3ª PONTE DE VITÓRIA MONITORAMENTO E MANUTENÇÃO PERMANENTE. José Eduardo de Aguiar (1); Djardiere Dalvi (2); Abdias Magalhães Gomes (3)

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1 3ª PONTE DE VITÓRIA MONITORAMENTO E MANUTENÇÃO PERMANENTE José Eduardo de Aguiar (1); Djardiere Dalvi (2); Abdias Magalhães Gomes (3) (1) Engenheiro civil, Recuperação Serviços Especiais de Engenharia Rua Paulo Afonso Belo Horizonte, Brasil recuper@terra.com.br tel: (31) (2) Engenheira civil, Recuperação Serviços Especiais de Engenharia Rua Abiail do Amaral Carneiro 191 Ed. Arábica Vitória, Brasil recuper@terra.com.br tel: (27) (3) Professor Doutor, Universidade Federal de Minas Gerais Rua Espírito Santo Belo Horizonte, Brasil abdias@demc.ufmg.br tel: (31) Resumo A empresa concessionária responsável pela 3ª Ponte de Vitória, possui obrigação contratual de monitorá-la e mantê-la por 25 anos. Para isto desenvolveu um plano permanente de inspeção, monitoramento e manutenção preventiva e corretiva, sendo este trabalho baseado no estudo de previsão de vida útil do concreto. É um estudo pioneiro no Brasil, que iniciou há três anos e está colhendo os primeiros frutos, e que serão mostrados neste trabalho técnico. O grande objetivo do plano é estudar a vida útil de cada elemento estrutural da 3ª Ponte, obtendo as informações necessárias para elaborar um planejamento de curto, médio e longo prazo, de forma que a empresa concessionária saiba o que fazer e quando fazer, para manter as estruturas de concreto íntegras e duráveis. Para este estudo são realizadas inspeções e ensaios especiais em todos os elementos estruturais, e os resultados obtidos são lançados em um programa de previsão de vida útil, que traça curvas de envelhecimento do concreto indicando a data provável de ocorrer a despassivação das armaduras, com conseqüente início do processo corrosivo. Com esta informação é possível realizar o planejamento das ações de manutenção preventiva e corretiva, garantindo a durabilidade dos diversos elementos estruturais.

2 1 Introdução A 3ª Ponte de Vitória, capital do Estado do Espírito Santo, foi construída em duas etapas, sendo a primeira entre dezembro de 1978 a abril de1980, e a segunda entre setembro de 1984 a agosto de 1989, possuindo metros de extensão. A extensão da Ponte sobre o mar foi construída em caixão com balanços sucessivos, e a parte sobre a terra através de lançamentos de vigas préfabricadas. O vão central possui 714 metros, sendo executado em estrutura metálica e com vão livre de navegação de 260 metros. A ponte, uma das maiores do Brasil, utilizou em sua construção m³ de concreto e t de aço. No período entre dezembro de 1998 a dezembro de 2023 a 3ª Ponte de Vitória ficará sob a responsabilidade da Empresa Concessionária RODOSOL. Durante todo o período do contrato da concessão pública a RODOSOL será responsável pelos trabalhos de manutenção preventiva e corretiva das estruturas da ponte. Para planejar e cumprir esta tarefa a empresa precisava ter respostas para duas questões básicas: o que fazer e quando fazer. Foi contratada, em julho de 1999, a empresa Recuperação Serviços Especiais de Engenharia, especializada em patologia e durabilidade do concreto, para elaborar um plano de trabalho para a inspeção, monitoramento e manutenção permanente, baseado na previsão de vida útil da Ponte. Este estudo determina a data provável que ocorrerá o despassivamento das armaduras, ou seja, o término da vida útil do concreto com conseqüente início da corrosão. Através de inspeções e ensaios constantes na estrutura, são obtidas curvas de envelhecimento e deterioração dos diversos elementos estruturais. As curvas são traçadas por um programa desenvolvido pela Recuperação, e após a definição da vida útil é possível elaborar diagnósticos a respeito das condições de durabilidade de cada elemento da Ponte, e planejar as ações de manutenção preventiva e corretiva ao longo de todo o período de concessão. Este trabalho, que teve início há três anos, apresenta os primeiros resultados e que serão mostrados nesta publicação. 2 Levantamento dos Dados Históricos A primeira etapa do Plano de Monitoramento e Manutenção Permanente foi realizar uma pesquisa histórica nos arquivos da RODOSOL e do DERTES (órgão público responsável pela Ponte).

