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UNIVERSIDADE ESTADUAL VALE DO ACARAU – UVA CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA – CCET GRADUAÇÃO BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL FRANCISCO AVELAR RODRIGUES JÚNIOR ANÁLISE DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM PONTES DE CONCRETO ARMADO LOCALIZADAS NO MUNICÍPIO DE SOBRAL-CE SOBRAL – CE 2018 FRANCISCO AVELAR RODRIGUES JÚNIOR ANÁLISE DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM PONTES DE CONCRETO ARMADO LOCALIZADAS NO MUNICÍPIO DE SOBRAL-CE Monografia apresentada à Universidade Estadual Vale do Acaraú – UVA, como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil, sob orientação da Prof. Me. Gerson Luiz Apoliano Albuquerque. SOBRAL – CE 2018 Monografia apresentada como requisito necessário para obtenção do título de Engenheiro Civil. Qualquer citação atenderá às normas da ética científica. ________________________________________________________ Francisco Avelar Rodrigues Júnior Monografia aprovada em 11 / 10 / 2018 . _____________________________________________________________ Orientador: Prof. Me. Gerson Luiz Apoliano Albuquerque _____________________________________________________________ 1º Examinador: Prof. Dr. Juscelino Chaves Sales _____________________________________________________________ 2º Examinador: Prof. Esp. José Augusto Azevedo Laureano _____________________________________________________________ Coordenador do Curso Prof. Me. Éder Paulus Moraes Guerra Dedico este trabalho, primeiramente, a Deus e ao meu querido Pai, que não está presente, mas que, acredito, esteja bastante feliz por mim. AGRADECIMENTOS Agradeço inicialmente a Deus pelo dom da vida que me deu e pelo bem que sempre me fez em todos os momentos da minha vida, mesmo naqueles momentos de correção dos meus erros, que, no primeiro instante, trouxeram-me sofrimentos, mas que, depois, trouxeram-me alegria. Agradeço também ao meu pai, Francisco Avelar Rodrigues (in memoriam), que infelizmente não pode estar presente neste momento tão feliz da minha vida, mas que não poderia deixar de dedicar a ele. Hoje estou aqui, principalmente, devido a seus ensinamentos e valores repassados. Obrigado por tudo! Saudades eternas! À minha namorada querida, Inara, apoio constante, palavra amiga e encorajadora, que me fazem caminhar para frente, superando os obstáculos e desafios. Aos meus irmãos, Maximiano, Lucrécia e Gisele, pelo apoio e força que me deram, especialmente nos momentos difíceis da minha vida e da realização deste trabalho. Ao meu orientador, Prof. Gerson Luiz Apoliano Albuquerque, pelo esforço, disponibilidade e dedicação, que tanto contribuiu para a construção deste trabalho. A todos os professores do curso de Engenharia Civil e de outros cursos, que muito contribuíram, não somente na realização deste trabalho, mas desde o início do curso. Muito obrigado por tudo, pela paciência, pela amizade e pelos ensinamentos que levarei para sempre. A todos os funcionários da Universidade, aos colegas do curso, a todas as pessoas que, de alguma maneira, direta ou indiretamente, contribuíram para a realização deste trabalho e para minha formação. “Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma.” (LAVOISIER, s.d.) https://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=9&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwj-5PSKtqrZAhVFQ5AKHUcVBCcQFgiTATAI&url=http%3A%2F%2Fwww.fem.unicamp.br%2F~em313%2Fpaginas%2Fperson%2Flavoisie.htm&usg=AOvVaw2wFQon9r4_hmjCi0SD6cAp RESUMO As pontes ou, como também são conhecidas, Obras de Arte Especiais (OAE) são estruturas que apresentam a finalidade de transpor obstáculos em uma via, como rios, outras vias, vales profundos, dentre outros. As pontes devem suportar as solicitações que surgirão sobre elas, favorecendo a rodagem de veículos e o transporte de pequenas e grandes cargas. Grande parte dessas obras de arte de engenharia, após construídas, não recebem nenhum tipo de manutenção preventiva ao longo do tempo, ocasionando no surgimento de manifestações patológicas que tendem a afetar seus elementos estruturais. Dentre os problemas mais comuns em pontes de concreto armado, pode-se citar os danos causados pela exposição das armaduras e a desagregação do concreto, por exemplo. O objetivo principal desse trabalho foi realizar um estudo, com foco na análise das patologias mais preocupantes, em pontes de concreto armado, localizadas no município de Sobral-CE. Inicialmente, foram realizadas visitas nas pontes para identificar as possíveis manifestações patológicas. Quando identificadas, estas foram registradas através de fotografias in loco para posterior análise a respeito de qual manifestação patológica se tratava. Foram identificados problemas como corrosão das armaduras, desagregação do concreto, eflorescência, drenos inapropriados e incorreções nas juntas, evidenciando suas possíveis causas e sugerindo tratamento de recuperação. As patologias identificadas foram causadas devido às reações naturais da estrutura com os agentes agressivos do meio e devido à falta de inspeções periódicas por parte dos órgãos responsáveis. Palavras chaves: Pontes; Manifestações; Concreto Armado; Patologias; Manutenção; Agentes agressivos. ABSTRACT Bridges, also known as Special Engineering Structures (OAE, in Portuguese) are structures that have the purpose of crossing obstacles in a road, like rivers, other roads, deep valleys, among others. Bridges must withstand the demands that will arise, providing support for the passage of vehicles and carriage of freight. Most of these special engineering structures, after built, do not receive any kind of preventive maintenance over time, leading to the appearance of pathological manifestations that tend to affect its structural elements. Among the most common problems in reinforced concrete bridges are the damages caused by the exposure of reinforcements and the breakdown of concrete, for example. The main objective of this work was to conduct a study focused on the analysis of the most worrying pathologies in reinforced concrete bridges located in the municipality of Sobral-CE. Initially, visits were made to the bridges to identify possible pathological manifestations. When identified, these were recorded through in situ photographs, for later analysis as to which pathological manifestation was treated. Problems such as reinforcement corrosion, concrete disintegration, efflorescence, inappropriate drainage, and joint errors were identified, evidencing its possible causes and suggesting recovery treatment. The pathologies identified were caused due to the natural reactions between the structure and the aggressive agents of the environment, and due to the lack of periodic inspections by the responsible entities. Keywords: Bridges; Manifestations; Reinforced concrete; Pathologies; Maintenance; Aggressive agents. LISTA DE FIGURAS Figura 1– Ilustrações demonstrativas de ponte e viaduto. .......................................................... 21 Figura 2 – Elementos formadores das pontes. .............................................................................. 22 Figura 3 – Elementos formadores da seção transversal de uma ponte. ................................... 23 Figura 4 – Elementos formadores da seção longitudinal de uma ponte. .................................. 23 Figura 5 – Tipos estruturaisde pontes. .......................................................................................... 25 Figura 6 – Resumo detalhado de causas intrínsecas. ................................................................. 27 Figura 7 – Resumo detalhado de causas extrínsecas. ................................................................ 28 Figura 8 – Principais causas dos problemas patológicos. ........................................................... 29 Figura 9 – Diferenciações baseadas nas espessuras das aberturas. ....................................... 31 Figura 10 – Relação entre abertura de fissuras e danos ocasionados. .................................... 32 Figura 11 – Desagregação do concreto em viga. ......................................................................... 33 Figura 12 – Desagregação do concreto em pilar de galpão. ....................................................... 34 Figura 13 – Degradação da alvenaria ocasionada por eflorescência. ....................................... 35 Figura 14 – Lixiviação da pasta do cimento. .................................................................................. 36 Figura 15 – Pilar com armadura exposta e corroída. ................................................................... 37 Figura 16 – Reações que ocorrem no processo de corrosão. .................................................... 38 Figura 17 – Mecanismo de corrosão. .............................................................................................. 38 Figura 18 – Processo detalhado da corrosão de uma armadura. .............................................. 39 Figura 19 – Utilização do indicador de fenolftaleína em atividade de inspeção. ...................... 40 Figura 20 – Comparativo da manutenção preventiva e da esporádica. .................................... 44 Figura 21 – Maneiras de manutenção das estruturas. ................................................................. 45 Figura 22 – Ponte (P01) com sua extensão detalhada. ............................................................... 46 Figura 23 – Vista lateral da P01 mostrando sua arquitetura com arcos. ................................... 