IX Congreso Internacional sobre Patología y Recuperación de Estructuras IX International Congress on Pathology and Repair of Structures João Pessoa‐PB (Brasil), 2 a 5 de junho de 2013 Manifestações patológicas na construção Análise da atual situação da ponte do distrito de Patriarca, Sobral‐ CE Analisys of the current situation of the bridge of Patriarca, Sobral‐CE Bruno Rodrigues Amorim (1); Miguel Arcanjo Feijão Farrapo (1); Fernanda de Almeida Furtado (1); Livia Maria de Sousa Monteiro (1); Francisco Carvalho de Arruda Coelho (2) (1) Graduando em Engenharia Civil, Grupo de Estudos em Materiais Alternativos para Construção e
Concretos Especiais - MACCE/UVA
(2) Professor Doutor, Engenharia Civil, Grupo de Estudos em Materiais Alternativos para Construção e
Concretos Especiais - MACCE/UVA, [email protected]
Curso de Engenharia Civil, Laboratório de Materiais de Construção, Universidade Estadual Vale do Acaraú
(UVA) - campus da CIDAO. Avenida Dr. Guarani, 317 – Betânia, Sobral – CE, 62040-730
[email protected]
Resumo O distrito sobralense de Patriarca é conhecido regionalmente pela confecção e comercialização de produtos artesanais feitos a base de palha de carnaubeira, tais como chapeis, bolsas, leques e outros arranjos. O Rio Madeira, um rio intermitente que passa pelo distrito, é de grande importância para a agropecuária local e lazer. Para possibilitar sua travessia construiu‐se uma ponte que foi inaugurada no final da década de 1980, tornando‐se a principal via de acesso que interliga a localidade com a cidade de Sobral. Durante o período chuvoso, o nível do rio ultrapassa os limites da ponte, deixando‐a temporariamente submersa, submetendo a estrutura a ciclos de molhagem e secagem, o que prejudica a sua durabilidade. A finalidade deste estudo consiste na avaliação das ações deletérias que surgiram ao longo da vida útil desta estrutura. Palavra‐Chave: Manifestações patológicas, ponte Abstract The district of Patriarca is known regionally for the manufacture and marketing of craft products made of straw‐based of carnaubeira, such as hats, purses, fans and other arrangements. The Madeira River, an intermittent River that passes through the district, is of great importance for the local agriculture and leisure. To enable his crossing built a bridge that was inaugurated at the end of the Decade of 1980, becoming the main access road that connects the village with the city of Sobral. During the rainy season, the river level exceeds the limits of the bridge, leaving it temporarily submerged, submitting the wetting and drying cycles, which affect its durability. The purpose of this study is the evaluation of harmful actions that have emerged over the useful life of this structure. Keywords: Pathological manifestations, bridge Anais do IX Congresso Internacional sobre Patologia e Recuperação de Estruturas – CINPAR 2013 IX Congreso Internacional sobre Patología y Recuperación de Estructuras IX International Congress on Pathology and Repair of Structures João Pessoa‐PB (Brasil), 2 a 5 de junho de 2013 1. Introdução Patriarca apresenta uma pequena população que vive principalmente da pecuária e do plantio de subsistência, embora tenha sido um dos primeiros distritos sobralenses a se desenvolver. Localizado a quinze quilômetros da sede, este local é conhecido pelo seu artesanato em palha de carnaubeira, árvore nativa do sertão cearense, e pelas manifestações religiosas que ocorrem anualmente na região. Em 1988, durante a construção da rodovia CE‐161, principal e único acesso pavimentado do distrito de Patriarca à sede do município de Sobral, foi erguida também uma ponte com vinte e dois metros de vão na intersecção da via com o rio Madeira, este que apresenta natureza intermitente como muitos outros na região. Dependendo da pluviosidade dos períodos chuvosos, podem ocorrer cheias que inundam certas regiões deste e de outros distritos de Sobral. No caso de Patriarca, além de algumas casas que são alagadas, a ponte em questão também passa por este problema, passando assim por ciclos de molhagem e secagem, o que prejudica bastante a