Autores: Leandro Filgueiras e Larissa Xavier

O sistema de saneamento básico que atende os municípios brasileiros é composto, de maneira geral, por tubulações coletoras, estações elevatórias e de recalque, além de estações de tratamento de água (ETA´s) e esgoto (ETE´s). O ambiente dessas estruturas é classificado como um dos mais agressivos para os materiais que a constituem, não somente pela agressividade do meio, mas também por processos construtivos incorretos nas fases iniciais do projeto, com inobservâncias de prerrogativas normativas e execução sem controle de qualidade adequado.

A exposição do concreto à ação de esgoto sanitário em uma estação de tratamento de esgoto (ETE) de digestão anaeróbica, configura um ambiente de alta agressividade. O microclima formado contém considerável concentração de ácido sulfúrico biogênico (H2SO4)  responsável pela degradação da estrutura. Apesar do ambiente das ETE´s já ser conhecido, a diversidade de identificação dos processos de degradação e os compostos formados são primordiais para dar suporte e meios de intervir nos danos causados, seja no caso de novas estruturas a serem projetadas, seja no caso da necessidade de manutenção e recuperação das estruturas já existentes e em funcionamento.

Sobre os tipos de patologias, segundo Cánovas (1988), patologia é a parte da engenharia que estuda os mecanismos, os sintomas, as causas e origens dos defeitos das obras. Em certos casos, há possibilidade de um diagnóstico apenas por meio da visualização. No entanto, há casos mais complexos, sendo necessário uma investigação do projeto e das cargas a que foi submetida a estrutura, analisar detalhadamente a forma como foi executada a obra e, inclusive, como esta patologia reage diante de determinados estímulos. Para aumentar as chances de acerto na escolha dos sistemas de proteção e reparo é im­portante entender como funcionam os mecanis­mos de degradação preponderantes ao concreto e ao aço. Por isso, será feita uma breve des­crição dos processos relacionados às patologias mais comuns no meio do saneamento.

Preponderantes do concreto

Lixiviação: Este mecanismo de degra­dação acontece principalmente em lajes de teto dos reservatórios, em trincas e juntas de concretagem. Ocorre, por ação das águas puras, carbônicas, agressivas e ácidas que dissolvem e carreiam os compostos hidratados da pasta de cimento. Acontece, nas lajes, tanto pela falta de impermeabilização da face superior, quanto pela condensação da água do próprio reservatório na face inferior. Pode provocar o desenvolvimento de fungos e bactérias. Como consequência nota-se a redução do pH do ex­trato aquoso dos poros do concreto com risco de despassivação da armadura.

Expansão por ataque de sulfetos: Este processo de degradação é recorrente em ETE’s e tubulações de esgoto feitas em concre­to. A expansão é a degradação provocada por compostos de enxofre presentes no esgoto re­sidencial, que atacam tanto a matriz hidratada do cimento, em um primeiro momento, quanto às armaduras após a perda do cobrimento protetor. A corrosão do concreto acontece, principalmente, pela formação de sulfato de cálcio, que provoca uma série de reações onde o produto final da reação tem volume de até mil vezes o volume inicial, provocando assim a fissuração e a degradação do concreto de cobri­mento, em contato direto com o meio, expondo as armaduras aos agentes agressivos.

Preponderantes à armadura:

Despassivação por carbonatação: Ocorre em todo tipo de estrutura de con­creto, se agravando nas áreas industriais e grandes centros urbanos devido a geração de CO2. Durante a hidratação do concreto, o hi­dróxido de cálcio CA(OH)2 é produzido. Este, juntamente com a pasta de cimento, gera uma solução aquosa de pH aproximadamente 13. Esta solução extremamente alcalina cria uma camada passiva em torno da armadura, que previne sua corrosão, mesmo que estes sejam expostos ao oxigênio e à umidade (no entanto não previne se exposto a cloretos). O dióxido de carbono CO2 do ar, juntamente.

