Em muitos edifícios de concreto, a estrutura de aço enferruja. Há risco de danos caros ou desabamento. Os sensores devem detectar o perigo

O concreto literalmente mantém o mundo moderno unido: pontes cruzam rios e vales, muros de contenção e túneis mantêm o solo e os detritos afastados. Por décadas. Mas com alguns edifícios, você se pergunta por quanto tempo eles continuarão a fazer esse trabalho. Se houver rachaduras visíveis, material descascando ou até mesmo água enferrujada vazando: ainda vai segurar?

A vida útil depende em grande parte das condições do esqueleto de aço, o chamado reforço interno das estruturas de concreto. Este esqueleto pode suportar forças de tração muito maiores do que o concreto sozinho. Isso possibilita a construção de pontes com grandes vãos.

Se o aço estiver envolto em concreto, ele será protegido da água e de influências ambientais que causam ferrugem. Por outro lado, o revestimento evita que uma possível corrosão seja detectada em um estágio inicial. Se aparecer na superfície, a decomposição interna geralmente já está bem avançada e uma remediação extensa é necessária. Se não cair como as pontes de Gênova ou Dresden. A Suíça não foi poupada deste problema: aqui também, a condição de muitos edifícios se deteriorou.

Seria insensato e inviável abrir todos os edifícios antigos sob suspeita para verificar o aço. Em vez disso, os cientistas estão trabalhando em métodos para determinar a condição sem destruição. Drones, sensores e inteligência artificial prometem grandes avanços nessa área.

A maneira como os especialistas procedem pode ser observada, por exemplo, no Instituto Federal de Pesquisa e Testes de Materiais em Berlim. Gino Ebell, especialista em corrosão de concreto e aço protendido, entra correndo no laboratório com seu jaleco branco esvoaçando. Isso lembra uma série médica de TV, e na verdade há uma coisa em comum. De forma semelhante à forma como os médicos examinam ossos e tecidos usando ultrassom ou raios X, a equipe de Ebell analisa amostras de concreto usando eletrodos. Desta forma, determina o chamado potencial eletroquímico. Esta é uma medida que indica onde o material já foi danificado pela corrosão.

Ebell usa a sonda manual para passar por cima de uma fina rachadura no concreto. A exibição no dispositivo de medição muda imediatamente. Ebell vira a amostra. Na parte de trás você pode ver um pedaço enferrujado de aço de reforço que causou a leitura no visor.

“Essas medições também podem ser feitas diretamente em edifícios”, diz Ebell. Quando há suspeita de aço corroído, uma amostra é retirada e examinada cuidadosamente para verificar até que ponto o concreto ao redor ainda protege contra a corrosão. O aço também é examinado em detalhes, por exemplo, para determinar qual parte de sua seção transversal já enferrujou.

As descobertas determinam, por exemplo, se uma ponte ainda pode ser usada ou deve ser fechada. Dependendo da extensão do dano, o reparo pode não ser possível. “Às vezes, basta substituir o concreto naquela área ou aplicar um revestimento que impeça a penetração de água e sal de degelo”, diz Ebell.

Entretanto, medir o potencial eletroquímico não funciona em todos os lugares. Em algumas estruturas de concreto, os chamados fios de tensão estão localizados em uma bainha metálica. Ele forma uma gaiola de Faraday que torna os fios invisíveis para o processo de medição. Este é um problema especialmente na Alemanha. Entre as décadas de 1950 e 1970, e no leste até o início da década de 1990, muitas pontes foram construídas ali usando um tipo especial de aço protendido.

A forte poluição do ar, especialmente o dióxido de enxofre, em combinação com a umidade, atacou o aço usado na época antes de ser revestido com argamassa, diz Ebell. Escondidas, finas rachaduras se formaram nos fios. Décadas depois, eles agora estão abrindo caminho. Se muitos fios de tensão forem quebrados, os fios restantes não poderão mais suportar as forças de tração.

A Ponte Carola em Dresden, por exemplo, desabou parcialmente em 2024 . Em estruturas semelhantes, o pior foi evitado pelos fechamentos. As consequências para o trânsito são dramáticas: há engarrafamentos e grandes desvios. Isso mostra o dilema na hora de decidir entre fechar ou continuar operando: todos querem segurança, mas também uma infraestrutura utilizável.

“Há muitas pontes que podem ser danificadas”, diz Ebell. “Nem todos eles podem ser substituídos por um novo edifício em pouco tempo.” Muitas vezes, resta pouco além de “cuidados paliativos”, como o engenheiro os chama. As estruturas serão equipadas com sensores que medem vibrações. Você pode “ouvir” se e onde os fios de tensão se rompem.

