acompanhamento Técnico da Obra Belo Horizonte Classe de Agressividade Ambiental Centro de Pesquisas e Análises Tecnológicas Conselho Nacional do Petróleo Centímetro Centro de Pesquisas e Análises Tecnológicas Conselho Regional de Engenharia e Agronomia Conselho Regional de Engenharia e Agronomia do Estado do Piauí Distrito Federal Estado Limite de Descompressão Estado Limite de Formação das Fissuras Estado Limite de Abertura das Fissuras Ficha de Análise Patológica Resistência Característica à Compressão do Concreto Metro Quadrado Metro Mega Pascal Norma Brasileira Número de golpes necessários à cravação dos 30 cm finais do amostrador padrão Pará Piauí Policloreto de Vinila Standard Penetration Test Tonelada Força Universidade Federal do Pará xiv SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 17 1.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS E JUSTIFICATIVAS DO TRABALHO .............. 17 1.2. OBJETIVOS DO TRABALHO ........................................................................ 18 1.2.1. Objetivo Geral ....................................................................................... 18 1.2.2. Objetivos Específicos ........................................................................... 19 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................. 20 2.1. DURABILIDADE E VIDA ÚTIL DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO .......................................................................................................... 20 2.2. CONSEQUÊNCIA DO NÃO CONHECIMENTO PARA INTERVIR EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO...................................................... 25 2.3. CONCEITOS, DIAGNÓSTICOS E TERAPIAS .............................................. 27 2.3.1. Patologias geradas na etapa de concepção da estrutura (projeto) .. 30 2.3.2. Patologias geradas na etapa de execução da estrutura (construção) .......................................................................................................................... 32 2.3.3. Patologias geradas na etapa de uso da estrutura (manutenção) ..... 36 2.3.4. Deterioração das estruturas ................................................................ 39 2.3.4.1. Causas Intrínsecas .......................................................................... 41 2.3.4.2. Causas Extrínsecas ......................................................................... 49 2.3.5. Diagnósticos ......................................................................................... 58 2.3.6. Prognósticos ......................................................................................... 61 2.3.7. Terapias ................................................................................................. 61 2.3.7.1. Recuperação em superfície de concreto ......................................... 62 2.3.7.2. Reforço em estruturas de concreto .................................................. 68 2.3.7.3. Fundações profundas adicionais ..................................................... 76 3 METODOLOGIA .................................................................................................... 77 xv 4 ESTUDO DE CASO ............................................................................................... 79 4.1. DESCRIÇÃO DAS PATOLOGIAS ................................................................. 79 4.1.1. Problema patológico na concepção do projeto ................................. 80 4.1.1.1. Reforço dos Pilares ......................................................................... 84 4.1.1.2. Reforço da Fundação ...................................................................... 85 4.1.2. Problema patológico na fase de execução e manutenção ................ 87 4.1.2.1. Recuperação das Vigas Danificadas ............................................... 87 4.1.2.2. Recuperação das Lajes Danificadas ............................................... 89 4.1.3. Avaliação da eficácia dos métodos implantados ............................... 91 5 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 93 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 94 xvi 1. INTRODUÇÃO 1.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS E JUSTIFICATIVAS DO TRABALHO O Centro de Pesquisas e Análises Tecnológicas, originalmente CEPAT e atualmente CPT, iniciou suas atividades em 1977, após inauguração de suas instalações no endereço de Brasília, e imediatamente após a transferência do então Conselho Nacional do Petróleo – CNP para a capital Federal. Sua principal atribuição é o controle da qualidade dos derivados de petróleo, essa que visa o acompanhamento da implantação, desenvolvimento e a evolução da indústria do petróleo no país. Por se tratar de um prédio construído há 37 anos, ocorreram diversas alterações em suas instalações originais. Porém, por terem sido executados por pessoas não habilitadas, a edificação que deveria ficar cada vez mais moderna, ficou cada vez mais frágil devido aos danos causados à estrutura. Tendo em vista tais alterações realizadas, serão abordados e citados os danos causados a estrutura, seja por falta de concepção de projeto para a reforma, seja por falhas na execução ou até por falta de análise e supervisão de forma correta por profissionais habilitados. As principais deteriorações que serão tratadas neste trabalho são as que possuem maior risco estrutural, sendo o seccionamento de armaduras, a diminuição das seções transversais das vigas principais e as aberturas nas lajes para passagens de dutos de exaustão de ar condicionado. Também será analisada, devido ao projeto de reforma, a condição dos pilares e das fundações que receberão cargas provenientes da estrutura metálica que será apoiada sobre os pilares de concreto e consequentemente, as fundações. Para a realização de modificações em uma estrutura já construída, deve-se atentar aos seguintes questionamentos: É possível realizar furos em peças estruturais para passagens de instalações diversas? Quem pode analisar e verificar se tais intervenções deteriorarão a estrutura? As respostas são simples, pois as 17 aberturas/furos nas lajes e vigas para a passagem de instalações diversas existentes em uma edificação, devem ser previstas ainda na elaboração do projeto, evitando qualquer dano nas peças estruturais. Em caso de instalações posteriores à construção, tais passagens devem ser analisadas por engenheiros habilitados a executá-las, sempre considerando, os limites previstos na Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT vigente, neste caso, ABNT NBR 6118 (2007). No estudo de caso em questão, durante as visitas in loco, verificou-se que não houve um estudo crítico por profissional habilitado que, elencasse os possíveis empecilhos que poderiam danificar a estrutura da edificação. Portanto, além de apresentar quais danos foram causados na estrutura, será apontada a solução adotada para a recuperação/reforço do elemento estrutural. Assim, espera-se contribuir para um melhor entendimento da sociedade leiga e técnica que, para se realizar qualquer intervenção em uma estrutura é necessário conhecimento específico e extremamente técnico, uma vez que existem normas que regem a forma correta de realizar alterações em uma estrutura de concreto. Além disso, para a realização de quaisquer intervenções em um edifício, é indispensável à contratação de mão de obra especializada, uma vez que haverá necessidade de implantar métodos e materiais específicos. 1.2. OBJETIVOS DO TRABALHO 1.2.1. Objetivo Geral Objetiva-se com este trabalho, através da revisão da literatura, fazer a identificação dos danos causados nas lajes e vigas que sofreram intervenções não previstas no projeto original, e avaliar a necessidade de reforço dos pilares e fundações devido a proposta do projeto de reforma do edifício do CPT do ano de 2014. 18 1.2.2. Objetivos Específicos i. Realizar visitas in loco para levantamento de todas as informações tais como: projetos e laudos técnicos; ii. Identificar os danos nos elementos estruturais e elaborar um relatório técnico-fotográfico dos problemas encontrados in loco; iii. Verificar laudos dos carregamentos atuantes na estrutura para avaliar a necessidade de reforço dos pilares e fundações, devido ao projeto de reforma proposto; iv. Indicar os diagnósticos e as terapias adotados para a recuperação da peça estrutural danificada; v. Apresentar e interpretar as soluções impostas para o reforço dos pilares e das fundações verificando se estas são suficientes para resistir às solicitações de projeto. 19 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1. DURABILIDADE E VIDA ÚTIL DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Os primeiros materiais a serem empregados nas construções foram a pedra natural e a madeira, sendo o ferro e o aço empregados séculos depois. O concreto armado só surgiu mais recentemente, por volta de 1850. Segundo Bastos (2006), para um material de construção ser considerado bom, ele deve apresentar duas características básicas: a resistência e a durabilidade. A pedra natural apresenta resistência a compressão e durabilidade muito elevadas, porém, baixa resistência à tração. A madeira apresenta razoável resistência, mas a durabilidade limitada, já o aço tem resistências elevadas e requer proteção contra a corrosão. Tendo em vista tais características, surge a necessidade de aliar as características destes materiais, a resistência a compressão e durabilidade da pedra e a resistência mecânica do aço, para a formação do concreto armado. Com esse novo conceito, é possível assumir qualquer forma e proporcionar a necessária proteção do aço contra a corrosão. A ABNT NBR 6118 (2007) define que durabilidade é a capacidade da estrutura resistir as influências ambientais previstas e definidas em conjunto pelo autor do projeto estrutural e o contratante, no início dos trabalhos de elaboração do projeto. A supracitada norma técnica, em seu item 6.1 – Exigências de Durabilidade, menciona que as estruturas de concreto devem ser projetadas e construídas de modo que, sob as condições ambientais previstas na época do projeto e quando utilizadas conforme preconizado em projeto, conservem sua segurança, a estabilidade e a aptidão em serviço durante o período correspondente à sua vida útil. Para Souza e Ripper (1998), durabilidade é o parâmetro que relaciona a aplicação destas características a uma determinada construção, individualizando-a 20 pela avaliação da resposta que dará aos efeitos da agressividade ambiental, e definindo a sua vida útil. Gaspar (1988), por sua vez, define durabilidade como a capacidade de manter em serviço e com segurança uma estrutura, durante um tempo especificado ou período de vida útil em um determinado meio ou entorno, mesmo que este meio seja desfavorável ao concreto. De acordo com esses conceitos, durabilidade é o resultado da interação entre a estrutura de concreto, o ambiente e as condições de uso, de operação e de manutenção. A vida útil da estrutura, citada por alguns autores acima, também é um conceito importante, estando intimamente ligada a durabilidade de uma estrutura, pois ela pode aumentar ou reduzir o tempo de utilização para a qual a estrutura foi projetada. Segundo a NBR 6118 (2007), define-se como vida útil o período de tempo durante o qual se mantêm as características das estruturas de concreto, desde que atendidos os requisitos de uso e manutenção prescritos pelo projetista e pelo construtor, bem como de execução dos reparos necessários decorrentes de danos acidentais. Monteiro (2002) define vida útil como o período no qual a estrutura é capaz de desempenhar as funções para as quais foi projetada. A fim de auxiliar o proprietário da edificação em sua utilização, a ABNT NBR 14037 (1998), tem como finalidade informar aos usuários as características técnicas da edificação construída, descrever procedimentos recomendáveis para o melhor aproveitamento da edificação, orientar os usuários para a realização das atividades de manutenção, prevenir a ocorrência de falhas e acidentes decorrentes de uso inadequado, e contribuir para o aumento da durabilidade da edificação. Seguindo todas essas recomendações, é garantida que a edificação obedecerá, sem problema algum, sua vida útil a qual foi projetada. Pode-se afirmar que vida útil deve sempre ser analisada de um ponto de vista amplo que envolve o projeto, a execução, os materiais, o uso, a operação e a manutenção sob um enfoque de desempenho, qualidade e sustentabilidade. A durabilidade também está totalmente dependente de outros fatores que podem levar a enfermidade da estrutura em um período de tempo menor, portanto, a 21 NBR 6118 (2007) lista alguns fatores que devem ser levados em consideração quanto a concepção de um projeto visando a durabilidade. São eles:  Drenagem: Deve ser evitada a presença ou acumulação de água sobre a superfície do concreto;  Formas arquitetônicas e estruturais: Prevê o projeto de forma que se tenham acessos para inspeção e manutenção das partes da estrutura com vida útil inferior ao todo, por exemplo, aparelhos de apoio e impermeabilizações;  Qualidade do concreto de cobrimento: Depende da relação entre qualidade do concreto versus classe de agressividade e classe Tabela 2.1 e Tabela 2.2 respectivamente; Tabela 2.1 - Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto. (ABNT NBR 6118,2003) Tabela 2.2 - Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal para Δc = 10mm. (ABNT NBR 6118, 2003) 22  Detalhamento das armaduras: A disposição das barras deve ser de forma a garantir e facilitar a boa qualidade das operações de lançamento e adensamento do concreto dentro do elemento estrutural;  Controle de Fissuração: O risco e a evolução da corrosão do aço nas regiões das fissuras de flexão transversais à armadura principal dependem totalmente da qualidade e da espessura de cobrimento da armadura do concreto. A NBR prevê ainda algumas características limites de fissuras na superfície do concreto, sendo satisfatória para as exigências de durabilidade, conforme Tabela 2.3. Tabela 2.3 - Exigências de durabilidade relacionadas à fissuração e à proteção da armadura, em função das classes de agressividade ambiental. (ABNT NBR 6118, 2003) OBSERVAÇÃO: ELS-W: Estado Limite de Abertura das Fissuras - Estado em que as fissuras se apresentam com aberturas iguais aos máximos; ELS-F: Estado Limite de Formação das Fissuras - Estado em que se inicia a formação de fissuras. Admite-se que este estado limite é atingido quando a tensão de tração máxima na seção transversal for igual à resistência a tração ma flexão; ELS-D: Estado Limite de Descompressão - Estado no qual em um ou mais pontos da seção transversal à tensão normal é nula, não havendo tração no restante da seção.  