Patologia de Estruturas - Análise Diagnóstico e Reabilitação

Patologia de estruturas Fabricio Longhi Bolina Bernardo Fonseca Tutikian Paulo Helene oficina de Textos Fabricio Longhi Bolina Bernardo Fonseca Tutikian Paulo Roberto do Lago Helene Patologia de estruturas Copyright 2019 Oficina de Textos Grafia atualizada conforme o Acordo Ortográfico da Língua Portuguesa de 1990 em vigor no Brasil desde 2009 Conselho editorial Arthur Pinto Chaves Cylon Gonçalves da Silva Doris C C K Kowaltowski José Galizia Tundisi Luis Enrique Sánchez Paulo Helene Rosely Ferreira dos Santos Teresa Gallotti Florenzano Capa e projeto GráfiCo Malu Vallim foto Capa Ciclovia Tim Maia Agência Brasil Fotografias preparação de fiGuras Victor Azevedo diaGramação Luciana Di Iorio preparação de textos Natália Pinheiro Soares revisão de textos Ana Paula Ribeiro impressão e aCabamento BMF gráfica Todos os direitos reservados à Oficina de Textos Rua Cubatão 798 CEP 04013003 São Paulo Brasil tel 11 30857933 wwwofitextocombr email atendofitextocombr Dados Internacionais de Catalogação na Publicação CIP Câmara Brasileira do Livro SP Brasil Bolina Fabrício Longhi Patologia de estruturas Fabrício Longhi Bolina Bernardo Fonseca Tutikian Paulo Roberto do Lago Helene São Paulo Oficina de Textos 2019 Bibliografia ISBN 9788579753398 1 Concreto Deterioração 2 Concreto Manutenção e reparos 3 Construção de concreto 4 Estruturas de concreto 5 Estruturas de concreto armado I Tutikian Bernardo Fonseca II Helene Paulo Roberto do Lago III Título 1929900 CDD6241834 Índices para catálogo sistemático 1 Estruturas de concreto Patologia Engenharia 6241834 Cibele Maria Dias Bibliotecária CRB89427 Cap00indd 2 17092019 151740 PREFáCIO Este livro é resultado de vários anos de discussões troca de experiências conver sas e registros É inegável que a área de Patologia das Construções carecia de um livro que viesse a orientar os profissionais quanto aos conceitos básicos dessa importante área de conhecimento que discutisse o problema das estruturas de concreto armado e que abordasse de modo inédito as estruturas de aço e madei ra Como sabemos algumas das manifestações patológicas podem ter origem no projeto isto é na concepção da estrutura Todavia muitas vezes o projeto não consegue antever as condições de exposição às quais a estrutura pode ser submetida nem especificar os materiais adequados às condições do ambiente nem mesmo compreender como a estrutura envelhecerá Essa necessidade de equilíbrio e o desafio de integrar profissionais com diferentes experiências e atuações seja na área de projeto ou de materiais foram fundamentais para escrever este livro e tornaramse a motivação principal do documento que apresentamos Tentamos explorar ao máximo os mecanismos de dano que as estruturas podem sofrer Dividimos o livro em quatro capítulos Cap 1 Patologia das construções Cap 2 Patologia das estruturas de concreto Cap 3 Patologia das estruturas metálicas Cap 4 Patologia das estruturas de madeira No Cap 1 apresentamos os conceitos para o estudo da Patologia das Constru ções e nos demais capítulos abordamos as especificidades de dano manifestação e recuperação de cada uma dessas estruturas Estamos cientes de que o assunto não se esgota aqui mas esse passo era necessário Nossas edificações estão enve lhecendo e precisamos capacitar estudantes técnicos engenheiros e arquitetos entre outros para atuar dentro de suas atribuições nesse mercado Conside ramos que essa é a nossa pequena contribuição para um futuro próximo que certamente necessitará de profissionais aptos para reimplantar as condições mínimas de segurança e funcionalidade a essas estruturas Os autores Sumário 1 Patologia das construções 7 11 Considerações iniciais 7 12 Conceitos e definições 22 13 Patologia das construções 30 14 manutenção das edificações 53 2 Patologia das estruturas de concreto 61 21 mecanismos de deterioração 65 22 Diagnóstico 167 23 intervenção 179 3 Patologia das estruturas metálicas 183 31 mecanismos de deterioração 186 32 Diagnóstico 223 33 intervenção 231 4 Patologia das estruturas de madeira 237 41 origem da deterioração 241 42 Diagnóstico 264 43 Profilaxia 270 44 Terapia 282 referências bibliográficas 309 Cap00indd 5 17092019 151843 As figuras com o símbolo são apresentadas em versão colorida entre as páginas 292 e 309 1 Patologia das construções 11 Considerações iniciais Patologia é a ciência que estuda a origem os mecanismos os sintomas e a nature za das doenças O termo provém das palavras gregas pathos sofrimento doença e logia ciência estudo cujo significado é estudo das doenças Assim essa ciência pode ser compreendida como o estudo do desvio daquilo que é admiti do como a condição normal ou esperada de algo ou seja uma anormalidade que conflita com a integridade ou o comportamento habitual do elemento Nesse estudo estabelecemse os termos e descrevemse os processos de evolução os mecanismos dos fenômenos deletérios e os sintomas de descaracterização do elemento investigando e classificando as causas origens e sintomas do dano ou da doença incidente sobre um corpo ou matéria Para tanto esse estudo apoiase em inspeções ou exames para a compreensão eou remediação do defeito notado Tratase portanto de uma área do conhecimento que visa entender qual é a doença instalada para que esta possa ser curada definitiva e corretamente O termo patologia é historicamente conhecido como sendo atrelado à ciên cia médica todavia há várias décadas também tem sido empregado em outras áreas do conhecimento como a de obras civis sempre atrelado ao estudo das doenças e danos de algo ou alguém Dessa forma a patologia das construções é a ciência que procura de forma sis têmica estudar