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INSTITUTO DE ENSINO SUPERIOR DO ACRE – IESACRE ENGENHARIA CIVIL ARQUINEY AUGUSTO RODRIGUES MAIA INSPEÇÃO E ANÁLISE DE PATOLOGIAS EM PONTES DE CONCRETO: ESTUDO DE CASO NA TERCEIRA PONTE DA CIDADE DE RIO BRANCO - ACRE Rio Branco-AC 2019 ARQUINEY AGUSTO RODRIGUES MAIA INSPEÇÃO E ANÁLISE DE PATOLOGIAS EM PONTES DE CONCRETO: ESTUDO DE CASO NA TERCEIRA PONTE DA CIDADE DE RIO BRANCO - ACRE Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil do Instituto de Ensino Superior do Acre- IESACRE. Orientador: Prof. MSc. Antonia Alana de Lima Pacheco Coorientador: Prof. Esp. Ítalo Almeida Lopes Rio Branco – AC 2019 Catalogação na Fonte Biblioteca União Educacional do Norte, Rio Branco/Acre M217i Maia, Arquiney Augusto Rodrigues. 1997 - Inspeção e análise de patologias em pontes de concreto: estudo de caso na terceira ponte da cidade de Rio Branco - Acre/ Arquiney Augusto Rodrigues Maia - 2019. 80f.: 29 cm. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Civil) - Instituto de Ensino Superior do Acre, 2019. Orientador: Prof. MSc. Antonia Alana de Lima Pacheco 1. Pontes 2. Patologia 3. Inspeção 4. Manutenção 5. Concreto I. Instituto de Ensino Superior do Acre II. Título CDD: 621 Ficha catalográfica elaborada pela bibliotecária Thalita Campos CRB-03/1270 ARQUINEY AUGUSTO RODRIGUES MAIA INSPEÇÃO E ANÁLISE DE PATOLOGIAS EM PONTES DE CONCRETO: ESTUDO DE CASO NA TERCEIRA PONTE DA CIDADE DE RIO BRANCO - ACRE Trabalho de Conclusão de Curso apresentado para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil do Instituto de Ensino Superior do Acre – IESACRE. Banca Examinadora: _ Prof. MSc. Antonia Alana de Lima Pacheco Orientador Prof. Esp. Ítalo Almeida Lopes Coorientador _ Prof. Esp. Pedro Bonfim Segobia _ Prof. Esp. Paulo Roberto Nascimento de Góes Aprovação em: de _ de 2019. Dedico este trabalho à minha mãe e aos meus avós, por todo apoio e incentivo durante a minha jornada. AGRADECIMENTOS Agradeço a realização deste trabalho, primeiramente, à Deus por ter me permitido vencer essa etapa da minha vida. Agradeço à minha mãe, Hérita Rodrigues, por ser uma mulher incrível que sempre lutou para me proporcionar todos os meios possíveis para estudar e sempre acreditou em mim, obrigado mãe, por todos os conselhos e broncas durante a caminhada. Aos meus avós, Francisco Viana Maia e Francisca das Chagas, por terem sido pessoas importantes na minha vida e desde cedo me incentivarem a buscar por conhecimento. Agradeço também aos professores qualificados, do Centro Universitário do Norte – UNINORTE, especialmente aos professores Prof. Msc. Alana Pacheco e Prof. Esp. Ítalo Lopes, a realização deste trabalho não poderia ter sido concretizada sem o acompanhamento e orientação de vocês, muito obrigado. Agradeço aos meus amigos da graduação, em especial à Anne Carolline, Ewerton Brito, Fernanda Valladão, Jardel Borges, Nalbhert Albuquerque, Michely Kretschmer por terem sido minha segunda família nos últimos cinco anos, essa jornada não teria sido a mesma sem vocês. Já estamos quase lá clã! Aos amigos do colégio que se tornaram amigos da vida, Ana Paula, André Lucas, Bruno Melo, Dany Prisley, Gabriel Mota e Laura Nadyne, sem vocês a trajetória seria mais difícil. A todos que não estão aqui citados, mas que contribuíram de certa forma para essa vitória, meu muitíssimo brigado. "A tarefa não é ver aquilo que ninguém viu, mas pensar o que ninguém ainda pensou sobre aquilo que todo mundo vê.’’ (Arthur Schopenhauer) RESUMO As pontes são magníficas obras que simbolizam a transposição de obstáculos e que têm grande valor para o desenvolvimento social e econômico, porém como qualquer outra estrutura, as pontes se deterioram com o tempo e necessitam de programas de inspeção e manutenção periódica para garantir sua funcionabilidade. No Brasil, a prática de manutenção em pontes e viadutos ainda é muito falha e isso pode ser observado no grande número de pontes com problemas patológicos, resultando em onerosos gastos de recuperação. Nesse contexto, o presente trabalho procurou inspecionar e analisar as patologias uma ponte rodoviária na cidade de Rio Branco, Acre, com o objetivo de analisar o estado de conservação da estrutura. Para isso, foi feita pesquisa bibliográfica sobre manifestações patológicas em pontes de concreto armado e aplicada ficha de verificação baseada na norma de inspeção em pontes e viadutos na ponte do estudo de caso, através de visitas ao local e relatório fotográfico. Os problemas encontrados na estrutura foram investigados e analisou-se como eles podem contribuir com o estado de conservação da ponte. Por fim, observou-se que a estrutura apresenta diversas patologias que não comprometem diretamente sua estrutura, mas que se não forem corrigidas a médio prazo podem-se desenvolver, comprometendo a estrutura e reduzindo drasticamente a vida útil e a durabilidade da ponte. Palavras-chave: Pontes. Patologia. Inspeção. Manutenção. Concreto. ABSTRACT Bridges are magnificent works that symbolize the crossing of obstacles and that have great value to social and economic development, but like any other structure, they deteriorate over time and require periodic inspection and maintenance programs to ensure their functionality. In Brazil, the practice of maintenance on bridges and viaducts is still insufficient, and this can be observed in a large number of bridges with pathological problems, resulting in expensive recovery costs. In this context, the present work sought to inspect and analyze the pathologies of a road bridge in the city of Rio Branco (Acre), to analyze the conservation state of the structure. To achieve this goal, it was carried bibliographic research about pathological manifestations in reinforced concrete bridges and applied a verification checklist based on the Brazilian standard of the bridge inspection, through technical visits and photographic report. The problems found in the structure were investigated and it was analyzed how they contribute to the bridge's conservation state. Finally, it was observed that the structure presents several pathologies that do not affect its structure directly, but if not corrected in the medium term, it can compromise the structure and drastically reducing the service life and durability of the bridge. Keywords: Bridges. Pathology. Inspection. Maintenance. Concrete. LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Seção transversal de uma ponte até 1950 ................................................ 17 Figura 2 - Seção transversal de uma ponte após 1985 .............................................17 Figura 3 - Elementos estruturais de uma ponte ............................................................18 Figura 4 - Classificação da ponte segundo o desenvolvimento planimétrico ............. 20 Figura 5 - Ponte com altimetria horizontal ................................................................ 20 Figura 6 - Ponte com altimetria em tabuleiro convexo ............................................. 20 Figura 7 - Ponte estaiada ......................................................................................... 21 Figura 8 - Ponte no extradorso ................................................................................. 21 Figura 9 - Odawara Blueway Bridge ......................................................................... 22 Figura 10 - Terceira Ponte de Rio Branco ................................................................ 23 Figura 11 - Evolução de custos por fase de intervenção de uma obra ...................... 24 Figura 12 - Esquema para escolha da terapia ..............................................................26 Figura 13 - Representação de fissuras na estrutura ................................................. 29 Figura 14 - Possível configuração de fissuras em pilares parede ............................. 30 Figura 15 - Partículas acumuladas no pilar da ponte ................................................ 33 Figura 16 - Efeitos da erosão localizada nas fundações de uma ponte ......................33 Figura 17 - Eflorescência em uma OAE.................................................................... 34 Figura 18 - Formação de estalactites........................................................................ 35 Figura 19 - Presença de vegetação na longarina de uma ponte ............................... 35 Figura 20 - Guarda corpo danificado ........................................................................ 36 Figura 21 - Junta de dilatação desgastada ............................................................... 36 Figura 22 - Infiltração em apoio Gerber por ausência de drenagem ......................... 37 Figura 23 - Etapas da pesquisa ................................................................................ 41 Figura 24 - Localização da Terceira Ponte ............................................................... 42 Figura 25 - Corte transversal da Terceira Ponte ....................................................... 43 Figura 26 - Forma de fundação dos pilares .............................................................. 44 Figura 27 - Corte transversal no apoio e no vão ....................................................... 