3 Foram levantadas diversas informações, que normalmente são desprezadas, mas são fundamentais nos estudos de previsão de vida útil. Se o objetivo é determinar quando a vida da estrutura vai terminar, prevendo quanto ela vai morrer, então é necessário saber quando e como ela nasceu. Foto1 Vista da 3ª Ponte de Vitória A pesquisa levantou e cadastrou as seguintes informações: As datas de concretagens Os controles tecnológicos Tipos de cimentos utilizados Resistências do concreto Caracterização dos agregados Traço dos concretos Fator a/c Tipo de cura adotado Ocorrência de acidentes ou anormalidades

4 Lamentavelmente, assim como em outras obras, o arquivo remanescente era limitado, incompleto, em função da pouca importância que a engenharia nacional destinada aos bancos de dados técnicos. Com o surgimento de novos estudos de durabilidade, com certeza esta visão deve se modificar, e teremos mais informações técnicas armazenadas nas obras. 3 Classificação das Exposições Ambientais A partir de plantas de situação topográficas, foram definidas as diversas exposições ambientais que atuam sobre as superfícies dos elementos estruturais existentes. As áreas de exposição foram classificadas em função do tipo e severidade do micro-clima, pois terão influência direta na velocidade de degradação do concreto. Foram verificadas as direções dos ventos predominantes, as zonas de respingos e variação das marés, as áreas submersas e áreas expostas à contaminação por efluentes sanitários (Canal da Vila Velha). Utilizando informações colhidas junto a órgãos de monitoramento ambiental, levantou-se a concentração de dióxido de carbono no ar, umidade relativa, temperaturas,etc. 4 Acessos às Áreas de Trabalho Para a realização das inspeções e monitoramentos é fundamental que os técnicos tenham acesso à todas as superfícies da Ponte, possibilitando a realização dos ensaios. Para a inspeção dos elementos estruturais submersos no mar, foram realizados mergulhos com profissionais experientes, que registraram em filmes e fotografias a situação das camisas metálicas de revestimento dos tubulões, com raspagem manual dos elementos incrustados para identificação de possíveis anomalias. Foram verificadas também as faces inferiores dos blocos de fundação, que são protegidos por lajes de concreto, que funcionaram como formas perdidas na construção. Para a inspeção dos elementos estruturais localizados em terra, com altura até 12 metros, está sendo utilizada uma plataforma telescópica.

5 Para as partes mais altas, trabalho que ainda não começou, deverá ser adquirido um equipamento móvel, dotado de uma passarela suspensa, que permitirá o acesso à face inferior da Ponte. Esta passarela irá transportar um balacin elétrico, que será fixado no topo dos pilares mais altos, possibilitando a inspeção destes elementos. As superfícies internas (caixão) serão inspecionadas com auxílio de andaimes e sistema de iluminação adequado, trabalho que ainda será realizado. Foto 2 Inspeção em longarinas 5 Identificação dos Elementos Estruturais Todos os elementos estruturais foram numerados e identificados em função do tipo, posição e localização da face. Exemplo: P/N 21 C N P: pilar N21: localizado sob pórtico N21, lado norte (Vitória) C : é o pilar central de uma linha de três unidades N : face norte A posição exata onde foram realizados os ensaios é definida por coordenadas X e Y, medidas de forma rigorosa para permitir a identificação do ponto ensaiado, possibilitando um monitoramento futuro no mesmo local.

