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/ARTIGO #25 : PATOLOGIA EM AMBIENTES INDUSTRIAIS

PATOLOGIA EM AMBIENTES INDUSTRIAIS.

L.Filgueiras
Autor – Construtora G MAIA, Belo Horizonte, Brasil
V. Batista
Coaurotra – Construtora G MAIA, Belo Horizonte, Brasil
L. Xavier
Coaurotra – Construtora G MAIA, Belo Horizonte, Brasil

RESUMO:

O ambiente industrial abrange uma série de riscos e desafios relacionados à construção civil. Iremos comentar alguns desses condicionantes nesse artigo, abordando alguns aspectos gerais.

Iniciaremos caracterizando o ambiente industrial, listando disposições da norma NBR 6118 – Projeto e Estruturas de Concreto, detalhando pontos relacionados à vida útil da estrutura de concreto. Adicionalmente será apresentado disposições da norma NBR 8800 – Projeto de Estruturas de Aço, descrevendo proteções dos perfis, vigas metálicas e estruturas mistas. Posteriormente abordaremos aspectos que devem ser atendidos durante a execução de atividades em ambiente industrial.

Na sequência, são descritas algumas das patologias que ocorrem em função da atividade no ambiente com classe de agressividade elevada, listando alguns aspectos relevantes.

Comentaremos também as intervenções possíveis nessas condições, onde na maioria dos casos precisam ser ajustadas para a dinâmica das fábricas. Essa necessidade difere da construção civil convencional, onde a classe de agressividade é menor, existe mais espaço para execução das atividades e não há tantas interferências/limitadores como no ambiente industrial.

Também será abordada a questão local das intervenções de reforço nos elementos industriais, ou seja, correções pontuais, onde muitas vezes a patologia causou um problema de ordem global na estrutura.

INTRODUÇÃO:

Dentre as indústrias e fábricas, alguns segmentos utilizam materiais agressivos ao ambiente como matéria prima de seus processos ou estão localizados em regiões com elevada agressividade ambiental. Os ambientes industriais adversos, também conhecidos como ambientes agressivos ou nocivos são aqueles que exigem um cuidado maior com os operadores, equipamentos e estruturas.

Diversas obras em concreto armado, protendido ou estrutura metálica são executadas em ambientes expostos a agentes agressivos. Essas estruturas necessitam de cuidados especiais nas fases de projeto, construção e operação para atender às expectativas de desempenho e durabilidade.
Em construções em concreto, deve-se ter atenção especial ao traço que será executado, na fase de análise dos materiais. Ajustes de dosagem, aditivos, adições de materiais para minimizar a porosidade do concreto, a espessura de recobrimento das armaduras, a retração e preocupação quanto ao calor de hidratação são indispensáveis para evitar patologias ao longo do tempo.

Porto e Fernandes (2015) alertam quanto às ações físicas, como as oscilações da temperatura, ação d’água e as ações químicas, como águas ácidas, cloretos e sulfatos, afetando a durabilidade das estruturas de concreto.

A análise do ambiente em que a estrutura estará inserida e sua operação influi diretamente nas especificações do concreto e nas proteções para alcançar a durabilidade pretendida. O desempenho e a durabilidade do concreto armado podem ser negativamente influenciados por fatores como ataques por sulfatos e ácidos, e pela exposição a ambientes marinhos (cloretos).

Algumas fábricas estão implantadas em regiões litorâneas, por facilitar a logística de transporte com portos próximos, sendo sua estrutura formada em concreto armado e perfis metálicos. Esses elementos estruturais, em alguns casos são submetidos a cargas elevadas e cíclicas, como pontes rolantes, vigas de rolamento e estruturas de apoio.

Devido à umidade nesses locais, os íons de cloreto de sódio e cloreto de magnésio ficam suspensos no ar, agredindo o aço e causando a corrosão da armadura. Isso ocorre, principalmente, se o concreto e os perfis metálicos não tiverem as características adequadas para suportar a agressividade do meio. Considerando que, quanto mais perto do mar, mais sujeita à corrosão as construções no litoral estarão.

