PATOLOGIAS QUE COMPROMETEM A DURABILIDADE DO CONCRETO EM GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS

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1 PATOLOGIAS QUE COMPROMETEM A DURABILIDADE DO CONCRETO EM GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS José Eduardo de Aguiar Recuperação Serviços Especiais de Engenharia RESUMO: O objetivo deste trabalho é mostrar as principais patologias que ocorrem nas galerias de águas pluviais. Serão apresentados diversos casos oriundos de investigações realizados em galerias de concreto na cidade de Belo Horizonte, onde será possível constatar as patologias que comprometem seriamente a durabilidade das estruturas, colocando em risco a integridade de bens e pessoas. Serão abordadas as técnicas utilizadas nas vistorias e os ensaios não destrutivos realizados no local. O trabalho apresentará também uma recuperação estrutural utilizando concreto com sílica ativa, visando o aumento da durabilidade do concreto. 1 Introdução O concreto de cimento Portland é o material de construção mais utilizado no planeta, mas para ter vida eterna é necessário que ele receba manutenção periódica e sistemática. Este conceito de manutenção, lamentavelmente, ainda não está completamente incorporado na cultura dos técnicos que trabalham no ramo da construção civil. É importante que os engenheiros e arquitetos conheçam os mecanismos de deterioração do concreto e os conceitos atuais de durabilidade das construções, para que as obras que utilizam o concreto de cimento Portland possam ter um desempenho satisfatório, com custos de manutenção aceitáveis, por um longo período, ou seja, uma grande vida útil.

2 Ter conhecimento dos conceitos de durabilidade implica automaticamente em valorizar os processos de manutenção preventiva, vitais para o bom desempenho das estruturas. Observa-se que os responsáveis pela manutenção das obras públicas ainda não estão devidamente sensibilizados da necessidade de se executar um programa de manutenção, periódica e sistemática, nas obras construídas com concreto de cimento Portland. É necessário que se crie uma conscientização de realizar vistorias de inspeções rotineiras, com o cadastramento das anormalidades e um planejamento de intervenções técnicas. O que foi dito acima é extensivo a todas as obras de concreto, mas é particularmente importante para as galerias de águas pluviais, muitas delas contaminadas com esgotos clandestinos, que por estarem localizados sob as ruas e avenidas, longe dos olhares, fogem do controle de sua deterioração. Este trabalho irá apresentar a experiência do autor na execução de vistorias técnicas em galerias, principalmente na cidade de Belo Horizonte, mostrando patologias que comprometem seriamente a durabilidade das estruturas de concreto, colocando em risco a estabilidade da obra e a integridade de bens e pessoas. Foto 1- Vistoria localizou grande obstrução dentro da galeria, devido ao acúmulo de detritos em pilar central 2 Procedimentos Básicos de Segurança para Realização de Vistorias Técnicas em Galerias Para a realização das vistorias em ambientes confinados é necessário a execução de diversos procedimentos de segurança, pois trata-se de um trabalho de alto risco, em função da presença de gases tóxicos, armaduras expostas, buracos profundos, obstruções, etc. Abaixo estão listados alguns procedimentos que visam garantir a segurança e integridade física dos vistoriadores.

3 Os investigadores deverão estar clinicamente aptos para a realização dos trabalhos; Deverão portar macacão sanitário, botas de borracha (preferencialmente até a virilha), máscara de filtro combinado para gases tóxicos e partículas suspensas, luvas de PVC e lanternas; A equipe deverá ser a menor possível, recomendando-se a entrada na galeria de quatro pessoas. Duas irão à frente, com a finalidade básica de garantir a segurança da operação. Ambas deverão carregar um bastão com 1,50 m de comprimento, testando constantemente o fundo da galeria. Uma destas pessoas deverá carregar um aparelho detector de gases tóxicos. Os trabalhos técnicos e ensaios serão desenvolvidos somente pelos dois vistoriadores, que vem logo a seguir à equipe de segurança. A entrada na galeria é feita através de escadas colocadas convenientemente nos poços de visita ou grelhas, abertos previamente para ventilação. Caso necessário deve-se acionar sistema de ventilação forçado na galeria; O sentido da vistoria será sempre de montante para jusante, acompanhando a corrente da água, que dobra as pontas de ferro, facilitando o pisar sobre as ferragens expostas; Deverá ser executado um plano de resgate por emergência, contando para isto com o Corpo de Bombeiros, se possível; O aparelho detector de gases (foto 2) deverá estar devidamente calibrado para dar alarme quando necessário. Os gases encontrados nas galerias fechadas são: gás sulfídrico, monóxido de carbono, gases Foto 2 combustíveis e oxigênio. Para que os resultados técnicos da vistoria sejam satisfatórios é importante a presença constante de um engenheiro especializado em patologia de concreto, que será o responsável pela coordenação dos trabalhos.

