UNIVERSIDADE PAULISTA ENGENHARIA CIVIL
PATOLOGIA E RECUPERAÇÃO DA ESTRUTURA DO VIADUTO SANTO AMARO
Douglas da Silva Dias, RA T680BH-1 Douglas de Sousa Vieira, RA B15GAD-0 Ernani Miranda Lagoeiro, RA B38706-8 Fabricio Camargo, RA B3496I-6 Guilherme Fernandes Bezerra, RA B28277-0 Nilo Maragno Neto, RA B457IB-4
São Paulo 2016
Douglas da Silva Dias, RA T680BH-1 Douglas de Sousa Vieira, RA B15GAD-0 Ernani Miranda Lagoeiro, RA B38706-8 Fabricio Camargo, RA B3496I-6 Guilherme Fernandes Bezerra, RA B28277-0 Nilo Maragno Neto, RA B457IB-4
PATOLOGIA E RECUPERAÇÃO DA ESTRUTURA DO VIADUTO SANTO AMARO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia Civil do Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade Paulista, como requisito parcial para a obtenção do Título de Engenheiro. Engenheiro.
Orientador: Prof. Dr. Luiz Antônio Cesário de Oliveira Coorientador: Prof. M.e. Marcos Pinto Gade
São Paulo 2016 2
Douglas da Silva Dias, RA T680BH-1 Douglas de Sousa Vieira, RA B15GAD-0 Ernani Miranda Lagoeiro, RA B38706-8 Fabricio Camargo, RA B3496I-6 Guilherme Fernandes Bezerra, RA B28277-0 Nilo Maragno Neto, RA B457IB-4
PATOLOGIA E RECUPERAÇÃO DA ESTRUTURA DO VIADUTO SANTO AMARO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia Civil do Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade Paulista, como requisito parcial para a obtenção do Título de Engenheiro. Engenheiro.
Orientador: Prof. Dr. Luiz Antônio Cesário de Oliveira Coorientador: Prof. M.e. Marcos Pinto Gade
São Paulo 2016 2
CIP - Catalogação na Publicação
Elaborada pelo Sistema de G eração Automática de Ficha Catalográfica da Universidade Paulista com os dados fornecidos pelo(a) autor(a).
PATOLOGIA E RECUPERAÇÃO DA ESTRUTURA DO VIADUTO SANTO AMARO / Douglas/Douglas/Ernani/Fabrício/Guilherme/Nilo Dias/Vieira/Lagoeiro/Camargo/Bezerra/Maragno...[et Dias/Vieira/Lagoeiro/Camargo/Bezerra/M aragno...[et al.]. - 2016. 104 f. : il. color Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) apresentado ao Instituto de Ciência Exatas e Tecnologia da Universidade Paulista, São Paulo, 2016. Área de Concentração: Patologia e recuperação de estrutura de concreto.. Orientador: Prof. Dr. Luiz Antônio Cesário de Oliveira. Coorientador: Prof. Me. Marcos Gade. 1. Materiais. 2. Patologias. 3. Recuperação de estrutura de concreto. 4. Viaduto Santo Amaro. I. Dias/Vieira/Lagoeiro/Camargo/Bezerra/Maragno, Douglas/Douglas/Ernani/Fabrício/Guilherme/Nilo. II. Cesário de Oliveira, Luiz Antônio (orientador). III. Gade, Marcos (coorientador).
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Douglas da Silva Dias, RA T680BH-1 Douglas de Sousa Vieira, RA B15GAD-0 Ernani Miranda Lagoeiro, RA B38706-8 Fabricio Camargo, RA B3496I-6 Guilherme Fernandes Bezerra, RA B28277-0 Nilo Maragno Neto, RA B457IB-4
PATOLOGIA E RECUPERAÇÃO DA ESTRUTURA DO VIADUTO SANTO AMARO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia Civil do Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade Paulista, como requisito parcial para a obtenção do Título de Engenheiro.
Aprovado em:
BANCA EXAMINADORA _______________________/__/___ Prof. Universidade Paulista – UNIP _______________________/__/___ Prof. Universidade Paulista – UNIP _______________________/__/___ Prof. Universidade Paulista UNIP
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AGRADECIMENTOS Agradecemos em primeiro lugar a Deus por nos dar forças e permitir chegar até aqui. As respectivas famílias pelo apoio, incentivo e ajuda incondicional para alcançarmos nossos sonhos. Aos nossos professores, em especial aos que nos orientaram no trabalho de conclusão de curso, Professor Doutor Cesário de Oliveira e Professor Mestre Marcos Gade. À equipe da Secretaria de infraestrutura Urbana e Obras de São Paulo: Engenheiro Superintendente Ariovaldo José Lopes, Engenheiro Paulo Delgado e a Rita Anderson de Haro, pela ajuda e disponibilização de material para o presente trabalho. À equipe da Enescil – Engenharia de projetos, pelas orientações e dúvidas atendidas. Engenheiro Mauro Lemos de Faria e Engenheiro Catão Francisco Ribeiro.
5
Para conhecermos os amigos é ne-
“
cessário passar pelo sucesso e pela desgraça. No sucesso, verificamos a quantidade e, na desgraça, a qualidade.
”
Confúcio 6
RESUMO As estruturas estão sujeitas a vários tipos de patologias, devido a exposição em ambientes agressivos, utilização, falhas na concepção do projeto, falhas na execução, falta de manutenção, entre outros, esses fatores podem afetar diretament e seu desempenho. Os materiais exercem papel importante nas estruturas, o desempenho está diretamente ligado com os materiais utilizados, se empregados corretamente atingem excelência no seu desempenho e consequentemente evitam patologias dos mais diversos tipos, dessa forma abordamos um estudo sobre os materiais mais utilizados na construção civil. São vários os fatores que podem causar patologias nas estruturas, devido a isso foi descrito os tipos mais importantes de patologias, assim como falhas apresentadas que possam vir a causa-las. Como foco principal, foi abordado um estudo de caso com o acompanhamento do Viaduto Santo Amaro, que sofreu danos após estar exposto ação do fogo, onde sua estrutura de concreto ficou exposta a elevadas temperaturas, gerando patologia. Descrevemos as etapas do ocorrido, como: sua causa, todo o processo de investigação, os ensaios realizados com seus respectivos resultados e análise, e a recuperação, a fim de permitir que o desempenho estrutural seja satisfatório, trazendo o Viaduto de volta as condições iniciais.
Palavras-chave: Materiais; Patologia; Recuperação.
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ABSTRACT In reason of the exposition to aggressive environment, misuse, flaws in project conception, flaws in the implementation, lack of maintenance, all different types of structures may be subject to varied pathologies, and all these factors can influence negatively in the structural performance. The performance is directly connected to condition of used materials, in other words, the materials play a key role in structures and if properly applied, can reach an excellence performance, avoiding many types of pathologies. This present study will address a detailed study of the most common used materials of civil engineering. Varied types of factors are capable to affect and damage the structures; the most frequent and important are listed on the following chapters. Our primary focus is the exceptional case of Viaduct Santo Amaro, an uncommon accident that occured in the beginning of the 2016 between two transport carts, one loaded by ethanol (alcohol) and the other by sugar. The incident caused an enormous and powerful explosion under the viaduct affecting directly its performance, resulting in a known pathology, fires and explosions in structures. It is also described all the procedures taken, laboratory tests along his respective results and analysis and the monitoring of viaduct recovering within this 7-month period in order to bring the properly operating back.
Keywords: Materials; Pathology; Recovering.
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LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1: Evolução média de resistência à compressão dos distintos tipos de cimento Portland ..................................................................................................... 24 Figura 2: Viga de concreto simples e armado ...................................................... 30 Figura 3: Distribuição da armação passiva no viaduto Santo Amaro ................ 31 Figura 4: Posicionamento dos cabos (cordoalhas) nas peças estruturais ........ 32 Figura 5: Exemplo de configurações geométricas com nervuras transversais oblíquas em dois lados da barra e as longitudinais. ........................................... 36 Figura 6: Inter-relacionamento entre conceitos de durabilidade e desempenho C.E.B. ........................................................................................................................ 43 Figura 7: Circulo da qualidade para Construção Civil ......................................... 42 Figura 8: Fissura no concreto devido ao assentamento plástico: Manual de Recuperação de Pontes e Viadutos Rodoviários. ................................................ 47 Figura 9: Retração plástica do concreto. .............................................................. 47 Figura 10: Retração térmica inicial do concreto: Manual de Recuperação de Pontes e Viadutos Rodoviários.............................................................................. 48 Figura 11: Trincas devidas à retração e/ou temperatura: Manual de Recuperação de Pontes e Viadutos Rodoviários. ....................................................................... 48 Figura 12: Trincas provocadas pela corrosão de armaduras: Manual de Recuperação de Pontes e Viadutos Rodoviários. ................................................ 49 Figura 13: Fissuras de retração na alma da viga: Manual de Recuperação de Pontes e Viadutos Rodoviários.............................................................................. 50 Figura 14: Fissuras típicas de força cortante, flexão, variação térmica e/ou retração impedidas ou não: Manual de Recuperação de Pontes e Viadutos Rodoviários. ............................................................................................................. 50 Figura 15: Coalisão de uma caçamba de carreta na Ponte do Piqueri. .............. 51 Figura 16: Ataque de sulfatos em uma estrutura de um córrego canalizado: Ataques de sulfatos ao concreto de Cimento Portland. ...................................... 52 9
Figura 17: Estrutura de concreto sofrendo por ataque de íon de cloreto. ......... 53 Figura 18: Estrutura de concreto que sofreu carbonatação e foi detectada após a aplicação da fenoltaleína. .................................................................................... 54 Figura 19: Representação do avanço da frente de ............................................... 56 Figura 20: Reação álcali-agregado em uma sapata de um edifício. ................... 57 Figura 21: Desagregação em uma viga de um viaduto ........................................ 58 Figura 22: Desagregação do concreto por lascamento no Viaduto Santo Amaro. .................................................................................................................................. 59 Figura 23: Segregação na lateral de uma viga de concreto. ............................... 59 Figura 24: Curva temperatura – tempo de um incêndio real ............................... 61 Figura 25: Curva de incêndio padronizado. .......................................................... 61 Figura 26: Localização do viaduto Santo Amaro.................................................. 64 Figura 27: Vista da estrutura após o acidente e antes da limpeza ..................... 66 Figura 28: Pontos onde foram retiradas amostras para seus respectivos ensaios .................................................................................................................................. 67 Figura 29: Máquina universal para ensaios mecânicos de tração, compressão, flexão, etc. ................................................................................................................ 68 Figura 30: Resistencia dos materiais para entender e gostar. ............................ 69 Figura 31: Resistência dos materiais para entender e gostar ............................. 70 Figura 34:Item 4 Amostragem da NBR7680 .......................................................... 72 Figura 32: Demonstração do módulo de elasticidade do concreto .................... 75 Figura 33: Demonstração do modulo de deformação tangencial inicial ............ 76 Figura 35: Modelo numérico tridimensional do Viaduto Santo Amaro .............. 81 Figura 36: Shaker instalado no Viaduto ................................................................ 82 Figura 37: Sistema de controle do ensaio. ............................................................ 83 Figura 38: Imagem da passagem do caminhão pelo Viaduto.............................. 83 Figura 39: Escoramento realizado para suportar estrutura................................. 89 Figura 40: Fotos das amostras de concreto retiradas da estrutura ................... 89 10
Figura 41: Carimbo de um dos projetos de recuperação .................................... 90 Figura 42: Diagramas de momentos fletores positivos e negativos .................. 91 Figura 43: Escarificação da estrutura de concreto a ser recuperada................. 92 Figura 44: Estrutura limpa ...................................................................................... 92 Figura 45: Pontos de ancoragem ........................................................................... 93 Figura 46: Armação em tela eletro soldada .......................................................... 93 Figura 47: Detalhe do reforço realizado nas bordas ............................................ 94 Figura 48: Armação de reforço para suportar os esforços de momentos negativos.................................................................................................................. 94 Figura 49: Detalhe dos elementos estruturais a serem demolidos. ................... 95 Figura 50: Caixão do viaduto com fibras de carbono. ......................................... 96
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Nomenclatura do cimento Portland ...................................................... 25 Tabela 2: Conjunto de peneiras das séries normal e intermediária (abertura nominal) ................................................................................................................... 26 Tabela 3: Limites da distribuição granulométrica do agregado miúdo .............. 27 Tabela 4: Limites da distribuição granulométrica do agregado graúdo............. 27 Tabela 5: Aditivos frequentemente utilizados em concreto e argamassa.......... 29 Tabela 6: Propriedades mecânicas exigíveis de barras e fios de aço destinados à armadura para concreto armado ........................................................................ 35 Tabela 7: Características das barras ..................................................................... 35 Tabela 8: Propriedades das fibras de carbono. .................................................... 38 Tabela 9: Características do concreto superaquecido ........................................ 62 Tabela 10: Resultados Obtidos nas amostras do Viaduto................................... 71 Tabela 12: Classe de resistência de concreto ...................................................... 71 Tabela 13: Tabela dos fatores de correção para índices de esbeltez. ................ 74 Tabela 14: Resultado Obtido nos ensaios dos Viaduto ....................................... 74 Tabela 11:Tabela de resultados obtidos no ensaio de determinação do modulo de elasticidade do concreto ................................................................................... 77 Tabela 15: Tabela de parâmetros utilizada para determinação da faixa de temperatura. ............................................................................................................. 79 Tabela 16: Tabela de resultados obtidos .............................................................. 80 Tabela 17: Frequências naturais
–
Valores obtidos através dos modelos
numéricos ................................................................................................................ 81 Tabela 18: Comparação dos resultados obtidos com as frequências naturais do modelo numérico .................................................................................................... 84 Tabela 19: Tipos de ônibus que trafegam na cidade: .......................................... 85
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LISTA DE ABREVIAÇÕES E SIGLAS FCK: Resistencia característica do concreto FC: Resistencia a compressão simples ABCP: Associação Brasileira de Cimento Portland NBR: Norma Brasileira Regulamentadora ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas ISO: Organização Internacional para padronização IBRACON: Instituto Brasileiro de concreto CA: Característica do aço MPA: MEGA Pascal GPA: Giga Pascal ASTM: Sociedade Americana de testes de materiais SAE: Sociedade de Engenharia automotiva ARBL: Aços de alta resistência e baixa liga INMETRO: Instituto Nacional de Metrologia, qualidade e tecnologia RCC: Resíduos da construção civil ABRECON: Associação Brasileira para a reciclagem de resíduos da construção DNIT: Departamento Nacional de Infraestrutura de transportes CEB: Comité Euro-Internacional Du Béton FAAUSP: Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo FRD: Fibra de reforço polimérico OAE: Obra de arte especial LR: Limite de ruptura LE: Limite de escoamento CP: Corpo de prova ECI: Modulo de elasticidade inicial ECS: Módulo de elasticidade secante H/D: Altura dividido por diâmetro
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LISTA DE SÍMBOLOS S: Sul W: Oeste E: Módulo de elasticidade
Ɛ: Deformação especifica σ: Tensão δ: Alongamento total Δl: Alongamento final
ᶩ 0: Comprimento inicial ᶩ f: Comprimento final F: Força KGF: Quilograma-força N: Newton Cm: Centímetro Cm²: Centímetro quadrado Mm: Milímetro Mm²: Milímetro quadrado M: Metro M²: Metro quadrado
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SUMÁRIO INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 19 Justificativa .............................................................................................................. 20 Objetivo .................................................................................................................... 20 Objetivo Geral .......................................................................................................... 20 Objetivo especifico ................................................................................................. 21 Problema .................................................................................................................. 21 Hipótese ................................................................................................................... 21 Metodologia ............................................................................................................. 21 Referencial Teórico ................................................................................................. 21 CAPÍTULO 1 ............................................................................................................. 23 1. Materiais ............................................................................................................ 23 1.1. Concreto ..................................................................................................... 23 1.2. Constituintes do Concreto armado .......................................................... 24 1.2.1.
