Profª Gláucia Nolasco de Almeida Mello

MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS E REABILITAÇÃO DE ESTRUTURAS

INTRODUÇÃO

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INTRODUÇÃO

DefiniçãoHistóricoConceitosDurabilidadeOcorrência das FalhasOrigem, Causas e DanosManifestações ou SintomasManutenção

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DEFINIÇÃO

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pathos = doença

logos =estudo

Origem grega

PATOLOGIA

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DEFINIÇÃO

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“...campo da Engenharia das Construções que se ocupa do estudo das origens,

formas de manifestação, conseqüências e mecanismos de ocorrência das falhas e

dos sistemas de degradação das estruturas.”(SOUZA e RIPPER, 2009)

PATOLOGIA DAS ESTRUTURAS

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DEFINIÇÃO

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Ramo da engenharia que estuda as correções dos problemas

patológicos apresentados nas estruturas.

TERAPIA DAS ESTRUTURAS

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HISTÓRICO

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Fig. 1: Law Code of Hammurabi, king of Babylon

Fonte: http://www.louvre.fr/en/oeuvre-notices/law-code-hammurabi-king-babylon

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HISTÓRICO

Law Code of Hammurabi

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Fonte: http://www.sacred-texts.com/ane/ham/ham07.htmhttp://iws.collin.edu/mbailey/hammurabi's%20laws.htmhttps://www.britannica.com/topic/Code-of-Hammurabi

229. “If a builder build a house for some one, and does not construct it properly, and the house which he built fall in and kill its owner, then that builder shall be put to death.”

230. “If it kill the son of the owner the son of that builder shall be put to death.”

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CONCEITOS

Patologia das Estruturas Um novo campo considerando:

identificação e conhecimento das anomalias;concepção e projeto das estruturas;formação do engenheiro civil.

Tema de discussões a partir dos anos 60 e 70Razões para reabilitar e manter estruturas existentes:

economia; aspectos sociais; aspectos patrimoniais ou históricos.

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CONCEITOS

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Vida útil ⇒ período durante o qual as propriedades de um material permanecem acima dos limites

mínimos especificados.

Desempenho ⇒ comportamento, em serviço, da estrutura ao longo

da sua vida útil.

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CONCEITOS

Definição da vida útilÉ necessário o conhecimento das características de deterioração do material empregado e dos sistemas estruturais.

Durabilidade → parâmetro que relaciona a aplicação destas características a uma determinada construção, individualizando-a pela avaliação da resposta que dará aos efeitos de agressividade ambiental, definindo a vida útil da mesma.

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CONCEITOS

Relaciona-se:à durabilidade dos materiais e componentesao usoao ambiente em que se insereà prática de manutenção

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Durabilidade ⇒ capacidade de uma estrutura manter o seu

desempenho em serviço acima dos níveis pré-estabelecidos em

projeto, durante a sua vida útil.

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CONCEITOS

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Deterioração ⇒ conseqüências dos processos de alteração que comprometem o desempenho de

uma estrutura ou material.

Agentes de deterioração ⇒ os elementos agressores.

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DURABILIDADE

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Fig. 2: Inter-relacionamento entre conceitos de durabilidade e desempenho.

(SOUZA e RIPPER, 2009)

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DURABILIDADE

Critérios normativos para individualizar os modelos duráveis para as construções consideram as classes de exposição das estruturas e seus componentes em função da deterioração a que estarão submetidas:

corrosão da armaduras, sob efeito da carbonatação e/ou dos cloretos, por tipo de ambiente;ação do frio e/ou do calor, também por tipo de ambiente;agressividade química.

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DURABILIDADE

As classes de exposição indicarão níveis de risco ou parâmetros mínimos a serem observados como condição primordial para uma construção durável

dosagem mínima de cimento;relação água/cimento máxima;classe de resistência mínima do concreto;cobrimento mínimo das barras das armaduras;método de cura.

