Recuperação estrutural

Sistemas, técnicas e materiais para reabilitar estruturas de concreto

Edição 84 - Março/2004

Após um grave incêndio em 1987, partes da estrutura do edifício-sede da Cesp,

localizado na

avenida Paulista, foi recuperada e ganhou reforço de armaduras. Em oito

pavimentos - sendo cinco

subsolos - os pilares tiveram as seções aumentadas

Seja por razões econômicas, ambientais ou sócio-culturais, quando uma edificação

tem o desempenho estrutural comprometido, o procedimento natural é buscar

recuperá-la, e não reconstruí-la. No passado, em função do pouco conhecimento

sobre o comportamento estrutural, as soluções limitavam-se à adição de novos

elementos e apoios e ao incremento das seções resistentes, métodos que, aliás,

são empregados até hoje. No entanto, com o aprimoramento das técnicas de

reforço, apesar da grande variedade de lesões às quais estão sujeitas, já é

possível afirmar que quase sempre há uma solução para reparar estruturas

danificadas.

Os desafios, porém, são grandes, e freqüentemente o serviço de recuperação é

mais complicado do que uma nova construção. Primeiro porque deve haver a

compatibilização do material existente, quase sempre deteriorado, com o de

recuperação. E mais: o acesso às áreas que necessitam de tratamento pode não

ser fácil. Em Bertioga, no litoral paulista, por exemplo, para aumentar o apoio de

alguns pilares de sustentação de linhas de transmissão danificados pela ação do

vento e da maré, o transporte dos insumos e dos homens ao local da obra só pôde

ser feito por meio de pequenos barcos."Quando foi aberta a licitação para essa

obra, nenhuma empresa se interessou em fazer o trabalho, por causa das

condições difíceis", revela o engenheiro Edson Duarte Grego, diretor da GTS.

Também pode atrapalhar o fato de a edificação em tratamento estar funcionando,

assim como a documentação existente sobre a estrutura ser deficiente e não

retratar a realidade encontrada. "Por tudo isso, o preço/m² de um trabalho de

recuperação é quase o mesmo que o construído, ou seja, é um serviço meticuloso,

demorado e caro", justifica o engenheiro Gustavo Loiola, diretor da Concrejato.

Sintomas e patologias

Tudo tem início com a identificação do problema que compromete a estrutura.

Equívocos de concepção e planejamento, elementos de projeto inadequados, falta

de compatibilidade entre os projetos, erros de dimensionamento e detalhamentos

insuficientes são algumas das falhas que podem levar a patologias e, por

conseqüência, à necessidade de reparos. "Quando o projetista especifica concreto

de elevado desempenho com base apenas na resistência à compressão, por

exemplo, corre o risco de obter peças esbeltas, mas módulo de deformação ou

elasticidade inadequado para determinadas fases da execução da obra", alerta

Vicente Custódio Moreira de Souza, coordenador do Programa de Pós-Graduação

em Engenharia Civil da Universidade Federal Fluminense.

Intervenções podem decorrer, ainda, de falhas na etapa executiva. Nesses casos,

segundo comenta Andriei Beber, pesquisador do Leme (Laboratório de Ensaios e

Modelos Estruturais) do Departamento de Engenharia Civil da Universidade

Federal do Rio Grande do Sul, as patologias têm origem ligada à pouca

capacitação dos profissionais envolvidos, baixa qualidade dos materiais e

componentes empregados, deficiências na confecção de fôrmas e escoramentos e

no posicionamento e quantidade de armaduras.

Entre as falhas que levam à necessidade de reparos, a corrosão das armaduras é

a mais comum e quase sempre está associada ao cobrimento insuficiente, à

permeabilidade excessiva do concreto ou à deficiência do sistema de

impermeabilização da estrutura, que permitem a percolação de água e a lixiviação

do hidróxido de cálcio. "As juntas especificadas em projeto, quando não-

executadas com o devido cuidado, também permitem a ação de agentes

agressivos", afirma Souza. "Da mesma maneira, deformações excessivas em lajes

e varandas justificam reforço."

No entanto, grande parte das patologias é resultado de utilização inadequada e de

falta de manutenção apropriada. De acordo com Roberto Nakaguma, chefe do

Agrupamento de Estruturas do IPT, vibrações geradas por cravação de estacas ou

por máquinas instaladas no local, e até mesmo o tráfego de caminhões e trens,

podem gerar sérios danos a elementos de concreto. "Além disso, alterações de

uso com o decorrente aumento das cargas podem exigir a realização de reforços.