4 3 Descrição das Principais Patologias Abaixo estão caracterizadas as patologias mais importantes encontradas durante as vistorias em galerias e as causas mais prováveis: 3.1. Armaduras Expostas concreto Esta patologia é caracterizada toda vez que for encontrada a exposição de ferragens do Causas prováveis : Corrosão da armadura Desgaste por abrasão Desgaste por cavitação Brocas devido a erro de lançamento e adensamento do concreto Deformação da estrutura por motivo de sobrecarga Cobrimento insuficiente da armadura Destacamento do concreto Foto 3- Armaduras expostas em laje superior 3.2. Desgaste por Abrasão Esta patologia é caracterizada sempre que for verificada uma redução na espessura da estrutura, a partir da superfície de contato interna da galeria, motivada pela passagem de líquidos, com ou sem partículas sólidas, que por fricção causam o desgaste da superfície de concreto. Causas Prováveis : Presença de partículas sólidas abrasivas Baixa resistência do concreto Uso de agregados inadequados Acabamento inadequado do concreto Foto 4- Desgaste em laje de fundo provocou perda de seção da estrutura

5 3.3. Desgaste por Cavitação Esta patologia é caracterizada sempre que for verificada uma redução na espessura da estrutura, a partir da superfície de contato interna da galeria, provocado pela formação de bolhas de vapor sobre pressão, nas regiões de degraus, que junto com o fluxo de água em alta velocidade e pressão, causam impactos na superfície do concreto. Causas Prováveis : Existência de degraus ou superfícies curvas Foto 5- A cavitação sempre provoca sérias avarias na região dos degraus 3.4. Infiltrações Esta patologia é caracterizada sempre que for constatado o aparecimento de água ou outros líquidos dentro da galeria, através de sua estrutura, oriundos do exterior. Causas prováveis : Trincas Porosidade do concreto Defeitos na concretagem Defeitos nas juntas Aberturas nas galerias Foto 6- Infiltrações na região das juntas

6 3.5. Trincas no concreto Esta patologia é caracterizada sempre que for constatado o aparecimento de fissuras no concreto que demonstre uma deficiência do comportamento estrutural, podendo levar a degradação do concreto ou perda da estabilidade da estrutura. Causas prováveis : Atuação de sobrecargas ou concentração de tensões acima do previsto Deformabilidade excessiva da estrutura Recalques diferenciados Corrosão das armaduras Foto 7- Trinca em laje superior 3.6. Brocas no concreto Esta patologia é caracterizada sempre que for constatado cavidades no concreto em forma de ninhos de pedra. Causas prováveis : Fuga de nata através da forma, durante o processo de concretagem Segregação, devido a lançamento incorreto do concreto. Falha no adensamento Foto 8- Ninhos de pedras provocados pela segregação do concreto devido a falhas de concretagem

7 3.7. Recalques Esta patologia é caracterizada sempre que ocorrer o aparecimento de desnível resultante de uma acomodação diferenciada da galeria. Causas prováveis : Terreno de suporte com taxa de resistência insuficiente Foto 9- Recalque de laje de fundo por deformação do terreno de fundação 3.8. Carreamento de Material Esta patologia é caracterizada sempre que surgir dentro da galeria material fino oriundo do exterior, provocando vazios que poderão desestabilizar os aterros que envolvem as estruturas. Causas prováveis : Juntas abertas Janelas de passagem sem vedação Janelas de passagem sem acabamento Trincas Brocas Foto 10- Carreamento de material pode tirar a estabilidade dos aterros laterais

