UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
BRUNO BERGER QUEMELLI
MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM PILARES DE
CONCRETO ARMADO - PREVENÇÃO
VIÇOSA
2022
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Estudo sobre as principais patologias em pilares de concreto armado: causas e prevenção, Teses (TCC) de Engenharia Civil
Um estudo compilado sobre as principais manifestações patológicas em pilares de concreto armado durante as fases de projeto, execução e manutenção, além de formas de prevenir essas patologias. O estudo aborda as origens das patologias, as técnicas desenvolvidas para reduzir o risco de problemas futuros e as normas técnicas que regulam a correta projetação, execução e manutenção de estruturas de concreto.
Tipologia: Teses (TCC)
2022
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
BRUNO BERGER QUEMELLI
MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM PILARES DE
CONCRETO ARMADO - PREVENÇÃO
VIÇOSA
BRUNO BERGER QUEMELLI
MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM PILARES DE
CONCRETO ARMADO - PREVENÇÃO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de Viçosa para obtenção do título de Engenheiro Civil. Orientador: Reginaldo Carneiro da Silva VIÇOSA 2022
RESUMO
QUEMELLI, B. B. Manifestações patológicas em pilares de concreto armado – prevenção. 2022. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Civil). Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG, 2022. As manifestações patológicas em estruturas de concreto armado aumentaram de forma expressiva ao longo dos últimos anos, ocasionadas pelas falhas de projeto, execução e/ou manutenção. Os pilares são peças fundamentais de uma estrutura e entender o comportamento do concreto armado sob efeito de agentes agressivos do meio, prevendo-os, se tornou uma ferramenta importante para a garantia de sua segurança. Observa-se uma grande variedade de publicações a respeito de patologias estruturais, porém estudos a respeito de pilares encontram-se de maneira dispersa nas referências. Dessa forma, foi elaborado um estudo compilado acerca das principais manifestações patológicas recorrentes em pilares de concreto armado nas fases de projeto, execução e manutenção e formas de preveni-las. Observou-se que a maior parte da ocorrência de manifestações patológicas se dá na fase de execução desses elementos. Seja por falta de conhecimento das normas vigentes ou pela não aplicação de boas práticas de engenharia consolidadas. Notou- se também que uma parte das patologias se encontram na fase de projeto da estrutura, com falhas de dimensionamento e detalhamento, além dos erros de manutenção ao longo de sua vida útil. Por fim, ressalta-se a contribuição desse estudo que mostra as principais manifestações patológicas de pilares e suas formas de prevenção para o meio técnico da engenharia. Palavras chave: Pilares de concreto armado, Manifestações patológicas, Concreto Armado.
ABSTRACT
QUEMELLI, B. B. Pathological manifestations in reinforced concrete pillars - prevention. 2022. Undergraduate thesis (Civil Engeneering). Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG, 2022. Pathological manifestations in reinforced concrete structures are increasing significantly over the last few years, caused by design, execution, and/or maintenance failures. Pillars are fundamental parts of a construction and understanding the behavior of reinforced concrete under the effect of aggressive agents in the environment, anticipating them, has become an important tool to guarantee its safety. There is a wide variety of papers on structural pathologies, but studies on pillars are found in a dispersed way in the literature. Therefore, a compiled study was prepared regarding the main recurrent pathological manifestations in reinforced concrete pillars in the design, execution, maintenance stages, and ways to prevent them. It may be observed that most of the pathological manifestation events occur during the execution phase of these elements. Either due to lack of knowledge of current standards or due to the non- application of consolidated good engineering practices. It is also observed that part of the pathologies are in the structure design phase, with dimensioning and detailing failures, in addition to maintenance errors throughout its service life. Finally, this study contribution emphasizes the main pathological manifestations of pillars and their forms of prevention for the technical engineering environment. Keywords: Reinforced concrete pillars, Pathological manifestations, Reinforced concrete.
