REABILITAÇÃO / SUBSTITUIÇÃO
6. SUBSISTEMA DE REABILITAÇÃO / SUBSTITUIÇÃO
A segunda parte do subsistema de reabilitação / substituição, ou seja o submódulo de selecção do trabalho de reparação proposto (Fig. 2), gere as situações em que se considera a hipótese de realizar na construção trabalhos de reparação estrutural importantes, sendo também de admitir as opções de melhoramento da sua capacidade (aumento do número de pisos em edifícios / alargamento do tabuleiro em pontes ou reforço da estrutura), imposição de limites à sobrecarga dos pisos em edifícios / à carga dos veículos em pontes e mesmo substituição pura e simples. Os trabalhos de reparação englobados são de natureza estrutural ou semi-estrutural ainda que possam ter consequências em termos da funcionalidade da construção.
Este submódulo deve ser utilizado sempre que uma avaliação estrutural é realizada mas é deixado de fora quando, no submódulo de estratégia de inspecção não descrito em detalhe neste documento por ser específico para pontes, se conclui que não é necessária qualquer avaliação estrutural até à próxima inspecção periódica. Mesmo que seja decidido que é mais económico não realizar quaisquer trabalhos estruturais na construção relacionados com as anomalias detectadas, essa decisão deve ser tomada utilizando o submódulo agora descrito e baseada numa análise económica.
6.1. Critérios de decisão
As limitações orçamentais são fundamentais para a decisão já que é praticamente impossível prever o número de construções que precisarão de ser reparadas em cada ano, assim como a extensão dos trabalhos necessários. Uma construção pode não precisar de ser reparada durante 10 ou mais anos e, no seguinte, sofrer uma operação de reabilitação que custa quase tanto como a construção de raiz. No princípio de cada ano, é conhecido o orçamento das entidades gestoras para os trabalhos que vão para além da manutenção e pequena reparação, que deve ser distribuído por cada construção do conjunto de património gerido. O pano de fundo para a tomada de decisões é o seguinte [9]:
b) um determinado número de entre estas têm anomalias estruturais ou funcionais importantes; estas podem resultar de uma degradação das suas características iniciais após a construção ou por uma mudança / aumento das exigências que lhe são feitas (maior número de pisos em edifícios, maior volume de tráfego em pontes ou maiores cargas em ambos);
c) idealmente, cada uma destas construções foi objecto de uma avaliação estrutural em que as anomalias foram não só identificadas mas também quantificadas; isto nem sempre é possível, o que torna a decisão mais difícil e sujeita a erros; a avaliação estrutural fornece uma lista de trabalhos necessários (o anexo “Trabalho de Reparação Necessário” da ficha de inspecção respectiva na base de dados, conforme descrito no capítulo 3) para restaurar as características originais da construção, isto é, os trabalhos estritamente de reparação; esta lista deve ser feita de acordo com fichas de reparação normalizadas;
d) para cada uma das construções, devem ser identificadas as insuficiências de serviço actuais e futuras (por exemplo, uma ponte tem apenas duas vias de rodagem em cada sentido e são necessárias três ou sê-lo-ão a breve trecho); devem ser estudadas soluções para eliminar essas insuficiências, o que obriga à preparação de estudos preliminares de tráfego (em pontes) e estruturais;
e) idealmente, quando a decisão tiver de ser tomada, deve-se possuir toda a seguinte informação sobre as construções incluídas na análise:
o uma estimativa dos trabalhos de reparação necessário de acordo com as fichas de reparação; por multiplicação de cada tarefa pelo respectivo preço unitário, obtém- se uma estimativa grosseira do custo da operação;
o uma estimativa dos trabalhos de melhoramento necessários e um orçamento aproximado preparado pelo departamento gestor;
o uma proposta para substituição da construção existente (se essa for uma possibilidade em estudo) com dimensões aproximadas e um orçamento grosseiro da nova construção;
o para cada uma destas opções, deve ser estudada mais que uma solução; se houver tempo, o estudo de mais soluções fornecerá, em princípio, uma solução melhor.
basicamente o resultado de uma análise económica. Esta análise pode ser feita a três níveis consoante o que está sendo comparado:
• nível 1 - a eliminação da anomalia; • nível 2 - a reparação da construção;
• nível 3 - a gestão da totalidade do património.
Na descrição que se vai seguir de cada um dos níveis de decisão, a opção em estudo é a de reparar a construção. Os casos menos correntes de melhoramento da sua capacidade (resistente ou funcional) e de substituição serão particularizados mais adiante.
6.1.1. Nível 1
No nível 1, são avançadas diversas soluções de reparação de uma determinada anomalia. As várias soluções têm custos diferentes mas também diferentes graus de eficiência. Ao nível da anomalia, a eficiência deve ser medida pelo ciclo de vida da reparação, ou seja, o tempo decorrido após a reparação até que nova reparação seja necessária.
