Avaliação dos parâmetros de durabilidade da estrutura de concreto armado de uma obra inacabada em...

ANAIS DO 53º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2011 – 53CBC0491 1

Avaliação dos parâmetros de durabilidade da estrutura de concreto armado de uma obra inacabada em João Pessoa-PB

Evaluation of durability parameters' on an unfinished build reinforced concrete structure in João Pessoa - PB

Fábio Giovanni Xavier de Oliveira (1)

(1) Engenheiro Civil, Rehabilitar Engenharia Ltda.

Av. Epitácio Pessoa, 5070 - Cabo Branco - CEP:58045-904 - João Pessoa/PB

Resumo

A durabilidade das estruturas de concreto armado tem se tornado um parâmetro de grande importância nos últimos tempos. A avaliação do estado dessas estruturas, principalmente aquelas em que a utilização é elevada, é uma ferramenta poderosa para se minimizar os custos com possíveis recuperações, e para se potencializar a segurança estrutural. Nesse estudo foram avaliados parâmetros de caracterização dos materiais e parâmetros relacionados à corrosão das armaduras, na superestrutura da obra inacabada do Hospital Memorial Nossa Senhora das Neves, localizado na cidade de João Pessoa-PB. Tal estrutura possui uma área construída de 14.000 m², formada por pilares, vigas, lajes lisas nervuradas e, encontra-se executada a 19 anos, mantendo-se desprotegida e sem revestimentos até então. O objetivo principal do trabalho foi de avaliar as propriedades mecânicas, físicas e químicas da estrutura para se determinar os processos de recuperação e proteção necessários para que a obra fosse reiniciada. Foram realizados ensaios de resistência à compressão axial, através da extração de testemunhos. Também foram realizados ensaios de caracterização micro-ambiental, de esclerometria à percussão, de profundidade da frente de carbonatação, de presença de cloretos e de potencial de corrosão das armaduras. Os resultados indicam que apesar de uma boa qualidade do concreto, a corrosão das armaduras já se encontra em estado avançado em alguns pontos, com grande perda de massa e elevado nível de fissuração das peças estruturais. Palavra-Chave: Patologia, Durabilidade, Corrosão, Carbonatação, Ensaios Eletroquímicos

Abstract

The durability of reinforced concrete structures has become a parameter of great importance in recent times. The assessment of the state these structures, especially those whose use is high, is a powerful tool to minimize the costs of possible repair, and to enhance the structural safety. In this study, parameters were evaluated to characterize the materials and parameters related to corrosion of the reinforcing steel in the superstructure of unfinished Memorial Hospital Nossa Senhora das Neves, located in the city of Joao Pessoa-PB. This structure has a built area of 14,000 m², formed by columns, beams, ribbed and flat slabs and is performed 19 years and remained without coatins so far. The aim of this study was to evaluate the mechanical, physical and chemical properties of the structure to determine the processes of repairy and protection required for restart of the build. Tests of compressive strength the extraction of samples. Tests were also performed to characterize micro-environment, esclerometry, depth of carbonation front, the presence of chlorides and the potential for corrosion of the reinforcement. The results indicate that despite a good quality of concrete, corrosion of reinforcement is already at an advanced stage in some locations, with mass loss and high level of cracking of structural parts. Keywords: Pathology, Durability, Corrosion, Carbonation, Electrochemical Tests