47 Figura 24 – Vista superior da P01. .................................................................................................. 48 Figura 25 – Tampa quebrada do passeio da P01. ........................................................................ 49 Figura 26 – Tampas danificadas presentes no passeio da P01. ................................................ 49 Figura 27 – Visão da pavimentação da P01 antes das modificações. ...................................... 50 Figura 28 – Visão da pavimentação da P01 depois das modificações. .................................... 51 Figura 29 – Guarda-corpo com pintura desgastada e desplacamento de revestimento. ....... 51 Figura 30 – Execução de pintura nas barreiras e arestas da P01. ............................................ 52 Figura 31 – Junta de dilatação da ponte P01. ............................................................................... 52 Figura 32 – Dreno da P01 em perfeito estado. .............................................................................. 53 Figura 33 – Tubulação com inconformidades na P01. ................................................................. 54 Figura 34 – Manchas de umidade na parte inferior da P01. ....................................................... 54 Figura 35 – Manchas de umidade na transversina e longarinas da P01. ................................. 55 Figura 36 – Ponte (P02) com sua extensão detalhada. ............................................................... 56 Figura 37 – Visão lateral da P02. ..................................................................................................... 57 Figura 38 – Visão superior da ponte P02. ...................................................................................... 58 Figura 39 – Visão do passeio da ponte P02. ................................................................................. 59 Figura 40 – Visão da pavimentação da P02. ................................................................................. 59 Figura 41 – Armadura exposta no guarda-corpo coberta por pintura. ....................................... 60 Figura 42 – Presença de armadura exposta no guarda-corpo. .................................................. 61 Figura 43 – Junta de dilatação desgastada na P02...................................................................... 61 Figura 44 – Tubos de PVC presentes na P02. .............................................................................. 62 Figura 45 – Tubo de PVC presente no passeio da P02. .............................................................. 63 Figura 46 – Manchas e armaduras expostas no tabuleiro da P02. ............................................ 63 Figura 47 – Corrosão das armaduras das longarinas da P02. ................................................... 64 Figura 48 – Desgaste do concreto e corrosão das barras no tabuleiro da P02. ...................... 64 Figura 49 – Lixiviação e eflorescência no tabuleiro. ..................................................................... 65 Figura 50 – Ponte (P03) com sua extensão detalhada. ............................................................... 67 Figura 51 – Visão superior da P03. ................................................................................................. 68 Figura 52 – Visão lateral da P03. ..................................................................................................... 68 Figura 53 – Visão do passeio da P03. ............................................................................................ 69 Figura 54 – Visão da pavimentação da P03 antes da manutenção. .......................................... 70 Figura 55 – Visão da pavimentação da P03 após a manutenção. ............................................. 70 Figura 56 – Guarda-corpos com fissuras e armaduras expostas. .............................................. 71 Figura 57 – Junta da P03 apresentando sinais de desgaste. ..................................................... 72 Figura 58 – Junta da P03 apresentando inconformidades. ......................................................... 72 Figura 59 – Dreno em conformidade visto da parte superior. ..................................................... 73 Figura 60 – Dreno visto da parte inferior e as manchas na longarina. ...................................... 74 Figura 61 – Visão inferior da P03, mostrando manchas de infiltração. ..................................... 74 Figura 62 – Ponte (P04) com sua extensão detalhada. ............................................................... 75 Figura 63 – Visão lateral da ponte (P04). ....................................................................................... 76 Figura 64 – Visão superior da ponte (P04). ................................................................................... 77 Figura 65 – Visão do passeio da ponte (P04). .............................................................................. 78 Figura 66 – Visão da pavimentação da P04. ................................................................................. 78 Figura 67 – Pintura desgastada da ponte (P04). .......................................................................... 79 Figura 68 – Modificação que ocorreu no guarda-corpo da P04. ................................................. 80 Figura 69 – Junta de dilatação da P04 com inconformidades. ................................................... 80 Figura 70 – Estrutura de drenagem da P04 sem obstrução. ....................................................... 81 Figura 71 – Estrutura de drenagem da P04 executada incorretamente. ................................... 81 Figura 72 – Visãoinferior da P04. ................................................................................................... 82 Figura 73 – Eflorescências presentes no tabuleiro da P04. ........................................................ 83 Figura 74 – Armaduras expostas no tabuleiro da P04. ................................................................ 83 Figura 75 – Ponte (P05) com sua extensão detalhada. ............................................................... 84 Figura 76 – Visão lateral da P05. ..................................................................................................... 85 Figura 77 – Visão superior da P05. ................................................................................................. 86 Figura 78 – Visão do passeio da P05. ............................................................................................ 87 Figura 79 – Visão da pavimentação da P05. ................................................................................. 87 Figura 80 – Barreira de proteção da P05. ...................................................................................... 88 Figura 81 – Junta da P05 em desgaste. ......................................................................................... 88 Figura 82 – Junta de dilatação da P05 com inconformidades .................................................... 89 Figura 83 – Estrutura de drenagem da P05. .................................................................................. 89 Figura 84 – Visão inferior da P05. ................................................................................................... 90 Figura 85 – Mancha branca na transversina da P05. ................................................................... 90 Figura 86 – Manchas em elementos estruturais da P05. ............................................................. 91 Figura 87 – Armadura exposta no tabuleiro da P05. .................................................................... 92 Figura 88 - Frequência de patologias nas pontes estudadas ..................................................... 93 LISTA DE QUADROS Quadro 1 – Denominações dos elementos constituintes das pontes. ....................................... 24 LISTA DE SIGLAS CA Concreto Armado CE Ceará CP Cimento Portland DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura e Transportes IST Instituto Superior Técnico NBR Norma Brasileira OAE Obras de Arte Especiais PVC Polyvinyl chloride LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS CaCO3 carbonato de cálcio Ca(OH) 2 hidróxido de cálcio Cl- íon cloreto CO2 gás carbônico ou dióxido de carbono. H2O água ppt extensão do PowerPoint s.d. sem data SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ....................................................................................................................... 16 1.1 Justificativa ........................................................................................................................... 17 1.2 Objetivos ................................................................................................................................ 18 1.2.1 Objetivo geral ......................................................................................................................... 18 1.2.2 Objetivos específicos ............................................................................................................ 18 1.3 Metodologia .......................................................................................................................... 18 1.4 Estrutura do trabalho ......................................................................................................... 18 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .......................................................................................... 