Outro fenômeno que causa problemas às fabricas com estrutura em concreto localizadas em ambientes agressivos é a carbonatação. Trata-se da reação do CO² presente na atmosfera com o hidróxido de cálcio presente no concreto, formando carbonato de cálcio. A carbonatação acontece em qualquer ambiente, inclusive em regiões litorâneas, mas é mais intensa em locais com índices elevados de gás carbônico, como áreas altamente industrializadas e grandes metrópoles.

De acordo com estudos, a carbonatação despassiva a armadura, pois reduz a alcalinidade do concreto (ou seja, o seu Ph), um dos responsáveis pela proteção da armadura. Dessa forma, o concreto fica mais vulnerável à ação de agentes agressivos. Podemos dizer que a carbonatação associada aos agentes agressivos potencializa a corrosão da armadura.

DISPOSITIVOS NORMATIVOS:

A norma NBR 6118:2014 – Projeto de estruturas de concreto — Procedimento, possui diversas considerações e prescrições com o objetivo de garantir a durabilidade das estruturas de concreto armado. Tais considerações dizem respeito a critérios de projeto a serem adotados em função da classificação de agressividade do ambiente à estrutura, que visam proteger os elementos estruturais e garantir seu desempenho durante a vida útil de projeto.

Classes de agressividade:

De acordo com o item 6.4.2 da norma NBR 6118:2014, a agressividade ambiental de uma estrutura em projeto deve ser classificada de acordo com a Tabela 6.1 (abaixo).
Esta classificação está relacionada às ações físicas e químicas que atuam sobre as estruturas de concreto, independente das ações mecânicas, das variações volumétricas de origem térmica, da retração hidráulica e outras previstas no dimensionamento das estruturas de concreto.

A definição desta classe de agressividade ambiental (CAA) é fundamental na concepção do projeto estrutural, pois influenciará os valores mínimos de resistências características que devem ser respeitados, indicando o valor mínimo do cobrimento da armadura e máxima abertura de fissura permitida.

Observa-se que a norma 6118 define as classes através do tipo de ambiente em que será construída a edificação. Por exemplo, áreas urbanas são consideradas CAA II, o que corresponde a uma agressividade moderada e pequeno risco de deterioração. Os ambientes com respingos de maré e industrial são classificados com classe de agressividade forte, com elevado risco de deterioração da estrutura.

Durabilidade: Limites para relação água/cimento e fck.

O item 7.4 da norma NBR 6118 estabelece critérios mínimos de qualidade para diversos fatores, dentre eles o fck e a relação água/cimento (A/C) do concreto utilizado em obra, levando-se em conta as condições de exposição dos elementos da estrutura de concreto às intempéries.

O item 7.4.2 descreve que os parâmetros mínimos de qualidade a serem cumpridos pelo concreto devem ser determinados por ensaios comprobatórios de desempenho. Na falta de tais ensaios, a norma fornece uma tabela de referência, a tabela 7.1 (abaixo) que apresenta relações A/C máximas admissíveis e o fck mínimo exigido (classe do concreto) para o concreto em função da agressividade do ambiente e do tipo de armadura (armadura passiva – CA e armadura ativa – CP).

Cabe destacar que, em função da classe de agressividade, a norma fixa um valor mínimo de fck a ser adotado tanto para concreto armado, como para concreto protendido. Quando se trata de concreto armado, o caso menos agressivo (classe de agressividade I), exige o valor mínimo de 20 MPa podendo chegar ao mínimo de 40MPa, para agressividade IV. Para concreto protendido, estes limites passam a ser 25 e 40 MPa respectivamente.

A classe C15 pode ser usada apenas em fundações, conforme NBR 6122, e em obras provisórias.

Cobrimento das armaduras:

Um dos critérios normativos ligados à durabilidade diz respeito ao cobrimento das armaduras, disposto no item 7.4.7 da NBR 6118:2014. É definido em função das condições de exposição da estrutura. O item 7.4.7.2 prescreve que seja respeitado um cobrimento nominal (cobrimento mínimo + tolerância de execução Δc) determinado na tabela 7.2 (abaixo) em função da classe de agressividade ambiental.

Para interpretação da tabela 7.2 e escolha dos valores mínimos de cobrimento exige-se, além de uma definição criteriosa da classe de agressividade, a análise correta de todas as alternativas existentes.

