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DEGRADAÇÃO DE ESTRUTURAS POR REACÇÕES EXPANSIVAS DE ORIGEM INTERNA

CASO DE ESTUDO: VIADUTO DUARTE PACHECO EM LISBOA

Júlio Appleton, António Costa

SUMÁRIO

Neste trabalho apresentam-se os trabalhos recentemente realizados no Viaduto Duarte Pacheco

com o objectivo de aprofundar o conhecimento sobre as reacções expansivas de origem interna

que aí ocorrem com vista a definir a metodologia de reparação que irá ser implementada a curto

prazo.

1. DESCRIÇÃO DO VIADUTO O Viaduto Duarte Pacheco tem 355.10m de desenvolvimento entre eixos dos encontros. A largura do tabuleiro é de 24.00m dos quais 6.00m foram inicialmente destinados a 2 passeios de 3.00m cada. Cada faixa de rodagem comportava 2 faixas de 7.50m (2 vias) e 1 separador central de 3.00m. O Viaduto Duarte Pacheco foi projectado em 1937 pelo Eng. João Alberto Barbosa Carmona e a obra foi executada de Abril de 1939 a Dezembro de 1944 pela "Sociedade de Empreitadas de Obras Públicas, Lda". A estrutura, integralmente realizada em betão armado, divide-se em 5 partes (figura 3):

• Duas passagens superiores em arco, uma sobre a linha de caminho de ferro e outra sobre a Avenida do Parque Florestal de Monsanto, cada uma destas passagens compõe-se de 3 arcos paralelos com 40m de vão sobre os quais assenta o tabuleiro de betão armado por meio de pilares encastrados no arco.

A secção transversal do tabuleiro é constituída por uma laje contínua com 9 vãos de 2.30m e

consolas de 1.65m de vão, apoiada em 10 longarinas com 10 tramos de 4.00m. As longarinas são contínuas em 5 tramos, entre os apoios extremos e os apoios sobre o fecho do arco.

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As longarinas apoiam em pilares ou sobre carlingas encastradas nas cabeças dos pilares. As longarinas têm uma largura de 0.30m e alturas de 0.65m no vão e 0.81m sobre os pilares.

Os apoios extremos das longarinas, nos encontros ou nas pilastras intermédias, são

realizados com chapas de chumbo. Os pilares são articulados na direcção longitudinal no topo. Os pilares que apoiam nos arcos

têm uma largura de 2.683m e 0.40m de espessura. Os arcos, com uma espessura variável de 0.80m no fecho e 1.50m nas nascenças e 2.60m de

largura, têm uma forma parabólica e são encastrados nas pilastras. As pilastras são constituídas por betão simples.

• Dois viadutos com uma extensão de 85.80 m entre eixos, de vigas contínuas de 5 tramos

com 16.35m de vão assentes em pilares articulados longitudinalmente. Cada alinhamento de pilares é constituído por 4 montantes ligados por travessas horizontais no topo e a meia altura, constituindo assim pórticos transversais.

A secção transversal do tabuleiro é constituída por uma laje contínua, conforme

anteriormente referido para as passagens superiores, apoiada em 10 longarinas em viga contínua de 5 tramos de 16.35m de vão. As longarinas têm 0.50m de largura e alturas de 1.20m no vão e 1.90m sobre os apoios.

Estas longarinas apoiam-se em pórticos transversais, através de articulações metálicas no

topo, realizadas em aço vazado (que permitem a rotação associada à flexão longitudinal). Os pórticos transversais são também articulados (na direcção longitudinal) ao nível da travessa do primeiro contraventamento, com excepção de um dos pórticos transversais em que esta articulação não existe. Essas articulações são realizadas com chapa de chumbo e núcleo circulares armados e cintados.

Os pilares têm uma secção variável sendo de 0.697m × 1.022m no topo. As travessas

transversais no topo têm uma secção de 0.65m × 1.90m, no vão. As travessas intermédias têm secção de 0.40m × 0.80m (ou 2 × 0.40m × 0.40m nas articulações).

