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 Manifestacões patológicas na construção
Análise das manifestações patológicas apresentadas na ponte sobre o Rio Acaraú, Sobral ‐ CE
Analysis of pathological manifestations presented on the Acaraú River Bridge, Sobral ‐ CE Farrapo, M. A. F.(1); Amorim, B. R.(1); Furtado, F. A.(1); Monteiro, L. M. S.(1); Linhares, P. R. P.(2);Coelho, F. C. A.(3) (1) Graduando em Engenharia Civil, Grupo de Estudos em Materiais Alternativos para Construção e Concretos Especiais ‐ MACCE/UVA
(2)Engenheiro Civil e Professor da Universidade Estadual Vale Do Acaraú (3) 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, 6204073 [email protected];
Resumo O rio Acaraú é um dos principais rios que cortam a região norte do estado do Ceará. O município de Sobral que, por sua vez, foi agraciado com esse precioso recurso hídrico, planejou a construção de uma ponte visando um desenvolvimento econômico regional mais expressivo. A nomeada Ponte Othon de Alencar, construída no período compreendido entre 1932 e 1935, além de proporcionar o transporte de cargas, mercadorias e pessoas, foi também projetada para suportar uma das principais ferrovias nordestinas, elevando ainda mais a importância da ponte. Por esse motivo, é indispensável um estado de conservação adequado para se obter uma estrutura resistente e segura, porém a falta de cuidados preventivos desde o início da construção acarretou em diversas ações deletérias. O objetivo deste trabalho é analisar as manifestações patológicas presentes, tais como a corrosão de armaduras e fissurações, além de analisar os possíveis riscos que esta ponte está submetida. Palavra‐Chave: Manifestações patológicas, ponte, Rio Acaraú Abstract The Acaraú River is one of the main rivers that cross the northern part of the State of Ceará. The municipality of Sobral who, in turn, was awarded this precious water resource, planned the construction of a bridge to a more expressive regional economic development. The Bridge named Othon de Alencar, built in the period between 1932 and 1935, in addition to providing load transportation, goods and people, it was also designed to withstand a major Northeastern railroads, bringing even more the importance of the bridge. For this reason, it is essential to a condition suitable for safe and resistant structure, however the lack of preventive care from the start of construction has in several deleterious actions. The objective of this study is to analyze such manifestations presents, such as the reinforcement corrosion and shatterproof, and analyze possible risks that this bridge is subjected. Keywords: Pathological manifestations, bridge, Acaraú River 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 Atualmente, os métodos construtivos tendem a se desenvolver cada vez mais devido ao aparato tecnológico à disposição no mercado da construção civil. Consequentemente, as estruturas de concreto deveriam ter desempenhos satisfatórios e serem mais duráveis. Porém, a partir da segunda metade do século XX, a indústria da construção civil começou a se confrontar com o aumento vertiginoso dos danos causados pela deterioração das estruturas de concreto e os enormes custos envolvidos para repará‐las [ANDRADE E SILVA, 2005]. Estima‐se que, em países industrialmente desenvolvidos, cerca de 40% do total dos recursos das indústrias da construção estão sendo aplicados em reparo e manutenção de estruturas existentes e apenas 60% em novas instalações [MEHTA & MONTEIRO, 2008]. Isso torna indispensável que medidas sejam tomadas para que a durabilidade das estruturas seja vista como um ponto primordial para os construtores, de modo que se evitem gastos desnecessários com suas restaurações. Mesmo com todas as ferramentas disponíveis, diversos problemas como falhas de concepção e execução, além de manutenção preventiva precária ou até mesmo inexistente são fatores que acarretam em diversas manifestações patológicas que vão desde simples imperfeições estéticas até graves defeitos que afetam o desempenho das estruturas de concreto. A parte da Engenharia que se ocupa do estudo das origens, formas de manifestação, consequências e mecanismos de ocorrência dessas falhas e dos sistemas de degradação das construções civis denomina‐se Patologia das Estruturas [SOUZA & RIPPER, 1998]. Seu domínio se torna indispensável para qualquer profissional da área da construção civil. Antes da construção da ponte Othon de Alencar, o acesso à cidade era mais restrito, pois os habitantes tinham que atravessar o rio Acaraú, que era feito quase que exclusivamente por meio de canoas. No período das cheias, a locomoção dessas pessoas se tornava mais difícil, pois, em certas ocasiões, o cruzamento chegava a ser