O primeiro detalhe ao qual deve-se estar atento refere-se ao fato de que estão relacionados os cobrimentos nominais, já acrescidos de uma tolerância de execução (Δc). De acordo com os itens 7.4.7.3 e 7.4.7.4, nas obras correntes o valor de Δc deve ser maior ou igual a 10mm. Porém, permite-se reduzir a tolerância de execução para Δc=5mm quando houver um adequado controle de qualidade, rígidos limites de tolerância durante a execução e estiver explícito, nos projetos, esta exigência de controle rigoroso. Assim, nestes casos, permite-se a redução em 5mm dos cobrimentos da tabela 7.2.

De acordo com o item 7.4.7.6, quando especificado o valor do cobrimento nominal a ser respeitado no projeto, deve-se garantir que a dimensão máxima do agregado graúdo utilizado no concreto não supere em 20% a espessura nominal do cobrimento (d max ≤ 1,2 c nom).

Quando realizado procedimento de recuperação estrutural, os procedimentos listados devem ser atendidos, sendo necessários consultar os projetos e indicações de agressividade da operação.

AMBIENTES INDUSTRIAIS:

Nas áreas industriais, além dos processos citados, pode ocorrer aumento de agressividade por conta da operação da fábrica. De forma geral a agressividade é elevada em função da concentração de nitratos, sulfetos hidróxidos e amônio, produzidos pelos próprios processos industriais.

Devido a soma de agentes agressivos, as estruturas de concreto de refinarias próximas ao litoral são mais suscetíveis ao desenvolvimento de processos corrosivos. O ambiente de refinarias de petróleo é classificado com agressividade de classe III (conforme norma NBR 6118).

Alguns subsistemas operacionais podem, ainda, estar sujeitos a grau superior de agressividade, como por exemplo o sistema Corrente de Águas Oleosas (CAO). Nesses sistemas, são conduzidos efluentes de alta agressividade, com alternância de produtos com extrema acidez e extrema alcalinidade.

Quanto à corrosão, é um processo natural em estruturas metálicas, quando não existe tratamento e manutenção adequada. Gradativamente diminui a espessura das chapas utilizadas nas seções transversais dos elementos estruturais, podendo torná-los impróprios para as funções originalmente pretendidas.

Para os reservatórios de fertilizantes, os agentes mais críticos são os sulfatos e nitratos presentes nos produtos armazenados. Os sulfatos são os mais agressivos e reagem com aluminato tricálcico do cimento hidratado ou com a alumina do agregado, causando expansão, fissuração, descamação e desintegração da estrutura.

Os danos devido ao processo industrial podem ser associados de acordo com a seguinte classificação.

• Danos por processos químicos: Associados ao tipo de matéria prima utilizada pela indústria.
• Danos por processos físicos: Ciclo de gelo-degelo em câmeras frigorificas e ambientes com temperatura controlada.
• Danos por processos mecânicos: Abração dos materiais e cavitação em vertedores.
• Danos por processos Biológicos:
• Danos devido as elevadas temperaturas: Condições de auto forno.

ESTRUTURAS METÁLICAS:

Sobre os cuidados relacionados à utilização de estruturas metálicas, Fakury, Castro e Silva &Caldas (2016) afirmam que, assim como os demais materiais, sua utilização requer cuidados principalmente em relação à corrosão e ao seu comportamento em situação de incêndio.

Dois casos extremos onde ocorreram severas ações corrosivas são ilustrados através da figura abaixo. Nas chapas das nervuras de reforço da base de um pilar e nas chapas da região de uma ligação entre viga e pilar. (FAKURY; CASTRO e SILVA; CALDAS, 2016).

Corrosão nos componentes de aço:

Os componentes de aço da estrutura devem ser dimensionados com sobrespessura para tolerar corrosão ou devem ser protegidos contra a corrosão que possa influir na sua resistência ou no desempenho na estrutura.

A proteção contra corrosão nos aços não resistentes à corrosão atmosférica pode ser obtida por camadas de proteção ou outros meios eficazes, seja isoladamente ou em combinação. Aços resistentes à corrosão também devem ser protegidos, quando não for garantida a formação da película protetora ou quando a perda de espessura prevista durante a vida útil não for tolerável.