durabilidade da mesma. De acordo com Souza e Ripper [1998, p. 19], entende‐se como durabilidade o parâmetro que relaciona a aplicação de características a uma determinada construção, individualizando‐a pela resposta que dará aos efeitos da agressividade ambiental, e definindo, então, a vida útil da mesma. Segundo Mehta e Monteiro [2008], a água normalmente está presente em todo tipo de deterioração, e a facilidade com que penetra nos sólidos porosos determina a taxa de deterioração. Desta forma, fica evidente que essa ponte pode apresentar problemas patológicos que comprometem a sua estrutura. Esses fenômenos deletérios podem ser definidos como qualquer manifestação que possa comprometer os parâmetros exigidos em projeto. O desconhecimento da tecnologia por trás dos materiais utilizados na construção, as condições ambientais, os erros de projeto e execução da obra estão entre os fatores que ocasionam o surgimento de tais patologias. 2. Referencial Teórico 2.1. Corrosão de armaduras De acordo com Helene [1986], corrosão define‐se como a interação destrutiva de um material com o ambiente, seja por reação química, ou eletroquímica. Trata‐se de um dos mais danosos fenômenos deletérios que atingem estruturas de concreto armado, sejam elas de pequeno ou grande porte. Antes da ocorrência desse fenômeno, o aço encontra‐se protegido das intempéries por uma película delgada que cobre toda a sua superfície. Esta camada permanece estável em virtude da alta alcalinidade do concreto. Contudo, esta pode ser afetada por diversos agentes agressivos, dentre os quais na maioria dos casos tem‐se a carbonatação e ataque por cloretos [CASCUDO, 1997]. Nesse processo, há a formação de uma pilha de caráter eletroquímico, supondo‐se que há uma reação de oxidação, juntamente com uma de redução e a circulação de íons através do eletrólito [ANDRADE, 1992]. Esse último no caso corresponde ao meio aquoso presente nos poros da microestrutura do concreto. Anais do IX Congresso Internacional sobre Patologia e Recuperação de Estruturas – CINPAR 2013 IX Congreso Internacional sobre Patología y Recuperación de Estructuras IX International Congress on Pathology and Repair of Structures João Pessoa‐PB (Brasil), 2 a 5 de junho de 2013 Com a formação de uma pilha, de uma forma generalizada, nas zonas catódicas o oxigênio reage com a água e elétrons resultando em íons hidroxila [Helene, 1986]: 2H2O + 2O2 + 4e‐  4OH‐ (1) Já nas partes anódicas, o metal perde elétrons acarretando na dissolução do aço: 2Fe  2Fe2+ + 4e‐ (2) Em uma região intermediária entre o ânodo e o cátodo, esses compostos reagem entre si formando óxidos e hidróxidos de ferro. Esses, no entanto, são produtos que podem atingir volumes até dez vezes maiores que o volume inicial da armadura. Essas expansões geram tensões de tração que podem alcançar valores de até 40 MPa [CÁNOVAS apud CASCUDO, 1997]. 2. 2. Erosão A erosão é um processo de desgaste por abrasão do concreto em contato com um fluxo hidráulico que trazem consigo partículas sólidas, como areia, galhos, etc. O impacto ocasionado por tais partículas podem trazer prejuízos sérios para a estrutura afetada. Obras como barragens, pontes, vertedouros, são bastante atingidas com tal tipo de manifestação patológica, motivando assim, um planejamento adequado na concepção do projeto, analisando os materiais a serem utilizados e as cargas que atingem a superfície do concreto, como velocidade da água e da quantidade de partículas por exemplo. Para se obter uma composição rígida na obra, é recomendado que sejam utilizados agregados com grandes dimensões e com a maior dureza superficial possível, utilizando em alguns casos extremos, agregados metálicos. A baixa relação água/cimento também é imprescindível para que se mantenha uma estrutura que seja capaz de suportar os desgastes a agressão que o sistema em que a obra esteja contida. Porém, outra alternativa pode ser encontrada para um concreto que seja resistente à erosão. Se forem utilizadas adições minerais de alta reatividade, combinadas com aditivos químicos e uma quantidade reduzida de água, a pasta de cimento receberá um incremento maior em sua resistência, aproximando assim, suas características com as do agregado graúdo, estes que terão uma influência menor. 