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Engenharia

Edificações – Patologia das Edificações

By 23 de novembro de 2018 No Comments

1. Definição

Patologia de edificações é o ramo da engenharia que estuda sintomas, mecanismos, causas e consequências das deficiências das edificações.

Patologia significa o não atendimento a um desempenho desejado.

2. Sintomas

Problemas patológicos apresentam comumente manifestações externas características que permitem um início do estudo do problema. Dentre os sintomas mais comuns em estruturas de concreto armado, têm-se:

  • fissuras;
  • flechas excessivas;
  • manchas;
  • corrosão em armaduras;
  • eflorescências;
  • ninhos de concretagem (segregação).

3. Origens

A origem da patologia é a definição da etapa do processo construtivo que levou ao seu desenvolvimento. A identificação da origem do problema permite definir, para fins judiciais, quem cometeu um crime ou quem deve assumir determinado prejuízo.

Exemplo: fissura de momento fletor em viga – projeto inadequado ou aço fora das especificações requeridas?

Pode-se classificar para o concreto armado, portanto, as seguintes origens de patologias:

  • Deficiências de projeto;
  • Deficiências de execução;
  • Má qualidade de materiais empregados ou mau emprego dos mesmos;
  • Sinistros e causas fortuitas (ex.: incêndio, inundações, acidentes, etc.);
  • Uso inadequado da estrutura;
  • Manutenção imprópria.

a) Erros de concepção da estrutura da edificação

  • Má definição das cargas atuantes ou da combinação delas;
  • Deficiência no cálculo da estrutura;
  • Detalhamento insuficiente ou errado;
  • Erros de dimensionamento;
  • Ausência de vergas ou contra-vergas nas aberturas;

a) Erros de execução da estrutura da edificação

  • Falta de capacitação profissional da mão-de-obra;
  • Falta de prumo, esquadro e alinhamento de estruturas/alvenarias;
  • Desforma precoce causando flechas excessivas.

a) Erros de utilização da estrutura da edificação

  • Demolição e abertura de vãos em alvenarias estruturais;
  • Ultrapassagem da carga em pontes;
  • Mudança de uso da estrutura.

4. Causas

Listam-se diversos agentes causadores de problemas patológicos em edificações:

  • Carregamentos;
  • Variações de umidade;
  • Variações térmicas intrínsecas e extrínsecas no concreto;
  • Agentes biológicos, físicos e químicos;
  • Incompatibilidade de materiais.

5. Consequências

Os problemas patológicos são evolutivos e tendem a se agravar com o passar do tempo, além de poderem engatilhar outros problemas.

Exemplos:

  • Fissura de momento fletor pode dar origem à corrosão de armadura;
  • Flechas excessivas em vigas e lajes podem ocasionar fissuras em paredes.

6. Trincas em edificações

Dentre os problemas patológicos que afetam as edificações, as trincas possuem particularmente muito cuidado, pois:

  • Servem de aviso para um eventual estado de perigo da estrutura;
  • Podem ocasionar o comprometimento do desempenho da obra em uso (estanqueidade à água, durabilidade, isolação acústica, etc.);
  • Constrangimento psicológico aos usuários.

As trincas podem começar a surgir logo no projeto arquitetônico da construção, o que está relacionado geralmente ao desconhecimento do projetista sobre as propriedades dos materiais empregados na obra. Incompatibilidade entre projetos arquitetônicos, estruturais e de fundações normalmente levam tensões a exceder os limites de resistência dos materiais, originando assim fissurações.

a) Fissuras causadas por movimentações térmicas

Os elementos e componentes de uma construção estão sujeitos a variações de temperatura, que repercutem numa variação dimensional de seus materiais constituintes. Os movimentos de dilatação e contração são restringidos pelos diversos vínculos que envolvem esses elementos, desenvolvendo, dessa forma, tensões que podem provocar o surgimento de fissuras.

As principais movimentações diferenciadas ocorrem em função de:

  • Junção de materiais com diferentes coeficientes de dilatação térmica, sujeitos à mesma variação térmica. Exemplo: argamassa de assentamento e componentes de alvenaria.
  • Exposição de elementos a diferentes solicitações térmicas naturais. Exemplo: cobertura com relação às paredes de uma edificação.
  • Variação de temperatura ao longo de um mesmo componente. Exemplo: face exposta e face protegida de uma laje de cobertura.