os defeitos incidentes nos materiais construtivos componentes e elementos ou na edificação como um todo buscando diagnosticar as origens e compreender os mecanismos de deflagração e de evolução do processo patoló gico além das suas formas de manifestação Por outro lado os problemas nem sempre são identificados de forma imediata e interpretados de modo legível e evi dente É necessário adotar em alguns casos processos e sequências de inspeções Patologia das construções 9 estudo não há o plural da palavra Por exemplo uma fissura é uma manifestação patológica portanto não pode ser referida como uma patologia Na patologia das construções há diversos conceitos e termos empregados Para introduzir o estudo podese correlacionar a patologia das construções com a patologia na área médica que é mais frequente no cotidiano como exposto no Quadro 11 Além da descrição elementar dos termos é possível compreender a severidade de cada dano nos exemplos Quadro 11 Termos gerais do estudo da patologia das construções e exemplos Termos Definição Patologia das construções Patologia médica Manifestação patológica São os problemas visíveis ou observáveis indicativos de falhas do comportamento normal Fissuras trincas manchamentos deformações mofo Dor de cabeça enjoo tontura Fenômeno É a raiz do problema na qual se deve focar para a solução Corrosão eflorescência recalque Câncer depressão Inspeção É o checkup quando o patólogo ou médico avalia o seu paciente aprovando a condição ou solicitando novos exames ou ensaios Avaliar a estrutura regularmente ou quando houver um fato extraordinário de interesse Avaliar a pessoa para saber a condição atual de saúde Anamnese É o estudo dos antecedentes nessa etapa devese escutar dos usuários e pacientes o que estão sentindo Conversa com síndico e moradores antigos análise de projeto verificação do estado dos prédios vizinhos Análise de histórico do paciente e dos familiares verificação de exames anteriores Ensaios não destrutivos São ensaiosexames que não danificam o paciente Esclerometria pacometria ultrassom Medição de pressão e febre ultrassom Ensaios semidestrutivos São ensaiosexames que causam pequeno dano ao paciente Extração de corpos de prova pullout Biópsia exame de sangue Diagnóstico É a explicitação e o esclarecimento das origens mecanismo sintomas e agentes causadores do fenômeno ou problema patológico Corrosão eflorescência recalque Câncer depressão Patologia de estruturas 14 base na NBR 14037 manual de uso operação e manutenção ABNT 2014b O manual deve ser entregue aos proprietários no ato da compra eou recebimento da uni dade ou então repassado se porventura o bem for vendido ou alugado O uso e a manutenção adequados ao longo da vida útil da edificação permitem que os requisitos de desempenho dos sistemas constituintes sejam preservados Havendo a necessidade de reformas a NBR 16280 reforma em edificações sistema de gestão de reformas ABNT 2014c define os parâmetros que devem ser atendidos nessa atividade sobretudo atrelados à gestão do serviço em que se discutem diretrizes e condições contratuais e de acompanhamento da atividade A Fig 15 correlaciona esse conjunto de normas NRB 16280 Na necessidade de intervenção gerir e cumprir o conjunto de diretrizes estabelecidas para elaboração das atividades NBR 5674 Gerir e cumprir o conjunto de manutenções estabelecidas à edificação ao longo da vida útil NBR 15575 Requisitos de desempenho admitidos em projeto para serem cumpridos ao longo da vida útil da edificação NBR 14037 Manual de uso operação e manutenção visando preservar o desempenho estabelecido em projeto Fig 15 Correlação entre normas usadas para implantar e preservar o desempenho da edificação Souza e Ripper 1998 explicam que os problemas deflagrados durante o ciclo de vida da edificação podem ser diversos causados tanto por envelhecimento natural dos materiais quanto por acidentes ocorridos durante o seu uso Além disso as ações dos profissionais e técnicos envolvidos na concepção podem induzir a formação de problemas seja por falhas de projeto e execução seja por escolha dos materiais empregados em obra Isso reforça a necessidade de avaliar cada problema com precisão e prudência Quanto maior a acuidade na avaliação de um processo patológico instalado maior será a confiança do profissional na recomendação da medida corretiva e portanto no sucesso da intervenção Cabe ao patólogo essa tarefa O patólogo é o profissional responsável por traba lhos técnicos que envolvem os estudos e as atividades para identificar justificar diagnosticar e prognosticar um problema patológico ou até mesmo realizar uma inspeção rotineira preventiva No Brasil a prática da atividade de patólogo é atri buição do arquiteto ou engenheiro civil conforme Lei nº 5194 de 24 de dezembro de 1966 Nesse cenário cursos de pósgraduação em Patologia das Construções Patologia das construções 27 a economia e sustentabilidade do setor como destacam Medeiros Andrade e Helene 2011 Observase que esses conceitos estão relacionados aos princípios de desempenho dos materiais e sistemas 122 Visão sistêmica do desempenho das edificações Desempenho em termos gerais é o comportamento em uso da edificação e dos seus sistemas Conforme já evidenciado as exigências temporais para cada edifi cação devem ser preservadas durante um determinado período de tempo Cabe aos profissionais envolvidos na concepção da edificação e aos usuários que dela usufruem implantar medidas que visem preservar ou atingir essas exigências Incumbências A vida útil de projeto VUP é uma definição teórica e seu valor prático deve ser estabelecido na etapa de concepção da edificação Esse período irá balizar todo o processo de elaboração