1 Introdução

A durabilidade das estruturas de concreto armado no Brasil é uma questão que vem sendo discutida com mais ênfase a partir da década de 80, que segundo SOUZA et al (1998), ficou conhecida como sendo a Década da Durabilidade. Desde então, pesquisas, estudos e preocupações, sobre o assunto, vêm se intensificado no meio acadêmico. Na esfera operacional, a grande quantidade de obras com manifestações patológicas, inclusive aquelas construídas recentemente, demonstram que a importância desse tema ainda não desperta muito interesse. MEIRA et al (2002) apud OLIVEIRA et alli (2007) indicam que, diante desse descaso, os custos com recuperação estrutural de obras atacadas apenas pelo fenômeno da corrosão das armaduras, pode atingir o patamar de 3,5% do PIB de países em desenvolvimento. Diante do exposto acima, vistorias técnicas acerca do estado das estruturas de concreto armado, principalmente naquelas que possuem grande utilização, como pontes, viadutos hospitais, entre outros, são de vital importância para que se mantenha a integridade dessas construções, diminuindo os gastos e aumentando a segurança para a sociedade (ISAIA, 2005; ACI 201.1R). Em se detectando sintomas patológicos, o diagnóstico preciso é crucial para que a recuperação estrutural ocorra de modo eficaz, (METHA et al, 2008), determinando as origens, causas e mecanismos e, ainda quantificando e qualificando as regiões atingidas pela manifestação patológica (RED REHABILITAR, 2003; CORDEIRO et al, 1984). Os métodos visuais, segundo CASCUDO (1999), quase sempre, apenas geram informações sobre os sintomas patológicos. Para que seja concluído um diagnóstico e emitido um prognóstico, ensaios e testes mais abrangentes necessitam ser efetuados: mecânicos, físicos, químicos e eletroquímicos. Os ensaios mecânicos e físicos determinam as características e propriedades dos materiais sob a ótica estrutural. Já os ensaios eletroquímicos e químicos, conforme CASCUDO (1999), relatam acerca do estado dos materiais, tanto concreto como armaduras, sob a ótica da integridade. A realização de um laudo técnico visa avaliar o grau de deterioração de uma estrutura, inserida em um determinado micro-ambiente, analisando os teores de agentes agressivos, a capacidade resistente da estrutura, as ações dinâmicas e estáticas de carregamento e suas conseqüências. O presente trabalho disserta sobre os ensaios e os resultados obtidos durante avaliação do grau de deterioração da estrutura de concreto armado do Hospital Memorial Nossa Senhora das Neves, localizada no bairro da Torre em João Pessoa-PB, que encontra-se inacabada a 19 anos, mantendo-se, desde então, sem revestimento e sem manutenção.


2 Apresentação

2.1 Localização

O Hospital Memorial Nossa Senhora das Neves está localizado no Bairro da Torre, região central da cidade de João Pessoa com longitude: 34°51'31.86"O e latitude: 7° 7'58.82"S. 2.2 Estrutura O partido estrutural adotada para a estrutura foi composto por lajes lisas nervuradas, armadas em duas direções com altura de nervura de 20cm apoiadas sobre vigas de bordo e capitéis que descarregam sobre pilares. A fundação adotada foi de estacas escavadas a céu aberto com blocos de coroamento.

Figura 1 – Vista geral da edificação (Google Earth)

Figura 2 – Vista Geral da Edificação

2.3 Micro-Ambiente

O ambiente a qual está inserido a estrutura do Hospital possui características bastante peculiares em função da abundante vegetação que o rodeia.


Foram realizados medições de temperatura, umidade e teor de Dióxido de Carbono (CO2) do ambiente. As medições de temperatura e umidade foram obtidas de leituras continuas e diárias durante os meses de março e abril de 2009 através de dois Data Loggers modelo HAXO-8 LOGTAG localizados em pontos internos da estrutura. As Medições de teor de Dióxido de Carbono foram obtidas através de Medidor de CO2 da TESTO. A temperatura ambiente média durante o período de medição foi de 27,4ºC. A umidade relativa do ambiente, que foi bastante elevada, da ordem de 90%. Os teores de dióxido de carbono estão na ordem de 300ppm (0,3%), sendo considerado baixo para áreas urbanas, fato esse que talvez possa ser explicado pela exuberante vegetação da região de entorno da edificação.

Tabela 1 – Leituras de Temperatura e Umidade - Data Loggers modelo HAXO-8 LOGTAG

Figura 3 - Leitura de temperatura e umidade - Data Loggers modelo HAXO-8 LOGTAG


3 ENSAIOS REALIZADOS

A quantidade e localização das amostras dos ensaios realizados, o foram em função do grau de deterioração da estrutura, em função da orientação geográfica e também em função da proteção ante às chuvas: ambiente interno e ambiente externo. 3.1 Extração de Testemunhos Foram extraídos 22 testemunhos de dimensões nominais de 200mmX100mm, da estrutura da edificação através de extratora com broca diamantada de 110 mm de diâmetro externo, como pode ser exemplificado na figura abaixo e conforme NBR 7680/ 2007 – Concreto: Extração, preparo e ensaio de testemunhos de concreto, sendo as amostras destinadas a obtenção da resistência característica à compressão do concreto e também à realização da profundidade de carbonatação.