Cimento ................................................................................................ 24
1.2.2.
Agregado Miúdo e Graúdo .................................................................. 25
1.2.3.
Aditivos ................................................................................................ 28
1.2.4.
Armadura Passiva ............................................................................... 30
1.2.5.
Armadura Ativa .................................................................................... 31
1.3. Aço .............................................................................................................. 33 1.3.1.
Classificação dos aços ....................................................................... 33
1.3.2.
Aços estruturais .................................................................................. 34
1.3.3.
Os aços mais utilizados são ............................................................... 37
1.4. Fibra de carbono ..................................................................................... 37 CAPÍTULO 2 ............................................................................................................. 40 2. Conceito de Patologias .................................................................................... 40 2.1. O conceito de manutenção das estruturas .............................................. 41 15
2.2. Vida útil e durabilidade .............................................................................. 42 2.3. Patologia na Concepção e Projeto ........................................................... 44 2.3.1.
Elementos de projetos inadequados: ................................................ 44
2.4. Patologia nos Materiais ............................................................................. 45 2.5. Patologia Executiva ................................................................................... 46 2.6. CAUSAS FÍSICAS ....................................................................................... 46 2.6.4.
Trincas e fissuras do concreto endurecido....................................... 48
2.6.5.
Fissuras na fase de utilização da estrutura....................................... 49
2.6.6.
Fissuras causadas pelo tráfego de cargas móveis .......................... 50
2.7. CHOQUE MECÂNICO ................................................................................. 51 2.8. CAUSAS QUÍMICAS ................................................................................... 52 2.8.1.
Ataques de sulfatos............................................................................. 52
2.8.2.
Ataques de cloretos ............................................................................ 53
2.8.3.
Carbonatação do concreto ................................................................. 54
2.8.4.
Corrosão das armaduras .................................................................... 55
2.8.5.
Reação álcali-agregado ....................................................................... 56
2.8.6.
Desagregação ...................................................................................... 58
2.8.7.
Disgregação ......................................................................................... 58
2.8.8.
Segregação .......................................................................................... 59
2.9. AÇÃO DO FOGO ......................................................................................... 60 CAPÍTULO 3 ............................................................................................................. 63 3. Pontes e Viaduto ............................................................................................... 63 3.1. História do viaduto Santo Amaro.............................................................. 63 3.1.1.
Localização geográfica do Viaduto Santo Amaro ............................. 64
3.2. Descrição da Estrutura e Sinistro ............................................................. 64 3.3. Descrição Técnica ...................................................................................... 65 3.4. Ensaios Realizados .................................................................................... 67 16
3.4.1.
Caracterização do aço ......................................................................... 68
3.4.2.
Ensaio de tração .................................................................................. 68
3.4.3.
Deformações. ....................................................................................... 69
3.4.3.1.
Elástica .............................................................................................. 69
3.4.3.2.
Plásticas ............................................................................................ 69
3.4.3.3.
Deformação especifica ou unitária ................................................. 69
3.4.3.4.
Tensão ............................................................................................... 69
3.4.3.5.
Procedimento ................................................................................... 70
3.4.3.6.
Resultados ........................................................................................ 70
3.4.4.
Determinações da resistência à compressão axial do concreto ..... 71
3.4.4.1.
Extração e ensaio dos testemunhos de concreto ......................... 72
3.4.4.2.
Extração de testemunhos de concreto ........................................... 72
3.4.4.3.
Ensaio dos testemunhos de concreto............................................ 73
3.4.4.4.
Cálculos de ruptura à compressão................................................. 73
3.4.4.5.
Resultado do ensaio de compressão realizado no viaduto .......... 74
3.4.5.
Determinação do módulo de elasticidade do concreto .................... 74
3.4.5.1.
Ensaio do modulo de elasticidade secante (ecs): ......................... 76
3.4.5.2.
Resultados ........................................................................................ 77
3.4.6. 3.4.6.1. 3.4.7. 3.5.8.1.
Análise termogravimétrica e termodiferencial .................................. 77 Resultados ........................................................................................ 80 Ensaio Dinâmico .................................................................................. 80 Resultados Obtidos.......................................................................... 84
CAPÍTULO 4 ............................................................................................................. 86 4. Estudo de Caso ................................................................................................. 86 4.1. Análise dos resultados apresentados nos ensaios ................................ 86 4.2. Resultado do ensaio de caracterização do aço ....................................... 87 4.3. Resultado do módulo de elasticidade do concreto................................. 87 17
4.4. Resultado de resistência à compressão axial do concreto .................... 87 4.5. Resultado da análise termogravimétrica e termodiferencial .................. 88 4.6. Resultado de ensaio dinâmico .................................................................. 88 4.7. Processo de recuperação.......................................................................... 88 4.8. Descrição da recuperação e tecnologias adotadas ................................ 89 CONCLUSÃO ........................................................................................................... 97 CONSIDERAÇÕES FINAIS ...................................................................................... 98 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 99 ANEXO A ................................................................................................................ 104
18
INTRODUÇÃO No campo da Engenharia Civil, todo tipo de construção requer um altíssimo nível de responsabilidade técnica, respeitando diversos parâmetros já estabelecidos por algumas normas, e em uma obra como de uma ponte não vai ser nada diferente, porque os riscos de acidentes que há caso em alguma etapa do processo construtivo dê errado, é muito grande, e nos dias atuais, em que a tecnologia atua de forma abundante para a erradicação dos acidentes, fica inadmissível essas falhas. Para se executar uma obra deve-se escolher os materiais adequados que irão fazer parte da estrutura, levando em conta primeiramente fatores técnicos, como durabilidade, resistência a esforços e a agentes agressivos, para depois verificar fatores econômicos, estéticos, operacionais entre outros. O controle de qualidade tem papel muito importante para garantir que os materiais que estão sendo aplicados na obra estão de acordo com o solicitado em projeto, afim de evitar possíveis falhas, diversas patologias e acidentes que possam vir a ocorrer. Nos casos de OAE, por se tratar de estruturas de grande importância onde estarão sujeitas a grandes esforços, deve-se fazer um estudo seguindo especificações da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), DER (Departamento de estradas e Rodagem), DNIT (Departamento Nacional de Infraestrutura de transportes), entre outros órgãos, para que essas especificações sejam aplicadas durante a execução da obra, tanto para materiais com acompanhamento tecnológicos e também para procedimentos de execução. A escolha da melhor solução técnica em aplicabilidade do material físico como, concreto protendido, aço, madeira, alumínio e concreto armado, parte sempre do pressuposto de uma análise minuciosa das características físicas e mecânicas dos materiais que o engenheiro tecnologista responsável deve analisar para a aplicação da melhor solução a cada caso. Levando sempre em consideração aspectos como: durabilidade, manutenção preventiva, fadiga, cargas excepcionais, choque mecânico, contato com produtos químicos e agressividade ambiental. O aço e o concreto são os compostos químicos mais utilizados em pontes e viadutos, aço por ser conhecido pela sua ótima performance na parte de resistência à tração e o concreto pela sua resistência à compressão. 19
Dessa forma este trabalho aborda um estudo sobre os materiais utilizados em pontes e viadutos, em especifico dos utilizados no objeto do estudo de caso o Viaduto Santo Amaro, assim como patologias, ensaios de caracterização dos materiais e ensaios dinâmicos e também sobre os métodos do processo de recuperação da estrutura. Justificativa
As pontes e viadutos são superestruturas que tem papel fundamental no cotidiano da população e estão sujeitas a possíveis danos causados por diversos tipos de sinistros, desde a má utilização, patologias apresentadas com o tempo ocasionado por métodos executivos, concepções de projeto ou ausência de manutenções preventivas. Em especifico, iremos abordar o caso no viaduto Santo Amaro que após a colisão entre dois caminhões, sendo um de combustível, veio a ser atingido pelo fogo em temperaturas de aproximadamente 700° C, ocasionando danos a estrutura do mesmo. Este trabalho tem como finalidade contribuir e amplificar o estudo no tema tratado, visto que é um assunto de grande importância e, com uma escassez de materiais acadêmicos. Objetivo
Este trabalho irá desenvolver o estudo das patologias e recuperação de estruturas de concreto armado e protendido em pontes e viadutos. Objetivo Geral
O objetivo é estudar sobre as patologias, prevenções e recuperações apresentadas em uma estrutura de concreto armado e protendido após uma colisão entre dois caminhões, ocasionando danos térmicos e prejudicando o desempenho estrutural do viaduto.
20
Objetivo especifico
Especificamente serão estudados os diversos tipos de ensaios realizados na estrutura como: Ensaio dinâmico, caracterização do aço, determinação do módulo de elasticidade do concreto, determinação da resistência a compressão axial do concreto, análise termogravimétrica e termodiferencial, para que seja analisado as possíveis patologias nos materiais danificados e o desempenho da estrutura após o sinistro. Também o acompanhamento dos métodos executivos de recuperação adotados no viaduto. Problema
Suprir a necessidade de verificar o problema de forma prática e técnica aplicada na recuperação em estudo e acompanhar “in loco” os métodos utilizados para compará-los com princípios teóricos existentes, presentes em normas técnicas e ma teriais didáticos, a fim de verificar se foi satisfatório. Hipótese
É esperado que, através dos métodos utilizados na recuperação, juntamente com ensaios e técnicas executivas, a ponte apresente novamente o desempenho satisfatório e que o nosso trabalho colabore como parte de material para os próximos problemas. Metodologia
Para realização dos objetivos foram referenciados como bibliografias, literaturas específicas, teses, dissertações, páginas da internet, normas técnicas e relatórios disponíveis da recuperação do viaduto Santo Amaro. Referencial Teórico
Para o auxílio e concepção deste trabalho, que tem foco em estudar a recuperação do viaduto Santo Amaro, foi adotado como principal material didático o livro 21
Patologia, Recuperação e Reforço de Estruturas de Concreto dos autores Vicente Custódio Moreira de Souza e Thomas Ripper, editora Pini 1998.
22
CAPÍTULO 1 MATERIAIS DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO 1. Materiais A construção civil é uma área de suma extrema para o funcionamento do ciclo de vida no planeta, pode se dizer que é uma das engrenagens principais para tal. Devido a este fator, é uma área em que o nível de responsabilidade e de cuidados deve sempre ser tratado com muito rigor. Em todos os tipos de obras e construções, há fatores em que influenciam mais para o seu correto funcionamento ou desenvolvimento, e um deles são os materiais empregados e utilizados pelas empresas responsáveis. Os materiais que a serem utilizados devem obrigatoriamente, passar por um rigoroso teste de qualidade, testes laboratoriais e deve ser alojado de forma corretamente. Também deve ser escolhido a fim de garantir o melhor funcionamento de uma obra.
1.1.
Concreto Para Metha e Monteiro (1994), o concreto é um material composto que con-
siste, essencialmente, de um aglomerante no qual estão aglutinados partículas ou fragmentos de agregados. É composto por uma mistura de cimento, areia, pedras britadas e água, pode-se ainda, se necessário, usar aditivos e outras adições, (NEVILLE, 1997). Outro aspecto do concreto que requer muita atenção está ligado a areia e brita também conhecidos como agregados miúdos e graúdos, que devem ser bem distribuídos juntamente com o cimento Portland, a fim de preencher todos os vazios, evitando assim a porosidade, mantendo a resistência e tendo influência direta a permeabilidade da estrutura.
23
1.2.
Constituintes do Concreto armado
1.2.1. Cimento Segundo a Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP), o cimento Portland é um pó fino com propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, que endurece sob ação da água. Depois de endurecido, mesmo que seja novamente submetido à ação da água, o cimento Portland não se decompõe mais. A ABCP ainda enfatiza que, o cimento Portland é composto de clinquer e de adições. O clinquer é o principal componente e está presente em todos os tipos de cimento portland. Já as adições podem variar de um tipo de cimento para outro e são principalmente elas que definem os diferentes tipos de cimento. Figura 1: Evolução média de resistência à compressão dos distintos tipos de cimento Portland
Fonte: ABCP, 2002 Na figura 1 podemos verificar que as resistências à compressão do concreto variam pela sua idade e o tipo do cimento utilizado no concreto, como podemos identificar as maiores resistências em um curto espaço de tempo ocorre de 1 a 7 dias, após isso o concreto aumenta sua resistência, mas em uma velocidade menor do que a inicial.
24
Tabela 1: Nomenclatura do cimento Portland
Fonte: ABCP, 2002 Na tabela 1 podemos conhecer os diversos tipos de cimento Portland existentes no mercado, cada cimento possui uma característica técnica. Os tipos de cimento são escolhidos de acordo com clima, peça estrutural, condições técnicas entre outros.
1.2.2. Agregado Miúdo e Graúdo A areia e brita utilizada na composição do concreto possui diversas granulometrias definidas conforme a NBR7211. O estudo do traço a ser utilizado será definido de acordo com as classes dos materiais, que nada mais é para reduzir o consumo de cimento e manter a plasticidade do concreto na sua resistência. 25
A norma classifica como natural, os agregados miúdos, que são provenientes de rios, minas e várzeas e como artificiais os que são extraídos de resíduos de pedreiras, ou como são conhecidos, pó de pedra. Já os agregados graúdos naturais são definidos como pedregulho, seixo rolado e cascalho, e os artificiais como pedra britada, argila expandida, escória entre outros. Por definição da ABNT NBR7211/09, agregado miúdo são aqueles cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha de 4,75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha de 150 µm. Já o agregado graúdo, são aqueles cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha de 75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha de 4,75 mm. Tabela 2: Conjunto de peneiras das séries normal e intermediária (abertura nominal)
Fonte: NBR7211/09 - agregados para concreto – Especificação, 2009. Na tabela 2 podemos verificar os tipos de peneiras utilizadas para a classificação dos agregados através dos ensaios específicos realizados conforme a NBR NM 248:2003 – Agregados - Determinação da composição granulométrica.
26
Tabela 3: Limites da distribuição granulométrica do agregado miúdo
Fonte: NBR7211/09 - Agregados para concreto – Especificação, 2009. Conforme tabela 3 podemos verificar os limites de granulometria para que o agregado seja considerado miúdo, no caso, o material que estiver entre as peneiras de 150 µm a 9,5 mm estará nesta classificação.