Para cada localização de uma anomalia, deve ser aplicado um mecanismo de degradação diferente. Este mecanismo deve ser calibrado ao longo do tempo com recurso à informação recolhida nas inspecções periódicas. De cada vez que seja necessário tomar uma decisão, pode-se prever uma vida útil residual. Para cada técnica de reparação, deve-se prever um ciclo de vida com o auxílio de um modelo de deterioração e tomando em conta a agressividade intrínseca do local. Até que sejam desenvolvidos modelos matemáticos de degradação minimamente rigorosos, pode-se recorrer a tabelas como as apresentadas em apêndice no SFAM [5], que contêm períodos de vida útil médios para diferentes materiais, elementos e técnicas de reparação.
A este nível e em face da altura em que a decisão é tomada, os custos iniciais (C0) da
construção, os seus custos de inspecção (CI) e de manutenção (CM) (definidos noutro
documento no âmbito deste curso) devem ser considerados como irrelevantes para a decisão, isto é, não são alterados qualquer que seja a decisão em relação à reparação da anomalia. As
decisões devem ser tomadas de acordo com o índice de eficiência de custo (CEI) de cada opção [4].
O índice CEI dá uma indicação comparativa das acções planeadas em relação à opção de não fazer nada. Um valor do CEI superior a 1 indica que, do ponto de vista económico, as acções planeadas são melhores do que a opção de não fazer nada e vice-versa. Uma opção com um CEI maior que o de outra opção deve ser preferida já que constitui um melhor investimento.
A noção de retorno do investimento (ROI) [4] também pode ser utilizada. O índice ROI é igual ao índice CEI multiplicado pela taxa de actualização r. Um valor de ROI superior à taxa de actualização identifica um plano eficiente do ponto de vista económico.
O conceito mais importante é o de que a decisão não deve ser baseada unicamente nos custos imediatos da opção (isto é, menores custos ⇒ melhor solução) mas deve também entrar em linha de conta com os benefícios que daí possam advir. O objectivo é maximizar benefícios - custos (ou minimizar custos - benefícios) e não apenas minimizar custos.
Para cada opção, o valor do CEI deve ser calculado de acordo com a equação (1) em que: CR - custos de reparação [$]; CF - custos de rotura [$]; B - benefícios [$]. C R = C RSA + C RSR (4) em que:
CRSA - custos da avaliação estrutural [$];
Dá-se de seguida algumas indicações sobre como calcular as diferentes parcelas nas equações (1) e (4). Para a opção de nada fazer, CRSR = 0. Para a opção de reparar, CRSR é o
custo previsto da reparação incluindo todos os custos de mão-de-obra, materiais, equipamento, administração e fiscalização envolvidos. Quanto ao custo CRSA, idealmente, ele
seria o mesmo para ambas as opções já que é recomendável que, qualquer que seja a decisão final, se realize uma avaliação estrutural para identificar e quantificar as necessidades. No entanto, se a decisão for tomada antes da avaliação estrutural, CRSA = 0 para a opção de nada
fazer. Por outro lado, as incertezas serão maiores e os custos de rotura devem ser incrementadas para essa opção (aumentando a probabilidade de rotura Pf). No cálculo de
CRSR, os custos fixos associados à reparação de cada anomalia devem ser repartidos sempre
que mais anomalias do mesmo tipo ocorram na ponte.
Os custos de rotura e os benefícios também devem ser previstos. B = 0 para a opção de nada fazer. Se os custos de manutenção forem significativamente diminuídos pela opção de reparar (o que não é provável na maioria dos casos), este decréscimo pode também ser incluído nos respectivos benefícios. Para quantificar os custos de rotura e os benefícios, deve ser feita uma análise económica referida a um determinado período (preferivelmente, a vida útil residual RL1 do elemento em que se detectou a anomalia, no caso de nada se fazer para a
eliminar). Depois desse período, é imperativa uma reparação ou substituição do elemento. Para a opção de reparar, há ainda uma vida útil residual RL2 após o período RL1 se ter
esgotado que deve ser avaliada:
RL 2 = SL 2 − RL 1 (5)
em que:
RL2 - vida útil residual do elemento após a passagem do tempo RL1, caso a opção de
reparar seja escolhida no instante da decisão [ano];
SL2 - vida útil esperada do elemento caso a opção de reparar seja a escolhida [ano];
RL1 - vida útil residual do elemento caso se opte por nada fazer [ano].
incluído nos benefícios.
C F = C FSF + C FFF (6)
em que:
CFSF - custos de rotura estrutural [$];
CFFF - custos de rotura funcional [$].
Se a existência da anomalia não é um factor impeditivo da funcionalidade da construção, os custos CFFF devem ser ignorados nesta análise já que são iguais para ambas as
opções. O custo do colapso estrutural da construção CFF é também basicamente igual. No
entanto, é possível que a probabilidade de rotura Pf seja maior para a opção de nada fazer, o
mesmo acontecendo com CFSF e CFF. A quantificação deste aumento é um problema difícil
que precisa de ser resolvido através de fórmulas simples.