Os apoios livres das longarinas nas pilastras são realizados por balanceiros metálicos.

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• Um arco central sobre a Avenida de Ceuta. A secção transversal do tabuleiro é semelhante à anteriormente descrita, estando a laje

apoiada em 10 longarinas com 12 tramos de 7.83m, constituindo 2 conjuntos de vigas contínuas de 6 tramos entre a pilastra e o fecho do arco.

As longarinas têm uma largura de 0.35m e altura variável de 0.75m no vão e 1.20m sobre os

apoios. O arco central é constituído por 2 arcos gémeos afastados 6.225m com 91.80m de corda e

32.70m de flecha (referidos á linha média) os quais suportam o tabuleiro através de 4 montantes afastados 6.90m, interligados transversalmente por vigas.

Os montantes têm secção variável, sendo de 1.466m × 1.641m na ligação ao arco, para o

pilar mais alto. A livre dilatação das longarinas sobre os pilares é assegurada por placas metálicas de

escorregamento nos encontros e no eixo do arco. O apoio das longarinas nos pilares é feito através de articulações (longitudinais) metálicas. O apoio das longarinas nas pilastras é feito através de aparelhos metálicos de roletes.

Os arcos têm a forma de uma parábola de 5º grau. A espessura no fecho é de 1.40m e nas

nascenças de 2.80m, onde estão encastrados nas bases das pilastras principais. As pilastras principais têm uma altura de 43.00m, suportando os apoios extremos das vigas

do tabuleiro dos viadutos e do tabuleiro do arco central. As pilastras são vazadas contando 8 pavimentos de betão armado com um vão livre de 2.50m, os quais constituem também um travamento das paredes das pilastras. As paredes das pilastras são ligeiramente armadas. Os pavimentos estão interligados por escadas de madeira.

O acesso às pilastras realiza-se quer ao nível do tabuleiro quer ao nível da nascença dos

arcos, onde existe também uma abertura para acesso à face superior dos arcos. A secção transversal das pilastras apresenta uma largura de ≅ 29.00m e um desenvolvimento

na direcção longitudinal do viaduto de 3.80m no topo e de 6.12m na base. Nas faces laterais das pilastras existem frestas de iluminação natural do interior.

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As fundações do viaduto foram realizadas através de pegões ou sapatas directas, tendo sido de difícil execução. O Vale de Alcântara inclui formações calcárias e margo-calcárias cortadas por várias falhas. O pavimento das faixas de rodagem foi originalmente realizado em betão, com uma camada de forma realizada em betão de 200kg de cimento/m³ e uma camada de desgaste com 15cm de espessura, ligeiramente armada e executada com um betão de 400kg de cimento/m³. O Viaduto Duarte Pacheco foi objecto de alterações em 1965 tendo o seu perfil transversal sido remodelado. Assim, no sentido Lisboa/Cascais (lado Norte) foi reduzido o passeio de 3.00m para 1.80m envolvendo o corte da continuidade da laje do passeio (originalmente uma laje contínua de 2 vãos de 1.65m e 1.15m) para introdução de 3 vias nessa faixa. Nessa data, ou em data posterior, foi também removido o separador central inicial e introduzido um perfil tipo "Jersey". 2. SÍNTESE DA INSPECÇÃO E ENSAIOS EFECTUADOS DE 1993 A 1996 Em 1993 e 1994 o LNEC realizou uma inspecção visual e um conjunto de ensaios para caracterizar o estado de deterioração do Viaduto Duarte Pacheco. Dessa inspecção, apresentada nos relatórios de Outubro de 1993 e de Maio de 1994 (Relatório 123/94 NAB) do Proc. 022/1/11470, destacam-se as seguintes conclusões: 1. Da inspecção visual verificou-se a ocorrência de fendilhação em vários elementos da

estrutura. Essa fendilhação apresenta-se quer orientada ao longo das armaduras longitudinais, quer sem orientação preferencial definida (tipo "craquelé"). Esta deterioração está concentrada no arco central e montantes dos apoios do tabuleiro (em especial nas faces viradas a Sul e na face superior dos arcos) e nas consolas do tabuleiro (face inferior).