impossibilitado. A solução para tais problemáticas tornou‐se imprescindível para a mobilidade urbana naquele período. A dita ponte foi erguida entre os anos de 1932 e 1935, tornando‐se o elo mais importante entre Sobral e a capital cearense, pois além de interligá‐las por meio da rodovia ainda permitiu a ligação ferroviária entre os dois municípios [ROCHA, 2003]. Como toda obra desse tipo, a ponte tem tendências a apresentar alguns problemas patológicos, principalmente em virtude de um microclima relativamente úmido ao redor de sua estrutura, mais afetada na parte ao redor das sapatas. Sendo assim, no trabalho em questão haverá uma discussão sobre as manifestações patológicas mais evidentes que a estrutura apresenta, tomando como base um referencial teórico para uma melhor compreensão, e tendo como exemplo algumas imagens que retratam a atual situação da edificação em estudo. 2. Fundamentação teórica 2.1. Corrosão de armaduras A alta alcalinidade do concreto é de modo geral em função da presença de hidróxido de cálcio, sendo esse composto resultado das reações de hidratação do cimento. Sendo assim, o pH 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 permanece em valores entre 12,6 e 14. Nessa alcalinidade e em presença de uma determinada quantidade de oxigênio, a armadura fica recoberta por um uma fina camada de óxidos transparentes, deixando o aço em um estado de passivação [ANDRADE, 1992]. Essa película de passivação confere ao aço uma barreira frente aos vários agentes agressivos, no entanto ela pode ser destruída. Frequentemente, a perda dessa camada se deve na maioria dos casos a uma determinada quantidade de íons cloretos presente na pasta de cimento e a diminuição da alcalinidade do concreto, sendo a última resultada principalmente das reações de carbonatação [CASCUDO, 1997]. Quando acontece a destruição dessa camada ocorre a corrosão de armaduras, uma das manifestações patológicas mais comuns e prejudiciais em estruturas de concreto armado. Esse fenômeno tem um caráter eletroquímico, no qual acontece a formação de uma pilha, em que há na superfície do próprio aço a presença de um ânodo e um cátodo, imersos em um meio aquoso, o eletrólito. De acordo com o modelo proposto por Tuutti, o processo de corrosão se divide em duas etapas: a iniciação e propagação. O período compreendido como iniciação, corresponde desde a construção da estrutura até o agente agressivo conseguir despassivar a armadura. Já na propagação ocorre o processo corrosivo em si até um grau inaceitável para a estabilidade da estrutura.
Fig. 1 – Modelo de vida útil proposto por Tuutti [TUUTTI, 1982 apud CASCUDO, 1997] Os produtos de corrosão constituem‐se de óxidos e hidróxidos de ferro, podendo estes causar tensões internas de cerca de 15 Mpa [CASCUDO, 1997], sendo que a formação desses produtos são acompanhadas por um aumento de volume que pode ser da ordem de 600% em relação ao metal original, tornando‐se a principal hipótese da expansão e fissuração no concreto afetado pela corrosão [MEHTA & MONTEIRO, 2008]. 2.3 Umidade Devido a suas ótimas qualidades construtivas, o concreto é o material de construção mais amplamente utilizado pelo ser humano na atualidade. Assim, como um de seus componentes, a água exerce papel significativo para que o concreto adquira desempenho tão elevado, pois sem ela, não seria possível a hidratação dos compostos cimentícios. 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 No entanto, a água também consiste em uma variável de extrema importância para que se iniciem os mais diversos fenômenos patológicos em estruturas de concreto. Verçosa [1991] apud Souza [2008] descreve que a umidade não é apenas uma causa de patologias, ela age também como um meio indispensável para que ocorra a maioria dos problemas deletérios em construções. Ela é fator essencial para o surgimento de eflorescências, ferrugens, mofo, bolores, perda de pinturas, e até a causa de acidentes estruturais. A origem da umidade em construções e bastante variada, pois essa pode ser originária durante a fase de erguimento, de vazamentos em redes hidráulicas, etc. Porém, é mais comum a umidade resultante da precipitação de chuvas, que pode ainda ser agravada por sistemas de impermeabilização precários [VERÇOSA, 1991 apud SOUZA, 2008]. 