20 2.1 Pontes ..................................................................................................................................... 20 2.2 Elementos constituintes das pontes .............................................................................. 20 2.3 Classificação das pontes .................................................................................................. 24 2.4 Principais causas dos problemas patológicos ........................................................... 25 2.5 Patologias mais comuns em pontes .............................................................................. 30 2.5.1 Fissuração ............................................................................................................................. 30 2.5.2 Desagregação de Concreto .............................................................................................. 33 2.5.3 Eflorescências e Lixiviação .............................................................................................. 34 2.5.4 Corrosão de Armaduras .................................................................................................... 36 2.5.5 Falhas nas instalações de drenagem............................................................................. 41 2.5.6 Falhas nas juntas de dilatação ........................................................................................ 41 2.5.7 Falhas na pista de rolamento ........................................................................................... 42 2.6 A importância da inspeção periódica ............................................................................ 43 3. ESTUDOS DE CASO EM SOBRAL-CE ........................................................................... 46 3.1 Dados da Ponte P01 ............................................................................................................ 46 3.1.1 Manifestações Patológicas encontradas na P01 ........................................................ 48 3.1.2 Sugestões de Terapia para as manifestações da P01 ............................................... 55 3.2 Dados da Ponte P02 ............................................................................................................ 56 3.2.1 Manifestações Patológicas encontradas na P02 ........................................................ 58 3.2.2 Sugestões de Terapia para as Manifestações da P02 ............................................... 65 3.3 Dados da Ponte P03 ............................................................................................................ 66 3.3.1 Manifestações Patológicas encontradas na P03 ........................................................ 68 3.3.2 Sugestões de Terapia para as Manifestações da P03 ............................................... 75 3.4 Dados da Ponte P04 ............................................................................................................ 75 3.4.1 Manifestações Patológicas encontradas na P04 ........................................................ 77 3.4.2 Sugestões de Terapia para as Manifestações da P04 ............................................... 83 3.5 Dados da Ponte P05 ............................................................................................................ 84 3.5.1 Manifestações Patológicas encontradas na P05 ........................................................ 86 3.5.2 Sugestões de Terapia para as Manifestações da P05 ............................................... 92 4. FREQUÊNCIA E RESULTADOS DA QUANTIFICAÇÃO DAS PATOLOGIAS ......... 93 5. POSSÍVEIS TERAPIAS CORRETIVAS ............................................................................94 6. CONCLUSÃO ........................................................................................................................ 96 REFERÊNCIAS .................................................................................................................................. 97 ANEXOS ............................................................................................................................................ 100 16 1. INTRODUÇÃO Este trabalho faz uma análise das manifestações patológicas em pontes de concreto armado, tomando, como estudo de caso, cinco pontes existentes na cidade de Sobral, Ceará. Por volta de 1940, a implantação da malha rodoviária surgiu como um dos principais assuntos debatidos no Brasil. Nesta mesma época, foram elaboradas as primeiras Normas Brasileiras (NBRs) que se referem ao cálculo e execução de estruturas de concreto armado. Consequentemente, por volta da década de 70, o Brasil experimentou um desenvolvimento bastante intenso, em um período chamado “milagre econômico”, onde grandes investimentos estrangeiros proporcionaram a realização de grandes obras no país, como as pontes, por exemplo. Segundo Bertolini (2010), em tempos passados, a maioria acreditava que as estruturas de concreto armado (CA) fossem intrinsecamente duráveis e, mesmo quando realizadas sem cuidados particulares e expostas a ambientes agressivos eram imunes à degradação. Entretanto, por volta da década de 80, foi perceptível o aumento dos casos de deterioração, que eram acompanhados por riscos de segurança e maiores custos de manutenção, o que fez a perspectiva mudar drasticamente e se compreender a importância do combate à degradação das estruturas de maneira preventiva. Ao passar dos tempos, as construções de pontes e outras obras rodoviárias foram passando por inovações e aperfeiçoamentos, havendo uma maior preocupação com a fase de projeto e execução, uma maior análise de vida útil da obra e a realização de inspeções periódicas. Porém, infelizmente, devido não haver um cuidado adequado com a manutenção, é possível perceber que uma grande quantidade das pontes atuais apresenta estados patológicos comprometedores, oferecendo graves riscos à segurança da sociedade e acumulando prejuízos econômicos devido ao estado de abandono. A falta de manutenção faz com que pequenas manifestações patológicas, que teriam baixo custo de recuperação, evoluam para situações de desempenho insatisfatório com ambientes insalubres, de deficiente aspecto estético, de possível insegurança estrutural e de alto custo de recuperação (ANTONIAZZI, s.d.). 17 No Brasil, pelo que se pode perceber, não há tradição de manutenção preventiva. Pode-se perceber facilmente o descaso de obras públicas, onde o estado de conservação de pontes, viadutos e outras obras municipais se encontra bastante prejudicado pela ação do homem ou do tempo. Cabe destacar que esses tipos de casos são, de certo modo, constrangedores, já que a população acaba pagando indiretamente, por meio dos impostos, a manutenção desses monumentos. É aconselhável que, por meio de fiscalizações periódicas dos órgãos públicos, haja maior preocupação com as patologias geradas em obras públicas, havendo uma melhor conservação dos equipamentos e evitando gastos maiores no futuro, já que os custos com manutenção são mínimos diante dos transtornos e estragos de uma estrutura que já se encontra comprometida. Uma maior organização e preocupação preventiva pode proporcionar uma maior segurança aos usuários e gerar mais economia para os setores afins. As pontes de concreto armado costumam apresentar problemas comuns de corrosão das armaduras em suas vigas, pilares e tabuleiro. Portanto, com isso, surge a importância de analisar esse problema de maneira detalhada, pois o tratamento do mesmo possui influência direta na durabilidade da estrutura. Além deste, existem problemas como os de desagregação do concreto, eflorescências e armaduras expostas, que também serão abordados no estudo de caso desse trabalho, devido às suas parcelas de importância no comportamento de obras rodoviárias. 1.1 Justificativa Entendendo que as pontes são estruturas de imensa importância no meio rodoviário e que não se há um devido cuidado com a manutenção das mesmas, este trabalho se torna relevante na abordagem das principais manifestações patológicas incidentes nesses elementos. E como casos a serem estudados para vislumbrar um melhor delineamento do tema, escolheram-se cinco pontes de concreto armado localizadas na cidade de Sobral, estado do Ceará, por considerar que são peças de grande porte, mais suscetíveis a agressividades do meio e apresentarem um maior número de usuários. 18 1.2 Objetivos 1.2.1 Objetivo geral Registrar, através de inspeção simples e com fotografias, as manifestações patológicas encontradas nas cinco pontes presentes na cidade de Sobral, estado do Ceará, e propor possíveis medidas corretivas tendo por base os estudos realizados acerca do tema abordado. 1.2.2 Objetivos específicos - Visitar e inspecionar a parte superior e inferior das pontes. - Registrar, por meio de fotos, as manifestações patológicas encontradas. - Sugerir supostas terapias para as manifestações patológicas registradas. 1.3 Metodologia A metodologia utilizada neste trabalho foi uma pesquisa bibliográfica exploratória, aliada a uma pesquisa de campo em cinco pontes existentes na cidade de Sobral, Ceará, como estudo de caso, onde foram feitos registros fotográficos das diversas manifestações patológicas encontradas. Este trabalho foi desenvolvido baseado na caracterização e especificação dos elementos constituintes das pontes, citando suas classificações e relatando as patologias mais visíveis nesses elementos de transposição. Os estudos de casos presentes neste trabalho surgiram da realização de visitas nas cinco pontes na cidade de Sobral-CE, recolhendo informações e memorial fotográfico, buscando analisar as principais manifestações presentes. 