45 Figura 28 - Armadura exposta na laje inferior ........................................................... 47 Figura 29 - Sinais de corrosão, eflorescência e carbonatação .................................. 48 Figura 30 - Formação de estactites na superestrutura da ponte ............................... 48 Figura 31 - Vista lateral de nicho de estaio com presença de lixiviação, eflorescências e infiltrações ............................................................................................................. 49 Figura 32 - Vista lateral e inferior da estrutura presença de vegetação na longarina com raízes profundas ...................................................................................................... 49 Figura 33 - Vista inferior do passeio, presença de vegetação com raízes na junta do passeio, em estado bem desenvolvida ..................................................................... 50 Figura 34 - Vegetação ao longo do passeio ............................................................. 50 Figura 35 - Nicho de estaio com musgos laterais e surgimento de estalactites ......... 51 Figura 36 - Vista do pilar .......................................................................................... 51 Figura 37 - Fissura no pilar proveniente da estrutura de proteção e pontos de segregação .............................................................................................................. 52 Figura 38 - Vista do tubulão e bloco de coroamento ................................................. 52 Figura 39 - Desgaste da estrutura por abrasão, fissuras e pontos de segregação em bloco de coroamento da infraestrutura ..................................................................... 53 Figura 40 - Zoom no bloco de coroamento ............................................................... 53 Figura 41 - Aparelhos de apoio ................................................................................ 54 Figura 42 - Encontro viga-contenção ........................................................................ 54 Figura 43 - Fissuração lateral do muro de ala ...............................................................54 Figura 44 - Junta de dilatação nos encontros da ponte ............................................. 55 Figura 45 - Juntas dos passeios com presença de vegetação .................................. 56 Figura 46 - Drenos da estrutura ................................................................................ 56 Figura 47 - Dispositivo de drenagem jogando água no nicho de estaio .................... 57 Figura 48 - Corrosão, deterioração do guarda corpo ................................................ 57 Figura 49 - Vista frontal do passeio com parte guarda corpo ausente ...................... 58 Figura 50 - Guarda corpo metálico ausente e vegetação densa ............................... 58 Figura 51 - Defensas metálicas ................................................................................ 59 Figura 52 - Barreira de concreto danificada .............................................................. 59 Figura 53 - Barreiras depredadas em virtude de furto de fios ................................... 60 Figura 54 - Processos de erosão no aterro de contenção ......................................... 61 Figura 55 - Fios expostos no passeio da ponte ........................................................ 61 Figura 56 - Estrutura de proteção danificada ............................................................ 62 Figura 57 - Estrutura de proteção ............................................................................. 62 LISTA DE QUADROS Quadro 1 - Elementos transversais e longitudinais ................................................... 19 Quadro 2 - Terapias usuais em concreto .................................................................. 26 Quadro 3 - Fatores extrínsecos de deterioração ....................................................... 27 Quadro 4 - Fatores intrínsecos de deterioração ........................................................ 28 Quadro 5 - Limites de fissuração .............................................................................. 30 Quadro 6 - Classificação da agressividade ambiental............................................... 31 Quadro 7 - Relação cobrimento nominal e classe de agressividade ......................... 32 Quadro 8 - Frequência recomendada para inspeções .............................................. 38 Quadro 9 - Resumo de manifestações encontradas ................................................. 63 LISTA DE SIGLAS ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas DNIT - Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes NBR - Norma Brasileira OAEs - Obras de Arte Especiais SUMÁRIO 1INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 14 1.1 OBJETIVO GERAL ............................................................................................ 15 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................................. 15 2REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..................................................................................16 2.1 PONTES ............................................................................................................ 16 2.1.1 Histórico ........................................................................................................ 16 2.1.2 Elementos constituintes ............................................................................... 18 2.1.3 Classificação ................................................................................................. 20 2.1.4 Pontes de concreto protendido no extradorso ........................................... 22 2.2 MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM PONTES DE CONCRETO ................. 23 2.2.1 Conceitos ...................................................................................................... 23 2.2.2 Fatores que influenciam manifestações patológicas ................................. 27 2.2.3 Manifestações patológicas usuais ............................................................... 29 2.2.3.1 Fissuras ....................................................................................................... 29 2.2.3.2 Corrosão ...................................................................................................... 31 2.2.3.3 Abrasão e erosão ......................................................................................... 32 2.2.3.4 Carbonatação .............................................................................................. 33 2.2.3.5 Lixiviação ..................................................................................................... 34 2.2.3.6 Biodegradação do concreto ......................................................................... 35 2.2.3.7 Desgaste por utilização ................................................................................ 36 2.2.3.8 Falhas em dispositivos de drenagem ........................................................... 36 2.3 INSPEÇÃO E ANÁLISE DE PATOLOGIAS EM PONTES .................................. 37 2.3.1 Procedimento para identificação de patologias.......................................... 37 2.3.2 Tipos de inspeção ......................................................................................... 38 2.3.3 Métodos para avaliação de estruturas ........................................................ 39 3METODOLOGIA .................................................................................................... 41 3.1 TIPO DE PESQUISA ......................................................................................... 41 3.2 ETAPAS DA PESQUISA.................................................................................... 41 3.2.1 Objeto do estudo de caso ..................................................................................42 3.2.1.1Infraestrutura e mesoestrutura ...................................................................... 43 3.2.2 Inspeção visual ............................................................................................. 45 3.2.3 Análise das patologias ................................................................................. 46 3.2.4 Análise do estado de conservação da ponte .............................................. 46 4ESTUDO DE CASO ............................................................................................... 47 4.1 INSPEÇÃO E ANÁLISE DAS PATOLOGIAS ..................................................... 47 4.1.1 Elementos estruturais .................................................................................. 47 4.1.1.1 Superestrutura ............................................................................................. 47 4.1.1.2 Mesoestrutura .............................................................................................. 51 4.1.1.3 Infraestrutura................................................................................................ 52 4.1.1.4 Aparelhos de apoio ...................................................................................... 53 4.1.1.5 Juntas de dilatação ...................................................................................... 