Tabela 4: Limites da distribuição granulométrica do agregado graúdo
Fonte: NBR7211/09 - Agregados para concreto – Especificação, 2009 Conforme tabela 4 podemos verificar os limites de granulometria para que o agregado seja considerado graúdo, o material que estiver entre as peneiras de 12,5 mm a 75 mm estará nesta classificação.
27
1.2.3. Aditivos Para Lisboa (2004), os aditivos são materiais que adicionados ao concreto durante seu processo de mistura, em quantidade pequena em relação à massa de cimento, tem a finalidade de modificar as propriedades frescas ou endurecidas do concreto. Segundo Newman e Choo (2003), diversos tipos de aditivos podem ser utilizados para aumentar a fluidez da mistura, com um mesmo teor de água, e para reduzir o teor de água da mistura em uma mesma fluidez e melhorar a resistência e durabilidade. Certos aditivos são capazes de reduzir a quantidade de água de uma mistura, deixando o concreto mais fluido. Já Neville (1997) atribui aos aditivos à capacidade de proporcionar ao concreto consideráveis mudanças físicas e econômicas e ainda acrescenta que, o uso racional desse modificador de 23 propriedades pode ajudar na redução de cimento e no adensamento do material em lugares de difícil acesso. Segundo Ibracon (2005), o uso correto dos aditivos permite: melhorar a reologia do concreto, melhorar a pega e o endurecimento, diminuir o ar e outros gases aprisionados, aumentar a resistência mecânica, ampliar campo de aplicações e diminuir custos. Na tabela 5 são informados os tipos de aditivos mais comumente usados nas misturas de concreto e de argamassa, também são expostas suas propriedades e bases químicas.
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Tabela 5: Aditivos frequentemente utilizados em concreto e argamassa.
Fonte: Publicado por Antônio C. Santomauro no site: www.quimica.com.br/aditivospara-concreto-quimica-ajuda-a-construir-estruturas-mais-resistentes-com-maior-rapidez/3/, (2016).
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1.2.4. Armadura Passiva
A NBR 6118 determina armadura passiva como “Qualquer armadura que não seja usada para produzir forças de protensão, isto é, que não seja previamente alon-
gada”. Segundo Líbano M. Pinheiro; Cassiane D. Muzardo; Sandro P. Santos 2004, no concreto armado a armadura não tem tensões iniciais, dessa forma é denominada armadura passiva. Esse tipo de armação tem a função de resistir os esforços de tração aplicados na estrutura de concreto que por sua vez possui características de resistência à compressão, para isso são utilizados normalmente aços do tipo CA-50 e CA-60, pois possuem elevado patamar de escoamento. Entre as funções da armadura passiva estão:
Redução de fissuras geradas devido à retração do concreto
Aumento do momento fletor de ruptura da seção
Resistencia de tensões elásticas de tração em serviço Se analisarmos o comportamento de uma viga de concreto armado, poderá ser
observada a importância da armadura passiva para resistir os esforços de tração. Na figura 2, é ilustrado onde acontece o maior esforço em uma viga, e consequentemente onde deve ser o reforço maior. Figura 2: Viga de concreto simples e armado
Fonte: PFEIL, 1989
30
Figura 3: Distribuição da armação passiva no viaduto Santo Amaro
Fonte: Grupo 14, 2016. Na figura 3 é observada a montagem da armadura passiva diretamente na superfície da laje do viaduto Santo Amaro.
1.2.5. Armadura Ativa
A NBR 6118 determina armadura ativa como: “Constituída por barra, fios, isolados ou cordoalhas, destinada a produção de forças de protensão, isto é, na qual se aplica um pré-alongamento inicial”. No concreto protendido as armaduras são previamente alongadas por equipamentos de protensão, como as ancoragens, que são dispositivos capazes de manter o cabo de protensão tensionados a fim de possibilitar um melhor desempenho dos aços transmitindo força de protensão para a estrutura, tendo como principais características:
Redução de fissuras
Diminuição das peças e a possibilidade de vencer maiores vãos, se comparado ao concreto armado. 31
Redução das tensões de tração geradas devido aos esforços cortantes
Figura 4: Posicionamento dos cabos (cordoalhas) nas peças estruturais
Fonte: Grupo 14, 2016 Na figura 4 foi tirada do viaduto Santo Amaro, é possível observar, onde estão indicadas com setas, as cordoalhas que foram danificadas pela ação do f ogo.
1.2.5.1.
Armadura ativa pré-tracionada:
O pré-alongamento da armadura é realizado antes do lançamento do concreto, utilizando apoios do elemento estrutural e sendo desfeito após o endurecimento do concreto, gerando aderência entre amadura e concreto a partir do momento em que o concreto é lançado.
1.2.5.2.
Armadura ativa pós-tracionada:
Onde o alongamento da armadura é realizado após o lançamento do concreto, sendo utilizado como apoio partes do elemento estrutural, gerando posteriormente aderência permanente. 32
1.2.5.3.
Armadura ativa pós-tracionada (Sem aderência)
O alongamento da armadura é realizado após o lançamento do concreto, sendo utilizado como apoio partes do elemento estrutural, porém a armadura é envolvida com elementos (Geralmente engraxadas) que não permitem a aderência com o concreto.
1.3.
Aço Atualmente existe uma grande gama de liga de aços, cada uma com suas ca-
racterísticas especificas encontrada no mercado. Fabricado em indústrias com rigorosos controles de qualidade, o aço tem resistência à tração elevada, ao contrário do concreto que tem alta resistência à compressão.
Aços carbono. Pfeil, Walter (1995, p9) diz que “O aumento de resistência em relação ao ferro puro é produzido pelo carbono e, em menor escala, pelo manganês”. Aumentando o teor de carbono, consequentemente aumenta-se a resistência do aço, porem diminui sua capacidade de deformação prejudicando a soldagem. São esses na ordem de resistência 250 Mpa. Aços de baixa liga. Pfeil, Walter (1995 p9) “São acrescidos de elementos de liga (cromo colúmbio, cobre, manganês, molibdênio, níquel, fósforo, vanádio, zircônio). Esses elementos adicionais aumentam a capacidade de deformação do aço, permitindo a solda sem maiores preocupações. São esses aços na ordem de resistência 300 Mpa e podem ter alta resistência à corrosão na ordem de 2 a 3 vezes maior que o aço carbono. Principais tipos de aço utilizados em estruturas segundo padrões ABNT são: A36, ASTM 572 GR 50. Utilização em concreto armado: CA 25, CA 40, CA 50 E CA 60.
1.3.1. Classificação dos aços Hoje ainda não existe uma classificação considerada precisa e completa, principalmente com a relação aos aços-liga, em que a cada dia é pesquisada a inclusão 33
de novos elementos, e consequentemente obtidos novos tipos de aços. Mesmo assim a ABNT, SAE e outras, possuem um sistema que tem atendido as atuais necessidades. Os aços são classificados por grupos, com base nas propriedades comuns:
Por sua composição, como aços-liga e aços-carbono;
Tipos de acabamento com aços laminados a quente ou aços a frio;
Formato do produto acabado, como chapas grossas, chapas finas, barras, tiras, tubos ou perfis estruturais.
1.3.2. Aços estruturais Segundo Pinheiro, Santos, Muzardo e Santos (2010), os aços estruturais para construção civil possuem teores de carbono da ordem de 0,18% a 0,25%. Esse material tem grande aplicação na Engenharia graças às se guintes características: ductilidade; incombustibilidade; facilidade de ser trabalhado; resistência à tração, compressão, flexão e torção; resistência a impacto, abrasão e desgaste. Em condições adequadas, apresenta também resistência a variações de temperatura, intempéries e agressões químicas. Os aços podem ser agrupados em três classificações gerais, conforme a sua tensão de escoamento mínima especificada.
Aços carbono: 195 a 260 Mpa.
Aços de alta resistência e baixa liga (ARBL): 290 a 345 Mpa.
Aços de liga tratados termicamente: 630 a 700 Mpa.
Quanto ao tipo, é aço carbono (laminados a quente, com baixo teor de elemento de liga e alta resistência, utilizado principalmente em estruturas de carros, ônibus, pontes e edifícios). Aços usados na Construção Civil: CA-50 / CA-60 / CA-25.
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Tabela 6: Propriedades mecânicas exigíveis de barras e fios de aço destinados à armadura para concreto armado
Fonte: NBR7480 Aço destinado à armadura para estruturas de concreto armado, 2007. Na tabela 6 estão os valores de propriedades mecânicas mínimas para classificação conforme exigidas na NBR7480, para aços estruturais.
Tabela 7: Características das barras
Fonte: NBR7480 Aço destinado à armadura para estruturas de concreto armado, 2007.
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Na tabela 7 podemos verificar as características mecânicas dos aços voltados para construção civil, bem como suas massas nominais dependendo do diâmetro de cada barra, e também podemos saber a área de seção e seu perímetro.
Figura 5: Exemplo de configurações geométricas com nervuras transversais oblíquas em dois lados da barra e as longitudinais.
Fonte: NBR7480 Aço destinado à armadura para estruturas de concreto armado, 2007. Na figura 5, temos exemplos de configurações de nervuras disponíveis no mercado para a utilização. A aderência entre o aço e o concreto vem sendo constantemente estudada devido a sua importância e às constantes alterações advindas do avanço tecnológico na produção do aço e do concreto. Segundo Oliveira (2011), a aderência pode ser entendida como a li gação existente entre o aço e o concreto, impedindo o deslocamento relativo entre os dois materiais, formando assim uma peça solidária. Embora a concepção de um valor médio da tensão de aderência seja conveniente, a transferência de forças está associada a uma combinação das parcelas relativas à adesão, ao atrito e à aderência mecânica. Sabe-se também que a aderência é influenciada por diversos fatores: resistência do concreto, geometria, condições superficiais e diâmetro das barras de aço, posicionamento da barra em relação ao lançamento do concreto, cobrimento de concreto, entre outras. 36
1.3.3. Os aços mais utilizados são O aço CA-50 é um aço laminado a quente, eles são fornecidos com a superfície nervurada, para dar mais aderência ao concreto, ele se diferencia dos vergalhões comuns porque traz benefícios incorporados, como a capacidade de solda a topo (para diâmetros de 10 a 40 mm), com características que excedem as exigências da NBR 7480, gerando maior segurança de utilização, além de garantir alta aderência ao concreto. Sua característica diferenciada garante o atendimento à norma ABNT NBR 7480:2007, bem como às novas exigências das normas ABNT NBR 6118:2014 e ABNT NBR 14931:2004. O aço CA-60 também é nervurado e conhecido pela alta resistência, proporcionando estruturas de concreto armado mais leves. Ele é produzido com baixo teor de carbono, apresenta ótima soldabilidade, além de maior aderência do aço ao concreto, melhor ancoragem nas estruturas e melhor combate à f issuração do concreto. Diferente dos demais o aço CA-25 possui superfície lisa, é comercializado em barras retas com comprimento de 12 m, e é soldável para todas as bitolas, é bastante utilizado como barra de transferência para pisos, mas também atende outras aplicações.
1.4.
Fibra de carbono Para Carneiro e Teixeira, 2008, os compósitos são materiais cuja estrutura é
constituída por uma combinação de dois ou mais produtos não solúveis entre si. Um dos seus produtos é chamado de fase de reforço e outro de matriz. A fibra de carbono por sua vez é considerada um material compósito, pois são compostos, basicamente, por fibras de elevada resistência envolvidas numa matriz polimérica (resina), (Carneiro e Teixeira, 2008). São compostos por mais de 90% de carbono e filamentos de 5 a 15 µm de diâmetro, produzidos pela pirólise da poliacrilonitrila (PAN), piche ou rayon (Lubin,1969). Através de um processo de carbonização dos polímeros (poliacrilonitrila, piche ou rayon) são geradas as fibras de carbono. 37
As fibras de carbono possuem elevados valores de resistência à tração, módulo de elasticidade extremamente elevado e baixa massa específica, comparadas com outros materiais de engenharia, são utilizados predominantemente em aplicações críticas
envolvendo
redução
de
massa
(Lebrão,
2008).
A fibra de carbono, hoje, é muito utilizada como reforço de estruturas, pois como dito anteriormente possuem altas resistências à tração e também apresentam rigidez, excelente resistência à fadiga, características de amortecimento de vibrações, resistência térmica e estabilidade dimensional. As fibras de carbono possuem também boa resistência elétrica e térmica e são quimicamente inertes, exceto quanto à oxidação (Callister,1997).
Tabela 8: Propriedades das fibras de carbono.
Fonte: Propriedades das fibras de carbono. (ACI 440.2R, 2002) 1.5.
DESCARTE DE MATERIAIS NA CONSTRUÇÃO CIVIL Estima-se que a construção civil, gera em torno de 450 kg por habitante ao ano.
Dessa forma é importante a conscientização da gestão de resíduos, para diminuição dos impactos ambientais, além da reutilização dos materiais gerados. A cartilha de gerenciamento de resíduos sólidos para construção apresenta al gumas definições para as etapas de destinação.
Aterro de resíduos da construção civil e resíduos inertes: Áreas de armazenamento de resíduos, para possibilitar o uso futuro.
Beneficiamento: Requalificação e tratamento dos resíduos para outras utilizações
Cedente da área para recebimento: A pessoa, física ou jurídica que cede a propriedade, licenciada para recebimento do material.
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Geradores: A pessoa, física ou jurídica responsável pela geração dos resíduos.
Poder publico: Executivo municipal
Reciclagem: Processo de transformação dos resíduos da construção, tornando os insumos reutilizáveis.
Resíduos da construção civil: Diminuir o volume e peso dos resíduos gerados
Resíduos sólidos: Materiais resultantes da produção, transformação, utilização ou consumo, a destinação deve ser ambientalmente e sanitariamente adequada.
Reutilização: É o aproveitamento dos resíduos da construção civil sem transformação.
Segregação: Consiste na triagem dos materiais.
Esse processo deve ser realizado em todas as obras, seguindo as etapas, a fim de alcançar os seguintes objetivos:
Reduzir desperdícios
Segregar resíduos
Reciclar os resíduos tornando matéria prima
Reutilizar materiais: Com os entulhos gerados da construção pode-se fazer: Guias, sarjetas, contra piso, aterro entre outros.