Medidas Especiais: Quando em condições de exposição adversa, deve-se tomar algumas medidas especiais, tais como, pinturas impermeabilizantes sobre a superfície de concreto, revestimento de argamassa, galvanização das armaduras, entre outros; 23  Inspeção e manutenção preventiva: Conjunto de medidas que facilite a inspeção e manutenção do prédio, ou seja, conter o manual de operações, uso e manutenção das edificações elaborado conforme ABNT NBR 14037 (1998). Uma estrutura de concreto armado pode se tornar muito vulnerável quando seus executores não possuem qualificação suficiente para sua aplicação, ou seja, mesmo que um projeto de uma estrutura de concreto armado esteja totalmente correto em seu cálculo, se a sua execução for de forma incorreta sem a observância da posição das armaduras, tendo pilares e vigas fora de eixo, a estrutura projetada para resistir os esforços solicitantes sem apresentar qualquer danificação em curto prazo, torna-se uma estrutura enferma, com o surgimento de fissuras e outras patologias. Uma mão de obra não qualificada e um planejamento mal elaborado pode fazer com que uma estrutura perda parcialmente ou totalmente sua função estrutural. Figura 2.1 - Inter-relacionamento entre conceitos de durabilidade e desempenho. (C.E.B - Boletim nº 183, 1989 apud Souza e Ripper, 1998) 24 2.2. CONSEQUÊNCIA DO NÃO CONHECIMENTO ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO PARA INTERVIR EM Os elementos de concreto armado são aqueles cujo comportamento estrutural depende da aderência entre concreto e armadura e nos quais não se aplicam alongamentos iniciais das armaduras antes da materialização dessa aderência (NBR 6118, 2007). De acordo com a referida norma, o comportamento estrutural depende da aderência entre o concreto e a armadura, portanto é necessário saber identificar se a forma de execução é correta a fim de garantir tal união. Assim, não se pode deixar que qualquer pessoa, sem conhecimento algum na área da engenharia de construção, execute uma obra sem ser supervisionada por um responsável técnico, pois podem haver situações que, por falhas do projeto ou de execução, a edificação atinja um nível de deterioração irreversível. Souza e Ripper (1998) afirmam que, caso o construtor execute-a de forma insatisfatória, os responsáveis deverão estar habilitados a optar sobre como proceder, adotando a opção mais adequada, que respeite os pontos de vista técnicos, econômicos e socioambientais, Figura 2.2. Estrutura com desempenho satisfatório? Não Sim Recuperação Reforço Limitação de Utilização Demolição Intervenções para extensão da Vida Útil Figura 2.2 - Hipóteses para reconversão de estruturas com desempenho insatisfatório. (Souza e Ripper, 1998) 25 É possível ainda analisar e optar qual caminho você como construtor e proprietário quer seguir, sabendo que uma estrutura desenvolvida e construída com desempenho satisfatório, a única intervenção que deverá ser realizada é para estender a vida útil da edificação, ou seja, realizar algum tratamento simples nos elementos estruturais para recuperar a função estrutural para qual foi projetada. Caso a opção escolhida for a utilização de materiais de má qualidade e mão de obra não especializada, o desempenho será muito inferior ao planejado, sendo este, insatisfatório. Para Souza e Ripper (1998), o fato de uma estrutura, em determinado momento, apresentar um desempenho insatisfatório não significa que ela esteja necessariamente condenada. A avaliação desta situação é, talvez, o objetivo maior da Patologia das Estruturas, visto que esta seja a ocasião que requer uma imediata intervenção técnica, de forma que ainda seja possível reabilitar a estrutura. A Figura 2.3 apresenta três diferentes histórias de desempenhos estruturais ao longo de suas respectivas vidas úteis, em função da ocorrência de fenômenos patológicos diversos. i. O primeiro caso, representado pela simbologia _.._.._ (traço – duplo ponto), é o fenômeno natural de desgaste da estrutura, ou seja, quando há a intervenção, a estrutura se recupera, voltando sua linha de desempenho acima do mínimo exigido para sua utilização. ii. No segundo caso, representado pela simbologia ____ (linha cheia), trata-se de uma estrutura sujeita a uma ação súbita, o que reflete na necessidade de intervenção corretiva imediata para a recuperação da sua função estrutural. iii. Já o terceiro caso, representado pela simbologia __.__.__ (Traço duplo – ponto), é uma estrutura que apresenta erros originais de projeto ou execução, ou ainda a alteração dos propósitos funcionais da estrutura, situação em que há a necessita de reforço. 26 Figura 2.3 - Diferentes desempenhos de uma estrutura, com o tempo em função de diferentes fenômenos patológicos. (Souza e Ripper, 1998) 2.3. CONCEITOS, DIAGNÓSTICOS E TERAPIAS Uma estrutura de concreto armado, assim como qualquer outra constituída de outro material, ao longo do tempo, vai apresentando algumas degradações oriundas do tempo. “As estruturas de concreto não são eternas, pois se deterioram com o passar do tempo e não alcançam sua vida útil se não são bem projetadas, executadas com esmero, utilizadas com critério e, finalmente, submetidas a uma manutenção preventiva. Quando o projeto de engenharia for mal detalhado, a construção for realizada com insuficientes planejamento e controle, os técnicos e operários não forem dotados da qualificação adequada e os prazos de execução forem excessivamente curtos, a estrutura de concreto resultante será quase certamente de má qualidade e irá se deteriorar de modo prematuro, absorvendo gastos de recuperação e de reforço exagerados para ser mantida em condições de uso. Como as estruturas de concreto existentes estão envelhecendo, muitas já estão com dezenas de anos, os problemas de deterioração estão cada vez mais acentuados, exigindo com frequência trabalhos de recuperação e de reforço estrutural e mesmo, em casos mais graves, sua demolição”. (Souza e Ripper, 1998, p. 4). O termo patologia é empregado na engenharia civil quando ocorre perda ou queda de desempenho de um produto ou componente da estrutura. De acordo com Souza e Ripper (1998), a patologia das estruturas é “um novo campo da Engenharia das Construções que se ocupa do estudo das origens, formas de manifestação, 27 consequências e mecanismos de ocorrência das falhas e dos sistemas de degradação das estruturas”. Ainda segundo esses autores, a patologia tem seu campo bem amplo, uma vez que além de identificar e conhecer as anomalias, busca a concepção e o projeto estrutural, bem como a formação do profissional da engenharia. Azevedo (2011) diz que, nas estruturas de concreto, essas anomalias correspondem aos danos ou defeitos que comprometem o desempenho e a vida útil de uma estrutura. Ainda segundo ele, as patologias podem ocorrer numa estrutura tanto na fase de construção como durante o período pós-entrega e uso. Assim, as condições apresentadas por uma estrutura que favoreça o desenvolvimento dessas manifestações patológicas são de responsabilidade do projetista, enquanto que o construtor responderá pelas falhas construtivas por inconformidade com o projeto, com as normas de execução e com a escolha de material inadequado. Andrade e Silva (2005), citando outros autores, procuram definir alguns conceitos fundamentais usados para expressar as patologias encontradas, tais como:  Anomalia ou sintoma: é a indicação sintomática da ocorrência de um defeito;  Defeito: não conformidade de qualquer característica do material, em desacordo com sua especificação, indicando um desvio no seu comportamento previsto, que pode não necessariamente resultar numa falha;  Falha: qualquer tipo de irregularidade que possa impedir o normal funcionamento da estrutura;  Reparo: é a ação que busca devolver a um elemento ou estrutura a condição de estabilidade prevista no projeto original, reduzida ao longo da sua utilização; 28  Causa da deterioração: refere-se à natureza da degradação, podendo ser mecânica, física, química, eletroquímica e biológica (adaptado de ANDRADE, 2005; AGUIAR, 2006);  Origem da deterioração: está relacionada com as fases ou etapas do ciclo de vida da estrutura em que surgiu a patologia (fase de projeto, execução, etc.). Quando se fala de patologia, logo pensa-se em erros de projetos, de execução ou de materiais empregados de má qualidade na edificação. Portanto, como não é possível definir qual atividade que tem sido responsável, ao longo do tempo, pela maior quantidade de erros, Souza e Ripper (1998) elencaram uma lista de pesquisadores que têm procurado relacionar, percentualmente, as várias causas para a ocorrência de problemas patológicos (Tabela 2.4). Tabela 2.4 - Análise percentual das causas de problemas patológicos em estruturas de concreto. (Souza e Ripper, 1998) 29 Observa-se que as causas patológicas não são semelhantes, pois os estudos foram realizados em diferentes continentes e, em alguns casos as causas são tantas que pode ter sido difícil definir a preponderante. 2.3.1. Patologias geradas na etapa de concepção da estrutura (projeto) Para Souza e Ripper (1998), uma falha no estudo preliminar, por exemplo, gera um problema cuja solução é muito mais complexa e onerosa do que a de uma falha que venha a ocorrer na fase de anteprojeto. As patologias oriundas da fase de concepção do projeto estão diretamente ligadas a erros básicos de estudos preliminares deficientes e/ou anteprojeto equivocado, sendo estes, os elementos principais pelo encarecimento do processo de construção, ou por transtornos relacionados à utilização da obra, enquanto as falhas geradas durante a realização do projeto final de engenharia geralmente são as responsáveis pela implantação de problemas patológicos sérios e podem ser tão diversas como:  Elementos de projeto inadequados (má definição das ações atuantes ou da combinação mais desfavorável das mesmas, escolha errada do modelo analítico, deficiência no cálculo da estrutura ou na avaliação da resistência do solo, etc.);  Falta de compatibilização entre a estrutura e a arquitetura, bem como com os demais projetos civis;  Especificação inadequada de materiais;  Detalhamento insuficiente ou errado;  Detalhes construtivos inexequíveis;  Falta de padronização das representações (convenções);  Erros de dimensionamento; Um exemplo de um erro de concepção de projeto ocorreu no Edifício Real Class, em Belém/PA, o que gerou um desmoronamento (Figura 2.4 e Figura 2.5). 30 Figura 2.4 - Erros de concepção de projeto no edifício Real Class em Belém do Pará. (Portal ORM) Figura 2.5 - Desmoronamento do edifício Real Class, em Belém/PA. (Blog Oficial do Curso de Engenharia Civil) Neste caso, foi detectado erro de cálculo estrutural e também erro na utilização de materiais de baixa qualidade, sendo que este último classifica-se como erro de execução da edificação. Segundo o laudo da Universidade Federal do Pará UFPA, a concepção estrutural inadequada do projeto levou ao colapso do prédio quando a estrutura foi submetida a uma combinação de carga elevada de carregamentos verticais e horizontais, provocados pelo vento e pelo peso das vigas. A fim de se evitar problemas patológicos como citado, é possível adotar algumas recomendações que maximizar a durabilidade da estrutura, como:  É imprescindível a participação do calculista estrutural a partir da execução do projeto arquitetônico básico e estudo de viabilidade; 31  É necessária a definição da metodologia construtiva e a adoção de procedimentos interativos de revisão de projeto estrutural com papel fundamental para o ATO (Acompanhamento Técnico da Obra), ligado diretamente ao projetista;  Projetos com detalhamentos claros e abrangentes que permitam a correta interpretação em tempo de execução;  Definição dos limites de deformação, prevendo reforços para as deformações prováveis;  Especificação dos materiais e ensaios necessários para previsão de vida útil da estrutura de concreto;  Indicação em projeto, para os prazos de retirada de fôrmas e escoramento sem função das características do concreto e esforços previstos. 