Esse é o caso dos viadutos e pontes, diante do aumento do fluxo e do peso dos

veículos, ou de edificações industriais em ampliação e com novas máquinas",

comenta. Há ainda os casos de estruturas danificadas por acidentes e desastres

naturais. Aqui no Brasil, são basicamente incêndios.

Recuperação

Após análises rigorosas para identificar a causa da patologia deve ser escolhido o

tipo de tratamento que será aplicado. Isso depende, em primeiro lugar, da

anomalia detectada. O processo para recuperação de uma estrutura com corrosão,

por exemplo, não é o mesmo do utilizado em locais com fissuras provocadas por

deficiências de armadura. "Da mesma maneira, elementos de concreto armado

atacados por sulfetos não podem receber o mesmo tratamento de um concreto

que apenas possui deficiência de vibração, adensamento ou lançamento de altura

elevada", revela Souza.

Também é importante definir se a estrutura passará por recuperação, reforço, ou

por ambos os processos. "A diferença é que por recuperação entende-se o retorno

da integridade das peças estruturais incluindo a vida útil inicial.

Já os reforços pressupõem a perda da resistência residual, ou seja, a estrutura

não atende mais às solicitações de projeto", esclarece o engenheiro Alexandre

Duarte, diretor da Teprem. Assim, nem sempre o reforço é recomendado para

elementos em estágio avançado de degeneração onde a recuperação é

importante, por exemplo.

No caso da recuperação, a solução é a recomposição da geometria das peças

antecedida do tratamento do substrato de concreto deteriorado e das armaduras.

Como geralmente o problema é a oxidação das armaduras, é necessária a

aplicação de inibidores, que diminuem a velocidade das reações de corrosão. "A

recomposição é feita de acordo com a necessidade, com argamassas pré-

dosadas, tixotrópicas e/ou concretos aditivados", complementa Duarte.

Em geral, a recomposição da geometria das peças é o tratamento utilizado para

a recuperação de estruturas de concreto. Nesse caso, argamassas pré-dosadas,

tixotrópicas ou concretos aditivados podem ser empregados

Depois de recuperados, os pilares do edifício da CESP que foram semidestruídos

pelo incêndio passaram a ter 2 m. Antes tinham 1,90 m

Aumento de capacidade de cargaQuando se trata de reforço, algumas especificidades da obra - cronograma, disponibilidade de canteiro e orçamento - são consideradas no momento de definição da metodologia. Em situações em que a velocidade de execução é o item mais importante, podem ser utilizados materiais de cura rápida. Por outro lado, sistemas como jatos de areia são rápidos, mas causam muita sujeira e são contra-indicados em locais onde manter o espaço limpo é fundamental, como indústrias em operação.

Outras vezes a principal limitação é não existir espaço para estoque, o que obriga a recorrer a materiais industrializados. "Há muitas opções, mas é preciso atenção para combiná-las de maneira que se chegue a uma solução adequada para o problema apresentado e para o orçamento disponível", comenta Gustavo Loiola, diretor da Concrejato.

A metodologia tradicional para reforçar uma estrutura debilitada é o aumento das seções resistentes de vigas, pilares, lajes, tabuleiros de pontes e vigas-parede para elevar a capacidade de carga da estrutura. Nesse caso, uma nova camada de concreto é aplicada à superfície de concreto existente com o objetivo de produzir um elemento monolítico. Argamassas também são empregadas, assim como polímeros, particularmente em ambientes suscetíveis a ataques químicos.

Outra técnica utilizada para reforço de elementos de concreto armado é a aplicação de protensão externa, que contribui para a redução das deformações e o aumento da capacidade portante. Segundo o engenheiro Andriei Beber, da UFRGS, esse sistema vem se desenvolvendo principalmente nos Estados Unidos, Japão e na Europa por conta da relativa simplicidade de execução, ausência de problemas com o cobrimento dos cabos e possibilidade de inspeção e eventual

reposição dos cabos durante a vida útil. Por estar localizado no exterior dos elementos estruturais, porém, é um sistema vulnerável à ação do fogo, da corrosão eletroquímica e atos de vandalismo. Para minimizar esse problema, a protensão externa deve ser protegida com o encapsulamento dos cabos com concreto convencional ou projetado.

Entre as opções para elevar a capacidade de carga das estruturas de concreto há, ainda, a aplicação de reforços externos por meio da colagem de chapas de aço. Essa é uma técnica de aplicação fácil, que permite reforçar o elemento sem que haja um aumento significativo das dimensões. Há, no entanto, algumas limitações, como a dificuldade de se fabricar chapas para o reforço de elementos com formas complexas e o elevado peso do aço, que dificulta o manuseio de peças grandes e demanda um sistema de escoramento durante a fixação. A solução exige cuidados especiais contra a corrosão. Para isso, o reforço deve ser protegido imediatamente após a instalação, criando tarefas adicionais de manutenção. Além disso, a durabilidade pode ser comprometida em função do grande potencial para a manifestação da corrosão na interface chapa/adesivo.