6 Todos estes procedimentos, assim como as metodologias para realização dos ensaios e os critérios de avaliação dos resultados, estão registrados no Manual de Procedimentos para Inspeção e Monitoramento da 3ª Ponte. 6 Realização dos Ensaios de Campo e Laboratório 6.1 PRIMEIRA ETAPA : Ensaios de caracterização do concreto Estes ensaios são realizados com objetivo de conhecer e/ou confirmar as características do concreto utilizado. Em função das características dos ensaios, normalmente, serão realizados uma só vez, não sendo necessário sua repetição ao longo do período da concessão Localização das barras de aço e espessura de cobrimento das armaduras Utilizando o aparelho Profometer (Rebar Locator), é executado um rastreamento nas superfícies dos elementos estruturais estudados. Em forma digital a aparelhagem registra a localização das barras de aço, sua distribuição, o diâmetro e a espessura de cobrimento da armadura utilizada, sendo este último dado de fundamental importância nos estudos de durabilidade. Foto 3 Medição da espessura de cobrimento das armaduras

7 6.1.2 Determinação da resistência à compressão A determinação da resistência superficial do concreto é dada pelo ensaio de esclerometria, utilizando o martelo de Schmidt Permeabilidade do concreto O conhecimento dos mecanismos de transporte de líquidos e gazes no interior do concreto é uma característica importante na avaliação da qualidade e durabilidade do concreto. Esta determinação é feita através do ensaio de permeabilidade in loco, utilizando o permeabilímetro de água sob pressão (0,4 Bar), tornando-se um procedimento imprescindível no estudo de durabilidade. Os parâmetros adotados são: Permeabilidade alta: 10-3 mm/s Permeabilidade média: 10-4 mm/s Permeabilidade baixa: 10-5 mm/s Foto 4 Ensaio de permeabilidade in loco 6.2 SEGUNDA ETAPA : Ensaios de degradação do concreto Estes ensaios são realizados para avaliar o nível atual de degradação do concreto, possibilitando traçar curvas de envelhecimento ao longo do tempo.

8 Estes ensaios, ao contrário dos ensaios de caracterização, deverão ser repetidos várias vezes ao longo do período da concessão, para acompanhamento da evolução das degradações e ajustes nas curvas Inspeção visual A inspeção visual, seguida do ensaio de percussão auscultativa, identifica e cadastra todas as patologias e o seu grau de intensidade e severidade. Todos os elementos estruturais são fotografados e inspecionados quanto à existência de fissuras, destacamentos, sinais que possam indicar corrosão das armaduras ou outras patologias. São verificados também o comportamento das juntas de dilatação e os aparelhos de apoio Medição da profundidade de carbonatação Através da retirada de micro-testemunhos de concreto da estrutura (1 ½ ) são feitas as medições das profundidades de carbonatação, utilizando para isto o ensaio de evidência de fenolftaleína através da aspersão deste indicador químico. Este ensaio, com certeza, um dos mais importantes para o estudo, deverá ser repetido o maior numero de vezes ao longo do tempo. Foto 5 Extração de micro-testemunhos

9 6.2.3 Quantificação do teor de cloretos e sulfatos Os micro-testemunhos são enviados para laboratório para serem fatiados em lâminas, com profundidades pré-definidas, normalmente 1, 2, 3, 4 e 5 cm. As fatias são prensadas e o pó resultante é submetido ao ensaio de fluorescência de Raio X, determinando a porcentagem de sulfatos e cloretos presentes nas amostras Medição do potencial eletroquímico Nas regiões com suspeita de presença de corrosão é elaborado um mapa de equipotenciais para determinar as áreas afetadas, definindo a extensão das patologias. Este trabalho é realizado através do aparelho CANIN - Corrosion Analysing Instrument Determinação da compacidade e homogeneidade do concreto Utilizando o ensaio de ultrassonografia, através do aparelho PUNDIT (Portable Ultrasonic Non Destrutive Digital Indicating Test) são determinadas algumas características importantes do concreto. A medição da velocidade de propagação de pulsos ultrassônicos no interior do concreto determina a compacidade, existência de fissuras e vazios, alem da resistência a compressão e o módulo de elasticidade do material. Fotos 6 e 7 Ensaios de ultrassonografia 7 Banco de Armazenamento de Dados Todas as informações, medições e resultados de ensaios são lançados em um banco de dados especificamente desenvolvido para este trabalho, permitindo buscas rápidas e cruzamentos das informações.