2.3.2. Patologias geradas na etapa de execução da estrutura (construção) A etapa de execução da estrutura, seguindo a ordem natural dos acontecimentos em uma obra, deve ser iniciada somente depois que a fase de concepção do projeto for concluída, ou seja, é necessário que se tenha acabado todos os estudos preliminares e o anteprojeto com perfeição permitindo que o executor inicie a fase de planejamento da obra. De acordo com Pereira (1985), chama-se erro de execução a falha ou descuido cometido no desenrolar, ou no desenvolvimento de uma construção. A caracterização do erro de execução se dá quando a comparação ao serviço projetado, possuir incompatibilidades. É nessa hora, que é necessário o conhecimento básico de um profissional habilitado para planejar e começar a implantação do canteiro de obra, de forma a ser tomado todos os cuidados necessários para o bom andamento da obra. 32 A Figura 2.6 apresenta colapso de parte da estrutura da obra do shopping no Piauí. Segundo laudo apresentado pela construtora houve um erro específico e pontual durante a execução, levando assim, a estrutura a entrar em colapso. De acordo com Paulo Roberto Oliveira, presidente do Conselho Regional de Engenharia e Agronomia do Piauí - CREA-PI, “O que ocorreu com relação ao escoramento não é um problema normal, corriqueiro. Isso será tratado com toda a rigidez que merece. Como o laudo pronto nós iremos passar essas informações para a Câmara Especializada em Engenharia Civil do Crea e essa câmara se encarregará de apontar os culpados pelo ocorrido (g1.com.br, 2013)”. Figura 2.6 - Desabamento na obra do shopping no Piauí. (PINIWEB, 2013). Conforme o engenheiro responsável pelo laudo a obra pode continuar desde que a construtora obedeça às recomendações propostas pelo laudo, como a verificação da resistência da laje, detalhes das emendas, cabos sobre os pilares e análise estatística da resistência do concreto. De acordo com o presidente do CREA-PI é evidente a observância de um erro de execução na obra do shopping, o que induziu o colapso de parte da estrutura. Outro fator importante observado é que, mesmo que haja um erro de execução em uma construção de um edifício, é possível, neste caso, continuar a obra sem necessidade de intervir na outra parte da obra, uma vez que tais estruturas eram independentes. Porém, nem sempre será possível dar continuidade em uma obra depois de um erro de execução, pois não se pode garantir a reestabilização da função estrutural da edificação, necessitando assim, em alguns casos, a demolição por completa da obra. 33 Segundo Souza e Ripper (1998, p. 25), nessa etapa fazem-se imprescindíveis duas observações, sendo: “A primeira diz respeito à sequência natural do processo genérico, ou seja, o critério de que só seja iniciada a etapa de execução após estar concluída a de concepção. Isto, embora seja o lógico e o ideal, raramente ocorre, mesmo em obras de maior vulto, sendo prática comum, por exemplo, serem feitas adaptações - ou mesmo modificações de grande monta - no projeto já durante a obra, sob a desculpa, normalmente não válida, de serem necessárias certas simplificações construtivas, que, na maioria dos casos, acabam por contribuir para a ocorrência de erros. A segunda observação diz respeito ao processo industrial denominado de construção civil, completamente atípico quando se olha a atividade industrial como um todo, pois que nesta os componentes passam pela linha de montagem e saem como produtos terminados, enquanto na construção civil os componentes são empregados, em determinadas atividades, em locais de onde não mais sairão - exceção feita às estruturas pré-fabricadas, que seguem, grosso modo, o roteiro normal da produção industrial, a menos da etapa de montagem final”. Para Bauer (2000), as principais causas de deterioração de estruturas de concreto decorrente da execução da edificação são:  Má interpretação das plantas e/ou detalhes, por parte do pessoal do campo;  Adoção de métodos executivos e equipamentos inadequados;  Deslocamento de fôrmas, prumo e alinhamento na montagem;  Falta de limpeza das fôrmas;  Deslocamento de fôrmas, durante a concretagem, devido à deficiente amarração das fôrmas e vibrações excessivas;  Má distribuição da armadura, com falta de cobrimento adequado;  Desforma antes que concreto atinja sua resistência mínima necessária;  Recalque diferencial;  Segregação do concreto;  Retração hidráulica durante a pega do concreto, por perda d’água; 34  E por último, o que leva a ocorrência de todos os anteriores, inadequado conhecimento de engenharia por parte do construtor e/ou desobediência as Normas Técnicas, Códigos e Especificações. Outro fator que deve ser observado durante a construção da edificação, além dos fatores relacionados à má qualificação da mão de obra empregada, é a utilização dos materiais agregados ao projeto, pois esse pode ocasionar riscos quanto à segurança estrutural, seja por baixa qualidade ou por utilização indevida. Bauer (2000, p. 410) classifica o emprego de materiais inadequados como um fator que leva a deterioração da estrutura. Portanto, “Os materiais deverão ser criteriosamente conhecidos, de acordo com ensaios prévios, de maneira a caracterizá-los, conforme Normas e Procedimentos dos mesmos, em relação às características de projeto, utilização e condições ambientais, a que estarão sujeitos, ou seja, a realização de controle tecnológico durante a execução”. Conforme elencado na falha de concepção de projeto, também existem recomendações para a não ocorrência de erros de execução, sendo:  Verificar se os projetos atendem as recomendações estipuladas na NBR 6118/2007;  Realizar ensaios recomendados pelas normas técnicas brasileiras e proceder controles rigorosos na qualidade dos materiais utilizados na obra;  Seguir rigorosamente os prazos determinados em projeto para a retirada de fôrmas e escoramentos das estruturas;  Verificar e controlar o cobrimento mínimo das armaduras determinado em projeto;  Executar corretamente o adensamento e a cura do concreto conforme especificações do projeto;  Controlar a altura máxima de lançamento do concreto; 35  Verificar a correta armação da ferragem e a vedação das fôrmas;  Utilizar espaçadores adequados e com resistência igual ou superior a do concreto utilizado;  Controlar o traço adequado e o fator água/cimento determinado em projeto;  Utilizar sempre que possível, aditivos redutores de permeabilidade e controle de retração, principalmente para estruturas de concreto em ambientes agressivos. Para Souza e Ripper (1998, p. 26), “As estruturas, os materiais e componentes, em sua grande maioria, têm sua qualidade e forma de aplicação normalizadas. Entretanto, o sistema de controle, em nível de construtor, tem-se mostrado bastante falho, e a metodologia para fiscalização e aceitação dos materiais não é, em regra geral, aplicada, [...]”. Estes concluem ainda que, “São bastante comuns os problemas patológicos que têm sua origem na qualidade inadequada dos materiais e componentes. A menor durabilidade, os erros dimensionais, a presença de agentes agressivos incorporados e a baixa resistência mecânica são apenas alguns dos muitos problemas que podem ser implantados nas estruturas como consequência desta baixa qualidade (SOUZA E RIPPER, 1998, p. 27)”. 2.3.3. Patologias geradas na etapa de uso da estrutura (manutenção) Mesmo que um projeto seja em sua concepção e execução concebido sem que haja qualquer tipo de problema ou situação errônea, uma estrutura ainda pode apresentar algumas patologias devido à utilização do edifício, ainda mais se não houver nenhum tipo de programa de manutenção adequado, pois o próprio usuário, pode vir a ser o agente gerador de deteriorações na estrutura. Segundo Souza e Ripper (1998), os problemas patológicos ocasionados por manutenção inadequada, ou mesmo pela ausência de manutenção, têm sua origem no desconhecimento técnico, na incompetência, no desleixo e em problemas econômicos. A falta de previsão de verbas para a manutenção pode vir a tornar-se 36 fator responsável pelo surgimento de problemas estruturais, implicando gastos significativos e, nos casos mais graves, a própria demolição da estrutura. Uma vez concluída a execução da estrutura, cabe ao seu usuário cuidar de utilizá-la da maneira mais eficiente, com o objetivo de manter as características originais ao longo de toda a vida útil. Essa eficiência está relacionada tanto com as atividades de uso, ou seja, a garantia da atuação de carregamentos limitados pelas solicitações previstas em projeto, quanto com as atividades de manutenção, pois o desempenho da estrutura tende a reduzir ao longo da sua vida útil, de forma mais lenta nas primeiras idades e acentuando-se gradativamente com o tempo (ANDRADE e SILVA, 2005). A manutenção deve ser entendida como um conjunto de medidas necessárias e indispensáveis para garantir um bom estado de funcionamento, conservação e segurança dos equipamentos, componentes e instalações de uma edificação, de qualquer tipo ou grandeza, resultando num conjunto de ações preventivas e corretivas cuja finalidade é preservar o cumprimento satisfatório das funções para as quais a edificação e seus componentes foram projetados, de forma a garantir a vida útil desejada de um imóvel (MARCELLI, 2007). Dentre as falhas humanas ocorridas nessa etapa de manutenção, Andrade e Silva (2005) e Souza e Ripper (1998) destacam respectivamente:  Dificuldade de manutenção em obras de arte devido à inexistência, nos projetos, de detalhes construtivos que possibilitem a substituição dos aparelhos de apoio em pontes e viadutos, os quais possuem uma vida útil inferior à própria estrutura de concreto.  Falta de limpeza e a impermeabilização da laje da cobertura, marquises e piscinas elevadas. Caso essas ações não sejam realizadas, pode haver infiltração prolongada da água da chuva e entupimento dos drenos localizados naquele ambiente, causando assim deterioração da estrutura que pode levar a ruína do edifício por excesso de carga gerado pelo acúmulo de água. 37 Para Bauer (1994), os problemas patológicos ocasionados pelo uso inadequado podem ser evitados informando-se ao usuário sobre as possibilidades e limitações da obra, como por exemplo:  Edifícios em alvenaria estrutural – o usuário deve possuir a planta estrutural do prédio no intuito de identificar as alvenarias que não poderão ser demolidas sem a prévia consulta e assistência executiva de especialista da área, incluindo o projetista da estrutura;  Pontes – a capacidade de carga da ponte deve ser sempre informada em local visível e de forma insistente. As Figura 2.7, Figura 2.8 e Figura 2.9 apresentam exemplos de patologias oriundas do mau uso da estrutura e da falta de manutenção preventiva que tendem a evitar problemas patológicos. Figura 2.7 - Armaduras expostas de concreto degradados no Viaduto Sarah Kubitschek. (PINIWEB, 2008) Figura 2.8 - Corrosão com armaduras expostas e enferrujadas no cruzamento do Anel Rodoviário sobre a Avenida Amazonas/BH. (PINIWEB, 2008) 38 Figura 2.9 - Tabuleiro do viaduto que liga a Avenida Barão Homem de Melo ao bairro Padre Eustáquio. (PINIWEB, 2008) 2.3.4. Deterioração das estruturas As deteriorações de uma estrutura muitas vezes advêm das consequências deixadas pela má concepção dos projetos, implantação de materiais de baixa qualidade, erro de execução e/ou falta de manutenção periódica (fase de uso). Como não se pode definir e generalizar o que causa a deterioração de estrutura é extremamente necessário conhecer o agente causador ou o mecanismo de formação patológica para que seja possível definir corretamente as ações a serem tomadas visando a recuperação e/ou reforço do elemento afetado. “Ao se analisar uma estrutura de concreto "doente" é absolutamente necessário entender-se o porquê do surgimento e do desenvolvimento da doença, buscando esclarecer as causas, antes da prescrição e consequente aplicação do remédio necessário. O conhecimento das origens da deterioração é indispensável, não apenas para que se possa proceder aos reparos exigidos, mas também para se garantir que, após reparada, a estrutura não volte a se deteriorar (SOUZA E RIPPER, 1998, p. 27)”. Bauer (1994) por sua vez, resume a deterioração como sintomas apresentados por uma estrutura, sendo principalmente as fissuras, as disgregação e a desagregação, sendo:  Fissura: Aberturas que podem surgir na estrutura de concreto após anos, semanas ou até mesmo horas após a concretagem. Há dois tipos de fissuras, quanto à movimentação, fissura “viva” (quando há movimentação da estrutura) e fissura “morta” (estabilizadas ou sem movimentação); 39  Disgregação: Caracterização pela ruptura do concreto em regiões salientes dos elementos estruturais. O concreto disgregado mantém suas características e pureza, porém não é capaz de suportar os esforços solicitantes;  Desagregação: Resume-se em ataques químicos que ocorrem no concreto, por exemplo, a corrosão que é de natureza química. Na Tabela 2.5, Bauer (1994) apresenta os principais agentes causadores da deterioração das estruturas exemplificando simples o quanto as fissuras estão presentes em uma estrutura. Porém estas devem estar dentro de um limite de abertura. Segundo a NBR 6118 (2007), desde que a abertura máxima das fissuras não ultrapasse de 0,2mm a 0,4mm sob combinações frequentes, essas não têm importância quanto à corrosão das armaduras passivas. Caso as aberturas sejam superiores a 0,4mm, deve-se observar os limites de fissuração em função da classe de agressividade ambiental. Tabela 2.5 - Principais sintomas de deterioração das estruturas. (Bauer, 1994) Segundo Oliveira Andrade, Medeiros e Helene (2011), os principais mecanismos físico-químicos de deterioração das estruturas de concreto armado e protendido, estão apresentados na Tabela 2.6. 40 Tabela 2.6 - Principais mecanismos de deterioração das estruturas de concreto armado. (Oliveira Andrade, Medeiros e Helene, 2011) Para Souza e Ripper (1994), o estudo das causas responsáveis pelos diversos processos de deterioração de uma estrutura é complexo. Dessa forma, as deteriorações nas estruturas, segundo eles, podem ser classificadas de duas formas, intrínsecas e extrínsecas. 2.3.4.1. Causas Intrínsecas Para Souza e Ripper (1998), as causas intrínsecas classificam-se como causas inerentes à própria estrutura, ou seja, originam-se nos materiais que as compõem e peças estruturais durante a fase de execução e/ou utilização das obras, por falhas humanas, e até mesmo por ações externas. A Tabela 2.7 apresenta de forma resumida as ações que levam as deteriorações intrínsecas. 