2.3. Trincas e Fissuras Dentre os vários fenômenos patológicos que afetam as obras em geral, a problemática das trincas tem causado preocupações, pois a mesma pode representar um aviso que a estrutura pode estar entrando em colapso, ou que ela está apresentando prejuízos no desempenho, ou até mesmo um transtorno psicológico para os usuários, ou a unificação todas essas adversidades [THOMAZ, 1989]. De acordo com Thomaz [1989], fissuras são provocadas por tensões oriundas de atuação de sobrecargas ou de movimentações de materiais, dos componentes ou da obra como um todo, são analisados os seguintes fenômenos:  movimentações provocadas por variações térmicas e de umidade; Anais do IX Congresso Internacional sobre Patologia e Recuperação de Estruturas – CINPAR 2013 IX Congreso Internacional sobre Patología y Recuperación de Estructuras IX International Congress on Pathology and Repair of Structures João Pessoa‐PB (Brasil), 2 a 5 de junho de 2013  atuação de sobrecargas ou concentração de tensões;  deformabilidade excessiva das estruturas;  recalques diferenciados das fundações;  retração de produtos à base de ligantes hidráulicos;  alterações químicas de materiais de construção. Devido à sua fragilidade à tração, além da variabilidade de sua microestrutura, qualquer estrutura de concreto armado está sujeito a inevitáveis problemas relacionados à fissuração. Dessa forma, o comprometimento dos elementos de concreto não estará relacionado à presença desses fenômenos patológicos, mas sim, com a frequência e a gravidade com que essas manifestações ocorrem [ABNT, 2003]. 2.4 . Falhas de execução É nesta etapa que surgem grande parte dos problemas deletérios que venham a afetar as estruturas de concreto. A elevada quantidade de trabalhadores envolvidos, a falta de mão de obra qualificada, os curtos prazos para a entrega da obra impostos pela empresa contratante são as causas mais comuns destes erros que acontecem durante este processo. Em se tratando da execução, esta pode ser dividida nas seguintes etapas: mistura, transporte, lançamento, adensamento e cura. Na mistura, podem ocorrer problemas na homogeneização, no tempo de mistura, na quantidade adicionada de materiais fora do projeto especificado. No transporte, a homogeneização também é comprometida, os equipamentos utilizados e o tempo de descarregamento até a obra é outro fator preocupante. O lançamento inadequado pode ocasionar a segregação do concreto, caso seja uma obra de grande altura e for praticado o bombeamento. O adensamento é a fase de compactação do concreto nas fôrmas. Nesse processo, falhas como bicheiras, exsudação e segregação são bastante comuns em obras. As bicheiras podem ser ainda mais danosas, pois podem influenciar negativamente no comportamento mecânico da peça estrutural devido à exposição que a mesma dá aos agentes agressivos do meio, que reduzirão a durabilidade do concreto. Por fim, a cura é responsável pala porosidade e permeabilidade do concreto. Sendo inadequada, pode acarretar em uma peça estrutural que permite o acesso mais facilitado por meio dos poros e de agentes nocivos do meio externo, além de acarretar em esforços à tração no concreto, gerando desta forma fissuras. [ISAIA, 2005]. 2.5. Umidade Agindo como um mecanismo de transporte, a presença da água é um fator preponderante para o desenvolvimento de manifestações patológicas. No concreto, ela se infiltra nos poros e cavidades de sua superfície, por mais ínfimas que sejam, podendo também contribuir para a locomoção de agentes agressivos que estejam saturados em forma de íons. A porosidade é a propriedade do concreto que está diretamente relacionada com a permeabilidade. Neste caso, quanto mais poroso for, terá também uma maior permeabilidade, Anais do IX Congresso Internacional sobre Patologia e Recuperação de Estruturas – CINPAR 2013 IX Congreso Internacional sobre Patología y Recuperación de Estructuras IX International Congress on Pathology and Repair of Structures João Pessoa‐PB (Brasil), 2 a 5 de junho de 2013 ocasionando em uma estrutura mais suscetível a ter uma vida útil menos durável e gastos a mais para a recuperação de peças danificadas. A carbonatação é um exemplo de fenômeno que degrada o concreto que está intimamente relacionado com o nível de umidade do concreto. Através da água, os íons de carbono podem chegar à matriz cimentícia e, através de reações químicas, reduzir a alcalinidade da fase líquida intersticial do concreto. 