Mesmo em lajes sombreadas, o efeito térmico deve ser observado, pois parte da energia calorífica absorvida pelas telhas é irradiada para as lajes. Nesse caso, as movimentações térmicas ocorrem em função de vários fatores como: natureza do material das telhas, altura do colchão de ar entre telhado e laje, e intensidade de ventilação no ático.

b) Fissuras causadas por sobrecarga

A atuação de sobrecargas pode produzir fissurações de componentes estruturais, tais como pilares, vigas e paredes. Essas sobrecargas podem ser originadas de uma má utilização do edifício, ou de erros no cálculo estrutural ou na execução da obra.

Em paredes de alvenaria, as fissuras decorrentes de cargas são geralmente verticais provenientes da deformação transversal da argamassa de assentamento e dos próprios componentes. Em casos específicos, podem aparecer fissuras horizontais em decorrência do esmagamento da argamassa de assentamento ou da ruptura de componentes de alvenaria de baixa resistência à compressão.

Um fator primordial na fissuração da alvenaria é a presença de aberturas de portas e janelas, cujos vértices configuram acumuladores de tensões. Na prática, essas fissuras são combatidas empregando-se vergas (viga sobre a abertura) e contra-vergas (viga sob a abertura).,

A aplicação de cargas concentradas em alvenarias, sem o emprego de dispositivos adequados para redistribuição de tensões, pode gerar o aparecimento de trincas inclinadas a partir do ponto de aplicação da carga.

A atuação de carregamentos, previstos ou não em projeto, podem gerar fissurações também de peças de concreto armado, sem que isso signifique necessariamente ruptura ou instabilidade dos componentes.

A ocorrência de fissuras num componente de concreto armado provoca uma redistribuição de tensões ao longo da peça fissurada e nos componentes adjacentes, de modo que a solicitação acaba sendo absorvida de forma globalizada por toda a estrutura ou por uma parte dela.

A seguir, vê-se as fissuras mais comuns em peças de concreto armado.

c) Fissuras causadas por deformação lenta da estrutura

O desenvolvimento de métodos mais refinados de cálculo e fabricação de aços e cimentos de melhor qualidade têm tornado as estruturas cada vez mais flexíveis. Isso torna imprescindível a análise mais cuidadosa das deformações das estruturas e suas possíveis consequências.

Vigas e lajes, por exemplo, se deformam naturalmente sob a ação de peso próprio, das demais cargas permanentes e acidentais, e até mesmo sob os efeitos de retração e fluência do concreto. As flechas originadas podem, assim, ser incompatíveis com a capacidade de deformação das paredes e de outros componentes que integram a edificação.

Conforme a NBR 6118, as flechas medidas a partir do plano que contém os apoios, quando atuarem todas as ações, não deverão ultrapassar 1/300 do comprimento do vão teórico, exceto para o caso de balanços, no qual não deve superar 1/250 do comprimento teórico do balanço.

As deformações da estrutura tendem a produzir esforços de tração e cisalhamento nas alvenarias, provocando fissuras com diferentes configurações.

d) Fissuras causadas por umidade

As mudanças higroscópicas provocam variações dimensionais nos materiais de construção. O aumento de umidade leva à expansão do material e a diminuição, à contração. Dessa forma, no caso da existência de vínculos entre esses materiais, podem surgir fissuras onde há acúmulo de tensões.

A água está presente de diversas formas em materiais de construção:

  • produção dos componentes: em componentes construtivos à base de ligantes hidráulicos, emprega-se água em quantidade superior à necessária para as reações químicas de hidratação.
  • execução da obra: usualmente se umedecem componentes ou painéis de alvenaria que receberão argamassa de assentamento.
  • fenômenos meteorológicos: materiais de construção podem ocasionalmente absorver água da chuva durante transporte ou armazenagem desprotegidas. Já na vida útil da edificação, as faces de seus componentes voltadas para o exterior poderão absorver quantidades significativas de água da chuva e de umidade no ar.
  • umidade do solo: a água presente no solo pode ascender por capilaridade caso não haja impermeabilização eficiente entre o solo e a base da edificação.

As configurações típicas das trincas provocadas por variação de umidade dos materiais de construção são semelhantes àquelas provocadas por variação térmica.

e) Fissuras causadas por alterações químicas dos materiais de construção

Materiais de construção são susceptíveis à deterioração por ação de substâncias químicas, principalmente soluções ácidas.

Edifícios que abrigam fábricas de laticínios, cervejas, álcool, açúcar, sal, celulose e produtos químicos em geral podem ter seus materiais e componentes seriamente avariados por ataque químico. Nesse caso, as patologias se manifestam frequentemente na forma de lixiviação.