41 Tabela 2.7 - Causas intrínsecas aos processos de deterioração das estruturas de concreto. (Souza e Ripper, 1998) Estas podem ser devidas às falhas Humanas durante a construção da estrutura, em virtude da falta de capacidade técnica da equipe de mão de obra, que possa originar problemas patológicos significativos. i. Deficiências de concretagem: refere-se às falhas no transporte, lançamento e adensamento, pois se executado de forma errônea, podem segregar os agregados graúdos e a argamassa, além da formação de ninhos de concretagem e de cavidades no concreto. a. Falhas no Transporte: Relacionados aos cuidados desde o momento da mistura da argamassa com os agregados até a sua aplicação final. Os principais cuidados que devem ser tomados são com relação à rapidez no processo para que o concreto não perca a trabalhabilidade. A relação água/cimento é outro fator que precisa ter 42 cuidado tendo em vista que este influencia diretamente na resistência do concreto; b. Lançamento: A má execução tende a deslocar as armaduras e os espaçadores utilizados para garantir o cobrimento adequado dos elementos estruturais. O lançamento exagerado em uma superfície plana pode ocasionar a exsudação da água, segregando assim, o agregado graúdo da nata de cimento ou argamassa, tornando aquele ponto frágil. c. Junta de Concretagem: Considerando que estas são inevitáveis, deve-se observar três fatores: durabilidade, resistência e estética. Por isso, as juntas nunca devem ser realizadas em regiões de elevadas tensões tangenciais. d. Adensamento: O adensamento e a vibração do concreto realizados de modo errôneo formam vazios na massa e irregularidades das camadas da superfície, deixando os vazios na face do elemento estrutural aumentando assim, a porosidade do concreto e facilitando a penetração de agentes agressores. e. Cura: É o principal elemento da concretagem, pois em tal fase são definidas as diversas características do elemento estrutural. Segundo Souza e Ripper (1998), o processo de cura é composto por uma série de medidas que visam impedir a evaporação da água necessária e inerente ao próprio endurecimento do concreto. Posterior à pega, o concreto continua a ganhar resistência, desde que não falte água para garantir a continuidade das reações de hidratação do concreto. A Figura 2.10 apresenta a influência da cura úmida com a resistência do concreto, ficando claro que é extremamente necessária a existência de um supervisionamento para perfeita e correta cura, objetivando a alta durabilidade da estrutura. 43 Figura 2.10 - Influencia da cura úmida sobre a resistência do concreto. (Neville, 1997) ii. Inadequação de fôrmas e escoramentos: está associada à falta de limpeza e aplicação de desmoldantes nas fôrmas antes da concretagem, o que pode ocasionar “embarrigamentos” e distorções necessitando assim de um preenchimento ainda maior de argamassa causando sobrecarga na estrutura, insuficiência de estanqueidade das fôrmas, retirada prematura da fôrma e do escoramento, o que resulta em deformações indesejáveis, e remoção incorreta dos escoramentos (SOUZA E RIPPER, 1998). Deficiência nas armaduras: iii. Nesta fase estão os problemas patológicos mais comuns e fáceis de serem encontrados nas várias obras existentes (Figura 2.11). Os erros na colocação das armaduras são das mais diversas ordens, sendo: Má interpretação dos elementos dos projetos: Ocorre quando há inversões do posicionamento das barras ou a troca das armaduras de uma peça com a outra. a. Insuficiência das armaduras: 44 Consequência da irresponsabilidade do executor diminuindo a quantidade de barras a serem empregadas e consequentemente na resistência da peça estrutural. b. Mau posicionamento das armaduras: Dá-se pela incorreta distribuição das armaduras, ou seja, incorreto espaçamento, ou o deslocamento das barras de suas posições originais. Figura 2.11 – Erros de localização das armaduras. (Souza e Ripper, 1998) c. Cobrimento de concreto insuficiente: Proporciona acesso direto dos agentes agressivos externos pela falta de camada de proteção ou não atendimento aos limites mínimos de espessura da camada de proteção das armaduras. d. Dobramento inadequado das barras: Segundo Souza e Ripper (1998), tal fenômeno provoca seu fendilhamento por excesso de tensões trativas no plano ortogonal ao de dobramento. e. Deficiência na ancoragem e de emenda: Utilização indevida dos ganchos que se utilizados de forma errada, servem apenas para causar sobretensões. O comprimento de ancoragem é outro fator importante que deve ser observado. 45 Em ambos os casos, se deficientes, resultará em surgimentos de um quadro fissuratório que muitas vezes, podem trazer consequências mais graves. As emendas também podem causar sobrecarga de tensão nas regiões de excessiva concentração de barras emendadas em uma mesma seção e sobretensão se houver utilização incorreta de emendas. f. Má utilização de anticorrosivos nas barras das armaduras: Utilização de anticorrosivo é a pintura das armaduras com produtos que protege-as de corrosão. É um problema quando utilizada em excesso devido à perda de aderência entre concreto e aço. Utilização incorreta de materiais de construção: iv. A escolha dos materiais a serem utilizados são oriundos da parte técnica da obra, muitas vezes engenheiros. Um fator que leva a ocorrência deste fato é a economia indevida na obra, porém, nem sempre o mais barato é o de melhor qualidade. Segundo Souza e Ripper (1998), alguns casos mais comuns de utilização incorreta de materiais são:  Utilização de concreto com fck inferior ao especificado;  Utilização do aço com características diferentes das especificadas;  Assentamento das fundações em solo com capacidade de resistente inferior a solicitada;  Utilização de agregados reativos no concreto;  Utilização inadequada de aditivos;  Dosagem inadequada; 46 Inexistência de controle de qualidade: v. É uma questão fundamental que possibilita o controle de toda a composição e confecção do concreto de uma obra e se existir desde o início da obra, possibilita diminuir a ocorrência de deteriorações precoce da estrutura. Têm-se ainda as falhas humanas durante a construção da estrutura, que está relacionada a apenas um fator, a falta de manutenção em uma edificação. A fim de evitar esse tipo de ocorrência, deve-se adotar uma manutenção programada, visando manter os materiais e peças estruturais em condições para as quais foram projetadas e construídas. Causas Naturais: Segundo Souza e Ripper (1998), as causas naturais são inerentes do próprio material concreto e à sua sensibilidade ao ambiente e aos esforços solicitantes, não ocasionado, por falhas humanas ou de equipamentos. i. Causas próprias à estrutura porosa do concreto: ii. Mehta (1994) apud Souza e Ripper (1998, p. 35), diz que: “De uma maneira geral, o futuro do concreto não vai ser determinado por tecnologias sofisticadas, aplicáveis a casos específicos, mas pelos esforços de todos em resolver os problemas dos que lidam com o dia-a-dia dos concretos convencionais”. Em continuação, diz ser "óbvio que o objetivo principal das construções de hoje deve mudar da resistência para a durabilidade", e ainda que "a impermeabilidade do concreto deve ser a primeira linha do sistema de defesa contra qualquer processo físico-químico de deterioração". Souza e Ripper (1998), mencionam que quanto mais permissível for o concreto ao transporte interno da água, gases e/ou de outros agentes agressivos, maior será a sua probabilidade de degradação. Dessa forma, é possível concluir que a degradação dependerá de dois fatores, a porosidade do concreto e as condições ambientais da superfície a que este estiver. Dessa forma, Mehta (1994) apud Souza e Ripper (1998) cita que para o concreto convencional, a questão resistência não é o fator crucial de preocupação, já que esta vai sendo obtida de forma trivial, mas sim que os esforços devem ser dirigidos à obtenção de um concreto mais durável, ou seja, concreto com baixo 47 índice de porosidade e permeabilidade, considerando que porosidade é a relação entre o volume de vazios e o volume total de um material. Causas químicas iii. As reações químicas se manifestam através de efeitos físicos nocivos, tais como, o aumento da porosidade e permeabilidade, diminuição da resistência, fissuração e destacamento (MEHTA et al., 1994 apud AGUIAR, 2006), além da própria decomposição química da estrutura afetada. Segundo Poggiali (2009), a degradação química do concreto ocorre devido as causas internas (reações internas ao concreto, como, a reação álcali-agregado, formação de compostos expansivos do cimento, entre outros). Para Souza e Ripper (1998), as degradações advindas das causas químicas derivam das: - Reações internas do concreto (álcalis-agregados, álcalis-dolomita e entre rochas caulinizadas), expansibilidade de certos constituintes do cimento, presença de cloretos no concreto, presença de ácidos e sais no concreto, presença de anidrido carbônico, presença de água e elevação da temperatura interna do concreto. Causas físicas: iv. Para Souza e Ripper (1998), as causas físicas ao processo de deterioração da estrutura são resultantes da variação da temperatura externa, insolação, variação do vento e variação da água (em forma de gelo, chuva ou umidade). Eles ainda acreditam que pode incluir como causa física possíveis solicitações mecânicas ou acidentes ocorridos durante a execução da estrutura. Causas biológicas v. De acordo com Souza e Ripper (1998), as causas biológicas podem ocorrer devido ataques químicos de ácidos oriundos do crescimento de raízes de plantas ou algas que se instalem em fissuras ou grande porosidade do concreto, ou por ação dos fungos ou por ação de sulfetos presentes no esgoto. 48 2.3.4.2. Causas Extrínsecas Segundo Souza e Ripper (1998), as causas extrínsecas de deterioração da estrutura são as que independem do corpo estrutural em si, independente de sua composição ou execução, podendo, de outra forma, serem vistas como os fatores que atacam a estrutura "de fora para dentro", durante as fases de concepção ou ao longo da vida útil desta, como se poderá entender observando a Tabela 2.8. Tabela 2.8 - Causas extrínsecas aos processos de deterioração das estruturas de concreto. (Souza e Ripper, 1998). Conforme visto na Tabela 2.8, as causas extrínsecas se dividem em seis etapas, sendo: Falhas humanas durante o projeto: i. Ocorre durante a concepção de projeto, se dá uma análise que por mais simples que seja, acarretará em erros futuros, levando a estrutura a uma degradação não desejada, como por exemplo: não atendimento à altura útil e total da estrutura dependendo do seu tipo estrutural. Modernização estrutural inadequada: a. O primeiro passo para a concepção de um projeto, deve-se considerar o conjunto de condições atuantes na estrutura composto 49 por ações solicitantes, materiais constituintes, comportamento da estrutura e os critérios de segurança. Não existe uma regra que diz como o projetista deve considerar a estrutura com relação ao seu comportamento, porém um bom conhecimento das inércias e deformações virá evitar problemas, como por exemplo, flechas acentuadas em lajes e vigas (SOUZA E RIPPER, 1998). Em relação a esquematização estrutural, um erro muito comum é quanto às condições de engastamento total ou parcial das lajes e vigas, situação que pode gerar problemas em edifícios mais altos e com peças de inércia muito diferentes. A Figura 2.12 representa um frequente erro de esquematização para o caso de encontro de vigas e paredes. Figura 2.12 - Esquema estruturais para cálculo de vigas de edifício. (Souza e Ripper, 1998) Má avaliação das cargas: b. As cargas a serem consideradas em um projeto devem ser pensadas e analisadas de forma que sejam suficientes para garantir que não serão ultrapassadas durante a utilização do edifício. Segundo a ABNT NBR 6120 (1980), as cargas são classificadas em duas categorias, sendo: - Carga Permanente: carga constituída pelo peso próprio da estrutura e o peso de todos os elementos construtivos fixos e instalações permanentes que a compõe. - Carga Acidental: é toda carga que pode atuar sobre a estrutura em função de sua utilização (pessoas, móveis, materiais diversos, etc). 50 Detalhamento errado ou insuficiente: c. É um ponto que normalmente faz com que ocorram erros sérios de execução e consequentemente, apresentem problemas patológicos que afetam diretamente a resistência e durabilidade da estrutura (Figura 2.13). Figura 2.13 - Diferentes situações de detalhamentos de armaduras. (Souza e Ripper, 1998) Inadequação ao ambiente: d. Ocorre quando um projeto, de forma não analisada, concebe uma forma geométrica para a disposição de armaduras ou despejo de água de uma cobertura sem as devidas considerações que devem ser tomadas. No caso das armaduras, deve-se sempre lembrar que, durante a concretagem, em seu adensamento e vibração, é necessário prever o espaço suficiente para que a agulha do vibrador possa exercer sua função e fazer com que o concreto lançado possa preencher o maior número de espaços vazios, reduzindo assim, a porosidade do concreto. A Figura 2.14 apresenta uma forma simples de adequar o projeto, sem modificar sua forma original, correta e simples de executar. Quanto a questão do escoamento da água da cobertura, é simples o fato de 51 prever uma pingadeira para evitar a degradação da região da viga que recebe essa água, conforme apresentado na Figura 2.15. Figura 2.14 - Detalhamento das barras na seção transversal de uma viga. (Souza e Ripper, 1998) Figura 2.15 - Adoção de pingadeiras. (Souza e Ripper, 1998) Incorreção na interação solo-estrutura: e. O terreno da fundação sempre será o elemento responsável por resistir os esforços solicitantes de uma estrutura e principalmente por mantê-la estável. Portanto, é extremamente necessário conhecer através de sondagem qual a resistência do solo existente naquele local e qual a profundidade de cada camada de solo presente. Uma análise ruim das características do solo pode fazer com que surjam alguns problemas, tais como, fundação não adequada para aquele tipo de solo, fundações assentadas em solo com capacidade de resistência inferior a necessária, deformabilidade incompatível com a rigidez da estrutura, tendo como consequência, recalques de apoio e patologias diversas (SOUZA E RIPPER, 1998). 