ENACOR - Wilson Ahrens _rev01_

44a REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO
18o ENCONTRO NACIONAL DE CONSERVAÇÃO RODOVIÁRIA
44a RAPv / 18O ENACOR
Foz Do Iguaçu-PR – Brasil – 18 A 21 de Agosto de 2015
A RECUPERAÇÃO DE PAVIMENTOS DE OAE
EM CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND
Wilson Ahrens 1
RESUMO
No país e em especial no estado do Paraná, existem muitas pontes cujos pavimentos foram ou são construídos em
concreto de cimento Portland. Existem obras com mais de cinqüenta anos, cuja vida útil já expirou, sendo que o
DER/PR tem avaliado e indicado a reconstrução em concreto armado, em virtude das vantagens em relação ao
pavimento asfáltico.
A solução apresentada consiste em: a) sinalizar devidamente a obra de arte; b) recuperar o pavimento alternadamente em
meia pista, mantendo o tráfego na outra faixa; c) executar uma malha de aço devidamente dimensionada e engastada no
tabuleiro através de pinos de aço introduzidos com adesivo epóxi; d) executar uma ponte de aderência com adesivos à
base de resina epóxi; e) lançar o novo pavimento em concreto numa dosagem da ordem de Fck = 35 Mpa; f) executar
uma cura química para evitar perda de água.
Devem ser recuperadas também as juntas de dilatação, o que pode ser feito em juntas pré-moldadas com perfil de
neoprene ou juntas moldadas no local com selantes plásticos semi-rígidos.
PALAVRAS CHAVE: Pavimento, Concreto Armado, Juntas, Pontes
ABSTRACT
All over the country and especially in the State of Paraná there are lots of bridges with Portland Cement Concrete
pavements over them. One can find bridges more than fifty years old, with their life cycles already expired, where the
Parana State Department of Highways has indicated the pavement reconstruction with reinforced concrete, due to its
advantages when compared with asphalt pavement.
The solution here presented consists of: a) installation of the proper work safety signs; b) rehabilitation of the pavement
in just half the track width, keeping the traffic on the other lane; c) construction of a steel mesh properly designed and
inlaid in the bridge deck with steel bolts, using epoxy adhesive; d) performing a bonding layer with adhesives based on
epoxy resin; e) launching of the new concrete pavement, with Fck=35 Mpa concrete; f) performing a “chemical cure” to
avoid the loss of water.
The expansion joints must also be rehabilitated, what can be done either with neoprene profiles or cast-in-place joints
using semi rigid plastic sealants.
KEY WORDS: Pavement, Reinforced Concrete, Joints, Bridges
1
Wilson Ahrens – Eng.º do Departamento de Estradas de Rodagem do PR desde 1974
SINALIZAÇÃO DA OBRA
Para execução do serviço de recuperação do pavimento das OAE, é desejável que a obra possa ser
interditada para que o serviço seja realizado. Se, porém, o tráfego não puder ser interditado, é
recomendável um eficiente serviço de sinalização, de forma que se possa realizar a obra em duas
etapas, sendo cada pista executada em uma etapa.
O tráfego deve ser mantido em baixa velocidade, da ordem de 20 km/h sobre a ponte, sem freadas
ou acelerações.
Na Tabela 1 – Grupo 185 – SINALIZAÇÃO PROVISÓRIA, estão relacionados os serviços
referentes à sinalização padrão de uma obra. Estes serviços foram quantificados a partir de um
projeto de sinalização elaborado pelo DER/PR, e adaptado para cada obra em particular.
É importante executar limitadores de velocidade tais como redutores ou lombadas, dependendo do
volume de tráfego na rodovia.
Para interromper o tráfego em fluxos alternados, é utilizado semáforo de dois tempos, em cada
acesso à obra de arte.
Tabela 1 – Grupo 185 – Sinalização Provisória
Código Serviço
89422 Aluguel de gerador 5,5 KvA
89226 Fornecimento e instalação de baldes plásticos translúcidos 8 a 10 litros,
h=27 a 30 cm, p/ sinalização
89484 Fornecimento e instalação de barreira contínua classe I
89362 Fornecimento e instação de cabo elétrico 2 x 1,5 mm p/ semáforo e luz
intermitente
89223 Fornecimento e instalação de cabo elétrico 2 x 2,5 mm p/ sinalização
89363 Fornecimento e instalação de cabo elétrico PP 1000 V 3 x 1,5 mm p/
instalação de semáforo
89193 Fornecimento e instalação de cones de PVC p/ sinalização h=75 cm,
refletivo
89225 Fornecimento e instalação de lâmpadas incandescentes pot. 40 W,
inclusive soquetes
89196 Fornecimento e instalação de luz intermitente (piscante)
89192 Fornecimento e instalação de semáforo automático completo c/ 2
lâmpadas (2 tempos) e suporte
82000 Placa sinalização c/ película refletiva
82100 Suporte de madeira 3”x3” p/ placa sinalização
87300 Tachão refletivo bidirecional
Unid.