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Tab. 1: Classes de agressividade ambiental (CAA). (NBR 6118:2014)

Classe de agressividade ambiental

AgressividadeClassificação geral do tipo de ambiente para

efeito de projeto

Risco de deterioração da estrutura

I Fraca Rural InsignificanteSubmersaII Moderada Urbanaa,b Pequeno

III Forte MarinhaaGrandeIndustriala,b

IV Muito forte Industriala,c ElevadoRespingos de maréa Pode-se admitir um microclima com uma classe de agressividade mais branda (uma classe acima) para ambientes internos secos (salas, dormitórios, banheiros, cozinhas e áreas de serviço de apartamentos residenciais e conjuntos comerciais ou ambientes com concreto revestido com argamassa e pintura).b Pode-se admitir uma classe de agressividade mais branda (uma classe acima) em obras em regiões de clima seco, com umidade média relativa do ar menor ou igual a 65%, partes de estrutura protegidas de chuva em ambientes predominantemente secos ou regiões onde raramente chove.c Ambientes quimicamente agressivos, tanques industriais, galvanoplastia, branqueamento em indústrias de celulose e papel, armazéns de fertilizantes, indústrias químicas.cobrimento nominal ≥ 45mm

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Tab. 2: Correspondência entre a classe de agressividade e a qualidade do concreto. (NBR 6118:2014)

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Tab. 3: Correspondência entre a classe de agressividade ambiental e o cobrimento nominal para ∆c = 10 mm. (NBR 6118:2014)

Tipo de Estrutura Componente ou elemento

Classe de agressividade ambiental I II III IVc

Cobrimento nominal (mm)

Concreto Armado

Lajeb 20 25 35 45Viga/Pilar 25 30 40 50Elementos estruturais em contato com o solod

30 30 40 50

Concreto Protendidoa Laje 25 30 40 50Viga/Pilar 30 35 45 55

a Cobrimento nominal da bainha ou dos fios, cabos e cordoalhas. O cobrimento da armadura passiva deve respeitar os cobrimentos para concreto armado.b Para a face superior de lajes e figas que estão revestidas com argamassa de contrapiso, com revestimentos finais secos tipo carpete e madeira, com argamassa de revestimento e acabamento, como pisos de elevado desempenho, pisos cerâmicos, pisos asfálticos e outros, as exigências desta Tabela podem ser substituídas pelas de 7.4.7.5 respeitando um cobrimento nominal ≥ 15mm.c Nas superfícies expostas a ambientes agressivos, como reservatórios, estações de tratamento de água e esgoto, condutos de esgoto, caneletas de efluentes e outras obras em ambientes química e intensamente agressivos, devem ser atendidos os cobrimentos da classe de agressividade IV.d No trecho dos pilares em contato com o solo junto aos elementos de fundação, a armadura deve ter cobrimento nominal ≥ 45mm.

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DURABILIDADE

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Relação água /cimento

Quantidade de água da mistura em relação à massa de cimento

Fig. 3: Relação A/C.Fonte: Projeto Estrutura de Concreto

Racionalizada e Revestimento em Argamassa. Associação Brasileira de Cimento Portland &

Comunidade da Construção.

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DURABILIDADE

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Fig. 4:Consequências da Relação A/C.Fonte: Projeto Estrutura de Concreto Racionalizada e Revestimento em Argamassa. Associação Brasileira de Cimento Portland & Comunidade da Construção.

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DURABILIDADE

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Tendência para o uso de fck maior →consequência da evolução tecnológica do cimento que aumentou a relação

A/C para um determinado fck. As estruturas se tornaram mais permeáveis, logo menos duráveis.

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DURABILIDADE

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Fig. 5: Detalhe de armação de viga e cobrimento.

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DURABILIDADE

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Fig. 6: Fissuras em vigas.Fonte: CAVALCANTI e CAVALCANTI, 2010

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DURABILIDADE

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Fig. 7: Exposição das armaduras, armaduras com perda de seção.Fonte: PEREIRA, 2010

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DURABILIDADE

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Propósito /Custo da

Construção

Requisitos funcionais

definidos por usuários e

proprietários.

Características do Projeto

Características da Construção

Qualidade dos requisitos necessários

Qualidade do projeto

Qualidade da construção e dos materiais

Qualidade do produto em utilização

Fig. 8: Qualidadepara construção

civil. Fonte: Adaptado de

SOUZA e RIPPER, 2009.