3. Metodologia O estudo foi realizado por meio de visitas ao local, análise das manifestações patológicas que acometiam a estrutura em questão e foi realizado um acervo fotográfico para posteriores análises e discussões. Entrevistas também foram feitas, a fim de buscar informações que foram necessárias para a compreensão de algumas patologias que foram encontradas na ponte. 4. Resultados e discussões Após 25 anos de sua construção, a importância que essa ponte oferece ao distrito de Patriarca a transforma em uma peça fundamental para o desenvolvimento desta pequena localidade, pois ela ainda se mantém a principal via de acesso desse local com a sede do município de Sobral. Por esse motivo, percebe‐se que deformações que venham a prejudicar a integridade estrutural e que representem um risco para a população que utilizam desta ponte devem ser totalmente sanadas. A corrosão de armaduras de qualquer peça estrutural de uma edificação de concreto armado oferece perigos significativos para a segurança, sendo motivo mais do que suficiente para que existam medidas preventivas na tentativa de inibir tal processo deletério. Isto é justificado pelo vasto histórico de colapsos de estruturas ocasionados por esta manifestação patológica, como por exemplo, a queda de oito edifícios de concreto armado ou protendido na Inglaterra, no período compreendido entre 1974 e 1978 [BUILDING RESEARCH ESTABLISHMENT NEWS, 1979, apud MEHTA E MONTEIRO, 2008]. A presença da umidade em uma edificação implica em um agravamento das condições que favorecem os principais fenômenos deletérios existentes. Por isso, essa condição pode gerar consequências graves, no que diz respeito a uma redução do desempenho estrutural, ou até mesmo resultar em desconforto estético para as pessoas que se utilizam da obra. Durante o processo construtivo, é comum a ocorrência de erros que futuramente podem comprometer a vida útil. Ninhos de concretagem, segregação, cura inadequada e outros tais que podem culminar em uma redução das propriedades do concreto, como resistências a compressão, tração, erosão e a penetração de fatores degradantes, por exemplo. Os transtornos ocasionados pelas trincas e fissuras vão além de estruturais ou estéticos, elas também comprometem a confiança de seus usuários na segurança que a edificação deve apresentar. Por isso, o tratamento dessa manifestação patológica torna‐se um fator imprescindível para que a durabilidade da ponte seja protegida dos mais diversos agentes agressivos que venham a degradar a estrutura. Anais do IX Congresso Internacional sobre Patologia e Recuperação de Estruturas – CINPAR 2013 IX Congreso Internacional sobre Patología y Recuperación de Estructuras IX International Congress on Pathology and Repair of Structures João Pessoa‐PB (Brasil), 2 a 5 de junho de 2013 Fig. 1 – Ponte de Patriarca com marcações das regiões que serão comentadas Fig. 2 – Ponte de Patriarca com marcação das regiões que serão comentadas Na ponte em estudo, percebeu‐se a presença dessa corrosão de armaduras em alguns lugares desta, em especial na parte inferior de seu tabuleiro. Tal fenômeno pode ser facilmente percebido na Figura 3. Anais do IX Congresso Internacional sobre Patologia e Recuperação de Estruturas – CINPAR 2013 IX Congreso Internacional sobre Patología y Recuperación de Estructuras IX International Congress on Pathology and Repair of Structures João Pessoa‐PB (Brasil), 2 a 5 de junho de 2013 Fig. 3 – Corrosão na armadura (Região 1) Para a ponte tratada no trabalho, foi caracterizado no projeto o uso de agregados de grandes dimensões, justamente para tentar