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Segundo o DNER (1994), os principais efeitos dos problemas patológicos que conduzem à deterioração da estrutura são:

Degradação da aparência da estrutura em função das manchas, eflorescências, estalactites e fissuras no concreto, além de deformações excessivas na estrutura;

Perda da rigidez e resistência da estrutura em função da presença de fissuras, do destacamento ou desagregação do concreto ou de corrosão de armaduras;

Diminuição da vida útil da estrutura, quando os efeitos anteriormente citados atingem um nível de comportamento que impede a continuação do uso da estrutura.

A maior parte da bibliografia consultada relata principalmente danos e degradação nas estruturas subterrâneas causadas pela infiltração de água. Estes danos são classificados de acordo com a ITA (1991) em três diferentes categorias:

Efeitos externos (no entorno do túnel, mas não afetando sua estrutura); Efeitos estruturais (afetando a capacidade estrutural do túnel);

Efeitos funcionais (afetando a funcionalidade do túnel).

A Tabela 11.1 apresenta os danos típicos observados em túneis rodoviários em função da sua idade.

Tabela 11.1 – Danos típicos em estruturas de túneis dependendo da sua idade (modificado - Haack, 1998).

Em suportes de concreto em particular, a deterioração ocorre principalmente devido aos seguintes fatores: desgaste superficial, sobrecarga mecânica, corrosão da armadura, carbonatação e ataque químico por sulfato (AFTES, 1999). Para o DNER (1994) os tipos de causas de danos às estruturas de concreto podem ser divididos em:

Causas humanas; Causas acidentais;

Causas naturais - física, química e biológica.

Entre as causas humanas, estão os erros que podem ocorrer ainda na fase de projeto, na fase de execução e na fase de utilização. Na fase de projeto os erros mais comuns são: inadequação de projeto ao ambiente, má concepção estrutural do projeto, projeto incompleto, erros de cálculo ou de detalhamento, modelo de análise inadequado, especificação de materiais inadequados. Na fase de execução eles são: adoção de materiais inadequados ou de baixa qualidade, despreparo técnico para a execução, execução em desacordo com o projeto, negligência na execução. E por último estão os erros ocorridos na fase de utilização, sendo o principal deles, a falta de programa de manutenção.

Atividade sísmica, ambiente operacional agressivo, interno ou externo, e acidentes durante a operação, tais como incêndios, também podem ser citados como causadores em potencial de danos a estruturas subterrâneas. Com relação à deterioração do concreto devido ao fogo, como no caso de incêndios nos túneis, Mehta & Monteiro (1994) afirmam que diferentemente do aço, quando sujeito a temperaturas da ordem 700 a 800°C, o concreto é capaz de manter resistência suficiente por períodos relativamente longos, permitindo assim operações de resgate pela redução de risco de colapso estrutural. O comportamento real de um concreto exposto à alta temperatura é o resultado de muitos fatores que interagem simultaneamente e que são muito complexos para uma análise exata.

Segundo Souza & Ripper (1998), entende-se por causas naturais, aquelas que são inerentes ao próprio material concreto e a sua sensibilidade ao ambiente e aos esforços solicitantes, não resultando, portanto, de falhas humanas ou de equipamento.

Entre as causas naturais está a deterioração por ataque biológico provocado por fungos ou bactérias. Alguns fungos podem se alimentar de hidrocarbonetos e, no metabolismo de digestão e excreção, propiciar a produção de ácidos que atacam o concreto. Portanto, é interessante verificar a presença de combustíveis junto às estruturas de concreto, uma vez que eles funcionam como uma fonte de alimentos para bactérias, ou também devido ao risco de incêndio ou explosão (Fernandes et al, 2000).

Ainda entre as causas naturais, a deterioração do sistema de suporte em concreto de túneis pode ser decorrente de reações químicas e ações mecânicas. Entretanto, Mehta & Monteiro (1994) enfatizam que a distinção entre as causas físicas e químicas da deterioração é puramente arbitrária; na prática, as duas freqüentemente se sobrepõem.

É possível que o dano na estrutura do túnel tenha sua origem em reações químicas. A resistência do concreto a processos destrutivos iniciados por reações químicas envolve geralmente, mas não necessariamente, interações químicas entre agentes agressivos presentes no meio externo e os constituintes da pasta de cimento. Entre as exceções estão as reações álcali-agregados, que ocorrem entre os álcalis na pasta de cimento e certos materiais reativos presentes no agregado, hidratação retardada do CaO e MgO cristalinos, se presentes em quantidades excessivas no cimento Portland, e corrosão eletroquímica da armadura no concreto (Mehta & Monteiro, 1994).

Os elementos estruturais, quando submetidos a solicitações maiores do que aquelas previstas em projeto, deformam-se excessivamente, provocando fissuras ou trincas, implicando na perda de resistência e rigidez da peça (Serrano et al., 2004).