2. - Os ensaios de carbonatação realizados apresentam valores inferiores a 15mm.

- O teor máximo de cloretos medido em relação à percentagem da massa de betão é inferior ao teor crítico a profundidades de 2cm (valor médio de 0.03%).

Concluiu-se assim que a corrosão de armaduras, associada à sua despassivação pela acção da carbonatação ou cloretos, não seria relevante, restringindo-se a zonas de muito baixo recobrimento.

3. Da análise efectuada em microscópio electrónico e de microanálise dos raios X efectuada em

amostras de betão concluiu-se existirem reacções expansivas no betão. Estas observações

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revelaram compostos típicos de reacções álcalis-sílica e etringite. As reacções álcalis-sílica estão associadas à presença de inclusões de sílica reactiva na brita utilizada no betão.

A fissuração que se verifica no betão está assim associada a estas reacções. Quando essa fissuração se orienta segundo as armaduras daí resulta a sua despassivação e corrosão activa.

Numa amostra extraída de uma viga do arco central determinou-se o teor em sulfatos a 10 e 25mm tendo-se obtido valores de 0.75% e 0.27% da massa do betão.

No seguimento dos estudos efectuados em 1993 e 1994 foram realizados em 1996 novos ensaios destinados a avaliar a reactividade residual aos álcalis dos inertes do betão. Os estudos efectuados tiveram como objectivo pesquisar a existência no betão de formas de sílica reactiva, avaliar a reactividade residual aos álcalis e caracterizar os produtos formados pelas reacções expansivas no interior do betão. As amostras foram extraídas na zona do arco central junto à ETAR de Alcântara. Destes estudos, descritos no Relatório 65/96 NQ de Março de 1996, destacam-se as seguintes conclusões: − Confirma-se a existência de inertes reactivos com os álcalis, na forma de sílica

correspondentes a grãos de silex (inerte mais escuro), silicificações fibrosas em grãos de calcário e grãos de quartzo reactivo.

− Confirma-se a existência de reactividade residual aos álcalis, apenas em alguns provetes, o que significará que há uma heterogeneidade na distribuição dos inertes reactivos.

− Os produtos associados às reacções expansivas na forma cristalina ou em gel, presentes na pasta e em interfaces brita/pasta, correspondem a silicatos hidratados de cálcio e potássio (e sódio).

Observou-se ainda frequentemente a presença de etringite secundária, a qual pode indicar um ataque por sulfatos.

3. INSPECÇÃO COMPLEMENTAR REALIZADA EM 2001 Em 2001 foi solicitada uma inspecção complementar que teve como objectivos actualizar a avaliação da deterioração existente no viaduto e avaliar se o problema das reacções de origem interna é geral ou se está circunscrito às áreas já detectadas no arco central. Paralelamente pretendia-se reformular as metodologias de reparação e protecção geral da ponte. No presente trabalho vamos apresentar com especial destaque as questões relacionadas com as reacções expansivas de origem internas.

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3.1 Inspecção Visual e Mapeamento das Anomalias A inspecção visual envolveu a totalidade das superfícies expostas de betão. Na figura 1 apresenta-se 1 dos 58 desenhos realizados para localizar e ilustrar as anomalias visíveis nesta obra. Na figura 2 apresentam-se fotografias que mostram a fendilhação típica das reacções expansivas da origem interna e a corrosão de armaduras.