h
ud
Quantidade
1.800,000
25,000
m
m
92,000
50,000
m
m
140,000
120,000
ud
50,000
ud
25,000
ud
ud
2,000
2,000
m2
ud
ud
60,000
36,000
300,000
DEMOLIÇÃO DO PAVIMENTO EXISTENTE EM MEIA PISTA
O concreto armado não é um material permeável. Nas pontes construídas antes de 1980 utilizava-se
o concreto com Fck da ordem de 18 Mpa, e com fator água/cimento da ordem de 0,55. Este
concreto é muito poroso. Principalmente ainda no caso da cura não ter sido realizada de forma
adequada.
2
À medida que o tempo corre, a água vai penetrando no concreto e carregando os materiais alcalinos
que compõem o cimento. E com a penetração do dióxido de carbono, o CO2, acontece o fenômeno
chamado carbonatação, em que o hidróxido de carbono combinado com o dióxido de carbono forma
o carbonato de cálcio.
São as manchas de eflorescência que aparecem na superfície do concreto, principalmente na parte
inferior da laje do tabuleiro, com a água que penetra pela pista, se a pista estiver fraturada e o
concreto da laje poroso. Este fenômeno provoca a despassivação da armadura, ou seja, o concreto
deixa de proteger a armadura no seu interior, e inicia-se o processo de oxidação e perda da
ferragem. Se este processo não for estancado, pode levar a obra à ruína.
Hoje são utilizados concretos com Fck da ordem de 40 Mpa, e com baixo fator água/cimento, e
ainda com micro-sílica na dosagem, o que o torna praticamente impermeável.
Na figura 1, podemos observar o pavimento em concreto da ponte sobre o Rio Goierê, obra anterior
ao ano de 1985 e que se encontrava bastante fraturado.
A demolição do pavimento deve ser integral e as anomalias da laje estrutural devem ser tratadas
antes da execução do novo pavimento.
A demolição poderá ser executada através de rompedores manuais. Importante demolir somente o
pavimento, sem atingir a laje estrutural do tabuleiro.
Figura 1 – Pavimento em concreto fraturado na ponte do Rio Goioerê na rodovia PR-468
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EXECUÇÃO DA MALHA DE AÇO
Malha de aço
Após a remoção do pavimento antigo e da escarificação, será implantada uma malha de aço. Para
tanto serão introduzidos pinos no tabuleiro, através de furação e colagem com adesivo epóxi. Nos
nossos projetos, adotamos a colocação dos pinos a cada 50 cm nos sentidos longitudinal e
transversal conforme pode-se ver na figura 2. Os pinos devem ficar a uma altura de 5 cm abaixo da
superfície do novo pavimento. A seguir a malha de aço, será soldada nestes pinos, ficando à meia
altura do pavimento projetado.
Dimensionamento
As superfícies de rolamento para estrados em concreto são construídas com a finalidade de
proteger o concreto estrutural da abrasão, das intempéries e de agentes oriundos de cargas
transportadas.
Quando executado simultaneamente com a laje estrutural pode ter espessura reduzida desde que
garanta um cobrimento das armaduras, mínimo de 5 cm; se executado em outra etapa, o estado de
superfície da laje estrutural deve ser deixado áspero, irregular e com o aparecimento de agregado
graúdo e o pavimento em concreto deve ficar com uma espessura mínima da ordem de 7 cm.
Este pavimento de concreto é continuamente armado, possuindo armadura distribuída em toda sua
extensão, com o objetivo de ligar fortemente as faces das fissuras, que surgem entre as juntas do
tabuleiro.
O pavimento em concreto continuamente armado freqüentemente apresenta fissuras de retração
regularmente espaçadas que são fortemente fechadas pela malha de aço.
