UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA BRUNO ALVES DAL-BÓ
VALÉRIA BARCELOS SOARES
INVESTIGAÇÃO DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS DO CAIS 1 DO PORTO DE IMBITUBA/SC
Tubarão 2020
BRUNO ALVES DAL-BÓ VALÉRIA BARCELOS SOARES
INVESTIGAÇÃO DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS DO CAIS 1 DO PORTO DE IMBITUBA/SC
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador: Rennan Medeiros
Tubarão 2020
BRUNO ALVES DAL-BÓ VALÉRIA BARCELOS SOARES
INVESTIGAÇÃO DAS MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS DO CAIS 1 DO PORTO DE IMBITUBA/SC
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado à obtenção do título de Engenheiro Civil e aprovado em sua forma final pelo Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina.
Tubarão, 25 de novembro de 2020.
______________________________________________________ Professor e orientador Rennan Medeiros, MSc.
Universidade do Sul de Santa Catarina
M M
Prof. Lucimara A. Schambeck Andrade, MSc. Universidade do Sul de Santa Catarina
______________________________________________________ Engenheiro Civil Ricardo Mendes da Silva
AGRADECIMENTOS
Agradecemos primeiramente a nossa família, em especial aos nossos pais por nos apoiarem e não medirem esforços para que esse sonho se tornasse realidade.
Ao professor Rennan Medeiros pela sua excelente orientação na elaboração desse trabalho, demonstrando paciência e dedicação.
A todos os colaboradores do laboratório de Engenharia Civil, em especial ao André Mello pelo auxílio na realização dos ensaios.
Aos colaboradores do Porto de Imbituba que nos acolheram e reservaram parte do seu tempo para nos auxiliarem durante as visitas técnicas, em especial ao Engenheiro Civil Mairo Puccini Serralha.
Aos nossos amigos e colegas do curso que fizeram parte da nossa formação, dividindo momentos de descontração, estudos, experiências e conquistas.
Por fim, somos gratos por todos que de alguma forma, direta ou indiretamente participaram da nossa trajetória acadêmica.
“Sonhos determinam o que você quer. Ação determina o que você conquista.” (Aldo Novak).
RESUMO
A expansão do segmento de transportes marítimos nas últimas décadas conduziu a uma imediata necessidade de conhecimentos dos meios de deterioração do concreto com o objetivo de se entender a maneira como as construções em ambientes marinhos irão se comportar. Assim, esta pesquisa teve como objetivo investigar as principais manifestações patológicas presentes no Cais 1 do Porto de Imbituba/SC, através da análise e formulação de diagnóstico. Para isso, foi estruturada uma investigação em duas etapas. A investigação preliminar se tratou de um estudo introdutório e se baseou no método da análise visual, caracterizado por visitas ao local de estudo, coleta de dados e registros fotográficos. A investigação profunda, por sua vez, buscou complementar a primeira e contou os ensaios direcionais, ensaios de avaliação dos indicadores de vida útil e de propriedades mecânicas do concreto. Os resultados da primeira etapa mostraram que a manifestação patológica mais presente na estrutura em estudo era a corrosão das armaduras. A segunda etapa, consequentemente, possibilitou inferir que a estrutura se encontra em um estado de deterioração extremamente avançado, tendo em vista que os resultados dos ensaios mostraram elevadas proporções de corrosão em diversos testes realizados, profundidades de carbonatação e cloretos crescentes, e propriedades mecânicas como resistência à tração e módulo de elasticidade insatisfatórios.
ABSTRACT
The expansion of the maritime transport segment in the last decades led to an immediate need for knowledge of the means of deterioration of concrete in order to understand the way in which constructions in marine environments will behave. Thus, this research aimed to investigate the main pathological manifestations present in Dock 1 of the Port of Imbituba / SC, through the analysis and formulation of diagnosis. For this, an investigation was structured in two stages. The preliminary investigation was an introductory study and was based on the method of visual analysis, characterized by visits to the study site, data collection and photographic records. The in-depth investigation, in turn, sought to complement the first and counted the directional tests, tests for evaluating the useful life indicators and mechanical properties of concrete. The results of the first stage showed that the pathological manifestation most present in the structure under study was the corrosion of the reinforcement. The second step, consequently, made it possible to infer that the structure is in an extremely advanced state of deterioration, considering that the test results showed high proportions of corrosion in several tests carried out, depths of carbonation and increasing chlorides, and mechanical properties such as unsatisfactory tensile strength and modulus of elasticity.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Influência do fator a/c na permeabilidade do concreto ... 24
Figura 2 - Frente de carbonatação... 25
Figura 3 - Junta mal projetada e/ou executada, desgastada e ineficaz ... 27
Figura 4 - Tipos de seção de muros de arrimo: (A) muro de peso ou gravidade; (B) muro a flexão ... 29
Figura 5 - Possíveis rupturas de muros de arrimo ... 30
Figura 6 - Ilustração das principais causas da instabilidade geotécnica ... 31
Figura 7 - Organograma principal da pesquisa ... 32
Figura 8 - Registro dos problemas patológicos através de fotografias ... 34
Figura 9 - (a) Esquema para medida dos potenciais de corrosão e (b) Ensaio do potencial de corrosão ... 37
Figura 10 - (a) Técnica de Wenner para medida de resistividade elétrica superficial do concreto e (b) Ensaio da resistividade elétrica sendo realizado em laboratório ... 39
Figura 11 - Esquema do ensaio de difusão no estado estacionário com voltagem aplicada de 60V ... 40
Figura 12 - (a) Extração dos corpos de prova e (b) Ensaio de resistência à compressão simples ... 43
Figura 13 - Ensaio de resistência à compressão diametral ... 44
Figura 14 - Localização Geográfica do Porto de Imbituba ... 46
Figura 15 - Localização geográfica do Cais 1 e de seu alargamento dentro do porto de Imbituba ... 47
Figura 16 - (a) Degradação das armaduras na viga superior 25 em 2016 e (b) Evolução da degradação das armaduras na viga superior 25 ... 48
Figura 17 - (a) Degradação da viga superior 75 e (b) Evolução da degradação da viga superior 75 ... 49
Figura 18 - (a) Degradação da estrutura da viga de ligação 12 e (b) Evolução da abertura da fissura na viga de ligação 12 ... 50
Figura 19 - (a) Fissuras longitudinais nas arestas da viga de travamento e início de desplacamento de concreto e (b) Desprendimento das armaduras longitudinais inferiores .... 51
Figura 20 - Armadura exposta na laje entre as vigas superiores 54 e 55 ... 52
Figura 21 - (a) Lixiviação na laje entre as vigas superiores 9 e 10 e (b) Vigas superiores 10 e 11 ... 53
Figura 22 - Paredes de contenção com enroncamento de pedras ... 54
Figura 23 – (a) Reforços de madeira e (b) Concreto pré-moldado nas paredes de contenção em enrocamento ... 55
Figura 24 - Uso de placas de vidro para acompanhamento das aberturas de fissuras nos pilares internos ... 56
Figura 25 - Deslizamento de rochas na parede de contenção 2 ... 56
Figura 26 - Construção da nova parede de contenção no Cais 1 do Porto de Imbituba ... 57
Figura 27 - (a) Localização das barras de aço com uso do pacômetro e (b) Formação das malhas de barras de aço ... 59
Figura 28 - Delimitação das malhas para o ensaio de esclerometria ... 60
Figura 29 - Pilar interno 5 sem acesso seguro para extração de corpos de prova ... 61
Figura 30 - Ensaio colorimétrico de carbonatação utilizando fenolftaleína no pilar interno 5 nas profundidades (a) 15mm e (b) 10mm ... 64
Figura 31 - Aplicação de fenolftaleína nos corpos de prova ... 65
