Patologias de origem estrutural 97

Além das degradações que as estruturas de madeira podem apresentar, como resultado de muitos anos de serviço, muitas vezes muito além da Vida útil prevista, utilização inadequada, ações de sobrecargas acidentais, falta de manutenção ou alterações intencionais no uso e/ou ampliações na estrutura original, muitas vezes podem conduzir a resultados desastrosos, poderão igualmente existir defeitos devidos a falhas em projetos estruturais, envolvendo a concepção inadequada e/ou ainda falhas na escolha e seleção de materiais durante a execução da estrutura, além de casos de falhas em manutenções corretivas [(MACHADO et al, 2009); (CRUZ, 2009); (SAMPAIO da COSTA, 2009)p48; (DRIEMEYER, 2009)p47; (CRUZ, 2011); (BRANCO et al, 2012)].

Uma execução inadequada das ligações, exemplo esse considerado corriqueiro por diversos pesquisadores, quer ao nível da geometria dos entalhes, na forma inadequada, na ausência de contato entre elementos, por exemplo, quer ao nível na deficiência em aplicação com chapas e conectores metálicos, em elementos subdimensionados ou em ausência, além do insuficiente espaçamento entre as distâncias dos conectores e as extremidades de topo dos elementos de madeira, constituem exemplo de deficiências, devendo-se levar em consideração as respectivas implicações para o comportamento estrutural [(MACHADO et al, 2009); (CRUZ, 2009); (SAMPAIO da COSTA, 2009)p48; (DRIEMEYER, 2009)p47; (CRUZ, 2011); (BRANCO et al, 2012)]. Segundo Calil Jr. et al (2006), Brito (2010), Calil Jr. e Brito (2010) em algumas situações, a falha de uma conexão poderá ser responsável pelo colapso da estrutura. Como exemplo desta situação, pode ser citado o caso comum de coberturas em duas águas com estrutura em treliças, nos quais se tem a presença de ligações fundamentais: o nó de apoio, a emenda do banzo inferior e o nó de cumeeira. O comprometimento de uma dessas ligações pode levar ao colapso da estrutura treliçada.

Outro fator muito importante é ausência de sistemas de contraventamentos em elementos estruturais, também considerado como uma deficiência muito comum, e deve ser corrigida. Caso seja negligenciado e ou insuficiente, podem permitir movimentos das ligações desses elementos estruturais, em função de aplicações de ações, principalmente às horizontais (devidas à ação do vento), podendo levar até mesmo à ruptura seja do elemento estrutural, seja da ligação. Também é ressaltado como exemplo, casos de apoios com dimensões

insuficientes nas extremidades das treliças, ou ainda deficiências em ligações entre os elementos estruturais de montantes e diagonais com os banzos, nos pontos dos apoios, que também tendem a favorecer movimentações dos nós das ligações, em função de aplicações de ações horizontais nos topos dos pilares e/ou das paredes que as suportam [(MACHADO et al, (2009); (CRUZ, 2009)].

Excentricidades em aplicações de cargas também são exemplos de anomalias muito comuns em estruturas existentes, normalmente ocasionadas por instalações de tubulações e/ou equipamentos não previstos no projeto original, no entanto, pode ser um fator de intervenção. Outro exemplo muito comum são as anomalias oriundas de erros de concepção de projeto e/ou execução, nas regiões de apoio de treliças em função de fixações de engastamentos inadequados, com pequenas dimensões das extremidades dos banzos inferiores fixados nas paredes associadas a uma distância excessiva entre o apoio e o nó do banzo superior. Além de que nas treliças tradicionais de coberturas, a região da ligação de apoio (suporte) entre o banzo inferior e o banzo superior é onde atuam as maiores concentrações de forças pontuais na estrutura e é simultaneamente à região mais vulnerável, favorável ao Alto Potencial de Risco de Biodeterioração por fungos apodrecedores, devido à sua localização geralmente próxima aos beirais de coberturas (Figura 5.55). Outra situação de excentricidade comum é a situação em que não existe à coincidência do ponto de aplicação de carga das terças com os nós da estrutura [(MACHADO et al, 2009); (CRUZ, 2009)].

a) b)

Figura 3.55. Erros de concepção de apoio muito comuns: a) excentricidade na ligação da condição de apoio incorreta, banzo superior com o banzo inferior, e em muitos casos com dimensão insuficiente, além do fator de “Alto Potencial de Risco de Biodeterioração” nessa região e na condição em que está submetida. b) excentricidades em função de condições de apoios incorretos e/ou com dimensões insuficientes. Fontes: MACHADO et al (2009), CRUZ (2009).