Vejamos como deve ser feito o dimensionamento dos pavimentos em concreto, de acordo com o
manual do DNIT. (FAINSTEIN et al, 1996)
A armação do pavimento rígido, será constituído de malha situada a meia altura da placa, e
calculada, para cada direção, pela seguinte expressão, recomendada pela A.B.C.P.:
AS = L µ W/2 σS
(1)
Onde:
L=
µ=
W=
σS =
AS =
distância entre juntas ou entre a junta e o bordo livre, em metros;
coeficiente de atrito = 2;
peso da placa por unidade de área, em kgf/m2;
tensão admissível do aço = tensão de escoamento / 1,3;
área da armadura por unidade de comprimento, em cm2 /m;
Vejamos um caso prático com os seguintes valores:
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L = 5,12 metros
µ=2
W = 360 kgf/m2
σS = 3.846 kgf/m2
AS = em cm2 /m
AS = 5,12 x 2 x 360 x (2 x 3.846)
AS = 0,47 cm2 /m
Adotamos barras com diâmetro 6,3 mm cada 12,5 cm, em ambas as direções.
Poderão ser utilizadas também para agilizar a montagem da ferragem, as telas soldadas para
estruturas de concreto armado. São produzidas com aço CA-60 nervurado, proporcionando maior
aderência do aço com o concreto, sendo soldadas em todos os pontos de cruzamento, garantindo
melhor ancoragem, ligando os elementos estruturais, além de proporcionar um excelente controle de
fissuramento.
Poderemos adotar as tabelas da IBTS – Instituto Brasileiro de Telas Soldadas. (IBTS, 2015)
Por exemplo, utilizando o aço CA 60, a série 283:
Designação: Q283
Espaçamento entre fios (cm)
Longitudinal: 10 cm e Transversal 10 cm.
Diâmetro: 6,0 mm nos dois sentidos
Seções: 2,83 cm2/m nos dois sentidos.
Apresentação: painel
Dimensões: largura=2,45 m, comprimento=6,0 m
Peso da peça= 65,9 kg
Avaliação do reforço do tabuleiro proporcionado pelo pavimento armado em concreto.
O pavimento em concreto, irá melhorar as condições da laje estrutural. Para compreendermos
melhor o desempenho do tabuleiro, vamos apresentar uma simulação.
Consideremos uma laje submetida a um momento fletor positivo de Mxm1 = 5 kNm e consideremos
que esta laje tem uma espessura de 20 cm e um concreto com Fck=30 Mpa.
Através de programas de computador desenvolvidos pelo autor para cálculo de lajes, utilizando os
princípios das tabelas para o cálculo de lajes de pontes de Rüsch, (RÜSCH, 1971), teremos uma
ferragem positiva da laje, de:
Distância da linha neutra até a borda comprimida = 5,28 cm
Seção de aço necessária = 8,31 cm2
Braço de alavanca z = 14 cm
Deformação específica do concreto = 0,0035
Deformação específica do aço = 0,0071
Kx = 0,33
Kz = 0,87
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Se consideramos um pavimento de 10 cm, de tal forma que a altura total da laje e pavimento passe a
h=30cm, teremos nesta nova condição:
Distância da linha neutra até a borda comprimida = 5,55 cm
Seção de aço necessária = 8,31 cm2
Braço de alavanca z = 24 cm
Deformação específica do concreto = 0,0027
Deformação específica do aço = 0,010
Kx = 0,21
Kz = 0,91
Momento equivalente para esta situação Mxm2 = 8,40 kNm
Houve portanto, um acréscimo de resistência de:
Aumento da resistência
= (Mxm2 / Mxm1 –1) x 100 %
= (8,40 / 5,00-1) x 100 = 68%
(2)
Este é o acréscimo de resistência obtido para os momentos positivos. Da mesma forma podemos
demonstrar que haverá um aumento da resistência para os momentos negativos. O ganho de
resistência para os momentos negativos não será tão expressivo, pois vai depender
fundamentalmente da relação entra a ferragem utilizada na sobre laje e a ferragem da laje existente,
mas no total haverá um ganho considerável de resistência na utilização da sobre laje.
EXECUÇÃO DO NOVO PAVIMENTO
Ponte de aderência
Para promover a aderência do concreto novo com o concreto da laje, é necessário aplicar uma ponte
de aderência.
Existem vários produtos à base de polímeros acrílicos e aditivos e também de resinas epóxi de alta
viscosidade.
As superfícies de concreto devem ser limpas com jato de água, secas, íntegras e isentas de pó. No
caso de superfícies lisas, estas devem ser apicoadas, de preferência por escarificação mecânica e com
o uso de rompedor, ponteiro ou talhadeira. Após o apicoamento, a superfície de concreto deve estar
totalmente limpa.
Pode-se usar também as emulsões de polímero acrílico, resistente à hidrólise e funcionam de forma
muito eficiente como pontes de aderência.