55 4.1.2 Elementos de pista ou funcionais................................................................ 56 4.1.2.1 Drenagem .................................................................................................... 56 4.1.2.2 Guarda corpo ................................................................................................ 57 4.1.2.3 Barreira de concreto / Defensa metálica ........................................................ 59 4.1.3 Outros elementos ........................................................................................... 60 4.1.3.1 Taludes ......................................................................................................... 60 4.1.3.2 Iluminação ..................................................................................................... 61 4.1.3.3 Proteção dos pilares ...................................................................................... 61 4.2ANÁLISE DO ESTADO DE CONSERVAÇÃO .........................................................63 CONCLUSÃO .......................................................................................................... 65 REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 67 ANEXO A: MODELO DE FICHA DE INSPEÇÃO CADASTRAL ............................. 70 APÊNDICE A: FICHA DE INSPEÇÃO CADASTRAL .............................................. 74 APÊNDICE B: TABELA DE PARÂMETROS DE CLASSIFICAÇÃO ....................... 78 APÊNDICE C: MAPA DE LOCALIZAÇÃO DAS PATOLOGIAS ............................. 80 14 1 INTRODUÇÃO As pontes e viadutos das rodovias federais, estaduais e municipais são designadas tecnicamente como Obras de Arte Especiais (OAEs), construções espetaculares que simbolizam a transposição de obstáculos e fazem parte um acervo público de valor imensurável, em virtude da importância que representam para o desenvolvimento social e econômico da nação (DNIT, 2010). Durante muito tempo, pensou-se que as pontes eram estruturas eternas, de durabilidade longa, mas assim como qualquer edificação, as obras de arte especiais também se deterioram com o tempo e necessitam cuidados para garantir sua funcionabilidade (GIOVANNETTI, 2014). No Brasil, a cultura da manutenção em OAEs ainda é algo novo, é gasto muito tempo, energia e recursos em processos de execução, sem a devida consciência da importância de serviços de manutenção. Apesar de existirem programas voltados à manutenção não há completa aplicação e as intervenções somente são feitas quando a estrutura está quase atingindo seu limite de utilização, resultando em onerosos gastos de reparação, que poderiam ser evitados com a correta inspeção e cuidados (VITÓRIO, 2015). Neste cenário, a presente pesquisa buscou inspecionar e investigar a ocorrência de manifestações patológicas em uma ponte rodoviária na cidade de Rio Branco - Acre a Terceira Ponte de Rio Branco, que surgiu como uma nova alternativa de ligação entre os dois distritos da cidade. Integrando o complexo viário da Via Verde, a ponte tornou-se um elemento grande relevância para o desenvolvimento econômico da cidade sendo responsável pelo transporte de pessoas, veículos e escoamento de produtos para as demais cidades do estado do Acre. Esse trabalho tem como finalidade avaliar a estrutura, utilizando como base a NBR 9452/2019 - Inspeção de pontes, viadutos e passarelas de concreto, em relação à seus elementos estruturais e de que maneira essas manifestações afetam a durabilidade e funcionalidade da construção, buscando um panorama do seu atual estado de conservação. 15 1.1 OBJETIVO GERAL Analisar o estado de conservação da Terceira Ponte da cidade de Rio Branco através de inspeçãoe análise das patologias em sua estrutura. 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ▪ Realizar levantamento bibliográfico buscando embasamento teórico sobre as principais manifestações patológicas existentes em OAEs ; ▪ Inspecionar visualmente a Terceira Ponte e realizar registro fotográfico para identificar as manifestações patológicas de acordo com a ABNT NBR 9452/2019; ▪ Analisar as patologias presentes na ponte quanto ao tipo e sua possível origem com base em referências de trabalhos anteriores; ▪ Analisar o estado de conservação da edificação a partir dos dados coletados. 16 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 PONTES A definição de ponte pode ser dada por obra destinada a permitir a transposição de obstáculos, sejam eles rios, braços de mar ou canais. Todavia, quando o obstáculo a ser transposto não é constituído por um curso d’água, é um vale ou outra via, a obra passa a ser denominada viaduto. Quando determinado curso d’água apresenta grandes dimensões, a ponte necessita de uma parte externa antes de atravessar o curso d’água, essa parte é denominada de viaduto de acesso (MARCHETTI, 2018). A norma do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT 010/2004) apresenta o significado de pontes como uma estrutura construída sobre uma depressão ou uma obstrução, tal como água, rodovia ou ferrovia, que tem como finalidade sustentar uma pista para a passagem de veículos e outras cargas móveis e com um vão superior a 6 metros. Já a Norma Brasileira (NBR) 9452/2019 Inspeção de pontes, viadutos e passarelas de concreto ― Procedimento, da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), define pontes como estrutura destinada à transposição de um obstáculo à continuidade do leito normal de uma via, cujo obstáculo deve ser constituído por canal aquífero, como rio, mar, lago, córrego e outros. Assim, múltiplas definições são encontradas nas mais diversas literaturas sobre pontes, e todas estão corretas, o que as diferem são os obstáculos que a serem ultrapassados (VITÓRIO, 2002). 2.1.1 Histórico No Brasil, o DNIT (2004) afirma que as primeiras normas para a construção de pontes e viadutos são datadas da década de 40, período em que a malha rodoviária federal foi implantada. Como as estruturas construídas naquela época eram elaboradas em normativas que se modificaram ao longo dos anos, algumas obras sofreram processos de restauração e/ou refoço em sua estrutura. Essas modificações foram necessárias para acompanhar o desenvolvimento da sociedade e possibilitar a construção de novas estruturas mais seguras e com melhor desempenho mêcanico. 17 Uma mudança notavél pode ser observada no projeto de pontes, que até 1950 contava com a carga máxima de veículos como 24 tonelada força (tf) e atualmente é estabelecido como 45 tf. Nas pontes anteriores à década de 50, os guardas corpos eram ineficientes, feitos com altura insuficiente e utilizando material de baixa resistencia, se afastando do seu atual proposito que é a segurança dos pedestres dos veiculos (DNIT, 2004). Grandes mudanças ocorreram nos projetos de pontes entre 1950 e 1985, como demonstrado nas Figuras 1 e 2. A Figura 1 apresenta os padrões de uma seção transversal adotados para as construções de pontes até 1950, já a Figura 2, mostra as modificações que foram feitas ao longo dos anos, como aumento da largura total, introdução de barreiras de segurança, redução de espessuras de laje e revestimento de pavimentação. Figura 1 – Seção transversal de uma ponte até 1950 Fonte: DNIT (2004). Figura 2 – Seção transversal de uma ponte após 1985 Fonte: DNIT (2004). 18 2.1.2 Elementos constituintes Diversos autores classificam os elementos estruturais das pontes em dois ou três grupos. Leonhardt (1979) dividiu uma ponte estruturalmente em: superestrutura e infraestrutura. A superestrutura contendo tabuleiro, vigas principais e secundárias e a Infraestrutura contendo pilares, encontros e apoios. Pfeil (1983) e Marchetti (2018), sob o ponto de vista funcional, definiram a divisão das pontes em três partes principais: infraestrutura, mesoestrutura e superestrutura, conforme mostra a Figura 3. Para o estudo do presente trabalho foi adotada esta divisão. Figura 3 - Elementos estruturais de uma ponte Fonte: Sartorti (2018) A ABNT NBR 9452/2019 define a superestrutura como o conjunto de elementos destinados a receber ação direta das cargas e transferi-las à mesoestrutura. Marchetti (2018) afirma que é a parte da ponte constituída por vigas, longarinas, chapas metálicas ou lajes, o elemento de suporte do estrado, parte útil da construção por onde se trafega. Entre a superestrutura e a mesoestrutura existem os elementos destinados a transmitir as reações de apoio e permitir deslocamentos e movimentos da superestrutura, identificados como aparelhos de apoio. A mesoestrutura é a parte da ponte constituída pelos apoios, que são elementos estruturais verticais ou não, cujo objetivo é receber os esforços da superestrutura e os transmitir à infraestrutura (MARCHETTI, 2018). Para Sartorti (2008), a mesoestrutura é composta basicamente por: • Pilar: elemento de suporte locado na região intermediária sem função de contenção do solo. 19 • Encontro: elemento situado nas extremidades da ponte com função de contenção do solo e suportar a ponte. Já a infraestrutura é a parte da ponte constituída por elementos destinados a apoiar no terreno os esforços da superestrutura e mesoestrutura. São elementos de fundação (blocos, tubulões e estacas) que transmitem as cargas ao solo (MARCHETTI, 2018; SARTORTI, 2008) Em relação à seção transversal e longitudinal a estrutura ainda pode apresentar outros elementos, como demostrado no Quadro 1. Quadro 1 - Elementos transversais e longitudinais Elementos Transversais Elemento / Dimensão Descrição Pista de rolamento Largura disponível para o tráfego normal de veículos ou pedestre, que pode ser subdividido em faixas Acostamento Largura adicional a 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. Elementos Longitudinais Elemento / Dimensão Descrição Longarina Elemento destinado a vencer o obstáculo. Transversina Elemento transversal as vigas principais destinada a evitar efeitos secundários das vigas principais e redistribuir os esforços. Tabuleiro Elemento de placa destinado a receber a ação direta 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. Fonte: Adaptado de Sartorti (2008). 