da obra bem como fundamentar o modo como a edifica ção será utilizada Todos os envolvidos na edificação possuem a responsabilidade de edificar um bem que atenda a uma vida útil de no mínimo o tempo definido em projeto Isso significa que o incorporador o construtor o projetista e o forne cedor devem entregar um bem durável com materiais e métodos adequados e cabe ao usuário seguir as medidas que lhe forem estabelecidas para garantir a funcionalidade da obra entregue A Fig 113 representa esse conjunto de incum bências aplicáveis na implantação de níveis de desempenho a uma edificação É de responsabilidade do incorporador em consonância com os projetistas definir o nível de desempenho almejado Esse é o ponto de partida Cabe também a ele identificar todos os riscos previsíveis na época do projeto os quais poderão Desempenho das edificações Construtor Incorporador Projetista Usuário Fornecedor Fig 113 Incumbências para a implantação do desempenho em edificações Patologia das construções 35 Fig 115 Microfissura em um sistema de revestimento em argamassa Fig 116 Fissura em um sistema de revestimento em argamassa Fig 117 Fissura ou trinca observada em um sistema de vedação vertical Fig 118 Fissura ou rachadura próxima à abertura de uma edificação Fig 119 Fissuras produzidas no sistema de vedação vertical de uma construção Analisados os sintomas e identificadas a existência de uma inconformidade e as suas prováveis causas determinase um plano de ação para o estudo e a compreensão mais minuciosa do problema Traçase então uma estratégia de Patologia das construções 57 141 Tipos de manutenção Manutenção corretiva A manutenção corretiva é aquela intervenção que visa corrigir um elemento ou sistema no qual se observa a incidência de falha ou desempenho menor que o esperado Buscase realizar reparo ou substituição do elemento deficiente com o objetivo de restabelecer a plena funcionalidade e segurança que lhe fora admiti do em projeto Por não se tratar somente de uma manutenção de emergência podese divi dila em planejada e não planejada A manutenção corretiva planejada é aquela decidida por meio da observação de uma queda do desempenho de algum elemen to ou material não necessariamente após a sua falha e muitas vezes é definida após manutenções detectivas ou preditivas Já a manutenção não planejada é aquela fundamentada na falha de algum elemento A reconstituição do concreto de cobrimento das armaduras de uma estrutura que apresenta indícios de rompi mento da sua película passivadora identificados na manutenção preditiva é um exemplo de uma manutenção corretiva planejada Por outro lado a substituição ou o tratamento das armaduras oxidadas de uma estrutura de concreto armado é um exemplo de uma manutenção corretiva não planejada Manutenção preventiva A manutenção preventiva é a intervenção que visa preservar o desempenho da edificação em algum momento da sua vida útil evitando a deflagração de anoma lias As intervenções ou manutenções preventivas não são realizadas quando se deflagra algum problema mas em algum ponto que antecede o surgimento da falha de forma a prevenila Consiste na substituição de peças ou na renovação dos sistemas de proteção segundo uma periodicidade estabelecida pelo fabrican te do produto Um exemplo de aplicação desse tipo de manutenção é a renovação da pintura de uma edificação Manutenção preditiva A manutenção preditiva é aquela que toma como base o acompanhamento dos parâmetros ou do desempenho de um elemento ou sistema que recebe monitora mento contínuo Essa manutenção é elaborada de forma sistematizada exigindo uma análise minuciosa dos resultados coletados ao longo do tempo para a tomada de decisão É um tipo de manutenção mais fundamentado do que a preventi va por envolver dados e índices comparativos Para esse tipo de manutenção os equipamentos e o sistema analisado devem permitir algum tipo de monito ramento e as falhas devem ser oriundas de causas que também possam ser 2 Patologia das estruturas de concreto O concreto armado é a solução estrutural mais empregada nas construções brasileiras e em grande parcela das edificações dos principais países do mundo A sua maior frequência de uso é justificada principalmente pelos reduzidos custos envolvidos na sua produção devidos aos seus materiais constituintes à mão de obra empregada na etapa de execução e ao tempo despendido de projeto normalmente inferior ao das estruturas de aço Com resistências adequadas aliadas ao monolitismo das vinculações dos elementos as estruturas de concre to armado permitem soluções mais ousadas do que aquelas concebidas em alvenaria autoportante Além disso a frequência de uso aliada ao interesse em pesquisa do concreto melhorou a sua compreensão por tecnólogos e proje tistas estruturais reduzindo as incertezas e otimizando seu emprego Já em termos de durabilidade a excelente resistência do concreto à água e à agres sividade ambiental tornao a solução estrutural geralmente com menor índice periodicidade ou custo de manutenção em relação a outras desde que adequa damente projetada ao ambiente de inserção Acreditavase antigamente que o concreto armado era um material eterno uma vez que apresentava um ótimo comportamento perante o uso e a exposição ao ambiente Hoje sabese que não é assim Com o incremento de sua aplica ção sobre diversos ambientes eou solicitações mecânicas observouse que em certos momentos e sob certas condições específicas alguns dos componentes que constituem o concreto armado passaram a apresentar mecanismos de dete rioração típicos promovendo uma redução parcial ou total de funcionalidade das peças e acarretando custos de reparo ou manutenção Percebeuse que o concreto