Mesmo não sendo tão freqüentes, a aplicação de estribos externos pré-tracionados, a adição de vergalhões ou perfis metálicos colados com resina epóxi, além da incorporação de novos elementos estruturais são também alternativas viáveis para o reforço de estruturas de concreto armado. "O emprego de materiais como aço e concreto em reabilitação apresenta inúmeras vantagens, em especial a tradição na construção civil e o baixo custo", afirma Andriei Beber.

A falta de longevidade em alguns casos e a rápida deterioração em outros, porém, são itens que devem levar a uma melhora das propriedades e ao desenvolvimento de novas tecnologias. "Além disso, em alguns casos, restrições de projeto podem impedir a aplicação de determinadas alternativas de reabilitação, tanto do ponto de vista estrutural quanto de funcionalidade", completa.

Materiais compósitosPor incorporar ainda mais alternativas para o reforço de estruturas de concreto, foi importante a entrada no mercado dos materiais compósitos, inicialmente desenvolvidos para aplicações nas indústrias aeroespacial, automotiva, naval, de equipamentos esportivos e armamentos.

De forma simplificada, os compósitos são formados pela combinação de dois ou

mais materiais realizada de maneira a otimizar as características individuais.

Nesse sentido, o concreto em si já pode ser considerado um compósito, já que é

formado por agregados imersos em uma matriz cimentícia.

Entretanto, segundo explica o professor Protasio Ferreira de Castro, da

Universidade Federal Fluminense, os compósitos para reforço estrutural são

fundamentados em uma matriz polimérica com fibras distribuídas de forma que

possam reagir aos esforços solicitantes com desempenho máximo. Diversas fibras

podem ser utilizadas, como o vidro, carbono e boro. No entanto, o comportamento

e as propriedades do compósito vão depender da natureza, da forma, do arranjo

estrutural e da interação entre os componentes.

Uma das fibras que mais vem sendo utilizada para reabilitação de estruturas é a

de carbono, que se caracteriza pela alta resistência, baixo peso próprio, grande

durabilidade e capacidade de assumir formas complexas.

Conforme explica o engenheiro Teizo Mano, da EPT, que empregou o sistema em

obras residenciais, comerciais e industriais, a aplicação da manta de carbono é

rápida e prevê uma camada de preparador de superfície, massa reparadora, epóxi

saturante e, finalmente, a fibra de carbono. Os compósitos de fibra de carbono

resistem a tensões de tração de até 4.500 MPa (aproximadamente dez vezes mais

que o aço de construção), e podem apresentar módulo de elasticidade de 230

GPa.

Além disso, segundo explica Alexandre Duarte, diferente do aço, o material não é

afetado pela corrosão eletroquímica e resiste aos efeitos corrosivos de ácidos,

álcalis, sais e outros agentes agressivos. A principal vantagem, entretanto, diz

respeito à velocidade de execução e à pouca interferência provocada no ambiente,

o que favorece o uso em edificações em funcionamento. "A evolução das

tecnologias aplicadas à recuperação e reforços estruturais está associada ao

estreitamento das relações entre as indústrias da construção e química.

Começamos a trabalhar com a fibra de carbono em 1998 e, hoje, 80% dos

serviços que executamos têm a participação desse sistema", afirma.

Como no reforço com fibras de carbono todas as características mecânicas

desenvolvem-se no sentido longitudinal, é necessária a aplicação de

camadas sobrepostas e cruzadas

Embora crescente, no Brasil o número de aplicações ainda é reduzido,

principalmente em virtude do custo, já que os componentes do sistema ainda são

todos importados. De acordo com o diretor da Concrejato, o reforço com fibra de

carbono custa 40 a 50% mais do que as soluções convencionais. "Por isso, o uso

fica restrito a situações em que outros sistemas não atendem, como obras com

grande limitação de espaço ou em edificações em funcionamento, como hospitais

e indústrias, onde sujeira e ruído podem trazer muitos transtornos", explica

Gustavo Loiola.

Em geral, como a espessura do tratamento não chega a 1 cm, a solução tem

potencial de crescimento em prédios históricos, onde o reforço deve ser executado

de forma a não comprometer as características estéticas originais. "A comparação

de preços, no entanto, é bastante complexa e vai depender não apenas do custo

dos materiais, mas, principalmente, da mão-de-obra e dos custos operacionais que

envolvem cada uma delas", afirma Andriei Beber.