8 3.9. Destacamento do Concreto Esta patologia é caracterizada sempre que se verificar um lascamento da estrutura do concreto. Causas prováveis : Quebra do concreto para instalação de tubos de contribuições Corrosão das armaduras Falta de aderência concreto / aço Atuação de sobrecargas ou concentração de tensões acima do previsto Foto 11- Destacamento de concreto Desagregação do Concreto Esta patologia é caracterizada sempre que ocorrer uma desintegração do concreto, devido a perda do caráter aglomerante do cimento, ficando os agregados soltos pela perda da função da pasta de cimento. Causas prováveis Reação alcali- agregados Ataques químicos Presença de sulfatos Ataques biológicos (*) Foto 12- Ataque biológico em galeria de águas (*) Nas galerias contaminadas por esgotos acontece a deterioração por ataques biológicos. No interior do esgoto, em condições anaeróbicas (sem oxigênio) as bactérias produzem ácido sulfídrico (composto pouco agressivo ao concreto). Ao escapar de dentro do esgoto para o ar, o ácido sulfídrico vai colocar-se ao alcance de bactérias aeróbicas, que habitam a superfície livre. Estas bactérias transformam o ácido sulfídrico em ácido sulfúrico, que é bastante agressivo, dando-se um ataque de ácidos de sulfatos, que vai provocar a rápida degradação do concreto.

9 4. Ensaios Executados no Local As patologias caracterizadas no item anterior são identificadas visualmente, quantificadas e cadastradas na vistoria técnica (preliminar). Para a execução de um projeto de recuperação ou outro estudo mais profundo, é muitas vezes necessário a realização de investigações complementares utilizando-se de ensaios especiais, o qual dá-se o nome de vistoria técnica detalhada. Em função das patologias encontradas, o grau de intensidade e nível de comprometimento da estrutura, poderão ser realizados diversos ensaios no local, a saber: 4.1. Localização das barras de aço e espessuras de cobrimento Utilizando o equipamento PROFOMETER (Rebar Locator), é executado um rastreamento na superfície do concreto para se determinar/ confirmar as dimensões das amaduras utilizadas, sua distribuição, assim como medir a espessura de cobrimento do concreto (ensaio não destrutivo). Esta aparelhagem (foto 13), de altíssima precisão irá determinar a real espessura de cobrimento do concreto que protege a armadura. Foto Determinação da resistência a compressão A avaliação da resistência a compressão do concreto poderá ser feito por ensaio não destrutivo utilizando o esclerômetro pendular, ou através da retirada de corpos de prova para rompimento em laboratório.

10 4.3. Determinação da densidade e homogeneidade do concreto Utilizando o ensaio de ultrassonografia, através do aparelho PUNDIT (Portable Ultrasonic Non Destrutive Digital Indicating Test) são determinadas características importantes do concreto. A velocidade de propagação de pulsos ultrassônicos no interior do concreto determinam as características de densidade e propriedades elásticas do material. A medição desta velocidade (foto 14 e 15) mostra a homogeneidade do concreto, a presença de vazios, fissuras e outras imperfeições, além de determinar a compacidade e resistência do concreto. Foto 14 Foto Permeabilidade do concreto O conhecimento dos mecanismos de transporte de líquidos e gases nos poros do concreto é determinado pelo ensaio de permeabilidade à água sob pressão, ensaio in situ utilizando o permeabilímetro. Poderá também ser realizado este estudo em laboratório, utilizando corpos de prova extraídos da estrutura Medida da profundidade de carbonatação Através da retirada de corpos de prova de 1 ½ de diâmetro será determinado a profundidade de carbonatação. A medição será realizada utilizando um indicador de PH, com aspersão de fenolftaleína na superfície do corpo de prova.