armado não era eterno e que o ambiente o dete riorava de diferentes formas No Brasil somente no ano de 2003 com a publicação da nova NBR 6118 que substituiu a versão anterior de 1978 norma que orienta 78 Patologia de estruturas do para cada ambiente uma escala níveis de intensidade dividida em classes A1 A2 B1 B2 C e U As classes não remetem diretamente a um ambiente senão ao dano ao concreto Podese ter por exemplo dois ambientes distintos mas com o mesmo grau de severidade ao concreto o que conduz a uma mesma classe Essa severidade deve ser relacionada ao nível do dano produzido e não ao tipo do dano No Quadro 23 é possível notar a variabilidade da natureza dos ambientes de cada classe a qual essa norma chama de classificação da exposição Quadro 23 Classes de agressividade ambiental segundo a AS 3600 Classe e nível Descrição A 1 Elementos em contato com o solo protegidos por tintas ou de funda ção inseridos em solos não contaminados Elementos em ambientes internos Elementos em ambientes externos em regiões não indus triais e de clima árido Ambiente não faz referência sobre o grau de umidade 2 Elementos em contato com o solo não contaminados não previstos em A1 Elementos em ambientes externos em regiões não indus triais e de clima temperado Ambiente não faz referência sobre o grau de umidade B 1 Elementos em ambientes internos de construções em regiões indus triais Elementos em ambientes externos em regiões não industriais e de clima tropical e inseridos em regiões industriais em qualquer clima Elementos inseridos em uma faixa compreendida entre 1 km e 50 km da costa do mar em qualquer clima Elementos submersos em água doce Ambiente não faz referência sobre o grau de umidade Em um caso deixa subentendido 2 Elementos inseridos em até 1 km da costa do mar em qualquer clima exceto em contato direto com respingos de maré e névoa salina Elementos submersos em água salgada Ambiente não faz referência sobre o grau de umidade Em um caso deixa subentendido C Elementos inseridos em zonas de respingo de maré e névoas salinas Ambiente não faz referência sobre o grau de umidade mas é possí vel pressupor U Elementos em contato com água corrente Elementos em qualquer outro ambiente não admitido em A1 A2 B1 e B2 Ambiente não faz referência sobre o grau de umidade mas é possí vel pressupor Fonte adaptado de AS 2009 A AS 3600 AS 2009 também propõe a separação do território australiano em zonas climáticas conforme a Fig 29 separando as regiões em clima tropical árido ou temperado e estabelecendo recomendações de projeto específicas para Patologia das estruturas de concreto 101 Fig 226 Fissura e desplacamento do concreto na região dos estribos junto à aresta de um pilar na cidade de Mérida México Fig 227 Estado avançado de corrosão das armaduras da face inferior de uma viga na região metropolitana de Porto Alegre Brasil Patologia das estruturas de concreto 109 uma fissuração A armadura ajuda na absorção dos esforços logo quanto mais armada menos a peça sofre com as ações Os mecanismos físicos também podem se desenvolver no estado fresco do concreto ou devido aos desgastes superficiais no estado endurecido originados por processos de atrito entre uma fonte externa e a superfície do concreto Como consequência são produzidas erosões e cavitações nos elementos A seguir abordamse os mecanismos de retração do concreto movimentação térmica ação de gelo e degelo e desgaste superficial por erosão ou cavitação Retração do concreto A retração do concreto é dividida em retração por secagem por assentamento plástico autógena e por carbonatação A retração por assentamento plástico é quando o concreto se adensa e após o endurecimento elementos fixos e rígidos restringem a sua movimentação como eletrodutos e barras de aço Fig 230 Já a retração autógena ocorre devido ao volume dos compostos hidratados o qual é menor que o volume do cimento mais o da água Ou seja toda partícula de cimento que hidrata provoca uma pequena contração na mistura Logo é uma manifestação patológica que ocorrerá mais comumente em concretos com ele vados consumos de cimento como os concretos de alta resistência A retração por carbonatação é parecida com a autógena pois também é uma contração química Ocorre quando o hidróxido de cálcio CaOH2 do concreto hidra tado reage com o dióxido de carbono CO2 do ambiente formando o carbonato de cálcio CaCO3 Porém o CaCO3 é menor do que o CaOH2 causando a retração do con creto Assim a retração por carbonatação ocorre ao longo da vida útil do elemento e dominantemente em ambientes mais agressivos e com concretos desprotegidos Observase que as retrações por assentamento plástico autógena e por car bonatação não são comuns no dia a dia da construção civil nem resultam em Fissuras Movimento do concreto fresco Fig 230 Retração por assentamento plástico Fonte adaptado de Carmona Filho e Carmona 2013 128 Patologia de estruturas fissuras se formam quase que simultaneamente e em geral se localizam nos pontos onde estão instalados os estribos conforme ilustra a Fig 251 Tração na flexão e cortante No caso das vigas o dimensionamento das peças é feito no estádio III de defor mação proposto pela NBR 6118 ABNT 2014a Nesse estágio para efeitos de otimização da seção o momento fletor de projeto é aquele próximo ao da ruína do elemento isto é do seu estadolimite último ELU Como consequência a peça encontrase fissurada na região tracionada Essas fissuras todavia são limita das por norma para efeitos de durabilidade Cabe ao projetista verificar e evitar a fissuração excessiva das peças por meio da verificação de deformações e aberturas máximas de fissuras ou do estadolimite de serviço ELS As fissuras nas estruturas de