Figura 32 - Ensaio colorimétrico de profundidade de cloretos utilizando nitrato de prata no pilar interno 5 nas profundidades (a) 15mm e (b) 10mm... 67
Figura 33 - Aplicação de nitrato de prata nos corpos de prova ... 68
Figura 34 - Ensaio de migração de cloretos ... 69
Figura 35 - Ensaio de potencial de corrosão no pilar externo 16 ... 70
Figura 36 - Resultados do ensaio de potencial de corrosão no pilar externo 16 ... 71
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Índice esclerométrico da estrutura em estudo ... 60 Gráfico 2 - Resultados do ensaio de absorção de água ... 62 Gráfico 3 - Resultados do ensaio de migração de cloretos ... 69
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Principais indicadores de pH utilizados para determinar a profundidade da
carbonatação ... 25
Tabela 2 - Critérios de avaliação dos resultados das medidas de potenciais de corrosão... 37
Tabela 3 - Critérios de avaliação da resistividade elétrica do concreto ... 40
Tabela 4 - Relação porosidade-qualidade ... 42
Tabela 5 - Ensaio colorimétrico da frente de carbonatação nos corpos de prova ... 65
Tabela 6 - Ensaio colorimétrico da profundidade de cloreto nos corpos de prova... 68
Tabela 7 - Resultados do ensaio de resistividade elétrica ... 73
Tabela 8 - Resultados dos ensaios de resistência à compressão axial ... 74
Tabela 9 - Resistência à tração inicial ... 75
Tabela 10 - Resultados dos ensaios de compressão diametral ... 75
Tabela 11 - Módulo de elasticidade inicial ... 76
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Classes de agressividade ambiental... 21
Quadro 2 - Máximo fator a/c e qualidade do concreto ... 22
Quadro 3 - Mapeamento da estrutura, formação de lotes e quantidade de testemunhos ... 35
Quadro 4 - Resultados do ensaio colorimétrico de carbonatação ... 63
LISTA DE EQUAÇÕES
Equação 1 – Reação de carbonatação do concreto ... 23
Equação 2 – Resistividade elétrica do concreto ... 39
Equação 3 – Coeficiente de difusão de cloretos ... 41
Equação 4 – Profundidade atingida por um determinado teor de cloretos ... 41
Equação 5 – Percentual de porosidade ... 42
Equação 6 – Resistência do concreto à tração ... 44
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 17 1.1 JUSTIFICATIVA ... 18 1.2 OBJETIVOS... 19 1.2.1 Objetivo geral ... 19 1.2.2 Objetivos específicos ... 19 2 REVISÃO DE LITERATURA ... 20
2.1 MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM ESTRUTURAS PORTUÁRIAS ... 20
2.1.1 Corrosão em estruturas de concreto armado ... 20
2.1.1.1 Corrosão eletroquímica... 22
2.1.1.2 Mecanismos de degradação das armaduras ... 23
2.1.1.2.1 Carbonatação do concreto ... 23
2.1.1.2.2 Lixiviação do concreto ... 25
2.1.1.2.3 Íons de cloreto ... 26
2.1.2 Mecanismos físicos de deterioração do concreto... 26
2.1.2.1 Juntas estruturais ... 26
2.1.2.2 Fissuração em elementos estruturais ... 27
2.1.2.2.1 Fissuras decorrentes de cargas diretas ... 28
2.1.2.3 Instabilidade de paredes de contenções ... 29
3 METODOLOGIA ... 32 3.1 PROGRAMA EXPERIMENTAL ... 32 3.1.1 Análise Visual ... 33 3.1.2 Esclerometria ... 34 3.1.3 Pacometria ... 36 3.1.4 Potencial de corrosão ... 36 3.1.5 Contaminação de cloretos ... 38 3.1.6 Frente de carbonatação... 38 3.1.7 Resistividade elétrica ... 38 3.1.8 Migração de cloretos ... 40 3.1.9 Porosidade ... 41
3.1.10 Resistência à compressão simples ... 42
3.1.11 Resistência à tração ... 43
4 RESULTADOS ... 46
4.1 INVESTIGAÇÃO PRELIMINAR ... 47
4.1.1 Degradação das armaduras ... 47
4.1.2 Lixiviação ... 52
4.1.3 Movimentação de paredes de contenção e pilares... 53
4.2 INVESTIGAÇÃO PROFUNDA ... 58
4.2.1 Ensaios direcionadores ... 58
4.2.1.1 Localização das barras de aço ... 58
4.2.1.2 Ensaio de esclerometria ... 59
4.2.2 Ensaios de avaliação dos indicadores de vida útil ... 62
4.2.2.1 Porosidade ... 62 4.2.2.2 Profundidade de carbonatação ... 63 4.2.2.3 Profundidade de cloreto ... 66 4.2.2.4 Potencial de corrosão ... 70 4.2.2.5 Resistividade elétrica ... 72 4.2.3 Propriedades mecânicas... 73
4.2.3.1 Resistência à compressão simples ... 73
4.2.3.2 Resistência à tração ... 74
4.2.3.3 Módulo de elasticidade ... 75
5 CONCLUSÃO ... 77
REFERÊNCIAS ... 79
1 INTRODUÇÃO
No segmento de transportes marítimos, Mello (2018), a expansão comercial nos últimos 35 anos chegou à marca de 700%. Esse fator concebeu aos setores portuários a entrada de uma intensa busca pela modernização e eficiência, tendo em vista que esse modelo de transporte é de extrema importância em todos os continentes.
No Brasil, esse quadro se intensifica ainda mais, já que esse é um dos mais tradicionais segmentos da economia, além de ter tido sua origem nos primórdios do período de colonização do país (ZELAYA et al., 2015). O país possui a vantagem de contar com um vasto litoral de mais de 7,3 mil km de extensão, bem como um enorme potencial econômico tanto em produção, o que gera escoamento, quanto em mercado consumidor. Como se pode notar, os fatores levam a uma coerente proporção de que 9 em cada 10 importações e/ou exportações feitas pelo país tropical são realizadas por vias marítimas (MELLO, 2018).
Tais fatos acarretaram o deslocamento de grande parte do transporte brasileiro para o oceano, gerando a necessidade da construção de terminais portuários. Obras desse tipo, no entanto, localizam-se em um dos meios de exposição mais hostis do planeta: o mar. Além disso, a grande maioria das construções internas dos portos, isto é, estruturas para a movimentação de equipamentos, espaços para armazenamento de materiais, oficinas, estaleiros e vias internas, são construídas utilizando concreto armado. Esse, por sua vez, é o material mais utilizado na maioria das construções civis desde seu início no século XIX até os dias atuais, pois apresentou ao longo dos anos muita versatilidade e resistência aos diversos carregamentos que solicitam as estruturas portuárias, comparado com muitos de seus concorrentes, como o aço, alvenaria e madeira (HELENE, 2007). Estas características colaboraram para o desenvolvimento da tecnologia do concreto na última década, permitindo assim, que ambientes marinhos de severa agressividade sejam cada vez mais conquistados.
Por conta do exposto, durante todo o processo de elaboração de projeto e execução, há a necessidade de realizar estudos acerca das condições naturais do local e práticas construtivas adequadas, bem como inspeções e manutenções periódicas ao longo da vida útil da estrutura. No entanto, mesmo assim, muitas delas acabam por apresentar, ao longo dos anos e por diferentes motivos, manifestações patológicas das mais variadas origens, ocasionando graves repercussões na durabilidade das estruturas, caso não sejam adotadas medidas de proteção adequadas.
Sendo conceituada como a área da engenharia que investiga os indícios, causas e origens das anomalias e imperfeições existentes nas construções das edificações, a ciência da
patologia é também responsável por impedir que problemas patológicos se tornem algo comum nas edificações atualmente. Através desse estudo, que tem por objetivo descobrir a razão pela qual tais vícios construtivos existem, é possível evitá-los em construções futuras (DO CARMO, 2003).
Reforça-se a importância de se investigar e estudar os diversos meios existentes de deterioração das estruturas de concreto armado frente ao ambiente de extrema agressividade como os oceanos. O largo aumento do segmento de transporte marítimo nas últimas três décadas aliado à escassez de conhecimento desses meios de deterioração conduziu a uma imediata necessidade de informações e fundamentos a fim de se conhecer a maneira como as construções em ambientes marinhos irão se comportar e deteriorar. Assim, é de se esperar que, cada vez mais, pesquisas e estudos nessa área sejam requisitados, já que é de extrema importância ter o conhecimento de métodos construtivos a fim de evitar que novas estruturas portuárias tenham uma vida útil tão reduzida frente a esse tipo de ambiente.