52 Incorreção na consideração de juntas de dilatação: f. Segundo Souza e Ripper (1998), a ausência ou a má utilização de juntas de dilatação nas estruturas é um dos fatores que invariavelmente traz problemas, em particular como resultado do comportamento reológico do concreto. A falta de detalhamento adequado para a vedação das juntas de dilatação pode fazer com que a água percole sobre a estrutura atacando assim, as armaduras. Figura 2.16 - Correto detalhamento da junta de dilatação. (Prefac Impermeabilizações) Falhas humanas durante a utilização: ii. São ações geradas diretas pela ação do homem, muitas vezes, proprietário ou utilizadores que atuam de forma incorreta e inconveniente, sem a menor consciência de que suas ações podem causar a deterioração da estrutura. Alterações estruturais: a. Ocorrem quando o proprietário ou utilizador age na estrutura de forma irresponsável alterando a função onde a estrutura foi projetada, interferindo de forma direta em seu comportamento estático e/ou resistente. Segundo Souza e Ripper (1998), são ações que modificam o comportamento estático e/ou resistente de uma estrutura: 53  Suspensão de paredes portantes ou de outras peças estruturais;  Aumento do número de andares em um edifício sem consulta e análise prévia de um técnico capacitado;  Demolições que modificam o esquema estrutural do edifício;  Abertura de furos em vigas e pilares sob o não dimensionamento adequado em termos de posição e dimensões. Sobrecargas exageradas: b. Podem ocorrer quando a modificação do propósito estrutural da edificação, ou seja, lajes calculadas para funcionarem como escritórios e utilizadas com a função de academias, que devido os equipamentos utilizados, geram muito mais sobrecarga na edificação. Outro exemplo bastante comum são os painéis publicitários existentes sobre marquises de lojas e apartamentos, como se pode ver na Figura 2.17. Figura 2.17 - Marquise deformada devido sobrecarga do painel publicitário. (Nota de Aula de Estruturas de Concreto IV – UDF, 2014) Alteração das condições do terreno de fundação: c. Trata-se de alteração não cuidada entre construções existentes e novas, e particularmente, das alterações das condições de estabilidade e compressibilidade do terreno, ou seja, não houve observância quanto às condições vizinhas, uma vez que tal efeito 54 pode alterar as características existentes do terreno originando muitas vezes o recalque de fundações. iii. Ações mecânicas Choques de veículos: a. Acidentes que podem ocorrer contra a estrutura de concreto e que possuem, como consequência, o desgaste da camada mais superficial da peça atingida, podendo ocorrer em alguns casos, a destruição desta. Recalque de fundações: b. Segundo Souza e Ripper (1998), toda estrutura durante e posteriormente a sua construção está sujeita a deslocamentos verticais lentos, até que o equilíbrio entre o carregamento aplicado e o solo seja atingido. Em projetos mal concebidos em que as fundações são dimensionadas de forma a não resistir os esforços solicitantes, estes estão extremamente sujeitos a ocorrência de recalque de fundação, que a partir daí, pode originar diversos fatores patológicos na estrutura, por exemplo, fissuras devido recalques de fundações (Figura 2.18 e Figura 2.19). Figura 2.18 - Exemplo de fissura devido recalque de fundação. (Cavaco, 2008) 55 Figura 2.19 - Recalque diferencial de fundação na Torre de Pisa. (BlogSpot Engenharia Civil para iniciantes - Dicionário do Engenheiro) Acidentes (ações imprevisíveis): c. Para Souza e Ripper (1998), este item relata ações mecânicas ou físicas que uma estrutura pode ser submetida, cuja ocorrência é muito difícil ou imprevisível, tais como: incêndio, abalos sísmicos, inundações, choques de veículos (que não os previsíveis) e os esforços do vento. (Figura 2.20 e Figura 2.21). Figura 2.20 - Queda de elementos dos tabuleiros. (Vaz, 1992) 56 Figura 2.21 - Danos em pilares. (Vaz, 1992) iv. Ações físicas Variação da temperatura: a. Quando no projeto da estrutura não se considera a variação da temperatura a tendência é a indução de fissuras nestes elementos estruturais. Insolação b. As ações se manifestam da mesma forma relatada no item anterior, agravado somente da radiação solar que atua sobre a camada epidérmica do concreto, ocasionando assim, alteração da textura e da cor do elemento estrutural (SOUZA E RIPPER, 1998). Atuação da água c. Geradora das mais diferentes patologias em uma estrutura, independente do seu estado, líquido (chuva), sólido (gelo) e gasoso (umidade). v. Ações químicas: As principais ações químicas que geram a deterioração da estrutura são resultantes de ações intrínsecas, pois ocorriam durante a fase de execução e utilização da estrutura. Quando consideradas como 57 causas extrínsecas, deve-se entender tais ações agindo durante à vida útil da estrutura. Sousa e Ripper (1998) citam o ar e o gás, as águas agressivas, as águas puras, as reações com ácidos e sais, e as reações com sulfato como elementos que causam reações na estrutura devido a porosidade do concreto e os agentes agressores do meio externo. vi. Ações biológicas: Segundo Sousa e Ripper (1998), embora as ações biológicas sejam predominantes em pontes e construções rurais, elas também podem surgir em edificações localizadas nos grandes centros urbanos. Essas ações são geradas pelo crescimento de vegetação nas estruturas, cujas raízes penetram na estrutura devido pequenas falhas de concretagem, ou pelas fissuras e juntas de dilatação, desenvolvimento de organismos e micro-organismos em certas partes da estrutura. 2.3.5. Diagnósticos Segundo Iliescu (2007), diagnóstico pode ser definido como a identificação da natureza, da causa e da origem dos desgastes. Para diagnosticar, é preciso reunir o maior número de informações e depois separar o essencial do acessório. Souza e Ripper (1998) mencionam que, ao se verificar que uma estrutura está apresenta problemas patológicos, é necessário efetuar uma inspeção detalhada na estrutura de forma bem planejada, para que seja possível determinar as reais condições da estrutura, de forma a avaliar as enfermidades existentes, suas causas, providências a serem tomadas e os métodos a serem empregados para a recuperação ou reforço da estrutura. Ainda segundo eles, as providências a tomar e os limites a serem seguidos quanto à avaliação da periculosidade de determinados mecanismos de deterioração, é o julgamento da importância do prédio em termos de resistência e durabilidade, assim como a agressividade do ambiente. Na concepção de Lichtenstein (1985) apud Iliescu (2007), o diagnóstico da situação é o entendimento dos fenômenos em termos de identificação das múltiplas 58 relações de causa e efeito que normalmente caracterizam um problema patológico. Cada subsídio obtido na vistoria, na anamnese ou nos exames complementares, deve ser interpretado a fim de compor o entendimento de como a estrutura trabalha, como ela reage às ações dos agentes agressivos, porque surgiu a patologia e como se desenvolveu. Dessa forma, o entendimento de um problema patológico pode ser descrito como a geração de hipóteses que fizeram com que surgisse o fenômeno patológico. Assim, Lichtenstein (1985) apud Iliescu (2007), afirma que o processo de diagnóstico constitui na contínua redução de incerteza inicial pelo progressivo levantamento de dados que vão sendo diminuídos de forma a se obter uma correlação satisfatória de elementos que justifiquem a existência daquela patologia. Para que se possa realizar as etapas de identificação das patologias, Souza e Ripper (1998) relata que é importante realizar os seguintes procedimentos como o levantamento dos dados, análise das informações obtidas no levantamento e o diagnóstico, (Figura 2.22). Exame Visual da Estrutura NÃO Histórico Análise do Meio Ambiente Medidas urgentes? SIM Providências Emergenciais Mapeamento de Anomalias Análise de Projeto Identificação de Erros Instrumentação e Ensaios Laboratoriais Novos Dados? NÃO Análise dos dados NÃO SIM Coleta dos dados Diagnóstico SIM Fim Figura 2.22 - Fluxograma genérico para diagnose de uma estrutura convencional. (Souza e Ripper, 1998) 59 Observando as etapas que devem ser seguidas para um diagnóstico correto (Figura 2.22), Souza e Ripper (1998) consideram as seguintes condições: - Levantamento dos dados: é necessário realizar visitas in loco por profissional habilitado no assunto para colher o maior número possível de informações sobre a estrutura, como:  Classificação analítica do meio ambiente;  Levantamento visual e medições expedidas da estrutura;  Estimativa das possíveis consequências dos danos e ações emergenciais, se for o caso;  Levantamento detalhado dos sintomas patológicos;  Identificação de erros quanto a concepção da estrutura (projeto);  Análise do projeto original e dos projetos modificados e ampliações, se houver;  Instrumentação da estrutura e realização de ensaios especiais, inclusive laboratoriais. - Análise dos dados coletados: nessa etapa, o analista deve chegar ao perfeito entendimento do comportamento da estrutura e de como surgiram e se desenvolveram os sistemas patológicos. Essa análise deve ser realizada em seus mínimos detalhes para que não haja nenhuma omissão de patologia mais grave ocultada pelas superficiais, além de o analista ter que detectar se o fator patológico não tem mais de um causador. - Diagnóstico: só pode ser iniciado após a conclusão das etapas anteriores, uma vez que se não obtida todas as informações necessárias para diagnosticar, deve-se voltar na primeira etapa e iniciar uma nova fase para concluir o diagnóstico. Essa fase é a mais importante devido a um fator, o responsável técnico pelo 60 diagnóstico deve ser extremamente qualificado quanto à observância de diversos fatores (econômico, técnico, de segurança e de conforto), pois é nessa etapa, de acordo com Souza e Ripper (1998), que o analista deve recomendar a utilização condicionada ou a demolição da edificação, já que o fator custo-benefício pode indicar a viabilidade de se efetuar a recuperação ou o reforço, em virtude do alto custo e dos danos envolvido. 2.3.6. Prognósticos Determinada as causas dos sintomas patológicos através do diagnóstico e antes da escolha da terapia a ser tomada, deve-se elaborar um documento que levanta hipóteses sobre a futura evolução do problema, o prognóstico. Segundo Lapa (2008), em função desse prognóstico, o especialista define o objetivo da intervenção, que poderá ser: a erradicação da enfermidade, impedimento ou controle da sua evolução, não intervenção, estimativa do tempo de vida da estrutura, restrição da sua utilização e indício de demolição. 2.3.7. Terapias Determinada as causas dos sintomas patológicos através de um diagnóstico e prognóstico bem elaborados e positivos para o tratamento da estrutura, o próximo passo é determinar qual tipo de ação será empregada para “curar tal doença” existente. Na terapia de uma estrutura, são tomadas algumas decisões em função da gravidade patológica de um elemento estrutural. Geralmente essas decisões levam o profissional a optar pela recuperação ou o reforço da peça danificada. A recuperação e o reforço de estruturas são dois importantes ramos da construção civil que estão em constante evolução, seja pela introdução de novas tecnologias, seja pelo desenvolvimento de novas técnicas construtivas (UNICOM ENGENHARIA, 2012). 61 Segundo Piancastelli (1997), quando o desempenho de uma peça estrutural é insatisfatório, colocando em risco sua segurança, sejam quais forem as causas ou origens do problema, são necessárias intervenções que visem devolver para a estrutura o desempenho perdido (recuperação) ou aumento do desempenho, através de reforço. Para Lapa (2008), a escolha da intervenção a ser tomada deve observar os parâmetros de grau de incerteza sobre os efeitos que produzirão, a relação custo/benefício e a disponibilidade de tecnologia para a execução dos serviços. Existem diversos tipos de reforços e recuperações que podem ser adotados para solucionar os problemas patológicos de uma estrutura de concreto, porém serão abordados neste trabalho apenas os métodos que foram utilizados durante a reforma do edifício objeto do estudo de caso. 2.3.7.1. Recuperação em superfície de concreto Os serviços de recuperação em superfície de elementos estruturais geralmente são medidos em metro quadrado (m²) da área original de intervenção (Figura 2.23). Figura 2.23 - Sistema de Medição para intervenção de corte em concreto. (Souza e Ripper, 1998) Para a recuperação de superfícies de elementos estruturais, existem diversas formas diferentes para cada tipo de patologia diagnosticada, porém os tratamentos mencionados serão aqueles referentes ao estudo de caso realizado. 