concreto são avaliadas durante o seu serviço e não nos instantes que antecedem o colapso As aberturas máximas de fissuras analisadas no ELSW estadolimite de abertura de fissuras pela NBR 6118 ABNT 2014a são limitadas em função da agressividade química do ambiente onde a peça está inserida de acordo com as clas ses de agressividade ambiental Independentemente da origem as fissuras produzidas por esforços excessivos de flexão se manifestam com uma forma bem característica e ocorrem apenas na parte tra cionada da seção Tomase como exemplo uma viga biapoiada com duas cargas concentradas de magnitude P mostrada na Fig 252 Com o carregamento dessa viga as trajetórias de tensão de tração e compres são que nela atuam são apresentadas na Fig 253 As tensões de tração são paralelas ao eixo longitudinal da viga no trecho em que a flexão pura ocorre ou seja no vão central dessa viga Nos demais trechos as trajetórias são inclinadas devido à influência de outros esforços como os cortantes Nas extremidades da viga as trajetórias são perpendiculares entre si portanto as fissuras se desenvolverão perpendicularmente às direções das tensões de tração Com base nessas linhas de tensão Thomaz 2007 comenta que no meio do vão as fissuras tendem a ser perpendiculares ao eixo longitudinal da peça e próximo aos apoios essas fissuras se inclinam a aproximadamente 45 com a horizontal Nas vigas altas essas fissuras podem chegar a 60 de inclinação Fig 251 Fissuras características de esforços de tração Patologia das estruturas de concreto 151 Deficiências nessa etapa podem promover uma redução do cobrimento nominal das armaduras deixandoas mais suscetíveis aos ataques ambientais como mostrado na Fig 277 que representa uma vista inferior da viga de seção caixão que compõe o tabuleiro de uma ponte de concreto armado com exposição de armaduras A remoção incorreta ou prematura dos escoramentos e formas pode indu zir ao surgimento de fissuras por deformações plásticas excessivas Nessa etapa admitese que o concreto ainda em processo de cura não possui uma resistência mecânica suficiente Qualquer esforço pode culminar em manifestações patoló gicas muitas vezes intangíveis Por isso destacase a necessidade de um projeto adequado de formas e de retirada dos escoramentos A Fig 278 ilustra possíveis problemas oriundos de inconformidades dessa natureza iii Incêndio As principais manifestações desenvolvidas nas estruturas de concreto armado expostas às altas temperaturas são a deterioração mecânica a deformação térmica e o desplacamento spalling Esses fenômenos são fundamentados nas alterações físicoquímicas na pasta de cimento e nos agregados e na incompa tibilidade térmica entre ambos Cada mecanismo se desenvolve em uma faixa específica de temperatura representativa da natureza química do material gerando alterações microestruturais variadas Apesar de as altas temperaturas proporcionarem transformações de cunho químico e físico no concreto armado a fonte geradora do processo o fogo não é um agente que o agride quimicamente Fig 277 Vista inferior da viga caixão de ponte de concreto armado 168 Patologia de estruturas Os equipamentos ou materiais empregados para o diagnóstico podem ou não produzir danos na estrutura Dessa forma os ensaios são classificados em não destrutivos ou semidestrutivos 221 Ensaios não destrutivos Os ensaios não destrutivos não danificam o elemento estudado por isso são os mais recomendáveis para serem especificados sempre que possível A seguir detalhamse os principais como fissurômetro esclerometria ultrassom pacometria resistivida de elétrica permeabilidade termografia infravermelha e extensometria elétrica Fissurômetro O fissurômetro é um instrumento que objetiva medir a magnitude da abertura da fissura de determinada peça Além de estruturas de concreto armado o instru mento também pode ser usado em revestimentos alvenarias entre outros O uso do fissurômetro não indica a origem ou o mecanismo de deterioração que está instalado no concreto fissurado todavia ele serve como balizador da magnitude da manifestação que incide Fig 294 Pode ser usado junto com outros ensaios de maior precisão Medidas sucessivas da abertura das fissuras em tempos predefinidos pelo profissional podem indicar se o processo de deterioração instalado é ou não ativo Esse fato pode informar se o mecanismo prossegue no tempo o que ajuda na definição sobre a origem e a causa Dificilmente as análises com fissurômetro são conclusivas cabendo ao profissional realizar uma análise crítica das medi ções feitas Fig 294 Análise de fissura com fissurômetro Cap02indd 168 17092019 174449 3 Patologia das estruturas metálicas As vantagens das estruturas de aço como velocidade e produtividade da obra limpeza do canteiro de obras precisão construtiva aproveitamento dos espaços alívio das fundações e redução dos resíduos finais de construção ainda não sustentam prioritariamente o uso da solução de forma generalizada no Brasil Para edificações convencionais o custo agregado dessa alternativa mediante alguns critérios de análise pode ser alto mas não necessariamente será sempre maior em relação às estruturas de concreto armado seja na etapa de produção alto valor de equipamentos de montagem operários qualificados etc no trans porte dos perfis da usina siderúrgica ao canteiro ou pela própria matériaprima O uso dessa alternativa ainda deve ser considerado sob uma análise técnicoeco nômica e uma cultura menos imediatista em termos de resultados o que pode inclusive tornála mais barata do que o uso de estrutura de concreto armado Essa solução tornase atrativa quando são considerados os benefícios agre gados ao custo principalmente quanto à agilidade aos