Agradeçemos a contribuição da Profa. Eliane Kraus na discussão desse importante tema. As dissertações ligada a temática podem ser obtidas em:
www.estruturas.unb.br
Boa leitura,
Prof. E. Bauer (mat and mat)
CLASSIFICAÇÃO DE DANOS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO
Eliane Kraus de
Castro (*), João Carlos Teatini de S. Clímaco (**)
(*) Professora do Departamento de Engenharia Civil
e Ambiental - Universidade de Brasília – Laboratório de Ensaio de Materiais.
(**) Professor do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental e do Programa de Pós-graduação em Estruturas e Construção Civil – Universidade de
Brasília.
Revisão e adequação: pesquisador Manuel Alejandro Rojas Manzano (mat and mat)
Enviado por: Eliane Kraus de Castro
INTRODUÇÃO/ JUSTIFICATIVA/OBJETIVOS
A vida útil de uma estrutura de concreto depende de
níveis adequados de manutenção, principalmente porque os eventuais problemas
estruturais, sendo descobertos em seu início, têm seus efeitos minorados,
reduzindo os custos de reparo. Entretanto, embora crescente o reconhecimento da
importância da manutenção estrutural, são ainda insuficientes, mesmo em países
desenvolvidos, as disposições normativas específicas para manutenção de
estruturas. Em geral, as normas recentes dedicam atenção às disposições de
projeto e execução tendo a durabilidade como requisito sem, no entanto,
estabelecer critérios objetivos de manutenção [1], [3].
A partir desse fato, foi desenvolvida no Programa de
Pós-graduação em Estruturas e Construção Civil do Departamento de Engenharia
Civil e Ambiental da Universidade de Brasília (UnB) uma metodologia para
avaliação de estruturas de concreto armado de edificações usuais, que
estabelece critérios para a classificação de danos que permitem calcular o grau
de deterioração dos elementos estruturais isolados e da estrutura como um todo,
indicando as ações necessárias ao desenvolvimento da vida útil prevista [2].
Um dos testes iniciais de validação da metodologia foi
sua aplicação a uma edificação residencial de propriedade da UnB, avaliada por
Kraus [3], em 1994, e apresentado no presente trabalho. Os resultados obtidos
indicaram a necessidade de intervenção em curto prazo, em alguns pilares e
vigas da estrutura com grau de deterioração crítico. Os resultados constataram
a contribuição da metodologia para o estabelecimento de uma estratégia de
manutenção preventiva.
MATERIAIS/MÉTODOS/DESENVOLVIMENTO
Em 1987, a RILEM instituiu o Technical Committee 104 -
Damage Classification of Concrete Structures, com a finalidade de unificar na
Comunidade Européia dos métodos de teste e diagnóstico de estruturas de
concreto, visando tornar mais efetivas as inspeções "in situ" e mais econômicos os eventuais reparos. O 104 -
DCC enfatiza a necessidade de estabelecer sistemas de classificação e avaliação
quantitativa dos danos, com "o objetivo primordial de minimizar a natureza
subjetiva dos dados obtidos" [4].
Segundo a metodologia proposta nesta pesquisa, as
estruturas de concreto de edificações usuais podem, em geral, ser divididas em
famílias de elementos típicos: pilares, vigas, lajes, cortinas, escadas e
rampas, reservatório superior e inferior, blocos de fundação, juntas de
dilatação e elementos de composição arquitetônica. A partir de vistorias
realizadas por profissional habilitado e orientadas por um Caderno de Inspeção
associado à metodologia, seguindo o fluxograma da Figura 1, a metodologia permite
quantificar o grau de cada dano nos elementos de uma família, os graus de
deterioração dos elementos estruturais, das diversas famílias e da estrutura
como um todo [3].
Figura 1 - Fluxograma para avaliação quantitativa da
estrutura [3]
O fator de
ponderação (Fp) quantifica o “prejuízo” relativo gerado por um
determinado dano às condições gerais de estética, funcionalidade e segurança de
um elemento estrutural. Para cada família de elementos, o Caderno de Inspeção
apresenta planilhas com as manifestações possíveis de dano e os respectivos
valores de Fp, numa escala
de 0 a 10. Os valores do fator de ponderação foram estipulados a partir de
extensa observação de estruturas danificadas e de aferições sucessivas da
formulação.
O fator de
intensidade do dano (Fi) é atribuído pelo profissional
responsável pela vistoria, estimando a gravidade das manifestações, segundo a
escala: sem lesões (Fi = 0),
lesões leves (Fi = 1),
lesões toleráveis (Fi = 2),
lesões graves (Fi = 3) e
estado crítico (Fi = 4).