Figura 4 - Extração de testemunhos

3.2 Resistência à compressão axial O ensaio de compressão para determinação da resistência foi realizado nos testemunhos cilíndricos extraídos da estrutura conforme a NBR 5739/2007 – Concreto: Ensaios de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. As amostras foram retificadas mantendo-se a relação h/d (altura/diâmetro) e levados a prensa do Centro Federal de Tecnologia da Paraíba. O ensaio de resistência à compressão axial foi realizado no Laboratório de Materiais (LABEME) da Universidade Federal da Paraíba Campus I em João Pessoa, utilizando-se uma prensa mecânica rotulada com capacidade de 15 toneladas, calibrada para uma velocidade de aplicação de carga de 0,05MPa/s. Os resultados encontram-se abaixo:

Tabela 2 - Resultado - Extração de testemunhos

Testenhunho

Dimensões (mm) Peça

Correspondente Bloco Pavimento

Resistência a compressão axial

do ensaio (Mpa)

Resistência à compressão

axial corrigida (Mpa)

Diâmetro Altura

01 100 186 V36 C 2 32.0 31.3

02 99 176 V15 C 3 38.2 37.4

03 100 163 V40 C 2 33.9 32.2

04 100 157 V37 C 2 27.6 26.2


05 100 137 V66 B 1 33.1 30.1

06 100 135 V49 B 2 32.6 29.6

07 100 138 V64 B 1 33.6 30.9

08 99 141 V62 B 1 35.2 32.3

09 100 135 V39 C 2 27.5 25.0

10 99 137 V31 C 3 32.8 30.1

11 99 138 V33 C 3 26.2 24.1

12 100 137 V46 B 2 27.2 25.1

13 100 139 V41 C 2 31.5 29.0

14 100 128 V70 A 1 40.2 36.1

15 99 124 V35 C 3 33.5 29.8

16 99 128 V32 C 3 35.9 32.3

17 100 147 V34 C 3 41.5 38.1

18 100 149 V61 C 1 28.2 25.9

19 99 168 V69 A 1 34.3 32.9

20 99 169 V63 B 1 37.9 36.3

21 99 186 V57 B 2 33.6 32.9

22 100 167 V67 A 1 36.9 35.4

3.3 Esclerometria à percussão

Os ensaios de esclerometria foram realizados em vigas e pilares e os procedimentos adotados para realização deste ensaio obedeceram ao que está prescrito na NBR 7484/95 – Concreto endurecido – Avaliação da dureza superficial pelo esclerômetro de reflexão, sendo adotado um esclerômetro tipo N modelo WM 250 de fabricação da James Instruments. As superfícies escolhidas para realização dos ensaios de esclerometria foram todas verticais, estando consequentemente o esclerômetro na posição horizontal. Procurou-se por superfícies que apresentassem uma boa condição superficial para a realização do ensaio, como planicidade, homogeneidade do concreto no seu adensamento, regiões que não apresentassem segregação, exsudação, concentração excessiva de armaduras, juntas de concretagem, cantos e arestas. Para garantir a ausência de armaduras no concreto foi utilizado um localizador de barras analógico modelo HR-7500 de fabricação da James Instruments, sendo executada essa verificação em todos os pontos onde seriam realizados os ensaios de esclerometria. Em cada área de ensaio foram realizados nove impactos, como é possível ver na tabela 3 e nas figuras abaixo.