Alternativamente, pode ser usada uma sobrespessura de corrosão adequada para a vida útil prevista para a edificação e a agressividade do ambiente. A NBR 8800:2008 estabelece no item 10.4.4:

“Para assegurar que a estrutura mantenha suas características durante o período de vida útil de projeto, os elementos de aço, inclusive os integrantes das estruturas mistas, devem ser devidamente protegidos contra corrosão, e quaisquer outros fatores de agressividade, quando isto for necessário, sendo que tal proteção deve sofrer um processo de inspeção periódica.”

Nas estruturas mistas, a NBR 8800 estabelece abertura mínima das fissuras de concreto, de acordo com agressividade.

Para minimizar a possibilidade de corrosão o procedimento de galvanização por imersão da peça estrutural em cubas com zinco fundido a 450 ºC, com posterior pintura da peça, é o método mais usual atualmente (FAKURY; CASTRO e SILVA; CALDAS, 2016).

Contudo, ressalta-se a necessidade da fabricação, execução e manutenção seguir os procedimentos expressos no tópico condições adicionais de projeto que tratam a corrosão, diretrizes para durabilidade, da NBR 8800:2008.

A figura abaixo apresenta os procedimentos de pintura e galvanização que são atualmente os mais utilizados para proteger a estrutura metálica contra a corrosão.

Os aços patináveis (Corten ou COR-TEN) são aços que contêm pequenas adições de elementos de liga, como cobre, fósforo, níquel e cromo, que em determinadas condições ambientais contribuem para a formação de uma pátina que protege esses aços da ação corrosiva na atmosfera oxidante de muitos ambientes urbanos.

Além de conferir considerável resistência à corrosão atmosférica, esses elementos de liga também contribuem para a melhoria de propriedades mecânicas, como o limite de resistência ao escoamento e o limite de resistência à tração.

AMBIENTES INDUSTRIAIS: Estratégias para proteção

Como o principal problema, e de maior incidência, é a despassivação do aço e consequente corrosão da armadura, destacamos que a durabilidade da estrutura de concreto armado e protendido depende essencialmente da espessura de cobrimento da armadura e da qualidade do concreto, influenciada pela relação água-cimento, pelo tipo de cimento usado e pela natureza das adições.

A vida útil da estrutura, por questões de corrosão da armadura, depende muito do cobrimento: reduzi-lo à metade significa reduzir quatro vezes a vida útil. E passar de um fck de 20 MPa a um fck de 40 MPa pode aumentar muito a vida útil (em função de uma menor porosidade). A NBR 6.118 vincula a qualidade do concreto à durabilidade por meio de três parâmetros: fck, consumo de cimento e relação água-cimento (buscando a redução da porosidade). De acordo com o risco de deterioração da estrutura, as exigências aumentam quanto a esses três parâmetros.

Sendo assim, o cobrimento e a qualidade do concreto são as principais estratégias para se alcançar a vida útil do projeto. Entretanto devemos ter cuidados com retração, acabamento da superfície, aplicação de procedimentos de cura e juntas adequadas nas estruturas.

Outra alternativa é a incorporação de fibras poliméricas ao concreto para absorver as tensões de retração e minorar a fissuração. A aplicação de revestimentos especiais, que impedem o contato direto do ambiente agressivo com o concreto, é uma estratégia que tem boa relação custo-benefício e é eficiente.

A cura adequada do concreto garante a correta hidratação do cimento, permitindo a formação dos compostos benéficos, os quais darão as características de resistência e durabilidade das estruturas, gerando maior resistência aos agentes nocivos.

Além do processo de cura úmida, pode-se fazer a aplicação de membrana de cura e, também, a cura térmica com aplicação de vapor d’água logo após o início da pega. A utilização de cimentos resistentes a sulfatos promove uma durabilidade adicional, mas, para garantir características de impermeabilidade, deve-se manter a relação água-cimento abaixo de 0,45, ter um consumo mínimo de cimento na faixa de 350 kg/m³ e, ainda, utilizar aditivos com o objetivo de reduzir a porosidade e, consequentemente, a permeabilidade, impedindo que os mecanismos de corrosão se instalem na estrutura.