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CAPÍTULO 2 PATOLOGIAS, DURABILIDADE E MANUTENÇÃO DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO 2. Conceito de Patologias As patologias, em geral, ocorrem pela deterioração dos materiais constituintes de uma estrutura. Essa deterioração, por sua vez, é decorrente de inúmeros fatores, como falhas no processo conceptivo, ou seja, na parte mais primordial que é no pro jeto de qualquer estrutura, falhas no processo construtivo, que é na fase da construção propriamente dita e na fase de manutenção, que se constituem em planos de manutenção pós-construção, para garantir o desempenho satisfatório dos materiais. Para DEGUSSA (2008) patologia são parte da engenharia que estuda os sintomas, os mecanismos, as causas e as origens dos defeitos das construções civis e à terapia cabe estudar a correção e a solução desses problemas patológicos, inclusive aqueles devidos ao envelhecimento natural. O processo de concepção é fundamental para garantir um bom desempenho de qualquer estrutura, pois nessa etapa, devem-se levar em conta muitos fatores, como qual material a serem utilizados, quais serão os métodos construtivos, o detalhamento de todas as etapas, detalhamento de todo o projeto e, um it em muito importante, mas não devidamente discutido, que é por quanto tempo a estrutura deverá funcionar em alto nível (todos os materiais trabalhando acima do desempenho mínimo aceitável) para que se possa definir planos de manutenção e traçar medidas preventivas para a mesma. No Brasil ainda temos diversos problemas graves quando se fala em projetos executivos e execução, pois muitas obras sofrem com a péssima qualidade dos pro jetos onde faltam detalhamentos mais específicos visando que, um projeto deve ser de fácil entendimento e que seja autoexplicativo. Já na execução temos os problemas de mão de obra não qualificada e materiais de qualidade, onde o problema é sempre o mesmo, a pedida por preços mais baixos, e hoje em dia isso é muito frequente, ou seja, um serviço onde é cobrado por um preço inferior do mercado e oferece uma
40
qualidade inferior, mesma situação se aplica a qualidade dos materiais há serem aplicados. Quando falamos em qualidade executiva, podemos citar como exemplo a indústria japonesa, que visa uma concepção de anteprojeto e projeto executivo de qualidade, muitas obras demoram de 3 a 4 anos para sair do papel, assim minimizando as revisões de projeto quando se está executando a estrutura. Com um projeto devidamente estudado os profissionais responsáveis pela execução se preocupam apenas na qualidade da execução e atenção a detalhes que possam gerar patologias executivas.
2.1.
O conceito de manutenção das estruturas Entende-se por manutenção de uma estrutura o conjunto de atividades neces-
sárias à garantia do seu desempenho satisfatório ao longo do tempo, ou seja, o con junto de rotinas que tenham por finalidades o prolongamento da vida útil da obra, a um custo compensador. (DE SOUZA E RIPPER, 1998). A presença do usuário como elemento que participa da manutenção é uma característica da revolução modernista do setor da construção civil, ele é o que participa por último na parte da utilização e tem uma responsabilidade de contribuir com a garantia do desempenho da estrutura e com a durabilidade da construção. Pode-se caracterizar em manutenção preventiva, e a manutenção corretiva onde à diferenciação entre cada, fica no momento de prevenção, uma ocorre antes para não deixar algo grave acontecer, e a outra ocorre quando algo grave está prestes a ocorrer ou já aconteceu, sendo necessária a manutenção corretiva.
41
Figura 6: Circulo da qualidade para Construção Civil
Fonte: C.E.B. – Boletim 183, (1989) Segundo figura 7, o ciclo para manter a qualidade de uma estrutura não tem fim, ele tem um propósito que é o projeto executivo, mas antes passa por diversas modalidades da qualidade, desde a concepção do projeto até a execução com os requisitos de desempenho atingidos. Para isso é preciso da colaboração de todos os envolvidos para que os altos níveis de qualidade sejam alcançados.
2.2.
Vida útil e durabilidade É bastante comum, considerar que a vida útil de pontes e viadutos é extraordi-
nariamente longa. Isso se deve ao fato de que existe um conceito de durabilidade, que é caracterizado pelo conhecimento ou pela estimação das características de deterioração do material concreto e dos sistemas estruturais existentes. Este conceito é relacionado a parâmetros conhecidos e convertidos na prática em diversas obras, de todos os tipos, a fim de definir qual a melhor decisão e procedimentos que garantirão a estrutura e aos seus materiais constituintes, um desempenho satisfatório ao decorrer de sua vida útil em relação ao meio ambiental, cujo existem várias escalas de agressividade, que estará inserida. 42
Pode se considerar que a palavra-chave e o material principal que irá interferir na durabilidade, seja ela positiva ou negativa, é a água. E ela irá reagir com os principais elementos estruturais, com o concreto, as características são a compacidade, densidade, permeabilidade, porosidade, capilaridade e fissuração, incluindo sua resistência mecânica. Para todas essas características listadas, já existem parâmetros que indicam a qualidade do material, parâmetros estes, que se bem interpretados e respeitados, garantem um primeiro passo para a classificação de uma estrutura durável ou não. A agressividade ambiental em que a estrutura e seus materiais estarão situados é a outra parte importante a ser considerada, de certo modo, é necessário que os líquidos e gases presentes nesses meios não entrem em contato com o interior do concreto.
Figura 7: Inter-relacionamento entre conceitos de durabilidade e desempenho C.E.B.
Fonte: Boletim 183, (1989)
43
O quadro apresentado na figura 6, proveniente do Guia para Projeto de Estrutura de Concreto Duráveis, editado pelo C.E.B. em 1989 resume o que fora explicado anteriormente, ou seja, os parâmetros existentes relacionados com os critérios para atingir uma construção duradoura. Pode se observar que a água atuará diretamente na resistência e na solidez da estrutura e atuará indiretamente na deterioração do concreto e das armaduras com o transporte de gases e líquidos para dentro do concreto. Estas deteriorações que interferirão, mais uma vez na resistência e na solidez da estrutura, causando em uma baixa segurança e pouca servicibilidade da mesma. Se olharmos para o início do quadro, vemos que todo o cálculo estrutural, os materiais, a execução e a cura dependem de um uso adequado da água.
2.3.
Patologia na Concepção e Projeto Várias são as falhas que vem da elaboração de um projeto, durante a etapa de
concepção da estrutura onde se inicia os estudos do empreendimento e o que será realizado, na execução do anteprojeto a famosa ideia inicial no estudo e viabilização e aprovação de projetos legais ou na elaboração de projetos executivos. De maneira geral, as falhas originadas na criação do projeto geram problemas onde a solução se torna muito mais complexa e onerosa do que uma f alha na realização do projeto. Uma das principais falhas que podem gerar numa elaboração deficiente é um anteprojeto mal elaborado fazendo com que encareça as metodologias dos processos de construção ou problemas na utilização dos métodos na obra. Já os problemas gerados na realização de projetos executivos ou como são conhecidos projetos finais de engenharia, são os responsáveis de problemas patológicos graves, pois a partir deles que são executadas as superestruturas detalhadas.
2.3.1. Elementos de projetos inadequados:
Estudo equivocado da resistência do solo, com isso a falha do tipo de fundação a ser aplicada, lembrando que esta é uma das principais ou talvez a mais importante fase do projeto, pois os problemas gerados por falhas nessa etapa 44
são de grande risco econômico, visto que uma viabilização financeira passa por um estudo detalhado da metodologia a ser aplicada considerando a resistência do solo;
A má interpretação dos esforços solicitantes naquela estrutura gera problemas na segurança estrutural do projeto;
Falta de compatibilização são os mais encontrados em obras, projetos de Arquitetura, Estrutura, Instalações e de Concessionarias devem estar devidamente sobrepostos, a fim de evitar as famosas “Quebradeiras”, normalmente um mau entendimento ou comunicação dos projetistas são notórios nos diversos casos que ocorrem na obra;
Detalhamento falho e vago. Sempre que uma estrutura tem algo que não é usual ou que sofrerá alguma mudança do casual praticado naquela obra, deve conter detalhes que possam ajudar o executor no entendimento da situação e, com isso evitar gastos posteriores oriundos dessa falha, que estão fora do escopo de fornecimento;
A falta de padronização dos projetos é muito ocorrente e prejudicial para a interpretação dos executores.
2.4.
Patologia nos Materiais O ambiente hoje em dia é mais agressivo que o de décadas atrás, além disso,
o aperfeiçoamento de técnicas de dimensionamento mais avançadas e, portanto, mais econômicas, também interferem negativamente na durabilidade das edificações. (FI-
GUEREDO & O’REILLY, 2003) Com isso, as estruturas atuais estão cada vez mais expostas a patologias. Além de que com os avanços tecnológicos são também mais esbeltas e solicitadas. A vida útil e a durabilidade das estruturas estão altamente ligadas com os materiais que serão aplicados na obra, por isso é de extrema importância à escolha correta desses materiais e o controle de qualidade, a fim de proporcionar o rendimento necessário para o qual eles estão sendo aplicados. Cerca de 18% das origens patologias nas construções, estão diretamente ligadas com os materiais. (HELENE E FIGUEIREDO, 2003).
45
2.5.
Patologia Executiva A execução do concreto armado passa por um processo construtivo que deve
ser bem elaborado e acompanhado por profissional qualificado para evitar patologias, retrabalho, perca de material e gastos excessivos. O concreto no Brasil é o material mais utilizado atualmente na construção civil por ter a mão de obra mais barata, os problemas sócios econômicos que enfrentamos provocam a baixa qualidade na mão de obra (SOUZA E RIPPER, 1998). Os Gestores e os executores da obra devem possuir o conhecimento técnico para interpretar e analisar o projeto antes de passar para montagem, os projetos podem conter erros que somente técnicos podem identificar e corrigir. Daí a importância do engenheiro civil junto com o mestre da obra antes de qualquer atividade, para que seja realizada uma análise crítica do serviço, como: Condição do terreno, condição climática, estudo da maneira de execução, aplicabilidade do material e mão de obra especializada. São os processos: montagem das formas, montagem da armadura, inserindo a armadura nas formas, Concepção do concreto, Mistura e Lançamento, Adensamento e Cura, interpretação do projeto por trabalhadores menos qualificados e a falta de fiscalização na montagem das formas. Inserindo a armadura nas formas: Após montagem das armaduras, essas são inseridas nas formas, amarradas umas nas outras e espaçadas conforme classe de agressão do meio ambiente (cobertura mínima), com a finalização é feito a conferencia através de projetos específicos para garantir a execução conforme projeto estrutural.
2.6.
CAUSAS FÍSICAS
2.6.1. Assentamento plástico do concreto O assentamento plástico do concreto ocorre devido à excessiva exsudação logo nas primeiras horas pós concretagem, localizado tipicamente ao longo das barras das armaduras.
46
Figura 8: Fissura no concreto devido ao assentamento plástico: Manual de Recuperação de Pontes e Viadutos Rodoviários.
Fonte: DNIT, Rio de Janeiro, (2010). 2.6.2. Retração plástica do concreto A retração plástica ocorre devido à rápida evaporação da água e de uma cura mal executada, acontecendo logo nas primeiras horas pós concretagem. Encontra-se na superfície das partes concretadas, em ambientes secos e com baixa umidade.
Figura 9: Retração plástica do concreto.
Fonte:http://tcpengenhariacivil.com.br/2014/09/novos-materiais-que-tornarao-predios-mais-tecnologicos/, (2014) 47
2.6.3. Retração térmica inicial A retração térmica inicial é causada pela insuficiência de armaduras nas juntas de construção e ocorre na fase de endurecimento do concreto, ou seja, nos primeiros dias. É comumente localizado perpendicularmente às juntas de construção. Figura 10: Retração térmica inicial do concreto: Manual de Recuperação de Pontes e
Viadutos Rodoviários.
Fonte: DNIT, (2010) 2.6.4. Trincas e fissuras do concreto endurecido. 2.6.4.1.
Retração
É causada, pela perda de umidade, o encurtamento natural do concreto e/ou temperatura, ocorrendo algumas semanas ou meses após a sua concretagem e é visualizada perpendicularmente a esses encurtamentos.
Figura 11: Trincas devidas à retração e/ou temperatura: Manual de Recuperação de Pontes e Viadutos Rodoviários.
Fonte: DNIT, (2010) 48
2.6.4.2.
Corrosão de armaduras
É ocasionada pelo aumento expressivo do volume das armaduras decorrente de corrosão, ocasionando trincas meses ou anos pós sua construção e é encontrado ao longo das armaduras da peça.
Figura 12: Trincas provocadas pela corrosão de armaduras: Manual de Recuperação de Pontes e Viadutos Rodoviários.
Fonte: DNIT, (2010)
2.6.5. Fissuras na fase de utilização da estrutura 2.6.5.1.
Variações de temperatura e retração residual
É ocasionada devido a restrições ou impedimentos a livres movimentos da estrutura causado por aparelhos de apoios bloqueados ou desgastados, e essa fissuras formam-se quando a estrutura estiver impedida de se movimentar. As mesmas ocorrem na direção dos impedimentos.
49
Figura 13: Fissuras de retração na alma da viga: Manual de Recuperação de Pontes e Viadutos Rodoviários.
DNIT, Rio de Janeiro, (2010).
2.6.6. Fissuras causadas pelo tráfego de cargas móveis 2.6.6.1.
Cargas móveis não previstas em projeto
Devido ao dimensionamento insuficiente e/ou cargas móveis não previstas e, portanto, não calculadas, ocorrendo quando a utilização da estrutura for inadequada. Localizadas nos elementos da estrutura com solicitações excessivas.
Figura 14: Fissuras típicas de força cortante, flexão, variação térmica e/ou retração impedidas ou não: Manual de Recuperação de Pontes e Viadutos Rodoviários.
Fonte: DNIT, Rio de Janeiro, (2010)
50
2.7.
CHOQUE MECÂNICO Os impactos provenientes de veículos e embarcações nos elementos principais
das estruturas causam um significativo dano as mesmas, eles podem ser nas laterais, nas vigas e lajes, quando a altura não é suficiente, nas barreiras ou guarda-rodas, quando a pista é muito estreita. Esses choques podem resultar em perdas significativas ao gabarito da infraestrutura deixando a desfavorável e com seu funcionamento comprometido.
Figura 15: Coalisão de uma caçamba de carreta na Ponte do Piqueri.
Fonte:
http://imguol.com/c/noticias/f8/2015/07/17/17jul2015---acidente-com-um-ca-
minhao-basculante-provoca-interdicoes-na-ponte-do-piqueri-e-marginal-tiete-na-manha-desta-sexta-feira-17-na-zona-norte-de-sao-paulo-sp-uma-equipe-da-defesa-civil1437129022504_956x500.jpg, (2015) A figura 15 ilustra um abalroamento de uma carreta na estrutura da Ponte do Piqueri, situada na Marginal Tietê, onde causou severos danos a uma das vigas sendo necessário o seu reparo posteriormente.
51
2.8.
CAUSAS QUÍMICAS
2.8.1. Ataques de sulfatos O Manual de Recuperação de Pontes e Viadutos Rodoviários do DNIT tem uma definição.
‘‘As trincas são resultantes de reações químicas expansivas entre sulfatos, existentes no solo, na água do mar ou elementos contaminados existentes no próprio concreto ou no cimento, e que penetraram em concretos úmidos e permeáveis’’ (MANUAL DE RECUPERAÇÃO DE PONTES E VIADUTOS RODOVIÁRIOS DNIT, 2010, p 69-70). Elas surgem devido à porosidade e a permeabilidade do concreto, fazendo com que haja movimentação da umidade e consequentemente esses ataques. Com a utilização de cimentos adequados, como o Cimento Portland resistente a sulfatos, Cimento Portland pozolânico e de alto forno, esses ataques podem ser evitados.
Figura 16: Ataque de sulfatos em uma estrutura de um córrego canalizado: Ataques de sulfatos ao concreto de Cimento Portland.