Na figura 3, foi aplicada o polímero acrílico, antes do lançamento do concreto. Lançamento do concreto
O concreto poderá ser lançado diretamente do caminhão betoneira ou transportado através de
carrinhos apropriados. Para maiores distâncias é recomendado o uso de concreto bombeado para
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agilizar o processo de concretagem. Importante proceder a vibração tomando cuidado para não
segregar a massa.
Cura química
Para evitar que ocorram patologias na execução do pavimento de concreto e para melhorar a
resistência ao desgaste superficial, pode-se usar um concreto com maior resistência mecânica,
podendo se usar produtos reagentes ou agregados de alta resistência na superfície, e principalmente
utilizar condições adequadas de cura e de proteção do piso nos primeiros dias após a concretagem.
Alguns concretos tendem a apresentar maior tempo de pega, em função das características dos
cimentos, de forma que a exsudação se manifesta com maior intensidade.
Para evitar a perda de água da hidratação do cimento, devem se usar mantas para cura úmida e
também a cura química com produtos a base de PVA, acrílicos, copolímeros, parafina, etc.
Figura 2 - Preparação da malha de aço para o novo pavimento em concreto de cimento Portland.
Ponte sobre o Rio Laranjinha na PR-218.
Basicamente os agentes de cura química protegem os concretos contra a perda excessiva de água
causada por vento, alta temperatura ambiente, dificultando ou eliminando a incidência de
fissuramento superficial por retração hidráulica, garantindo uma redução da ordem de 80% a 90% da
evaporação.
Alguns agentes são formulados à base de copolímero butadieno (SBR), sem necessidade de remover
a película após aplicada.
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Existem aqueles que são formuladas à base de parafina com a mesma finalidade de evitar a
evaporação rápida da mistura aquosa.
Para cada projeto deve ser avaliado o melhor agente de cura, em função das condições locais, da área
a ser aplicada, dos equipamentos disponíveis para execução da obra e do treinamento das equipes de
campo.
RECUPERAÇÃO DAS JUNTAS DE DILATAÇÃO
É muito importante nos pavimentos das obras de arte, a execução correta das juntas de dilatação ou
juntas de expansão.
A função das juntas é permitir os movimentos relativos entre as duas partes da estrutura. Em alguns
projetos de pontes os tabuleiros são interrompidos em função dos requisitos estruturais, (HELENE et
al, 2003).
As juntas devem garantir que a movimentação total projetada da ponte sobre as juntas seja cumprida
sem impactos ou danos aos elementos estruturais, garantir a continuidade da capa de rodagem e
serem impermeáveis de forma a escoar a água sobre o tabuleiro de forma rápida e segura.
No Paraná, tradicionalmente as aberturas foram seladas com juntas pré-moldadas com um perfil de
neoprene em forma de “V” colado com um adesivo epóxi.
Figura 3 - Lançamento do concreto.
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Atualmente nos nossos projetos, incorporamos as juntas moldadas no local, com selante plástico.
Nestas juntas, utiliza-se no fundo como corpo de apoio o cordão flexível alcatroado ou de
poliestireno expandido. Na parte superior da abertura, que fica em contato com os veículos, é
colocado um selante plástico de consistência semi-rígida que poderá ser uma combinação de asfaltos
refinados, resinas plastificantes ou fibra de asbesto.
Selante para juntas de dilatação e expansão em pavimentos de OAE.
Utilizamos um selante de policloropreno que contém: polisopreno sintético, cargas minerais,
plastificantes, resinas sintéticas, e agente de acoplamento, (STELA SELAMIL, 2010).
Este selante é moldado “in loco”, aplicado a frio, conforme a figura 4, cuja cura se dá através do
contato direto com o ar atmosférico, resultando em um produto flexível que apresenta uma longa
durabilidade, atuando de forma estanque e resistente aos agentes agressivos da natureza e
permitindo a liberação do trânsito imediatamente após a aplicação.
Junta elástica expansível para pavimentos de OAE.
Nesta junta o selante é constituido por uma câmara elastomérica pré-formatada, por um adesivo
epoxídico bi-componente e pelo processo de pressurização durante a cura do adesivo, que mantém o
perfil aderido às paredes da junta, (JEENE, 1999).
Figura 4 - Selante para juntas de dilatação e expansão em pavimentos de OAE.
Este tipo de junta apresenta características de flexibilidade, resiste ao ataque dos agentes agressivos
da natureza e mantém a estanqueidade mesmo sob pressões hidrostáticas elevadas.