GUARDA NORTE _ FACE NORTEALÇADO LONGITUDINAL - FACE NORTE

ARCO NORTE - PILAR EXTERIOR

CASCAIS

GUARDA NORTE _ FACE SUL

FAC7

ALÇADO LONGITUDINAL - FACE SUL LISBOA

Figura 1 – Ilustração do mapeamento de patologias

FAC 4 FAC 5 FAC 16

Figura 2 – Fendilhação no betão e corrosão de armaduras

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No que se refere ao problema em análise importa referir que a fendilhação que se verifica nos pilares e arcos tem nalgumas zonas aberturas significativas e grandes profundidades. Para além da fendilhação de geometria irregular observa-se nos pilares e arcos fendilhação orientada segundo o eixo longitudinal. Nos arcos a fendilhação ocorre com maior incidência nas fases superiores e laterais. Nas faces superiores essas fendas atingem vários milímetros. Essa fendilhação produz a despassivação das armaduras e origina a sua corrosão e subsequente delaminação do betão. Muito embora a fendilhação associada às reacções expansivas seja mais significativa nos pilares e arcos do Arco Central este problema já se detecta em vigas do tabuleiro, na totalidade do viaduto. 3.2 Ensaios Complementares Os ensaios complementares foram realizados num conjunto de regiões seleccionadas como características dos diferentes elementos estruturais e dos diferentes níveis de deterioração. Na figura 3 apresenta-se a localização dos seguintes ensaios efectuados: Medição do recobrimento (50 locais) Medição de profundidade de carbonatação Perfis de cloretos Extracção de carotes (25) Medição da humidade no interior do betão Avaliação da variação da composição do betão nas várias estruturas – 6 carotes Avaliação da reactividade residual com álcalis/sulfato internos – 15 carotes

ALÇADO LONGITUDINAL

LISBOA CASCAISAVF VL AC VM AEM

Figura 3

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a) Medição da humidade no interior do betão Este ensaio teve como objectivo avaliar o teor de humidade a várias profundidades entre 5-10cm, 15-20cm, 25-30cm, 40-45cm e 55-60cm no interior do betão. O ensaio consiste em realizar uma furação com martelo eléctrico e broca com um diâmetro de 32mm, a várias profundidades. Nesse orifício é introduzida uma sonda, é selado o espaço à profundidade de medição e é feita a leitura da humidade relativa quando se verifica a sua estabilização na atmosfera do interior. Estes ensaios foram realizados na semana de 4 a 8 de Junho de 2001. Estes ensaios têm como objectivo obter a informação sobre o teor de humidade no interior do betão, parâmetro fundamental no desenvolvimento das reacções álcalis-sílica. Nas figuras 4 e 5 apresenta-se a sonda adoptada e a sua aplicação in situ e na figura 6 ilustra-se para uma das zonas estudadas a evolução da humidade relativa com a profundidade. Nestas figuras a 1ª medição foi realizada após instalação da sonda, a 2ª após 1h15min, a 3ª após 5h25min, a 4ª após 21h45min e a 5ª após 22h15min. A temperatura ambiente variou de 21º a 25.5ºC e a HR ambiental de 29.3 a 52.7%. Destes ensaios constatou-se que no interior do betão e para profundidade superiores a 10cm a humidade relativa é superior a 85%. As medições de humidade com esta técnica de ensaio devem ser feitas após estabilização da humidade uma vez que o efeito conjunto temperatura e humidade gera condensação de água nos orifícios tendendo a HR para os 100%. O valor da humidade relativa superior a 80%, mesmo em zonas expostas à radiação solar é considerada suficiente para o desenvolvimento das reacções expansivas que efectivamente ocorrem nesta obra no interior do betão.

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Figura 4 – Sonda de medida de humidade com o conjunto de acessórios para garantir a estanquidade durante as medições no betão

Figura 5 – Sondas instaladas a cinco profundidades na Zona A - Base do Arco Central/Face norte

10

80.0

85.0

90.0

95.0

100.0

0 10 20 30 40 50 60 70

Profundidade (cm)

Hum

idad

e (%

) 1ª medição2ª medição3ª medição4ª medição5ª medição

Figura 6 – Zona C. Variação da humidade com a profundidade

b) Carotes e Macroanálise Ilustra-se na figura 7 uma das carotes extraídas do arco central (F3) realizadas com o objectivo de avaliar a profundidade e abertura das fendas. Nessa carote observam-se inertes escuros, grãos de sílex, com dimensões variáveis de 5mm × 5mm a 30mm × 15mm, 5 dos quais apresentam indícios de reacção álcalis-sílica. Nessa carote observa-se ainda uma camada de reboco com 4 a 10mm da espessura aplicado quando da execução da obra. A fenda ocorre até uma profundidade de 280mm. Na figura 8, apresenta-se outra carote onde são visíveis os sinais de reacção álcalis-sílica a qual produziu mesmo a rotura de um inerte calcário adjacente (carote N2 – Arco Central).