20 2.1.3 Classificação Segundo a natureza do tráfego, as pontes podem ser classificadas em rodoviárias, passarelas (para pedestres), ferroviárias, aeroviárias e mistas. As mistas destacam-se por abranger dois tráfegos de naturezas diferentes, a exemplo a rodoferroviária. Segundo o desenvolvimento planimétrico, Marchertti (2018) afirma que considerando a projeção do eixo da ponte, em um plano horizontal (planta), tem-se pontes retas, ortogonais e esconsas, e pontes curvas, apresentadas respectivamente na Figura 4. Figura 4 – Classificação da pontesegundo o desenvolvimento planimétrico Fonte: Debs e Takeya (2019). Segundo a altimetria, Debs e Talkeya (2003) afirmam que as pontes podem ser retas (horizontais ou em rampa) ou curvas (tabuleiro côncavo ou convexo), conforme demostrado nas Figuras 5 e 6. Figura 5 - Ponte com altimetria horizontal Fonte: Debs e Takeya (2019). Figura 6 - Ponte com altimetria em tabuleiro convexo Fonte: Debs e Takeya (2019). 21 Segundo o sistema estrutural, as pontes podem ser classificadas analisando o tipo de material que apresentará concepções estruturais particulares, podendo ser pontes em vigas, treliçadas, em pórticos, em arco, penseis, estaiadas e protendidas, como mostram as Figuras 7 e 8 (MARCHERTTI, 2018). Figura 7 - Ponte estaiada Fonte: Debs e Takeya (2019). Figura 8 - Ponte no extradorso Fonte: Debs e Takeya (2019). Por fim, segundo o tipo construtivo, as pontes ainda podem ser classificadas em (MARCHETTI, 2018): ▪ ‘’In loco’’: superestrutura executada no próprio local da ponte, em sua posição definitiva, sobre o correto escoramento, apoiando-se diretamente nos pilares. ▪ Pré-Moldada: os elementos são executados fora do local definitivo, e são transportados e colocados no local determinado. Esse tipo de processo é muito usual em pontes de concreto protendido, principalmente em casos onde há muita repetição de vigas principais. ▪ Em balanços sucessivos: podendo também ser pré-moldadas, essa forma de construção surge progressivamente a partir de pilares já construídos. Cada parte nova da estrutura apoia-se já parte já executada. A vantagem desse método é a quase inexistência de escoramentos. Trata-se de uma execução in loco, com características especiais. 22 2.1.4 Pontes de concreto protendido no extradorso O termo Extradorsed Prestressed Bridge, ou Ponte Protendida no Extradorso, foi proposto pelo engenheiro francês, Jacques Mathivat, refere-se a um arranjo estrutural que se assemelha a estrutura intermediária entre as pontes em viga reta de concreto protendido e estaiada (ISHII, 2006). As pontes extradorso se destacam pela capacidade de vencer vãos com valores entre 100 e 200 metros, possibilidade de redução da altura da viga principal e das torres, que apresentam uma maior facilidade de execução, em relação a uma ponte estaiada, por serem mais baixas (OYAMADA, 2006). A primeira ponte extradorso foi construída no Japão, em 1995, na cidade de Odawara, Tóquio, batizada com o nome de Odawara Blueway Bridge (Figura 9), a ponte possui um comprimento total de 270 metros, com vão laterais de 74 metros e vão central de 122 metros. Desde então, inúmeras pontes extradorso foram executadas em todo o mundo (ISHII, 2006). Figura 9 - Odawara Blueway Bridge Fonte: Ishittani (2019). No Brasil, a Terceira Ponte de Rio Branco (Figura 10) e a Ponte da Integração Brasil–Peru, foram as primeiras pontes no modelo extradorso construídas no país. A Terceira Ponte de Rio Branco, foi o objeto de estudo do presente trabalho. 23 Fonte: Machado (2019). Figura 10 - Terceira Ponte de Rio Branco 2.2 MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM PONTES DE CONCRETO 2.2.1 Conceitos Aplicado à engenharia, o termo patologia é voltado ao estudo dos problemas ou irregularidades, procurando explicar o mecanismo e a causa de ocorrência de determinada manifestação patológica, tendo por objetivo sua conservação e reabilitação (SILVA, 2010). Souza e Ripper (1998), adotam o termo patologia das estruturas como uma área de estudo da engenharia que se dedica ao estudo das origens, formas de manifestação, ocorrências e meios de degradação das estruturas. Em pontes, as patologias se manifestam de forma intensa e significativa, resultando uma redução da capacidade resistente e no comprometimento dos aspectos estéticos, podendo levar a estrutura ao colapso ou resultando elevados custos para sua reparação, conforme mostra Figura 11 (HELENE, 1992). 24 Figura 11 - Evolução de custos por fase de intervenção de uma obra Fonte: Helene (2019). Assim, para a execução de qualquer estrutura, são necessários rígidos controles em todas as fases, desde as etapas de projeto até a execução da construção, incluindo também a inspeção e manutenção. A análise de patologias está diretamente ligada a vida útil da estrutura, onde as variáveis tempo e manutenção são fatores de influência, juntamente com a durabilidade e o desempenho (LAPA, 2008). Em virtude do porte estrutural que apresentam, é muito comum considerar que as pontes possuem uma vida longa. Mas, apesar de apresentarem grandes características, que as fazem ser consideradas obras de artes especiais, as pontes não são estruturas eternas (SOUZA; RIPPER, 1998). A prolongação de sua vida útil e de desempenho estrutural e funcional aceitável, só é possível através de programas de conservação de gestão e manutenção, aliados a fiscalizações periódicas indicando falhas e ações de recuperação e manutenção, prologando a vida útil da estrutura (VITÓRIO, 2015). A NBR 6118 (ABNT, 2014, p.15) , no item 6.2.1, define por vida útil de projeto o ‘’tempo durante o qual se mantêm as características das estruturas de concreto, desde que atendidos os requisitos de uso e manutenção prescritos pelo projetista, bem como execução de reparos necessários decorrentes de danos acidentais’’. A vida útil das estruturas é variável de acordo com cada projeto. O uso do concreto como material de construção, a longo prazo, se torna instável, mudando suas propriedades físicas e químicas em função dos seus 25 componentes e da interação destes, com o meio ambiente o qual estão inseridos (SOUZA; RIPPER, 1998). O Eurocódigo 0 (NP EN, 2009) – Bases para o projeto de estruturas, determina categorias de tempo de vida útil de projeto, com valores que podem ser utilizados para determinar o desempenho em função do tempo, em anos das estruturas, conforme mostra a Tabela 1. As pontes se enquadram na categoria 5 , possuindo valor indicativo de tempo de vida útil de projeto de 100 anos. Tabela 1 - Valores indicativos do tempo de vida útil de projeto CATEGORIA DO TEMPO DE VIDA ÚTIL DE PROJETO VALOR INDICATIVO DO TEMPO DE VIDA ÚTIL DE PROJETO (ANOS) EXEMPLOS 1 10 Estruturas provisórias 2 10 a 25 Componentes estruturais substituíveis ( apoios) 3 15 a 30 Estruturas agrícolas e semelhantes 4 50 Edifícios e outras estruturas correntes 5 100 Edifícios monumentais, pontes e outras estruturas Fonte: Eurocode (2019). A NBR 6118 (ABNT, 2014, p.15) define durabilidade como a ‘’capacidade de a estrutura resistir às influências ambientais previstas e definidas pelo projetista’’. Com isso, tem-se que a durabilidade corresponde a capacidade da estrutura de contrapor aos agentes agressivos do meio o qual está inserida, sem se decompor. A durabilidade é muitas vezes afetada por falta de cuidados, erros de execução e de projeto e esses fatores, somados à falta de manutenção, têm originado estruturas com baixa durabilidade, exibindo problemas patológicos antes de atingirem uma certa idade prevista (SARTORTI, 2008). O desempenho é o comportamento em serviço de uma estrutura durante sua vida útil, podendo se alterar dependendo do seu uso e da sua localidade, variando em função das condições de exposição e de desenvolvimento nas etapas do projeto, construção e manutenção (SOUZA; RIPPER, 1998) Se, por algum caso, o desempenho de uma estrutura venha se tornar insatisfatório e sua vida útil venha a ser danificada, Souza e Ripper (1998) sugerem medidas a serem tomadas, levando em consideração o ponto de vista técnico, 26 econômico e socioambiental, apresentadas na Figura 12. Os autores afirmam que, caso a estrutura apresentedesempenho satisfatório, deve-se executar somente intervenções para o prolongamento da vida útil, através de programas de manutenção periódico. Figura 12 - Esquema para escolha da terapia. Fonte: Adaptado de Souza e Ripper (1998). Na existência de um quadro patológico, Souza e Ripper (1998) sugerem quatro terapias como resolução: recuperação, reforço, limitação de utilização e demolição. Sartorti (2008) comenta que para a escolha da correta terapia é necessário um estudo detalhado, apresentando a correta análise da origem da patologia. No Quadro 2 são expostas as terapias que devem ser utilizadas para cada caso. Quadro 2 - Terapias usuais em concreto TERAPIA CARACTERÍSTICA Recuperação Uma intervenção que restaura à estrutura, aspectos estéticos e capacidade resistente original. Reforço Atividade promovida para o aumento da resistência, ou capacidade portante da estrutura. Limitação de Utilização Deve ser escolhida quando a Recuperação não se mostrar viável economicamente, também pode ser escolhida no caso de não escolha de reforço estrutural, limitando a estrutura a determinadas condições que poderiam ser extrapoladas quando da utilização de um reforço Demolição Terapia extrema, que varia desde uma demolição parcial até a completa demolição da estrutura. É escolhida somente quando nenhuma das outras alternativas anteriores é viável. Fonte: Adaptado de Sartorti (2008). 