1.4 Estrutura do trabalho Este trabalho de conclusão de curso está dividido de acordo com as seguintes seções, conforme abaixo: A seção 1 inicia-se com a problemática do tema, apresentando a justificativa, os objetivos, metodologia e a estrutura do trabalho. A seção 2 contempla o referencial teórico, apresentando definições bem breves sobre ponte, introduzindo os parâmetros e conceitos de classificação; apresenta a divisão dos elementos constituintes das pontes, dividindo-os em superestrutura, 19 mesoestrutura e infraestrutura; discorre sobre as características físicas das pontes, descrevendo as suas possíveis classificações; explana sobre os principais fatores que causam o surgimento de patologias em pontes e estruturas de concreto armado; são citadas as principais manifestações patológicas presentes em pontes e mostra, de maneira bem breve, as possíveis consequências do aparecimento dessas anomalias; relata a importância da inspeção e manutenção periódica das obras de arte especiais, fazendo um comparativo de custos entre a manutenção preventiva e a manutenção esporádica. A seção 3 trata dos estudos de casos, descrevendo as pontes e mostrando seus estados de conservação. Mostra os dados gerais de cada ponte inspecionada, o registro fotográfico das manifestações patológicas encontradas em cada uma delas e, por fim, sugestões de possíveis terapias para corrigir/mitigar essas falhas. Na seção 4 está a conclusão do trabalho, referindo-se as pontes inspecionadas e refletindo sobre as manifestações patológicas encontradas, bem como a sugestão para eventuais trabalhos futuros. Para finalizar, apresentam-se as referências utilizadas deste trabalho. 20 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Nesta seção, são tratadas as principaisdefinições necessárias para uma revisão, servindo como base para melhor favorecer a compreensão do assunto abordado. 2.1 Pontes De acordo com Marchetti (2009), o termo ponte pode ser definido como uma estrutura destinada a permitir a transposição de obstáculos encontrados em uma via, como rios, braços de mar, vales profundos, dentre outros. Entretanto, conforme Pfeil (1985), como regra geral, define-se ponte como sendo uma construção que possui a finalidade de transpor obstáculos e dar continuidade a uma via. Essas definições citadas, de certo modo, são bem generalizadas, levando em consideração que existem vários tipos de pontes, com diversas classificações, observando aspectos construtivos, análise de materiais, natureza do tráfego, obstáculo transposto, distância do vão, etc. Cabe destacar também que, geralmente, considera-se ponte quando o obstáculo transposto for um rio e denomina-se viaduto quando a transposição for sobre um vale ou outra via. De acordo com DNIT (2010), as pontes são consideradas obras de arte especiais de engenharia, sendo constituídas de concreto armado que sofrem processos de degradação. As pontes de concreto, embora conhecidas pelo baixo custo de manutenção e pela sua durabilidade, deterioram-se por envelhecimento, construção pouco apurada, estruturas subdimensionadas para cargas móveis, que são sempre crescentes, e projetos deficientes para padrões atuais. 2.2 Elementos constituintes das pontes De maneira bem específica, levando em consideração as unidades de grandeza e dimensão, as pontes podem ser consideradas de pequeno ou de grande porte. Segundo Pfeil (1985), tradicionalmente, as pontes que apresentam pequenos vãos podiam ser denominadas de pontilhões. Segundo El Debs e Takeya (2003), uma ponte seria um elemento estrutural destinado a transpor um determinado obstáculo constituído por um rio ou outra 21 superfície líquida. Já o viaduto seria destinado a transpor um vale ou uma via. Independente da transposição a ser vencida, o desenvolvimento estrutural de ambos é bastante semelhante em quase todo o conjunto, como mostra a Figura 1. Figura 1– Ilustrações demonstrativas de ponte e viaduto. Fonte: Modificado de El Debs e Takeya (2009) Cabe destacar que a classificação dos elementos formadores das pontes vai depender de cada autor. Segundo Leonhardt (1979), os elementos dividem-se em superestrutura e infraestrutura. Porém, baseando-se nos pensamentos de Mason (1977) e Pfeil (1985), sob o ponto de vista funcional, as pontes podem ter seus elementos constituintes divididos em três grupos distintos: superestrutura, mesoestrutura e infraestrutura. Leonhardt (1979) determina que a superestrutura é formada por tabuleiro, vigas principais e secundárias, considerando pilares, encontros e apoios formadores da infraestrutura. Entretanto, Mason (1977) e Pfeil (1985), defendem que a superestrutura é a maior responsável por receber a ação direta das cargas e relatam que a mesoestrutura é composta por pilares e encontros, apresentando função de suportar as cargas provenientes da superestrutura e transmiti-las para a infraestrutura (fundação). Segundo Mason (1977), as vigas principais das pontes denominam-se longarinas e as transversais são conhecidas como transversinas. O tabuleiro (pavimento) e o sistema principal de vigas funcionam de forma integrada no favorecimento da distribuição de cargas. 22 A divisão adotada no decorrer deste trabalho segue os fundamentos de Mason (1977) e Pfeil (1985), a qual distribuem os componentes em três grupos (superestrutura, mesoestrutura e infraestrutura) como mostra a Figura 2. Figura 2 – Elementos formadores das pontes. Fonte: Modificado de Mason (1977) A fisionomia das pontes também é constituída de detalhes transversais e longitudinais. Esses tipos de detalhes e dimensões, presentes em El Debs e Takeya (2009), são atualmente utilizados no dimensionamento de estruturas de transposição. Esses detalhes e médias são apresentados nas Figuras 3 e 4 e relacionados no Quadro 1. 23 Figura 3 – Elementos formadores da seção transversal de uma ponte. Fonte: Modificado de El Debs e Takeya (2009) Figura 4 – Elementos formadores da seção longitudinal de uma ponte. Fonte: Modificado de El Debs e Takeya (2009) 24 Quadro 1 – Denominações dos elementos constituintes das pontes. Elemento ou dimensão Descrição Pista de rolamento Largura disponível para o tráfego normal de veículos ou pedestres que pode ser subdividido em faixas. Acostamento Largura adicional à pista de rolamento utilizada em casos de emergência pelos veículos. Defensa Elemento de proteção aos veículos, paralelo ao acostamento. Passeio Largura adicional destinada exclusivamente ao tráfego de pedestres. Guarda-roda Elemento destinado a impedir a invasão dos veículos no passeio. Guarda-corpo Elemento de proteção aos pedestres. Viga principal ou Longarina Elemento destinado a vencer o obstáculo. Viga secundária Elemento transversal às vigas principais, destinado a evitar efeitos secundários das vigas principais e redistribuir os esforços. Tabuleiro Elemento de placa destinado a receber as ações diretas dos veículos e pedestres. Comprimento da ponte ou vão total Distância medida horizontalmente segundo o eixo longitudinal, entre as seções extremas da ponte. Vão, vão teórico ou tramo Distância medida horizontalmente entre os eixos de dois suportes consecutivos. Vão livre Distância entre faces de dois suportes consecutivos. Altura da construção Distância entre o ponto mais baixo e o mais alto da superestrutura. Altura livre Distância entre o ponto mais baixo da superestrutura e o ponto mais alto do obstáculo. Pode variar conforme os dados hidrológicos no caso do obstáculo ser um rio ou canal. FONTE: Modificado de El Debs e Takeya (2009) 2.3 Classificação das pontes As estruturas de transposição podem ser classificadas de diversas maneiras, conforme apontado por diversos autores, como Pfeil (1985), Leonhardt (1979) e El Debs e Takeya (2003). Os critérios mais comuns são: natureza do tráfego, extensão do vão, finalidade, material de construção, tipo estrutural e durabilidade. Levando em consideração a natureza do tráfego, as pontes podem ser rodoviárias, ferroviárias, passarelas, aeroviárias, canais e mistas. No que se refere ao material utilizado em sua execução, podem ser formadas de madeira, rocha, concreto (simples, armado ou protendido) ou estrutura metálica. Dentre os vários processos construtivos, destacam-se: construção com concreto moldado in loco, construção com concreto pré-moldado, construção com balanços sucessivos e construção com deslocamentos sucessivos. Quanto ao tempo de utilização ou durabilidade, as pontes podem ser classificadas em provisórias e permanentes. As pontes provisórias são geralmente 25 empregadas em casos emergenciais, com a finalidade de promover acessos, tráfegos ou transposições importantes. Levando em consideração o conjunto estrutural e sua fisionomia, as pontes caracterizam-se em laje, viga, treliça, pórtico, arco ou suspensa. Essas diferenças de detalhes estruturais são abordadas na Figura 5. Figura 5 – Tipos estruturais de pontes. Fonte: Modificado de El Debs e Takeya (2009) 2.4 Principais causas dos problemas patológicos As obras projetadas e executadas por profissionais da construção civil, semelhantes aos seres humanos, podem sofrer os efeitos dos males congênitos e adquiridos, são vulneráveis a acidentes e também se deterioram com o passar do tempo. Devido a isso, Helene (1992) conceituava patologia como sendo a parte da engenharia que examina os sintomas, o mecanismo, as origens e as causas das falhas das construções civis, ou seja, é o estudo de todos os componentes que formam o diagnóstico do problema.Segundo Gonçalves (2015), pode-se relacionar o termo “patologia” a todas as manifestações cuja ocorrência no ciclo de