11 4.6. Medição do conteúdo de cloretos e sulfatos São retiradas amostras de pó, através de furadeiras elétricas, em profundidade pré determinadas. Estas amostras são devidamente ensacadas e enviadas a laboratório para serem quantificadas através de ensaios específicos. Para agilizar os resultados no campo poderá ser utilizada maleta kit CL1000 Chloride Test System, que fornece em forma digital a quantidade de ppm de cloretos e a porcentagem de cloretos por peso de amostra Estudo da corrosão das armaduras Através de ensaios utilizando técnicas eletroquímicas poderão ser realizados diversos estudos a respeito da evolução dos processos corrosivos do concreto. São utilizados equipamentos especiais, de última geração, que combinando os resultados fornecem elementos precisos sobre a evolução do nível de corrosão eletroquímica presentes na armadura de concreto Potencial de corrosão A medida do potencial de corrosão se baseia em determinar a diferença de potencial entre o aço da armadura e um eletrodo de referência em contato com a superfície do concreto. A medição em diversos pontos da armadura identifica as áreas com altos gradientes e consequentemente com forte risco de corrosão. É utilizado o Canin Corrosion Analysing Instrument, que irá traçar um mapa de equipotenciais, permitindo identificar as possíveis áreas de corrosão Resistividade do concreto A resistividade do concreto é um parâmetro que está relacionado com a velocidade de propagação do processo corrosivo. A corrosão do aço é um processo eletroquímico com a presença de uma corrente elétrica no interior do concreto, que funciona como eletrólito. Uma vez iniciado a corrosão, a velocidade de propagação depende das características do meio. Quanto mais resistivo for os componentes do concreto, menor será a velocidade da corrosão da armadura. Esta resistividade é medida pelo equipamento Resi- Resistivity Meter, ensaio não destrutivo.

12 5. Projeto de Recuperação de Galeria Utilizando Concreto Especial Exemplo Prático Uma vistoria técnica realizada para a Prefeitura de Belo Horizonte (Sudecap) constatou profundo desgaste na laje de fundo da galeria da Avenida Professor Moraes, com perda de parte da estrutura, provocando o surgimento de enormes erosões abaixo da estrutura, com eminente risco de acidente de grande proporção, por se tratar de uma movimentada avenida da capital mineira. A dimensão da galeria é de 4,20 m de largura por 3,50 m de altura (desenho 1), e as erosões chegavam a atingir a profundidade de até 2,80 m abaixo do nível da laje de fundo, que não era armada (foto 16). Desenho 1 Foto 16

13 Em caráter de emergência a Sudecap executou, com sucesso, o seguinte trabalho : Execução de barragem e canalização da água para ensecamento da galeria (desenho 2). Demolição do concreto da laje de fundo, nas regiões onde havia deficiência de suporte (desenho 3). Preenchimento e compactação hidráulica das cavidades com material britado, tipo bica corrida (desenho 4). Colocação de tubos de injeção (desenho 4). Instalação de tela Bematel Q-138, fixados por pinos Walsywa, após limpeza do concreto remanescente por hidrojateamento (desenho 5). Execução de reforço da laje de fundo, com concreto de Fck = 25 Mpa, utilizando sílica ativa (desenho 5). Traço do concreto Fck 25 Mpa Cimento Ari Plus 284,000 Kg Areia natural lavada 0,549 m³ Areia artificial 0,198 m³ Brita 1 calcária 0,669 m³ Microsílica 25,000 m³ Aditivo Rx 104 R 0,618 lt Água 193,000 lt Execução das injeções de calda de cimento, argila e bentonita para consolidação do preenchimento das cavidades (desenho 6 foto 17). Traço da calda Cimento 50,00 kg Bentonita 20,00 kg Argila 0,10 m 3 Água 80,00 lt

14 Desenho 2 Desenho 3 Desenho 4 Desenho 5 Desenho 6 Foto 17

15 6. Conclusão As patologias citadas neste trabalho são progressivas e inevitavelmente reduzem a durabilidade das estruturas de concreto das galerias de águas pluviais, podendo comprometer estabilidade da obra. É fundamental que os órgãos públicos ou privados responsáveis pela manutenção destas obras façam vistorias técnicas periódicas e sistemáticas, coordenadas por engenheiro patologista de concreto, possibilitando a realização de planejamento com intervenções corretivas e preventivas, visando a durabilidade das galerias e evitando acidentes graves. Agradecimentos Prefeitura Municipal de Belo Horizonte Através da Diretoria de Manutenção da SUDECAP Fundação Christiano Ottoni (UFMG)