É importante lembrar que a carbonatação é um processo de de­terioração, que ataca as armaduras, porém para o concreto, este é um processo de au­mento da densidade e resistência. Este é o motivo pelo qual se busca o aumento das coberturas de recobrimento das armaduras, pois com recobrimentos maiores, a frente de carbonatação se estabilizaria antes de atingir a camada de passivação das armaduras (gráfico 1).

Despassivação por elevado teor de Íon Cloro (Cloreto): penetração do cloreto através dos poros do concreto ou trincas, por difusão, impregnação ou absorção capilar que, ao supera­rem um certo limite de concentração em relação à concentração de hidroxilas nos poros do con­creto, despassivam a superfície do aço, instalando a corrosão. Eventualmente os cloretos podem ser introduzidos no concreto em seu amassamento, através de excesso de aditivos endurecedores ou juntamente com os agregados do concreto.

Despassivação por ataque ácido: Em ambientes com alto teor de sulfetos, após a expan­são do concreto e a perda do cobrimento protetor das armaduras, acontece a corrosão das mesmas pela ação das bactérias e do ácido sulfúrico.

Vazamento em ETA: Preocupação constante nas estruturas em contato com água, mas não menos re­correntes, são os vazamentos que vêm sendo combatidos com todo o esforço, no intuito de reduzirem as perdas de água tratada e os danos causados pelos mesmos à estrutura, através do processo de degradação por lixiviação. Os vaza­mentos nas estruturas ocorrem, principalmente, através de juntas de dilatação, trincas, juntas de concretagem e brocas.

Já nas estruturas das ETE’s (estação de tratamento de esgoto) os problemas mais freqüentes, apesar do pequeno tempo de uso deste tipo de estrutura no Brasil, são decorren­tes dos gases formados pelo esgoto doméstico.

Cobrimento das armaduras: As normas atuais para concreto armado têm recomendado acertadamente, um maior recobrimento de proteção das armaduras (35 a 45mm) e um aumento da resistência dos con­cretos (35 a 40 MPA) nos meios de agressividade forte ou muito forte, no intuito de se garantir uma maior durabilidade das estruturas, pois um concreto com maior resistência apresenta uma maior compacidade e por consequência, maior impermeabilidade, o que protege as armaduras do ataque de agentes agressivos. Um maior recobrimento é indicado para ga­rantir uma maior espessura de proteção para que, mesmo à longo prazo, os mecanismos de agressividade se estabilizem, assim como vimos no gráfico acima relativo à carbonatação.

Portanto, é sempre necessário consi­derar tratamentos específicos para trincas, brocas e juntas de concretagem, caso não seja especificada uma proteção geral à estrutura. É ainda importante colocar que fissuras por ação de cargas, independente dos cuidados de concretagem e cura, vão ocorrer em concretos com altas resistências, módulo de elasticidade e aços de elevada resistência como CA50 e CA60.

Ação de agentes bioquímicos em estruturas de saneamento

O ataque ácido e a carbonatação são fatores iniciais de degradação das estruturas por ácido sulfúrico biogênico, já que reduzem o pH da solução aquosa dos poros para que ocorra a colonização de bactérias oxidantes (Mori et al., 1992; Estokova et al., 2012 apud Hoppe et al., 2014). Segundo Hoppe et al (2014), a contínua dissolução de sulfeto de hidrogênio entre os poros do concreto – que se encontram acima no nível do efluente, em pH ≤ 3,0 – incita a formação de enxofre elementar, que é oxidado à sulfato graças a atividade microbiana.