A proposta deste trabalho visa investigar e descrever as principais manifestações patológicas presentes no Cais 1 do Porto Marítimo do município de Imbituba/SC, através da análise, formulação de diagnóstico e proposta de alternativas de intervenção para os problemas encontrados. Ele terá como finalidade definir quais os principais erros cometidos durante o processo de concepção e execução de obras em áreas portuárias, propondo, assim, alternativas de intervenção para as principais manifestações, analisando qual a gravidade de cada problema encontrado.
1.1 JUSTIFICATIVA
O Cais 1 pertencente ao Porto de Imbituba, segundo informações obtidas, foi originalmente destinado ao transporte de carvão e atualmente tem múltiplos usos no manejo de graneis, congelados, cargas gerais, containers e outros. Trata-se de um cais que sofreu muitas modificações e ampliações ao longo do tempo, desde o ano que foi construído por volta de 1935. Nos últimos anos, verificou-se o surgimento de diversas manifestações patológicas nas estruturas sob esse cais. Por estarem localizadas em um ambiente marinho e, portanto, de agressividade ambiental muito forte, essas estruturas apresentam diversos problemas, o que torna iminente a necessidade de avaliação e determinação do grau de risco delas.
As manifestações patológicas não afetam somente a estética da construção, mas também compromete sua capacidade estrutural. O custo para amenizar essas falhas pode ser alto, e, em alguns casos, essas patologias tendem a ocasionar o colapso parcial ou total. Em
relação a durabilidade delas, a precaução quanto às manifestações deve ser ainda maior em ambientes onde a classe de agressividade é alta, como em ambientes marinhos, posto que a intensidade bem como a frequência por fatores externos nesses ambientes compromete de forma brutal as estruturas de concreto armado.
A ideia de vida útil vem atribuindo compromissos cada vez maiores para os profissionais da construção civil. Atualmente, é de suma importância que parâmetros de qualidade sejam estabelecidos e devidamente colocados em prática, como sugerem as Normas Brasileiras.
A área das Manifestações Patológicas na construção civil analisa e procura detectar estruturas com problemas, bem como estender a existência delas. Então, conhecer as manifestações patológicas do cais 1, aplicar estratégias de avaliação a fim de se obter um diagnóstico preciso e propor intervenções visando economia e segurança é muito importante para o Porto de Imbituba, tendo em vista que o mesmo é essencial para a movimentação de diversas cargas de materiais as quais são indispensáveis para a economia do município e do estado.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo geral
Investigar e descrever as manifestações patológicas presentes no Cais 1 do Porto Marítimo do município de Imbituba/SC.
1.2.2 Objetivos específicos
• Identificar as principais manifestações patológicas presentes no Cais 1 do porto de Imbituba/SC.
• Investigar os agentes agressores mais predominantes em áreas portuárias, como a do porto em estudo.
• Levantar as principais propriedades mecânicas e indicadores de durabilidade da estrutura em estudo.
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS EM ESTRUTURAS PORTUÁRIAS
A área da patologia das estruturas visa investigar os indícios, causas e origens das anomalias encontradas em construções, sendo responsável por impedir que problemas patológicos se tornem algo comum nas edificações. É possível distinguir em dois grandes grupos de fatores que contribuem para a deterioração do concreto armado (sistema estrutural mais utilizado atualmente não só em estruturas portuárias, mas em toda a construção civil): os fatores químicos e físicos. Os fatores químicos são responsáveis, sobretudo, pela carbonatação do concreto, reações álcalis-agregados e corrosão das armaduras. Os fatores físicos, entretanto, são determinantes em manifestações patológicas bastante comuns, tais como desagregação, falta de aderência e fissuração do concreto.
2.1.1 Corrosão em estruturas de concreto armado
Em estruturas de concreto armado localizadas em ambientes onde o meio é um fator desfavorável frente a durabilidade dela, se faz necessário realizar inspeções periodicamente a fim de diagnosticar manifestações patológicas e, assim, estudar o quanto antes um modelo de tratamento específico. Como exemplo, pode-se citar complexos industriais, usinas siderúrgicas, hidrelétricas, metrôs e estruturas portuárias, tendo em vista que grande parte delas são obras de grande porte e, devido ao meio desfavorável, a corrosão do concreto é uma anomalia comumente encontrada (CÁNOVAS, 1988).
O autor destaca que, quando uma estrutura de concreto armado é planejada, é importante que ela seja projetada para suportar agentes físicos e químicos, e não somente mecânicos, como esforços e momentos. Por exemplo, em ambientes onde o meio possui alta agressividade, como o marinho ou em países com grande amplitude térmica anual, ações físicas podem afetar não somente o desempenho da estrutura, mas arruiná-la. O autor cita as principais causas da corrosão química do concreto:
• gases atmosféricos (CO2, H2S, etc): são gases originados da combustão do carvão ou derivados do petróleo, que, em contato com estruturas de concreto aliado à umidade, transformar-se-ão em ácidos e, consequentemente, gerarão algum tipo de ataque para a estrutura.
• águas marinhas, ácidas, puras, turvas, etc: tanto águas puras ou com presença de substâncias dissolvidas, agridem o concreto. Aquelas agem dissolvendo a camada superficial do concreto até chegar na armadura, já estas podem ser ácidas e, assim, possuem o poder de realizar reações químicas na estrutura, resultando em novos compostos nocivos a ela.
• compostos fluídos ou sólidos da natureza orgânica (óleos, gorduras, combustíveis, líquidos alimentares, etc): grande parte dos compostos oleaginosos como os citados possuem pH < 7 e, podendo estes penetrar na estrutura, geram uma corrosão contínua até a total perda de função do concreto, isto é, sua resistência à compressão.
A fim de reduzir efeitos como estes, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), desenvolveu um estudo e delimitou quatro classes de agressividade ambientais. Assim, conforme o Quadro 1, a ABNT (NBR 6118:2014) possibilitou determinar facilmente a classe de agressividade de um ambiente para efeitos de projeto.
Quadro 1 - Classes de agressividade ambiental Classe de agressividade
ambiental Agressividade
Classificação geral do tipo de ambiente para efeito de projeto
Risco de deterioração da
estrutura
I Fraca Rural Insignificante
Submersa
II Moderada Urbana Pequeno
III Forte Marinha Grande
Industrial
IV Muito forte Industrial Elevado
Respingos de maré FONTE: ABNT (NBR 6118:2014, p.16).
Dessa forma, fazendo o uso do Quadro 2 e utilizando os dados fornecidos pelo Quadro 1, é possível determinar o máximo fator água/cimento (a/c), bem como a classe do concreto a ser utilizada, tendo em vista que boa parte dos processos prejudiciais ao concreto são causados pela grande quantidade de poros presentes nele, estando estes totalmente ligados ao fator a/c (Figura 1).
Quadro 2 - Máximo fator a/c e qualidade do concreto
Concreto Tipo Classe de agressividade
I II III IV Relação água/cimento Concreto armado ≤ 0,65 ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,45 Concreto protendido ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,50 ≤ 0,45 Classe de concreto Concreto armado ≥ C20 ≥ C25 ≥ C30 ≥ C40 Concreto protendido ≥ C25 ≥ C30 ≥ C35 ≥ C40 FONTE: ABNT (NBR 6118:2014, p.18). 2.1.1.1 Corrosão eletroquímica
Pode-se definir ainda como corrosão eletroquímica a reação que ocorre no aço presente no concreto armado. Essa reação é caracterizada pela oxidação do aço, isto é, pela perda de elétrons e sua consequente corrosão, ocasionada pelo ataque eletroquímico, que, por sua vez, é causado pela água presente no concreto (BRAGA, 2014). Helene (1988) explica que uma das funções da camada de cobrimento do concreto é evitar o processo de corrosão, sendo ela um material com pH altamente alcalino, o qual impede a ação de íons de cloretos. Por isso, o autor vincula as particularidades do concreto à patologia de corrosão das armaduras.
O resultado das reações químicas causadoras do processo corrosivo na armadura é o óxido de ferro, isto é, a ferrugem, que se caracteriza por ser um material com propriedades prejudiciais à estrutura, como baixa resistência e considerável aumento do volume da armadura. Tais características provocam tensões de tração e a consequente fissuração da peça (THOMAZ, 1989). Cascudo (2005) explica que tais fissuras podem ser classificadas como ativas e progressivas, são geradas por tensões internas maiores que 15 MPa e resultam em aberturas com direção paralela à barra corroída, que, consequentemente, ocasiona o desplacamento do cobrimento da peça. Entretanto, apesar de o volume original aumentar consideravelmente, a área de aço reduz, o que pode, inclusive, em longo prazo, levar a estrutura à ruína. O autor ressalta que o melhor caminho para a prevenção desses problemas ainda é prezar pela qualidade do concreto aliado ao cumprimento das normas de fator a/c e cobrimentos apropriados (SARTORTI, 2008).
