UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO: ANÁLISE DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS NAS ESTRUTURAS NO ESTADO DE PERNAMBUCO JAIRO JOSÉ DE OLIVEIRA ANDRADE DISSERTAÇÃO APRESENTADA AO CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL, COMO PARTE DOS REQUISITOS PARA A OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRE EM ENGENHARIA. ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: CONSTRUÇÃO Porto Alegre 1997 Esta dissertação foi julgada adequada para a obtenção do título de Mestre em Engenharia e aprovada em sua forma final pelo orientador e pela Banca Examinadora do Curso de Pós-Graduação. Prof. Denise Carpena Coitinho Dal Molin - Drª pela Universidade de São Paulo Orientadora Prof. Denise Carpena Coitinho Dal Molin - Drª pela Universidade de São Paulo Coordenadora do Curso de Pós-Graduação em Engenharia Civil BANCA EXAMINADORA: Prof. Cláudio de Souza Kazmierczak Dr. pela Universidade de São Paulo Prof. Paulo Roberto do Lago Helene Dr. pela Universidade de São Paulo Prof. Ruy Alberto Cremonini Dr. pela Universidade de São Paulo viii À Deus Aos meus pais, Jairo e Alzira Andrade Aos meus irmãos, Gustavo e Fabiana À Denise viii AGRADECIMENTOS Primeiramente, gostaria de agradecer à minha orientadora, Profª Denise Dal Molin. Com sua capacidade técnica e extrema clareza, soube conduzir o trabalho de uma maneira lúcida e consistente, fazendo juz ao título de Orientadora. Obrigado, Denise! Aos Professores Paulo Helene e Enio Figueiredo pelos comentários e sugestões apontadas no desenvolvimento do trabalho. À Escola Politécnica de Pernambuco, na pessoa do seu Diretor Profº Armando Carneiro e do Chefe do Departamento de Engenharia Civil, Profº Sérgio Dias, pelo apoio e pela oportunidade de desenvolver uma parte da pesquisa na Universidade. Aos Engenheiros Zoroastro Soares, da CONCREPOXI Engenharia e Normando Perboire, da TECNOBETON por ceder os arquivos das empresas para a coleta de dados. Aos amigos Márcio Carvalho, Rosele Lima e Arnaldo Cardim. Fico contente em saber que tudo começou com a nossa iniciativa. Me sinto orgulhoso de ter parceiros profissionais do quilate de vocês. Valeu por tudo! Ao pessoal do Núcleo de Desenvolvimento de Pesquisas da Escola Politécnica de Pernambuco: Eliana, Heloísa, Arraes, Rosana e Janilson pelo companheirismo e amizade. À Ceres Zenaide, Juliana Queiroz, Kátia Van Drunen pela ajuda na parte de coleta de dados nas empresas. À FACEPE - Fundação de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco e ao CNPq, pelo apoio financeiro para a realização deste trabalho. Aos professores do NORIE: Luís Carlos Bonin, Miguel Sattler, Carlos Formoso, Ângela Masuero, Ruy Cremonini, Hélio Greven e Ronaldo Duarte pelas informações técnicas e troca de experiências durante os dois anos de curso. Aos amigos do NORIE: Tarcísio Abreu, Givanildo Garlet, Eduardo Dubaj, Águida Abreu, Alícia Mimbacas pelo companheirismo e amizade do dia-a-dia. À Lúcia, pela ajuda sempre presente. Aos grandes amigos da Casa do Estudante Ana Paula Bernardi, Luciano Menezes, Sandro Valério, Cardivandro Soares, Guilherme Gontijo, Eraly Silva, Girlene e Luziel pelos momentos de descontração e apoio nas horas difíceis. Não poderia de deixar um muito obrigado especial a duas pessoas que se tornaram verdadeiros irmãos durante tal período: João Ilton e Ivonne Gamboa. Sem a companhia de vocês, as coisas teriam sido bem mais difíceis. Aos meus pais, Jairo e Alzira Andrade, pelo apoio, carinho, força e confiança, sabendo