O microclima formado acima do nível do esgoto se caracteriza pela presença de anidrido carbônico, sulfeto de hidrogênio e oxigênio, componentes preponderantes para a atividade microbiana, além da água e de nutrientes. A maior disponibilidade destes últimos ocorre na região logo acima no nível do efluente, já que nesta há a influência da zona de respingos, a flutuação da carga de esgoto (imersão periódica) e a ação capilar da água. Assim sendo, os poros do concreto localizados imediatamente acima do nível do efluente propiciam condições adequadas para a ação das bactérias, já que disponibilizam água e nutrientes, além de apresentar maior pH em virtude da redução da concentração de ácido em solução pela ação da água do esgoto. Portanto, a degradação do concreto na região adjacente ao nível do efluente é mais acentuada que as demais regiões e desprezível na região submersa (Mori et al., 1992). Na figura 1 abaixo é possível visualizar o comportamento bioquímico que induz a deterioração do concreto.

Patologias em Estações de Tratamento de Esgoto (ETEs)

A ocorrência dessas patologias possui origem diversa, fato que incide no aparecimento de diferentes sintomas e mecanismos de deterioração. Para melhor exploração dos problemas que ocorrem nas estruturas, há a seguir, na figura 2, as ocorrências que incidem de maneira frequente, conforme a literatura.

Figura 2 – Manifestações Patológicas Típicas de Estações de Tratamento de Esgotos

Fonte: Autores

Erosão: Considera-se erosão como a passagem de líquido contendo partículas sólidas em suspensão, ocasionando o desgaste superficial do concreto e a remoção da pasta superficial de cimento, o carreamento do agregado miúdo e a exposição do agregado graúdo (BERTOLINE, 2006; MEHTA; MONTEIRO, 2008; SANTOS; 2012).

Corrosão das Armaduras: Este processo ocorre quando o metal é oxidado por meio de sua interação com o meio. Este fato gera a diminuição de resistência mecânica, além da elasticidade e ductilidade, este é um caso específico de corrosão eletroquímica em meio aquoso, em que o eletrólito apresenta características de resistividade elétrica consideravelmente mais altas do que as dos eletrólitos típicos.

Desagregação do Concreto por Biodeterioração: A biodeterioração é um fenômeno de deterioração da estrutura de concreto que possui alta capacidade de geração de prejuízos com origem biogênica. São vários os tipos de microrganismos que atuam na deterioração do concreto. Para seu desenvolvimento, microrganismos necessitam de substratos receptivos e nutrientes em quantidade suficiente para realização de suas atividades metabólicas. Desta forma, o concreto mostra-se um substrato eficiente para este tipo de atividade, já que a sua porosidade aliada à umidade ocasionada pelos esgotos e à matéria orgânica disponível para bactérias e fungos, são condições importantes para proporcionar microclimas favoráveis à proliferação desses seres, consequentemente, gerando o desenvolvimento de processos de biodeterioração.

De modo objetivo, na tabela abaixo é descrito os fatores que são determinantes para a deterioração do concreto em ambientes agressivos:

Tabela – Fatores determinantes da corrosão em concretos

Fonte: Miotto (apud Arivabene, 2010)

Perdas de água no sistema público de abastecimento (ETEs)

Nos sistemas públicos de abastecimento as perdas de água podem ser físicas, que representam a parcela não consumida, e aparentes, que correspondem à água consumida e não registrada. As falhas neste sistema, no Brasil, incidem em gastos e perdas de eficiência consideráveis, os quais possuem relação direta com os equívocos da fase de concepção e execução do projeto. A tabela abaixo mostra o quanto as patologias são influentes nestes casos.

Tabela: Perdas físicas em sistemas de abastecimento de água nas etapas, origem e magnitude.

Fonte: SILVA et al. (2004)

A magnitude das perdas será maior quanto pior for o estado das tubulações, principalmente nos casos de pressões elevadas. A perdas físicas em redes de distribuição ocorrem, em ordem crescente de importância, nas seguintes peças: registros, juntas, anéis, hidrantes e tubos. Nestes últimos podem ocorrer até 95% das perdas na distribuição, quando estão rachados, perfurados ou partidos. As causas de danos em tubulações são mostradas abaixo. Ressalte-se ainda que variações de pressão na rede são determinantes de rupturas de tubulações e influenciam o volume de perda. 