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OCORRÊNCIA DAS FALHAS

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“Salvo os casos correspondentes à ocorrência de catástrofes naturais, em que a violência das solicitações, aliada ao caráter marcadamente

imprevisível das mesmas, será o fator preponderante, os problemas patológicos têm suas origens motivadas por falhas que ocorrem durante a realização de uma

ou mais das atividades (concepção, execução e utilização) inerentes ao processo genérico a que se

denomina de construção civil.”(SOUZA e RIPPER, 2009)

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OCORRÊNCIA DAS FALHAS

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PatologiaManifestações ou Sintomas: surgimento de lesões ou defeitos.

Causa: razão primária da manifestação patológica, justificativa mais evidente para o seu surgimento, pois descreve o fato.

Natureza: é a razão secundária da manifestação patológica.

Origem: motivo da manifestação patológica, explica o razão principal para o seu surgimento.

Danos

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OCORRÊNCIA DAS FALHAS

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Exemplo: ruptura de uma viga de concreto armado

Manifestações ou Sintomas: armadura exposta, fissuras, deformação excessiva.

Causa: corrosão das armaduras da viga.

Natureza: cobrimento insuficiente; exposição a agentes agressivos.

Origem: falhas na especificação do projeto.

Consequência: O problema compromete a segurança da estrutura ou suas condições de funcionamento?

Dano

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OCORRÊNCIA DAS FALHAS

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Parâmetros de durabilidade não atendidos, erros de projeto ou execução, falta de

manutenção

Falha no sistema

Surgimento de patologias

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ORIGEM

Etapa de concepção da estrutura (projeto)elementos de projeto inadequados (má definição das ações atuantes ou da combinação mais desfavorável das mesmas, escolha infeliz do modelo analítico, deficiência no cálculo da estrutura ou na avaliação da resistência do solo, etc.);falta de compatibilização entre a estrutura e a arquitetura, bem como com os demais projetos civis;

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ORIGEM

Etapa de concepção da estrutura (projeto)especificação inadequada de materiais;detalhamento insuficiente ou errado;detalhes construtivos inexequíveis;falta de padronização das representações (convenções);erros de dimensionamento.

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ORIGEM

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Fig. 9: Esquemas estruturais para cálculo de vigas de edifícios. Fonte: SOUZA e RIPPER, 2009.

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ORIGEM

33Fig. 10: Comparação entre diferentes situações de detalhamento de armaduras.

Fonte: SOUZA e RIPPER, 2009.

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Fig. 11: Comparação entre diferentes situações de detalhamento de armaduras. Fonte: SOUZA e RIPPER, 2009.

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ORIGEM

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Fig. 12: Detalhamento das barras na seção transversal de vigas. Fonte: SOUZA e RIPPER, 2009.

Espaçamento insuficiente

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ORIGEM

Etapa de execução da estrutura (construção)falta de condições locais de trabalho (cuidados e motivação);não capacitação profissional da mão de obra;não conformindade com o projeto estrutural;inexistência de controle de qualidade de execução;má qualidade de materiais e componentes;irresponsabilidade técnica e até mesmo sabotagem.

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Fig. 13: Utilização de pingadeiras. Fonte: SOUZA e RIPPER, 2009.

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ORIGEM

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Fig. 14: (a) espaçamento irregular em armaduras de lajes; (b) armadura negativa dalaje fora de posição .

Fonte: SOUZA e RIPPER, 2009.

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ORIGEM

Etapa de utilização da estrutura (manutenção)utilização errônea ou da falta de um programa de manutenção adequado

Exemplos típicos: falta de limpeza e a impermeabilização das lajes de cobertura, marquises, piscinas elevadas e áreas de lazer que possibilitarão a infiltração prolongada de águas de chuva e o entupimento de drenos, fatores que, além de implicarem a deterioração da estrutura, podem levá-la à ruína por excesso de carga (acumulação de água).

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ORIGEM

Etapa de utilização da estrutura (manutenção)Os problemas patológicos ocasionados por manutenção inadequada, ou mesmo pela ausência total de manutenção, têm sua origem no desconhecimento técnico, na incompetência, no desleixo e em problemas econômicos.