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Figura 7 – Carote F3 extraída seccionando fenda no arco central

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Figura 8 – Carote N2

c) Avaliação da Variação da Composição do Betão nas várias Estruturas Tendo-se constatado que os fenómenos de reacção álcalis do cimento e sílica dos inertes originaram fendilhação muito significativa, essencialmente na estrutura do arco central (arcos e pilares), este estudo teve como principal objectivo avaliar se há grande heterogeneidade nos betões ou se são outras as causas da deterioração mais acelerada do arco central.

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Assim, das carotes que se extraíram, seleccionaram-se 6 para este estudo: Essas carotes foram objecto dos seguintes estudos:

• Observação em MEV (microscópio electrónico de varrimento) do tipo de microestrutura do betão e constituição elementar da pasta de cimento;

• Observação de amostras de argamassa para análise mineralógica por DRX (Difracção por Raios X)

• Determinação do teor em álcalis e sulfatos no betão. Os diferentes provetes retirados das seis amostras apresentaram betões com microestruturas e composições elementares e mineralógicas semelhantes o que é indicativo de, nas diferentes zonas da estrutura onde foram retiradas as amostras, terem sido utilizados betões com formulações idênticas. d) Avaliação da Reactividade Residual aos Álcalis/Sulfatos Internos Estes ensaios têm como objectivo avaliar a reactividade residual existente nos betões do Viaduto Duarte Pacheco por forma a prever a evolução da deterioração da obra e o grau de eficácia das medidadas de intervenção. Dessas carotes estão a ser efectuados os seguintes ensaios: Expansão relativa de carotes sujeitas a um ambiente saturado a 30° C com e sem fornecimento de álcalis durante 1 ano. Para além da medição da expansão, os provetes serão objecto de análise microestrutural em MEV e mineralógica em DRX. Os provetes sujeitos a ambiente sem álcalis serão utilizados para avaliar as reacções com sulfatos de origem interna. Para avaliar a importância mecânica dessas reacções será efectuada a medição do módulo de elasticidade antes e após o ensaio de reactividade. Estes ensaios têm necessariamente um tempo de execução longo, sendo importantes para o mais completo entendimento dos fenómenos de reacção química presentes neste viaduto. e) Recobrimentos de Armaduras Por forma a avaliar as espessuras do betão de recobrimento das armaduras, efectuaram-se ensaios em 50 locais da obra distribuídos da seguinte forma:

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Arcos: 12 locais Pilares: 20 locais Tabuleiro: 18 locais Os resultados obtidos mostram que este parâmetro apresenta uma elevada variabilidade de elemento para elemento estrutural e mesmo dentro de cada elemento. Refira-se que este aspecto é correntemente observado em obras antigas, verificando-se que era dada pouco importância a este parâmetro. Para estruturas expostas ao ambiente exterior, recobrimentos inferiores a valores da ordem de 20 a 25mm não são adequados dado apresentarem deficiente resistência à penetração dos agentes agressivos que conduzem à despassivação das armaduras e não evitarem a variação do teor de humidade ao nível das armaduras nas zonas da estrutura sujeitas a períodos de secagem/molhagem, o que conduz, em geral, a velocidades de corrosão elevadas. Analisando os valores dos recobrimentos medidos, verificam-se os seguintes aspectos principais para as zonas não afectadas por fendilhação devida às reacções expansivas: − Nos pilares, os recobrimentos são, em geral, relativamente elevados (variam de 16mm a

74mm), observando-se poucos casos com valores inferiores a 20mm. Desta forma, só localmente é que a estrutura apresentará maior sensibilidade ao mecanismo de corrosão de armaduras.