10 8 Previsão da Vida Útil dos Elementos Estruturais A Recuperação Serviços Especiais de Engenharia desenvolveu um programa de previsão de vida útil baseado em pesquisas internacionais reconhecidas pela comunidade cientifica especializada no assunto, em processos físicoquímicos de degradação do concreto, em ensaios acelerados de deterioração e em experiências adquiridas pela própria empresa. É um estudo complexo, naturalmente probabilístico, pois inúmeros fatores interferem na durabilidade do concreto, sendo os parâmetros utilizados de natureza aleatória, principalmente as condições ambientais, necessitando dispor do maior número possível de informações, e utilizar uma amostragem que seja bem representativa do elemento estrutural analisado. Utilizando todas as informações contidas no Banco de Dados são traçadas curvas que mostram a penetração da carbonatação no interior do concreto, sendo um gráfico que possui em sua abscissa o período em anos, sendo o ano zero a data de concretagem do elemento estudado, e a ordenada em mm, referentes à profundidade de carbonatação. Abaixo, como exemplo, apresentamos a curva de envelhecimento da face oeste do pilar N21, lado oeste. A referida face possui 27,0 mm de espessura de cobrimento. Em função da curva, traçada a partir dos diversos ensaios de degradação realizados, projetase uma vida útil de 46 anos, com previsão de ocorrer o despassivamento em 2026, três anos após o término da concessão pública. Figura 1 Curva de previsibilidade de profundidade de carbonatação

11 9 Diagnóstico Estrutural A partir dos resultados obtidos nos ensaios de campo e laboratório, e análise das curvas de envelhecimento com a previsão do término da vida útil, é elaborado um diagnóstico estrutural para cada elemento estudado, que será a base do planejamento das ações de manutenção preventiva ou corretiva. Se o despassivamento do elemento vier a ocorrer após o término da concessão, nenhuma intervenção será recomendada. O diagnóstico mostrará somente quais ensaios deverão ser realizados no período da concessão e sua freqüência, para acompanhamento/confirmação da evolução das curvas. Se o término da vida útil ocorrer antes do final da concessão, serão analisadas as causas que levaram o elemento a ter vida útil menor, e em função do diagnóstico, serão recomendadas as ações de manutenção preventiva mais adequadas para cada caso. O diagnóstico indicará também a época mais oportuna para a realização das intervenções, e fará o planejamento dos ensaios a serem realizados antes e depois das ações de manutenção, com vistas a evitar a deterioração do elemento estudado. Nos casos onde for constatado que o processo corrosivo já está instaurado, o diagnóstico irá avaliar a intensidade e severidade da patologia, projetando as ações de manutenção corretivas mais convenientes e duráveis. Haverá também um planejamento dos ensaios a serem realizados após os trabalhos de recuperação, para avaliar a eficiência das intervenções e traçar novas curvas. Em função do exposto, verifica-se que o diagnóstico estrutural é o responsável em responder o que fazer e quando fazer. 10 Apresentação dos primeiros resultados Os primeiros resultados referem-se aos diagnósticos realizados nos elementos estruturais localizados nas partes mais baixas, com facilidade de acesso. Abaixo mostramos uma síntese dos resultados mais relevantes. Os quadros mostram os resultados por tipo de elemento estrutural, enquanto os desenhos mostram os resultados globais.

12 10.1 Quantitativos das áreas externas já diagnosticadas: Tipo do elemento Área total Área diagnosticada (m²) (m²) Pilares ,1 Travessas ,3 Longarinas ,5 Blocos ,4 Balanços sucessivos ,0 0,0 Total , Medição das espessuras de cobrimento: Espessura (mm) Blocos Longarinas Pilares Travessas 10 a 15 1,0 16 a 20 2,7 2,0 1,3 5,2 21 a 25 2,7 6,5 3,9 26 a 30 27,0 17,5 11,7 26,3 > 30 67,6 73,0 83,1 68,5 Total 100,0 100,0 100,0 100,0