62 O tratamento do substrato, segundo Piancastelli (1997), apresenta duas finalidades básicas: a retirada de todo o material deteriorado ou contaminado e a busca por melhores condições de aderência entre o substrato existente e o material utilizado para a recuperação ou reforço. Dentre os diversos procedimentos para o tratamento do substrato, estão os seguintes procedimentos de: - Escarificação (corte): É um serviço feito nos casos em que é necessário remover uma camada mais profunda do concreto degradado, ou seja, retirar todo o concreto “podre”, para garantir que no momento da recuperação, seja possível restaurar a função por completa daquele elemento e garantir a total aderência das camadas nova e velha do concreto (Figura 2.24). Figura 2.24 - Remoção de concreto por corte e forma correta do reforço/recuperação. (Ferrari e Hanai, 2007) A escarificação pode ser manual ou mecânica (Figura 2.25), sendo a manual com utilização de materiais como talhadeira, ponteiro e marreta e a mecânica somente com equipamentos como martelete, rompedor e/ou Figura 2.25 - Escarificação mecânica e manual. (Souza e Ripper, 1998) 63 fresa. Nos casos em que é necessário restaurar a armadura do elemento estrutural, deve-se observar as aberturas a mais para a ancoragem das novas barras de aço. Para a devida ancoragem, é necessário realizar furos nos concretos não degradados e ancorar as armaduras por meio de materiais específicos de recuperação, tais como grout e epóxi (Figura 2.26). Figura 2.26 - Situações de confrontação corte x comprimento de ancoragem e amarração de barras de complementação. (Souza e Ripper, 1998) - Limpezas especiais: Após a remoção do substrato, é necessário a aplicação de limpezas especiais para retirar todos os agregados escondidos e empoeirados que ficaram no elemento cortado. Segundo Souza e Ripper (1998), para realizar a limpeza do substrato, existem diversas formas, como os jatos de vapor, de ar comprimido, de areia e também de limalha de aço. A limpeza com jato de areia (Figura 2.27), aplicado com pressão controlada, pode utilizar água ou não. A principal tarefa é a preparação das superfícies para a recepção dos materiais de recuperação. Figura 2.27 - Jateamento de areia em concreto. (Souza e Ripper, 1998) Após a etapa de jateamento de areia, é necessário lavar o elemento estrutural com água (Figura 2.28), para a completa remoção da areia que fica grudada na peça, devido à pressão que esta foi aplicada. 64 Figura 2.28 - Jateamento de água para a limpeza do concreto. (Souza e Ripper, 1998) - Furos para ancoragem das barras de armadura: É necessário realizar os furos para ancoragem das barras de armadura nos casos em que a armadura existente encontra-se com redução significante a seção transversal (Figura 2.29 e Figura 2.30). Desse modo, durante o reforço/recuperação, as armaduras devem conter um comprimento de ancoragem para garantir que a armadura realizará a função a qual ela foi prevista. Outro fator importante com relação aos furos é o material que será utilizado para ancorar as armaduras, sendo muitas vezes grout e epóxi. “No caso de amarração de barras de armadura à compressão, principalmente no reforço de pilares, por chumbamento de novas barras à sapata ou ao bloco existente, o produto a utilizar poderá ser "grout", com ou sem carga, desde que o diâmetro do furo seja pelo menos o dobro do da barra, com folga mínima, no raio, de 1 cm. Caso contrário, deverá ser utilizada a resina epoxídica, como no caso da flexão (SOUZA E RIPPER, 1998, p. 127)”. Figura 2.29 - Ancoragem de barras à flexão, com enchimento da furação por gravidade. (Souza e Ripper, 1998) 65 Figura 2.30 - Exemplo de ensaio de arrancamento de barras imersas em meio resinoso. (Souza e Ripper, 1998) No que se refere às recuperações em elementos estruturais, estes têm a finalidade de restaurar ou reparar a função perdida devido à ação de patologias na estrutura. Essas ações podem ser consideradas de reparos rasos ou superficiais, semiprofundo e profundos (Tabela 2.9), segundo Souza e Ripper (1998). Tabela 2.9 - Classificação dos Reparos. (Adaptado de Souza e Ripper, 1998) A recuperação de uma estrutura pode ser realizada com argamassa ou concreto. A utilização da recuperação com argamassa é bastante utilizada em camada de concreto não muito danificado, sendo aplicado em camadas com cortes inferiores a 5 cm (Souza e Ripper, 1998). Um grande exemplo de aplicação desse tipo de reparo é na reconstituição de camadas de cobrimento de armadura. O tipo de argamassa a ser utilizado depende da deterioração ocorrida, da qualidade final desejada e do custo. Os tipos de argamassas que podem ser utilizadas são as argamassas de cimento e areia (convencional de cimento de areia e argamassa farofa), a argamassa com polímeros (argamassa convencional com adesivo PVA ou com adesivo acrílico, seca com adesivo PVA ou com adesivo acrílico), argamassa epoxídicas (epóxi, com adesivo epóxi e seca com adesivo epóxi), e a argamassa projetada com aditivo acelerador. 66 A recuperação com concreto conforme Souza e Ripper (1998), consiste em 3 tipos:  Reparos com concreto com agregado pré-colocado: esse processo consiste em três etapas, sendo: a. Preenche-se previamente as fôrmas com agregado graúdo, que devo ser devidamente compactado; b. Umedece-se o agregado, ou mesmo inunda-se a cavidade a ser reparada com água; c. Injeta-se, sob pressão, argamassa fluida de cimento, pozolana e areia, até a total expulsão da água e o preenchimento de todos os vazios.  Reparos com concreto convencional ou concretos com adesivos;  Reparos com concreto projetado. Os reparos com concreto convencional são muito utilizados quando na substituição do concreto defeituoso ou deteriorado. É uma técnica que visa controlar para que o concreto convencional novo implantado atinja a resistência e possua agregados compatíveis com a do concreto degradado, tornando assim, o elemento recuperado em uma estrutural monolítica (SOUZA E RIPPER, 1998). Segundo Silva (2006), o fator principal de uma boa recuperação, utilizando o concreto como material recuperador, é garantir a sua cura, devendo-se manter a superfície úmida durante 7 dias. O concreto projetado, segundo Silva (2006), é um processo de aplicação de concreto utilizado sem a necessidade de fôrmas, bastando apenas uma superfície para o seu lançamento. Para Souza e Ripper (1998), a velocidade e a pressão em que o concreto é projetado, faz com que ao encontrar uma superfície de base, o material se comprima e fique auto aderido. A superfície que receberá o concreto pode estar em qualquer posição, permitindo assim, a projeção de concreto em pilares, vigas, lajes, túneis, entre outros. Bezerra (1998) apud Silva (2006), menciona 67 que “não se deve projetar grandes espessuras de uma única vez, e sim, é recomendado ‘varrer’ a superfície, aumentando-se progressivamente a espessura da concretagem, que segundo Souza e Ripper (1998), deve ter no máximo 50 mm, cada camada”. Segundo Silva (2006), existem dois métodos de emprego do concreto projetado, a via úmida e a via seca. Na via úmida o concreto é preparado de forma comum (cimento + agregado + água + aditivos), sendo lançada uma mistura pelo mangote até o bico projetor. Nesse processo é possível controlar com exatidão a quantidade de água na mistura, a fim de garantir que esta hidratou adequadamente o cimento, resultando assim, a certeza da resistência final. Além disso, proporciona uma menor perda por reflexão do material e produz menor quantidade de pó na sua execução. O procedimento por via seca é realizada por uma mistura de cimento e agregados no bico do projetor adicionado água sob controle de quantidade efetuado pelo operador do equipamento. A vantagem da sua utilização é que é possível controlar a consistência da mistura no bico projetor, porém, o controle da água efetuado pelo operador, pode aumentar a variabilidade da mistura. A recuperação com grout é um procedimento extremamente utilizado quando existe a necessidade de desforma e utilização do elemento estrutural é fundamental. Para Souza e Ripper (1998), grout é uma argamassa de grande fluidez, alta resistência, não apresenta retração e é auto adensável, sendo muito utilizado em reparos de semiprofundo e profundos. A cura deve ser úmida por pelo menos 3 dias e desformado em apenas 24 horas, devido sua alta resistência. 2.3.7.2. Reforço em estruturas de concreto Os motivos pelos quais uma estrutura de concreto ou em um elemento de estrutural necessitam de reforço devem-se à realização de correções oriundas de falhas de projetos ou de execução, como o aumento da capacidade resistente da estrutura, permissão das modificações de uso do edifício, modificação na concepção 68 estrutural, como corte de uma viga, por exemplo, por necessidade arquitetônica ou de uso (SOUZA E RIPPER, 1998). Ainda segundo os autores, alguns dos procedimentos que podem ser utilizados como reforço de elementos estruturais consideram as armaduras de complementação, o encamisamento de pilares e os tipos de fundações. As armaduras de complementação são frequentes quando no serviço é previsto o aumento do número de barras existentes, devido à necessidade de ampliar a capacidade de resistência do elemento estrutural, no reforço, ou substituir uma barra que apresentar redução de pelo menos 15% da sua seção transversal original deteriorada principalmente por corrosão, no reparo. Ambas necessitam de complementação para que a resistência e durabilidade da estrutura sejam reconstituídas (SOUZA E RIPPER, 1998). Segundo os autores, independente de reforço ou reparo, para a complementação de armadura, é indispensável que o detalhamento apresente de forma gráfica e escrita bem pormenorizada os itens de cobrimento das armaduras, o espaçamento entre as barras, o sistema de ancoragem e emendas e o ângulo de dobramento e curvatura (Figura 2.31). Figura 2.31 - Emenda entre barras de armadura corroída e de complementação. (Souza e Ripper, 1998) Segundo Souza e Ripper (1998), pode-se haver também reforço em alguns elementos estruturais, como em lajes (reforço das armaduras negativas, armaduras positivas, armaduras de canto, aumento da espessura e a combinação de cargas), em vigas (aumento da capacidade a resistência à flexão com reforços das armaduras positivas e negativas além do aumento da capacidade de carga resistente ao cisalhamento), em pilares (aumento da seção transversal da armadura 69 e da seção transversal do concreto e da armadura) e nas fundações (superficiais, profundas e reparos e reforços submersos). Para os reforços nos pilares e fundações os procedimentos abordados serão apenas encamisamento de pilares e para as fundações, a criação de uma nova fundação para suprir a solicitação de um novo carregamento. A técnica de encamisamento de pilares se dá pela adição de concreto com ou sem aço à seção transversal do elemento. Essa técnica é relativamente simples, pois usa como materiais comuns da construção civil o aço e o concreto. Devido ao tipo de material utilizado, o custo tende a ser muito competitivo quando comparado com outros métodos (PÁDUA et al., 2012). O encamisamento de pilares são elementos lineares de eixo reto, usualmente disposto na vertical, em que as forças normais de compressão são preponderantes (NBR 6118, 2007). A referida norma ainda diz que a seção transversal de pilares, qualquer que seja a sua forma, não deve apresentar dimensão menor que 19 cm. Em casos especiais, permite-se a consideração de dimensões entre 19 cm e 12 cm, desde que se multipliquem as ações a serem consideradas no dimensionamento por um coeficiente adicional, conforme Tabela 2.10. Tabela 2.10 - Valores do coeficiente adicional. (ABNT NBR 6118, 2003) Os pilares são elementos estruturais responsáveis por transportar as ações dos pavimentos da obra para as fundações, sendo que as falhas em seu funcionamento afetam significativamente o desempenho da edificação como um todo (PÁDUA et al., 2012). Devido as solicitações de um novo carregamento e com a preocupação de atendimento da NBR 6118 (2007) quanto à área da seção transversal, uma das formas de reforçar os pilares é utilizando a técnica de encamisamento de pilares. 70 O reforço de pilares pode ser feito a partir de sua seção com concreto de resistência adequada e com a utilização de armaduras longitudinais e transversais adicionais. O acréscimo de seção não é necessário em todo o contorno do pilar, podendo ser feito em apenas algumas faces, ou seja, pode envolver total ou parcialmente a seção original da estrutura existente. A Figura 2.32 apresenta as várias configurações de encamisamento que podem ser adotadas no reforço de um pilar, sendo dependentes da: posição, das condições de acesso, da patologia e da carga a ser suportada pelo pilar (TAKEUTI, 1999). Figura 2.32 - Tipos de configuração de reforço de pilares. (TAKEUTI, 1999) As maiores preocupações nos reforços por encamisamento é a garantia da peça voltar a trabalhar de modo monolítica. Para tal, é necessário a aderência entre o novo material adicionado e o concreto original do substrato, (PÁDUA et al., 2012). O encamisamento deverá obedecer aos seguintes procedimentos: i. Escarificação do pilar até a completa remoção da parte prejudicada; ii. Aplicação de resina epóxi para garantir a aderência do concreto novo com o substrato (CÁNOVAS, 1988); iii. Segundo a FIP apud PRADO (1998), sempre que possível devese utilizar o envolvimento completo do pilar e o emprego de estribos fechados visando o aumento da ductilidade do elemento; 71 iv. De acordo com CÁNOVAS (1988), antes de se preparar o novo concreto é conveniente, com exceção do caso de uso de resinas, saturar com água o concreto velho, pelo menos durante seis horas. Em geral, deve-se utilizar um concreto com fck ≥ 20 MPa, recomendando-se ainda que ele tenha 5 MPa a mais do que a resistência do concreto velho. Esta indicação visa prevenir a aparição de fissuras por retração e diferenças muito grandes na deformabilidade das partes; v. Concretagem trecho por trecho do pilar. A Figura 2.33 e Figura 2.34 mostram de forma geral a técnica do encamisamento de pilares. Figura 2.33 - Reforço por encamisamento. (PIANCASTELLI, 1997) Figura 2.34 - Reforço por encamisamento. (PIANCASTELLI, 1997) Na Figura 2.34, observa-se o