27 2.2.2 Fatores que influenciam manifestações patológicas O DNIT (2010) afirma que é muito difícil a classificação de todos os fatores que provocam deterioração em pontes de concreto. A maioria das manifestações surgem na parte externa da estrutura, sendo assim possível identificar sua origem e avaliar as condições que possam evitar o agravamento da situação. Esses fatores são ligados diretamente à estrutura, isso significa que a estrutura pode ter certos fatores de degradação ou ser mais suscetível a danos. As manifestações patológicas podem surgir durante a execução de etapas de um processo construtivo, resultantes de fatores de deterioração, estes se dividem em dois grandes grupos: fatores intrínsecos e extrínsecos (HELENE, 1992). Sartorti (2008) afirma que os fatores extrínsecos, são os que não dependem da estrutura em si ou de falhas resultantes da execução. Eles são definidos como fatores que atacam a estrutura da parte interna para parte externa, ou seja, do interior da estrutura para fora, e são apresentados no Quadro 3. Quadro 3 - Fatores extrínsecos de deterioração FATORES EXTRÍNSECOS Falhas humanas durante o projeto Compatibilização errada da estrutura Má avaliação das cargas Detalhamento errado ou insuficiente Inadequação ao ambiente Problemas na interação solo-estrutura Problemas na consideração das juntas de dilatação Falhas humanas durante a utilização Alterações estruturais Sobrecargas exageradas Alteração das condições do terreno de fundação Ações mecânicas Choque de veículos Recalque de fundações Acidentes ( Ações Imprevisíveis) Ações Naturais Variação de Temperatura Insolação Atuação da água Fonte: Adaptado de Sartorti (2008). 28 Os fatores intrínsecos, demonstrados no Quadro 4, são gerados por falhas humanas na fase de execução/utilização e por agentes naturais externos como acidentes ou ataques químicos (DNIT, 2010; SARTORTI, 2008). Quadro 4 - Fatores intrínsecos de deterioração FATORES INTRÍNSECOS Falhas humanas durante a construção Deficiência de concretagem Transporte Lançamento Adensamento Cura Escoramento Inadequado Deficiência de armaduras Má interpretação dos projetos Insuficiência de Armaduras Mau posicionamento das armaduras Cobrimentos de concreto insuficiente Utilização incorreta de materiais de construção Concreto de resistência inferior ao especificado Dosagem inadequada do concreto Armaduras de aço diferentes Inexistência de controle de qualidade Falhas humanas durante a utilização Ausência de manutenção Causas próprias à estrutura porosa do concreto Causas naturais Causas químicas Reações internas ao concreto Presença de cloretos Causas físicas Variação de temperatura Insolação Vento Água Causas Biológicas Fonte: Adaptado de Sartorti (2008). 29 2.2.3 Manifestações patológicas usuais As manifestações patológicas são consequência da ação dos diversos agentes causadores já citados anteriormente. A seguir são apresentadas as patologias mais comuns encontradas em pontes de concreto. 2.2.3.1 Fissuras As fissuras são as manifestações patológicas mais comuns, com interferência direta na durabilidade, na estética e na capacidade estrutural de uma construção. A fissuração dos elementos é inevitável, são fraturas lineares no concreto, no qual se estendem parcial ou totalmente através do elemento, em razão das tensões de tração provocadas pela flexão, força cortante, torção, restrições de movimento e mudança de temperatura (ABNT, 2014; DNIT,2004), como mostra a Figura 13. Figura 13 - Representação de fissuras na estrutura Fonte: DNIT (2004) Carmona Filho (2005) afirma que a manifestação de fissuras é sinal de que a estrutura está perdendo sua durabilidade, comprometendo a sua utilização, funcionamento e estética. As fissuras podem se originar em decorrência de diversos fatores como o mal dimensionamento de aparelhos de apoios, erros humanos de pré- dimensionamento da estrutura, com armadura insuficiente ou falta de detalhamento, ou até mesmo de concretagem do pilar. Na Figura 14, tem-se a demonstração de uma possível configuração de fissuramento, em um pilar parede parcialmente carregado, elemento estrutural de pontes em concreto. 30 Figura 14 - Possível configuração de fissuras em pilares parede Fonte: Sartorti (2008) A NBR 6118 (ABNT, 2014) estabelece os limites de fissuração dos elementos, demostrado no Quadro 5, com base no meio o qual ele está inserido, pois dependendo do tamanho, as fissuras podem vir a se tornar caminhos para a entrada de agentes agressivos. Quadro 5 - Limites de fissuração Tipo de concreto estrutural Classe de agressividade ambiental (CCA) e tipo de protensão Exigências relativas à fissuração Combinação de ações em serviço a utilizar Concreto Armado CAA I ESL-W ¹≤ 0,4mm Combinação Frequente CAA I e CAA II ESL-W ¹≤ 0,3mm CAA IV ESL-W ¹≤ 0,2mm Concreto Protendido Pré-tração com CAAI ou Pós-tração com CAA I e II ESL-W¹ ≤ 0,2mm Combinação Frequente ESL-W¹ estado em que as fissuras se apresentam com aberturas iguais aos máximos especificados Fonte: Adaptado de ABNT NBR 6118 (2014) 31 2.2.3.2 Corrosão Segundo o DNIT (2004), a corrosão das armaduras é a terceira manifestação patológica de maior incidência nas estruturas de concreto armado. Jambo e Fófano (2008), afirmam que a corrosão se trata de um fenômeno de degradação das armaduras do concreto quando expostas em ambiente agressivo, geralmente na presença de água ou umidade. As armaduras das estruturas de concreto possuem um cobrimento, que definido por norma, é relacionada ao meio a qual estão inseridas, que as protegem contra a corrosão. Esse cobrimento forma na estrutura uma barreira física, impedindo a entrada de agentes externos na estrutura e uma proteção química, proporcionada pela elevada alcalinidade da solução aquosa presente nos poros do concreto (DNIT, 2004). A NBR 6118 (ABNT, 2014), estabelece a classe de agressividade ambiental que uma estrutura de concreto pode estar inserida e considera os cobrimentos mínimos para a proteção da estrutura apresentados nos Quadros 6 e 7, respectivamente. A corrosão resulta na diminuição da área de aço, e pode em grau avançado, levara estrutura à ruína. Assim, a melhor maneira de combate à corrosão é o cuidado que deve ser tomado quando na fabricação do concreto e no respeito aos cobrimentos adequados. Quadro 6 - Classificação da agressividade ambiental Classe de agressividade ambiental Agressividade Classificação geral do tipo de ambiente para efeito de projeto Risco de deterioração da estrutura I Fraca Rural Insignificante Submersa II Moderada Urbana Pequeno III Forte Marinha Grande Industrial IV Muito Forte Industrial Elevado Respingos de maré Fonte: Adaptado de ABNT NBR 6118 (2014). 32 Quadro 7 - Relação cobrimento nominal e classe de agressividade Tipo de estrutura Componente ou elemento Classe de agressividade ambiental I II III IV Cobrimento normal mm Concreto armado Laje 20 25 35 45 Viga/pilar 25 30 40 50 Elementos estruturais em contato com o solo 30 40 50 Concreto protendido Laje 25 30 40 50 Viga/pilar 30 35 45 55 Fonte: Adaptado de ABNT NBR 6118 (2014). 2.2.3.3 Abrasão e erosão A abrasão é o desgaste por um agente abrasivo ocasionando perda de material na superfície. Ela ocorre devido ao tráfego de pessoas, veículos e até mesmo pela ação do vento. Porém em elementos como pilares de pontes, ela é mais acentuada, uma vez que eles estão submersos em água e sujeitos a ação de fluxos contínuos que transportam partículas que colidem contra a infraestrutura ocasionando danos (ANDRADE, 2005). Nas regiões amazônicas, essas partículas transportadas são popularmente chamadas de ‘’balseiros’’ e chocam-se frequentemente em épocas de cheias nos pilares das pontes, conforme mostra a Figura 15 (ISHII, 2006). A erosão é um fenômeno complexo que dependendo da intensidade, quando atuando diretamente sobre as fundações de uma ponte podem resultar em danos estruturais significativos e até mesmo o colapso da estrutura (VITÓRIO, 2015). Os pilares, localizados dentro dos rios, constituem obstáculos que interferem o fluxo de escoamento das águas sucedendo em um aumento da turbulência e vorticidade que resultam em cavidades (fossas) de erosão junto a essas estruturas, podendo causar o solapamento das fundações, conforme mostra Figura 16 (VITÓRIO, 2015). 