No que se refere à prevenção, é possível citar duas que já estão intrínsecas no concreto armado, sendo elas físicas e químicas. Primeiramente, tendo em vista que o concreto é um meio alcalino, o aço então, automaticamente, torna-se passivo. E, além disso, se as normas de cobrimento e qualidade do concreto forem rigidamente respeitadas (Quadro 2), a armadura
estará, durante muito tempo, suficientemente protegida contra a corrosão. No entanto, se necessário, existem alguns outros modelos de proteção tanto para o aço quanto para o concreto. Para a armadura, há alguns tipos de proteção, como a galvanização, a catódica e o revestimento com resinas sintéticas. Já para o concreto, pode-se citar os inibidores de corrosão, os quais possuem a função de inibir a reação catódica (CÁNOVAS, 1988).
2.1.1.2 Mecanismos de degradação das armaduras
Quando se trata de natureza do ataque, isto é, a origem principal deste tipo de manifestação, pode-se citar a despassivação do aço por duas principais condições: por carbonatação do concreto (redução da alcalinidade) ou, por ataques por cloretos. Cada um deles irá gerar um produto diferente da reação de corrosão da armadura. Quando a causa é a carbonatação, o resultado mais comum será a goetita [a-FeO(OH)]. Entretanto, se for ocasionada pela contaminação de cloretos, os produtos formados serão bem maiores, sendo majoritariamente formados por óxidos básicos de Fe3+ (CASCUDO, 2005).
Neste item serão abordados os principais fatores químicos de deterioração do concreto armado, tais como carbonatação, lixiviação e ataques por cloretos.
2.1.1.2.1 Carbonatação do concreto
Sendo influenciada pela quantidade de CO2 no meio ambiente, permeabilidade e umidade do concreto, bem como fissuras; a carbonatação, em suma, nada mais é do que a redução do pH causada pela transformação do hidróxido de cálcio em carbonato de cálcio. Dessa maneira, inicia-se o processo de formação de células eletroquímicas de corrosão, gerando, assim, fissuras e desprendimento da camada de cobrimento (VITÓRIO, 2003).
Em outras palavras, de acordo com Barretto (2017), pode-se dizer que durante as reações que acontecem no cimento, o principal responsável pela alcalinidade do concreto é o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2). No entanto, devido à umidade do ambiente e do próprio concreto associada ao gás carbônico (ou dióxido de carbono (CO2)) presente na atmosfera, ocorre o processo de carbonatação. Isto é, devido aos poros presentes no concreto, o CO2 facilmente atinge o interior dele, ocasionando uma reação química com o Ca(OH)2, a qual é mostrada pela Equação 1 a seguir:
É importante ressaltar que, quanto maior o teor água/cimento do concreto, maior será a quantidade de poros na matriz do concreto, e, consequentemente, a facilitação do transporte de fluidos ao interior da peça, o que causa a aceleração do processo de carbonatação do concreto. A Figura 1 mostra a relação entre o fator a/c e a permeabilidade do concreto (SARTORTI, 2008).
Figura 1 - Influência do fator a/c na permeabilidade do concreto
FONTE: Souza e Ripper (1998, p.36).
Se tratando de meios agressivos, como o ambiente marinho, por exemplo, o excesso de CO2 gera como produto final da reação química o bicarbonato de cálcio (Ca(CO3)), o qual é notadamente mais ácido, reduzindo ainda mais o pH da peça (GENTIL, 2003). Essa redução do pH ocasionada pela excessiva quantidade de dióxido de carbono pode ser visualizada na Figura 2, a qual demonstra as frentes de carbonatação do concreto.
Figura 2 - Frente de carbonatação
FONTE: Rodrigues (1998, p.32).
Silva (2007) explica que é possível retirar amostras das estruturas a fim de se realizar o ensaio de penetração da carbonatação, o qual consiste em colocar em contato com a peça uma solução de fenolftaleina, um composto orgânico indicador ácido-base (Tabela 1). Ela apresenta diferentes colorações de acordo com o pH do meio: incolor para pH ácido (<7,0) e cor rosada para pH básico (>7,0).
Tabela 1 - Principais indicadores de pH utilizados para determinar a profundidade da carbonatação
Indicador de pH Intervalo de mudança de cor
Fenolftaleína Incolor/vermelho carmim (pH 8,3 – 10,0) Timolftaleina Incolor/azul (pH 9,3 - 10,5)
Amarelo de alizarina GG Amarelo claro/amarelo escuro (pH 10,1 - 12,0) Amarelo de alizarina R Amarelo/vermelho alaranjado (pH 10,1 - 12,0)
FONTE: Cascudo (2005, p.1093).
2.1.1.2.2 Lixiviação do concreto
De acordo com Souza e Ripper (1998, p. 72):
A corrosão por lixiviação consiste na dissolução com arraste do hidróxido de cálcio existente na massa de cimento Portland endurecido (liberado na hidratação) devido ao ataque de águas puras ou com poucas impurezas, e ainda de águas pantanosas, subterrâneas, profundas ou ácidas, que serão responsáveis pela corrosão, sempre que puderem circular e renovar-se, diminuindo o pH do concreto.
Além disso, este processo pode ocasionar o aparecimento de eflorescências na superfície do concreto, as quais podem ser identificadas pelo depósito de material branco na face da peça (BARRETTO, 2017). Por fim, reações como a lixiviação caracterizam-se por causar redução na resistência da estrutura, assim como problemas estéticos devido ao material depositado (PASSOS et al., 2010).
2.1.1.2.3 Íons de cloreto
De acordo com Torres (2011), a existência de íons de cloretos no concreto pode ser provenientes de duas condições: inseridos nos materiais de produção do concreto e/ou após o concreto já estar endurecido. Durante a formação do concreto, os íons de cloreto podem se encontrar em agregados, aditivos redutores de água ou plastificantes, aditivos aceleradores de pega e até na água de amassamento. A penetração desses íons após o concreto endurecido ocorre em estruturas expostas a um ambiente agressivo e que possuem alto grau de porosidade e/ou fissuras.
2.1.2 Mecanismos físicos de deterioração do concreto
2.1.2.1 Juntas estruturais
Conforme Soares (2014), as juntas de dilatação (ou estruturais), são os elementos que têm como função fazer a separação entre duas partes de uma peça. A junta tem como objetivo permitir a movimentação dos elementos estruturais sem que uma transmita esforços para o outra. No entanto, quando as juntas apresentam algum tipo de falha, tal deslocamento (que deve ser previsto em projeto) é impossibilitado de acontecer, o que ocasiona, em geral, tensões maiores do que as que estavam previstas para serem absorvidas pela estrutura. O autor ainda cita os fatores mais usuais responsáveis por problemas em juntas de dilatação:
• ruptura das bordas do concreto;
• trincamento ou fendilhamento do concreto adjacente; • bloqueamento, obstrução ou cobrimento;
• posicionamento inadequado; • distorção;
• desnivelamento das bordas; • rotação ou falta de limpeza;
• falha no funcionamento da junta por erros de execução ou de concepção.
Quando as juntas estruturais não são previstas previamente nas estruturas, tal fato pode se tornar um dos principais fatores que trarão problemas para a peça, principalmente resultante das deformações causadas pela variação de temperatura do concreto (SOUZA, RIPPER, 1998).
Figura 3 - Junta mal projetada e/ou executada, desgastada e ineficaz
FONTE: Passos (2010, p. 132)
Vale lembrar que quando se trata de uma zona portuária, deve-se considerar a grande quantidade de tráfego pesado em cima da estrutura, como caminhões e guindastes móveis, o que, como explica Passos (2010), provoca um aumento da velocidade do desgaste da pavimentação e das juntas de dilatação (Figura 3).