vida da edificação venha prejudicar o 26 desempenho esperado do edifício e suas partes (subsistemas, elementos e componentes). Souza e Ripper (1998), designam genericamente por Patologia das Estruturas um novo campo da Engenharia das Construções que se ocupa no estudo das origens, formas de manifestação, consequências e mecanismos de ocorrências das falhas e dos sistemas de degradação das estruturas. As patologias podem ser causadas por fatores internos, externos ou pela própria natureza. Segundo Vitório (2003), os fatores internos (ou endógenos) decorrem de deficiências de projeto ou execução da obra, falhas de utilização ou da deterioração natural pelo envelhecimento; os fatores externos (ou exógenos) decorrem de ações impostas por fatores provocados por terceiros, voluntários ou involuntários, não previstas durante a execução da obra; e fatores naturais manifestam-se através de falhas decorrentes de ações não provocadas diretamente pela ação humana. Souza e Ripper (1998), dividem as causas das manifestações patológicas em causas intrínsecas (inerentes às estruturas) e em causas extrínsecas (externas ao elemento estrutural). Consideram-se causas intrínsecas as que apresentam surgimento baseado nos materiais e elementos estruturais durante as fases de execução e/ou de utilização das obras. Já as causas extrínsecas são aquelas que não são dependentes do corpo estrutural, ou seja, são ações superficiais ou externas que agem sobre a estrutura durante as fases de execução ou ao longo de sua utilização. As Figuras 6 e 7 mostram um resumo das causas intrínsecas e extrínsecas detalhado por Souza e Ripper (1998). 27 Figura 6 – Resumo detalhado de causas intrínsecas. Fonte: Modificado de SOUZA E RIPPER (1998) A Figura 6 detalha as causas intrínsecas mais frequentes em obras de engenharia. Dentre as principais, destacam-se as falhas humanas na fase de execução e as ocasionadas por fatores naturais, que também acabam influenciando na proliferação de manifestações. Entretanto, na Figura 7, destacam-se as causas extrínsecas, sendo ocasionadas por erros de projeto ou ações mecânicas, como por exemplo. 28 Figura 7 – Resumo detalhado de causas extrínsecas. Fonte: Modificado de SOUZA E RIPPER (1998) Segundo Vitório (2003), estudos mostram que grande maioria dos problemas patológicos nas edificações são originados nas fases de planejamento e projeto. Essas falhas são, de certo modo, mais graves que as relacionadas à qualidade dos materiais e aos métodos construtivos. Isso se explica pela falta de investimento dos proprietários, sejam eles públicos ou privados, em projetos mais elaborados e fazendo com que a busca pura e simples de projetos mais “baratos” implique muitas vezes na necessidade de adaptações durante a fase de execução e futuramente em problemas de ordens funcional e estrutural. Segundo a NBR 15575 (2013), as obras de engenharia devem apresentar uma vida útil de, no mínimo, 50 anos, porém, grande parte das edificações apresentam problemas muito antes deste prazo. A Figura 8, a seguir, mostra as causas consideradas como fatores principais das manifestações patológicas em obras de construção civil. 29 Figura 8 – Principais causas dos problemas patológicos. Fonte: Modificado de HELENE (2003) Como se pode observar na Figura 8, grande maioria das manifestações patológicas que surgem nas edificações são causadas por ações anteriores à execução da obra, ou seja, durante os estudos preliminares e elaboração do projeto de construção civil. Para Souza e Ripper (1998), as patologias causadas pela fase de projeto estão relacionadas com elaboração inadequada, erros no cálculo da estrutura e na avaliação do solo, falta de compatibilidade entre projeto estrutural e de arquitetura, especificações inadequadas de materiais, detalhamento insuficiente ou errado, falta de padronização das representações e entre outros fatores. Ripper (1996), destaca que os calculistas e desenhistas devem ter em mente que na obra trabalham pessoas que apresentam somente conhecimentos práticos, como ferreiros, carpinteiros, encarregados, etc. Por esse motivo, os desenhos devem ser bem visíveis e detalhados para que não haja interpretação equivocada por parte dos colaboradores da obra. Levando em consideração a fase de execução, considerada a segunda maior influenciadora no surgimento de patologias, cabe destacar a importância de haver a escolha correta de mão-de-obra especializada, apresentando um devido treinamento adequado para realização das atividades e acompanhamento diário por meio de engenheiros ou encarregados. Esses tipos de cuidados, feitos de maneira correta, e a utilização de materiais de boa qualidade tendem a favorecer a execução adequada e evitar o surgimento de patologias. Cabe destacar também que, ao passar do tempo, para que as estruturas continuem mantendo uma vida útil considerável, devem ser aplicadas manutenções periódicas ou preventivas, que buscam prevenir defeitos ou danos ocasionados. O hábito de realizar esses tipos de ações podem evitar gastos excessivos com eventuais 30 manutenções corretivas, que consistem na reparação total do problema, sendo considerada a forma mais cara de manutenção quando encarada do ponto de vista total do sistema. Para Souza e Ripper (1998), casos típicos em que a manutenção periódica pode evitar problemas patológicos sérios e a própria ruína da obra, são as limpezas e a impermeabilização das lajes de cobertura, marquises e piscinas elevadas, que, se não forem executadas, possibilitam a infiltração prolongada de águas pluviais e o entupimento das estruturas de drenagem, fatores que, além de implicarem a deterioração da estrutura, podem levá-la à ruína por excesso de carga (acumulação de água). 2.5 Patologias mais comuns em pontes Considerando todas as manifestações patológicas em Obras de Arte Especiais (OAE), existem algumas que se destacam por se apresentarem com maior assiduidade, ocasionando modificações desfavoráveis à estrutura. 2.5.1 Fissuração Segundo Cánovas (1988), as patologias nas estruturas de concreto são, em sua maioria, evidenciadas por trincas, fissuras e corrosão de armações de vários tipos. As trincas e fissuras são comuns nas estruturas de concreto e são resultantes da fragilidade do concreto, material não resistente à tração e que colapsa repentina e explosivamente. Entretanto, seu número, localização e abertura são fatores decisivos para degradação das estruturas. As manifestações patológicas nas estruturas de concreto e, principalmente, em obras especiais de engenharia, geralmente, se manifestam de forma bem característica, permitindo assim que um profissional experiente possa deduzir qual a verdadeira origem e os mecanismos causadores, bem como as prováveis consequências e as possíveis soluções. Uma das patologias mais comuns é o aparecimento de fissuras, trincas, rachaduras e fendas. Segundo Vitório (2003), há definições diferenciadas para fissura, trinca, rachadura e fenda, baseadas exclusivamente na dimensão de suas respectivas aberturas. A Figura 9 a seguir mostra as respectivas definições. 31 Figura 9 – Diferenciações baseadas nas espessuras das aberturas. Fonte: Modificado de VITÓRIO (2003) Cabe destacar que a análise do surgimento de fissuras em uma determinada estrutura de concreto armado é uma das mais complicadas de se fazer. Existem inúmeros fatores a serem analisados nesses tipos de casos, podendo variar de problemas simples e localizados ou se tratarem de problemas que exigirão um conhecimento global da obra, estudos diferenciados e ensaios laboratoriais para que, assim, os defeitos possam ser solucionados. As fissurastambém podem ser denominadas, de modo geral, como passivas ou ativas. As passivas são aquelas que não apresentam proliferação elevada, sendo consideradas finitas, como é o caso das fissuras provocadas pelo acúmulo de umidade, gerando retração, e as ocasionadas por recalque. Já as fissuras ativas são as que apresentam consequências variáveis para as estruturas de concreto, não podendo ser controladas facilmente, como é o caso das fissuras por origem térmica e as ocasionadas por flexão da estrutura. Levando em consideração a complexidade e a particularidade de cada caso, o tratamento e o acompanhamento de fissuras deve ser realizado por profissional capacitado, devendo ser aplicado a devida medida corretiva. A Figura 10 a seguir ilustra, demonstrativamente, as dimensões de fissuras e as possíveis intensidades de danos ocasionados. 32 Figura 10 – Relação entre abertura de fissuras e danos ocasionados. Fonte: Modificado de VELLOSO e LOPES (2011). Dentre as principais causas de fissuras em estruturas de concreto, segundo Vitório (2003), podem ser citadas as seguintes: • Cura mal realizada – ressecamento; • Retração; • Variação de temperatura; • Agressividade do meio ambiente; • Carregamento; • Erros de concepção; • Mal detalhamento do projeto; • Erros de execução; • Recalques dos apoios; • Acidentes. Levando em consideração os fatores citados, cabe diferenciar que existem os ocasionados durante a realização da obra e os que são gerados após a obra pronta. Em primeiro plano, ao se realizar a concretagem das peças estruturais, deve-se ter a noção adequada de execução, preocupando-se com a agressividade do ambiente e a temperatura em questão, além de haver o devido controle da cura, molhando-se periodicamente a superfície das peças concretadas e evitando o acontecimento da retração do concreto. Além disso, deve-se haver sempre a preocupação com o detalhamento adequado dos projetos, o cálculo ideal dos carregamentos estruturais, a correta 33 retirada das fôrmas e escoras no prazo adequado, e a devida estabilização das fundações e apoios/pilares para que assim não haja o acontecimento de recalques. 