Entretanto, uma pontuação desse tipo pode resultar muito subjetiva, se não for
acompanhada de uma classificação precisa da gravidade das lesões e sua
evolução, que é fornecida no Caderno de Inspeção e serve de subsídio ao
profissional em suas inspeções [3].
O grau de dano
(D) em um elemento é calculado para cada dano, a partir dos valores
correspondentes do fator de ponderação (0
≤ Fp ≤ 10), e do fator de intensidade (0 ≤ Fi ≤ 4), usando uma analogia com o modelo de Tuutti
[5], segundo o qual a deterioração se desenvolve em duas etapas distintas,
iniciação e propagação dos danos. Propõe-se para o cálculo do grau de dano as
expressões a seguir:
O grau de deterioração
de um elemento ( Gde ) é determinado em função dos valores do
grau de dano " Di "
das "m" manifestações detectadas no elemento, a partir de uma das
expressões seguintes:
Da Expressão (4), para elementos com mais de dois
danos, o grau de deterioração do elemento, Gde,
é a soma do grau máximo detectado com a média aritmética dos graus dos demais
(m-1) danos. Ou seja, o dano maior seria "agravado" pela presença dos
demais danos. A Tabela 1, elaborada a partir de ajustes da metodologia a
situações reais, apresenta as ações a serem adotadas em elementos isolados em
função do grau de deterioração, Gde:
Tabela 1 -
Classificação dos níveis de deterioração do elemento
O grau de deterioração
de uma família, Gdf, é definido como a média aritmética dos
graus de deterioração dos ‘n’
elementos com danos expressivos, de forma a evidenciar os elementos em pior
situação. Para "danos expressivos" estabeleceu-se o limite Gde ≥ 15,
obtendo-se:
Finalmente, o
grau de deterioração da estrutura (Gd) é calculado pela média
ponderada dos graus de deterioração das diversas famílias de elementos, tendo
como peso o fator de relevância
estrutural, Fr , com a seguinte escala para as diversas
famílias:
-
Elementos de composição arquitetônica: Fr
= 1,0
-
Reservatório superior: Fr = 2,0
-
Escadas/rampas, reservatório inferior, cortinas, lajes secundárias: Fr = 3,0
-
Lajes, fundações, vigas secundárias, pilares secundários: Fr = 4,0
-
Vigas e pilares principais: Fr
= 5,0
Dessa forma, considerando as ‘k’ famílias de elementos que compõem a estrutura, tem-se:
Calculado o valor de Gd, da Expressão (6), classifica-se a estrutura em um dos
quatro níveis de deterioração da Tabela 2, que indica as ações a ser tomadas.
Cabe frisar a importância da análise individual dos elementos, pois pode ser
recomendada a intervenção imediata ou em curto prazo apenas em elementos
isolados da estrutura, dependendo do fator de intensidade de um dano ou do grau
de deterioração do elemento. Ou seja, o nível de deterioração de uma estrutura
pode ser aceitável do ponto de vista global, mas haver necessidade de
intervenção em elementos isolados.
Tabela 2 - Classificação dos níveis de deterioração da
estrutura
APLICAÇÃO DA METODOLOGIA
Aplicação em edificação
residencial (1994)
A edificação avaliada, de propriedade da UnB, é
constituída de seis pavimentos-tipo, térreo e subsolo, com aproximadamente
14.000 m2 de área construída, com estrutura em concreto aparente,
dividida em três blocos por juntas. Foi inspecionado apenas o bloco central,
com 4.670 m2. Após a análise dos projetos de arquitetura e
estrutura, efetuou-se a inspeção, obtendo-se os resultados da Tabela 3, para
alguns elementos selecionados segundo sua importância no grau de deterioração
da estrutura, elementos estes reparados em intervenção realizada em 1998.
Na inspeção, destacaram-se os problemas seguintes:
a) Três pares de
vigas do teto do subsolo: paralelas e adjacentes a uma junta de dilatação,
cada par é apoiado na extremidade em um mesmo pilar da cortina. A contínua
infiltração de água na junta entre as vigas, devido à lavagem de piso e água de
chuva, criou um ambiente úmido constante, agravado pela impermeabilização
deficiente, o que causou sérios problemas de corrosão nas armaduras dessas
vigas, chegando a provocar esfoliação (desplacamento) do concreto. Da tabela 3 a
metodologia calcula para essas vigas um grau de deterioração Gde = 116, índice crítico
segundo a Tabela 1, que recomenda intervenção imediata para recuperar as
condições de integridade da peça.