33 Figura 15 - Partículas acumuladas no pilar da ponte Fonte: Devani (2019). Figura 16 - Efeitos da erosão localizada nas fundações de uma ponte Fonte: Vitório (2019). 2.2.3.4 Carbonatação A carbonatação do concreto é a transformação dos compostos do cimento hidratado em carbonatos através da ação do gás carbônico, CO2, a carbonatação não prejudica o concreto simples, mas provoca uma redução na alcalinidade da solução presente nos poros ao redor das armaduras. Essa redução de pH é responsável pela redução da estabilidade química da capa de proteção do aço, o que resulta no início do processo corrosivo da armadura e fissuramento da estrutura (VITÓRIO, 2015). 34 Através das fissuras, há ocorrência de absorção de umidade nos poros do concreto, que são evidenciados pela formação de depósitos superficiais de cor branca, denominados de eflorescência, a Figura 17 demostra o processo de eflorescência na viga principal e secundária de uma ponte (SILVA, 2016). Figura 17 - Eflorescência em uma OAE Fonte: Silva (2019). 2.2.3.5 Lixiviação Esse processo ocorre através do contato entre a superfície do concreto e a água. Compostos hidratados da pasta de cimento podem ser dissolvidos e carregados pela ação de águas, inicialmente toda areia do cobrimento é carregada, dando um aspecto bastante peculiar e bastante conhecido ao concreto, caracterizado como lixiviação. Esse processo, consiste na formação de estalactites e estalagmites na superfície do concreto (CARNAÚBA, 2017). A Figura 18 mostra a formação de estalactites em uma OAE. 35 Figura 18 - Formação de estalactites Fonte: Carnaúba (2019). 2.2.3.6 Biodegradação do concreto Também chamada de biodeterioração, é a mudança das propriedades do material devido à ação dos microrganismos. O concreto por ser um material poroso e rugoso, quando combinado com condições ambientais de temperatura, umidade e luminosidade altas, pode se tornar bioreceptivo a esses microrganismos (AGUIAR, 2006). As briófitas são os organismos mais envolvidos no processo de deterioração do concreto, sendo comum o crescimento de raízes de vegetações em fendas ou locais porosos, contribuindo com a entrada de agentes agressivos em seu interior, conforme mostra a Figura 19 (MENDES, 2009). Figura 19 - Presença de vegetação na longarina de uma ponte Fonte: Mascarenhas et al. (2019) 36 2.2.3.7 Desgaste por utilização Para DNIT (2004), o concreto pode se desgastar na superfície em virtude de diversos fatores, entre eles o uso contínuo, onde tem-se as superfícies sujeitas ao tráfego. A passagem de veículos provoca trincas, desgastes e irregularidades no pavimento, resultando em ressaltos, depressões e desníveis de juntas. Esses problemas têm ação direta na deterioração do tabuleiro (DNIT, 2004). Veículos que derrapam ou que colidem e atingem dispositivos de segurança como guarda corpos e defensas ou, até mesmo, embarcações, nos casos de rios navegáveis, podem atingir a infra e a mesoestrutura da edificação causando deformações acentuadas nos elementos estruturais, como mostram a figuras 20 e 21 (DNIT, 2014). Figura 20 – Guarda corpo danificado Fonte: DNIT(2019) Figura 21 – Junta de dilatação desgastada Fonte: DNIT(2019) 2.2.3.8 Falhas em dispositivos de drenagem Falhas nas instalações de drenagem também atuam na degradação de estruturas em concreto, devendo ser evitadas ao máximo para não acumular água em pontos críticos como: encontros de apoio de vigas, pista de rolamento e aparelhos de apoio, como mostrado na Figura 22. As chuvas que ocorrem sobre as pontes podem danificar o concreto por meio de infiltração e do acúmulo ao longo do tempo, em virtude de ausência de instalações de drenagem (LANER, 2001; VITÓRIO, 2007). 37 Figura 22 - Infiltração em apoio Gerber por ausência de drenagem Fonte: DNIT (2019) 2.3 INSPEÇÃO E ANÁLISE DE PATOLOGIAS EM PONTES 2.3.1 Procedimento para identificação de patologias Lourenço et al. (2009) afirmam que é necessária a existência de programas de manutenção para a identificação precisa e o controle das patologias que afetam as obras de arte especiais. No Brasil, o governo federal conta com um Programa de Reabilitação de Obras de Artes Especiais (PROARTE), para obras de manutenção, alargamento e reparo das OAEs. Segundo o programa, existem no país cerca de 5 mil pontes e viadutos sob responsabilidade pública federal, dos quais 10% têm problemas sérios que exigem manutenção urgente (DNIT, 2011). O primeiro manual de inspeção de pontes rodoviárias foi publicado pelo antigo Departamento Nacional de Estradas e Rodagem (DNER), de autoria do Prof. Walter Pfiel, em 1980. Nele eram apresentados de forma breve os elementos constituintes das pontes, falhas estruturais e instrução de inspeção rotineiras. No ano de 2004, o Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT) revisou e ampliou o manual do DNER de inspeções em pontes rodoviárias, apresentando definições dos elementos constituintes e nível de qualificações que técnicos responsáveis pelas avaliações devem ter. O manual também determina padrões toleráveis e críticos na estrutura e descrição do procedimento que deve ser adotado pelo profissional na hora de inspecionar a ponte. 38 Neste ano de 2019, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) publicou a quarta edição da norma NBR 9452/2019, específica para a Inspeção de pontes, viadutos e passarelas de concreto. A norma conta com definições, recomendações,roteiros de inspeção específicos para cada tipo de avaliação, e um checklist avaliativo de OAE, onde o profissional responsável pela inspeção fica encarregado do seu preenchimento. As fichas são divididas em anexos que diferem de acordo com cada tipo de inspeção: cadastral, rotineira, especial e extraordinária. O documento classifica o estado de conservação da OAE segundo parâmetros estrutural, funcional e de durabilidade, atribuindo notas que variam de 1 a 5 representando maior ou menor gravidade observado. 2.3.2 Tipos de inspeção Toda ponte deve ser inspecionada em intervalos regulares não superior a dois anos, por profissionais com qualificação técnica necessária. O Quadro 8 apresenta a frequência recomendada para as inspeções, segundo a NBR 9452 (ABNT, 2019). Quadro 8 - Frequência recomendada para inspeções Inspeção Frequência recomendada Cadastral Imediatamente após a conclusão da obra ou quando a obra é submetida a importantes alterações estruturais. Rotineira Não superior a 1 ano. Especial A cada 5 anos. Extraordinária Quando ocorrer grave acidente na estrutura, seja por ação humana ou natural. Fonte: Adaptado de NBR 9452 (ABNT, 2019) A inspeção cadastral é a primeira inspeção que se realiza na estrutura, preferencialmente logo após a construção, quando ainda se encontram disponíveis elementos de projetos como relatórios de fiscalização, projetos, desenhos e informes construtivos. Deve ser amplamente documentada pois ela servirá de referência para as inspeções posteriores, portanto deve ser feita por uma equipe comandada por inspetor (ABNT, 2019). 39 As inspeções rotineiras são periódicas e comumente realizadas em prazo não superior a um ano. Nelas, deve ser verificada visivelmente a evolução das falhas detectadas em inspeção anterior e anotadas novas ocorrências, como reparos, recuperações e reforços (ABNT, 2019). Já a inspeção especial deve ter uma periodicidade de cinco anos, ela contempla o mapeamento gráfico e quantitativo das anomalias de todos os elementos presentes de uma OAE. Pode ser que seja necessário o uso de lunetas, andaimes ou veículos especiais dotados de lança e gondolas (ABNT, 2019). Por fim, a inspeção extraordinária é uma inspeção não programada, solicitada para avaliar um dano estrutural excepcional, causado pelo homem ou pela natureza. Apresenta relatório específico, mapeamento, documentação fotográfica e terapia recomendada. Deve ser realizada após eventos como fortes enchentes, grandes ventanias e colisões de veículos na estrutura (ABNT, 2019). 