que todo esse afastamento foi necessário para a conquista de algo melhor no futuro para todos nós. Eu amo vocês! E, principalmente, à minha namorada, Micheliny Joyse, peço desculpas pelas horas em que eu não pude estar ao seu lado em função da realização deste trabalho. viii SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS vii LISTA DE TABELAS ix LISTA DE QUADROS x RESUMO xi ABSTRACT xii 1. INTRODUÇÃO 1 1.1 Objetivo do Trabalho 3 1.2 Delimitações do Trabalho 3 1.3 Estruturação do Trabalho 4 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 6 2.1 Conceitos de Durabilidade e Vida Útil 10 2.2 Etapas do Processo de Produção das Edificações 18 2.2.1 Planejamento/Projeto 19 2.2.2 Materiais 21 2.2.3 Execução 22 2.2.4 Utilização/Manutenção 24 2.3 Meio Ambiente 29 2.3.1 Concreto em Meio Ambiente Salino 36 2.4 Visão Holística do Processo de Degradação de Estruturas 42 2.4.1 Considerações Quanto aos Modelos de Previsão da Vida Útil das Estruturas de Concreto Armado 45 3. CARACTERIZAÇÃO DO BANCO DE DADOS UTILIZADO NO LEVANTAMENTO DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS E FORMAS DE REPARO E REFORÇO 50 3.1 Introdução 50 3.2 Banco de Dados 50 3.2.1 Dados gerais da edificação 51 3.2.2 Dados de inspeção 56 3.2.3 Dados dos custos de recuperação 56 3.2.4 Origem das manifestações patológicas nas etapas do processo construtivo 56 3.2.5 Cadastramento das manifestações patológicas e formas de recuperação adotadas 64 3.2.5.1 Definições das principais manifestações patológicas observadas no levantamento 65 3.2.5.2 Principais formas de recuperação empregadas nas estruturas 68 4. ANÁLISE DAS PRINCIPAIS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS 71 4.1 Em Função do Estado do Concreto: Fresco ou Endurecido 71 4.2 Em Função do Tipo de Edificação 73 4.3 Em Função do Elemento Estrutural mais Afetado 77 4.4 Considerações a Respeito das Manifestações Patológicas 81 5. ANÁLISE DAS PRINCIPAIS FORMAS DE RECUPERAÇÃO 84 5.1 Edificações Residenciais: Métodos de Intervenção Empregados 85 5.2 Edificações Comerciais/Serviços: Métodos de Recuperação Empregados 89 5.3 Edificações Industriais: Métodos de Recuperação Adotados 92 viii 5.4 Edificações Institucionais: Formas de Recuperação mais Empregadas 95 5.5 Considerações Quanto aos Serviços de Recuperação Estrutural 96 6. CONSIDERAÇÕES QUANTO AOS TRABALHOS DE LEVANTAMENTO DE MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS E FORMAS DE RECUPERAÇÃO EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO 99 7. AVALIAÇÃO DO GRAU DE CORROSÃO DE ARMADURAS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO: ESTUDO DE CASO 105 7.1 Introdução 105 7.2 Descrição da Estrutura 105 7.2.1 Histórico 105 7.3 Metodologia de Inspeção 107 7.3.1 Inspeções visuais 107 7.3.2 Ensaios de carbonatação 107 7.3.3 Teores de íons cloreto 107 7.3.4 Análise do grau de deterioração da estrutura 108 7.4 Resultados 114 7.4.1 Inspeções Visuais 114 7.4.2 Ensaio de Carbonatação 115 7.4.3 Teores de Cloretos 116 7.4.4 Análise do Grau de Deterioração da Estrutura 118 7.5 Considerações Finais do Estudo de Caso 120 8. ANÁLISE DOS CUSTOS DE RECUPERAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO NO ESTADO DE PERNAMBUCO 122 8.1 Custos de Recuperação em Função do Entorno 123 8.2 Custos de Recuperação em Função do Tipo de Obra 123 9. CONSIDERAÇÕES FINAIS E CONCLUSÕES 128 10. SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS 131 11. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 133 viii LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 - Relações existentes entre os conceitos de durabilidade do concreto e desempenho das estruturas (CEB, 1992) 8 Figura 2.2 - Fases do desempenho de uma estrutura durante a sua vida útil [Adaptada do CEB (1992) e HELENE (1992)] 11 Figura 2.3 - Vida útil das estruturas [adaptado do CEB (1993) e HELENE (1993)] 13 Figura 2.4 - Vida útil de estruturas de concreto (MEHTA, 1994) 17 Figura 2.5 - Microclima e ações atuantes nas edificações 34 Figura 2.6 - Tipos de exposição na zona marinha (CEB, 1992) 38 Figura 2.7 - Efeito da permeabilidade e da espessura do cobrimento do concreto na corrosão de armaduras (TUUTTI, citado por SANDBERG et al, 1996) 40 Figura 2.8 - Limites de penetração de cloretos (em relação à massa de cimento) em corpos-de-prova após 3 anos de exposição ao ambiente do Mediterrâneo (JAEGERMANN, 1990) 41 Figura 2.9 - Modelo holístico de deterioração do concreto (MEHTA, 1994) 44 Figura 2.10 - Fluxograma para a verificação da vida útil das estruturas de concreto armado 46 Figura 3.1 - Distribuição do entorno por tipo de obra atacada 54 Figura 3.2 - Comparação do entorno das obras vistoriadas na Amazônia (ARANHA, 1994) e Pernambuco 55 Figura 3.3 - Distribuição das origens das manifestações patológicas em todos os tipos de edificação 60 Figura 3.4 - Distribuição das origens das manifestações patológicas por tipo de obra no Estado de Pernambuco 62 Figura 3.5 - Origem das manifestações patológicas no Brasil (CARMONA et all, 1988; ARANHA, 1994) 63 Figura 3.6 - Principais manifestações patológicas do concreto no estado fresco (adaptado de ARANHA, 1994) 65 Figura 3.7 - Principais manifestações patológicas no concreto no estado endurecido (adaptado de ARANHA, 1994) 66 Figura 3.8 - Principais materiais empregados para reparos em estruturas de concreto (HELENE, 1992) 68 Figura 3.9 - Materiais mais empregados no reforço de estruturas de concreto (Adaptado de ARANHA, 1994) 69 Figura 3.10 - Classificação das técnicas de reforço das fundações (ARANHA, 1994) 70 Figura 4.1 - Manifestações patológicas: concreto no estado fresco 71 Figura 4.2 - Manifestações patológicas: concreto no estado endurecido 72 Figura 4.3 - Edificações residenciais: principais manifestações patológicas 73 Figura 4.4 - Edificações comerciais: principais manifestações patológicas 74 Figura 4.5 - Edificações industriais: principais manifestações patológicas 75 Figura 4.6 - Obras públicas: principais manifestações patológicas 76 Figura 4.7 - Obras residenciais: elementos estruturais mais afetados 78 Figura 4.8 - Obras comerciais: elementos estruturais mais afetados 79 viii Figura 4.9 - Obras industriais: elementos estruturais mais afetados 80 Figura 4.10 - Obras públicas: elementos estruturais mais afetados 80 Figura 5.1 - Métodos de reabilitação empregados nas estruturas 84 Figura 5.2 - Distribuição das formas de recuperação nos diferentes tipos de obras 85 Figura 5.3 - Edificações residenciais: sistemas de reparo mais empregados 86 Figura 5.4 - Edificações residenciais: reforços estruturais mais empregados 87 Figura 5.5 - Edificações residenciais: reforços de fundação mais empregados 89 Figura 5.6 - Edificações comerciais/serviços: sistemas de reparo mais empregados 89 Figura 5.7 - Edificações comerciais/serviços: reforços estruturais mais empregados 90 Figura 5.8 - Edificações comerciais/serviços: reforços de fundação mais empregados 91 Figura 5.9 - Edificações industriais: sistemas de reparo mais empregados 92 Figura 5.10 - Edificações industriais: reforços estruturais mais empregados 93 Figura 5.11 - Edificações industriais: reforços de fundação mais empregados 94 Figura 5.12 - Edificações institucionais: sistemas de reparo mais empregados 95 Figura 5.13 - Edificações institucionais: técnicas de reforço mais empregadas 96 Figura 6.1 - Exemplo da distribuição espacial de obras com problemas patológicos 101 Figura 7.1 - Croquis em planta do prédio em análise, com a localização dos pontos de ensaio de cloretos e carbonatação 106 Figura 7.2 - Grau do dano (D) versus Fator de Intensidade do Dano (F) i (CASTRO, 1994) 112 Figura 7.3- Curva de penetração dos íons cloreto nos elementos estruturais 116 Figura 8.1 - Distribuição dos custos de recuperação em função do entorno 123 Figura 8.2 - Custos de recuperação das obras no estado de Pernambuco 124 Figura 8.3 - Distribuição dos custos de recuperação nas edificações 126 Figura 9.1 - Comparação das soluções para recuperação estrutural no Brasil (CARMONA e MAREGA, 1988), Amazônia (ARANHA, 1994) e Pernambuco 130 viii LISTA DE TABELAS Tabela 3.1 - Classificação das edificações com relação ao uso 52 Tabela 3.2 - Distribuição das obras segundo o entorno 53 Tabela 6.1 - Comparativo da distribuição das manifestações patológicas por tipo de obra no estado de Pernambuco 103 Tabela 7.1 - Grau de deterioração da estrutura 119 Tabela 8.1 - Custos de recuperação de estruturas em concreto armado no Estado de Pernambuco 124 Tabela 8.2 - Custos por metro quadrado das intervenções por tipo de obra 125 Tabela 8.3 - Distribuição dos recursos, em US$, em função do método de recuperação empregado 126 viii LISTA DE QUADROS Quadro 2.1 - Medidas de proteção com seus custos em relação ao custo inicial das obras, com relação ao fenômeno da corrosão das armaduras (GERWICK, 1994) 25 Quadro 2.2 - Interações entre fases e partes envolvidas no processo construtivo de edificações [JESSEN citado pelo CEB (1992)] 28 Quadro 2.3 - Classes de exposição para o concreto com relação às condições ambientais (CEB, 1992) 33 Quadro 2.4 - Correspondência entre a localização da estrutura de concreto e o tipo de deterioração (CEB, 1992) 39 Quadro 3.5 - Classificação do entorno no Estado de Pernambuco 52 Quadro 3.6 - Causas das manifestações patológicas atribuídas às etapas de planejamento/projeto e materiais do processo construtivo (ARANHA, 1994) 57 Quadro 3.7 - Causas das manifestações patológicas atribuídas às etapas de execução e utilização do processo construtivo (ARANHA, 1994) 58 Quadro 3.8 - Causas das manifestações patológicas atribuídas às etapas de execução e utilização do processo construtivo (ARANHA, 1994) (Continuação) 59 Quadro 6.1 - Análise das manifestações patológicas: metodologia 1 100 Quadro 6.2 - Análise das manifestações patológicas: metodologia 2 100 Quadro 6.3 - Obras institucionais afetadas pela corrosão de armaduras 103 Quadro 7.1- Famílias de elementos estruturais, danos e fatores de ponderação (F ) (CASTRO, 1994) 110 p Quadro 7.2 - Fator de intensidade do dano (F) (CASTRO, 1994) 111 i Quadro 7.3 - Fator de relevância (F ) para as famílias de elementos r (CASTRO, 1994) 114 Quadro 7.4 - Resultados do ensaio de carbonatação 115 Quadro 7.5 - Resultados das análises de cloretos 116 Quadro 7.6 - Distribuição dos elementos estruturais avaliados 118 Quadro 7.7 - Danos observados no Pilar P09 118 Quadro 7.8 - Classificação dos níveis de deterioração do elemento (CASTRO, 1994) 119 Quadro 7.9 - Classificação dos níveis de deterioração da estrutura (CASTRO, 1994) 119 viii