  • Hidratação retardada das cales

Uma cal bem hidratada não apresenta óxidos livres de cal e magnésio, já cales mal hidratadas podem apresentar teores bastante elevados desses óxidos, que são ávidos por água. Esses, sofrendo umidificação ao longo da vida útil da edificação, reagem com a água, o que ocorre com uma expansão de volume em torno de 100%.

Em argamassas de assentamento, a expansão pode provocar fissuras horizontais no revestimento, acompanhando as juntas de assentamento. No entanto, o efeito mais nocivo ocorre nos revestimentos em argamassa, cuja expansão produz danos generalizados como fissuras, descolamentos, desagregações e pulverulências.

  • Ataque de sulfatos

O aluminato tricálcico (3CaO.Al2O3), constituinte do cimento, pode reagir com sulfatos em solução, formando um composto denominado etringita. Essa reação é acompanhada de grande expansão volumétrica.

Para que a reação ocorra, é necessária a presença de cimento, de água e de sulfatos solúveis. Por esse motivo, a utilização conjunta de cimento e gesso é perigosa.

As patologias são em forma de trincas horizontais e verticais, quase sempre em conjunto com eflorescências.

f) Fissuras causadas por retração de produtos à base de cimento

Há três formas mais comuns de retração em produtos à base de cimento:

    • Retração química: a reação química entre cimento e água ocorre com redução de volume, uma contração de aproximadamente 25% de seu volume original).
    • Retração de secagem: o excesso de água, empregado no preparo do concreto ou da argamassa para a obtenção da trabalhabilidade necessária, permanece livre no interior da massa, e sua evaporação implica em retração de volume.
    • Retração por carbonatação: a reação de carbonatação do concreto é acompanhada de redução de volume.

Ca(OH)2+CO2⟶CaCO3+H2O

 

 

Dentre os fatores intervenientes na retração, pode-se citar:

    • composição química e finura do cimento: a retração aumenta com a finura do cimento, seu teor de cloretos. Exemplo: CaCl2 (aditivo acelerador de pega) e os álcalis K2O e Na2O.
    • quantidade de cimento adicionada à mistura: quanto maior o consumo de cimento, maior é a retração.
    • natureza dos agregados: maior retração para os agregados com maior poder de absorção de água. Exemplo: basalto.
    • granulometria dos agregados: quanto maior a finura dos agregados, maior será a quantidade necessária de pasta de cimento para os recobrir, e, portanto, maior será a retração.
    • quantidade de água na mistura: quanto maior for a relação água/cimento, maior será a retração de secagem.
    • condições de cura: se a evaporação da água se iniciar antes do término da pega do aglomerante, a retração sofrerá grande aumento.
    • umidade do ar: em ambientes mais úmidos, a retração é menor.

7. Patologias devidas a problemas de solo e fundações

Sob o efeito de cargas externas, todos os solos, em maior ou menor proporção, se deformam. Se essas deformações forem diferenciais ao longo do plano das fundações de uma obra, tensões de grande intensidade serão introduzidas na estrutura da mesma, levando ao aparecimento de trincas.

De maneira geral, as fissuras provocadas por recalques diferenciados são inclinadas, confundindo-se às vezes com fissuras provocadas por deflexão de componentes estruturais. Entretanto, aquelas apresentam aberturas maiores que estas, “deitando-se ao ponto de maior recalque”, como pode ser observado a seguir.

Outras características das trincas de recalque são esmagamentos localizados na forma de escamas e variação nas aberturas das fissuras.

8. Recuperação estrutural

a) Materiais

  • Concreto

Requer um traço que altere para melhor algumas de suas características naturais, como altas resistências iniciais, ausência de retração de secagem, elevada aderência ao substrato ou baixa permeabilidade.

A obtenção destas características pode se dar por meio de aditivos plastificantes, redutores de água, impermeabilizantes, adições de escória de alto forno, cinzas volantes, microssílicas ou até mudanças na relação água/cimento.

A seleção do material depende do problema patológico em questão, da agressividade do ambiente, da região a ser reparada (horizontal, vertical, “sobre cabeça”), etc.

  • Grautes base cimento

Material fluido e auto adensável no estado recém misturado, formulado para preencher cavidades e subsequentemente se tornar aderente, resistente e sem retração no estado endurecido.

Conveniente para reparos em locais de acesso difícil ou em casos de seções densamente armadas.