Figura 3.3 - Pilar sobrepondo esquadria ........................................................ 41 Figura 3.4 - Incompatibilidade de eletrodutos com pilar estrutural ................. 42 Figura 3.5 - Fissuração devido ao subdimensionamento de estribos ............ 43 Figura 3.6 - Congestionamento de armaduras .............................................. 43 Figura 3.7 - Fissuras devido a falhas de projeto em estribos......................... 44 Figura 3.8 - Detalhamento de armadura de consolos curtos para ancoragem em pilares .................................................................................................................. 45 Figura 3.9 - Diferentes formas de fissuração em consolos devido a erros de dimensionamento e detalhamento de armaduras ..................................................... 45 Figura 3.10 - Fissuras em consolo e esmagamento de cabeça de pilar devido a insuficiência e/ou falta de detalhamento de estribos .............................................. 46 Figura 3.11 – Fissuração e processo corrosivo avançado na base de pilares de pontes ....................................................................................................................... 46 Figura 3.12 - Fissuração topo de pilar por falta de armadura ........................ 47 Figura 3.13 - Ninhos de concretagem em pilar .............................................. 51 Figura 3.14 - Formação dos ninhos de concretagem devido ao lançamento incorreto do concreto em pilares ............................................................................... 52 Figura 3.15 - Lançamento correto de concreto em pilares............................. 53 Figura 3.16 - Concretagem simultânea de viga, laje e pilar ........................... 54 Figura 3.17 - Fissuras em pilares pela retração do concreto em vigas .......... 55 Figura 3.18 - Fissuras junta de concretagem................................................. 55 Figura 3.19 - Junta de concretagem mal executada ...................................... 56 Figura 3.20 - Fissuração por corrosão de armaduras .................................... 56 Figura 3.21 - Corrosão das armaduras de pilares presentes em costas marítimas................................................................................................................... 57 Figura 3.22 - Corrosão de armaduras de pilares dentro do mar .................... 58 Figura 3.23 – Processo corrosivo de pilares de pontes sobre rios ................ 59 Figura 3.24 - Corrosão em estribos de pilares ............................................... 59 Figura 3. 25 - Esmagamento da cabeça de pilar ............................................ 60 Figura 3.26 - Esforço de flexo-compressão atuante em painéis pré-moldados. .................................................................................................................................. 61 Figura 3.27 – Fissuras de compressão localizada ou flambagem de armaduras .................................................................................................................................. 61 Figura 3.28 - Choque de veículo em pilar de viaduto .................................... 62
Figura 3.29 - Proteção em pilares de pavimento garagem contra choque de
- veículos
- Figura 3.30 - Processo corrosivo somado a urina em pilares
- Figura 3.31 - Fissuração em pilares de viaduto por falta de manutenção......
- armado Figura 3.32 - Principais manifestações patológicas em pilares de concreto
- Figura 4.1 - Sistema de formas pilar de concreto armado
- Figura 4.2 - Sistema de forma pilar contraventado
- Figura 4.3 - Posicionamento armadura de pilares em concreto armado
- Figura 4.4 - Janelas em formas de pilar para concretagem
- espera de pilares Figura 4.5 - Quadro de madeira para garantir a estabilidade das armaduras de
- Figura 4.6 - Janelas para concretagem
- Figura 4.7 - Utilização de cachimbos para facilitar a concretagem de pilares
- Figura 4.8 - Cachimbos para concretagem
- Figura 4.9 – Adensamento por vibrador.........................................................
- Figura 4.10 - Pilar em concreto aparente.......................................................
- Figura 4.11 - Cura úmida em pilares
- Tabela 2.1 - Ácidos severamente agressivos ao concreto.............................. LISTA DE TABELAS
- Tabela 2.2 - Principais sais que agridem o concreto
- Tabela 2.3 - Principais patologias e mecanismos
- Tabela 4.1 - Procedimento executivo de pilares de concreto armado
- 1 INTRODUÇÃO SUMÁRIO
- 1.1 Considerações iniciais
- 1.2 Justificativa
- 1.3 Objetivos
- 1.3.1 Objetivo geral
- 1.3.2 Objetivos específicos....................................................................