− Nos arcos, verifica-se também que, em geral, os recobrimentos das armaduras apresentam

valores razoáveis (variam de 12mm a 82mm). No entanto, as zonas com baixos recobrimentos (valores inferiores a 20mm) apresentam maior significado que nos pilares, tornando estes elementos mais sensíveis à corrosão de armaduras.

− No tabuleiro, verifica-se que as lajes e as vigas apresentam duas situações bem distintas:

− As vigas apresentam valores de recobrimentos de armaduras, em geral, superiores a

25mm (variam de 11 a 86mm) e só pontualmente se observam valores inferiores a 20mm. Isto significa que estes elementos apresentam um comportamento razoável relativamente à corrosão.

− Nas lajes, verifica-se que a generalidade das armaduras apresentam recobrimentos

inferiores a 20mm (variam de 6 a 29mm), observando-se uma percentagem elevada de armaduras com recobrimentos muito baixos (inferiores a 10mm). Estes elementos constituem a parte da estrutura com maior sensibilidade à corrosão das armaduras.

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f) Profundidade de Carbonatação Na análise dos resultados dos ensaios de carbonatação, realizados sobre zonas não deterioradas da obra, foi tido em consideração que a frente de carbonatação que origina a despassivação das armaduras está mais profunda do que a indicada pelo teste da fenolftaleína. Tomando um valor de 5mm para atender a esta diferença, obtêm-se os seguintes valores médios para a profundidade de carbonatação nas diversas zonas da obra:

• Tabuleiro: Zonas protegidas: Ca = 17 + 5 = 22mm Zonas não protegidas: Ca = 11 + 5 = 16mm Valor médio global: Ca = 13 + 5 = 18mm

• Pilares: Ca = 4 + 5 = 9mm • Arcos: Ca = 3 + 5 = 8mm

Os resultados obtidos mostram que a carbonatação tem maior significado no tabuleiro do que nos pilares e nos arcos. No tabuleiro nota-se uma diferença entre os valores da profundidade de carbonatação medida nas faces protegidas da acção da água da chuva e os valores medidos nas faces expostas. Este comportamento é expectável, dado que o menor teor de humidade do betão nas zonas protegidas conduz a maiores velocidades de carbonatação. A maior profundidade de carbonatação do betão medida no tabuleiro deverá estar associada a uma menor qualidade do betão devida a diferenças de composição ou a um menor cuidado na sua colocação e compactação. Com excepção de alguns casos pontuais, verifica-se que os valores da profundidade de carbonatação são muito baixos face à idade da obra (60 anos). Este facto indica que, em geral, o betão do viaduto apresenta uma qualidade muito boa sob o ponto de vista da resistência à penetração de CO2. Dos resultados dos ensaios é possível obter as seguintes conclusões: − A carbonatação do betão não constitui a causa principal da deterioração da obra. Nas zonas

da obra onde o betão de recobrimento não apresenta defeitos e tem uma espessura adequada, a carbonatação apresenta ainda reduzido significado.

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− No tabuleiro observaram-se os maiores valores da profundidade de carbonatação. Nesta zona da obra, as armaduras com reduzido recobrimento apresentar-se-ão despassivadas numa percentagem significativa, nomeadamente na face inferior da laje. No entanto, as zonas com maior nível de carbonatação são as que se encontram protegidas, pelo que a corrosão de armaduras está restringida pela elevada resistividade de betão. A face inferior da consola, dada a sua maior exposição à acção da água, apresenta condições mais favoráveis para o desenvolvimento da corrosão, pelo que o nível de deterioração é já bastante elevado.

− Nos arcos e nos pilares a profundidade de carbonatação é muito baixa, afectando apenas as armaduras com recobrimentos muito baixos.