2.1.2.2 Fissuração em elementos estruturais
A fissuração em elementos estruturais é um dos grandes dilemas encontrados em obras de infraestrutura, bem como em edificações. A conceituação de fissuras pode confundir-se com os conceitos de trincas e rachaduras. Contudo, suas principais diferenças estão no tamanho das aberturas e/ou no processo de tratamento. Trincas são semelhantes às fissuras no que diz respeito ao tamanho e possuem aberturas maiores que 0,5 mm. Já as rachaduras têm dimensões maiores que 1,0 mm e aberturas mais acentuadas e profundas. A partir de 1,5 mm de espessura, a patologia caracteriza-se por uma fenda (GONÇALVES, 2015).
Existem dois tipos gerais de fissuras, as passivas e as ativas. Essas são provocadas por ações de grandezas inconstantes que proporcionam ao concreto deformações variáveis, e aquelas são fissuras que alcançam sua máxima amplitude por conta da extinção das causas que as geraram.
De acordo com a NBR 6118 (ABNT, 2014), as fissuras podem ser consideradas agressivas conforme sua abertura na superfície do concreto. Para estruturas expostas em meios agressivos considerados muito forte, como em ambientes industriais e peças que recebem constantemente respingos de maré, as aberturas não devem ultrapassar 0,2 mm. Entretanto, para peças expostas a um meio considerado moderado a forte, como ambientes urbanos, marinhos e industriais, a abertura não poderá exceder o limite de 0,3 mm. Ademais, 0,4 mm é o limite para estruturas que se localizam em meio agressivo fraco, como ambientes rurais e submersos.
Contribuindo com a ruína da estrutura, a formação excessiva de fissuras diminui a rigidez das peças de concreto e, consequentemente, provoca um aumento de flechas nos elementos fletidos. Além disso, as estruturas se tornam mais suscetíveis ao ataque de agentes agressivos, tais como carbonatação, íons de sulfato e cloreto, gerando, assim, vários tipos de manifestações patológicas.
O excesso de fissuras simultaneamente com o aumento de suas aberturas pode ter diversas origens, como erros de projeto, execução da obra, problemas no lançamento do concreto na estrutura, emprego de materiais de má qualidade, bem como uso incorreto da estrutura. O aparecimento de fissuras ocorre em locais onde os esforços de tração são gerados através de carregamento direto ou limitação de deformações. Variação de temperatura, bem como retração do concreto no estado plástico e/ou endurecido são fatores que influenciam no surgimento de fissuras (CUNHA, 2011).
Por conta disso, é de grande valia a investigação e o acompanhamento do aparecimento de fissuras e o aumento de suas aberturas, a fim de garantir a segurança e estabilidade dos elementos estruturais. E assim, se faz necessário verificar as fissuras nas estruturas de concreto para comparar com modelos já desenvolvidos, e, posteriormente, fazer ajustes nos modelos mais simples e regular a modelos mais realistas para obter resultados melhores.
2.1.2.2.1 Fissuras decorrentes de cargas diretas
Segundo Barbosa (2010), o concreto resiste melhor à compressão do que a tração, essa é da ordem de grandeza de 1/10 da capacidade daquela. Por esse motivo, é significativo estudar os deslocamentos em peças de concreto armado. As estruturas de concreto recebem constantemente esforços externos que geram tensões de tração, tais como flexão, cisalhamento, punção e torção. Esses alinhados com erros de projeto e execução, como insuficiência ou
comprimento inadequado de armaduras de ancoragem, proporcionam o surgimento de fissuras indesejáveis que reduzem o valor de rigidez e um crescimento na deformação da estrutura.
2.1.2.3 Instabilidade de paredes de contenções
Como explicam Gerscovich, Danziger e Saramago (2016, p.193):
Muros são estruturas de contenção de parede vertical ou quase vertical apoiadas em uma fundação rasa ou profunda. A contenção do terrapleno se dá pelo peso próprio da estrutura. Os muros podem ser construídos em seção plena, sendo denominados muros de peso ou gravidade, ou em seção mais esbelta, sendo denominados muros a flexão.
Figura 4 - Tipos de seção de muros de arrimo: (A) muro de peso ou gravidade; (B) muro a flexão
FONTE: Gerscovich, Danziger e Saramago (2016, p.195).
O autor explica que, em geral, construídos com pedras, concreto simples ou armado, gabiões ou até pneus usados, os muros de peso ou gravidade são caracterizados por servir de contenção para desníveis até 5 metros. Ademais, devido ao elevado peso próprio, tal propriedade age exatamente em oposição aos empuxos horizontais do solo. Entretanto, sendo caracterizados por ter, usualmente, seção transversal em forma de “L”, os muros de flexão podem ser utilizados com alturas de 5m a 7m. Além disso, essa técnica possui algumas peculiaridades frente aos muros de gravidade, como o papel de resistir ao empuxo horizontal, que aqui é realizado pela armadura interior e não pelo peso (Figura 4).
De acordo com Nogueira (2016), na construção de um projeto de paredes de contenção, é necessário atentar-se as seguintes rupturas possíveis (Figura 5):
• deslizamento: é quando o empuxo ativo se torna maior que a resistência ao deslizamento junto ao empuxo passivo;
• tombamento: ocorre quando o momento do empuxo ativo se torna maior que o momento resistente do peso do muro somado ao empuxo passivo;
• ruptura da fundação: é quando a capacidade de suporte do solo é excedida pelas pressões exercidas sobre ele;
• ruptura global do maciço: ruptura de uma cunha de solo que contorna a superfície do muro;
• ruptura interna da estrutura: acontece quando alguma seção intermediária da estrutura apresenta resistência ao deslizamento.
Figura 5 - Possíveis rupturas de muros de arrimo
FONTE: Barros (2014, apud Nogueira, 2016).
Por fim, para o desenvolvimento de um projeto de proteção de margens, diversos são os fatores que devem ser considerados para se evitar a instabilidade da estrutura. Por isso, tais agentes são classificados em hidráulicos, os quais comportam as ações de correntes e ondas, e geotécnicos, resultantes da saturação do solo e infiltrações de água (BRIGHETTI; MARTINS, 2001).
Como explicam os autores, as ações erosivas das correntes causam danos à medida que a força erosiva atuante for maior que a força erosiva crítica ou limite do material.
No que diz respeito às ondas, pode-se citar tanto as originadas pelo movimento natural do mar ou vento, quanto pelas embarcações que circulam no canal do porto. Mesmo assim, ambas podem causar danos à medida que provocam o cruzamento dos picos de diferentes frentes de onda, ocasionadas pelo abaixamento da superfície líquida e ondas secundárias.
Figura 6 - Ilustração das principais causas da instabilidade geotécnica
FONTE: Brighetti e Martins (2001, p.07)
Dentre os fatores geotécnicos, em suma, podem gerar três principais problemas citados pelos autores (Figura 6):
• alteração do nível da água devido às marés pode ocasionar o escorregamento do talude;
• redução do ângulo de equilíbrio do talude devido a saturação do terreno, e; • os caminhos comuns onde as águas pluviais costumam ser drenadas, as
quais, consequentemente, levam consigo partículas do solo, gerando, assim, uma erosão progressiva.
3 METODOLOGIA
Esta pesquisa foi desenvolvida com o intuito de investigar as condições da estrutura do Cais 1 do porto de Imbituba Santa Catarina frente aos parâmetros de durabilidade conceituais utilizados para estrutura de concreto armado.
Para isso, foi realizada uma investigação documental e de campo com o intuito de delinear os procedimentos a serem realizados para determinação das condições reais dos elementos estruturais. Para avaliação destas condições, foi considerado necessário a realização de ensaios especiais.
3.1 PROGRAMA EXPERIMENTAL
Com o objetivo de realizar uma análise mais eficaz dos problemas patológicos presentes no Cais 1 do Porto de Imbituba, foi realizada a construção de um organograma (Figura 7). Ele contém os métodos utilizados para diagnosticar as principais manifestações encontradas no local de estudo, bem como a divisão deles em investigação preliminar e profunda. Assim, a preliminar busca encontrar a natureza do problema e a profunda, complementar a anterior.
Figura 7 - Organograma principal da pesquisa
FONTE: Elaboração dos autores (2020).