- 1.4 Metodologia
- 2 PATOLOGIA DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO
- 2.1 Conceitos iniciais
- 2.2 Principais mecanismos de deterioração
- 2.2.1 Mecanismos químicos
- 2.2.2 Mecanismos físicos
- 2.2.3 Mecanismos biológicos
- 2.2.4 Mecanismos mecânicos
- 2.3 Principais manifestações patológicas
- 2.3.1 Fissuras
- 2.3.2 Porosidades excessivas do concreto
- 2.3.3 Corrosão do concreto
- 2.4 Resumo
- 1 INTRODUÇÃO SUMÁRIO
- ARMADO 3 MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM PILARES DE CONCRETO - 3.1 Comentários iniciais - 3.2 Etapa de projeto - 3.2.1 Elementos de projeto.................................................................... - 3.2.2 Compatibilização de projetos - 3.2.3 Dimensionamento e detalhamento - 3.3 Etapa de execução - 3.3.1 Escolha e utilização de materiais
- execução 3.3.2 Principais manifestações patológicas em pilares devido a falhas de - 3.4 Etapa de utilização - 3.5 Resumo
- 4 EXECUÇÃO DE PILARES DE CONCRETO ARMADO
- 4.1 Comentários iniciais
- 4.2 Sistema de formas
- 4.3 Armaduras
- 4.4 Concretagem
- 4.4.1 Cuidados preliminares
- 4.4.2 Plano de concretagem..................................................................
- 4.4.3 Transporte do concreto
- 4.4.4 Lançamento
- 4.4.5 Adensamento
- 4.4.6 Juntas de concretagem
- 4.4.7 Acabamento
- 4.5 Cura....................................................................................................
- 4.6 Retirada das formas e escoramento
- 4.7 Resumo
- 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
- 5.1 Conclusão
- 5.2 Sugestão de trabalhos futuros............................................................
- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
- 4 EXECUÇÃO DE PILARES DE CONCRETO ARMADO
Nos projetos de pilares em concreto armado, o dimensionamento e detalhamento das armaduras devem ser feitos de forma criteriosa, procurando-se evitar as altas taxas de armaduras. Alinhado a isso, têm-se o processo executivo de pilares em concreto armado como um dos principais fatores de manifestações patológicas, quando não se observa a norma vigente de execução de estruturas de concreto ABNT NBR 14931 (2004) – Execução de estruturas de concreto – Procedimento. Somado a isso, a forma de uso e manutenção desses elementos garante uma maior durabilidade a eles. O estudo das manifestações patológicas nesses elementos cruciais para as estruturas de concreto armado garante a segurança de todos aqueles que utilizam dela, pois danos irreversíveis aos pilares podem acarretar em acidentes ou até mesmo em colapso da estrutura. Além da identificação dos fatores, é importante salientar que a difusão de boas práticas da engenharia é importante para que não se tenha transtornos gerados por manifestações patológicas. Pode ser observado na literatura uma variada gama de fatores que levam o concreto a se deteriorar, seja por agentes físicos, químicos e biológicos, assim como suas principais manifestações patológicas, seja por fissuras, corrosão e afins. Porém, detalhes quanto a elementos específicos de projeto, assim como técnicas construtivas e forma de uso e manutenção para as peças de pilares de concreto armado, se encontra dispersa em diferentes fontes de consulta. Sendo assim, foi proposto uma revisão bibliográfica das principais manifestações patológicas em pilares de concreto armado presentes nas fases de projeto, execução e manutenção da estrutura, além de como evitá-las em cada uma dessas etapas, baseando-se nas normas vigentes e boas práticas de engenharia conforme a literatura. 1.2 Justificativa Observa-se uma grande variedade de estudos e publicações sobre as patologias das estruturas de concreto armado, buscando-se os principais fatores da origem dessas manifestações, além da forma que a estrutura se comporta sob atuação de certos agentes agressivos. É notório a importância desses estudos para o desenvolvimento e reparação das estruturas que sofrem com o desgaste ao longo do tempo, sempre buscando a segurança para os seus usuários. Tendo em vista isso, aplicar essas ideias para um elemento estrutural importante como pilares faz com que o presente estudo contribua de forma significativa para que o meio técnico da