Tabela: As causas de danos em tubulações

Fonte: SILVA et al. (2004).

Tecnologias de recuperação e proteção das estruturas

Concreto ou argamassa projetada: A técnica de concreto projetado é bas­tante utilizada nos processos de recuperação estrutural e reforço. Consiste em se conduzir, através de uma mangueira, concreto ou argamassa, projetando-o em alta velocidade (acima de 120 m/s). A força do jato de concreto, ao encontrar a superfície de base, comprime o material man­tendo-o auto aderido.

A superfície que vai receber o concreto pode estar na vertical, inclinada ou horizontal. Deve-se ter atenção a % de material refletido. Existem dois tipos de processos relacionados a esta técnica: via seca e via úmida.

Argamassa polimérica:  No intuito de se recuperar o recobrimento original do concreto e melhorar as características de proteção da armadura tem-se utilizado, com bastante frequência, argamassas poliméricas industrializadas. O material pode ser aplicado projetado ou manualmente. As principais carac­terísticas deste sistema são: a redução de água da mistura para se obter uma boa trabalhabilidade; a baixa permeabilidade; elevadas resistências à compressão e a boa aderência a substratos devidamente preparados.

Juntas de dilatação pré-formadas de Neoprene aderida com epóxi: Conforme dito anteriormente, as jun­tas de dilatação em estruturas de concreto armado no saneamen­to geram problemas críticos de vazamen­to e degradação. As juntas de dilatação são normalmente tratadas preventivamente pelo sistema de juntas fungenband (Figura 4), que em algumas vezes não é efetivo para a veda­ção dos líquidos presentes nas estruturas, seja por motivo de má aplicação (falta de vibração em torno das abas ou mau posicionamento da junta) ou por elevada movimentação da estru­tura, rompendo assim o perfil e/ou o concreto em torno deste. Nestes casos, as recuperações têm sido executadas através do sistema de colagem de perfil de neoprene extrudado com resina epoxídica (Junta Tipo Jeene- Figura 5). Assim como os outros sistemas apresentados anteriormente, o sistema de reparo funciona efetivamente, desde que sejam seguidos os detalhes de preparação de superfície, cuida­dos necessários na aplicação, assim como os cuidados para garantir a impermeabilidade do concreto na região de colagem do perfil.

Revestimento com cimento polimérico – (baixas espessuras): O sistema de impermeabilização com cimentos poliméricos industrializados tem sido utilizados para a proteção e impermeabilização de estruturas de reservatório e ETAs (Estações de Tratamento de Água), porém este sistema tem sido contestado na Alemanha onde a DVGW – “Associação Científica e Técnica Alemã Para Gás e Água – Comitê de Reservação de Água”, publicou um manual de requerimentos básicos para o uso de produtos à base de cimento em reservatórios, onde indica que a utilização deste tipo de revestimento para impermeabilização ou proteção de estru­turas de concreto deve seguir uma série de requerimentos, entre os quais:

• Espessura mí­nima de 5mm para argamassas com ta­manho da partícula máxima de 1mm; e
• Es­pessura entre 5-15mm para argamassa proje­tada com tamanho de partícula máxima de 2-4mm.

Sistemas atuais de recuperação e proteção de estruturas

Revestimento mineral de alta resistência química para impermeabilização e proteção das estruturas: O Sistema consiste na apli­cação de um revestimento mineral modificado sinteticamente, aplicado manualmente (com ponte de aderência) ou projetado (diretamente sobre a estrutura preparada). Tem espessura de camada final mínima de 5mm e máxima de 10mm. O sistema tem grande versatilidade já que possui altas resistências às substâncias agressivas e à abrasão, boa impermeabilidade e permite a difusão de vapor d’água.