reforço de apenas um vão do pilar. A transferência de esforços é feita através das vigas e da aderência entre os concretos 72 do pilar original e do reforço. A armadura longitudinal de reforço é ancorada nas vigas e na laje inferior por colagem com resina, e estendida até a face inferior da laje superior. A execução de capitel no pilar subjacente, pode ser necessária para uma melhor transferência dos esforços do reforço. O reforço mostrado Figura 2.34 é contínuo. Nesse caso, é importante a continuidade da armadura longitudinal de reforço, onde ela seja possível, como ocorre quando só é preciso atravessar o concreto das lajes (PIANCASTELLI, 1997). A concretagem do reforço por encamisamento pode ser praticada por concreto projetado ou concreto convencional, porém, a concretagem junto às lajes pode ficar impedida. Diante disso, a Figura 2.35 apresenta algumas formas de se realizar a concretagem junto à laje (PIANCASTELLI, 1997). Figura 2.35 - Possíveis métodos de concretagem. (PIANCASTELLI, 1997) As fundações são as principais responsáveis pela transferência de todas as cargas existentes em uma estrutura, advindas das lajes, vigas, pilares e cargas complementares (escadas, reservatórios, piscinas), para o solo. Dessa forma, as fundações devem ser previstas de forma a atingir determinada profundidade para que o solo ofereça a resistência necessária que a estrutura se mantenha estável. Como existe a necessidade de mapear o solo, é necessário realizar algum procedimento para conseguir identificar as camadas do solo e através disso, projetar e calcular a fundação de forma correta. Segundo Décourt (1998), um dos ensaios disponíveis para identificar o solo, é a sondagem de simples reconhecimento à percussão, o “Standard Penetration Teste” - SPT. De acordo com Décourt (1998), a sondagem a percussão é um procedimento geotécnico de campo, em que é possível determinar: 73 a. O tipo de solo atravessado através de retirada de amostra deformada, a cada metro perfurado; b. A resistência oferecida pelo solo à cravação do amostrador padrão, a cada metro perfurado – N SPT; c. A posição do nível encontrado durante a perfuração. Depois de realizado o ensaio de sondagem a percussão, o profissional de engenharia de fundações emite um laudo de sondagem no qual apresenta as características encontradas no ensaio. A Figura 2.36 apresenta um exemplo de laudo de sondagem. Figura 2.36 - Exemplo de Laudo de Sondagem. (Dynamic Cad, 2014) De acordo com a NBR 8036 (1983), as sondagens devem ser realizadas no mínimo de um para cada 200 m² de área de projeção em planta de edifício e até 1.200 m² de área. Acima de 1.200 m² até 2.400 m², é necessária uma sondagem a cada 400 m² que excederem de 1.200 m². Portanto, em qualquer circunstância, o número mínimo de sondagens deve ser: - dois para área de projeção em planta do edifício até 200 m²; - três para área entre 200 m² e 400 m². Segundo Velloso e Lopes (1998), as fundações são convencionalmente separadas em dois grandes grupos, fundações superficiais e fundações profundas. As fundações superficiais são divididas em blocos, sapatas, viga de fundações, 74 grelha, sapata associada e radier. Já as fundações profundas podem ser as estacas, tubulão e o caixão. Toda e qualquer fundação assim como a estrutura possui sua resistência, que recebe o nome de capacidade de carga. De acordo com Décourt (1998), a capacidade de carga é definida como a soma das cargas máximas que podem ser suportadas pelo atrito lateral e pela ponta. Segundo Gotlieb (1998), os reforços de fundação representam uma intervenção no sistema solo-fundação-estrutura existente, visando melhorar seu desempenho. Essa intervenção é necessária quando a fundação existente se apresenta inadequada para suportar as cargas atuantes ou quando ocorre um aumento de carga devido um novo carregamento na edificação, seja pela alteração de sua função ou pela ampliação da estrutura existente. Quando há um mau desempenho de uma fundação, aparecem manifestações através de danos que podem ser verificados nas próprias peças de fundação, pelo desgaste dos materiais e consequentemente pela perda da resistência, e na obra como um todo, pelos recalques e desaprumos. Segundo Gotlieb (1998), dentro do tema reforço de fundação, podem ser caracterizados alguns tipos de serviços passiveis das seguintes classificações: - Reforço permanente: aquele necessário em virtude do mau desempenho das fundações originais, aumento no carregamento aplicado às fundações em função de ampliação ou de modificações na utilização; - Reforço provisório: aplicado somente para permitir que sejam efetuados os serviços de reforço permanente ou para que uma fundação possa ser sobrecarregada provisoriamente para atender a uma condição especial de curta duração; - Substituição de fundações: é necessária a modificação de uma fundação por outra. Não refere-se a espécie de reforço, mas sim, a alteração da fundação por outra totalmente nova. 75 - Escoramento auxiliares para a execução de reforços: utilizado quando é necessário reduzir ou retirar, provisoriamente, o carregamento nas fundações existentes. Para Souza e Ripper (1998), os reforços em fundações dependendo da gravidade podem ser reforço em fundações superficiais, em fundações profundas, reparos e reforço submerso. Este último reparo ou reforço submerso pode ser executado utilizando tanto argamassa epoxídica ou com grout. 2.3.7.3. Fundações profundas adicionais As soluções para os serviços de reforços são muito variadas e dependem das condições do problema em questão, tais como tipo de solo, urgência, fundações existentes, nível de carregamento e espaço físico disponível para a intervenção. As fundações profundas adicionais são uma forma de aliviar as fundações existentes devido um carregamento novo não previsto no projeto original, ou seja, caso a estrutura sofra alteração em seu uso, ou ampliação originado por uma reforma, é necessário realizar tal intervenção (GOTLIEB, 1998). Um método que pode ser utilizado para reforçar uma fundação danificada ou não suficiente devido a modificação do projeto original para a qual foi calculada, é a adoção das fundações profundas adicionais. Como as estacas e os tubulões. O procedimento de execução de ambos é parecido, porém, para o tubulão, é realizada a abertura de base da fundação a fim de aumentar a capacidade de carga da peça devida à resistência da interação entre a área da base e o solo. Além da realização das fundações profundas, é necessária a interligação entre os elementos reforçados por meio, por exemplo, de um bloco de fundação. Dessa forma, a carga que originalmente era transmitida da estrutura para um único elemento, passa a ser transmitida para um bloco com a fundação original do projeto mais a de reforço, atendendo assim, a solicitação do novo projeto. 76 3 METODOLOGIA O presente trabalho visa a identificação de patologias em estrutura de concreto armado devido problemas de mão de obra não qualificada. Para isso, será realizado um estudo de caso no edifício da Agência Nacional do Petróleo - ANP, localizado na cidade de Brasília – DF conforme demonstram as Figura 3.1 e Figura 3.2. Figura 3.1 - Localização do estudo de caso. (Google Maps, 2014) Figura 3.2 - Vista aérea do estudo de caso. (Google Maps, 2014) Tal edifício foi construído há 37 anos, e ao longo desse tempo, houve a necessidade de implantação de novas instalações, porém, os responsáveis pela execução das novas instalações foram incapazes de executá-las sem que danificasse a estrutura do prédio. Diante disso, problemas patológicos surgiram e 77 foram se agravando de forma contínua devido à ausência de profissional habilitado para avaliar as condições da estrutura. Para alcançar os objetivos desse trabalho, será necessário realizar visitas in loco para verificar se existem registros da evolução das ocorrências patológicas na edificação, além dos projetos originais. Após coleta da documentação e dos registros, será identificado o maior número possível de patologias encontradas nos elementos (pilares, lajes e vigas) estruturais devido às intervenções dos profissionais não habilitados. Depois dessa etapa, serão indicados os diagnósticos dos elementos enfermos. Em seguida, será realizado o prognóstico para avaliar qual será a intervenção a ser tomada, que pode ser: a erradicação da enfermidade, impedimento ou controle da sua evolução, não intervenção, estimativa do tempo de vida da estrutura, restrição da sua utilização ou atém mesmo, a demolição. Por fim, com auxílio dos materiais pesquisados e referenciados na revisão bibliográfica, será possível apontar as terapias adotadas para a recuperação ou reforço dos elementos estruturais danificados, avaliando se tais procedimentos foram suficientes para o atendimento ao projeto de reforma do edifício da ANP. Espera-se frisar que, para a realização de qualquer intervenção em uma estrutura, seja ela simples ou não, é necessário conhecimento específico e extremamente técnico, uma vez que existem normas que regem a forma correta de fazer alterações em uma estrutura de concreto. 78 4 ESTUDO DE CASO Os problemas patológicos têm suas origens motivadas por falhas que ocorrem durante a realização de uma ou mais das atividades inerentes ao processo genérico a que se denomina de construção civil, processo este que pode ser dividido, como já dito, em três etapas básicas: concepção, execução e utilização. O estudo de caso em questão avalia danos patológicos ocorridos devido as etapas de modernização da edificação. Além disso, o fator tempo interviu em alguns elementos da estrutura fazendo com que estes apresentassem enfermidades. Em visita técnica à edificação, foi verificado que os ocupantes da edificação, a ANP, não possuía qualquer documentação, tais como projetos e relatórios técnicos, ficando ainda mais difícil desvendar as causas que deram início as patologias. Posteriormente, foi realizado outra visita durante a reforma CPT, o que possibilitou a verificação de cada elemento estrutural em sua verdadeira condição. Além disso, foi disponibilizado pela construtora responsável pela reforma, os projetos elaborados após estudos técnicos de profissionais habilitados. Para iniciar os estudos das patologias, é necessário conhecer um pouco de como será tratado as problemáticas encontradas. A Ficha de Avaliação Patológica – FAP conterá os seguintes campos: Identificação da patologia, descrição da patologia, causas patológicas (diagnóstico), prognóstico, soluções possíveis de recuperação (terapia). 4.1. DESCRIÇÃO DAS PATOLOGIAS Primeiramente, será estudado as patologias ocorridas durante a fazer de concepção do projeto, neste caso, será tomado como base o projeto da reforma do CPT. 79 4.1.1. Problema patológico na concepção do projeto Analisando o projeto da reforma do CPT, percebeu-se que a ideia central seria de construir um pavimento técnico de estrutura metálica sobre a de concreto armado existente, fazendo com que essa última servisse de base para a primeira. Para poder realizar tal proposta, e por se tratar de reforma, é necessário saber as condições dos elementos estruturais que receberão carregamento extra, o que não ocorreu na elaboração do projeto básico da reforma, ou seja, o projeto apresentou erros básicos de estudo preliminar deficiente, uma patologia que pode se tornar onerosa e problemática. Ao avaliar os relatórios técnicos disponibilizados, foi verificado que o carregamento da estrutura de concreto estava no limite para a qual foi dimensionada. Além disso, as condições dos pilares que receberiam o carregamento eram precárias, desfavorecendo qualquer acréscimo de carga. A Tabela 4.1 demonstra a quantidade de pilares e seus respectivos incrementos de carga devido a estrutura metálica, parâmetro esse que o engenheiro responsável pelo laudo utilizou para definir o tipo de reforço que seria aplicado aos pilares que receberam carga extra. Tabela 4.1 - Demonstrativo de Incremento de Carga devido a Estrutura Metálica. (Arquivo Pessoal) QNT. PILARES MÉDIA DE INCREMENTO DE CARGA (tf) INCREMENTO DE CARREGAMENTO EST. METÁLICA (%) 03 09 05 10 18 01 0,73 1,74 2,48 3,55 4,89 5,90 x < 5,00% 5,00% < x < 10,00% 10,00% < x < 15,00% 15,00% < x < 20,00% 20,00% < x < 50,00% x > 100,00% Outro fator importante, porém não avaliado no projeto básico, foi a fundação da edificação. Por não conter projetos originais da edificação, não poderia ignorar o fato de a fundação resistir ou não aproximadamente 160.000 kg referente a estrutura metálica. Por segurança, foi realizado uma investigação em três amostras para descobrir qual elemento de fundação existiria ali. Segundo outro laudo de empresa especializada em fundações, obteve-se as seguintes informações: 80 Figura 4.1 - Locação dos postos de visita. (Arquivo Pessoal) A Figura 4.1 apresenta a disposição dos postos de visita que foram realizados para a investigação do tipo de fundação ali existente, sendo estrategicamente planejado o estudo em pilares receberiam carga da estrutura metálica. As Figura 4.2, Figura 4.3 e Figura 4.4 apresentam os resultados obtidos da investigação das fundações. Figura 4.2 - Fundação Estaca ø 50 cm com 9,70 m profundidade. (Arquivo Pessoal) Figura 4.3 - Fundação Estaca ø 30 cm com 10,60 m de profundidade. (Arquivo Pessoal) 81 Figura 4.4 - Fundação Estaca ø 40 cm e 8,80 m de profundidade. (Arquivo Pessoal) Com as informações obtidas por essa investigação juntamente com o laudo de sondagem da obra, foi possível verificar a capacidade de carga média da estaca mais crítica, para poder uniformizar o tipo de fundações da obra e avaliar a necessidade do reforço da fundação devido o carregamento da estrutura metálica, conforme apresentam as Figura 4.5 e Tabela 4.2. Figura 4.5 - Dados de entrada para obtenção da capacidade de carga da estaca mais crítica. (Arquivo Pessoal) 82 Tabela 4.2 - Média da Capacidade de Carga da Estaca Crítica para efeito de Cálculo. (Arquivo Pessoal) RESULTADO DOS MÉTODOS DE CÁLCULO Carga Admissível da Estaca (tf) Capacidade de Carga Total da Estaca (tf) Capacidade de Carga Resistência de Ponta (tf) Capacidade de Carga Atrito Lateral (tf) 13,4 Pedro Paulo Costa Velloso 15,0 28,4 11,4 Aoki - Velloso 5,6 10,8 16,5 8,2 Decourt - Quaresma 19,7 17,8 37,6 19,6 Alberto Henrique Teixeira 20,4 7,8 28,1 15,5 Urbano Rodrigues Alonso 15,0 16,8 31,8 15,9 Média dos Processos 14,8 13,6 28,5 14,1 Posterior a análise dos fatos, foi possível concluir que mais de 80% das estacas estavam com sua carga no limite da capacidade, salientando que foi adotado a condição crítica da fundação para toda edificação, sendo a estaca de ø30cm e aproximadamente 10m de profundidade. Verificada tais condições e os fatos ocorridos nessa etapa, é facilmente detectado a ocorrência de falha na concepção do projeto, pois os estudos preliminares foram insuficientes para verificar as condições do prédio. Outrossim, não houve, na fase de projeto, estudo detalhado para analisar se a edificação poderia receber outro carregamento a não ser seu peso próprio e carregamentos existentes. Tal estudo foi feito somente na hora da execução, o que ocasionou a necessidade de realizar os procedimentos de reforço dos pilares e das fundações que receberiam carregamento extra oriundos da estrutura metálica, gerando ônus indevidos e comprovando problema patológico na concepção do projeto. 