Fonte: Prof. Eduardo C. S. Thomaz 52
2.8.2. Ataques de cloretos Os íons cloreto (Cl-) penetram nos poros do concreto, conjuntamente com a água e o oxigênio e, ao encontrar a película passivadora da armadura, provocam desestabilizações pontuais nessa película. (FIGUEIREDO, 2005). Se essa película é rompida, a armadura pode sofrer corrosão. Esses cloretos podem ser encontrados em regiões marinhas, no próprio cimento utilizado, nos agregados, quando mal lavados, nos aditivos e na água utilizada para a mistura. É necessário que estejam em quantidade suficiente para desencadear o processo corrosivo. (FIGUEIREDO, 2005). Com o aumento do volume das armaduras oxidadas, são criadas tensões radiais entorno dessas armaduras e produzem trincas no concreto. Agregados bem lavados, cimento com um baixo percentual de cloretos, aditivos bem selecionados e uma água de boa qualidade são ingredientes fundamentais para a prevenção contra-ataques de cloretos.
Figura 17: Estrutura de concreto sofrendo por ataque de íon de cloreto.
Fonte: http://www.cimentoitambe.com.br/ataques-por-ions-de-cloreto-custa-r-800milhoes-por-ano-ao-brasil/
53
2.8.3. Carbonatação do concreto De acordo com o Manual de Recuperação de Pontes e Viadutos do DNIT, a carbonatação do concreto se define por.
‘’O dióxido de carbono reage com o hidróxido de cálcio [Ca (OH)2] existente na argamassa do concreto, provocando, eventualmente, um decréscimo crítico na alcalinidade; o valor do pH cai, de 13 para um valor em torno de 9, que, normalmente é insuficiente para proteger a armadura contra a corrosão; a profundidade da carbona-
tação aumenta com o tempo e as armaduras deixam de estar passivadas’’ (MANUAL DE RECUPERAÇÃO DE PONTES E VIADUTOS RODOVIÁRIOS DNIT, 2010). É necessário, para ser detectado, um ensaio simples, na recém-fraturada superfície do concreto, a aplicação de fenoltaleína com indicador, para que seja detectado a parte infectada. A parte não carbonatada do concreto adquire a coloração vermelha, já a parte que sofreu carbonatação fica incolor (PH < 9).
Figura 18: Estrutura de concreto que sofreu carbonatação e foi detectada após a aplicação da fenoltaleína.
Fonte: http://athosengenharia.com/
54
2.8.4. Corrosão das armaduras A corrosão das armaduras pode ocorrer por diversos fatores e patologias que ocorrem no concreto, que por consequência afetam as armaduras. Segundo o MANUAL DO DNIT 2010, as armaduras estão protegidas quando envolvidas em concreto de boa qualidade e com um cobrimento adequado; a proteção é devida à grande alcalinidade do concreto, PH = 13, que permite formar uma fina película protetora em torno da armadura. Será tratado em três partes, devido a sua extrema importância. Primeiramente o início da corrosão, a propagação da corrosão e os tipos de corrosão.
2.8.4.1.
Início da Corrosão
Para que haja o início da corrosão, é necessário que a camada protetora de concreto esteja em más condições, ou seja, esteja bem deteriorada ou muito espessa. Tendo em vista que uma estrutura está a todo o momento exposto a diversos ataques de agentes externos e, também internos, esta camada permitirá o avanço desses agentes para o seu interior. Há também outros fatores que permitem essa iniciação da corrosão. Estes são: qualidade da camada de cobrimento, agressividade do meio ambiente, o tipo de mecanismo causador e a própria espessura da camada protetora. Para que seja detectado algum tipo de início de corrosão tanto no concreto, quanto na armadura são necessários testes especiais que são capazes de informar, já que nessa fase, não é possível a visualização.
2.8.4.2.
Propagação da Corrosão
Este processo se inicia quando a camada protetora é parcialmente ou totalmente rompida, dando iniciação a um processo eletroquímico. Para POLITO (2006), a corrosão eletroquímica ou em meio aquoso é resultado da formação de uma célula de corrosão, com eletrólito e diferença de potencial entre pontos da superfície. Se qualquer um destes elementos for retirado, ou se impedirmos
55
a entrada de oxigênio o processo é paralisado. O eletrólito e representado pela umidade presente no interior do concreto. É uma solução carregada ionicamente que permite ocorrerem às reações e possibilita o fluxo iônico. A diferença de potencial entre dois pontos da superfície pode ocorrer por diversos fatores: por diferença de umidade, aeração, concentração salina, tensão no concreto e no aço, falta de uniformidade na composição do aço.
2.8.4.3.
Tipos de Corrosão
Pode ocorrer a corrosão em virtude da carbonatação, devido à presença de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera. Ataques de sulfatos e ataques de cloretos, cujo foram explanados acima, desgaste por atrito, quando há vibração entre peças metálicas ligadas e também por corrente elétrica errante, que para o MANUAL DO DNIT (2010), este tipo de corrosão, conhecida como eletrólise, ocorre quando uma corrente elétrica de alguma fonte externa alcança, por exemplo, um elemento estrutural enterrado; embora localizada, age de maneira muito mais rápida que outros tipos de corrosão. Figura 19: Representação do avanço da frente de
. carbonatação
Fonte: TULA, (2000) 2.8.5. Reação álcali-agregado A reação é comumente encontrada em diversas estruturas, é conhecida também como RAA. Entende-se por reação álcali-agregado o processo de deterioração do concreto endurecido, provocando assim a formação do gel expansivo (exceto para a reação álcali carbonato) a partir de reação química que ocorre em alguns tipos de 56
agregados reativos ou potencialmente reativos, quando em contato com os álcalis existentes no cimento Portland, Óxido de Sódio (Na2O) e Óxidos de Potássio (K2O) (LIMA, SILVA & COSTA, 2009). O mecanismo das reações começa por um processo físico, em seguida o processo químico, onde ocorrem diversas reações (LIMA, SILVA & COSTA, 2009). Podem ser de três tipos: Reação álcali-sílica, álcali-silicato e álcali-carbonato. Existem alguns sinais ondem indicam que há a existência deste f enômeno, mas a confirmação positiva só ocorrerá com testes laboratoriais com testemunhos extraídos da peça sob suspeita. Segundo o Manual do DNIT (2010), alguns destes sinais são: a. Presença de gel exsudando das trincas; b. Fragmentos cônicos, quebrados da superfície do concreto pela pressão interna da reação; c. Umidade persistente, descoloração do concreto; d. Movimentação de trechos fraturados do concreto, podendo ser bem pronunciada, se a reação álcali-agregado for muito acentuada. A reação ocorre num processo lento e pode levar anos para se manifestar.
Figura 20: Reação álcali-agregado em uma sapata de um edifício.
Fonte: Lima, Silva e Costa, 2009
57
2.8.6. Desagregação Desagregação no concreto ocorre pela perda da capacidade aglomerante do cimento, os componentes do concreto se desagregam e ocorre uma separação física entre eles. Suas causas são diversas, ataques de agentes biológicos e químicos, fragilidade do concreto, movimentação de fôrmas, carbonatação do concreto fazendo com que o concreto perca sua aderência.
Figura 21: Desagregação em uma viga de um viaduto
Fonte: Relatório de Mauricio Ferraz de Paiva, 2013
2.8.7. Disgregação Disgregação do concreto para DÓREA (2010), Ruptura de material devido à ação de tensões internas que superam a resistência à tração. Sendo que, o concreto disgregado conserva as mesmas características do concreto or iginal.
58
Figura 22: Desagregação do concreto por lascamento no Viaduto Santo Amaro.
Fonte: Relatório Concremat N° 9.1.8.006.0056-001/16, (2016) Na foto 22 temos uma disgregação por lascamento de uma estrutura que sofreu uma exposição muito grande ao fogo.
2.8.8. Segregação A segregação é simplesmente a separação dos materiais que constituem o concreto, onde os grãos que possuem maior tamanho e peso se separam. Esta patologia pode ocorrer desde a mistura dos materiais até o seu adensamento.
Figura 23: Segregação na lateral de uma viga de concreto.
Fonte: Causas e defeitos em estrutura de concreto, (2013)
59
2.9.
AÇÃO DO FOGO
Segundo Morales, Campos e Faganello (2011), a elevação gradual de temperatura provoca efeitos distintos no concreto e nas argamassas, verificando-se alteração na coloração, perda de resistência mecânica, esfarelamento superficial, fissuração até a própria desintegração da estrutura. O concreto tem boas características com respeito a resistência ao fogo, ou seja, o tempo que fica exposto ao fogo com desempenho satisfatório é relativamente grande, não ocorrendo desprendimento de gases tóxicos. Entende-se como desempenho satisfatório a capacidade de suportar cargas, a resistência a penetração de chamas e a resistência a transferência de calor (NEVILLE, 1923). Alguns fatores que podem contribuir no acarretamento do colapso de uma estrutura proveniente à ação do fogo são o tempo de exposição, a temperatura máxima atingida, o tipo de estrutura, o traço do concreto e a velocidade de resfriamento, este último quando ocorre de forma lentamente pode se recuperar a estrutura em até 90%. O tempo de exposição e a velocidade de resfriamento estão diretamente associados ao ciclo típico de um incêndio (MORALES, CAMPOS E FAGANELLO, 2011). O ciclo típico de um incêndio é composto por três fases, a inicial, intermediária e a final. Na fase inicial, a temperatura se acentua gradativamente, atingindo rapidamente os 300ºC provocando uma queda da resistência mecânica. Na fase intermediária é onde ocorre os maiores danos devido a sua duração prolongada, a perda de resistência é muito acentuada e na fase final é onde acontece o resfriamento da estrutura, que pode ser brusco ou de forma lenta. O resfriamento brusco é o principal responsável pelos grandes danos as estruturas. O incêndio raramente excede os 1250-1300ºC nesta fase. Abaixo na imagem 24 que ilustra o que foi explanado acima, uma curva temperatura-tempo, onde temos a fase inicial, intermediária, onde temos a momento em que se atinge a temperatura máxima e a fase final, que é a de resfriamento.
60
Figura 24: Curva temperatura – tempo de um incêndio real e SILVA, (2003) Fonte: VARGAS
Fonte: VARGAS e SILVA, (2003) É de se saber que para cada tipo de estrutura teremos um determinado comportamento da ação do fogo sobre ela, e devido a este motivo, convencionou-se em criar uma curva padronizada que serviria como base para a análise. É de recomendação internacional, a curva padronizada da ISO 834 (2014), conforme figura 25.
Figura 25: Curva de incêndio padronizado.
Fonte: ISO 834:1975 (COSTA, 2008) Na tabela 9 que caracteriza a relação entre a temperatura, a cor e o aspecto visual/desempenho de uma estrutura no momento da exposição ao fogo. 61
Tabela 9: Características do concreto superaquecido
Fonte: ROSSO, T. Incêndios e arquitetura. Apostila. São Paulo: FAUUSP, (1975) Foi concluído, após os ensaios laboratoriais e inspeção tátil-visual que a estrutura de concreto armado do viaduto Santo Amaro chegou a temperaturas de 650 ºC, com uma coloração cinza esbranquiçado, com algumas perdas de suas propriedades mecânicas. Nos capítulos subsequentes iremos abordar mais a fundo sobre o que realmente de fato aconteceu no viaduto, bem como os ensaios laboratoriais e seus resultados, e o seu processo de recuperação.
62
CAPÍTULO 3 ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO E ENSAIOS DO VIADUTO SANTO AMARO 3. Pontes e Viaduto A diferença entre pontes e viadutos, é que as pontes cruzam vales, rios e exigem condições especificas para cada apoio já os viadutos são estruturas rodoviárias elevadas do solo. O viaduto tem como finalidade cruzar pistas em níveis diferentes e auxilia o fluxo do trânsito, podem ter mais de uma pista e elas são compostas por um trecho, em geral plano, de travessia e com rampas de acesso ao trecho de travessia, é necessário ter altura livre sob a plataforma de travessia, ou tabuleiro de pelo menos 4,5m.
3.1.
História do viaduto Santo Amaro O Viaduto Santo Amaro foi construído em (1969) com 280m de extensão e 22m
de largura, sendo 10m do viaduto um, 10m do viaduto dois e o canteiro central possuindo 2m de largura. Este viaduto é uma das principais artérias para o escoamento do transito entre o centro e a Zona Sul, iniciando na Avenida São Gabriel e terminando na Avenida João Dias, com 7.700m, onde trafegam ônibus, caminhões e veículos leves. Um fato interessante que ocorreu no viaduto foi a execução de um reparo em 2011 onde foram feitos reforços em sua fundação; os 8 pilares e os 4 encontros da estrutura são formados por dois tabuleiros, unidos por uma passarela de pedestres na parte central do viaduto. Para a execução dos reforços nas cabeceiras, foram construídas paredes em cada encontro, sendo no total 112 paredes, sendo elas com 30cm de espessura cada, com 2m de distância aproximadamente, e em seguida foram feitos os fechamentos dos emboques, e os pilares principais foram reforçados, com isso foram utilizados lâminas de fibras de carbono, causando poucas interdições na via, pois se tratou de 63
um serviço rápido, mais que os usuais, já que o reforço foi feito na parte inferior da estrutura, foi implantando a camada de lâmina de fibra de carbono, e com isso unindo lateralmente as estruturas, esse processo por sua vez é conhecido como reforço estrutural em FRP – Fibra de Carbono (FiberReinforcedPolimer).
3.1.1. Localização geográfica do Viaduto Santo Amaro Figura 26: Localização do viaduto Santo Amaro
Fonte: Google Earth, (2016) Situado em São Paulo-SP Bairros pertencentes: Vila Nova Conceição, Itaim Bibi, Moema, Campo Belo e Santo Amaro
Início: Avenida São Gabriel
Término: Avenida João Dias
Coordenadas -23,6085 (23°36'30.73"S) -46,6766(46°40'36.00"W)
3.2.
Descrição da Estrutura e Sinistro Conforme Projetos executivos podemos concluir que a Obra de Arte Especial
(OAE) que é o objeto de estudo deste trabalho é o Viaduto Santo Amaro e se destina 64
na transposição da Avenida dos Bandeirantes. Sua característica estrutural é de Concreto Armado e protendido com pavimento flexível acima do tabuleiro onde possui as transposições – Viaduto 1, pista Bairro e Viaduto 2, pista Centro. Em 13/02/16 ocorreu o sinistro onde dois caminhões se chocaram, um dos veículos estava carregado com combustível inflamável (Álcool/Gasolina) e o outro com açúcar, com este choque se iniciou um incêndio afetando a estrutura de concreto e aço localizado no meio do viaduto (vão 2-3). Está previsto na norma ABNT NBR 15200:2012 determina que caso ocorra alguma danificação da estrutura em virtude de incêndio, fica-se aceitável colapsos locais e que só seja feita a utilização, após o alcance do desempenho estrutural de projeto, deve-se obter laudos técnicos que neles sejam analisados a capacidade remanescente, através de ensaios dinâmicos obteremos o projeto especificando a recuperação ou demolição a ser adotada na estrutura. Em 2008 a estrutura sofreu um acidente parecido só que em proporções menores o que gerou recuperação e reforço com barras ancoradas. Já em 2008/2009, a estrutura foi submetida a reforços à base de laminas de fibra de carbono fixadas com adesivos epóxi nos vãos (1-2, 2-3 e 3-4).