Machado et al (2009) e Cruz (2009) referem-se ainda à existência de situações, mas felizmente pouco frequentes, em que a concepção e a realização da estrutura, e muitas vezes

passada sucessivas intervenções, manifestam-se a um elevado nível de improviso, tornando virtualmente impossível a sua interpretação estrutural e a respectiva avaliação da segurança. Diante dos exemplos sucintamente expostos e corriqueiros de agentes físicos patológicos em estruturas de madeira com origem estrutural, o Autor descreve que geralmente esses fatores são oriundos de:

 Falhas em concepções durante projeto arquitetônico;  Falhas na concepção estrutural do projeto;

 Falhas na escolha do modelo de análise estrutural;  Falhas em concepções de ligações;

 Falhas e/ou ausência nas interferências na integração entre os projetos complementares;

 Falhas inerentes aos materiais;  Falhas na execução da obra;  Falhas em manutenções corretivas;

Na sequencia serão descritas simplificadamente os principais tipos de deteriorações em estruturas de madeira oriundas de agentes físicos.

3.2.1.1.1 Instabilidade

Uma das temáticas que tem sido muito estudada na atualidade na Engenharia de Estruturas é a Estabilidade das Estruturas, tradicionalmente vista como a que engloba o conjunto de conceitos que, ao serem aplicados ao projeto das estruturas numa análise global, e local de seus elementos em particular, tornam estas estruturas estáveis, isto é, apropriadas para serem utilizadas segundo as necessidades que as originaram. A estabilidade de uma barra pode ser definida como a tendência natural desta em se manter ou recuperar sua posição original apesar das perturbações que as atinjam. Isto é sua capacidade em manter um estado de equilíbrio estável, recuperando-se dos fenômenos de alteração induzida à sua condição inicial. Este conceito de estabilidade, entretanto, vem sendo aprimorado, de forma a poder exprimir o que o seu nome implica, pois não é mais suficiente que a estabilidade se preocupe apenas com o dimensionamento das seções dos elementos estruturais, e desses elementos numa análise global (ALVIM, 2009). Atualmente, um ponto básico que vem sendo incorporado ao conceito de estabilidade é o da “durabilidade estrutural”, pois de nada serve que uma estrutura seja estável apenas por um período de tempo tão curto que a torne economicamente inviável. Diante desta visão, a primeira preocupação da “Estabilidade das Estruturas” deve estar relacionada com a “Patologia das Estruturas”, pois do estudo dos

defeitos e dos sintomas das manifestações patológicas das estruturas de madeira, muitas vezes podem estar relacionados com as falhas de concepção, de análise, de construção e de utilização destas estruturas. No entanto, a instabilidade geralmente pode ser observada em deslocamentos laterais excessivos ou em movimento de pórtico, usualmente causado por danos, corte ou falta de barras de contraventamento (CALIL JR. et al, 2006).

Os tipos de instabilidade mais comuns em estruturas de madeira são: instabilidade local (instabilidade lateral em vigas, e flambagem em pilares) e instabilidade global da estrutura.

As análises de estabilidade local de elementos estruturais podem ser avaliadas por critérios da NBR 7190. Já para análises de estabilidade global em estruturas de madeira, a maioria dos softwares comerciais utilizam modelos computacionais P-Delta.

3.2.1.1.2 Remoção de elementos estruturais

Tem sido muito comum encontrar estruturas de coberturas de madeira danificadas pela remoção de suas partes (Figura 3.56) para instalação de utilidades, em reformas, ou decorrentes de manutenções com concepções incorretas, além de outras atividades de carpintaria [(MACHADO et al, 2009); (CRUZ, 2009); (CRUZ, 2011); (BRITO e CALIL JR., 2012); (BRANCO et al, 2012)]. Assim como cortes ou remoções de vigas ou peças de elementos estruturais tracionados. A redução da seção transversal de vigas e transversinas também podem diminuir sua capacidade resistente (CALIL JR. et al, 2006).

a) remoção parcial do banzo inferior b) remoção total banzo inferior c) Remoção parcial banzo superior