menores custos das fundações à liberdade arquitetônica entre outros Nos períodos favoráveis da economia a agilidade de produção tornase prioritária Além disso os selos verdes das edificações como LEED Selo Casa Azul e Selo Aqua ganham força e boa aceitabilidade do mercado fazendo com que as estruturas metálicas tenham boas perspectivas no cenário da construção civil e sejam avaliadas como solução estrutural para edificações habitacionais convencionais como já ocorre nos Estados Unidos e na Inglaterra Os sistemas estruturais compostos por perfis de aço estão susceptíveis a agressões do ambiente de construção da estrutura o que compromete o seu desempenho no tempo Mecanismos físicos químicos e biológicos podem se desenvolver no aço sendo a corrosão metálica a mais conhecida pois esse fenô meno é muito frequente nessas estruturas As recomendações de durabilidade 3 Cap03indd 183 17092019 164822 186 Patologia de estruturas esses mecanismos se desenvolvem ao longo do tempo Em síntese analisase a essência do problema ou seja a doença a qual pode ser de cunho químico físico biológico ou mecânico No segundo tópico no qual se debate o diagnóstico é apresentada a gama de equipamentos e de ensaios necessários para identificar a anomalia Nesse tópico realizase desde o levantamento de dados até a interpre tação dos problemas sendo apresentados os exames No terceiro tópico em que se discute o reparo são apresentadas algumas formas de correção dos problemas diagnosticados ou seja as recomendações para sanar o problema 31 Mecanismos de deterioração Os mecanismos encontramse separados em químicos físicos biológicos e mecânicos 311 Mecanismos químicos de deterioração O principal e mais frequente mecanismo químico de deterioração das estruturas de aço é a corrosão metálica A corrosão é definida como um processo espontâneo provocada pela interação química do metal com o ambiente promovendo variações químicas das suas propriedades com perda das características estruturais Podese caracterizar esse mecanismo como um processo de deterioração físicoquímico uma vez que os produtos da corrosão causam uma alteração da geometria das peças metálicas devido à dissolução dos metais por reações químicas via seca por meio de gases ou eletroquímicas via úmida por meio de eletrólitos Para os materiais da construção civil a corrosão eletroquímica é a mais fre quente representando segundo Raichev Veleva e Valdez 2009 93 dos casos A ocorrência do fenômeno também é relacionada ao carregamento que incide na peça o estado de tensão o qual gera deformações que podem tornar o material mais susceptível na região tensionada Ademais fatores climáticos como tempe ratura e umidade justificam o desencadeamento do fenômeno fazendo com que seja observado de forma holística O mecanismo de corrosão é um fenômeno intrínseco aos metais A corrosão química desenvolvese inclusive na indústria siderúrgica durante a fabricação devido às altas temperaturas De acordo com Raichev Veleva e Valdez 2009 no decorrer do processo de laminação a quente de metais ferrosos em torno de 3 a 5 do metal tratado é perdido Tratase da corrosão de superfície que ocorre nos elementos já nas primeiras idades após a produção Gentil 2012 comenta que a deterioração causada pela reação físicoquí mica entre material e ambiente submeteo a processos de desgaste variações químicas da sua composição ou modificações de cunho estrutural tornandoo inadequado para uso O fenômeno promove uma transformação degenerativa 192 Patologia de estruturas Formas de corrosão sintomatologia A corrosão metálica pode ser uniforme localizada ou não uniforme e galvânica i Corrosão uniforme Temse a corrosão uniforme quando o mecanismo da corrosão se desenvolve em toda a superfície do elemento estrutural ocorrendo de forma contínua com taxa aproximadamente igual em cada ponto da peça É uma corrosão facilmente detectada dada a sua visibilidade em toda a extensão do elemento A corrosão uniforme geralmente se desenvolve nos metais em contato direto com a atmos fera pelo fato de o metal ser submetido a uma frente de ataque que é igualmente uniforme A corrosão produzida por ácidos em peças submersas também pode produzir esse tipo de manifestação Na Fig 35 são apresentadas peças com corrosão uniforme Fig 35 Corrosão uniforme em A viga metálica de casa histórica e B guardacorpo No primeiro caso a viga constitui a laje superior do reservatório de água de uma edificação da década de 1920 em uma cidade histórica do interior do estado do Rio Grande do Sul no Brasil Deduzse que as peças foram submetidas a uma umidade intensa e uniforme durante seu uso o que dada a inexistência do uso de tintas de proteção na época promoveu deterioração contínua No segundo caso mostrase o guardacorpo inserido em uma região costeira às margens do rio East nos Estados Unidos sendo submetido ao mesmo processo de corrosão dada a uniformidade da agressão do ambiente que o entorna Essa é a corrosão típica do açocarbono e do aço patinável ii Corrosão localizada ou não uniforme A corrosão localizada ou não uniforme desenvolvese de forma pontual manifes tase em pontos de corrosão com geometrias variadas profundidades distintas 204 Patologia de estruturas 314 Mecanismos mecânicos de deterioração Os mecanismos mecânicos de deterioração são aqueles que se desenvolvem externamente ao material ou seja é uma ação externa à estrutura Sobrecargas Carregamentos excessivos não previstos e devidos a alterações do uso da edifi cação provocam tensões não previstas em projeto que caso ultrapassada a resistência admissível dos elementos deflagram manifestações patológicas de sobrecarga O projetista nesse caso não possui responsabilidade sobre as