2.5.2 Desagregação de Concreto Considerada também uma das manifestações mais comuns nas estruturas de obras especiais, a desagregação é uma deterioração, por separação de partes do concreto, provocada, em sua maioria, pela expansão das armaduras devido à oxidação ou dilatação, e também pelo aumento de volume do concreto quando este absorve água. Esse tipo de manifestação patológica pode ocorrer também devido às movimentações estruturais e choques. Segundo Souza e Ripper (1998), o processo de desagregação é caracterizado pelo ato de separação física de placas ou fatias de concreto, com perda de rigidez, perda da capacidade de entrosamento entre os agregados e desvio da função ligante do cimento. Consequentemente, elementos estruturais com seções de concreto desagregado tendem a diminuir, local ou inteiramente, a capacidade de resistir aos esforços que a solicitam. O mau dimensionamento das juntas estruturais de dilatação ou então a abertura insuficiente de juntas também pode ocasionar no surgimento desse tipo de patologia, principalmente devido ao surgimento de tensões tangenciais não previstas. As Figuras 11 e 12 mostram processos característicos de desagregação, apresentando determinada parte de suas armaduras expostas. Figura 11 – Desagregação do concreto em viga. Fonte: ARALDI (2013). 34 Na Figura 11 mostra uma viga com a situação completamente prejudicada. Na imagem em questão, nota-se a presença de armadura exposta e com presença de oxidação, além de apresentar grande parte de seu concreto desagregado. Figura 12 – Desagregação do concreto em pilar de galpão. Fonte: ARQUIVO PESSOAL (2018). Na Figura 12, pode-se observar um pilar de um galpão, agravado por agentes externos, que se encontra com suas barras de aço expostas e apresenta grande parte do concreto de sua lateral sofrendo desagregação. 2.5.3 Eflorescências e Lixiviação Dentre os principais responsáveis e causadores de manifestações patológicas, a água é a que mais se destaca. A lixiviação e a eflorescência são exemplos de patologias ocasionadas pela ação da umidade. Consequências como essas são ocasionadas, principalmente, devido ao descaso ou ausência de projeto de impermeabilização, sendo fator principal para o desgaste precoce das estruturas de engenharia. Segundo Vitório (2003), as manchas esbranquiçadas que surgem na superfície do concreto de vigas e alvenarias são definidas como eflorescências, sendo responsáveis por modificar a uniformidade de coloração do concreto e sua textura, causando prejuízos visuais e podendo ocasionar consequências mais sérias com o passar do tempo. O surgimento de eflorescências é ocasionado, em sua maioria, 35 devido à migração e posterior evaporação de soluções aquosas salinizadas. Os depósitos acontecem quando os sais solúveis nos componentes da edificação são transportados pela água utilizada na construção, na limpeza ou vinda de infiltrações. Esses sais em contato com o ar se solidificam, acumulando-se e, então, originam as manchas de coloração branca. Segundo DNIT (2006), as eflorescências são provocadas quando águas puras com poucos ou nenhum íon de cálcio entram em contato direto com a pasta de Cimento Portland (CP). A lixiviação do hidróxido de cálcio do concreto, além da perda de resistência, provoca agressões visuais e estéticas nas estruturas de engenharia, já que o produto lixiviado interage com o CO2 presente no ar, ocasionando na precipitação de crostas brancas de carbonato de cálcio na superfície. As eflorescência e lixiviações estão entre as patologias mais comuns em obras especiais de engenharia, ocasionando profunda degradação do concreto de elementos estruturais e também, na maioria das vezes, gerando a corrosão das armaduras. A medida preventiva para esse tipo de problema é haver a devida execução da impermeabilização dos elementos principais das obras, impedindo que a água seja transportada por percolação e atinja os setores internos do arranjo estrutural. As Figuras 13 e 14 ilustram os efeitos causados pela eflorescência e lixiviação, respectivamente, caracterizadas pela coloração branca proveniente dos sais. Figura 13 – Degradação da alvenaria ocasionada por eflorescência. Fonte: SILVA (2011). 36 Pelo que se pode observar acima, a Figura 13 detalha uma alvenaria que está sendo afetada pelo fenômeno da eflorescência, ocasionando o total desprendimento do revestimento e deixando visível uma coloração esbranquiçada. Como se pode perceber, o reboco e a pintura se encontram com manchas de umidade, fator bem favorável para o desenvolvimento dessa manifestação patológica. Figura 14 – Lixiviação da pasta do cimento. Fonte: AGUIAR (2011). A Figura 14 demonstra, caracteristicamente, como acontece o processo da lixiviação. Na imagem, observa-se a elevação dos sais até a superfície do concreto, formando aspecto assemelhado com estalactites. 2.5.4 Corrosão de Armaduras O processo de corrosão nas estruturas de concreto armado ocorre, principalmente, quando as obras especiais de engenharia se encontram em meios mais agressivos, quando o concreto apresenta alto índice de porosidade, elevada capilaridade, erro na execução do cobrimento ideal para as armaduras, má escolha dos materiais de construção e alto índice de fissuras. Segundo Saliba Júnior (2008), o fenômeno da corrosão de armaduras é mais comum do que qualquer outro fenômeno de degradação das estruturas de concreto armado, prejudicando-as tanto do ponto de vista estético, quanto do ponto de vista de segurança, além de acarretar em custos elevados com a recuperação. Segundo Vitório (2003), fatores como a porosidadedo concreto, a existência de fissuras e a deficiência no cobrimento são responsáveis pela oxidação da 37 armadura, quando esta é atingida por elementos considerados agressivos. A parte que sofre oxidação tem seu volume aumentado cerca de oito vezes, e a força da expansão expele o concreto do cobrimento, deixando a armadura totalmente exposta à ação agressiva do meio. A permanência e desenvolvimento desse fenômeno acarreta a total destruição da armação, como exemplifica a Figura 15. Figura 15 – Pilar com armadura exposta e corroída. Fonte: ARQUIVO PESSOAL (2018). A Figura 15, como se pode notar, é um exemplo característico de exposição e corrosão de armadura. A imagem caracteriza um pilar de um galpão em estado trágico de conservação, apresentando armadura em estado de desgaste e, possivelmente, com perda de seção. Um dos métodos mais adequados para solucionar o problema da corrosão consiste na aplicação de manutenções preventivas, principalmente em obras de responsabilidade pública. Andrade (2001) explica que, inicialmente, o processo começa com a penetração dos agentes agressivos (Cl- e CO2) por meio do cobrimento, atingindo as armaduras e provocando a despassivação da camada protetora. Logo após, inicia-se a fase de propagação, onde ocorre a oxidação das armaduras, gerando os produtos da reação. Ainda segundo Andrade (2001), o processo de corrosão é formado por uma zona anódica, onde ocorrem as reações de oxidação do ferro, reduzindo sua massa e perdendo elétrons; e por uma zona catódica, onde ocorre o ganho de elétrons do 38 elemento oxigênio. A reação de corrosão ocorre no momento em que o produto da reação catódica migra para a região anódica, resultando, então, na formação do hidróxido de ferro. As Figuras 16, 17 e 18, respectivamente, mostram a contextualização química das reações citadas acima, o mecanismo e o processo detalhado de corrosão. Figura 16 – Reações que ocorrem no processo de corrosão. Fonte: Modificado de ANDRADE (2001). Na Figura 16, especifica-se as reações anódica, onde acontece a oxidação do elemento ferro, a reação catódica, onde ocorre o ganho de elétrons pelo elemento oxigênio e, por fim, a reação de corrosão, que produz o hidróxido de ferro. Figura 17 – Mecanismo de corrosão. Fonte: FUSCO (2008). 39 Na Figura 17, mostra-se a maneira como acontece o mecanismo de corrosão em uma armadura de aço. Pode-se observar pela imagem a especificação dos locais onde ocorrem as reações anódica e catódica, os elementos envolvidos e a presença influenciadora da água. Todavia, a Figura 18 destaca o processo da corrosão de uma armadura, descrevendo a penetração dos agentes agressivos, a fissuração do concreto do cobrimento, o lascamento do concreto e as consequências sobre a armadura do elemento estrutural, podendo ocasionar redução de sua seção. Figura 18 – Processo detalhado da corrosão de uma armadura. Fonte: Modificado de MARCELLI (2007). Segundo Helene (1993), cabe destacar que, os produtos da corrosão apresentam coloração marrom-avermelhada e apresentam volumes na escala de 3 a 10 vezes superior ao volume original da armadura. Acarretado por esse crescimento das barras, os elementos estruturais tendem a fissuras e promover, ainda mais, a desagregação do concreto. 