Na primeira etapa, denominada investigação preliminar, destina-se a encontrar a origem das manifestações. Sendo assim, pode-se afirmar que se trata de um estudo introdutório das estruturas, o qual pode determinar se a estrutura poderá ser reabilitada. Entretanto, quando
se trata da investigação profunda, pode-se afirmar que ela tem como objetivo apresentar uma complementação à primeira, influenciando diretamente no resultado da análise, o qual pode englobar métodos de reabilitação e custo do processo. Como investigação preliminar, foi feita a análise visual da estrutura do Cais 1. Já na investigação profunda, foram realizados os seguintes ensaios: esclerometria, pacometria, potencial de corrosão, profundidade de contaminação de cloretos, profundidade de carbonatação, resistividade elétrica, migração de cloretos, porosidade, resistência à compressão, resistência à tração e módulo de elasticidade (SILVA, 2017).
Em seguida, são apresentados os métodos e técnicas utilizados para a investigação das propriedades e parâmetros apontados no organograma da Figura 7.
3.1.1 Análise Visual
Após visitas ao local de estudo, constatou-se que o problema mais recorrente na estrutura era a presença de corrosão das armaduras, muito provavelmente ocasionada pelo ambiente agressivo do porto. A degradação do concreto armado causada pela corrosão diminui sua funcionalidade, proporcionando, consequentemente, o aparecimento de outras manifestações patológicas. Por esses motivos, foi dado mais atenção a essa anomalia durante a análise visual.
Em um primeiro momento, foi bastante simples notar que os sintomas da corrosão presentes nas armaduras eram bastante visíveis, já que grande parte dos elementos estruturais se encontravam sem cobrimento. Assim, de acordo com Cascudo (2005), é importante salientar que a análise visual tem como finalidade registrar as anomalias presentes na estrutura e, associado aos sintomas típicos, inferir qual o possível problema existente. Para tal, faz-se necessário o uso de alguns equipamentos, tais como lupa, binóculo, máquina fotográfica, fissurômetro, fita métrica, etc (Figura 8).
Figura 8 - Registro dos problemas patológicos através de fotografias
FONTE: Elaboração dos autores (2020).
Além disso, o autor ainda afirma que, se for realizada uma análise visual mais criteriosa, características mais específicas podem ser inferidas, tais como natureza e morfologia do ataque. Por exemplo, se houver presença de pites de corrosão na superfície, muito provavelmente ela é causada por cloretos. Porém, se a corrosão estiver aparentemente mais homogênea, pode ser que apenas a carbonatação esteja presente.
3.1.2 Esclerometria
O ensaio de Esclerometria visa averiguar a dureza superficial da peça de concreto através da reflexão de um peso introduzido na superfície do concreto durante o ensaio. Ele é realizado com base na norma ABNT NBR 7584:1995. O aparelho utilizado registra quanto o martelo recua após o lançamento. Dessa forma, o valor apresentado pelo esclerômetro está diretamente relacionado à resistência do concreto submetido ao ensaio (SILVA FILHO; HELENE, 2011).
Com base nisso, foram realizados diversos ensaios de esclerometria em diferentes elementos estruturais ao longo do cais em estudo objetivando verificar a dureza superficial deles.
Quadro 3 - Mapeamento da estrutura, formação de lotes e quantidade de testemunhos Tipo de controle (conforme ABNT NBR 12655) Mapeado (rastreabilidade) Formação de lotes Quantidade de testemunhos
por lote (a) No lançamento Por ensaios não destrutivos Amostragem total Sim opcional
Cada lote corresponde ao volume de uma betonada ou de um caminhão-betoneira Aplicado em um elemento estrutural 2 Aplicado em mais do que um elemento estrutural 3 Não Sim Conforme o mapeamento. Cada lote
deve corresponder ao conjunto contido em um intervalo restrito de
resultados dos ensaios não destrutivos (b)
Até 8 m³ 3 (c)
Maior que 8 m³ e
menor que 50 m³ 4
Amostragem
parcial Indiferente Sim
Conforme o mapeamento. Cada lote
deve corresponder ao conjunto contido em um intervalo restrito de
resultados dos ensaios não destrutivos (b) Até 8 m³ 4 Maior que 8 m³ e menor que 50 m³ 6 Casos excepcionais
Vale o critério de amostragem parcial conforme ABNT NBR 12655 (concreto preparado na obra).
a) Ver seção 6.
b) Para o índice esclerométrico e velocidade de propagação de onda ultrassônica, recomenda-se que seja adotado como dispersão máxima do conjunto de resultados o intervalo de ± 15% do valor médio.
c) Em se tratando de um único elemento estrutural, a quantidade de testemunhos deve ser reduzida a dois, de forma a evitar danos desnecessários.
FONTE: NBR 7680-1 (2015, p.04).
A formação de lotes para a extração de testemunhos está estabelecida no Quadro 3 retirada da NBR 7680-1 (2015), onde recomenda-se que a formação de lotes deve adotar o intervalo de 15% do valor médio como dispersão máxima do conjunto de resultados. Além disso, foram estipulados 2 corpos de prova por lote para extração por elemento estrutural para evitar danos a estrutura que já está debilitada.
3.1.3 Pacometria
A localização das armaduras em uma estrutura de concreto armado é um processo muito importante, já que, em muitas situações, o elemento não é executado perfeitamente conforme o projeto e/ou não se dispõe do projeto para consulta. Essa última situação é a que mais se enquadra com o Cais 1, já que, por se tratar de uma estrutura com 85 anos de idade, não dispõe de projetos ou documentos, como memoriais de cálculo.
Ademais, pode-se afirmar que a pacometria é uma atividade extremamente necessária para realizar ensaios de potencial de corrosão ou ensaios que necessitem de extração de testemunhos. Para o ensaio em questão, utilizou-se o equipamento Profometer IA 650, que usa o princípio de indução de pulso de corrente parasita, que é a única tecnologia de imagem não influenciada pela composição e umidade do concreto. Tal fato leva a uma alta acurácia da camada em qualquer cenário, visto que essa máquina consegue captar barras de aço em um cobrimento de concreto de até 185mm, além de medir armaduras com diâmetros de até 63mm.
3.1.4 Potencial de corrosão
Através da técnica utilizada para mensurar o potencial de corrosão do aço dentro do concreto é possível sugerir a presença de corrosão na peça em estudo. Pode-se chegar a essa conclusão pelo fato de haver uma relação entre a existência de atividade ou passividade na armadura e o potencial obtido, isto é, quanto mais negativos os valores observados, maior a indicação de atividade corrosiva (CASCUDO, 2005).
Figura 9 - (a) Esquema para medida dos potenciais de corrosão e (b) Ensaio do potencial de corrosão
FONTE: a) Cascudo (2005, p.1082); b) Elaboração dos autores (2020).
Para realizar o ensaio no local de estudo, foi utilizado um voltímetro de alta impedância de entrada, bem como um eletrodo de referência. Para tal, o terminal negativo do voltímetro foi ligado ao eletrodo de referência e o positivo à armadura da peça (Figura 9).
O ensaio foi realizado em dois pilares que sofreram encamisamento e estavam com uma das armaduras longitudinais expostas. Primeiramente, com o intuito de identificar as áreas anódicas de corrosão, foi realizado o mapeamento das armaduras através da pacometria e o desenho das malhas de aço na superfície do concreto. Posteriormente, mediu-se os potenciais em pontos equidistantes da malha demarcada (no centro dos quadrados ou nas interseções da malha). Foi possível localizar zonas corroídas mesmo sem manifestação visível, o que é desejável, pois, deste modo, o problema ainda se encontra em estágios iniciais.
Tabela 2 - Critérios de avaliação dos resultados das medidas de potenciais de corrosão POTENCIAL DE CORROSÃO (mV)
Relativo ao eletrodo de referência de cobre-sulfato de cobre - ECS
Probabilidade de corrosão Mais negativo que -500 Corrosão severa Mais negativo que -350 Superior a 90%
De -200 a -350 Risco intermediário Maior que -200 Inferior a 10%
FONTE: ASTM C 876 (1999, p.1085).
a)
Através do Tabela 2, pode-se avaliar e mensurar o nível do potencial de corrosão da estrutura.