− Nas zonas da obra com betão de recobrimento fendilhado, a carbonatação terá atingido o

nível das armaduras e, deste modo, contribuído para a deterioração por corrosão do aço. g) Penetração de Cloretos Nos gráficos da figura 9 apresentam-se os perfis de cloretos obtidos nos diferentes elementos estruturais da obra. Os resultados obtidos mostram que existe alguma contaminação por cloretos na camada superficial do betão, embora com valores baixos, com excepção de um pilar e uma viga do arco central onde se verificam teores de cloretos mais elevados. Os perfis de cloretos mostram que a contaminação é devida à penetração de cloretos provenientes do exterior, não existindo a presença deste elemento agressivo no interior da massa do betão.

ARCOS

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0 1 2 3 4 5

Profundidade [cm]

Cl [

% m

assa

de

betã

o]

teor crítico

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PILARES

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0 1 2 3 4 5

Profundidade [cm]

Cl [

%m

assa

de

betã

o] teor crítico

TABULEIRO

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0 1 2 3 4 5

Profundidade [cm]

Cl [

% m

assa

de

betã

o] teor crítico

Figura 9 – Perfis de cloretos

Os teores medidos são inferiores à concentração crítica que conduz à despassivação das armaduras, com excepção das zonas atrás referidas. Nessas zonas, o teor crítico está, nesta altura, a cerca de 2.5cm de profundidade. Comparando a profundidade da penetração do teor crítico de cloretos com a espessura de recobrimento das armaduras, verifica-se que apenas, localmente, poderá existir despassivação das armaduras quando os recobrimentos forem muito baixos.

Nas zonas da estrutura que apresentam fendilhação, os cloretos terão penetrado em maior profundidade e, deste modo, contribuído para a deterioração por corrosão das armaduras.

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h) Resistividade do Betão

Os valores medidos da resistividade do betão são em geral elevados (30 a 100 kΩcm em média), mesmo nas zonas onde a superfície mostrava indícios de humidade. Estes valores confirmam a boa qualidade do betão e indicam que, nos casos onde ocorreu a despassivação das armaduras, as velocidades de corrosão instaladas são relativamente baixas, com excepção das zonas fendilhadas. Nestas zonas, como a água tem acesso directo à zona da armadura através das fendas, a resistividade do betão tem menor significado no controlo da corrosão. 3.3 Conclusões da Inspecção Complementar A inspecção efectuada à obra mostrou que os principais tipos de deterioração instalados na estrutura são a fendilhação de betão e a corrosão de armaduras. Relativamente à fendilhação referem-se os seguintes aspectos principais: − A causa deste tipo de deterioração da obra são as reacções expansivas entre os álcalis e a

sílica reactiva dos inertes. − Os elementos mais afectados são as faces superior e laterais dos arcos centrais, os pilares

sobre os arcos centrais, as pilastras dos arcos centrais e as vigas de bordo do lado Sul dos Viadutos de Monsanto e de Lisboa. As fendas nos arcos centrais desenvolvem-se até profundidades elevadas (> 40cm).

− Os ensaios de composição do betão indicam que existem inertes reactivos em toda a obra. Os ensaios de humidade mostram que a humidade relativa no interior dos elementos

estruturais é superior a 85%. O teor de álcalis do betão é relativamente baixo. No entanto, pode considerar-se que os

ensaios realizados não são conclusivos, dado terem sido analisadas apenas três amostras de betão.

− O maior nível de fendilhação observado nos arcos centrais e nos pilares sobre estes arcos

deverá estar associado à maior espessura destes elementos, às condições de exposição da obra nesta zona e à eventual maior concentração de inertes reactivos nestes elementos estruturais.

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− Os ensaios realizados até esta altura indicam que estão reunidas as condições para que as reacções expansivas se continuem a desenvolver na obra, o que tem implicações importantes nas metodologias de intervenção.

No que se refere à corrosão de armaduras salientam-se os seguintes aspectos: − Os elementos mais afectados pela corrosão de armaduras são os pilares sobre o arco central,

a face inferior das consolas do tabuleiro, a face inferior dos arcos laterais e os guarda-corpos. − Nos pilares sobre o arco central a causa deste tipo de deterioração foi a fendilhação originada

pelas reacções expansivas. Nos outros elementos da obra atrás referidos a causa principal da corrosão de armaduras foi o reduzido recobrimento dos varões.