Figura 3.56. Erros grosseiros em manutenções corretivas, com corte remoções parciais e total de elementos estruturais principais (banzos de treliças), em intervenções anteriores, resultandos de deformações excessivas. Fontes: a) b) BRANCO et al (2012); c) MACHADO et al (2009); CRUZ (2009); CRUZ (2011)

3.2.1.1.3 Fraturas incipientes

As fraturas incipientes, geralmente ocorrem decorrentes de acidentes ou ignorância como, por exemplo, com uso de sobrecargas excessivas. Felizmente são bastante raras, entretanto podem não ser fáceis de serem detectadas e em caso de suspeita, deve ser solicitada a presença de um especialista (CALIL JR. et al, 2006).

3.2.1.1.4 Movimento de ligações e distorções

As ligações entre elementos estruturais, também conhecidas no meio técnico, como conexões, sempre devem ser consideradas como pontos fundamentais na segurança de estruturas de madeira. Em certos casos, a falha de uma conexão poderá ser responsável pelo colapso da estrutura. Como exemplo dessa situação, pode-se citar o caso comum de telhados em duas águas de coberturas com sistema estrutural de treliça, em que se tem a presença de ligações fundamentais como: o nó de apoio, a emenda do banzo inferior e o nó de cumeeira. O comprometimento de uma dessas ligações pode levar ao colapso da estrutura treliçada [(CALIL et al, 2003); (BRITO, 2010); (CALIL e BRITO, 2010)].

As ligações, quando montadas em elementos estruturais com madeira verde e expostas para secar in loco, podem resultar em retrações, fissuras, distorções ou outras formas de rupturas locais. As cavilhas de madeiras muito rígidas, entalhes e/ou ligações com concepções inadequadas podem se deslocar ou até mesmo romper (Figura 3.75) [(ARRIAGA et al, 2002); (MACHADO et al, 2009)]. A retração e/ou a falta de detalhamento de projeto ou inexistência de conectores não são problemas incomuns em estruturas de madeira ainda jovens, [(CALIL JR. et al, 2006); (ARRIAGA et al, 2002); (MACHADO et al, 2009); (BRANCO et al, 2012).

a) b)

Figura 3.57. Exemplos de características visuais de danos em ligações: a) fendilhamento ou provável ruptura na madeira em uma ligação de emenda de banzo inferior, com reforço inadequado com chapa metálica, ARRIAGA et al (2002); b) desencaixe de uma emenda em banzo de treliça em função de erro de concepção de ligação, MACHADO et al (2009).

3.2.1.1.5 Deformações, deslocamentos e flechas

As deformações, deslocamentos e flechas podem indicar excessivo carregamento, que necessita de correção com manutenções adequadas [(ARRIAGA et al, 2002); (CALIL JR. et al, 2006); (MACHADO et al, 2009); (ALVIM et al, 2011); (BRANCO et al, 2012)]. Em estruturas antigas o deslocamento pode ser oriundo do efeito da fluência ou secagem a partir de uma condição de madeira verde. Isso pode ou não, conduzir a problemas estruturais

(CALIL JR. et al, 2006). Na Figura 3.58 são apresentados exemplos de deformações, flechas e deslocamentos, detectadas nas avaliações de segurança estrutural por Alvim et al (2002) e Alvim et al (2011) na estrutura da cobertura do sistema Hauff do Ginásio Poliesportivo do Pacaembu, São Paulo, SP.

Figura 3.58. Deformações excessivas em treliças causadas por deslizamento de ligações entre a força e o momento aplicado: deslocamentos de apoios, flechas excessivas no meio dos vãos das treliças, efeitos da instabilidade lateral dos arcos. Fonte: ALVIM et al (2011)

3.2.1.1.6 Danos mecânicos

Para os casos de estruturas de pontes de madeira, os danos mecânicos [ingl.: Mechanical Damage] são provavelmente os agentes abióticos mais significativos de deterioração física, segundo Ritter e Morrell (1990) e Calil Jr. et al (2006). Esse dano é originário por vários fatores e variam consideravelmente os seus efeitos sobre a estrutura. O dano mecânico mais comum em superfícies de rolamento nos tabuleiros de pontes de madeira e guardas de rodas, é o de abrasão mecânica, que é a provocada pelo atrito dos pneus dos veículos, que originam degradação com desgastes superficiais, e pode levar a redução da seção efetiva da peça de madeira. As deteriorações devido à abrasão mecânica favorecem a penetração e retenção da água pela quebra da barreira química de tratamento preservativo e/ou poças entre as fendas expressivas, que conduzem à biodeterioração por apodrecimento [(RITTER; MORRELL, 1990); (BIGELOW et al, 2007); (BRASHAW et al, 2012)].