Proteção superficial à base de silicato polimérico: Argamassa de silicatos alcalinos poliméri­cos de alta aderência a substratos minerais pode ser aplicada manualmente ou projetada em uma espessura entre 8 e 12 mm. Apresenta gel de silicatos amorfos (SiO2. nH2O) dentro da matriz endurecida, de forma que sua aderência, dura­bilidade e estabilidade dimensional faz torná-la apta para a proteção contra os gases formados pelo esgoto doméstico nas áreas em contato com gases das estações de tratamento de efluentes.

Tratamento químico impermeabilizante de alta penetração: O tratamento químico cristalizante tem por objetivo impermeabilizar e proteger as estruturas de concreto armado. Aplicado sobre o concreto, o tratamento é capaz de gerar for­mações cristalinas profundas, tornando-se parte integrante do mesmo e formando uma barreira definitiva que sela os poros e capilaridades, impedindo a penetração da água, mesmo sob altas pressões hidrostáticas.

Sistema de Injeção: A tecnologia de injeção consiste no pre­enchimento completo dos vazios (mínimo 80% da fissura) com um material adequado para cada tipo de fissura ou vazio, utilizando equipamentos de pressão e bicos para possibilitar a introdução dos materiais no interior da estrutura. O sucesso desta tecnologia depende di­retamente, além da correta escolha do material de injeção, da experiência da empresa e aplicador e seleção dos equipamentos. Esta técnica tem sido utilizada largamen­te como complemento aos sistemas rígidos de impermeabilização e proteção, para tratamento de trincas e para reparos localizados em estrutu­ras em operação, pois possibilita o tratamento mesmo com a estrutura em carga.

Bomba de injeção: Existem vários tipos de bombas de inje­ção. Dentre as mais utilizadas estão as bombas monocomponentes, bi-componentes e bombas de injeção de microcimento. Os benefícios indis­pensáveis em um equipamento de injeção são:

• Ajuste ou limitação possível da pressão de

injeção através dos controles de operação do equipamento;

• Facilidade para operar;

• Objetividade para testar sua efetividade;          

• Risco pequeno de paradas;

• Facilidade de limpeza e movimentação.

Tratamento com recuperação estrutural: O tratamento estrutural visa recompor as condições iniciais de suporte da estrutura e dos esforços resistentes do concreto estrutural. Para que a estrutura volte a ser monolítica, é necessária a injeção de materiais de altas resis­tências mecânicas nas fissuras das peças. Esses materiais são rígidos ou dúcteis e, portanto, não podem ser aplicados em fissuras ativas. Resinas à base de epóxi, poliuretano estrutural e microcimento são os materiais disponíveis atualmente para essa finalidade.

Selamento de fissuras: O selamento de fissuras visa impedir a entrada de agentes agressivos na estrutura como: água, cloreto, gás carbônico (CO2), sulfatos, etc. Os materiais disponíveis para se­lamento são resinas à base de poliuretano, os quais são encontrados na versão hidroativada, para injeção em fissuras com fluxo d’água, e resinas de poliuretano flexível para promover um selamento definitivo. Não é indicado para o selamento definitivo a injeção, somente de poliuretano hidroativado (espuma), ou seja, quando necessária a aplicação de poliuretano hidroativado para selar provisoriamente o fluxo de água, o poliuretano flexível deve ser injetado, no mesmo local, como um comple­mento do sistema.

Selamento de juntas de dilatação: O selamento de juntas de dilatação visa o preenchimento total do vazio entre as peças e em torno da fungenband para propiciar a estanqueidade e proteção. O material mais indicado para este tipo de tratamento é o Gel Acrílico Polimérico que alia uma ótima aderên­cia ao concreto à grande flexibilidade.