2.4 Fissuras e trincas As fissuras são fendas que afetam a superfície do elemento estrutural tornando‐se um caminho rápido para a entrada de agentes agressivos para a armadura [SILVA, 2011]. Esses processos deletérios são inevitáveis, pois o próprio concreto apresenta uma resistência à tração bastante reduzida, contribuindo consideravelmente para a ocorrência de tal fenômeno. Suas origens são de uma complexidade elevada, já que são muitos os parâmetros que influenciam nesse processo. As fissuras podem resultar das movimentações higroscópicas no interior do concreto, retração hidráulica, cargas excessivas atuantes, recalques diferenciais ocorridos na fundação da estrutura, pressões internas causadas por reações expansivas como a corrosão de armaduras, reação álcali‐agregado, ataque por sulfato, hidratação de óxidos da pasta de cimento e outras causas bastante raras e particulares. Elas podem revelar um estado de comprometimento das propriedades construtivas relativas ao desempenho estrutural, pois vários fatores determinam o grau de risco que as trincas representam para a vida útil dos mais diversos materiais. O mais relevante desses elementos é a questão da abertura da trinca, que para a maioria dos pesquisadores uma abertura menor que 0,4 mm seria insignificante para prejudicar a durabilidade da edificação. Consequentemente, fissuras com um valor superior apresentariam riscos mais expressivos especialmente no que diz respeito à penetração de agentes agressivos. 2.5 Erosão Os leitos de rios são compostos por espessas camadas de areia e pedregulho, que na maioria dos casos, são excelentes terrenos de fundação no que tange à sua resistência, no entanto, do ponto de vista da erosão representam perigos para as estruturas de pontes [CAPUTO, 2000]. Porém, as barragens, calhas de vertedouros, tubulações e canais de irrigação também são expostos a esse tipo de fenômeno deletério. Este processo é denominado de erosão, que pode ser definida como o desgaste provocado por fluidos em movimento, na qual nestes existem partículas sólidas suspensas que se colidem com a superfície da estrutura. Assim, o concreto é atingido, no qual o choque mecânico é capaz de remover a camada de revestimento, resultando em problemas simplesmente estéticos ou até sérios defeitos estruturais. Em geral, essas partículas correspondem aos pedregulhos, galhos, e outros materiais que sejam carregados pela água. 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 Uma baixa relação água/cimento, emprego de agregados de elevada dureza superficial ou adições minerais específicas, acompanhado da utilização de uma cura apropriada, são elementos primordiais para que se obtenha um concreto com uma permeabilidade reduzida. Isso resulta em uma microestrutura menos porosa levando, assim, a ter um concreto mais resistente. 4. Metodologia Visitas foram realizadas in loco, onde foi realizada a inspeção visual prévia juntamente com o acervo fotográfico, para que fosse possível catalogar as manifestações patológicas com maior riqueza de detalhes posteriormente. Foram realizadas entrevistas com o objetivo de obter informações relativas à ponte em estudo, tais como detalhes estruturais, ano de construção, históricos da obra, etc. 5 Resultados e discussões Como foi visto, a edificação em estudo apresenta grande importância para a cidade de Sobral. Entretanto, a notável presença de diversas manifestações patológicas na ponte Othon de Alencar podem afetar negativamente o desempenho estrutural desta, necessitando de uma intervenção para que essa alcance o máximo de sua vida útil. A corrosão das armaduras em concreto armado é sem dúvida o fenômeno deletério mais difundido na literatura, justamente pelo fato desta ser relativamente comum. A ponte Othon de Alencar está em um processo corrosivo avançado, pois vários focos desta manifestação patológica foram encontrados em diversas partes da estrutura, como nas vigas e pilares. As figuras abaixo retratam a deterioração sofrida por essa ponte:
Fig. 2 – Corrosão generalizada no tabuleiro da ponte 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 – Processo corrosivo no pilar A presença de água é indispensável para que ocorram as principais reações deletérias no concreto. Assim, um ambiente úmido e possíveis infiltrações na estrutura aumentam expressivamente o perigo em relação à conservação das edificações. Na estrutura em questão, foram localizados diversos pontos onde a presença de umidade era elevada, o que nos casos abaixo resultou em manchas superficiais, além de desagregação do concreto de cobrimento das armaduras. Assim, a umidade contribuiu de forma considerável para o agravamento do processo corrosivo, como se pode constatar nas fotos abaixo: Fig. 4 – Umidade juntamente com corrosão de armaduras 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 – Manchas de umidade e de produtos de corrosão Dependendo de sua gravidade, a fissuração compreende em um dos mais significativos sinais de colapso que uma construção pode apresentar. Nesse contexto, as fissuras podem também causar incômodos psicológicos para os usuários, independente de estes serem especialistas ou leigos no assunto. A ponte Othon de Alencar apresenta alguns focos dessa manifestação patológica, acontecendo em forma de mapas (Fig. 6), e por meio de fissuras longitudinais em pilares, acompanhando a armação da peça estrutura (Fig. 7). Esta última com forte característica de corrosão da armadura principal, como pode ser visto nas figuras a seguir: 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. 