Os danos mecânicos mais graves em estruturas de pontes de madeira podem ser ocasionados por longa exposição a sobrecargas de veículos (Figura 3.59b), recalques de fundações, além de danos mecânicos decorrentes de detritos ou blocos de gelo (em regiões com nevasca) em canal de fluxo (Figura 3.59c), durante enchentes ocasionais decorrentes de altos índices pluviométricos [(RITTER; MORRELL, 1990); (BRASHAW et al, 2012); também citado em (CALIL JR. et al, 2006)].

a) abrasão mecânica b) ruptura de viga transversina de ponte c) danos mecânicos em enchentes Figura 3.59. Características visuais de diagnósticos oriundos de danos mecânicos: a) deterioração superficial por efeito de abrasão mecânica em tabuleiro laminado de ponte, BRASHAW et al (2012). b) ruptura de uma viga transversina suporte de tabuleiro de ponte, BRASHAW et al (2012). c) Danos mecânicos graves em uma ponte de MLC causado pelo fluxo de detritos durante níveis de alto fluxo de água em enchente, RITTER e MORRELL (1990).

3.2.1.1.7 Presença de defeitos naturais

Segundo Calil Jr. et al (2006), um dos defeitos naturais [ingl.: Natural Defects] são as fissuras, que tipicamente resultam da secagem ao ar livre, quando a madeira é instalada ainda verde in loco. Embora preocupantes, as fissuras têm pequena importância estrutural. Em estruturas antigas, podem permanecer presentes por décadas e somente serem observadas em deslocamentos. Ocasionalmente, se as fissuras são de grande extensão, por exemplo, mais profundas que a metade da espessura da peça; em uma posição crítica em relação aos conectores; ou em uma barra necessitando de proteção ao fogo, os reparos devem ser realizados. Na Figura 3.60 Brashaw et al (2012) apresentam os principais defeitos naturais que devem ser observados em elementos estruturais de madeira durante inspeções visuais, pois em certas situações, podem favorecer à biodeterioração por apodrecimento.

Legenda (tradução):  nó [ingl.: knot]  racha [ingl.: shake]

 fenda no cerne [ingl.: check heart]

 fenda de borda em extremidade [ingl.: end check]  fenda [ingl.: split (through) check] fenda que

atravessa à peça em espessura, oriunda de defeito natural

 fenda superficial [ingl.: surface check]  medula na peça [ingl.: pith]

Figura 3.60. Características de diagnóstico para identificação dos principais defeitos naturais em elementos de madeira. Fonte: BRASHAW et al (2012) [Cortesia do Dr. Xiping Wang]

O nó [ingl.: knot] fica localizado na região de implantação de um galho que foi incorporada em uma peça de madeira. Na madeira, os nós são classificados por sua forma, dimensão, qualidade e ocorrência. Para os casos de peças de madeira novas, um nó vermelho

evidencia que o galho estava vivo quando a madeira foi cortada, um nó escuro indica que o galho estava morto no momento do corte da madeira (CARREIRA, 2003).

A racha [ingl.: shake] é uma separação longitudinal do tecido lenhoso da madeira, que ocorre predominantemente entre os anéis anuais de crescimento (CARREIRA, 2003); NBR 8456:1984; (BRASHAW et al, 2012), geralmente originária do resultado de defeitos naturais de secagem da madeira (Figura 3.62a).

A fenda no cerne [ingl.: check heart] como o próprio nome diz, é a fenda que ocorre apenas na região do cerne.

Segundo Brashaw et al (2012) fenda [ingl.: Check] é uma separação longitudinal do tecido lenhoso que normalmente atravessa os anéis anuais de crescimento cortando-os, e geralmente é originária do resultado de defeitos naturais de secagem [ingl.: seasoning].

Carreira (2003) traduz por fendilhado [ingl.: seasoning check], pequenas fendas superficiais que aparecem nas extremidades das peças devido à secagem da madeira.