3.3.
Descrição Técnica
Comprimento: 170,94 m Largura total: 22,00 m Largura do Viaduto 1: 10,00 m Largura do Viaduto 2: 10,00 m Largura do Canteiro Central: 2,00 m Vãos: 05 Tipologia transversal: Viga de seção celular (viga-caixão) Tipologia longitudinal: Isostática (vãos E1 –1 e 4 –E4) e contínua (vãos 1-2 a 3-4) Tipologia da mesoestrutura: 04 linhas x 01 pilar cada por viaduto (1 e 2) Gabarito vertical: Variável, atingindo cerca de 4,70 m na região danificada Fonte: Relatório Concremat N° 9.1.8.006.0056-001/16
65
Figura 27: Vista da estrutura após o acidente e antes da limpeza
Foto: Mario Angelo/SigmaPress/Estadão Conteúdo. Fonte: http://g1.globo.com/sao-paulo/noticia/2016/02/viaduto-santo-amaro-ficara-fechado-sem-prazo-para-reabrir-diz-prefeitura.html, (2016) A figura 27 conforme descrito nos relatórios da Concremat mostra o momento em que o fogo veio a ser controlado após a colisão entre os caminhões e após a estrutura do viaduto Santo Amaro ser danificada, esta que, após o sinistro veio a ser inspecionada visualmente por profissionais da Concremat , e através desta, veio a ser constatado pontos e áreas afetadas por disgregação do concreto. Armaduras passivas e bainhas das armaduras protendidas foram afetadas também. Uma rápida elevação de temperatura, gera gradientes térmicos, aumentando a pressão nos poros devido a evaporação da água contida no material. Isso provoca tensões elevadas caso essa pressão não se alivie e uma velocidade suficiente, provocando um lascamento (spalling) das camadas superficiais do concreto. A perda de seção do concreto expõe as armaduras passivas e as bainhas das armaduras ativas, o que é muito mais prejudicial, danificando o funcionamento da estrutura. Com altas temperaturas, a aderência entre o aço e o concreto é prejudicada também devido a diferença de comportamento térmico de ambos os m ateriais. O Boletim TR68 indica que perdas de proteção podem ocorrer significamente ao atingir temperaturas a partir de 300ºC.
66
3.4.
Ensaios Realizados Houve a necessidade de se avaliar as condições do Viaduto Santo Amaro após
o sinistro ocorrido, para constatar as condições e a integridade da estrutura, a partir de ensaios e modelos numéricos, para, então, verificar se o mesmo havia condições de suportar as cargas previstas no projeto inicial.
Caracterização do aço
Determinação da resistência à compressão axial do concreto
Determinação do módulo de elasticidade do concreto
Análise termogravimétrica e termodiferencial
Figura 28: Pontos onde foram retiradas amostras para seus respectivos ensaios
Fonte: Relatório Concremat N° 9.1.8.006.0056-001/16 67
3.4.1. Caracterização do aço Para se caracterizar o aço devemos extrair amostras in loco do material (aço) danificados da estrutura e submeter a ensaios de tração, escoamento e alongamento. A comparação dos resultados com material inerte vai oferecer parâmetros para avaliação estrutural.
3.4.2. Ensaio de tração O corpo de prova é fixado em suas extremidades e sujeito a uma força de tração até sua ruptura. Os corpos de provas são normatizados pela NBR6892, essa padroniza o material, ferramenta para o ensaio e temperatura ambiente de ensaio. O resultado desse ensaio fornece as deformações que o material sofre em sua extensão, a relação entre a deformação e a tensão aplicada é fornecida pelo maquinário que realiza o ensaio.
Figura 29: Máquina universal para ensaios mecânicos de tração, compressão, flexão, etc.
Fonte: http://www.emic.com.br/Produtos+Mostra/4/8/9/Prensa+Hidraulica+de+ acionamento+eletrico+e+indicador+digital+de+leitura_+modelo+PCE100C/ (2016)
68
3.4.3. Deformações. 3.4.3.1.
Elástica
A tensão de escoamento do aço é o limite que o material a ser submetido por tração chega a seu estado elástico. Estado elástico é a capacidade que o aço tem de ser submetido a esforços e voltar a seu estado de origem.
3.4.3.2.
Plásticas
O limite de escoamento do aço é aonde começa a deformação definitiva do material, após ser submetido por trações acima de sua resistência o aço se deforma e não retorna a seu estado normal.
3.4.3.3.
Deformação especifica ou unitária
É a relação entre o alongamento total após as tensões aplicadas no corpo e o comprimento inicial.
Figura 30: Deformação unitária ou Deformação especifica (AXIAL)
dos materiais, Prof. Luiz Gustavo Fonte: Apostila de resistência dos
3.4.3.4.
Tensão Introduzida por August Louis Cauchy, em 1822 em resistência dos ma-
teriais. Tem como definição a resistência interna de um corpo, sujeita a forças externas por unidade de área. 69
Figura 31: Formula da tensão
dos materiais, Prof. Luiz Gustavo Fonte: Apostila de resistência dos
3.4.3.5. Procedimento Após o aço aço ser ser retirado de sua estrutura esse será submetido submetido aos testes visuais e de tração. Os testes irão fornecer resultados conforme citado a cima. Os resultados serviram de base de estudo que em comparação com aço inerte e norma vigente teremos base técnica para analisar as condições de sua recuperação.
3.4.3.6. Resultados Conforme Parâmetros para avaliação do Aço CA-50 da tabela 6 da página 32. .
70
Tabela 10: Resultados Obtidos nas amostras do Viaduto
Fonte: Relatório Concremat N° 9.1.8.006.0056-001/16, (2016) 3.4.4. Determinações da resistência resistência à compressão axial do concreto Os resultados servem de parâmetro para avaliar a condição da estrutura do concreto do viaduto, realizando os ensaios comparamos com os especificados em projeto. Para que seja realizado a extração de corpos de prova da estrutura, conforme menciona na norma NBR7680 – Extração, preparo e ensaio de testemunhos de concreto no item 3.2 Extração de testemunhos de estruturas existentes ou em execução, prevê a extração deve ser previamente planejada em acordo com todos os envolvidos da estrutura em questão (responsável pelo projeto de estrutura, pela empresa de execução da obra, pela extração dos testemunhos e, quando for o caso, pela empresa de serviços de concretagem, entre outros). Nesta tabela 12 podemos saber os tipos de classe dos concretos bem como sua resistência compressão. Classe 1 Concretos de 20 Mpa a 50 Mpa e a Classe 2 Concretos de 55 Mpa a 100 Mpa. Tabela 11: Classe de resistência de concreto
Fonte: NBR8953 - Concreto para fins estruturais — Classificação pela massa específica, por grupos de resistência e consistência, (2015) 71
3.4.4.1.
Extração e ensaio dos testemunhos de concreto
Conforme a norma NBR7680 – Extração, preparo e ensaio de testemunhos de concreto, pode ser realizado a extração conforme o item 3.2 Sonda, que utiliza uma broca ou sonda rotativa provida de coroa de diamantes ou um material que suporte a abrasão, esses equipamentos devem permitir o corte do corpo de prova nas dimensões necessárias e sem que ocorra aquecimento no local bem como vibrações que possam alterar os resultados. Figura 32:Item 4 Amostragem da NBR7680
Fonte: NBR7680 – Extração, preparo e ensaio de testemunhos de concreto, (2007) Conforme já mencionado na amostragem de corpos de prova a compressão, as amostragens de extrações de concreto seguem os mesmos procedimentos de acordo com a NBR12655:2006 – Concreto de Cimento Portland – Preparo, Controle e Recebimento – Procedimento.
3.4.4.2.
Extração de testemunhos de concreto
Conforme mencionado na NBR7680, os testemunhos preferencialmente devem ser extraídos no centro da peça e nunca em uma distância menor que o diâmetro do testemunho com relação a juntas de concretagem ou bordas. A resistência do concreto na data da extração deve ser de no mínimo 8,0 Mpa com a utilização de sonda.
72
Para que seja garantido a segurança dos colaboradores e do elemento estrutural, recomenda-se que em toda extração seja realizada com um escoramento adequado. Todo o processo deve seguir os procedimentos e recomendações do fabricante para o uso dos equipamentos. Antes do início do processo deve ser feito as devidas marcações dos pontos onde vão haver as extrações, a retirada do corpo de prova da estrutura deve ser realizada de forma que seja provocado um esforço ortogonal ao eixo do testemunho, no seu topo rompendo o concreto com esforço de tração em sua base.
3.4.4.3.
Ensaio dos testemunhos de concreto
O diâmetro de um testemunho cilíndrico deve ter no mínimo três vezes do que o diâmetro nominal do agregado graúdo contido no traço utilizado no concreto e preferencialmente deve-se utilizar maior ou igual a 100mm. Os critérios de altura desses testemunhos são estabelecidos também e não devem apresentar razão de esbeltez h/d inferior a um e superior a dois, tal parâmetro deve ser retirado após ser feito a regularização do testemunho conforme a norma descrita na NBR5738. Os testemunhos devem ser ensaiados de acordo com a NBR5739, assim obtendo a resistência do concreto a compressão, cada corpo de prova deve ser analisado antes, pois se constatado alguma falha de concretagem o mesmo deve ser descartado como para avaliação da resistência a compressão e após a realização do ensaio, sendo carregado até sua total ruptura. Deve ser anotado todas as irregularidades e sempre fazendo um relatório fotográfico do testemunho.
3.4.4.4.
Cálculos de ruptura à compressão
Com o índice de esbeltez abaixo de dois a resistência de ruptura a compressão é obtida conforme o item 6.1.5 da NBR7680, deve ser corrigida realizando uma multiplicação entre o valor da resistência pelo fator da tabela 1 da NBR7680 e aproximando ao 0,1 Mpa mais próximo. Se a relação altura/diâmetro compreendida na tabela 1, os fatores de correção podem ser obtidos por interpolação linear.
73
Tabela 12: Tabela dos fatores de correção para índices de esbeltez.
Fonte: NBR7680 – Extração, preparo e ensaio de testemunhos de concreto, (2007)
3.4.4.5.
Resultado do ensaio de compressão realizado no viaduto Tabela 13: Resultado Obtido nos ensaios dos Viaduto
Fonte: Relatório Concremat N° 9.1.8.006.0056-001/16, (2016) 3.4.5. Determinação do módulo módulo de elasticidade do concreto concreto Um aspecto fundamental para as estruturas de concreto é a relação entre as tensões e deformações. O módulo de elasticidade é a razão entre uma tensão aplicada sobre um corpo e a deformação específica imediata nele verificada (Pacheco; Bilesky; Morais; Grando; Helene, 2014) Podemos definir que o módulo de elasticidade caracteriza a rigidez do material, e é um dos parâmetros utilizados no cálculo estrutural, pois permite ter uma melhor noção do comportamento da peça em questão, quanto a desforma, possíveis deformações do material e outras características desejadas do concreto, ele relaciona a tensão aplicada a deformação obtida.
74
Ainda não são totalmente conhecidos os fatores que influenciam inf luenciam diretamente nas deformações do concreto, porem as deformações elásticas dependem diretamente de sua estrutura interna e com isso os agregados estão diretamente ligados com os resultados obtidos. Quando um corpo de prova é submetido a uma tensão crescente de compressão ou tração, pode se verificar que a partir de certa carga aplicada ele sofrera uma deformação, nos casos de compressão ele sofrerá um encurtamento e nos casos de tração, um alongamento. A relação entre tensão e deformação, deformação, pode ser considerada considerada linear, pelo princípio da Lei de Hooke. Onde: σ = ε =
Tensão Deformação especifica
E =Modulo de elasticidade Dada pela expressão: σ=εxE
Figura 33: Demonstração do módulo de elasticidade do concreto
Fonte: Estrutura de concreto, capitulo 2 Pinheiro, Muzardo e Santos, (2004) Para o concreto, o modulo de elasticidade é aplicado apenas para a parte retilínea do gráfico tensão-deformação, nos casos onde a reta não for retilínea, obtém -se 75
o módulo de deformação tangencial, através da tangente da curva, conhecido como Eci que é o módulo de elasticidade ou módulo de deformação tangente inicial do concreto. (NBR 6118 – Projeto de Estruturas de Concreto)
Figura 34: Demonstração do modulo de deformação tangencial inicial
Fonte: Estrutura de concreto, capitulo 2 Pinheiro, Muzardo e Santos, (2004) Conforme mencionado na NBR6118 nos casos onde os resultados do concreto não forem conhecidos, pode-se utilizar a expressão a seguir para determinar o módulo de elasticidade inicial:
Eci=5600 x √fck 3.4.5.1.
Ensaio do modulo de elasticidade secante (ecs):
O módulo de elasticidade secante do concreto, também denominado módulo de deformação secante do concreto. (NBR6118 – Projeto de Estruturas de Concreto). É utilizado nas análises elásticas do projeto, para determinação dos esforços solicitantes e verificação do estado limite de serviço, d eve-se determinar o módulo de elasticidade secante para se utilizar nas análises elástica. Ecs= 0,85 x Eci
76
3.4.5.2.
Resultados
Foram realizadas análises para verificar a redução do módulo de elasticidade do concreto. Tabela 14:Tabela de resultados obtidos no ensaio de determinação do modulo de elasticidade do concreto
Fonte: Relatório Concremat N° 9.1.8.006.0056-001/16, (2016) Módulo de elasticidade secante teórico (Baseado no Fck de projeto) Ecs CP1 = 32,2 GPa Módulo de elasticidade secante teórico (Baseado no Fc experimental) Ecs CP1 = 41,9 GPa Ecs CP2 = 41,9 GPa
3.4.6. Análise termogravimétrica e termodiferencial Segundo Lonashiro, 2004 a análise termogravimétrica tem como seu objetivo observar a mudança de massa de uma determinada substância em função da temperatura em que está inserida por um determinado tempo. Para isso, é utilizada uma termo balança moderna porque a mesma permite a pesagem contínua de amostras em função da temperatura. Os componentes da termo balança são: forno, balança registradora, suporte de amostra, programador da tempe-
77
ratura do forno, sensor de temperatura, controle da atmosfera do forno e sistema registrador. Os fornos são projetados e desenvolvidos para trabalhar em temperaturas de 100-1200ºC, porém há alguns que podem operar até 2400ºC. As curvas de variação de massa que são obtidas após a análise em função da temperatura, permitem extrair conclusões sobre a composição e estabilidade térmica das amostras, também dos compostos intermediários e composição de resíduo. Existem alguns fatores que podem influenciar no aspecto das curvas, os instrumentais e aos ligados às características da própria amostra. Os instrumentais se designam em razão do aquecimento do forno, o ambiente interno do forno e os locais de suporte das amostras. Os ligados as características são: tamanho das partículas das amostras, calor de reação, compactação e natureza da amostra entre outros. A análise termodiferencial é um método diferencial de temperatura, no qual as temperaturas das amostras são comparadas a uma amostra inerte de referência, esse tipo de análise foi concebido pelo metalúrgico Inglês, Roberts-Austin em 1889. Este tipo de experiências anulavam os efeitos da taxa de aquecimento entre outros distúrbios externos que poderiam alterar a temperatura da amostra. Ela também suprime a alta temperatura dos materiais, tornando possível a captação e ampliação dos sinais menores. Análise térmica é um termo que inclui um grupo de experiências na qual uma propriedade física ou química de uma substância, ou de seus produtos de reação, é supervisionado em função do tempo ou da temperatura, enquanto a temperatura da amostra estudada, sob uma atmosfera específica, é sujeita a uma programação controlada. O uso principal da análise termodiferencial é detectar a temperatura inicial dos processos térmicos, e com qualidade caracterizá-las como exotérmico ou endotérmico reversível ou irreversível, se é de transição de primeira ordem ou de segunda ordem, entre outros fatores. Esse tipo de instrução, se faz necessário a partir de uma relação com uma atmosfera especifica, faz deste um método precioso na determinação de diagramas de fase. Algumas aplicações possíveis estão listadas abaixo:
Alívio de tensões;
Análises de copolímeros e blendas; 78
Capacidade calorífica;
Condutividade térmica;
Controle de qualidade;
Diagramas de fase;
Estabilidade térmica e oxidante;
Determinação de pureza;
Intervalo de fusão;
Nucleação;
Transição vítrea;
Transições mesofase;
Taxas de cristalização e reações;
Catálises;
Entalpia das transições.