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ORIGEM

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Incidência de Problemas (%)Fase Alemanha Bélgica Dinamarca Romênia

Projeto 40,1 49,0 36,6 34,0Materiais 29,3 22,0 22,2 24,2Execução 14,5 15,0 25,0 21,6Uso 9,0 9,0 8,7 12,2Outros 7,1 5,0 7,5 8,0

Tab. 4: Incidência de problemas segmentada conforme a origem principal.Fonte: Adaptado de Azevedo, 2011.

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ORIGEM

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Gráfico. 1: Origem dos problemas patológicos com relação às etapas de produção e uso das obras civis.

Fonte: Helene e Figueiredo, 2003.

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CAUSAS

Classificação das causas de patologiasIntrínsecas

Processos de deterioração das estruturas de concreto as que são inerentes às próprias estruturas, ou seja, todas as que têm sua origem nos materiais e peças estruturais durante as fases de execução e/ou de utilização das obras, por falhas humanas, por questões próprias ao material concreto e por ações externas, acidentes inclusive.

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CAUSAS

IntrínsecasFalhas humanas durante a construção da estrutura

Deficiências de concretagemInadequação de fôrmas e escoramentosDeficiências nas armadurasUtilização incorreta de materiais de construçãoInexistência de controle de qualidade

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CAUSAS

IntrínsecasFalhas humanas durante a utilização

Ausência de manutenção

Causas próprias à estrutura porosa do concretoQuanto mais permissivo um concreto for ao transporte interno de água, gases e de outros agentes agressivos, maior será a probabilidade da sua degradação, bem como da do aço que deveria proteger.

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CAUSAS

IntrínsecasCausas químicas

Reações internas do concreto (reação álcalis-agregados)Expansibilidade de certos constituintes do cimentoPresença de cloretos no concretoPresença de ácidos e sais no concretoPresença de anidrido carbônicoElevação da temperatura interna do concreto

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CAUSAS

IntrínsecasCausas físicas

Resultantes da variação da temperatura externa, da insolação, do vento e da água, esta última sob a forma de chuva, gelo e umidade.

Causas biológicasAtaque químico de ácidos (produção de anidrido carbônico) gerados pelo crescimento de raízes de plantas ou de algas que se instalem em fissuras ou grandes poros do concreto ou por ação de fungos, ou pela ação de sulfetos presentes nos esgotos.

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CAUSAS

Causas de patologias em estruturas de concreto armado

ExtrínsecasIndependem do corpo estrutural em si, nem da composição interna do concreto, ou de falhas inerentes ao processo de execução, podendo, de outra forma, ser vistas como os fatores que atacam a estrutura "de fora para dentro", durante as fases de concepção ou ao longo da vida útil desta.

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CAUSAS

ExtrínsecasFalhas humanas durante a concepção (projeto) da estrutura

Modelação estrutural inadequadaMá avaliação das cargasDetalhamento errado ou insuficienteInadequação ao ambienteIncorreção na interação solo-estruturaIncorreção na consideração de juntas de dilatação

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CAUSAS

ExtrínsecasFalhas humanas durante a etapa de utilização (vida útil) da estrutura

Alterações estruturaisSobrecargas exageradas: estruturasAlteração das condições do terreno de fundação: casos de interação não cuidada entre construções existentes e novas

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CAUSASExtrínsecas

Ações mecânicasChoques de veículos:Recalque de fundaçõesAcidentes (ações imprevisíveis)

Ações físicasAs variações de temperaturaOs movimentos que ocorrem na interface entre materiais com diferentes coeficientes de dilatação térmicaA ação da água, nas suas diversas formas

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CAUSASExtrínsecas

Ações químicasAr e gases (poluição atmosférica)Águas agressivasÁguas purasReações com ácidos e saisReações com sulfatos

Ações biológicasCrescimento de vegetação nas estruturasDesenvolvimento de organismos (como conchas, por exemplo) e microorganismos em certas partes da estrutura

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MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO E DANOS COMUNS

Corrosão das ArmadurasPerda de AderênciaCarbonataçãoReação Álcali-AgregadoPresença de CloretosPresença de SulfatosAções do FogoAções de Agentes Biológicos

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SINTOMAS COMUNSCom exceção de casos específicos, os problemas patológicos se manifestam externamente à estrutura permitindo o início da averiguação.Sintomas mais comuns:

armaduras expostas;fissuras;eflorescências e manchas;desagregação do concreto;ninhos de concretagem (segregação);deformações excessivas.