conse quências que incidem na estrutura como deformações excessivas ou em última instância colapso parcial ou total Persy 2008 destaca a sobreposição das conse quências sobre construções em estruturas de aço com idades avançadas Aços velhos não soldados geralmente são sensíveis aos choques e apresentam rupturas bruscas devido à não ocorrência de deformações plásticas do material conforme Fig 317 No caso das sobrecargas a ruptura de peças em aço não ocorre de forma brusca Geralmente há alguma deformação às vezes excessiva antes de o colapso ocorrer salvo o sistema de ligação Nas ligações metálicas as deformações geralmen te são pequenas pois normalmente são formadas por peças também pequenas em relação às dimensões dos elementos estruturais pilares vigas etc Assim na existência de sobrecargas não previstas essas deformações tornamse pouco perceptíveis a olho nu ou ao uso da edificação Caso essa sobrecarga siga ocor Fig 317 Fragilidade ao choque de uma estrutura metálica datada do ano de 1920 Fonte Persy 2008 Patologia das estruturas de madeira A madeira é um material de grande utilidade para o setor da construção civil e é frequentemente empregada em diversas situações desde como material de acabamento nos sistemas de vedação até em um elemento estrutural Contu do como qualquer outro material da construção civil a madeira está propensa à deterioração por agentes externos Por ser um material orgânico a madeira possui certas particularidades quanto aos mecanismos de deterioração apresen tando manifestações patológicas bem específicas No passado pela grande frequência de utilização aliada à falta de manu tenção muitas obras com madeira apresentavam manifestações patológicas de intensidades significativas às vezes em um curto espaço de tempo Esse fato criou uma percepção de que a madeira não é um material duradouro tampouco adequado para ser usado como solução para um sistema estrutural Utilizada desde os primórdios da humanidade acompanhando a sua história a madeira foi um dos primeiros materiais da construção empregados como solu ção estrutural Com o avanço do setor da construção civil passouse a conhecer mais sobre seu comportamento e novos critérios de projeto até então descon siderados passaram a ter papel decisivo na concepção das estruturas como a durabilidade A previsão dos fatores e agentes potencialmente agressivos ao material é determinante na predição da vida útil das estruturas evidenciandose a neces sidade de se adotarem medidas preventivas conforme o ambiente em que o elemento estará inserido Nesse contexto similarmente às normas brasileiras de projeto de estruturas de concreto armado o Eurocode 5 EN 2004 define classes de serviço para as estruturas de madeira em função da agressividade ambiental o que não ocorre na NBR 7190 ABNT 1997 A norma nacional apresenta critérios superficiais quanto à durabilidade às vezes apenas implícitos em coeficientes do 4 Patologia das estruturas de madeira 241 às folhas Já o cerne ou durâmen é composto por células mortas ou inativas que possuem a coloração mais escura e seca sua função é sustentar o tronco A umidade dessa região é menor do que a do alburno o que justifica algumas manifestações patológicas apresentadas neste capítulo Por fim a medula é uma parcela que se localiza no eixo do tronco e representa o primeiro crescimento da árvore Com o crescimento da madeira formamse anéis em volta da medula sendo possível identificar a idade da árvore por meio da contagem deles A madeira é formada por celulose hemicelulose e lignina Segundo Carvalho 2015 no caso da molécula de celulose os grupos de hidroxila OH que a cons tituem são os grandes responsáveis pela adsorção das moléculas de água fato que acaba enfraquecendo as cadeias e refletindo negativamente na capacidade resistente das peças Por isso que as normas de projeto de estruturas de madeira levam em consideração a umidade propondo uma correção das resistências com base nessa variável e no controle no tempo 41 Origem da deterioração Nesta seção explanamse as origens das manifestações patológicas em estrutu ras de madeira os principais mecanismos e os respectivos agentes que deflagram a deterioração do material evidenciando as principais anomalias dos elementos Como já referenciado os agentes que degradam a madeira são de cunho biológi co atmosférico químico ou aparecem como consequência do incêndio 411 Agentes biológicos Os agentes biológicos são os mais corriqueiros agentes causadores de deteriora ção das madeiras Os principais agentes biológicos agressores dessas estruturas são I os fungos xilófagos e II os insetos xilófagos Chamamse xilófagos todos aqueles fungos e insetos que se alimentam de madeira O mecanismo de ataque desses seres se deflagra essencialmente em via úmida sendo imprescindível a presença de umidade e a efetiva condição da madeira de retêla Segundo Negrão e Faria 2009 alguns poucos agentes agridem a madeira seca destacandose por ora as térmitas de madeira e o mais comum é o cupim e alguns tipos de carunchos As principais consequências desse ataque são a redução da seção transversal da madeira promovendo alteração física e a perda da capacidade resistente culminando em alteração mecânica Vale destacar conforme Cruz 2001 que os problemas causados pelos agentes biológicos se deflagram segundo circunstâncias distintas Enquanto uma infesta ção por caruncho afeta a estrutura de forma generalizada a agressão por cupins deteriora a madeira de modo pontual sobretudo em zonas de intensa umidade e baixa insolação 250 Patologia de estruturas b Térmitas de madeira seca Para o seu desenvolvimento diferentemente das térmitas subterrâneas as térmi tas de madeira seca necessitam