− Os recobrimentos de armaduras apresentam valores razoáveis na maior parte dos elementos

estruturais, com excepção da face inferior das lajes do tabuleiro e zonas locais da face inferior dos arcos onde se verificam valores muito baixos.

− A profundidade de carbonatação é pequena, com excepção dos tabuleiros das obras onde se

observaram valores superiores aos dos restantes elementos estruturais. Este facto, associado ao menor recobrimento das armaduras nas lajes do tabuleiro, implica

que nesta altura exista já uma percentagem significativa de varões despassivados nesta zona da obra.

Nas consolas o problema é mais gravoso dado que estas zonas estão sujeitas a condições de humidade elevada que conduzem a maiores velocidades de corrosão. Nos painéis interiores da laje o problema tem menor significado dado o betão se apresentar seco.

− A contaminação da estrutura por cloretos é baixa e ocorre apenas na camada superficial do

betão. Este aspecto mostra que não existem problemas de corrosão originados por este agente agressivo, à excepção de zonas locais onde se verificam recobrimentos muito baixos ou zonas muito fendilhadas.

4. INTERVENÇÕES PROPOSTAS

Quanto à metodologia de intervenção a implementar na obra, verifica-se a necessidade de reparar, proteger e monitorizar a estrutura: a) Reparar as zonas com indícios de corrosão de armaduras, reconstruindo o betão da camada

superficial com microbetão ou argamassas pré-doseadas. Em zonas com extensão

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significativa está previsto o reforço com malha de aço galvanizado que tem o objectivo de controlar, reduzindo, a abertura de fendas devidas a novas reacções expansivas.

b) Reparar as zonas com fendilhação acentuada provocada pelas reacções expansivas, embora

sem corrosão de armaduras. Nas fendas de abertura superior a 1.0mm está previsto o seu preenchimento com calda de cimento e a selagem do bordo com poliuretano. Nas fendas com abertura entre 0.4mm e 1.0mm está previsto somente a sua selagem.

c) Proteger a estrutura em relação ao mecanismo de corrosão de armaduras e atenuar as

reacções expansivas álcalis-sílica. Nesse efeito de protecção é assim essencial a eficácia no controlo das trocas de humidade

entre o ambiente exterior e a estrutura de betão. Assim, o sistema deverá eliminar a penetração de água para o interior do betão ao mesmo tempo que possibilita a saída de vapor de água do interior do betão para o meio exterior.

Paralelamente o sistema de protecção superficial deverá ainda garantir uma adequada protecção em relação à penetração do anídrico carbónico (CO2) e deverá possuir capacidade de deformação para absorver, sem fendilhar, as deformações expansivas (e abertura de fendas) devidas às reacções álcalis-sílica.

Assim, este sistema de protecção superficial multi-barreiras será composto pelos seguintes elementos:

− Impregnação hidrofugante, sistema aplicado por projecção e que penetra na estrutura porosa superficial do betão, revestindo os poros e repelindo a água.

− Barramento das fendas, incorporando malha de fibras de vidro. − Pintura (revestimento espesso e flexível) aplicado pelo menos em duas demãos cruzadas e

com espessuras diferenciadas nos seguinte elementos: Arcos centrais, pilares sobre os arcos centrais, pilastras dos arcos centrais e vigas

exteriores do tabuleiro d) Monitorizar a obra relativamente ao mecanismo de corrosão de armaduras: através da

introdução de célculas de corrosão que permitam identificar a altura em que ocorre a despassivação das armaduras e a evolução da velocidade de corrosão. Monitorizar a obra relativamente ao desempenho da protecção superficial: através da instalação de célculas de resistividade, as quais permitem avaliar a vários níveis a evolução da humidade do betão.

Monitorizar a obra relativamente ao desenvolvimento das reacções expansivas: através da instalação de sensores de fibras ópticas para medição de deformações.