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MANUTENÇÃO

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Estrutura com desempenho satisfatório?

Sim Não

Recuperação ReforçoLimitações

de Utilização

Demolição

Intervenções para extensão da vida útil (manutenção)

Fig. 15: Hipóteses para reconversão de estruturas com desempenho insatisfatório.

Fonte: Adaptado de SOUZA e RIPPER, 2009.

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MANUTENÇÃO

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Fig. 16: Prolongamento da vida útil dos edifícios em decorrência das atividades de manutenção.

Fonte: BONIN, 1998.

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MANUTENÇÃO

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Fig. 17: Classificação dos

tipos de manutenção de

edifícios. Fonte: BONIN, 1998.

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MANUTENÇÃO

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Conservação → atividades rotineiras realizadasdiariamente ou com pequenos intervalos de tempoentre intervenções. Relaciona-se à operação e àlimpeza do edifício, criando condições adequadaspara seu uso.Exemplo: lubrificação de engrenagens e polias deelevadores.

Fonte: BONIN, 1998.

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MANUTENÇÃO

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Reparação → atividades preventivas ou corretivas realizadas antes que o edifício ou algum de seus elementos constituintes atinja o nível de desempenho mínimo aceitável sem que a recuperação de desempenho ultrapasse o nível inicialmente construído.Exemplo: Por exemplo: substituição de uma botoeira de elevador onde o “led” não acende.

Fonte: BONIN, 1998.

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MANUTENÇÃO

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Restauração → atividades corretivas realizadas após o edifício ou algum de seus elementos constituintes atingir níveis inferiores ao nível dedesempenho mínimo aceitável, sem que a recuperação de desempenho ultrapasseo nível inicialmente construído. Exemplo: troca de um cabo de elevador que se apresentava rompido, impedindo a utilização do mesmo.

Fonte: BONIN, 1998.

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MANUTENÇÃO

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Modernização → atividades preventivas e corretivas visando que a recuperação de desempenho ultrapasse o nível inicialmente construído, fixando um novo patamar de qualidade para a edificação. Exemplo: instalação do sistema novo tipo “Daffee” nos Elevadores que, em caso de falta de energia, serão conduzidos ao térreo e terão suas portas abertas automaticamente.(Daffee = Dispositivo Automático de Funcionamento dos Elevadores com Força de Emergência - sigla empregada pela empresa Atlas Schindler)

Fonte: BONIN, 1998.

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BIBLIOGRAFIA

62

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto – Procedimento. Rio de Janeiro. 2014.AZEVEDO, Minos Trocoli. Patologia das Estruturas de Concreto. In: ISAIA, Geraldo Cechella. (Ed.). Concreto: Ciência e Tecnologia. São Paulo: IBRACON, vol 2, cap. 31, 2011.BONIN, L.C. Manutenção de edifícios: uma revisão conceitual. In: Seminário sobre manutenção de edifícios, Porto Alegre. Anais – v. I. Porto Alegre: URFGS, pp. 1-31. 1988. CAVALCANTI, A. N. & CAVALCANTI, G. A. A. Inspeção técnica do píer de atracação de Tambaú. Concreto e Construções, vol. 57 pp. 45-55. 2010.

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BIBLIOGRAFIA

63

HELENE, P.; FIGUEIREDO, E. P. Introducción. In: Manual de rehabilitación de estructuras de hormigón: reparación, refuerzo y protección. CYTED –XV-F. 2003, Introducción, pp. 21-36.PEREIRA, F. S. C. Análise Estrutural de cortina atirantada em iminência de colapso devido à corrosão de armaduras. Concreto e Construções, vol. 57 pp. 40-44. 2010.SOUZA, Vicente Custódio de; RIPPER, Thomaz. Patologia, recuperação e reforço de estruturas de concreto. 1. ed. São Paulo: Editora PINI Ltda., 2009. 257 p. ISBN 85-7266-096-8.