de uma umidade da ordem de 15 ou seja a umidade natural do ar já lhes é suficiente As colônias geralmente são compostas por cerca de 100 a 250 indivíduos Eles ingressam por via aérea na madeira e têm como característica principal perfurações de entrada muito reduzidas quase invisíveis a olho nu sendo muito difícil localizar os seus ninhos Pelo fato de os insetos buscarem pro teção contra predadores as galerias estão sempre escondidas não sendo acessíveis pela superfície externa da peça de madeira desenvolvendose no interior da peça pre ferencialmente no alburno Na inspeção um som com percussão oca pode identificar a existência de galerias internas e por tanto de uma contaminação da madeira Ademais sinais externos de infestação con sistem na maioria das vezes de pequenas pelotas fecais da ordem de 1 mm a 2 mm de diâmetro na superfície do elemento As Figs 415 e 416 mostram o estado de deterioração de uma seção de madeira serrada e atacada por térmitas de madeira seca Somente com a serragem da madeira foi possível identificar o estado ou grau de deterioração e a perda de seção que esses insetos promoveram Assim muitas vezes se torna mais interessante substituir a peça do que inspecionála visto que a recompo sição dos elementos serrados compromete a estética da estrutura ii Carunchos Os carunchos são insetos que diferente mente das térmitas se desenvolvem por larvas Dizse portanto que se trata de um inseto com ciclo biológico variado visto que ele sofre diversas mutações ao longo de sua Fig 413 Aspecto laminado da madeira com presença de restos de terra nos canais Fonte A1 Pest Control sd Fig 414 Profundidade de ataque por térmita em uma madeira Fonte Chris Baranski CC BY 20 httpsflickrp 9EqzDU 256 Patologia de estruturas Escanoamento Arqueamento Torcimento Fissuras de compressão Fig 423 Variações geométricas observadas em madeiras Fonte adaptado de Gerola 2011 Portanto evidenciase que o controle do teor da umidade natural da madei ra é fundamental para garantir a sua estanqueidade e proporcionar o seu uso adequado evitando defeitos como empenamentos arqueações torções entre outros Esses mecanismos estão diretamente relacionados à resistência da madeira e à sua susceptibilidade ao ataque por fungos As alterações de geome tria da madeira por variações higroscópicas são um fenômeno irreversível não havendo medidas corretivas para recuperar o elemento As variações geométricas tipicamente observadas estão ilustradas na Fig 423 e dependem basicamente da diferença de velocidade de secagem entre faces do mecanismo de evaporação dágua do revestimento diferente entre faces da porosidade e da permeabilidade da madeira A variação geométrica apresenta da pode ser por I encanoamento II arqueamento III torcimento torção ou IV fissuração Dada a magnitude em que essas variações geométricas se apresentam microfissuras ou fissuras superficiais podem se deflagrar na superfície das peças A justificativa está associada aos ciclos de inchamentos e contrações pela varia ção de umidade natural do elemento Na secagem rachaduras superficiais podem aparecer por secagem brusca e não uniforme do material ainda úmido com a superfície da madeira perdendo umidade mais rápido do que o seu interior As camadas internas impedirão que as externas sofram retração o que gera tensões que excedem a resistência da Patologia das estruturas de madeira 271 à proteção via tratamento contra a ação do ambiente As medidas apresentadas na sequência são recomendações de projeto Sua implantação pode mitigar a susceptibilidade da madeira a anomalias que comprometam a sua vida útil e o seu desempenho 431 Detalhes de projeto Os detalhes de projeto podem ser divididos em I ligações entre viga e pilar ou entre viga e viga II encontro da base do pilar com o terreno e III cargas suspensas Ligações entre elementos Conforme já discutido a madeira é um material filamentoso Além de indicar o sentido da maior resistência da madeira as fibras auxiliam a compreender como as manifestações patológicas podem se desenvolver segundo medidas específi cas de projeto adotadas Um dos principais pontos a ser discutido é o engaste das peças estruturais de madeira principalmente porque é difícil promover um engastamento perfei to entre os elementos visto que deformações residuais ocorrerão entre peças conectadas Essas deformações provêm do deslocamento relativo das chapas metálicas da ligação dos parafusos ou pregos da folga relativa entre o furo e o elemento de conexão entre outros Desse modo admitir a existência de engas te perfeito no projeto estrutural pode se tornar arriscado A consequência no caso de vigas é a atuação de momentos positivos superiores ao calculado o que ocasiona um coeficiente de segurança inferior ao requerido por norma podendo causar até mesmo o colapso do sistema estrutural O segundo ponto a ser discutido no engaste é a questão do detalhamento A Fig 437 mostra duas situações de projeto da ligação de viga com pilar de madei ra Na Fig 437A empregouse uma chapa de ligação na base inferior da viga fato que promoveu um comportamento muito próximo ao de uma rótula perfeita Já na A B Fendilhamento Fig 437 Ligação A rotulada e B engastada gerando fendilhamento Fig 214 Pilares com lixiviação curados com vapor quente em obra na cidade de Sapucaia do Sul RS Fig 228 Concreto da camada de cobrimento A carbonatado e B não carbonatado Fig 212 Prédio FAU USP com manifestações típicas de ataque por chuva ácida Fonte Santos 2011 Fig 419 Perfurações na superfície de madeira típicas de um ataque por carunchos Fonte Moreira 2009 Fig 421 Formação de espécie vegetal em viga de madeira Fig 422 Fissuras longitudinais no eixo da madeira no sentido das fibras