Tabela 3 - Resultado de algumas amostras - Esclerometria à percussão

Local Resultados dos Índices Esclerométricos Media Amplitude Media

Corrigida

Resitência aproximada

(Mpa) Minima Maxima

P10

E/S 42 40 40 42 42 39 38 34 40 39,67 35,70 43,63 40,38 40

P12A 46 42 42 48 32 42 48 44 46 43,33 39,00 47,67 43,67 45

P12B 38 44 42 38 38 34 38 42 34 38,67 34,80 42,53 38,00 37

P13 42 42 40 40 40 40 40 38 37 39,89 35,90 43,88 39,89 39


P25 42 37 38 33 42 40 42 38 40 39,11 35,20 43,02 39,88 40

P14 42 45 40 45 42 41 42 44 42,63 38,36 46,89 42,63 43

P27 38 41 40 42 42 40 40,50 36,45 44,55 40,50 40

P16 42 40 40 39 40 41 40 41 40 40,33 36,30 44,37 40,33 40

P10 32 38 33 32 38 36 38 38 33 35,33 31,80 38,87 35,33 33

P12 35 32 39 34 41 36 36 32 37 35,78 32,20 39,36 36,17 34

P8 38 36 34 40 36 38 34 38 34 36,44 32,80 40,09 36,44 34

P8A 39 31 25 36 36 36 34 31 30 33,11 29,80 36,42 31,50 28

P11 41 42 40 40 42 41 39 40 41 40,67 36,60 44,73 40,67 40

P1 36 36 37 36 42 40 39 42 42 38,89 35,00 42,78 38,89 39

P2 44 42 39 39 44 42 40 38 41 41,00 36,90 45,10 41,00 41

P3A 48 48 49 49 47 48 49 40 46 47,11 42,40 51,82 48,00 51

P3 46 48 43 48 46 46 40 32 44 43,67 39,30 48,03 45,13 47

P3B 41 40 41 41 39 40 44 41 39 40,67 36,60 44,73 40,67 40

P5 42 38 38 40 41 34 40 35 39 38,56 34,70 42,41 39,13 38

P4 42 44 44 42 42 42 46 44 38 42,67 38,40 46,93 43,25 44

Total Pilares 39 35 43 39 38

Figura 5 - Detalhes do ensaio de esclerometria


3.4 Profundidade de carbonatação Para análise da profundidade de carbonatação foram escolhidos vigas e pilares. Todos os procedimentos adotados para extração destes resultados foram retirados da EN 14630 – Determination of carbonation depth in hardened concrete by the phenolphthalein method. Com o uso de um martelo de alpinista, as quinas das peças eram quebradas e aspergia-se uma solução de Álcool Etílico (C2H5OH ou C2H6O) a 1% de Fenolftaleína pura (C2H14O4), Essa solução ao entrar em contato com algum meio ou substância que possua pH superior a aproximadamente 9,5, adquiri coloração vermelho-camarim enquanto que em pH’s inferiores se mantêm incolor. Para leitura das espessuras acima mencionadas foi utilizado um paquímetro com precisão de 0,05mm de 6”. Também foram obtidos resultados da profundidade de carbonatação dos corpos de prova extraídos da estrutura.

Figura 6 - Ensaio de profundidade de carbonatação.

Tabela 4 - Resultado de algumas amostras - Profundidade de Carbonatação

ELEMENTO ESTRUTURAL

PROFUNDIDADE DE CARBONATAÇÃO (mm)

CONDIÇÃO

NORTE SUL LESTE OESTE NORTE SUL LESTE OESTE P10-S 5,75 5,75 LAVADO LAVADO

P10-S 6,50 6,50 LAVADO LAVADO



P12-S 9,15 9,15 INTERNO INTERNO

P12 B-S 9,50 9,50 INTERNO INTERNO







P10-1 6,10 6,10 LAVADO LAVADO

P6-1 9,50 9,50 INTERNO INTERNO










A respeito do ensaio de carbonatação, os resultados obtidos e a idade estimada para a concretagem das peças estruturais, levaram a obtenção da constante de carbonatação através da ASTM C 876.

tK=ε , onde: =

=

=

t

K

ε

Calculando a média dos resultados obtidos temos que ε = 11,88mm Dessa forma:

Calculando K, teremos: 18,3

0,14

88,11=⇒== K

tK

ε

, comparando esse resultado com a tabela abaixo extraída da ASTM C 876 observamos que o concreto pode ser considerado bom

Tabela 5 - Caracterização do concreto através da constante de Carbonatação

Concreto Pobre Concreto Médio Concreto Bom K (mm/ano0,5) > 9 9 < K < 6 < 6

3.5 Presença de cloretos Para determinação da presença de cloretos na estrutura da edificação, as vigas e pilares foram fraturadas com martelo apropriado, e aspergido uma solução de 0,1N de Nitrato de prata (AgNO3) conforme o método colorimétrico indicado por MECK et Al (2001) através da ASTM C1202, indicando coloração branca para presença de cloretos e coloração

Profundidade média de carbonatação (em mm); Constante de Carbonatação (em m/ano0,5)

Tempo (ano)


marrom para a não presença de cloretos acima de 0,4% de concentração em relação a massa de cimento. Esse procedimento foi adotado apenas como método qualitativo em função de não haver nenhuma fonte externa que fornecesse cloretos a estrutura, e caso fosse detectada a presença desses íons, ensaios mais precisos e de modo quantitativos seriam realizados. Foram realizados os testes em dez pontos aleatoriamente distribuídos nas vigas e pilares. Nenhuma presença nociva de cloretos foi detectada no concreto da estrutura, segundo indicações do patamar especificado acima, como pode ser mostrado na figura 7.

Figura 7 – Presença de cloretos

3.6 Potencial de corrosão Os procedimentos adotados para realização deste ensaio obedeceram ao que está prescrito na ASTM C-876 – Standard Test Method for Half-Cell Potentials of Uncoated Reinforced Steel in Concrete. O ensaio foi realizado através da semi-pilha do eletrodo de referência de Cobre/Sulfato de Cobre. Foram mapeado as vigas e pilares da edificação onde ocorreram os ensaios de profundidade de carbonatação e todas as peças estruturais que possuíam sintomas de corrosão das armaduras, tendo sido avaliadas em toda altura e extensão com um gride de 20 cm de lado

Figura 8 – Ensaio de potencial eletroquímico.