6 – Fissuração Fig. 7 – Fissura longitudinal em pilar O processo erosivo pode vir a acontecer devido a vários motivos, como erros de projeto e execução, um concreto com resistência deficiente, agentes agressivos externos, etc. Essa 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 manifestação reduz a seção de cobrimento no concreto em contato com a água, o que prejudica o desempenho e durabilidade da estrutura. Na imagem a seguir, é notável a presença desse processo patológico na ponte analisada. Devido ao período das secas na região do nordeste brasileiro, os níveis dos rios estão consideravelmente mais baixos, facilitando significativamente o diagnóstico dessa patologia. Fig. 3 – Desgaste provocado por erosão em pilares 6 Conclusões A ponte Othon de Alencar, com seus quase 80 anos de existência, apresenta diversas ações deletérias em andamento, algumas, como a corrosão das armaduras, esta em um estágio bastante avançado. Outro fator preponderante nesse aspecto e a presença de umidade, fazendo com que a deterioração da ponte se agrave mais rapidamente. Essas patologias possibilitam uma diminuição do desempenho mecânico da ponte, consequentemente afetando a durabilidade de tal edificação, o que coloca em risco a integridade física das pessoas que diariamente utilizam tal estrutura para se locomoverem. A falta de uma devida manutenção preventiva, sem dúvida, contribuiu consideravelmente para que a estrutura chegasse a esse estado de deterioração, pois caso houvesse o devido cuidado, a maioria das manifestações patológicas presentes não estariam em um processo tão evoluído. Em virtude desse descuido, os custos necessários para uma recuperação adequada de uma estrutura relativamente danificada são exorbitantes, pois requerem na maioria dos casos profissionais especializados, além de materiais específicos e sofisticadas técnicas de reabilitação. Sendo assim, tendo em base a significância da ponte para a economia local, tanto como rodovia como uma ferrovia, é de fundamental importância uma reabilitação adequada e urgente, pois o tempo é um fator preponderante para o agravamento das manifestações patológicas. A redução 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 do tempo para a recuperação de toda estrutura danificada também significa reduzir os gastos relativos ao seu reparo. Tratamentos para controlar o processo corrosivo, impedir a infiltração de águas pluviais, além da reparação de peças desgastadas pela erosão constituem em medidas necessárias para que a vida útil ponte em análise seja prolongada, fazendo com que esta continue a cumprir o papel para o qual foi projetada. Referências [1] Andrade T, Silva A J C. Tópicos sobre durabilidade do concreto. In: ISAIA, Geraldo C. (Ed). Concreto: Ensino, Pesquisa e Realizações. Vol. 1. São Paulo: IBRACON; 2005. Cap. 25, p. 753 – 792. [2] Mehta P K, Monteiro P J M. Concreto: Microestrutura, propriedades e materiais. 3ª ed. São Paulo: IBRACON; 2008. [3] Souza V C M, Ripper T. Patologia, recuperação e reforço de estruturas de concreto. São Paulo: PINI; 1998. [4] Rocha H. O lado esquerdo do rio. 1ª ed. São Paulo: Editora Hucitec; 2003. [5] Andrade C. Manual para Diagnóstico de Obras Deterioradas por Corrosão de Armaduras. 1ª ed. São Paulo: PINI; 1992. [6] Cascudo W. O controle da corrosão de armaduras em concreto – Inspeção e técnicas eletroquímicas. 1ª ed. São Paulo: PINI; 1997. [7] Cascudo W. O controle da corrosão de armaduras em concreto – Inspeção e técnicas eletroquímicas. 1ª ed. São Paulo: PINI; 1997. [8] Mehta P K, Monteiro P J M. Concreto: Microestrutura, propriedades e materiais. 3ª ed. São Paulo: IBRACON; 2008. [9] Souza M F. Patologias ocasionadas pela umidade nas edificações. Monografia (Especialização em Construção Civil) ‐ Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte; 2008. [10] Souza M F. Patologias ocasionadas pela umidade nas edificações. Monografia (Especialização em Construção Civil) ‐ Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte; 2008. [11] Silva, L K. Levantamento de manifestações patológicas em estruturas de concreto armado no estado do Ceará. Monografia (Graduação em Engenharia Civil) – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza; 2011. [12] Caputo, H P. Mecânica dos Solos e Suas Aplicações. 6.ed. Vol. 2. Rio de Janeiro: LTC; 2000. Anais do IX Congresso Internacional sobre Patologia e Recuperação de Estruturas – CINPAR 2013