Existem também sensores que detectam até as menores deformações. “Com base nos dados, é possível determinar rapidamente se a condição permanece estável ou se está piorando, podendo ser necessário um fechamento total”, diz ele.

Na Suíça também há inúmeras pontes e muros de contenção que mostram sua idade. Ueli Angst, professor de Durabilidade de Materiais na ETH Zurique, conhece muito bem o problema. “Só na infraestrutura rodoviária, a prevenção e o reparo de estruturas corroídas custam mais de meio bilhão de francos por ano”, diz ele. Sua abordagem é detectar danos mais cedo e, idealmente, fazer uma previsão de quanto tempo um edifício ainda poderá ser utilizado.

O procedimento padrão são inspeções visuais, geralmente realizadas anualmente, explica o pesquisador. Mas elas têm desvantagens. Primeiro, o inspetor só vê sinais de corrosão no exterior quando ela já está bem avançada no interior. E segundo, os testes exigem muitos funcionários. Faixas fechadas e equipamentos especiais, como uma plataforma de trabalho que também pode ser usada para inspecionar a parte inferior de uma ponte, aumentam ainda mais os custos.

Uma equipe liderada por Ueli Angst desenvolveu um sistema de sensor de medição não destrutivo que pode ser combinado com drones. Permite inspecionar edifícios com pouco esforço e sem grandes barreiras. Por exemplo, um drone voa em direção a um pilar de ponte e usa um sensor para determinar o potencial eletroquímico em pontos predeterminados em uma grade. Isso permite que a corrosão seja detectada precocemente, diz o pesquisador. Isso reduz o custo da renovação.

A inspeção usando drones está sendo otimizada atualmente. Outros métodos já foram lançados no mercado. Isso inclui sensores do spin-off da ETH, Duramon. Eles são instalados em diferentes profundidades no concreto e medem regularmente a temperatura, a umidade, a acidez e o teor de sal. Com base nos dados, os especialistas podem ver se o aço de reforço já está sendo atacado ou se ainda está cercado por concreto suficientemente intacto.

Segundo Ueli Angst, a pesquisa básica compensa. “Agora podemos estimar quanto tempo resta até que o risco de corrosão na estrutura aumente e grandes reformas sejam necessárias”, diz ele. Isso ajuda as autoridades rodoviárias, por exemplo, a priorizar suas medidas de construção e usar recursos financeiros de forma eficaz. Os sensores podem ser usados ​​em edifícios novos e existentes.

Em sua visão do futuro, os vários dados de medição das sondas e drones instalados serão interligados e usados ​​para criar um gêmeo digital do respectivo edifício. "Usando óculos de realidade virtual, os engenheiros se movimentam pela estrutura virtual; eles podem, por exemplo, ver como os valores medidos mudam ao longo do tempo e usar isso para identificar áreas de risco", explica ele. Os métodos de inteligência artificial também prometem ser capazes de avaliar efetivamente grandes quantidades de dados.

Teoricamente, os engenheiros civis também têm uma opção completamente diferente se não quiserem lidar com a corrosão: eles podem usar reforço de aço inoxidável. No entanto, o aço inoxidável é caro demais para isso. Uma alternativa possível é a fibra de carbono.

O que isso acontece na prática já pode ser visto em uma sala de testes na Universidade Técnica de Berlim. Lá, uma equipe liderada por Mike Schlaich construiu uma maquete de uma ponte rodoviária. Ele tem metade do tamanho que teria quando colocado ao ar livre. O concreto é visível do lado de fora, mas feixes pretos de fibra de carbono estão tensionados no interior. Segundo Schlaich, o preço dessas estruturas é competitivo, principalmente quando comparado ao concreto protendido convencional.

"Simulamos dois milhões de ciclos de carga com pesos de várias toneladas e medimos o quão grande foi a deformação e se o comportamento da vibração mudou", diz ele. Se dependesse dele, tais pontes poderiam ser construídas amanhã. Mas os construtores hesitaram porque não havia padrões para esse novo tipo. Então, em casos individuais, é necessário um chamado consentimento, e isso leva tempo. Muitos estavam relutantes em fazer esse esforço.

Atualmente é difícil prever onde e, principalmente, quando as fibras pretas substituirão os esqueletos de aço potencialmente enferrujados. Portanto, a corrosão continuará sendo um problema no setor da construção por muito tempo.

Um artigo do « NZZ am Sonntag »