4 Conclusões

O Ambiente a qual está inserido a construção do Hospital Memorial Nossa Senhora das Neves é formado por uma vegetação exuberante, temperatura média de 27,4ºC umidade ambiente no período de chuvas da ordem de 90% e em função da vegetação um teor de CO2 da ordem de 0,3%, mesmo a obra estando inserida em um ambiente urbano, o que era de se esperar um teor CO2 maior. A qualidade do material concreto que cria um ambiente favorável a manutenção da integridade física das armaduras de aço carbono, com Ph da ordem de 13, também é favorável, como pode ser observado no ensaio de esclerometria e de resistência à compressão. A velocidade de carbonatação de 3,18mm/ano½ , ratifica a boa qualidade do concreto, conforme a ASTM 876 C. O micro ambiente criado favorece a uma baixa taxa de difusão do gás CO2, mas em contra-partida, um elevada taxa de corrosão. A qualidade do material favorece a uma baixa taxa de difusão do CO2 e a uma baixa taxa de corrosão das armaduras. Baseados nos ensaios, testes e observações acerca da estrutura, podemos concluir que, o estado geral da obra é bom, mesmo o abandono tendo sido bastante favorável ao contrário. A corrosão das armaduras aparecem em vários focos pontuais e o avanço da frente de carbonatação ainda não atingiu a maior parte da espessura do cobrimento de concreto. Nos pontos corroídos, principalmente nos pilares, existe uma elevada formação de micro-pilhas, em detrimento das macro-pilhas que puderam se observados mais claramente nas vigas através do ensaio de potencial de corrosão. O ocorrido pode ser explicado pelo fato de que a concretagem das lajes e vigas ter sido efetuada com concreto usinado gerando uma melhor uniformidade e apenas algumas falhas de adensamento originaram as micro-pilhas e a corrosão localizada. Nos pilares que de forma geral possuem boas resistências, a análise do ensaio de esclerometria demonstra que alguns pilares possuíam baixa qualidade de material e dessa maneira, nesses pilares, as armadura foram despassivadas, houve a formação de micro-pilhas e consequentemente corrosão generalizada. Outro fato observado, foi que nas peças estruturais de periferia um fenômeno ocorreu. O avanço da frente de carbonatação era maior na face interna que na face externa dessas peças, devido ao fenômeno de lavagem da fachada, quando da ocorrência de chuvas, impedido que a difusão de CO2 ocorresse de forma contínua.

5 Considerações finais

O projeto de recuperação da estrutura do HMNS das Neves foi dividido em quatro níveis, em função do grau de deterioração da estrutura. O nível 1 trata-se de uma intervenção mais profunda, onde torna-se necessário a reposição de um volume maior de concreto para se garantir a repassivação das armaduras, sendo possível em alguns casos reposição do aço que se encontra com uma


considerável perda de massa. Nestes elementos estruturais encontrou-se valores consideráveis de potencial de corrosão, fissuração excessiva, baixos valores de cobrimentos, alguns nichos de concretagem e despassivação total das armaduras. No nível 2 os elementos possuem valores de potencial de corrosão elevados, tendo como característica básica formação de micropilhas de corrosão devido a não despassivação total de suas armaduras. Possuem valores de carbonatação elevados, mas não uniforme em todo o elemento. A intervenção principal que pode ser adotada nestes elementos é o processo de realcalinização do concreto, tendo como vantagem um custo mais baixo que o anterior e em geral não sendo necessário a reposição das armaduras. No nível 3 o processo utilizado em elementos que não possuem potenciais de corrosão consideráveis e suas armaduras em geral encontram-se passivadas, mas com a frente de carbonatação avançada. Esta intervenção tem como principal objetivo frear o processo de carbonatação utilizando filmes apropriados para retardarem todo o processo aumentando assim a vida útil da estrutura. No nível 4 o processo utilizado em elementos passivados, tendo como único objetivo retardar o processo de carbonatação do concreto. Torna-se necessário esta intervenção para que se possa evitar diferenças de potenciais futuras entre os elementos recuperados e os que não sofreram intervenção. Utiliza-se uma pintura de poro aberto de baixo custo para aumentar a vida útil da estrutura.

6 Referências

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