A empresa Concremat realizou estas análises com o objetivo de determinar o histórico de temperaturas em que as camadas do concreto atingiram no momento do sinistro, para então, avaliar a gravidade da degradação do material. A empresa adotou os parâmetros listados na tabela abaixo para emitir o seu resultado.
Tabela 15: Tabela de parâmetros utilizada para determinação da faixa de temperatura.
Fonte: Relatório Concremat N° 9.1.8.006.0056-001/16, (2016)
79
3.4.6.1.
Resultados
Os resultados obtidos após as análises estão ilustrados na tabela 16.
Tabela 16: Tabela de resultados obtidos
Fonte: Relatório Concremat N° 9.1.8.006.0056-001/16, (2016) 3.4.7. Ensaio Dinâmico Anteriormente, foram realizadas as investigações físicas, que são analises estáticas, porém esses ensaios não são suficientes para analisar todas as condições reais da estrutura. Segundo Nobrega (2004), os ensaios dinâmicos permitem a avaliação do estado de integridade estrutural. Por se tratar de um viaduto, onde as solicitações e carregamentos são constantes e provocam vibrações na estrutura, é necessário também a realização de ensaio dinâmico ou prova de carga, para verificar a resposta da estrutura quando submetido a esses carregamentos. Para Nobrega (2004), os testes dinâmicos mostram-se também conveniente pelo caráter não destrutivo, permitindo a obtenção de informações em múltiplas regiões da estrutura a respeito da sua massa, rigidez e do seu amortecimento estrutural
– este impossível de ser quantificado via análise estática. Para se obter os resultados da avaliação dinâmica, o Centro Tecnológico de Controle de Qualidade Falcão Bauer, desenvolveu um modelo numérico 3D, baseado
80
nas informações fornecidas pela Prefeitura de São Paulo, obtidas nos projetos de ampliação do viaduto de autoria da Fares & Associados, para isso foi utilizado o método de elementos finitos através do programa CSI BRIDGE V 15.2.0. Dados utilizados para cálculo
Estrutura continua entre os pilares (Conforme imagem abaixo)
Fundação dos apoios considerada engastada.
Modulo de elasticidade do concreto = 25,8 GPa.
Resistencia a compressão axial do concreto = 29,4 Mpa.
Figura 35: Modelo numérico tridimensional do Viaduto Santo Amaro
Fonte: Relatório Falcão Bauer BNA/80.547/11.690/01/16, (2016) Na foto 34 foi representado em 3D do modelo numérico realizado com base nos pro jetos anteriores do Viaduto Santo Amaro.
Tabela 17: Frequências naturais – Valores obtidos através dos modelos numéricos
Fonte: Relatório Falcão Bauer BNA/80.547/11.690/01/16, (2016)
81
Para realização do ensaio dinâmico, foi utilizado o Shaker que consiste em um excitador de translação servo-hidráulico, provocando uma vibração forçada na estrutura de maneira controlada, com frequências de 0 a 8 Hz por um atuador de 250 kg. Segundo Juan (2008), um sistema servo-hidráulico é um arranjo de componentes individuais conectados entre si, que proveem uma forma desejada de transferência hidráulica.
Figura 36: Shaker instalado no Viaduto
Fonte:Relatório Falcão Bauer BNA/80.547/11.690/01/16, (2016) Com um acelerômetro tri axial foram medidas as acelerações no viaduto, para verificar as características dinâmicas. Para registro dos ensaios foi utilizado um sistema de dados Quantum 1601 marca HMB, ligados a um notebook, o controle dos ensaios foi realizado através do controlador eletrônico do tipo Odin 3, composto por atuador, bomba hidráulica e mangueiras. A pressão hidráulica durante o ensaio foi de 200 bar, produzida por uma unidade hidráulica (UH-4).
82
Figura 37: Sistema de controle do ensaio.
Fonte: Relatório Falcão Bauer BNA/80.547/11.690/01/16, (2016) Foram utilizados também dois caminhões, sendo um vazio e o outro carregado com peso total de 360Kn, passando pela estrutura com velocidades entre 10km/h à 40 km/h.
Figura 38: Imagem da passagem do caminhão pelo Viaduto
Fonte: Relatório Falcão Bauer BNA/80.547/11.690/01/16, (2016)
83
3.5.8.1.
Resultados Obtidos O sistema descrito anteriormente provocou vibrações forçadas no Via-
duto, com isso, foram obtidos os seguintes resultados:
1,20 Hz
1,81 Hz
2,05 Hz
2,60 Hz
Tabela 18: Comparação dos resultados obtidos com as frequências naturais do mo-
delo numérico
Fonte: Relatório Falcão Bauer BNA/80.547/11.690/01/16, (2016) Conforme mencionado no relatório da Falcão Bauer o outro ensaio dinâmico realizado, foi com a utilização de um ônibus tri-articulado, carregado com 100Kn/eixo, com o intuito de simular a condição mais desfavorável da estrutura, esse ensaio tem o intuito de analisar se seria possível a liberação de imediato de uma das faixas de rolamento para passagem de ônibus, antes de qualquer intervenção ou recuperação na estrutura do Viaduto.
84
Tabela 19: Tipos de ônibus que trafegam na cidade:
Fonte: (Tabela relatório Falcão Bauer BNA/80.547/11.690/01/16) – Fonte DNIT
85
CAPÍTULO 4 ESTUDO DE CASO: ANÁLISE DOS RESULTADOS E PROCESSO DE RECUPERAÇÃO 4.
Estudo de Caso Foram realizados ensaios para identificação de problemas devido ao acidente,
conforme citado no capítulo 3 do item 3.2 Descrição da Estrutura e Sinistro. Os estudos foram realizados por empresas especializadas, Falcão Bauer e Concremat, que emitiram laudos da condição estrutural do viaduto a pedido da Secretaria de Infraestrutura e Obras SIURB. Os ensaios serviram para estudar a integridade do viaduto, relatórios que seguiram todas as normas técnicas vigentes. A ideia inicial para a análise do viaduto seria em saber se seria possível uma recuperação do mesmo ou se ele realmente tinha que ser demolido. Conforme descrito no capítulo 3 item 3.4. Ensaios Realizados. Foram feitos, Caracterização do Aço, Determinação do Módulo de Elasticidade do Concreto, Determinação da Resistência à Compressão Axial do Concreto, Análise Termogravimétrica, Termodiferencial e Ensaios Dinâmicos. As empresas contratadas emitiram laudos técnicos com um detalhamento da integridade de cada ensaio realizado, que eram os materiais da estrutura, concreto e o aço, bem como a capacidade de suporte de carga da mesma. Em nosso estudo de caso será abordado conceitos técnicos e práticos para a recuperação do viaduto em questão, através de uma análise crítica dos relatórios emitidos. Será descrito a recuperação com detalhamento dos materiais à serem aplicados na OAE e sua metodologia executiva.
4.1.
Análise dos resultados apresentados nos ensaios Após uma análise crítica dos resultados obtidos em cada ensaio, foram obtidos
os pareceres abaixo.
86
4.2.
Resultado do ensaio de caracterização do aço Conforme capítulo 3 item 3.4.3.6 Resultados. Em alguns pontos a estrutura per-
deu seção nominal do aço e tensão de escoamento abaixo do especificado em norma para aço CA-50, conforme a tabela 06 na página 29, porém o aço remanescente apresentou uma resistência à tensão de ruptura elevada, e relação LR/LE acima de 8%. O aço presente na estrutura não foi constado perda da resistência mecânica ao qual foi projetado, sendo necessário um tratamento nas armaduras expostas bem como um aumento de seção nos pontos onde houve perda.
4.3.
Resultado do módulo de elasticidade do concreto Conforme capitulo 3 item 3.4.4.2 Resultados. Foi adotado para análise um Ecs
de projeto = 32,2 GPa e o Ecs experimental = 41,9 GPa para comparação com os resultados das amostras extraídas da estrutura. Foi constatado um valor inferior ao Ecs experimental de 9% a 11%, porém esses valores são superiores aos Ecs de projeto. Desta forma, com os resultados obtidos, a estrutura apresentou-se dentro dos valores aceitáveis em relação as deformações esperadas.
4.4.
Resultado de resistência à compressão axial do concreto Conforme capítulo 3 item 3.4.5.4 Resultados. De acordo com as amostras ex-
traídas da estrutura, foram constatados valores acima em torno de 50% do Fck de projeto que era de 30 Mpa. Desta maneira o concreto remanescente na estrutura continua íntegro em relação à resistência à compressão, porém serão necessários reparos nos pontos danificados pelo fogo, realizando a retirada do concreto disgregado pela ação das altas temperaturas que veio a ser exposta a estrutura, e posteriormente, um tratamento para ligação do concreto antigo com o concreto novo será realizado, mantendo uma cobertura mínima de norma.
87
4.5.
Resultado da análise termogravimétrica e termodiferencial De acordo com o capítulo 3 item 3.4.6.1 Resultados. Foi estimado que a estru-
tura veio a ser atingida pelo fogo a temperaturas em torno de 600°C, e com isso, danos em alguns pontos onde a seção perdida do concreto chegou em 3 cm. Dessa forma a seção do concreto não foi completamente atingida, podendo garantir que houve ação do fogo apenas nas camadas superficiais da estrutura.
4.6.
Resultado de ensaio dinâmico Os valores obtidos nos ensaios de vibração forçada indicam que a rigidez da
estrutura se encontra dentro dos valores aceitáveis, se comparado com os valores numéricos de projeto. A simulação realizada através do ônibus tri-articulada encontra-se dentro dos valores aceitáveis também, onde foi posteriormente liberado a passagem de ônibus em uma das faixas de rolamento para o trânsito. Mesmo os ensaios dinâmicos sendo satisfatórios, os projetistas elevaram os coeficientes de segurança. Segundo Mauro Lemos de Faria, Projetista responsável do projeto de recuperação do viaduto, “Supostamente houve uma perda de uma parte das pretensões na região onde o incêndio foi mais severo, mas não tem como saber se realmente ocorreu, pois para isso teríamos que demolir para analisar o comprometimento do aço. Sendo assim supomos uma perda grande, 75% da pretensão que estava na camada mais inferior” (Relatório Concremat pág. 08 fig.03).
4.7.
Processo de recuperação O processo de recuperação consiste em trazer a estrutura de volta ás condi-
ções anteriores ao sinistro, nas áreas onde foram verificadas manifestações patológicas, como perda de seção de concreto, aço e cobrimento. Como visto anteriormente nos ensaios, o viaduto perdeu seção de concreto e área de aço, dessa forma, seria necessário inserir a área de aço na parte inferior que foi perdida no acidente e posteriormente concretar o local, com propósito de suprir a perda ocorrida, proteger o aço e dar o cobrimento necessário novamente. 88
Será descrito as etapas principais do processo de recuperação do Viaduto Santo Amaro.
4.8.
Descrição da recuperação e tecnologias adotadas
1 – A princípio após o sinistro, foi executado um escoramento para evitar que a estrutura danificada viesse a entrar em colapso, pois ainda não se tinha informações precisas se a mesma estava em condições de se auto suportar em equilíbrio. Figura 39: Escoramento realizado para suportar estrutura
Fonte: Grupo 14, (2016) 2 – Foram retiradas amostras da estrutura para verificar sua real condição.
Figura 40: Fotos das amostras de concreto retiradas da estrutura
Fonte: Relatório Concremat N° 9.1.8.006.0056-001/16, (2016)
89
3. – Através de um projeto de recuperação realizado pela empresa ENESCIL Engenharia de projetos, foi definido qual método à ser utilizado no processo. O projeto também contempla um macaqueamento uniforme da estrutura em 1,00 m a fim de aumentar o gabarito vertical. De 4,5 m, para 5,50 m, respeitando os mínimos de norma.
Figura 41: Carimbo de um dos projetos de recuperação
Fonte: Projeto executivo SEÇÃO DE ARQUIVO PROJ – 004, (2016). 4. – Após análise dos ensaios e verificação da estrutura, foi constatado que houve danificação da armação passiva e, segundo um dos responsáveis pelo projeto de recuperação do viaduto, o Engenheiro Mauro Faria, ocorreu uma pequena danificação nas armaduras ativas (Protensões), mas não se sabia qual seria o valor deste dano, e para dados mais conclusivos da situação, teria que ser realizado ensaios destrutivos. Segundo a Revista Concreto IBRACON 82 , para compensar essa redução do aço, uma das alternativas a seguir deveria ser adotada: 90
Acréscimo de armaduras na face inferior para reestabelecer à capacidade de flexão necessária;
Redução do esforço de flexão a um patamar para o qual as armaduras remanescentes fossem suficientes. Anteriormente ao acidente já estava previsto um macaqueamento uniforme da
estrutura em 1,00 m, a fim de aumentar o gabarito vertical. Após o sinistro os projetistas optaram por realizar um macaqueamento diferencial da estrutura. Para o Eng. Marcos Faria, isso fará com que os momentos fletores positivos (aqueles que tracionam a face inferior do tabuleiro) sofram uma redução, trazendo esses esforços a níveis em que, mesmo considerando uma perda de parte das protensões pela ação do fogo, os momentos fletores solicitantes serão menores que os resistentes. Consequentemente, os momentos fletores negativos (aqueles que tracionam a face superior do tabuleiro) sofrerão um acréscimo.