A deterioração do concreto devido ao desgaste superficial ocorre principalmente em túneis que compõem sistemas de captação de esgoto ou água bruta. Contribuem para o desgaste superficial produtos químicos adicionados ao líquido transportado, sedimentos presentes e a permanente passagem de líquidos permitindo que a superfície do concreto fique sujeita à abrasão, aumentando a perda da camada de cobrimento do concreto, facilitando acesso às armaduras (Serrano et al., 2004).

A pasta de cimento endurecida não possui alta resistência ao atrito. A vida útil do concreto pode ser seriamente diminuída sob condições de ciclos repetidos de atrito, principalmente quando a pasta de cimento do concreto possui alta porosidade ou baixa resistência, e é inadequadamente protegida por um agregado que não possui resistência ao desgaste (Methta & Monteiro,1994).

11.4. ENSAIOS

Para elaborar um diagnóstico de uma estrutura é preciso obter informações complementares, além das inspeções rápidas que detectam locais que ficaram ou estão submetidos a agressões, que determinem a qualidade do concreto e que defina o comprometimento da durabilidade do suporte de concreto, ou seja forneça uma avaliação mais detalhada da estrutura. Essas informações são obtidas por meio de ensaios destrutivos, semi-destrutivos ou mesmo, não- destrutivos, realizados em testemunhos extraídos da estrutura ou realizados “in loco”.

Haack et al. (1995) apresentam onze ensaios não destrutivos, sendo agrupados em quatro técnicas, que são oscilação mecânica, radiação, elétrico-eletrônicas e ópticas. Apenas três dos ensaios são considerados como de alto ou de muito alto potencial para aplicação em túneis sendo eles o georadar, a termografia infravermelha e a análise multiespectral. Essa classificação se refere principalmente à rapidez na execução da inspeção e à eficiência do método em detectar anomalias no sistema de suporte. A seguir são apresentados alguns detalhes sobre esses principais ensaios para inspeção em túneis.

11.5. GEORADAR

O GPR (Ground Penetrating Radar) ou Georadar, como também é conhecido, é um método geofísico de investigação que opera na faixa de rádio-frequência (MHz) emitindo e recebendo ondas eletromagnéticas através de antenas transmissoras e receptoras conectadas a uma unidade de controle. Esse método se baseia nas reflexões que ondas eletromagnéticas sofrem ao encontrarem descontinuidades, que correspondem a mudanças de propriedades dielétricas. A dieletricidade é o fenômeno que governa a velocidade de difusão de ondas eletromagnéticas em diferentes materiais. Outra propriedade que influencia na difusão de ondas eletromagnéticas em um meio é a condutividade, que representa a habilidade do material para conduzir eletricidade (Celestino, 1997).

O Georadar, assim como diversos equipamentos de pesquisa, foi inicialmente desenvolvido para fins militares na segunda grande guerra, onde era utilizado para localizar armas, bombas e galerias subterrâneas. Atualmente, o GPR é considerado o equipamento mais sofisticado para sondagens e investigações de baixa profundidade (Esteio, 2004). Um exemplo de geo- radar é apresentado na Figura 11.1.

Figura 11.1 – Exemplo de geo-radar (Esteio, 2004).

A profundidade de penetração da onda eletromagnética na estrutura do túnel depende principalmente de três fatores: freqüência, reflexão e condutividade. Por meio desse método é possível determinar anomalias estruturais (vazios), variações de espessura e materiais constituintes do sistema de suporte do túnel (reforço, arcos etc.), vazios entre o suporte e o

maciço, as condições de maciço circundante, detectando a presença de vazios no mesmo, variação na sua constituição e anomalias (Naumann et al., 2003).

Segundo Haack et al. (1995) a antena do aparelho de georadar tem um ângulo de reflexão de 60°, portanto as anomalias são identificadas antes que a antena esteja localizada diretamente abaixo delas. À medida que a antena é guiada pela superfície da estrutura em direção ao defeito, o tempo de transmissão do sinal se torna cada vez menor, até que a antena esteja localizada exatamente abaixo da anomalia. Quando a antena vai se afastando, o sinal volta a crescer, portanto, quando uma anomalia está presente, é obtida uma curva hiperbólica de tempo, facilitando a identificação de anomalias que porventura estejam presentes em determinado local.

As limitações encontradas com o uso do georadar são:

A dificuldade de determinar trincas com espessura entre 0,3 e 3 mm em superfícies secas;

A presença de armadura no concreto, o que dificulta a detecção de defeitos, por ser uma superfície refletora;

A presença de umidade altera a constante dielétrica do meio, influenciando assim a velocidade de propagação da onda e o tempo de reflexão da mesma;

Geralmente requer calibração através de outros métodos. As principais vantagens do geo-radar, segundo (Esteio, 2004) são:

Possibilidade de executar perfis contínuos do suporte do túnel e do solo;

Rapidez e baixo custo nos levantamentos, se comparado a sondagens, que geralmente são estudos pontuais;

Resultados rápidos e de alta resolução.