2.3.3 Métodos para avaliação de estruturas Quando uma estrutura apresenta algum problema, ela pode indicar através de sinais ou sintomas que algo não está correto, dependendo da gravidade do problema, os sinais podem se manifestar de maneira perceptível ou imperceptível. A inspeção visual é método de análise mais comum e importante pois permite a observação dos problemas na construção que são perceptíveis e orienta as medidas que devem ser adotadas, pois é através dela, que é possível fazer uma coleta de dados e identificar boa parte dos os problemas, sua localização e intensidade (TUTIKIAN et al., 2013). Porém, avaliar a capacidade de carga e as condições de estabilidade de pontes existentes é tarefa complexa, que às vezes exige mais do que uma inspeção visual, nesse sentido, para se obter uma correta apuração e diagnóstico da estrutura, a fim de poder realizar um diagnóstico mais preciso, é comum a utilização de outros métodos de avaliação, como a realização de ensaios (MENDES, 2009). A NBR 9452 (ABNT, 2019) estabelece em norma, a necessidade de relatórios técnicos complementares e ensaios a serem realizados em OAEs, a ficha de inspeção especial, conta com uma seção que prevê verificação laboratorial durante a avaliação da estrutura. Os ensaios são necessários para a comparação de valores entre resistências atuais e aquelas para qual a estrutura foi projetada, procurando identificar possíveis 40 manifestações patológicas instaladas na estrutura ao longo do tempo (VITÓRIO, 2015) A avaliação de estruturas de concreto após acabadas pode ser feita através de dois métodos, os ensaios destrutivos e não destrutivos, eles são usados para determinar as propriedades do concreto endurecido e avaliar suas condições nas estruturas (PALACIOS, 2012). Os ensaios destrutivos estão relacionados à extração e rompimento de testemunhos extraídos da estrutura, são ensaios que danificam ou que comprometem o desempenho da estrutura (VITÓRIO, 2015). Para Palacios (2012) ensaios não destrutivos são por definição os métodos que não prejudicam o desempenho da estrutura quando submetida ao ensaio. Frequentemente utilizados pela facilidade de execução e pelo menor custo, os mais comuns no Brasil são a esclerometria e a velocidade de onda ultrassônica, ambos normatizados pela ABNT pelas NBRS 7584/1985 e NBR 8802/2019, respectivamente. Vale ressaltar que esses ensaios não medem a resistência à compressão direta da estrutura, eles medem outras propriedades do concreto que são empiricamente relacionadas à resistência. Portanto deve-se sempre optar por combinações de ensaios, para uma maior precisão do atual estado de uma estrutura em concreto (PALACIOS, 2012). No presente trabalho não foram realizados ensaios, utilizando-se somente da inspeção visual para avaliação o diagnóstico da estrutura. 41 3 METODOLOGIA 3.1 TIPO DE PESQUISA De acordo com a escolha do tema e o objeto de estudo, foram realizadas pesquisas bibliográficas em livros, trabalhos acadêmicos e artigos científicos com objetivo de conhecer as manifestações patológicas em pontes de concreto, empregando um tipo de pesquisa descritiva-exploratória. Em virtude da problemática encontrada, a metodologia utilizada no presente trabalho é do tipo estudo de caso, possuindo como objetivo averiguar quais são as manifestações patológicas presentes na Terceira Ponte de Rio Branco, através de uma inspeção visual detalhada, a fim de encontrar os problemas existentes na estrutura. A metodologia utilizada para a identificação das manifestações patológicas, foi fundamentada na norma brasileira ABNT NBR 9452/2019 Inspeção de pontes, viadutos e passarelas de concreto ― Procedimento, que serviu como documento base para a realização de inspeção na estrutura. 3.2 ETAPAS DA PESQUISA Para o desenvolvimento do trabalho, primeiro definiu-se o objeto de estudo, a ser analisado, visando uma coleta de dados. Em seguida, foi realizada uma inspeção visual ‘’in loco’’ na estrutura e com o auxílio dessas informações, foram diagnosticados os problemas encontrados na ponte e seu atual estado de conservação. As etapas da metodologia estão demonstradas na Figura 23. Essa pesquisa teve caráter objetivo de inspeção e análise das patologias presentes na Terceira Ponte da cidade de Rio Branco, não sendo sugeridos processos de recuperação e ou manutenção na estrutura. Figura 23 - Etapas da pesquisa ANALISE DO ESTADO DE CONSERVAÇÃO ANÁLISE DAS PATOLOGIAS INSPEÇÃO VISUAL DEFINIÇÃO DO OBJETO DE ESTUDO DE CASO 42 3.2.1 Objeto do estudo de caso A ponte escolhida para o estudo está localizada sob o Rio Acre (Figura 24), no loteamento Praia do Amapá, na cidade de Rio Branco – Acre. Ela é parte integrante do anel viário da cidade, chamado de Via Verde, que pela BR 364 liga os dois distritos da cidade, servindo como um desvio para caminhões e veículos pesados, aliviando o trânsito de cargas pesadas na região central da cidade. Figura 24 - Localização da Terceira Ponte Fonte: Google Earth (2019) Inaugurada em 2004, a obra foi executada pela OUTEC Engenharia, sob a responsabilidade dos engenheiros Rui Nobhiro Oyamada, Iberê Martins da Silva e Hideki Ishitani.A estrutura se caracteriza por ser ponte rodoviária, do tipo reta ortogonal, como altimetria horizontal e sistema estrutural de protensão no extradorso (Figura 25), uma das representantes nesse estilo no Brasil. O sistema construtivo foi o de balanços sucessivos. 43 Figura 25 - Corte transversal da Terceira Ponte Fonte: Oyamada (2019) / Unidades em centímetros. 3.2.1.1 Infraestrutura e mesoestrutura Os pilares que sustentam o vão principal têm 10 metros de altura, são do tipo parede e afastados por 280 cm, com 60 cm de espessura, possuem estruturas de proteção nas extremidades em forma de ‘V’, para melhor comportamento hidrodinâmico, evitando o acúmulo de trancos e outros resíduos trazidos pelas águas do Rio Acre (OYAMADA, 2006). A forma estrutural dos pilares, proporcionou estabilidade na estrutura, permitindo o uso do método construtivo de balanços sucessivos, eliminando a necessidade de escoramentos. A ligação dos pilares e a superestrutura é monolítica, feita por meio de travessas que sustentam as vigas principais e as torres de estaiamento (OYAMADA, 2006). A fundação dos pilares centrais é composta por blocos de coroamento, dotados de 6 tubulões com diâmetro de 160 cm (Figura 26), escavados sob ar comprimido, cuja profundidades variam entre 15 a 20 metros (OYAMADA, 2006). 44 Figura 26 - Forma de fundação dos pilares Fonte: Oyamada (2019) Oyamada (2006) afirma que os encontros da ponte são formados por vigas travessas, que se apoiam diretamente sob 4 tubulões com 140 cm de diâmetro, e incorporam ainda uma cortina e muros de ala para a contenção do aterro de acesso a estrutura. Esses ainda, sustentam as longarinas por meio de aparelhos de apoio metálicos, do tipo freyssinet, que permitem movimentações horizontais e angulares, bem como sustentam a laje de aproximação. 3.2.1.1.1 Superestrutura Com comprimento total de 198 metros, a ponte é constituída por dois vãos de 54 metros e um vão central de 90 metros. A ponte possui largura de 17,40 metros e comporta duas pistas cada qual com duas faixas de tráfego, conforme mostra a Figura 27 (OYAMADA, 2006). O tabuleiro é composto por duas vigas longarinas de altura variável de 2 metros no centro do vão e 2,5 metros no centro dos apoios, como mostra Figura 27. A estrutura apresenta ainda, junto aos apoios centrais, uma mesa colaborante inferior de 3 metros de largura e vigas transversinas espaçadas de 3,9 metros, que servem de apoio para a laje superior que tem 0,20 metro de espessura (OYAMADA, 2006). 45 Figura 27 - Corte transversal no apoio e no vão Fonte: Oyamada (2019) Além da protensão interna da estrutura, 7 cabos externos protendidos no extradorso são apoiados em cada uma das torres laterais, de 12 metros de altura. Esses cabos são constituídos de 16 cordoalhas, de diâmetro de 15,7 milímetros de aço CP 173-RB, revestidos por três camadas de proteção contra corrosão galvanização dos fios a quente, filme de cera de petróleo e revestimento de polietileno de alta densidade (PEAD). Os cabos são instalados às ancoragens no tabuleiro, com tubos antivandalismo de aço galvanizado (OYAMADA, 2006). 3.2.2 Inspeção visual Para um melhor entendimento da situação da ponte, foram realizadas duas visitas ao local, com a finalidade de coletar os dados. O período da visita foi o de estiagem, segundo o Corpo de Bombeiros Militar do Acre, no mês de outubro de 2019, o nível do Rio Acre oscilava entre as cotas de 1,60 a 2,00 metros, a visita ocorreu no dia 28 de outubro, permitindo uma análise mais abrangente desde a infra até a superestrutura. 46 Para a inspeção visual, foram utilizados máquina fotográfica, smartphone, trena métrica e a Ficha de Inspeção Cadastral (FIC), disponível na NBR 9452 (ABNT 2019), e no anexo A, do presente trabalho. Foi escolhida a Inspeção Cadastral pois é a primeira inspeção que deve ser realizada em uma obra, compreende ao registro de informações gerais como classificações da estrutura, identificação, localização e características da edificação, bem como o registro de anomalias em três seguimentos: ▪ Elementos estruturais: superestrutura, mesoestrutura, infraestrutura, aparelhos de apoio e juntas de dilatação, encontros e outros elementos; ▪ Elementos da pista ou funcionais: pavimento, acostamento e refúgio, drenagem, guarda-corpos e barreiras rígidas/defensas metálicas; ▪ Outros elementos: taludes, iluminação, sinalização, gabaritos, proteção de pilares. Além de permitir a classificação da Obra de Arte Especial, segundo os parâmetros estrutural, funcional e de durabilidade. 3.2.3 Análise das patologias Nessa etapa foi feita uma interpretação dos dados obtidos através da Ficha de Inspeção Cadastral e das fotografias feitas no local, para compor um melhor entendimento das manifestações patológicas encontradas na ponte, foram buscadas pesquisas científicas para a explicação dos fenômenos apresentados e seus possíveis agravamentos na edificação. 3.2.4 Análise do estado de conservação da ponte Para a correta análise do estado de conservação da ponte, foram levados em consideração os sintomas apresentados pela estrutura e a NBR 9452 (ABNT 2019), onde fora atribuída uma nota a OAE, analisando os parâmetros estruturais, funcionais e de durabilidade. Esses parâmetros, foram associados a notas de classificação, pré- estabelecidas em norma, variando de 1 a 5, refletindo maior ou menor gravidade dos problemas detectados, conforme Apêndice B, em excelente, boa, regular, ruim ou crítica. Mas vale ressaltar que, a avaliação definitiva deve ser sempre feita por profissional especializado. 