Impermeabilização (áreas): A impermeabilização ainda é um avanço recente dos sistemas de injeção que vem sendo adotada, cada vez mais, nas obras subterrâneas. Trata-se da injeção de uma resina à base de gel acrílico, também conhecida como hidroestrutu­ral, na parte posterior das estruturas de concreto, em grandes áreas. O material injetado forma uma membrana flexível em pouco tempo, devi­do ao curto tempo de reação, impermeabilizan­do estruturas abaixo do lençol freático.

Conclusões

Observa-se que em sistemas submetidos à agressividade física, química e biológica, é necessário realizar de forma adequada as etapas de concepção, execução e manutenção das estações e demais sistemas ligados ao saneamento. Para isso, pode-se dizer que o projeto deve ser feito dentro dos parâmetros estabelecidos por normas e pela literatura, dessa forma, é possível diminui as perdas físicas e financeiras decorrentes de fatores que não estavam previstos inicialmente.

Diversos fatores como, carbonatação, contaminação por cloretos, corrosão de armaduras, eflorescência, biodeterioração por exemplo, mostram a ampla gama de patologias que estes ambientes têm como potencialidade de causa.  Identificar e entender os mecanismos, sintomas, as causas e origens dos defeitos das obras é essencial para estar à frente das patologias estruturais e aplicar procedimentos assertivos com tecnologia adequada, rápida e eficiente. Nestes casos, é de grande importância uma investigação do projeto, das cargas e resíduos os quais a estrutura teve contato, além de analisar detalhadamente a forma como foi executada a obra.

Um item importante, no longo prazo, são as manutenções e inspeções pos­teriores ao tratamento, garantindo a durabilidade dos reparos e investigação para identificar alguma patologia ainda na fase insipiente.

Os sistemas de impermeabilização, proteção e recuperação, têm-se desenvolvido com uma velocidade muito grande, em decor­rência do empenho de fabricantes deste tipo de material e pesquisas relacionadas a este tema. Os materiais de injeção, por exemplo, têm se tornado cada vez menos viscosos e mais eficientes para o preenchimento de trincas e vazios.

Fica claro, através das informações apresentadas, que os sistemas de proteção, recuperação estrutural e impermeabilização de estruturas de concreto no saneamento estão exigindo, a cada dia, mais especialização e maior conhe­cimento de todos os profissionais envolvidos. Serão exigidos capacitação e conhecimento por parte dos projetistas, empresas de aplicação, técnicos de campo e mão-de-obra, de forma que todo este conjunto possa lograr os resulta­dos de eficiência e durabilidade esperados.

REFERÊNCIAS

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[2] MORI, T.; NONAKA, T.; TAZAKI, K.; KOGA, M.; HIKOSAKA, Y.; NODA, S. Interactions of nutrients, moisture and pH on microbial corrosion of concrete sewer pipes. Water Research, V. 26, No. 1, p. 29-37, 1992.

[3] MONTENY, J.; VINCKE, E.; BEELDENS, A.; DE BELIE, N.; TAERWE; L.; VAN GEMERT, D. Chemical, microbiological, and in situ test methods for biogenic sulfuric acid corrosion of concrete. Cement and Concrete Research. vol. 30(4), p. 623–34, 2000.

[4] MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: estrutura, propriedades e materiais. 3 ed. São Paulo: IBRACON, 2008. (TRADUÇÃO)

[5] NEVILLE, A. M.; BROOKS, J. J. Tecnologia do Concreto. 2ª ed. Porto Alegre: Bookman Editora Ltda, 2013.

[6] BERTOLINE, L. Materiais de construção: Patologia, reabilitação e prevenção. Apresentação Paulo Helene. Editora Oficina de Textos: São Paulo, 2006.

[7] CASCUDO, O. O controle da corrosão de armaduras em concreto: inspeção e técnicas eletroquímicas. Pini, Editora UFG, Goiânia, 1997. [8] MAIA, G.F.; CAMARGOS, C.A. Recuperação de estruturas de concreto no saneamento. Obras de Saneamento.