40 Além disso, segundo Andrade (2001), a corrosão também pode surgir por meio da carbonatação do concreto, onde o gás carbônico penetra nos poros do material e reage com o hidróxido de cálcio, invertendo o meio básico e ocasionando o fenômeno da carbonatação, trazendo prejuízos para as armaduras. A equação a seguir demonstra a reação de carbonatação, destacando a formação do carbonato de cálcio. Por meio de inspeções, segundo Cóias (2006), usando-se o indicador de fenolftaleína, pode-se determinar in situ a profundidade da frente de carbonatação em superfícies recém expostas. Por meio desse procedimento, é possível avaliar a sua durabilidade e estimar a extensão das zonas e promover a devida reparação. O procedimento consiste na utilização de um aspersor com solução de fenolftaleína lançado sobre as superfícies internas do furo de ensaio. Após fazer isso, deve-se observar atentamente a coloração que irá prevalecer, onde a zona carbonatada se apresentará incolor e a não carbonatada apresentará coloração rosada, favorecendo a medição da profundidade da carbonatação na transição entre as zonas. A Figura 19 mostra como funciona o procedimento, cabendo destacar que se deve ter bastante cuidado com a limpeza dos furos de ensaio e o devido controle com o tempo de exposição da zona antes da aplicação da solução sobre a superfície. Figura 19 – Utilização do indicador de fenolftaleína em atividade de inspeção. Fonte: ARQUIVO PESSOAL (2018). 41 Na Figura 19, como é colocado em destaque, observa-se a utilização do indicador de fenolftaleína de maneira bem simples, aplicando-se em cima do concreto recém exposto. Processos como esses são bastante utilizados por profissionais especializados em engenharia diagnóstica, principalmente na realização de inspeções prediais. 2.5.5 Falhas nas instalações de drenagem A má execução das instalações de drenagem e a falta de inspeção também são fatores cruciais para o surgimento de patologias em estruturas especiais de engenharia. Com o passar do tempo e, principalmente, devido à falta de inspeções constantes, as tubulações tendem a entupir, acarretando no escoamento da água para partes inapropriadas da estrutura. Laner (2001) determina que, as falhas em instalações de drenagem são consideradas fatores preocupantes na degradação do concreto e das armações. Devido a esse fato, deve-se haver uma preocupação redobrada com suas execuções e inspeções, para que, assim, não haja acúmulo de água em pontos críticos, como por exemplo, encontros de apoio de vigas, nos caixões, nos encontros com tabuleiros, na pista de rolamento, nos aparelhos de apoio, entre outros. 2.5.6 Falhas nas juntas de dilatação Segundo Thomaz (1989), os elementos estruturais constituintes de uma obra de engenharia estão expostos à variação de temperatura frequentemente, o que leva a uma variação dimensional dos mesmos (dilatação ou contração), sendo muitas vezes restringidos por vínculos que os envolvem e por consequência geram tensões que podem provocar fissuração. Para evitar esses problemas bastante comuns, o aconselhável é executar juntas de dilatação. As juntas são consideradas elementos estruturais que são aplicados nas interrupções do tabuleiro das pontes, permitindo a movimentação proveniente da retração, variação de temperatura e fluência do concreto. Elas, quando executadas corretamente, são fundamentais para garantir a estanqueidade, não permitindo a penetração da água nos elementos estruturais das obras especiais de engenharia. 42 Segundo DNIT (2016), as juntas de dilatação são dispositivos que apresentam capacidade de se deformar, permitindo movimentos relativos entre dois componentes estruturais, normalmente entre o tabuleiro e o encontro ou entre tabuleiros em obras extensas ou de estruturas múltiplas, em condições de segurança, comodidade e durabilidade Por se tratarem de dispositivos, de certo modo, considerados caros e de substituição difícil e onerosa, esses elementos, na maioria das vezes, são executados de maneira incorreta ou dificilmente passam por manutenções periódicas. A falha de execução, fixação inadequada e falta de vedação entre seus componentes são os principais causadores de consequências danosas para as estruturas das obras especiais. 2.5.7 Falhas na pista de rolamento As pontes, por se tratarem de obras rodoviárias, devem seguir um padrão construtivo que priorize a segurança daqueles que vão circular naquela via. Inconformidades construtivas ou de sinalização podem acarretarna diminuição da vida útil da obra e, possivelmente, acarretar acidentes, que poderão provocar deformações físicas consideráveis, como o desplacamento do concreto e a exposição das armaduras. Cabe destacar que a pista de rolamento deve apresentar suas devidas inclinações, promovendo o adequado escoamento das águas para as estruturas de drenagem. Falhas sobre a pista podem, consequentemente, gerar acréscimos de solicitações para as estruturas das pontes e, segundo manual do DNER (1980), as depressões, protuberâncias e desníveis de juntas, produzem importantes efeitos dinâmicos, que aumentam as solicitações de cargas móveis, podendo ocasionar deslocamento do tabuleiro quando os aparelhos de apoio estão em más condições. Segundo DNIT (2004a), dentre as principais patologias presentes na pista de rolamento, pode-se citar a falta de caimento para escoamento de águas pluviais, a presença de irregularidades ou fragmentação da camada de pavimentação, inconformidades nas juntas do tabuleiro, desnível na transição do tabuleiro para o terrapleno e os efeitos da erosão sobre o aterro. Cabe destacar também que, os inúmeros recapeamentos executados sobre as pontes podem ocasionar em acréscimos não previstos de carga fixa sobre as 43 mesmas, promovendo o surgimento de irregularidades na estrutura, ao menos que seja retirada a camada anterior de pavimento. 2.6 A importância da inspeção periódica Segundo DNIT (2004b), a inspeção pode ser denominada como uma atividade técnica especializada que promove a coleta de dados, de projeto e de construção, o exame detalhado e singelo da estrutura, a elaboração de relatórios, a avaliação da situação atual da obra e as recomendações, baseadas na situação da estrutura, podendo ser aconselhada uma nova vistoria, a aplicação de um plano de manutenção, de recuperação, de reforço ou de reabilitação. Segundo Souza e Ripper (1998), a atividade da inspeção periódica pode ser considerada parte imprescindível nas práticas de manutenção preventiva. Quando realizada de maneia adequada, trata-se de um instrumento essencial para a garantia da durabilidade da construção, apresentando dedicação na identificação de danos nas estruturas e na avaliação que os mesmos possam ter do ponto de vista do comportamento e da segurança estrutural. O tipo de inspeção escolhido é baseado no tipo da obra em questão, sendo assim selecionados os procedimentos adotados e os requisitos necessários, variando de elemento para elemento dentro de uma mesma estrutura. A manutenção das obras de arte especiais e a prevenção de patologias estão intimamente relacionadas. Por meio da degradação promovida por agentes e desgastes naturais da utilização, Pfeil (1985) determina que, baseado nas inspeções, pode-se elaborar planos de manutenção, favorecendo a vida-útil da estrutura. Dentre os trabalhos corretivos que se pode aplicar têm-se: correções nos parelhos de apoio e fundações, reparos de pequenas falhas, desobstrução e limpeza das estruturas de drenagem, correções de juntas, reparos nas barreiras de proteção e consertos na pista de rolamento sem acréscimo de espessura. É bastante notório que os trabalhos de manutenção não possuem as mesmas vantagens que os de projeto ou de construção tradicional, gerando mais gastos em suas realizações, sendo vistos, principalmente por questões orçamentárias, como improdutíveis e desnecessários por seus responsáveis. Os custos com manutenções e inspeções vão variar de acordo com o tipo de obra, a localização e o meio ambiente de exposição, mas, de uma forma geral, baseando-se em Souza e Ripper (1998), a 44 Figura 20 mostra a vantagem de adotar um plano de inspeção preventiva comparando com o custo oriundo de tratamento corretivo. Figura 20 – Comparativo da manutenção preventiva e da esporádica. Fonte: SOUZA E RIPPER (1998) Na Figura 20 acima, pode-se ver algumas denominações que, de maneira mais simples, podem ser detalhadas da seguinte maneira: • A – Custo de reparação de defeitos originais, de projetos ou construção. • B – Custo fixo de um sistema de inspeções programadas. • C – Custo de um sistema de manutenção estratégica, com base no resultado das inspeções programadas. • D – Custo de manutenção esporádica, sem inspeções. Ainda segundo Sousa e Ripper (1998), e como destaca a Figura 21, existem dois procedimentos de manutenção utilizados em estruturas: • Manutenção estratégica - É uma manutenção que será planejada, que apresenta um controle contínuo e planejado de inspeções, incluindo eventuais intervenções corretivas durante o tempo e evitando danos tão elevados. Cabe destacar que estas apresentam realização baseada em cronograma e conservação dos laudos de todas as atividades corretivas aplicadas. • Manutenção esporádica - É caracterizada pela ausência de um plano de manutenção pré-determinado. A realização desse tipo de manutenção só nasce da necessidade de uma atividade de correção emergencial, geralmente fruto de denúncias e/ou reclamações. 45 Figura 21 – Maneiras de manutenção das estruturas. Fonte: SOUZA E RIPPER (1998) No Brasil, principalmente em obras públicas, atividades de inspeções periódicas são pouco executadas. O descaso e a perda de informações das construções públicas são os fatores mais comuns, impossibilitando a coleta de dados e projetos que poderiam favorecer a prática da manutenção preventiva. Com base em Souza e Ripper (1998), o registro das grandes estruturas é fundamental para sua manutenção e é por meio dele que se pode haver o devido controle das atividades rotineiras de inspeção, programar e registrar, cronologicamente, os reparos ou reforços que promovam a continuidade da vida-útil das obras. Dados como histórico das construções, projetos, diários de obra, materiais utilizados, históricos de intervenções técnicas e registro de vistorias são informações de essencial importância para que haja um adequado plano diretor de inspeção e manutenção. Infelizmente, Secretarias de Obras Municipais e órgãos do sistema público acabam perdendo esses dados e impossibilitando a realização de inspeções periódicas em obras especiais de engenharia. 