Podem ser utilizados aditivos redutores de água, incorporadores de ar, inibidores de corrosão, cristalizantes ou adições de metacaulim e sílica ativa para aumentar a resistência do concreto.

Uma outra maneira de tratar as fissuras existentes na superfície do concreto é através do uso de cristalizantes.

É indicado para tratamento químico cristalizante, conferindo impermeabilização e
proteção química de estruturas de concreto em exposição contínua de água como: reservatórios, estações de saneamento, subsolos e túneis.

O produto aumenta a durabilidade do concreto em obras de infraestrutura passivando a armadura, reduzindo a permeabilidade e inibindo a expansão por sulfatos e a penetração de cloretos

Uma vez aplicado no local, o cristalizante acelera a criação de cristais não solúveis nos poros do concreto o que contribui para impermeabilização do concreto e selamento de microfissuras. O cristalizante confere também um aumento na resistência à substâncias agressivas, aumentando a vida útil da estrutura em locais com agressividade alta, como no caso dos ambientes industriais.

Os tratamentos superficiais são efetivos, mas sempre devemos tê-los como recurso final. As principais aplicações para sistemas de proteção superficial são silanos e siloxanos hidrofugantes, silicatos bloqueadores de poros ou produtos formadores de películas à base de poliuretano, acrílico ou epóxi.

Correções locais em estruturas:

Em muitos casos as patologias nas estruturas são formadas por vazamentos, falhas nos processos construtivos, percolações, promovendo um fluxo ao longo de todos os elementos estruturais, como lajes, vigas e pilares.

Em determinadas situações, as patologias são identificadas nas regiões mais visíveis, como pilares, vigas expostas e lajes com face acessível. Entretanto o processo patológico atinge outras regiões da estrutura inacessíveis visivelmente. Em função do exposto, a correção pontual dessas patologias não promove a recuperação global da estrutura. A falta desse entendimento global condiciona novas recuperações ao longo do tempo e em casos mais extremos, onde a patologia não pode ser verificada (exemplo lajes, vigas e pilares confinados por revestimento ou enclausurados), a deterioração ao longo do tempo pode comprometer a estabilidade da estrutura.

Outro fator que deve ser considerado na análise do tratamento é a extensão da intervenção que deve ser considerado no elemento estrutural. Em alguns pilares por exemplo, a patologia é identificada pontualmente, apenas em determinada altura ao longo do pilar. Entretanto o processo de oxidação da armadura pode ter se propagado ao longo do vergalhão como um todo, longitudinalmente ao pilar. Deve-se então verificar a redução da seção transversal do vergalhão e promover a substituição caso necessário.

Atentar para o processo de limpeza das partículas soltas, pinturas de proteção, verificar necessidade de pontes de aderência entre os materiais, ancoragem da armadura seguindo recomendações da NBR 6118 e cobrimentos.

O conceito de desempenho reflete o comportamento em serviço de cada produto ao longo de sua vida útil, não significando, entretanto que o produto esteja “condenado” se apresentar desempenho insatisfatório. Neste caso, a estrutura requer imediata intervenção técnica, de forma a reabilitá-la.

Um modelo proposto por SOUZA & RIPPER (1998), mostrado na FIG.1, apresenta três histórias de desempenho, em função de fenômenos patológicos diversos.

Na FIG. 1, a linha em traço duplo ponto, ilustra o fenômeno de desgaste natural da estrutura, que após intervenção, recupera-se seguindo a linha do desempenho acima do exigido para sua utilização.

No segundo caso, a linha cheia, representa uma estrutura submetida a um problema súbito, tal como um acidente, para qual a intervenção é imediata para voltar ao comportamento satisfatório. No terceiro caso, linha traço ponto, tem-se uma estrutura com erros originais de projeto ou execução, ou que tenha mudado seu propósito funcional, ou seja, que necessita do reforço, já no começo de sua vida útil.

Portanto para a obtenção de desempenho satisfatório, a estrutura deve atender às condições de segurança em relação aos estados limites último e de utilização, que contemplam a resistência, a rigidez, a estabilidade, aspectos estéticos, conforto térmico e acústico, entre outros.