No mais, é necessária atenção com as resinas epóxi - usadas como camada

intermediária para a formação da manta -, que perdem aderência se expostas a

altas temperaturas. A umidade também deve ser observada, pois acima de 80%

pode fazer com que a cura da resina seja mais lenta. É recomendável, ainda, a

colocação de uma camada de argamassa para revestimento e proteção da manta

pronta para que não fique vulnerável a vandalismos ou incêndios. Projeto e

execução de detalhes de ancoragem e de proteção contra o fogo são

fundamentais.

Além disso, é imperativo que o reforço com compósitos seja feito por profissionais

que conheçam bem as características e as peculiaridades do material. "É muito

importante que a mão-de-obra domine o processo de recuperação e o manuseio

das resinas epóxi e que seja implementado um sistema rigoroso de controle de

qualidade", conclui o engenheiro Teizo Mano, da EPT.

A preferência pelo uso de fibras de carbono se deve ao baixo peso próprio e à

grande resistência do material. A técnica de reforço em si é simples

e rápida e gera poucos transtornos

Encamisamento com CAD

Sistema para reforço estrutural mais utilizado, o método evoluiu muito depois que

se passou a utilizar concreto e argamassa projetada. Além disso, em alguns casos,

empregam-se compostos de concreto e polímeros, particularmente em ambientes

suscetíveis a ataques químicos.

Apontado como a solução mais econômica, implica aumento da carga permanente

sobre a estrutura. "Junto a isso, a deterioração do material de reforço e o alto risco

de corrosão das armaduras, em virtude de cobrimentos reduzidos, são as

principais desvantagens desse método", diz o engenheiro Andriei Beber, da

UFRGS. Problemas associados à incompatibilidade entre o concreto novo e o

existente também podem ocorrer. "O concreto existente, na maioria dos casos, não

é mais afetado por alterações em seu volume devido à retração. Por outro lado, o

surgimento de tensões de tração pode ocasionar fissuração se o concreto novo for

impedido de se deformar."

Foto 1 -Após aliviar a carga do pilar existente, toda a superfície deve ser apicoada

para remoção da nata de cimento e da camada de concreto superficial. O objetivo

é obter uma base que facilite a aderência entre o material remanescente e o de

recomposição. Se concreto e armadura apresentarem danos e corrosão, os focos

devem ser tratados antes da execução do reforço. Isso pode ser feito com a

retirada do concreto danificado, aplicando tinta com ânodo de sacrifício na

armadura e preenchendo a superfície vazada com argamassa especial

Foto 2 -A seguir é aplicada uma armadura de reforço. Em especial nos casos em

que envolve o pilar, não é necessário utilizar ponte adesiva. Isso porque a retração

do novo concreto proporcionará tensão suficiente para obtenção de aderência

mecânica. Antes de inserir as fôrmas e iniciar a concretagem, recomenda-se lavar

toda a superfície do pilar com jato de água para a retirada de pó e saturação da

peça. Mas é importante que as superfícies não apresentem água livre

Foto 3 - Quando existir tendência de punção, o aconselhável é a execução de um

capitel em torno do pilar e/ou alargamento de base sob ou sobre a laje. Outra

instrução: antes de iniciar a concretagem, deve-se cortar uma abertura de cerca de

10 cm de diâmetro na laje do teto, sem seccionar a armação. Na seqüência,

colocam-se as fôrmas vedando-se as juntas

Foto 4 - Lançar o concreto por meio de um tubo de PVC de aproximadamente 100

mm de diâmetro, em camadas de 0,50 m. O adensamento pode ser feito com

vibrador de 1" e freqüência mínima de 3 mil vpm. Após a retirada das fôrmas, e

depois que o concreto estiver curado, pode-se aliviar os macacos, para, enfim,

usar o pilar reforçado em carga plena

Fontes: Concrejato, UFRGS e EPT

Reforço com manta de fibra de carbono

Desenvolvido na última década, esse sistema apresenta como principais vantagens o baixo peso, o fato de não ser corrosível, a reduzida espessura que praticamente não altera as dimensões dos elementos e a flexibilidade.

Além disso, a facilidade e rapidez na instalação fazem com que seja adequado para obras com prazos de execução curtos, em estruturas em funcionamento e em serviços que requeiram limpeza, como hospitais e indústrias químicas. No entanto, segundo Gustavo Loiola, diretor da Concrejato, a manta de carbono pode custar até 50% a mais que os métodos tradicionais. "Dependendo da quantidade de reforço necessário, não vale a pena."