  • Argamassas poliméricas

Argamassas de cimento Portland modificadas com polímeros. Podem ser formuladas com resinas acrílicas tipo metacrilato ou com resinas à base de PVA.

  • Argamassas base epóxi

Toleram faixa de pH entre 2,0 e 10,0. Têm boas propriedades físicas e mecânicas, além de ótima aderência a vários tipos de superfícies.

b) Preparo e limpeza do substrato

  • Preparo
    • Escarificação manual (talhadeira, marreta);
    • Escarificação mecânica (martelete pneumático);
    • Disco de desbaste (lixadeiras rotativas);
    • Lixamento manual (lixas comuns);
    • Lixamento elétrico (disco de lixa);
    • Escovamento manual;
    • Apicoamento com martelo.
  • Limpeza de superfícies
    • Jato de água fria sob alta pressão;
    • Jato de água quente sob alta pressão;
    • Jato de água sob baixa pressão;
    • Lavagem com soluções ácidas;
    • Lavagem com soluções alcalinas;
    • Remoção de óleos e graxas superficiais;
    • Jato de ar comprimido sob pressão;
    • Aspiração à vácuo.

c) Técnicas de aplicação do material de reparo

  • Montagem de forma e preenchimento convencional;
  • Montagem de forma e bombeamento;
  • Encunhamento de argamassa seca (DRY PACK);
  • Agregado pré-colocado e grauteamento;
  • Concreto projetado via seca;
  • Concreto projetado via úmida;
  • Injeção de fissuras e/ou trincas;
  • Aplicação de sobrecapas (overlays).

9. Tratamento de fissuras

O objetivo geral do tratamento de fissuras é a criação de barreiras para impedir o transporte nocivo de líquidos e gases, evitando assim que eles contaminem o concreto e as armaduras da estrutura da edificação. Na visão estética, o tratamento das fissuras proporciona a sensação de segurança por parte dos usuários.

a) Técnica de injeção em fissuras

Souza e Ripper (1998) definem injeção como “a técnica que garante o perfeito enchimento do espaço formado entre as bordas de uma fenda, independentemente de se estar injetando para restabelecer o monolitismo de fendas passivas, casos em que são usados materiais rígidos, como epóxi ou grautes, ou para a vedação de fendas ativas, que são situações mais raras, em que se estarão a injetar resinas acrílicas ou poliuretânicas”.

Usualmente se usam resinas epoxídicas para injeção em fissuras inativas devido as suas qualidades de ausência de retração, de sua baixa viscosidade, de suas altas capacidades resistente e aderente, do bom comportamento na presença de agentes agressivos e do seu rápido endurecimento.

b) Técnica de selagem de fissuras

Essa técnica é utilizada para vedar os bordos de fissuras ativas, utilizando um material que seja necessariamente aderente, resistente mecânica e quimicamente e que seja flexível o bastante para se adaptar a deformação da fenda.

Para fissuras com aberturas entre 10 e 30 mm, realiza-se o preenchimento da fenda com graute, e selando as bordas com produto à base de epóxi, como visto a seguir.

Já fissuras com aberturas maiores que 30 mm devem ser tratadas como se fosse uma junta de dilatação. Nessas fissuras, realiza-se a inserção de um cordão em poliestireno extrudado ou de uma mangueira plástica.

Quando se tem abertura muito grande também se pode proceder à colocação de juntas de neoprene, que deverão aderir aos bordos da fenda, devidamente reforçados, para garantir que o reparo seja efetivo, e não venha a fracassar justamente pela perda de aderência localizada, visto que nessa região localiza-se um concreto mais fraco, não só pelo contato com as fôrmas, na concretagem, mas também pela própria energia desprendida na abertura da fenda.

c) Costura de fissuras (método do grampeamento)

Esse tipo de tratamento é utilizando como armadura adicional, para resistir aos esforços extras de tração que causaram a fissura. Segundo Souza e Ripper (1998), a técnica é de discutível aplicação, pois aumenta a rigidez da peça localmente, e se o esforço gerador da fenda continuar, com certeza produzirá uma nova fissura em região adjacente.

Para que estes efeitos tenham sua proporção diminuída, deve-se tomar o cuidado de dispor os grampos de forma a não provocar esforços em linha, ou seja, eles devem ser colocados com inclinações diferentes.

Às vezes, todo o grampeamento é recoberto com uma camada de argamassa projetada ou não, que serve para preencher os furos de colocação dos grampos, além de ser uma camada protetora.
No caso de trabalhos em peças tracionadas as fendas devem ser costuradas nos seus dois lados.

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