engenharia civil possa se antecipar frente aos problemas enfrentados diariamente no projeto, execução e manutenção das estruturas de concreto armado. Além disso, tem- se técnicas construtivas baseado nas normas vigentes que facilitam para o construtor empregar, de forma a garantir que a estrutura executada venha a apresentar um bom desempenho ao longo de sua vida útil. 1.3 Objetivos 1.3.1 Objetivo geral Elaborar uma revisão bibliográfica acerca das principais formas de manifestações patológicas em pilares de concreto armado na fase de projeto, execução e utilização, assim como apresentar a forma de evitá-las. 1.3.2 Objetivos específicos
- Elaborar uma revisão bibliográfica a respeito das principais manifestações patológicas em estruturas de concreto armado;
- Apresentar formas de se evitar as manifestações patológicas em pilares de concreto armado nas fases de projeto, execução e utilização;
- Apresentar técnicas construtivas de pilares para a obtenção de um produto final de qualidade, a fim de se evitar manifestações patológicas futuras. 1.4 Metodologia Foi elaborada uma revisão bibliográfica sobre as manifestações patológicas em pilares de concreto armado, principalmente sobre as publicações de Cánovas (1988), Souza e Ripper (1998), Azevedo (2011), Bolina, Tutikian e Helene (2019) e Thomaz (2020), buscando-se atualizações acerca do assunto. Essa revisão foi dividida em três partes, onde na primeira buscou-se apresentar as principais patologias das estruturas de concreto de forma geral, apresentando os principais mecanismos de deterioração, apresentando-se um quadro resumo ao final baseada na publicação de Azevedo (2011). Em seguida, apresentou-se as manifestações patológicas mais recorrentes em pilares de concreto armado nas fases de projeto, execução e utilização da estrutura, através de artigos nacionais, assim como adequar as técnicas empregadas nessas etapas para que essas patologias não venham a aparecer na estrutura. Por fim, buscou-se apresentar a forma correta de se executar pilares de concreto armado, baseado principalmente na norma de execução ABNT NBR 14931
2 PATOLOGIA DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO
2.1 Conceitos iniciais Patologia pode ser entendida como a parte da Engenharia que estuda os sintomas, os mecanismos, as causas e as origens dos defeitos das construções civis, ou seja, é o estudo das partes que compõem o diagnóstico do problema (HELENE, 1992 , p. 19). Essa definição resume de uma maneira geral o que a Engenharia de Estruturas vem estudando nas últimas décadas, a fim de garantir que as estruturas de concreto armado obtenham maior durabilidade e melhor desempenho durante sua vida útil. Segundo Souza e Ripper (1998), os conceitos de durabilidade e vida útil estão completamente associados, pois entende-se por vida útil o período de tempo no qual o material apresenta características acima das especificadas, e como durabilidade o parâmetro que liga uma determinada construção a essas características. Também se entende por desempenho o comportamento durante a fase de utilização de cada produto, ao longo de sua vida útil. Aliado a esses conceitos, têm-se a norma de desempenho ABNT NBR 15575:2013, que apresenta os parâmetros para que a edificação tenha um bom desempenho. Dessa forma, para que uma estrutura seja durável, ela deve apresentar uma boa resposta às ações do meio em que ela se encontra, garantindo para os usuários um bom desempenho durante sua vida útil. Isso está intrinsecamente ligado as fases de projeto, execução e manutenção da obra. Ainda de acordo com Souza e Ripper (1998), somente se consegue de fato obter uma estrutura durável a partir do momento que se entende que a água rege todas as características do concreto, como densidade, porosidade, permeabilidade, compacidade, capilaridade e fissuração, para além de sua resistência mecânica. Todas essas propriedades apresentam uma maior facilidade ou dificuldade para que os mecanismos de deterioração possam adentrar nas peças de concreto. Outro fator muito importante para a durabilidade e um bom desempenho durante a vida útil da estrutura é a manutenção. Souza e Ripper (1998) a definem como um grupo de atividades que visam garantir um desempenho satisfatório de forma a prolongar sua vida útil. A ABNT NBR 6118:2014, em seu item 25.3 Manual de utilização, inspeção e manutenção define que o profissional habilitado deve fornecer