83 4.1.1.1. Reforço dos Pilares FICHA DE ANÁLISE PATOLÓGICA N° 01 IDENTIFICAÇÃO: Pilares com seção transversal e armadura insuficiente. DESCRIÇÃO: Pilares com seção transversal insuficiente, apresentando armaduras expostas e falta de cobrimento. DIAGNÓSTICO: Cobrimento de concreto insuficiente, intervenção de mão de obra não qualificada para realizar alterações estruturais (a) (b) (c) Figura 4.6 - Condições dos Pilares e Esquema da Solução de Reforço (Arquivo Pessoal) PROGNÓSTICO: É possível realizar o reforço estrutural para tornar os elementos danificados em elementos capazes de resistir maiores solicitações conforme demanda do projeto de reforma, pois o ônus gerado para a demolição e posterior reconstrução de tal elemento, é superior ao ônus provocado pelo reforço. Além disso, existem técnicas possíveis para execução do reforço do elemento enfermo. TERAPIA: Como indicado na revisão bibliográfica, o método do encamisamento dos pilares é uma solução de maior viabilidade técnica para o caso em questão, principalmente por dispor de várias possibilidades de encamisamento. No estudo de caso, foi realizado o encamisamento em duas configurações, uma contornando duas faces do contorno do pilar, e em casos que não poderia expandir 84 para os dois lados do pilar, fez-se o preenchimento em apenas uma face utilizando microconcreto ou grout projetado para realizar o encamisamento do pilar, Figura 4.6. - Procedimento: (a) colocação da nova armadura; (b) jateamento de areia; (c) projeção de microconcreto ou grout; (d) regularização da face do pilar; (e) encamisamento pronto. (a) (b) (c) (d) (e) Figura 4.7 - Sequência do procedimento de encamisamento dos pilares. (Arquivo Pessoal) 4.1.1.2. Reforço da Fundação FICHA DE ANÁLISE PATOLÓGICA N° 02 IDENTIFICAÇÃO: Fundação inadequada para suportar acréscimo de carga. DESCRIÇÃO: Fundações com necessidade de serem reforçadas devido ao incremento de carga oriunda da estrutura metálica. Falha na concepção do projeto por não prever a necessidade de reforço nesse elemento estrutural. DIAGNÓSTICO: Necessidade de reforço devido ao incremento de carga na edificação e consequentemente no solo, ou seja, fundação inadequada para suportar o novo carregamento. PROGNÓSTICO: Neste caso específico, é necessário realizar o reforço para complementar o encamisamento realizado nos pilares, conforme ficha anterior. Ainda com relação a esse reforço, é necessário a contratação de empresa especializada para executá-lo, pois o serviço de reforço nas fundações requer 85 técnicas específicas para a execução correta, caso contrário, se não for feito por profissional qualificado, durante a escavação das estacas auxiliares, pode-se danificar a estaca existente e levar arruinar o serviço. Deve-se ainda observar as normas vigentes para execução de tal serviço. Quanto ao custo-benefício, esse favorece a opção pelo reforço, inviabilizando qualquer outro serviço a não ser o reforço, pois houve aumento de carga na edificação e consequentemente, na fundação. TERAPIA: Como indicado na revisão bibliográfica, para reforçar os elementos de fundação pode-se adotar o uso de fundações profundas adicionais. Essa medida é adotada sempre que há um incremento de carga na fundação existente ou por necessidade de alteração da estrutura de forma definitiva. Figura 4.8 - Detalhes dos elementos de reforço da fundação (Arquivo Pessoal) A solução para esse caso, foi realizar um reforço permanente, que foi adotar duas estacas profundas adicionais com ø30cm e 8m de profundidade, e depois interligálas com um bloco de fundação, as duas novas mais a existente, fazendo com que todo o carregamento da estrutura seja transmitido agora, para as três estacas existentes, conforme Figura 4.8. É de extrema importância a realização do controle tecnológico do concreto, para verificar as resistências do concreto aplicado no reforço, para poder verificar a eficácia do reforço realizado. 86 - Procedimento: (a) escavação de estaca a trado manual com ø30cm e 8m de profundidade; (b) colocação da nova armadura; (c) concretagem das estacas; (d) forma, armadura e concreto magro do bloco de interligação das estacas; (e) concretagem do bloco de interligação. (a) (b) (c) (d) (e) Figura 4.9 - Sequência da execução do reforço das fundações (Arquivo Pessoal) 4.1.2. Problema patológico na fase de execução e manutenção Nessa etapa do trabalho, será apresentado as fichas patológicas referente a problemáticas de serviços que foram executados na modernização da edificação, porém a falta de profissional habilitado para orientar e supervisionar os serviços de modernização e também a falta manutenção nos elementos, fizeram com que surgissem patologias mais graves. 4.1.2.1. Recuperação das Vigas Danificadas FICHA DE ANÁLISE PATOLÓGICA N° 03 IDENTIFICAÇÃO: Adoção de métodos executivos inadequados. Diminuição da seção transversal da viga, armadura exposta e seccionamento de armaduras . DESCRIÇÃO: Vigas com seção transversal diminuída, armaduras seccionadas, expostas e corroídas devido profissionais que executaram um serviço de instalação 87 de incêndio de forma inadequada, utilizando métodos não convenientes e usuais que ocasionam danos nos elementos estruturais. DIAGNÓSTICO: Nessa situação, é fácil evidenciar que não houve a presença de um profissional habitado para orientar como deve ser feita passagem de tubos entre vigas de concreto, pois houve seccionamento de armaduras, diminuição considerável da seção transversal da peça, furos realizados fora da área região neutra da viga e armaduras exposta sujeita a corrosão e oxidação. Figura 4.10 - Vigas invertidas danificadas (Arquivo Pessoal) PROGNÓSTICO: Um elemento estrutural que apresenta anomalias de forma pontual conforme o caso estudado, é possível sem muitos problemas optar pela recuperação da peça enferma, pois os custos relativos a essa recuperação são mínimos. Embora a terapia indicada para realizar o serviço de restauração do elemento enfermo seja simples, é preciso a observância das normas vigentes além da supervisão de profissional habilitado, pois podem haver necessidades de reposição de materiais que é necessário conhecimento específico de engenharia para orientar. Tal fato é de suma importância, pois se realizar o reparo de forma errônea, a patologia poderá voltar a acontecer de forma ainda mais grave. TERAPIA: Analisando a Figura 4.11, percebe-se que a recuperação dessa enfermidade não é tão simples, pois houve necessidade de reposição de armaduras danificadas, além de atentar para a forma e sequência correta de se fazer. 88 Figura 4.11 - Detalhamento da recuperação da viga danificada (Arquivo Pessoal) - Procedimentos: (a) Escarificação manual ou mecânica da superfície enferma; (b) Limpeza para remoção da poeira ou impurezas do substrato e dar armaduras existentes; (c) Recomposição das Armaduras com aplicação de resina de proteção, como por exemplo, denverprimer zinco, zarcão, entre outros; (d) Aplicação da nova camada de substrato, seja resina epóxi, concreto convencional ou projetado ou grout. Figura 4.12 - Sequência de recuperação de vigas danificadas. (Arquivo Pessoal) 4.1.2.2. Recuperação das Lajes Danificadas FICHA DE ANÁLISE PATOLÓGICA N° 04 IDENTIFICAÇÃO: Aberturas nas lajes do térreo para passagem de dutos de exaustão de equipamentos de laboratórios. DESCRIÇÃO: Lajes com rasgos do concreto, com seccionamento da armadura para adaptação de instalações de laboratórios, como dutos de exaustão das capelas. 89 Figura 4.13 - Laje danificada com rasgo no concreto e armaduras danificas. (Arquivo Pessoal) Diagnóstico: Danos causados as lajes devido a não análise profissional habilitado para orientar a execução das aberturas na laje. Percebe-se isso de forma fácil, pois houve seccionamento de armaduras e não foi feito nenhum tipo de borda nas aberturas, deixando as pontas de aço de forma visível. Prognóstico: Assim como as vigas da FAP N° 03, a correção dessa patologia tratase de um reparo simples para recuperar a função estrutural da laje, uma vez que não houve nenhum acréscimo de carga ou alteração arquitetônica. Assim, é possível viável a recuperação pelo custo benefício gerado por esse serviço de reparo. Terapia: Para a recuperação das lajes danificadas, Figura 4.14, tomou-se como base o detalhamento apresentado na Figura 4.15 para realizar a recuperação das áreas enfermas. Figura 4.14 – Demarcação das lajes danificadas. (Arquivo Pessoal) 90 Figura 4.15 - Detalhamento de recuperação das lajes. (Arquivo Pessoal) O procedimento para recuperar as lajes danificadas é o mesmo adotado para a recuperação das vigas da FAP n° 03. Dessa forma o procedimento consiste em escarificar a região afetada, realizar uma limpeza nas armaduras e bordas do concreto, redistribuir e reconstituir as armaduras seccionadas, aplicar resina epóxi para fixação da nova armadura, concretar a área afetada com concreto de resistência similar. Figura 4.16 - Sequência da recuperação da laje. (Arquivo Pessoal) 4.1.3. Avaliação da eficácia dos métodos implantados Após a implantação desses métodos de reforço e recuperação, pode-se notar que as técnicas descritas e apresentadas nas fichas de avaliação patológica, foram suficientes para o reestabelecimento da durabilidade e vida útil da edificação, pois possibilitou a recuperação da função estrutural dos elementos danificados, devido 91 intervenções de profissionais não habilitados, e o aumento de resistência aos elementos frágeis, não aptos para a implantação do projeto de reforma. Outro fato importante constatado, foi a orientação passada aos ocupantes da edificação, salientando as devidas formas de manutenção, informando-os que para a realização de qualquer intervenção futura, faz-se necessário a avaliação e orientação de um profissional habilitado para que não ocorram outros tipos de agressões patológicas à estrutura da edificação. Ainda nesse estudo de caso, foram observadas outras patologias em alguns elementos da edificação, tais como trincas em alvenarias, infiltração na laje do subsolo, tubulação de instalações de esgoto estouradas devido raízes de árvores, entre outras. Porém, não foram aqui abordadas por não fazerem parte do objetivo do trabalho. 92 5 CONCLUSÃO A ocorrência de problemas patológicos é cada vez mais comum no meio da construção civil, seja por problemas na concepção do projeto, na execução do projeto ou na falta de manutenção da edificação construída. Com esse trabalho, percebe-se que para se obter uma edificação dúctil com prolongada vida útil, são necessárias medidas preventivas para evitar problemas patológicos, respeitando cada passo do processo de construção da edificação. No estudo de caso, foi possível concluir que a ocorrência da deterioração estrutural deuse pelo emprego de mão de obra não qualificada para executar as modificações implementadas ao longo dos 37 anos de existência da edificação, e principalmente, por não conter nenhum plano de prevenção para ocorrências patológicas. As intervenções de recuperação e de reforço dos elementos dessa edificação se mostram oportunas, levando-se em conta aspectos como a necessidade de eliminação das manifestações patológicas, sanando os riscos estruturais e garantindo a segurança e o conforto dos usuários finais. Conclui-se então, que há diversas técnicas e procedimentos diferentes possíveis para aplicação em um reforço ou recuperação, porém a viabilidade técnica e econômica foram fatores predominantes na escolha do método utilizado para a erradicação das enfermidades, tendo em vista que essas foram detectadas durante a reforma do edifício. Além disso, as soluções adotadas são de simples execução, porém não dispensam o acompanhamento de profissional habilitado, o que ocasionaria, na fata dele, erros na execução que poderiam agravar o quadro patológicos dos elementos danificados. 93 REFERÊNCIAS AGUIAR. José Eduardo de. Avaliação dos ensaios de durabilidade do concreto armado a partir de estruturas duráveis. Dissertação (Mestrado), Programa de Pós-graduação em Construção Civil – Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2006. ANDRADE, T.; SILVA, A. J. C. Patologia das Estruturas. In: ISAIA, Geraldo Cechella (Ed.). Concreto: ensino, pesquisa e realizações. São Paulo: IBRACON, 2005. 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