Tabela 3 - Viga
b) Pilares da
cortina do subsolo: sustentam os pares de vigas do teto, analisadas no item
a) acima. Destacou-se como problema mais grave, devido à concepção errônea do
projeto estrutural não prevendo o movimento das vigas da superestrutura, por
variações de temperatura, no topo dos pilares, ocorreu o esmagamento local do
concreto nessas regiões, o que causou, ainda, exposição das armaduras e início
de flambagem de barras da armadura principal na ligação viga-pilar. Das
expressões (1) a (4), obtém-se para esses pilares o grau de deterioração Gde > 80, crítico pela
Tabela 1, indicando intervenção imediata.
Tabela 4 – Pilar
Para os demais elementos, seguindo os mesmos
procedimentos, obtém-se o grau de deterioração das famílias e da estrutura como
um todo, mostrados na Tabela 5. O nível alto de deterioração 40 < Gd = 44,3 < 60, conforme a
Tabela 2 indica, portanto, a necessidade de observação periódica e intervenção
em curto prazo.
Tabela 5 - Grau de deterioração da
estrutura
Aplicação da metodologia após
os elementos recuperados (1998)
Passados 4 anos da primeira inspeção, a UnB colocou à
venda as unidades residenciais do prédio em questão, tendo, somente então,
decidido reparar os elementos estruturais com grau de deterioração crítico. Os
serviços de reparo foram realizados por firma especializada nos elementos
analisados no item anterior e nas juntas de dilatação. Nos pilares da cortina,
com esmagamento no topo devido à falta de junta, foi feita, em suas
extremidades, a solidarização de uma das vigas sobre o pilar, com a liberação
da outra viga, que foi erguida mecanicamente para colocação de placa de
neoprene fretado, minizando, assim, os movimentos da estrutura devido a
variações de temperatura.
Para a recuperação das vigas danificadas por corrosão,
foram utilizados os seguintes procedimentos: remoção do concreto desagregado e
recomposição da seção utilizando argamassa à base de resina epóxi. As ferragens
foram recompostas e limpas e aplicados inibidores de corrosão. Em alguns casos,
houve necessidade de substituição de barras, tanto da armadura principal de
flexão quanto da transversal, constituída por estribos. Complementando os
serviços de recuperação, as juntas de dilatação foram recuperadas e
impermeabilizadas, utilizando manta butílica e proteção mecânica.
Concluída a recuperação, foi aplicada novamente a
metodologia, tendo em vista avaliar a relevância dos elementos recuperados, com
os resultados na Tabela 6. Comparando as tabelas 5 e 6, pode-se constatar a
queda acentuada no grau de deterioração das famílias de elementos “Viga
principal” - de 46,6 para 12, “pilar” - de 70,6 para 8,6, e “Laje principal” - de
35,4 para 20,7. O grau de deterioração
global da estrutura caiu de 44,3 para 20,8. Todos os novos valores, conforme as
tabelas 1 e 2, caracterizam, após o reparo, um “estado aceitável”, evidenciando
o sucesso das intervenções e a contribuição da metodologia para a avaliação
quantitativa da estrutura e de seus elementos.
Tabela 6 - Grau de deterioração da
estrutura
CONCLUSÕES/AGRADECIMENTOS
Apesar de reconhecida a importância da manutenção, são
ainda insatisfatórios nas normas correntes as disposições e critérios objetivos
referentes a estruturas usuais de concreto. O trabalho apresenta uma
metodologia que quantifica os danos em estruturas de concreto armado, e a sua
aplicação em uma mesma edificação em duas situações: antes e após a realização
de reparos em elementos da estrutura. Os resultados da aplicação foram
satisfatórios, refletindo as diferentes situações físicas da estrutura e a
adequação das intervenções recomendadas. Dessa forma, conclui-se que a
metodologia proposta no trabalho pode ser relevante no estabelecimento de
programas de manutenção de edificações com estrutura de concreto.
REFERÊNCIAS
[1] Associação
Brasileira de Normas Técnicas (2000), "Projeto de revisão da norma NB-1:
Projeto de estruturas de concreto", Novembro.
[2] Boldo
P. (2001). “Avaliação quantitativa dos danos em estruturas de concreto de
próprios nacionais gerenciados pela Diretoria de Obras Militares do Exército
Brasileiro”. Dissertação de Mestrado, Universidade de Brasília, Brasil (em
andamento).
[3] Castro,
E. K. (1994), "Desenvolvimento de metodologia para manutenção de
estruturas de concreto armado", Dissertação de Mestrado, Universidade de
Brasília, 185p, Dezembro.
[4] RILEM
(Reunião Internacional dos Laboratórios de Ensaios de Materiais de Construção)
(1991), "Technical Committee - Damage Classification of Concrete
Structures", Materias and Structures, Ed Champman & Hall, Vol. 24, nº
142, 320 p.
[5] Tuutti,
K. (1982), "Corrosion Steel in Concrete", Swedish Cement and Concrete
Research Institute, Stockolm, 469p.
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