47 4 ESTUDO DE CASO 4.1 INSPEÇÃO E ANÁLISE DAS PATOLOGIAS Seguindo FIC da NBR 9452 (ABNT, 2019), as patologias analisadas foram classificadas em elementos estruturais, elementos de pista ou funcionais e outros elementos, a ficha utilizada para a presente pesquisa encontra-se no Apêndice A deste trabalho. Para um melhor entendimento da localização das patologias na estrutura, foi elaborado um mapa de patologias, que se encontra disponível no Apêndice C. 4.1.1 Elementos estruturais ▪ Superestrutura Na laje da superestrutura da OAE, foram identificados pontos de armadura exposta (Figura 28), provavelmente resultado de falhas humanas durante a execução, como desforma ou uma vibração incipiente do concreto. Apesar de não representarem danos à estrutura da OAE, se tornam meios de entrada de agentes agressivos, que podem resultar em um curto período de tempo, sérios danos à edificação. Figura 28 - Armadura exposta na laje inferior A figura 29 é possível observar pontos na laje inferior onde há manchas avermelhadas que demostram pontos de corrosão na armadura, sinais de 48 eflorescências e carbonatação, representados pelas manchas brancas. Todos esses fatores podem danificar a estrutura e se tornar uma porta de entrada para agentes externos que podem vir a agravar mais o estado patológico atual. Figura 29 - Sinais de corrosão, eflorescência e carbonatação. (a) (a) Sinais de manchas avermelhadas e escuras indicando processos de corrosão e carbonatação do concreto e reações químicas. (b) (b) Armadura exposta e apresentando sinais de corrosão, manchas brancas indicando processos de eflorescência na estrutura. Ainda na parte inferior da laje da estrutura, foram evidenciadas a formação de estalactites (Figura 30), possivelmente originadas devido à lixiviação devido grande presença de umidade. Figura 30 - Formação de estactites na superestrutura da ponte 49 A estrutura da ponte apresenta em suas vigas principais e transversinas pontos com presença de lodo e infiltrações, decorrência de um processo de drenagem que apresenta faltade manutenção e problemas, que é apresentado mais adiante, especialmente nos nichos de estaio, que contribuem inda mais com o processo de formação de eflorescências (Figura 31). Figura 31 – Vista lateral de nicho de estaio com presença de lixiviação, eflorescências e infiltrações Em decorrência da falta de manutenção na estrutura, a ponte apresenta vários pontos cobertos por vegetação. Na parte inferior da superestrutura, há presença de raízes que podem vir a causar a biodeterioração do concreto. Em alguns pontos nas longarinas, as raízes chegam a comprimentos maiores que 1 metro (Figuras 32 e 33). Figura 32 -Vista lateral e inferior da estrutura presença de vegetação na longarina com raízes profundas 50 Figura 33 - Vista inferior do passeio, presença de vegetação com raízes na junta do passeio, em estado bem desenvolvida Nos passeios também há presença de vegetação. A maior incidência está localizada ao lado da tubulação da adutora de abastecimento (Figura 34) que passa sobre a OAE. Figura 34 – Vegetação ao longo do passeio (a) (a) Vista da vegetação ao longo do passeio da ponte, presença predominante próxima a adutora de abastecimento. (b) (b) Presença de vegetação entre guarda- rodas e a adutora; Guarda rodas, danificado. Os nichos de protensão encontram-se cobertos por musgos e manchas oriundas do escoamento de água proveniente da superfície (Figura 35). Além disso, é possível observar a formação de estactites. 51 Figura 35 – Nicho de estaio com musgos laterais e surgimento de estalactites ▪ Mesoestrutura As verificações na mesoestrutura foram feitas por terra. Os pilares encontram- se em geral em bom estado de conservação, apresentando em alguns pontos desgaste superficial (Figura 36) e surgimento de algumas fissuras (Figura 37). Figura 36 - Vista do pilar 52 Figura 37 - Fissura no pilar proveniente da estrutura de proteção e pontos de segregação ▪ Infraestrutura Os tubulões encontraram-se visíveis em virtude a erosão localizada nos elementos de fundação, apresentam bom estado de conservação (Figura 38), sem presença de armaduras expostas, mas o bloco de coroamento apresenta alguns pontos com vazios de concretagem e algumas fissuras (Figuras 39 e 40). Figura 38 – Vista do tubulão e bloco de coroamento 53 (b) Fissuras e segregação do concreto Figura 39 – Desgaste da estrutura por abrasão, fissuras e pontos de segregação em bloco de coroamento da infraestrutura Figura 40 – Zoom no bloco de coroamento (a) (a) Marcas de desgaste por abrasão (b) ▪ Aparelhos de apoio Os aparelhos observados, apresentam elevado grau de deterioração, com rasgos na camada superficial e exposição das chapas metálicas (Figura 41), além de manchas de infiltração, em uma base deteriorada. 54 (a) Figura 41 - Aparelhos de apoio (b) (a) Aparelho de apoio tipo Freyssinet desgastado com sinais de corrosão. (b) Aparelho de apoio tipo Neoprene desgastado. O encontro da estrutura e o muro de ala, apresentam manchas de lodo e infiltração (Figura 42), provavelmente provenientes de falhas no sistema de drenagem. Na parte lateral, há presença de algumas fissuras (Figura 43), não é possível indicar a origem das fissuras, são necessários estudos mais profundos para diagnóstico preciso, mas tudo indica que processos de erosões no aterro e sistema de contenção, contribuem para o agravamento da fissuração no elemento. Figura 42 - Encontro viga-contenção Nota: Encontro viga-contenção, presença de manchas de infiltração e acúmulo de sentimentos Figura 43 - Fissuração lateral do muro de ala Nota: Fissuras na lateral do muro ala, estrutura de contenção da edificação. 55 ▪ Juntas de dilatação As juntas de dilatação de transição da estrutura apresentam elevado estado de desgaste e algumas não possuem o material de preenchimento (Figura 44), gerando desconforto ao transeunte quando passa na estrutura. Em alguns pontos, o material de preenchimento da junta, tipo Jeene, cedeu devido ao elevado estado de deterioração. Há presença de vegetação e lixo nos espaços em que deveriam ser o material. Nos passeios, as juntas acumularam detritos e formação de vegetação (Figura 45). Figura 44 – Junta de dilatação nos encontros da ponte (a) (a) Elevado estado de desgaste, presença de vegetação, ausência do material de preenchimento. (b) (b) Lixo, e resquícios do preenchimento antigo, berço com bordas deterioradas. (c) (c) No outro extremo da estrutura, o encontro começa a apresentar sinais de deterioração, mas ainda é possível ver o material de preenchimento. (d) (d) Zoom no berço da junta, onde ainda é visível o material. 56 Figura 45 - Juntas dos passeios com presença de vegetação (a) (a) Vista longitudinal da junta de dilatação o acúmulo de detritos e a presença de vegetação. (b) (b) Vista frontal da presença de vegetação na junta de dilatação. 4.1.2 Elementos de pista ou funcionais 4.1.2.1 Drenagem Como já foi abordado anteriormente, a estrutura apresenta um sistema de drenagem (Figura 46), porém é falho em alguns pontos em virtude da presença de vegetação e entupimentos, que resultam em desenvolvimentos patológicos ao longo da estrutura (Figura 47). (a) Figura 46 – Drenos da estrutura (b) (a) Vista superior do dreno do passeio (b) Vista dos drenos do passeio, parte inferior, é possível identificar a presença de vegetação 57 Figura 47 – Dispositivo de drenagem jogando água no nicho de estaio. 4.1.2.2 Guarda corpo Os guarda-corpos encontram-se deteriorados em algumas partes da ponte, apresentando ferrugem, corrosão e descolamento de pintura (Figura 48). Há lugares onde a estrutura de proteção está incompleta (Figura 49), provavelmente em virtude de algum acidente na OAE. Atualmente há ausência do guarda corpo, colocando em risco a segurança dos pedestres (Figura 50). Figura 48 – Corrosão, deterioração do guarda corpo (a) (a) Corrosão do guarda corpo metálico e presença de ferrugem (b) (b) Deterioração do guarda corpo, desprendimento da película protetora 58 Figura 49 – Vista frontal do passeio com parte guarda corpo ausente Ainda na Figura 49, são identificados problemas de vegetação no passeio, desnível acentuado entre a estrutura e o aterro, indicando também problemas de erosão, além de um guarda corpo também danificado. A vegetação na lateral da estrutura está quase tomando parte do passeio da ponte (Figura 50). Figura 50 - Guarda corpo metálico ausente e vegetação densa 59 4.1.2.3 Barreira de concreto / Defensa metálica As defensas metálicas estão presentes em ambos os lados da ponte e encontram-se em perfeito estado (Figura 51). Já as barreiras de concreto ou guarda- rodas são do tipo New Jersey, apresentam alguns problemas como ferragem exposta (Figura 52), sessões danificadas e buracos (Figura 53). (a) Figura 51 – Defensas metálicas (b) (a) Defensa metálica, lado esquerdo da ponte, ótimo estado de conservação (b) Defensa metálica lado direito, em perfeitas condições. Figura 52 – Barreira de concreto danificada (a) (a) Ferragem exposta e presença de vegetação, demostrando ausência de manutenção na estrutura. (b) (b) Barreira de concreto, estilo New Jersey, danificada. 60 Figura 53 – Barreiras depredadas em virtude de furto de fios (a) (a) Estrutura danificada para furto de fios de iluminação. (b) (b) Vazio na barreira de proteção entre carro e pedestres,