46 3. ESTUDOS DE CASO EM SOBRAL-CE Foi de escolha para ser estudo de caso deste trabalho, obras especiais de engenharia presentes na cidade de Sobral, no Estado do Ceará. Em razão disso, foram analisadas cinco pontes espalhadas pelo território sobralense e, por meio de material fotográfico, pode-se observar todas as patologias decorrentes em suas estruturas. A análise realizada nas pontes consistiu em uma vistoria simples, com registro fotográfico das eventuais manifestações patológicas. Por falta de equipamentos e dificuldade de acesso aos locais, não foi possível especificar, de maneira mais detalhada, as causas de algumas manifestações registradas. 3.1 Dados da Ponte P01 A seguir, os tópicos irão mostrar, nessa ordem, a localização da ponte P01, os dados da mesma, as fotos realizadas por ocasião das vistorias e as possíveis sugestões de terapia para as falhas encontradas. a) Localização Na Figura 22, como se pode perceber, mostra a imagem da ponte (P01) vista por satélite, descrevendo a sua extensão aproximada e mostrando o rio que ela transpõe. Figura 22 – Ponte (P01) com sua extensão detalhada. Fonte: GOOGLE EARTH (2018). 47 b) Dados Gerais A ponte P01 está localizada na Avenida Monsenhor Aluísio Pinto sobre o Rio Acaraú, em Sobral, Ceará, e tem, aproximadamente, 360 metros de comprimento por 12 metros de largura. Ela conta com sistema rodoviário sobre ela composto por duas faixas em sentido duplo. Não foi possível encontrar dados mais específicos sobre a ponte, tais como o ano de construção, pois o órgão responsável disse não conter essas informações. Porém, segundo populares, a ponte é bastante nova,possivelmente tendo sido construída por volta do ano de 2004. c) Classificação da ponte Quanto ao tipo de material, a P01 é uma ponte de concreto armado. O sistema estrutural da superestrutura é composto por vigas e com laje maciça. Quanto ao desenvolvimento planimétrico, ela pode ser considerada uma ponte reta, apresentando arcos em suas laterais, embelezando seu detalhe arquitetônico, como se pode ver nas Figuras 23 e 24. A Figura 23 caracteriza uma visão lateral da P01, mostrando as estruturas em formato de arco em suas laterais e os mecanismos de iluminação pública. Pode-se notar que é uma ponte bastante nova, porém, mesmo assim, já apresenta diversas patologias. Figura 23 – Vista lateral da P01 mostrando sua arquitetura com arcos. Fonte: ARQUIVO PESSOAL, 2018. 48 Como se pode destacar na Figura 24, nota-se a presença das duas faixas em sentidos opostos, permitindo a circulação adequada dos veículos, apresentando as barreiras de proteção em amarelo e o desenho arquitetônico dos arcos em suas laterais, promovendo uma característica diferenciada à ponte. Figura 24 – Vista superior da P01. Fonte: ARQUIVO PESSOAL, 2018. 3.1.1 Manifestações Patológicas encontradas na P01 A vistoria das pontes deu-se sempre da parte superior para a inferior. Na parte superior da P01 buscou-se analisar as situações do pavimento, do passeio, do guarda-corpo, das juntas de dilatação, das barreiras de proteção e de todo o sistema de drenagem. Já na parte inferior da P01, buscou-se observar o tabuleiro, os pilares, as longarinas, as transversinas, etc. Assim como em outros casos, a análise das fundações ficou bastante prejudicada, pois alguns de seus elementos estavam submersos. Cabe destacar que nesse trabalho serão expostos somente as imagens dos elementos com manifestações evidentes. A seguir é apresentada algumas imagens, descrevendo e mostrando, as manifestações patológicas encontradas. a) Passeio O passeio da ponte P01 estava, em grande parte de sua extensão, com as tampas de concreto pré-moldada quebradas, resultando em riscos para os usuários que ali transitam e favorecendo o acúmulo de água no interior da ponte, podendo 49 ocasionar futuras manifestações patológicas na estrutura devido à infiltração. Observar as Figuras 25 e 26. Figura 25 – Tampa quebrada do passeio da P01. Fonte: ARQUIVO PESSOAL, 2018. Como se pode observar nas Figuras 25 e 26, existem tampas pré-moldadas que apresentam inconformidades, talvez ocasionadas pelo tempo ou pelo próprio uso contínuo. Problemas desse tipo podem ocasionar insatisfação dos usuários ou acidentes na circulação de pedestres. Não se trata de algo tão grave, podendo ser solucionado facilmente pela substituição ou pela realocação das tampas. Figura 26 – Tampas danificadas presentes no passeio da P01. Fonte: ARQUIVO PESSOAL, 2018. 50 b) Pavimentação A pavimentação, nas datas das vistorias, estava passando por modificações. Pelo que foi observado, foi removido a camada antiga de pavimentação por completo e, logo após, aplicou-se uma nova camada de pavimento. Na Figura 27 mostra a situação da ponte P01 antes de sofrer as modificações em sua pavimentação. O pavimento anterior não apresentava tantas inconformidades, porém, mesmo assim, houve a substituição do mesmo. Figura 27 – Visão da pavimentação da P01 antes das modificações. Fonte: ARQUIVO PESSOAL, 2018. Na Figura 28 mostra a nova situação da parte superior da P01, destacando a nova pintura das barreiras de proteção e a modificação do pavimento. Essas atividades foram executadas por incentivo do órgão municipal, que está executando diversas atividades de pavimentação na cidade de Sobral, fazendo a remoção de toda a camada anterior. 51 Figura 28 – Visão da pavimentação da P01 depois das modificações. Fonte: ARQUIVO PESSOAL, 2018. c) Revestimento e Guarda-Corpo O revestimento é a parte que mais chama a atenção nas obras especiais, podendo-se medir, visualmente, por meio dele, o grau de desgaste. O sistema de guarda-corpo da ponte P01 apresentou pintura desgastada e certo grau de oxidação. Além disso, notou-se o desplacamento dos ladrilhos da ponte em suas partes laterais, possivelmente acarretado pelo excesso de umidade no revestimento, o que pode acarretar na perda de estanqueidade da estrutura, prejuízos no isolamento térmico, desvantagens estéticas e insegurança para seus usuários. Observar a Figura 29. Figura 29 – Guarda-corpo com pintura desgastada e desplacamento de revestimento. Fonte: ARQUIVO PESSOAL, 2018. 52 Além disso, nos dias que foram realizadas as visitas, percebeu-se que a ponte P01 estava passando por execuções de pintura em suas barreiras de proteção e juntas laterais, como caracteriza a Figura 30. Figura 30 – Execução de pintura nas barreiras e arestas da P01. Fonte: ARQUIVO PESSOAL, 2018. d) Juntas de Dilatação As juntas de dilatação, pelo que foi observado, apresentaram-se em estado de desgaste, sendo aconselhável que haja a devida substituição das mesmas. A Figura 31 caracteriza o desgaste de uma das juntas presentes na ponte P01. Figura 31 – Junta de dilatação da ponte P01. Fonte: ARQUIVO PESSOAL, 2018. 53 As juntas de dilatação são componentes construtivos essenciais em pontes e viadutos, sendo constantemente submetidas a cargas móveis provenientes do tráfego de veículos. Elas apresentam a finalidade de promover a melhor movimentação das estruturas, devendo ser substituídas frequentemente. e) Sistema de Drenagem O sistema de drenagem da P01 é formado por tubos de PVC. Os tubos que controlam o escoamento das águas do pavimento não apresentavam nenhuma obstrução. Na Figura 32 relata a visão superior de um dreno da P01. Esse dreno não se encontra obstruído e está localizado na parte lateral da pavimentação da ponte, sendo responsável por receber as águas pluviais que escorrem por cima da pista de rolamento. Figura 32 – Dreno da P01 em perfeito estado. Fonte: ARQUIVO PESSOAL, 2018. Na Figura 33, como se pode perceber, mostra a proliferação de vegetação no círculo verde, possivelmente ocasionada pela obstrução do tubo de drenagem destacado em vermelho. Cabe destacar que as conclusões foram tomadas baseadas em vistorias e possíveis estimativas por observação dos locais visitados. Conclusões mais específicas somente poderão ser realizadas por meio de uma perícia detalhada. 54 Figura 33 – Tubulação com inconformidades na P01. Fonte: ARQUIVO PESSOAL, 2018. f) Análise inferior da ponte Por meio das visitas, não foi notada nenhuma armadura exposta nas estruturas de apoio da ponte P01, nem desgaste do concreto armado, porém foram observadas inúmeras manchas de infiltração de água, que, consequentemente, podem acarretar em possíveis danos futuros aos elementos estruturais. As Figuras 34 e 35 mostram, caracteristicamente, as manchas localizadas na parte inferior da ponte P01. Figura 34 – Manchas de umidade na parte inferior da P01. Fonte: ARQUIVO PESSOAL, 2018. 55 Na Figura 34, observa-se a presença de uma mancha presente na transversina da P01, caracterizando excesso de umidade nesse elemento estrutural. Casos como esse devem ser evitados, pois podem ocasionar, com o tempo, a desagregação do concreto e a exposição das armaduras das peças constituintes da ponte. Figura 35 – Manchas de umidade na transversina e longarinas da P01. Fonte: ARQUIVO PESSOAL, 2018. Na Figura 35 mostra uma visão mais ampla da parte inferior da P01, destacando a grande incidência de manchas de umidade em transversinas e longarinas. 3.1.2 Sugestões de Terapia para as manifestações da P01 Como se pode notar, não foram encontradas manifestações patológicas graves na estrutura da ponte P01. Porém, com a presença de infiltrações nos elementos estruturais
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