SERVIÇOS DE RECUPERAÇÃO – TABELAS
Os serviços básicos para recuperação do pavimento em concreto, utilizados na ponte sobre o Rio
Goioerê, estão expostos nas tabela 1 e 2.
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Tabela 2 – Grupo 7 – Obras de Arte Especiais
Código
73000
70800
79589
79584
79541
70670
75440
70710
70616
79036
Serviço
Aço CA-50 fornec. dobr. colocação
Adesivo epóxi tixotrópico p/ chumbadores
Bombeamento de concreto
Concreto bombeável usindado Fck=32 Mpa
Cura química com Isocure o similar
Demolição de concreto simples
Dreno ferro galvanizado 0,40 m 4”
Limpeza com jato de água
Perfuração em concreto armado d=16,0 mm
Pintura superfície concreto c/ adesivo epóxi de pega lenta tipo Nitobond
EPPL ou similar, p/ ponte de aderência entre concreto velho e novo.
Unid.
kg
kg
m3
m3
m2
m3
ud
m2
m
kg
Quantidade
1.975,000
60,000
42,000
42,000
400,000
35,000
20,000
1.250,000
84,000
200,000
Figura 5 - A recuperação concluída na ponte do Rio Goioerê na rodovia PR-468
CONTROLE TECNOLÓGICO
Lançamento do concreto.
Deve ser controlado o concreto usado na obra, identificando cada caminhão que for aplicado. Deve
ser demarcado na pista o local exato de início e término em que cada carga foi utilizada, para
controle de aceitação, após a realização dos ensaios.
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Moldagem de corpos-de-prova.
Para retirada de corpos-de-prova de concreto, deverão ser obedecidos os procedimentos da norma
NBR 5378 – Concreto – Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova.
Serão preparados corpos-de-prova para ensaio de compressão axial. Deverão ser preparadas quatro
amostras retiradas de cada carga que for aplicada na obra.
Poderão ser utilizados cilindros com 10 ou 15 cm de diâmetro.
Ensaios de compressão axial.
Devem ser utilizadas as prescrições da NBR 5739 – Concreto – Ensaio de compressão de corposde-prova cilíndricos.
Os lotes devem ser montados de acordo com a tabela 3 – e possuir o número de exemplares
indicado:
Tabela 3 –Lotes e amostras de concreto
Total de volume do Lote (m3)
Até 40
40 a 200
200 a 500
Nº mínimo de amostras
8
15
32
Recebimento
Os serviços serão aceitos e passíveis de medição desde que atendam simultaneamente as exigências
de materiais definidos nas especificações do DER/PR e da resistência à compressão simples para
cada lote.
Os serviços cujos ensaios estiverem em desacordo com as especificações do DER/PR, deverão ser
demolidos e re-executados.
Abertura ao tráfego.
O pavimento após concluído somente poderá ser aberto ao tráfego quando atingida a resistência
mínima de aceitação, 28 dias após concretada a última área, e após ser recebida pela fiscalização.
CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
A recuperação de pavimentos de pontes em concreto com malha de aço oferece uma boa solução
para obras antigas. Conforme apresentado, inúmeras pontes no Paraná foram recuperadas com esta
técnica, apresentando otimo desempenho e uma expectativa de vida útil da ordem de trinta anos. A
solução apresenta a vantagem adicional de proteção da estrutura e um significativo reforço para as
cargas sempre crescentes. Entretanto, para conseguir um otimo desempenho, necessário se faz um
rigoroso acompanhamento e fiscalização de todas as etapas da construção.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
FAINSTEIN, A. Manual de projeto de obras-de-arte especiais. Departamento Nacional de
Estradas de Rodagem – Diretoria de Desenvolvimento Tecnológico, Rio de Janeiro, 1996.
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HELENE, P. ; CASTRO, P.; O’REILLY,V. Manual de Reabilitação de Estruturas de Concreto
Reparo, Reforço e Proteção. Editado por Degussa Construction Chemical Brasil, CYTED Red
Rehabilitar, ISBN 85-903707-2-0, São Paulo SP, Setembro 2003.
IBTS – Instituto Brasileiro de Telas Soldadas. Tabela de telas soldadas nervuradas. Abril de 2015.
JEENE. Junta Elástica Expansível Nucleada Estrutural. São Paulo – SP, www.jeene.com.br.
RÜSCH, H. Tabelas para o cálculo de lajes de pontes. UFPR- Universidade Federal do Paraná,
Curitiba 1971.
STELA SELAMIL. Sociedade Técnica de Elastômeros Stela Ltda. São Bernardo do Campo – SP,
2010. www.stelaselamil.com.br.
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