ao contratante um manual que especifica, de maneira clara e sucinta, o conjunto de atividades necessárias para a manutenção preventiva. Além disso, tem-se ainda a norma vigente de manutenção, a ABNT NBR 5674 : 2012 , que tem como objetivo fixar os procedimentos de orientação para organização de um sistema de manutenção de edificações. A norma atribui ao proprietário da edificação a responsabilidade de sua manutenção, além de definir e organizar um adequado sistema de preservação do empreendimento. Outra norma muito importante para a durabilidade da estrutura é a de inspeção predial, ABNT NBR 16747:2020, que define os conceitos, diretrizes e procedimentos referentes à correta inspeção predial das edificações. 2.2 Principais mecanismos de deterioração De acordo com Bolina, Tutikian e Helene (2019), dificilmente relaciona-se a deterioração das estruturas a somente um fator, normalmente tem-se a sobreposição de efeitos oriundos de agentes agressores que, atuantes simultaneamente na estrutura, ocasiona as manifestações patológicas. Isso fica bem claro em sistemas estruturais em processo de deterioração bastante acentuado, nos quais a identificação do problema principal fica mais complexa. Cánovas (1988) afirma que é comum encontrar estruturas onde ali foi acometido um grave erro, mas que a mesma não apresenta danos importantes, mas, também é observado danos graves em estruturas decorrentes de causas de menor importância, mas que atuantes de forma simultânea, geram consequências severas. Dessa forma, pode-se dividir os mecanismos de deterioração de uma estrutura de concreto armado em quatro grandes grupos, sendo eles: mecanismos químicos, físicos, biológicos e mecânicos. 2.2.1 Mecanismos químicos 2.2.1.1 Ataques por ácidos Bolina, Tutikian e Helene (2019) afirmam que um pH abaixo de 11,5 já é o suficiente para que ocorra a despassivação da armadura. A Tabela 2. 1 apresenta os principais ácidos que podem gerar deterioração do concreto:
Outro fenômeno observado de ataque por ácidos é o da chuva ácida, ocorrido principalmente nas grandes cidades. De acordo com Neville (201 5 ), essas chuvas são constituídas principalmente por ácido sulfúrico e nítrico, e devido ao seu pH muito baixo (entre 4,0 e 4,5), geram processos de deterioração em estruturas de concreto. A Figura 2.2 apresenta o processo de deterioração devido à chuva ácida na cidade de São Paulo: Figura 2. 2 - Ataques por chuva ácida em prédio da FAU/USP - São Paulo Fonte: Santos, 2011 apud Bolina, Tutikian e Helene, 2019 2.2.1.2 Ataques por sulfatos De acordo com Neville (201 5 ), os sais sólidos não reagem com o concreto, mas podem atacar a pasta de cimento hidratada na forma de solução. Silva Filho (1994) afirma que podem ocorrer duas manifestações distintas através da reação dos compostos da pasta hidratada de cimento com íons sulfatos, sendo elas:
- Expansão do concreto;
- Perda progressiva de resistência, massa e rigidez As Figuras 2.3 e 2.4 apresentam esse efeito expansivo do concreto e a perda de sua resistência:
Figura 2. 3 – Corrosão por sulfatos da parede de concreto de um reator UASB em uma ETE Fonte: Kudlanvec Jr et al, 2018 Figura 2. 4 - Lixiviação de pilares em contato com água contaminada por sulfato Fonte: Padhi, 2015 apud Bolina, Tutikian e Helene, 2019 Os sulfatos podem ser encontrados em parques industriais, regiões em contato com esgoto, armazéns de agrotóxicos, e também na água do mar. Para esse último fator, têm-se construções à beira-mar, como cais, passarelas, pontes, que muitas das vezes possuem fundações e pilares em contato direto com a água. O processo de deterioração por sulfato pode ser acentuado nessas estruturas, pois como afirma Neville (201 5 ), quando ocorre alternados períodos de molhagem e secagem pela água do mar, parte dos sais são dissolvidos pelo concreto após a evaporação da água. Dessa forma, ao serem novamente hidratados na molhagem