No entanto, assim como a definição na ASTM D 9-12 considera-se mais apropriada a definição para fendilhado (Figura 3.61a) às pequenas fissuras superficiais que aparecem nas extremidades das peças, originária do resultado de defeitos naturais de secagem da madeira, tendo em vista a definição de fenda [ingl.: check] por Brashaw et al (2012).

A fenda de borda em extremidade [ingl.: end check] pode ser caracterizada pela separação longitudinal do tecido lenhoso que ocorre apenas na borda (APA EWS, 2006) na extremidade da peça, geralmente originária do resultado de defeitos naturais de secagem.

A fenda superficial [ingl.: surface check] pode ser caracterizada por uma pequena separação do tecido lenhoso, em geral alinhada longitudinalmente e perpendiculares aos anéis de crescimento, geralmente originária do resultado de defeitos naturais de secagem da madeira (Figura 3.61b).

a) fendilhados e fendas de borda em extremidade, em topo de pilaretes b) fendas longitudinais superficiais Figura 3.61. Características visuais de diagnóstico de fendas em elementos estruturais de madeira, geralmente originários de defeitos maturais de secagem. Fontes: a) fendilhados, BRASHAW et al (2012); b) Fendas típicas em longarinas externas devido às ações de agentes atmosféricos e luz solar direta, BIGELOW et al (2007).

Segundo Brashaw et al (2012) fendilhamento [ingl.: split] é uma separação longitudinal na extremidade de uma peça, que atravessa a mesma em toda sua espessura, ou seja, de uma superfície adjacente até à superfície oposta, em função do efeito de separação das células da madeira por efeito físico de rasgamento, geralmente por cisalhamento (Figura 3.62a) [(APA EWS, 1999); (APA EWS, 2006); (BRASHAW et al, 2012); (FERREIRA, 2012)p58]. Já Carreira (2003) traduz esse termo inglês through check, split por fenda e descreve que é uma fenda longitudinal na extremidade de uma peça e que atravessa a mesma em espessura, não definindo a origem da fenda.

a) fendilhamento em topo de pilarete, na linha de parafusos b) rachas em topo de pilarete de defensa Figura 3.62. Características visuais de diagnóstico de: (a) fendilhamentos, que atravessam a peça em toda sua espessura, geralmente originários de esforços de cisalhamento; (b) características visuais de rachas, geralmente originárias de defeitos naturais, em extremidades de elementos estruturais de madeira. BRASHAW et al (2012).

No entanto, considera-se apropriada a tradução do termo split por fendilhamento, ou seja, é uma separação longitudinal do tecido lenhoso na extremidade de uma peça, que atravessa a mesma em toda sua espessura, ou seja, de uma superfície adjacente até à superfície oposta, em função do efeito de separação das células da madeira, originária pela ação do efeito físico de

rasgamento, em uma ou mais linhas de corte, geralmente oriunda de esforços de

cisalhamento, superiores aos de projeto, principalmente em regiões de ligações com pinos, muito próximos dessa extremidade.

Já o termo split (through) check traduzido por fenda como sendo uma separação longitudinal do tecido lenhoso na extremidade de uma peça, que atravessa a mesma em toda sua espessura, ou seja, de uma superfície adjacente até à superfície oposta, cortando os anéis anuais de crescimento, e que geralmente é originária do resultado de defeitos naturais de

secagem da madeira.

Essas definições foram também acrescentadas na proposta do glossário de termos técnicos no item 8 desse trabalho.

Portanto, na maioria dos casos dos elementos estruturais de madeira conífera, o inspetor pode recorrer a metodologias das regras de classificação visual, recomendadas pelas normas Internacionais ASTM D 245-93, atual ASTM D 245-06 (2011) e SPIB (1994), além dos critérios de classificação visual de Carreira (2003), para avaliar o Potencial de Risco de Gravidade dos Defeitos Naturais presentes na peça estrutural em análise. Segundo Carreira (2003), “fora da zona crítica, em elementos fletidos, e em elementos carregados axialmente, as fendas e as rachas anelares de defeitos naturais, geralmente têm pouco ou nenhum efeito nas propriedades de resistência e não são limitadas por essa razão”. Pode ser aconselhável limitá-las em algumas aplicações por questão estética, ou para prevenir a penetração de umidade e consequente favorecimento ao apodrecimento. Segundo Santos (2009)a a norma Internacional UNE 56544:2003 também pode ser apropriada para esse fim.