proteger a mesma do efeito agressivo do fluxo da água. Porém, o concreto que foi utilizado nas peças estruturais não contém a resistência necessária para suportar esses efeitos deletérios, havendo o descolamento do mesmo do agregado. A Figura 4 mostra o fenômeno citado sobre a peça de concreto. Fig. 4 – Desgaste por erosão (Região 3). A problemática das trincas e fissuras na ponte de Patriarca causa preocupações devido à gravidade da abertura das fissurações, sendo que foram encontradas trincas de tamanhos exorbitantes, algumas chegando a ter por volta de 40 mm. Nas Figuras a seguir, pode‐se constatar a presença dessas manifestações de forma evidente. Anais do IX Congresso Internacional sobre Patologia e Recuperação de Estruturas – CINPAR 2013 IX Congreso Internacional sobre Patología y Recuperación de Estructuras IX International Congress on Pathology and Repair of Structures João Pessoa‐PB (Brasil), 2 a 5 de junho de 2013 Fig. 5 – Trinca (Região 3) Fig. 6 – Trinca (Região 2) Na Figura 7 percebe‐se um tipo de falha de execução na ponte do distrito de Patriarca. A segregação nesta imagem ocasionou um vazio no concreto, este que acarretou na exposição da armadura, o que levou o surgimento do processo corrosivo. Anais do IX Congresso Internacional sobre Patologia e Recuperação de Estruturas – CINPAR 2013 IX Congreso Internacional sobre Patología y Recuperación de Estructuras IX International Congress on Pathology and Repair of Structures João Pessoa‐PB (Brasil), 2 a 5 de junho de 2013 Fig. 7 – Segregação juntamente com o processo corrosivo (Região 4) Os ciclos de molhagem e secagem que a estrutura em questão foi submetida desde o início de sua vida útil, devido às cheias dos rios que atingiram limites superiores aos da ponte, resultaram em manifestações patológicas em forma de manchas amareladas, como podem ser vistos na figura 8: Fig. 8 – Manchas de umidade Anais do IX Congresso Internacional sobre Patologia e Recuperação de Estruturas – CINPAR 2013 IX Congreso Internacional sobre Patología y Recuperación de Estructuras IX International Congress on Pathology and Repair of Structures João Pessoa‐PB (Brasil), 2 a 5 de junho de 2013 5. Conclusões Percebe‐se que a estrutura apresenta manifestações patológicas que podem danificar suas propriedades construtivas, podendo ser problemas apenas estéticos ou prejudiciais à integridade da mesma. Esses tipos de fragilidade possibilitam riscos à segurança da população que utiliza desta obra para locomoção. Por esse motivo, é aconselhada uma manutenção das partes degradadas pelos agentes deletérios mais graves. No caso em análise, pode ser citado o tratamento do processo corrosivo por meio de técnicas eletroquímicas. Outro caso que é necessário é a selagem de fissuras, que pode ser realizada de diversas maneiras, como por exemplo, injeção de resinas epóxi ou de nata de cimento Portland [SOUZA e RIPPER, 1998]. Referências [1] Souza, V. C; Ripper, T. Patologia, recuperação e reforço das estruturas de concreto. São Paulo: PINI, 1998. [2] Mehta, P. K.; Monteiro, P. J. M. Concreto ‐ Microestrutura, Propriedades e Materiais. 3 ed. São Paulo: IBRACON, 2008. [3] Helene, P. R. L. Corrosão em armaduras para concreto armado. São Paulo: PINI, 1986. [4] CASCUDO, O. O controle da corrosão de armaduras em concreto. Inspeção e técnicas eletroquímicas. São Paulo, PINI, 1997. [5] Andrade C. Manual para Diagnóstico de Obras Deterioradas por Corrosão de Armaduras. 1ª ed. São Paulo; 1992.Concreto: Ensino, pesquisa e realizações. Ed. Geraldo C. Isaia. São Paulo: IBRACON, 2005. [6] Thomaz, E. Trincas em edifícios: causas, prevenção e recuperação. São Paulo: PINI, 1989. [7] Associação Brasileira de Normas Técnicas. Projeto e execução de obras de concreto armado, NBR 6118/82, Rio de Janeiro, 1982. [8] Mehta, P. K.; Monteiro, P. J. M. Concreto ‐ Microestrutura, Propriedades e Materiais. 3 ed. São Paulo: IBRACON, 2008. [9] Souza, V. C; Ripper, T. Patologia, recuperação e reforço das estruturas de concreto. São Paulo: PINI, 1998. Anais do IX Congresso Internacional sobre Patologia e Recuperação de Estruturas – CINPAR 2013