Diversos empreendimentos ao longo dos anos sofreram processos de alterações na sua utilização. Essas mudanças muitas vezes ocorrem sem haver planejamento, sendo negligenciadas na fase de projeto. Essas alterações estão relacionadas as mudanças nos processos produtivos, desde a utilização de produtos mais agressivos à especificação de maquinários mais pesados para operação.

Tais mudanças ocasionam desgastes na estrutura de concreto e o custo dessas manutenções geralmente são subdimensionados durante o planejamento. Em função da utilização da nova operação, o custo da manutenção está diretamente relacionado ao período de desgaste no qual a estrutura está submetida.

A lei de Sitter mostra que há aumento dos custos em função da etapa de intervenção, ou seja, quando um problema é corrigido ainda na fase de projeto é mais fácil e barato do que na fase de manutenção, por exemplo. Esse aumento de custo segue uma progressão geométrica de razão 5.

CONCLUSÃO E CONSIDERAÇÕES FINAIS:

Fica evidente que as normas dos principais elementos utilizados em nossas estruturas, aço e concreto, possuem definições específicas buscando a manutenção das estruturas e caracterizando o tipo de proteção indicado para ambientes mais agressivos no qual a estrutura está implantada.

Para estruturas em concreto devemos ter cuidados como, ensaiar o traço em laboratório antes de aplicá-lo em obra, concretar o elemento estrutural de forma ininterrupta para evitar juntas de concretagem, realizar a cura do concreto para evitar a evaporação precoce da água do traço, evitar concretagens em dias muito quentes (≥ 35ºC), com baixa umidade (≤ 50%) e com muito vento (≥ 30 m/s), caso seja inevitável, monitorar a temperatura do concreto e utilizar gelo no traço.

Cuidados na especificação e no lançamento do concreto, bem como o uso de espaçadores, ajudam a garantir a proteção das armaduras como definido pelas normas técnicas listadas.

Nas estruturas metálicas a escolha por utilizar aços patináveis em ambientes agressivos pode ser determinante na vida útil da estrutura. A escolha do sistema de pintura, especificando espessuras de camadas é de fundamental relevância.

Percebemos que o ambiente industrial, com solicitações de maior amplitude devido a utilização operacional, cargas dinâmicas, vibrações, configuram ambiente com maior vulnerabilidade para estrutura, gerando cuidados especiais em relação a qualidade dos serviços. Ressaltamos que as atividades de execução e manutenção devem ser realizadas por empresa especializada com Know-how necessário para esse tipo de operação.

Apesar de algumas das patologias mais comuns de estruturas localizadas em ambientes industriais serem a corrosão do armadura, surgimento de trincas e fissuras em concretos e nas estruturas de aço, existem outras patologias mais silenciosas, tais como recalcque da estrutura, corrosão em partes mais escondidas, dentre outras. Por isso, antes de selecionar o método de tratamento da estrutura, deve-se estudá-la como um todo para adoção do método que tratará de forma completa, evitando as tratativas pontuais. Essa abordagem garantirá um maior tempo de vida útil das estruturas e uma melhor trabalhabilidade das mesmas.

Os aspectos econômicos relacionados ao momento da intervenção devem ser considerados, como descrito pela lei de Sitter. Deve-se planejar a operação como um todo, desde a possibilidade das patologias e mudanças de utilização ao longo do tempo.
Esse estudo deve ocorrer na fase de projeto a fim de minimizar ao máximo intervenções futuras.

REFERÊNCIAS:

[1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS
TÉCNICAS. NBR 14931: Execução de estruturas de concreto –Procedimento. 2. ed. Rio de Janeiro, 2004.

[2] NBR 8800:2008: Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios. 2. ed. Rio de Janeiro, 2008.

[3] NBR 6118-Projeto de estruturas de concreto — Procedimento.

[4] FAKURY, R. H.; CASTRO e SILVA, A. L. R; CALDAS, R. B. Dimensionamento básico de elementos estruturais de açoe mistos de aço e concreto. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016.

[5] PORTO, T. B.; FERNANDES, D. S. G. Curso básico de concreto armado. São Paulo: Oficina de textos, 2015.

[6] SOUZA, V. C., RIPPER, T. Patologia, Recuperação e Reforço de Estruturas de Concreto. 1 ed. São Paulo: Ed. Pini, 1998. 255 p.

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