3.1.5 Contaminação de cloretos
Para determinar a contaminação de cloretos na estrutura com a mais eficaz representatividade, foram realizadas coletas de amostras de concreto em pó a cada 5mm de profundidade até 30mm utilizando diferentes espessuras de brocas, mediante furadeira, o que possibilitou traçar perfis de concentração dos cloretos ao longo da profundidade do cobrimento. Após o armazenamento do material, como instrui JUCÁ (2002), foi borrifado em todas as amostras o indicador Nitrato de Prata (AgNO3), que produz uma indicação colorimétrica das regiões contaminadas por cloreto. Esse indicador, quando em contato com o concreto, inicia uma reação fotoquímica associada aos elementos presentes na pasta cimentícia e, de acordo com testes realizados em laboratório, notou-se que as amostras com presença de cloretos livres tornavam-se acinzentadas. Por outro lado, as amostras que não estavam contaminadas mudavam para a coloração marrom. Foi realizado também o ensaio colorimétrico nos corpos de prova.
3.1.6 Frente de carbonatação
Para medir a frente de carbonatação do concreto em estudo, de forma semelhante ao ensaio de contaminação de cloretos, foram coletadas amostras de concreto a cada 5mm até alcançar a profundidade de 30mm. Após a coleta, foi borrifado o indicador fenolftaleína em cada uma das amostras. Segundo Cascudo (2005), pode-se medir a frente de carbonatação utilizando fenolftaleína, timolftaleína ou amarelo de alizarina, os quais em contato com uma solução alcalina do concreto, adquirem diferentes colorações em determinadas faixas de pH. Especificamente, através da fenolftaleína, pode-se inferir que há carbonatação no concreto quando ele ficar incolor. Porém, se ele apresentar uma coloração avermelhada, sabe-se que o pH é maior que 8,0, isto é, não está carbonatado.
3.1.7 Resistividade elétrica
Inicialmente, vale ressaltar que a resistividade elétrica de uma peça de concreto armado é uma propriedade diretamente relacionada a rapidez do processo de corrosão das
armaduras presentes no mesmo, tendo em vista que esta manifestação depende majoritariamente da porção de superfície metálica em contato com a fração líquida do concreto, que, por sua vez, é diretamente relacionada à resistividade elétrica. Em outras palavras, pode-se dizer que ela é uma propriedade do concreto que tem um papel ativo no processo eletroquímico por estar vinculada à presença da fase líquida, ou eletrólito, dele (CASCUDO, 2005).
Figura 10 - (a) Técnica de Wenner para medida de resistividade elétrica superficial do concreto e (b) Ensaio da resistividade elétrica sendo realizado em laboratório
FONTE: a) Lencioni (2011); b) Elaborado pelos autores (2020).
Para determinar a resistividade elétrica do elemento estrutural, o presente trabalho teve como base o Método de Wenner, chamado dos quatro eletrodos (Figura 10). Assim, foram utilizados quatro eletrodos que serviam de passagem para uma corrente elétrica com frequência igual a 10 Hz e espaçados de tal forma que os elétrons fossem transmitidos dali para o concreto, gerando, consequentemente, uma diferença de potencial igual a 5V (SILVA, 2016).
Após o ensaio, foi utilizada a Equação 2 desenvolvida por Wenner a fim de calcular o valor da resistividade:
𝜌 = 2𝜋𝑎𝑉 𝐼
2
Onde:
- 𝜌 = resistividade elétrica do concreto (Ω.m)
- a = distância média entre os eixos dos eletrodos (m) - V = diferença de potencial entre os eletrodos (V) - I = corrente elétrica (A)
Tabela 3 - Critérios de avaliação da resistividade elétrica do concreto Resistividade do Concreto Indicação de Probabilidade
de Corrosão > 20 kΩ.cm desprezível 10 a 20 kΩ.cm baixa 5 a 10 kΩ.cm alta < 5 kΩ.cm muito alta FONTE: CEB (1989, p.1089).
Por fim, através das condições contidas na Tabela 3, foi possível avaliar os resultados obtidos na Equação 2.
3.1.8 Migração de cloretos
Primeiramente, vale lembrar que íons de cloreto presentes no concreto impulsionam o processo de corrosão, tendo em vista que ampliam a condutividade do eletrólito e diminuem a resistividade elétrica. Para isso, a migração de íons de cloreto ocorre através do campo elétrico gerado pela pilha de corrosão eletroquímica (MEDEIROS et al., 2014).
Figura 11 - Esquema do ensaio de difusão no estado estacionário com voltagem aplicada de 60V
Para avaliar a migração de íons de cloreto na estrutura estudada, foi realizado um procedimento o qual expôs-se fatias de 25mm de espessura a um ensaio de migração de cloretos com 60V de diferença de potencial aplicada (Figura 11). As fatias foram retiradas dos corpos de prova cilíndricos de 20x10cm e estavam totalmente saturadas no início do procedimento. Através de duas câmaras com volumes de 3 litros cada, uma foi preenchida com uma solução de 3% de eletrólito com íon cloreto (lado catódico), e outra com hidróxido de sódio (lado anódico). 𝐷 = 𝑅. 𝑇 𝑧. 𝐹. 𝐸× 𝑥𝑑− 𝑎. 𝑥𝑑𝑏 𝑡 3 Onde:
- D = coeficiente de difusão de cloretos (m²/s) - R = constante dos gases (8.314472 J/mol.K) - T = temperatura (298 K)
- z = valência do íon (para cloreto = -1)
- F = constante de Faraday (96485.3383 J/V.mol) - E = campo elétrico (-600 V/m)
- xd = profundidade de penetração (m) - t = tempo de ensaio (s)
- a = 1,061
- b = 0,589 (para E = 600 V/m)
Feito isso, é mensurado, durante todo o ensaio, a quantidade de cloretos no lado anódico, propiciando compreender o fluxo de cloretos no estado estacionário, que, após o experimento, é utilizado para obter o coeficiente de difusão através da Equação 3 (MEDEIROS
et al., 2014).
A partir do ensaio de migração de cloretos, pode-se prever a evolução da frente de cloretos em determinada quantidade de tempo da peça em estudo utilizando a Equação 4:
𝑥 = 𝑘. √𝑡 4
Onde:
- x = profundidade atingida por um determinado teor de cloretos no tempo t (m) - t = tempo (s)
- k = coeficiente de penetração de cloretos (m.s -1/2) 3.1.9 Porosidade
Tendo como finalidade inferir a absorção capilar, bem como a porosidade do concreto a fim de mensurar suas compacidades, o ensaio de porosidade pode ser realizado
fazendo a imersão em água de uma amostra de concreto por 24 horas. Após esse tempo, é realizada a aferição da massa da peça imersa e fora da água (saturada). Feito isso, ela é seca a 105°C em estufa até que toda água evapore, quando sua massa é novamente registrada (SILVA, 2017, apud DURAR CYTED, 2000).
% 𝑑𝑒 𝑃𝑜𝑟𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑊𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜 − 𝑊105°𝐶
𝑊𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜 − 𝑊𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒𝑟𝑔𝑖𝑑𝑜
× 100 5
Onde:
- Wsaturado = massa do corpo de prova saturado - W105°C = massa do corpo de prova seco a 105°C - Wsubmergido = massa do corpo de prova submergido
Assim, por meio da Equação 5, o cálculo do percentual de porosidade é realizado. Tabela 4 - Relação porosidade-qualidade
Porosidade (%) Qualidade do Concreto ≤ 10% Boa qualidade e compacidade 10% a 15% Moderada ≥ 15% Durabilidade inadequada FONTE: Silva (2017, p.54).
Dessa forma, pode-se realizar a análise do resultado obtido através da Tabela 4, que relaciona porosidade e qualidade do concreto.
3.1.10 Resistência à compressão simples
A determinação da resistência à compressão simples do concreto é de suma importância para o estudo, já que esse é um dos principais parâmetros de controle de estruturas de concreto armado. Para a realização do ensaio, foram realizadas extrações de corpos de prova cilíndricos in loco com medidas 20cm x 10cm em cada lote formado utilizando os resultados obtidos no ensaio da esclerometria.
Figura 12 - (a) Extração dos corpos de prova e (b) Ensaio de resistência à compressão simples
FONTE: Elaborado pelos autores (2020).
Para a retirada deles, foi utilizado uma perfuratriz elétrica com a ajuda de profissionais habilitados na área da tecnologia do concreto e de estruturas, conforme a Figura 12 (a). Após a extração dos corpos de prova, foi realizado, no Laboratório de Engenharia Civil da Unisul (LEC) o ensaio de compressão axial, como demonstra a Figura 12 (b).