Foto 1 - Todas as superfícies do pilar devem ser esmerilhadas para a retirada de argamassas e pinturas da superfície e para cortar a carbonatação superficial, visando melhor ancoragem do primer. Caso haja locais no concreto existente que apresentem danos, os pontos localizados, assim como os focos de corrosão das armaduras, devem ser tratados antes da execução do reforço. Deve ser feita, também, uma retirada rigorosa do pó

Foto 2 - Em seguida, aplica-se um primer compatível com os materiais de contato. Uma alternativa é utilizar resina fluida à base de epóxi (com alto teor de sólidos), como ponte adesiva. Logo depois a superfície deve ser regularizada com resina epóxi em pasta. Isso pode ser feito com uma desempenadeira ou com um rodo. Após a polimerização da camada de regularização aplicar a primeira camada da cola epóxi. Todos esses procedimentos podem ser feitos com um rolo

Foto 3 - Cola-se a manta de carbono previamente dimensionada. Em pilares, a fibra pode envolver completamente a peça configurando um cintamento e aumentando a resistência à compressão do concreto. Melhores resultados são obtidos em seções circulares, mas o recurso serve também para seções retangulares, desde que as arestas sejam ligeiramente arredondadas. Esses casos devem ser criteriosamente estudados e podem exigir o emprego de tirantes metálicos

Foto 4 - Uma vez inserida a manta de carbono, deve ser aplicada uma segunda camada de resina fluida à base de epóxi. Dependendo da necessidade de desempenho, podem-se utilizar diversas camadas de fibra de carbono. Nesse caso, todo o procedimento deve ser repetido (primer-resina-manta-resina). Depois disso, finalmente, a superfície estará pronta para receber acabamento com tinta protetora e de efeito estético

Fontes: Concrejato, Teprem e EPT

Reforço com chapas de aço coladas

Para o pesquisador Andriei Beber, da UFRGS, a aplicação de reforços externos com chapas de aço coladas em elementos de concreto é uma das melhores técnicas para reforço de pilares. Isso se deve ao desenvolvimento de adesivos com base epóxi de alta qualidade, aliado ao fato de ser um método eficiente e de aplicação relativamente fácil, permitindo reforçar o elemento sem que haja grande aumento das dimensões.

Há, porém, limitações. A técnica exige o manuseio de elementos de grandes dimensões e peso. Além disso, essa solução não deve ser utilizada se a estrutura estiver sujeita a temperaturas contínuas maiores que 60ºC. Em vez da colagem com epóxi, o reforço pode ser feito também com chapas soldadas.

Foto 1 - Depois de isolado e escorado, todas as faces do pilar devem ser regularizadas e niveladas milimetricamente. Isso é importante para garantir uma espessura pequena e uniforme de resina entre o pilar e a chapa, fundamental para a eficiência da transmissão de esforços do concreto para a chapa de reforço. A espessura da resina indicada é de cerca de 1,5 mm, sendo que quanto maior a espessura, pior será o desempenho. Devem ser executados também os furos nos pilares para inserir os chumbadores de aperto

Foto 2 -O passo seguinte é a confecção de um gabarito para a furação das chapas. Novamente toda a superfície deve ser limpa e todo o pó eliminado. Para evitar corrosão galvânica, é aconselhável que os chumbadores sejam de material similar ao da chapa

Foto 3 -A resina epóxica pode, então, ser aplicada na face do pilar ou em uma das faces da chapa, observando o pot life da mistura. A superfície tem que estar seca e protegida da insolação e, quando possível, o endurecedor da resina deve ser acondicionado em local frio. A chapa deve ser posicionada para a fixação de forma a coincidir a posição dos furos com os do pilar, conforme o gabarito previamente confeccionado. Nesse momento, um sistema de escoramento pode ser necessário para suportar o peso desses elementos durante o procedimento

Foto 4 - Finalmente, os chumbadores podem ser colocados e apertados. Vale salientar que deve ser avaliada a capacidade de resistência aos esforços cortantes dos chumbadores. Além disso, imediatamente após a instalação, o reforço deve ser protegido, criando tarefas adicionais de manutenção, já que a durabilidade pode ser comprometida em função do grande potencial para a manifestação da corrosão na interface chapa-adesivo

Leia mais

Manual para reparo, reforço e proteção de estruturas de concreto. Paulo Helene. Editora PINI, São Paulo, 1992Revista Téchne no 45 - Reforço de estruturas de concreto armado com tecidos pré-impregnados de fibra de carbonoRevista Téchne no 45 - Curativo para concreto