Figura 42: Diagramas de momentos fletores positivos e negativos
Fonte: revista concreto IBRACON 82, (2016)
91
5. – Para garantir aderência entre o concreto projetado e a estrutura foi executado uma limpeza, realizando uma escarificação preliminar até atingir as áreas onde não apresentam manifestações patológicas. Figura 43: Escarificação da estrutura de concreto a ser recuperada
Fonte: Fabrício Camargo, (2016) 6. – Após o processo de escarificação foi realizado uma limpeza com jateamento de água ou areia que garante condições ideais para a aderência com o concreto pro jetado.
Figura 44: Estrutura limpa
Fonte: Guilherme F. Bezerra, (2016) 7. – Conforme projeto de armação foram locados os pontos de ancoragem que vão servir como ponte de ligação entre a estrutura danificada e a nova armação bem 92
como o concreto projetado. Essa ligação deve ser realizada com preenchimento dos furos com resina epóxi de resistência a compressão mínima 60 Mpa e aço dobrado com bitola de 10,0 mm com profundidade de 10 cm.
Figura 45: Pontos de ancoragem
Fonte: Grupo 14, (2016) 8. – A armação especificada em projeto para complementação da área de aço danificada no tabuleiro foi uma tela eletro soldada CA60 com área de aço mínima de 1,38 cm²/m de malha quadrada 10x10 cm seu cobrimento deve ser garantido 3 cm.
Figura 46: Armação em tela eletro soldada
Fonte: Grupo 14, (2016) 9. – Também foram realizados reforços em uma das bordas onde utilizou barras retas abaixo do New Jersey, barras com bitola de 10 mm comprimento de 90 cm a cada 50 cm nesse caso foram utilizados furos passantes para ancoragem. 93
Figura 47: Detalhe do reforço realizado nas bordas
Fonte: Projeto Executivo DE-AMARO-C01-11, (2016) 10. – Conforme mencionado no item 6 além dos reforços no caixão e de trechos das laterais do viaduto, foi realizado um reforço onde necessitou a demolição do piso asfáltico existente até o trecho irá ser escarificado e realizado todo o tratamento conforme descrito nos itens 4 e 5. Figura 48: Armação de reforço para suportar os esforços de momentos negativos
.
Fonte: Grupo 14, (2016) 94
11. - Além da demolição do pavimento flexível, também foram realizadas demolições das barreiras de segurança que se encontravam fora de norma e vão ser substituídos pelas barreiras do tipo New Jersei e aumento da pista com a demolição da passarela central de pedestres que estava desativada para o público. Figura 49: Detalhe dos elementos estruturais a serem demolidos.
Fonte: Formas Cortes e detalhes de demolição, (2016) 12. - Antes da projeção do concreto a superfície deve ser molhada de forma a deixar o concreto saturado. 13. – Por fim o concreto é projetado afim de proteger a armação e a resistir a esforços solicitantes nos pontos onde houve o reforço dando o cobrimento necessário. É realizado um acabamento onde o mesmo é nivelado seguindo medidas de projeto. 14. - Para finalizar o processo de recuperação, como a estrutura já havia sofrido um reforço do seu trem tipo de 36 para 45 sendo utilizado fibras de carbono, foram adotados o mesmo processo mantendo o reforço que havia sido executado anteriormente.
95
Figura 50: Caixão do viaduto com fibras de carbono.
Fonte: Grupo 14, (2016) 15. Todos os resíduos gerados pela escarificação da estrutura e demolições pontuais para melhoria, foram destinados para empresas especializadas na reciclagem de materiais da construção civil. Conforme visto acima foram detalhados os processos e tecnologias utilizadas para a recuperação do Viaduto Santo Amaro, afim de sanar todos os problemas ocasionados pelo acidente e a volta da utilização bem como normalização do transito da região.
96
CONCLUSÃO
Este trabalho de conclusão de curso apresentou um estudo sobre materiais, patologias e recuperação de estruturas, com foco no estudo de caso do Viaduto Santo Amaro, que como abordado neste trabalho foi exposto a elevadas temperaturas após uma explosão entre veículos. O estudo dos materiais de construção apresentado no capitulo 1, nos permitiu um melhor conhecimento dos componentes que integram uma estrutura, e verificar que é de grande importância a escolha e a aplicação correta destes, para que o elemento atinja um desempenho satisfatório na sua utilização. As principais patologias que possam vir a se manifestar em uma estrutura de concreto armado e protendido também foram estudadas, onde listamos suas origens e principais causas. Foi observado explicitamente uma ligação severa entre os materiais utilizados e as manifestações patológicas. Outro ponto fundamental analisado é a fase de concepção do projeto, verificado como causa de muitas patologias onde o projeto não consegue prever todas as situações em que a estrutura vai ser submetida em seu uso, como agressões físicas, químicas, ambientais e outras. Concluímos também que o concreto possui boas características de resistência ao fogo, mas que quando submetido a tais agressões os efeitos são distintos e sua ação pode provocar patologias, como observado no capitulo 3, onde foi analisado um caso real, que devido a uma explosão o fogo atingiu a estrutura do Viaduto Santo Amaro. Outro aspecto fundamental abordado são as análises para diagnosticar o caso ocorrido, onde a importância do conhecimento técnico do as sunto se faz presente para um diagnóstico correto. Fazendo parte das análises, os ensaios tecnológicos se apresentam como um grande aliado para verificar as reais condições da estrutura, com os ensaios foram testados individualmente os componentes do Viaduto após o sinistro, permitindo avaliar de forma mais clara os pontos afetados e o seu desempenho atual. Com os dados técnicos gerados pelos ensaios, foi possível avaliar de um modo mais claro o ocorrido, permitindo tomar as providências técnicas sobre o caso. Como parte final, podemos concluir que as providências necessárias para tomada de decisão sobre uma possível recuperação ou condenação do viaduto, são 97
dependentes de todas as análises feitas e todo o conhecimento obtido sobre os materiais, patologias, suas causas e o modo que afeta o desempenho da estrutura. Com o total acompanhamento desde o ocorrido com o Viaduto, podemos concluir que as técnicas e métodos de recuperação apresentadas, seguem os princípios teóricos existentes, se mostram eficazes e proporcionaram a estrutura um desempenho satisfatório, solucionando o problema e hipótese apresentado no trabalho.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Deixamos como sugestão após estudarmos sobre manifestações patológicas e acompanharmos um processo de recuperação, que se aumente o acervo técnico sobre assunto e que os estudos sobre o tema sejam expandidos, pois se trata de um assunto que só tende a crescer, pois com o passar dos anos os elementos vem se degradando e sujeitos a sofrer inúmeros ataques comprometendo seu rendimento. A melhora do rendimento das estruturas requer estudos técnicos sobre o assunto, visando a qualidade, melhora no processo construtivo desde o projeto até a execução, para que com o passar dos anos as estruturas não sofram tanto quando submetidas a utilização e agressões físicas, químicas e ambientais. Sugerimos também melhora nos processos de fiscalização de execução de obras assim como implantação de manutenções preventivas das estruturas. Como sugestão para próximos trabalhos:
Aplicação de fibra de carbono para reforço estrutural
Estudo sobre as reais condições dos Viadutos da Cidade
Meios de se evitar patologias na utilização da estrutura
Macaqueamento diferencial dos apoios
98
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Associação Brasileira de Cimento Portland, Guia Básico de utilização do cimento Portland 7° Ed. São Paulo/SP, 2002 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR7480 - Aço destinado a armaduras para estruturas de concreto armado - Especificação. Rio de Janeiro 2007. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM248 Agregados – Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro, 2003. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR7211 – Agregados para concreto. Rio de Janeiro 2009. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR12655 – Concreto de cimento Portland - Preparo, controle, recebimento e aceitação - Procedimento – Rio de Janeiro, 2015. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-5739 Concreto - Ensaios de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro 2012. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-5738 Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova. Rio de Janeiro 2015. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-14931 Execução de estruturas de concreto – Procedimento. Rio de Janeiro, 2004. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR7680 – Extração, preparo e ensaio de testemunhos de concreto – Rio de Janeiro, 2007.
99
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR6892 – Materiais metálicos — Ensaio de Tração Parte 1: Método de ensaio à temperatura ambiente – Rio de Janeiro, 2013. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR15200 – Projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio – Rio de Janeiro, 2012. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR6118 – Projeto de estruturas de concreto - Procedimento – Rio de Janeiro, 2014. AUGUST LOUIS CAUCHY, 1822 – 2 - DEFORMAÇÕES, Prof. Luiz Gustavo CALLISTER, 1997 - Materials Science and Engineering. Callister W. D. Nova York: Ed. John Wiley & Sons. Inc, 1997. CARNEIRO, 2008 - Propriedades e características dos materiais compósitos poliméricos aplicados na Engenharia de Construção. CARNEIRO, L. A. V.; TEIXEIRA, A. M. A. J. Revista Tecnologia. 2008. DEGUSSA, 2008 - ESTUDO DE PATOLOGIAS E SUAS CAUSAS NAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO DE OBRAS DE EDIFICAÇÕES Eduardo Albuquerque Buys Gonçalves – Rio de Janeiro: UFRJ/ ESCOLA POLITÉCNICA, 2015. DNIT, 2010. Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes. Diretoria Executiva. Instituto de Pesquisas Rodoviárias. Manual de recuperação de pontes e viadutos rodoviários. - Rio de Janeiro, 159p. (IPR. Publ. 744). DÓRIA, 2009 - Qualidade da produção das estruturas de concreto armado para edifícios. Dissertação de mestrado defendida pela EESC – São Carlos/SP, 1998. HELENE, Paulo; PACHECO, Jéssika; BILESKY, Pedro; MORAIS, Tereza Rachel; GRANDO, Fernanda. et al.Considerações sobre o Módulo de Elasticidade do Concreto. In: 56º Congresso Brasileiro do Concreto, 2014, Natal, 2014. 100
HELENE, P. & FIGUEIREDO, E. P (2003). Introdução In: DEGUSSA. Manual de reparo, proteção e reforço de estruturas de concreto. Red Rehabilitar Cap. Introdução, pág 19 a 34. São Paulo/SP, 2003. IBRACON 82, 2016 - Recuperação e reabilitação estrutural do Viaduto Santo Amaro. Engenheiro Mauro Faria, REVISTA DA IBRACON ED. 82. 2016. IBRACON, 2005 - Concreto: Ensino, Pesquisa e Realizações", Vol I e II - São Paulo/SP, 2005. IONASHIRO, Massao, 2004 – Princípios Básicos da termogravimetria e análise Térmica Diferencial/ Calorimetria Exploratória Diferencial / Massao Ionashiro – Araraquara: GIZ Editorial 2004. ISO 834-11: 2014 Fogo testes de resistência - Elementos de construção civil - Parte 11: Requisitos específicos para a avaliação de proteção contra incêndio para elementos estruturais de aço - Primeira Edição JUAN, 2008 – Controle por aprendizado de sistemas servo-hidráulicos de alta frequência. Juan Gerardo Castillho Alva – PUC Rio, Rio de Janeiro/RJ. 2008 LEBRÃO, 2008 – Fibra de Carbono. Guilherme Wolf Lebrão, Centro Universitário do Instituto Mauá de Tecnologia – Revista Plástico Sul. São Paulo 2008. LISBÔA, 2004 - Obtenção do Concreto Auto-Adensável Utilizando Resíduo do Beneficiamento do Mármore e Granito e Estudos de Propriedades Mecânicas. Lisbôa, Edvaldo Monteiro, Universidade Federal de Alagoas - Alagoas/AL 2004. LIMA, Renilda; Costa, Fernanda; SILVA, Antonio. 2009 - Reação álcali agregado e seus efeitos na construção de edifícios. Salvador: Universidade Católica do Salvador. 2009.
101
LUBIN, 1969 Handbook of Composites. Lubin, G. Nova York: Ed. Van Nostrand Reinhold, 1982. MEHTA e Monteiro, 1994 - Propriedades dos materiais constituintes do concreto. MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Revista Especialize On-line IPOG Edição nº 10 Vol. 01 - Goiânia/GO, 2015. MORALES, CAMPOS E FAGANELLO, 2011 – A ação do fogo sobre os componentes de concreto / Gilson Morales, Alessandro Campos, Adriana M. Patriota Faganello
– Londrina PR, 2011. NEVILLE, 1923 - Propriedades do concreto. NEVILLE, A. M. Pini, São Paulo/SP, 1923. NEVILLE, 1997 - Propriedades do concreto. NEVILLE, ADAM, PINI V.2 - São Paulo/SP, 1997. NEWMAN, 2003 - Advanced Concrete Technology: Constituent Materials. NEWMAN, J. CHOO, B.S., Great Britain, 2003. NOBREGA, 2004 – Análise dinâmica de estruturas de concreto: Estudo experimental e numérico das condições de contorno de estruturas pré -moldadas. Nobrega, P.G.B
– Escola de engenharia de São Carlos, São Carlos/SP. 2004. OLIVEIRA, 2011 – ADERÊNCIA DE PRATICANTES DE ATIVIDADE FÍSICA: Discussão sobre a experiência de alunos de uma academia. Éder Henrique de Oliveira. - Campinas, SP, 2011. PFEIL, 1995 - Estruturas de Aço. Walter e Michele Pfeil, Ed. LTC, 1995. PINHEIRO, MUZARDO E SANTOS, 2004 – Estruturas de Concreto Cap.1. Libâno M. Pinheiro, Cassiane D. Muzardo, Sandro P. Santos. Editora da Universidade de SP – São Paulo/SP, 2004.
102
PINHEIRO, SANTOS, MUZARDO e SANTOS, 2010 - ESTRUTURAS DE CONCRETO – CAP. 3. Libânio M. Pinheiro, Andreilton P. Santos, Cassiane D. Muzardo, Sandro P. Santos. USP – EESC – Departamento de Engenharia de Estruturas - São Carlos/SP, 2010. POLITO, G. 2006 - Corrosão em estruturas de concreto armado: causas, mecanismos, prevenção e recuperação. Monografia. Universidade Federal de Minas Gerais Belo Horizonte/MG, 2006. Relatório Concremat Nº: 9.1.8.006.0056-001/16, 2016 - RELATÓRIO TÉCNICO AVALIAÇÃO DAS CONDIÇÕES ESTRUTURAIS DO VIADUTO SANTO AMARO. 2016. Relatório Falcão Bauer BNA/80.547/11.690/01/16, 2016 – ENSAIO DINÂMICO E MODELO NUMÉRICO RELATÓRIO TÉCNICO PRELIMINAR. 2016. Structural Engineering. Structural Engineering International, V. 24, N. 3, p. 408-413, 2014. SOUZA, VICENTE CUSTÓDIO de, 1998 – Patologia, Recuperação e reforço de estruturas de Concreto / Vicente Custódio Moreira de Souza e Thomas Ripper. – São Paulo: Pini, 1998. THE CONCRETE SOCIETY. TR68 – Assessment, Design and Repair of Fire- Damaged Concrete Structures. The Concrete Society, 2008. apud MELO, M., W HEATLEY, R.; GIBBIN, N.; GONZALEZ, Q.M.; HARWOOD, K. Assessment and Repair of a FireDamaged Prestressed Concrete Bridge. International Association for Bridge and
103