No caso em estudo, a amostra de concreto coletado possuía 85 anos de idade e, além de não haver nenhum memorial de cálculo que apresentasse um valor de resistência característica, não havia normas técnicas disponíveis na época, levando em consideração que a primeira norma brasileira de cálculo e execução de obras de concreto armado foi elaborada em 1940.
3.1.11 Resistência à tração
Normatizado pela ABNT NBR 7222 (ABNT, 2011), o ensaio utilizado para encontrar a resistência à tração foi o modelo por compressão diametral, o qual pode ser classificado como um método indireto que visa a obtenção da resistência à tração do concreto.
Figura 13 - Ensaio de resistência à compressão diametral
FONTE: Elaborado pelos autores (2020).
Para a realização do ensaio, os corpos de prova foram submetidos a uma tensão de compressão na geratriz do cilindro, que foi posicionado horizontalmente apoiado entre as duas faces da prensa (Figura 13). Por conta do esforço desenvolvido em sentidos opostos, o corpo de prova fratura (FARIAS et al., 1997). De acordo com Quadros (2014), existem expressões nas normas técnicas para avaliação da resistência à tração do concreto a partir da resistência à compressão. A Equação 6 serve para estimar o valor de resistência à tração através do valor de resistência à compressão característica do concreto.
𝑓𝑐𝑡𝑠𝑝 = 1 3⁄ (𝑓𝑐𝑘)2/3 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑓
𝑐𝑘 ≤ 50𝑀𝑃𝑎 6
Onde:
- 𝑓𝑐𝑡𝑠𝑝 = resistência do concreto à tração por compressão diametral (MPa) - 𝑓𝑐𝑘 = resistência característica do concreto à compressão (MPa)
3.1.12 Módulo de elasticidade
O módulo de elasticidade pode ser descrito como a razão entre a tensão aplicada sobre um testemunho de concreto e a deformação verificada nele. A NBR 8522 (ABNT, 2008) prevê a determinação do módulo de elasticidade tangencial inicial através do ensaio estático, o qual, segundo Silva Filho e Helene (2011), é de suma importância para comprovar a resistência do concreto, visto que é possível assumir que a redução da resistência torna o concreto mais deformável, o qual, portanto, tende a ser mais suscetível a fissuração e fadiga, além de resultar em um material mais poroso e sujeito ao ataque de agentes agressivos.
Para encontrá-lo, utilizou-se corpos de prova cilíndricos com medidas 20 x 10cm que foram posicionados no centro da prensa hidráulica e submetidos ao processo de escorvação, que nada mais é que aplicar três carregamentos e descarregamentos sucessivos aos testemunhos até que eles atinjam o limite de 30% da resistência do concreto durante 60 segundos. Todas as medidas de deslocamento foram anotadas e posteriormente, as amostras foram sujeitas ao rompimento.
Para estimar o valor inicial do módulo de elasticidade através da resistência à compressão característica concreto, faz-se o uso da Equação 7:
𝐸𝑐𝑖 = 𝛼𝐸 × 5600 × √𝑓𝑐𝑘 7
Onde:
- 𝑓𝑐𝑘 = resistência característica do concreto à compressão (20 a 50 MPa)
4 RESULTADOS
O Porto de Imbituba está localizado no litoral sul de Santa Catarina a aproximadamente 90 km de Florianópolis, como representa a Figura 14. Os acessos ao porto são realizados pela BR-101 com pista totalmente duplicada, que se conecta ao Sistema Rodoviário do Estado e ao Sistema Rodoviário Nacional, permitindo, dessa forma, a trafegabilidade dos modais rodoviários por todas as regiões brasileiras, melhorando, assim, o transporte de mercadorias para os países do MERCOSUL. Pelo mar, o Porto de Imbituba está a 286 milhas náuticas do Porto de Santos e 322 milhas náuticas do Porto de Rio Grande.
Figura 14 - Localização Geográfica do Porto de Imbituba
FONTE: Google Earth (2020).
O berço de atracação 1 foi construído por volta de 1935, possuindo um comprimento equivalente a 250 metros e contendo instalações especiais para granéis líquidos e carga geral, assim como é capaz de movimentar granéis sólidos, incluindo grãos agrícolas. Sua estrutura é de concreto armado moldado in loco com tipo de uso e ocupação classificados em industrial. Contendo 2 pavimentos, um técnico e outro operacional, o Cais 1, em 2008, passou por processos de reforços estruturais em algumas de suas vigas de ligação inferiores e longitudinais, bem como alguns pilares, visando estabilizar a estrutura que se encontrava extremamente debilitada.
Figura 15 - Localização geográfica do Cais 1 e de seu alargamento dentro do porto de Imbituba
FONTE: Porto de Imbituba (2020).
Consequentemente, em 2011, o berço passou por obras de alargamento de concreto armado em sua extensão lateral com o objetivo de aumentar o aprofundamento e a capacidade de absorção de impactos para receber navios de portes maiores (Figura 15).
4.1 INVESTIGAÇÃO PRELIMINAR
Neste item serão abordadas as principais anomalias encontradas durante a investigação preliminar do estudo, tendo como base o método da análise visual e a coleta de dados por meio de registros fotográficos, que, por sua vez, objetiva elencar as anomalias presentes na estrutura e inferir os possíveis problemas existentes. Além disso, serão apresentadas imagens que demonstrarão a evolução das anomalias com base em um relatório técnico realizado pela empresa BK2 Engenharia no ano de 2016.
4.1.1 Degradação das armaduras
Durante as visitas à estrutura antiga do Cais 1, a degradação das armaduras foi o principal problema encontrado nos elementos estruturais. Por se tratar de uma anomalia que se caracteriza pela expansão das barras de ferro por conta da oxidação, facilmente pôde-se
observar o desplacamento do cobrimento de concreto das peças, deixando as armaduras mais expostas. Notadamente, pôde-se inferir que a maior parte das degradações nas armaduras estavam localizadas nas vigas superiores do Cais, principalmente naquelas que continham juntas estruturais.
Figura 16 - (a) Degradação das armaduras na viga superior 25 em 2016 e (b) Evolução da degradação das armaduras na viga superior 25
FONTE: a) BK2 Engenharia (2016); b) Elaboração dos autores (2020).
A Figura 16 mostra a viga superior 25 no ano de 2016 que já se encontrava com destacamento do cobrimento de concreto em suas arestas laterais inferiores, bem como sua evolução. Como pode-se observar, houve um aumento da área de cobrimento destacado, a seção das armaduras diminuiu e os estribos expostos ao ambiente desprenderam-se do resto da estrutura.
a)
Figura 17 - (a) Degradação da viga superior 75 e (b) Evolução da degradação da viga superior 75
FONTE: a) BK2 Engenharia (2016); b) Elaboração dos autores (2020).
A viga de ligação 75 também sofreu o mesmo tipo de degradação. Em 2016, a viga apresentava destacamento e degradação da sua armadura somente em uma pequena área na aresta inferior da peça e fissuras na face inferior. Já em 2020, uma grande área da face inferior da viga teve seu cobrimento de concreto desprendido e sua armadura extremamente corroída (Figura 17).
As fissuras iniciais aparentes eram predominantemente retilíneas, acompanhando o sentido do eixo da peça, e estavam predominantemente localizadas nas arestas inferiores das vigas. Consequentemente, por conta do grande intervalo de tempo sem nenhuma intervenção, pode-se notar que as fissuras aumentaram, gerando o desplacamento do cobrimento, deixando as armaduras aparentes.
a)
Além disso, foi observado que muitas vigas de ligação inferiores apresentavam características semelhantes, mas em menor quantidade. Suas fissuras geralmente iniciavam nas arestas laterais e inferiores, sendo sucedidas pelo desplacamento do concreto.
Figura 18 - (a) Degradação da estrutura da viga de ligação 12 e (b) Evolução da abertura da fissura na viga de ligação 12
FONTE: a) BK2 Engenharia (2016); b) Elaboração dos autores (2020).
A Figura 18 mostra o estado da viga de ligação 12 em 2016, a qual já apresentava uma fissura na face lateral próxima das arestas inferiores, bem como a evolução da abertura dela ao longo de quatro anos.
a)