13 10.3 Medição da profundidade de carbonatação: Profundidade (mm) Blocos Longarinas Pilares Travessas 0 a 5 2,5 50,0 22,8 30,0 6 a 10 15,0 30,0 19,5 30,0 11 a 15 62,5 20,0 31,7 30,0 16 a 20 15,0 14,1 10,0 > 20 5,0 11,9 Total 100,0 100,0 100,0 100, Permeabilidade de água sob pressão 0,4 BAR: Permeabilidade (mm/s) Qualidade do concreto Blocos Longarinas Pilares Travessas Alta Regular 28,5 27,7 44,8 50,0 Média Boa 57,3 66,8 41,5 50,0 Baixa Ótima 14,2 5,5 13,7 Total 100,0 100,0 100,0 100,0

14 10.5 Medição de cloretos e sulfatos: Os ensaios realizados em laboratório para medição de cloretos e sulfatos indicam que os teores apurados são baixos, insuficientes para deteriorar o concreto Previsibilidade de vida útil: Vida útil (anos)* Blocos Longarinas Pilares Travessas > ,8 69,0 61,2 64,0 70 a 100 9,2 8,2 6,5 6,0 40 a 70 22,7 12,8 15,5 18,0 < 40 ** 36,3 10,0 16,8 12,0 Total 100,0 100,0 100,0 100,0 * os anos são contados a partir da data de concretagem do elemento ** dentro de período da concessão pública 10.7 Áreas com registro de problemas, necessitando manutenção corretiva: Área diagnosticada (m²) Área com problema (m²) Blocos Longarinas Pilares Travessas

15 11 Conclusão Nos primeiros três anos de inspeção e monitoramento foram diagnósticos 12,7 da área total da 3ª Ponte. Apesar de ser uma área relativamente pequena, a amostragem é significativa e os resultados obtidos até aqui são relevantes. Tratando-se de um trabalho pioneiro, foram realizados alguns ajustes neste período, que foram importantes para a melhoria da metodologia executiva dos ensaios e na definição do tamanho das amostragens a serem utilizadas. Os primeiros resultados mostram que a 3ª Ponte de Vitória foi bem construída, mas apresentou algumas deficiências no controle de qualidade, que reduziram a vida útil de alguns elementos estruturais. Verificaram-se deficiências de cobrimento de armaduras e alterações no fator água/cimento, com conseqüente aumento da permeabilidade. Os elementos que apresentaram menor vida útil foram os blocos de coroamento, sendo que 36,3 da área total dos blocos deverão apresentar problemas durante a concessão. Deve-se ressaltar que os blocos diagnosticados referem-se aos localizados dentro do Canal de Bigossi, em Vila Velha, que é um canal a céu aberto, com grande contaminação por esgotos residenciais, conferindo às estruturas uma alta e permanente agressividade. Os elementos estruturais mais bem executados foram as vigas longarinas. Por serem pré-fabricadas tiveram um controle de qualidade maior, principalmente em relação ao fator a/c, mas houve deficiência de cobrimento na face inferior das vigas, com redução significativa da vida útil em algumas delas. Os pilares e as travessas apresentaram resultados semelhantes, registrandose irregularidades na permeabilidade e deficiência de cobrimento de armaduras em vários elementos. As curvas de previsão de vida útil, referentes às áreas já inspecionadas e diagnosticadas, indicam que 18,7 deverão despassivar até o ano 2023, data de término da concessão. Estas áreas deverão ser mais cuidadosamente monitoradas para confirmar as previsões realizadas, e uma vez ratificadas, deverão receber manutenção preventiva na época oportuna, protegendo as superfícies. Existe uma correlação direta entre a permeabilidade e a vida útil. Como 33,6 dos ensaios indicaram áreas com permeabilidade alta, a expectativa que 18,7 irão se despassivar até o final da concessão é bastante compatível e esperado. Algumas destas áreas já apresentaram problemas localizados, necessitando de manutenção corretiva (1,3 da área diagnosticada) e que estão sendo recuperadas. As patologias ocorreram em função de falhas e acidentes construtivos.

16 As áreas submersas não apresentaram anormalidades, e as resistências à compressão de todos os elementos estão acima do especificado em projeto. Todos os resultados e porcentagens apresentadas referem-se à amostragem de 12,7 diagnosticada, que apesar de pequena, já mostra uma tendência para os demais resultados, que tão logo sejam conhecidos, serão publicados. Agradecimentos: RODOSOL Rodovia do Sol S/A