Recorrendo à formulação referida acima, é possível obter um índice CEI para cada técnica de reparação considerada plausível para um determinado tipo de anomalia da construção. A opção com o valor máximo do CEI é, em princípio, a melhor escolha.
6.1.2. Nível 2
No nível 2 de decisão, já foi preparada uma lista dos diferentes tipos de anomalia detectados na construção. Para cada um, foi feita uma análise ao nível 1 e escolhida a técnica de reparação com o CEI máximo. Pode então ser preparada uma nova lista dos tipos de anomalia em função das técnicas de reparação óptimas acompanhadas dos respectivos valores de CEImáx (Quadro 5).
O orçamento para reparação atribuído a cada construção é limitado e nem todas as anomalias podem ser reparadas. A decisão ao nível 2 consiste em reparar em primeiro lugar o tipo de anomalia com o valor CEImáx mais elevado (CEI1) e assim sucessivamente. Do
C2, etc., até se esgotar o orçamento. Se o orçamento da construção é função do orçamento
geral do conjunto do património gerido, passa-se ao nível 3 de decisão.
Quadro 5 [1] - Lista de anomalias em função das técnicas de reparação e de acordo com o respectivo CEI (custos individuais)
TIPO DE TÉCNICA DE RE- CEImáx CUSTO [$]
ANOMALIA PARAÇÃO ÓPTIMA
... ... CEI1 C1
... ... CEI2 C2
... ... ... ....
... ... CEIi Ci
... ... ... ....
CEIi + i ≤ CEIi ≤ CEIi - i
Ao deduzir os custos Ci do orçamento da construção, pode ser feita uma pequena
redução de todos os custos Cj (j = 1 a i) para tomar em conta que os custos fixos de cada
técnica de reparação podem ser repartidos entre os vários trabalhos previstos.
6.1.3. Nível 3
No nível 3, o mais importante nível de decisão, as opções são feitas de um ponto de vista global, isto é, a opção de reparar uma determinada construção afecta todas as outras incluídas no conjunto de património edificado. As grandes opções de utilização futura de cada construção (melhoramento da capacidade ou substituição) devem ser tomadas a este nível de decisão.
Quando o sistema de decisão atinge o nível 3, é suposto terem todas as construções, com anomalias estruturais ou funcionais muito importantes, sido objecto de um estudo económico ao nível 2. Para cada uma dessas construções, deve ser preparada uma nova lista de tipos de anomalia nela detectados. Nesta lista, em vez de se ter valores individuais de CEImáx e custos
de cada técnica de reparação, são utilizados custos e índices CEI acumulados (equações (2) e (3) e Quadro 6).
Quadro 6 [1] - Lista de anomalias em função das técnicas de reparação e de acordo com o respectivo ACEI (custos acumulados)
TIPO DE TÉCNICA DE RE- CEI ACUMULADO CUSTO ACUMULADO
ANOMALIA PARAÇÃO ÓPTIMA (ACEI) (AC) [$]
... ... ACEI1 AC1
... ... ACEI2 AC2
... ... ... ...
... ... ACEIi ACi
... ... ... ... ACEIi + i ≤ ACEIi ≤ ACEIi - i
O valor ACEIi representa o índice de eficiência de custo de realizar todas as reparações
necessárias para eliminar os tipos de anomalia 1 a i e, logicamente, diminui com o número de tipos de anomalia reparados. Quando se calcula o valor dos custos acumulados, a correcção acima mencionada (referente à redução de preços unitários com o aumento do número de anomalias reparadas) deve ser tomada em conta.
A decisão ao nível 3 consiste em realizar em primeiro lugar a reparação (ou conjunto de reparações) com o índice ACEI mais elevado (de entre todas as construções incluídas na rede) e assim sucessivamente. Do orçamento global é retirado o custo acumulado da reparação com o ACEI mais elevado e assim sucessivamente. Como é evidente, sempre que um conjunto de reparações numa determinada construção que inclui n técnicas é incluído na lista, o conjunto de reparações da mesma construção que inclui n-1 técnicas é eliminado das despesas e o valor do orçamento disponível é corrigido.
6.1.4. Casos particulares
A descrição dos 3 níveis de decisão foi feita com base numa opção de reparação da construção, ou seja, de restaurar as suas características originais. No entanto, a filosofia que lhes é subjacente pode ser generalizada a situações em que se considera a possibilidade de melhorar a capacidade de uma construção existente ou mesmo de a substituir.
Quando se considera a hipótese de melhorar a capacidade de uma construção, várias opções podem ser escolhidas: não fazer nada e aceitar a insuficiência infraestrutural até que um orçamento específico para o efeito seja disponibilizado; melhorar a capacidade da construção (por aumento do número de pisos em edifícios ou alargamento do tabuleiro em pontes, reforço dos elementos estruturais e / ou alteração do funcionamento estrutural e redistribuição dos esforços internos); construir uma nova construção (que substitua a existente ou em paralelo com a mesma). Para cada situação, as implicações económicas são as mais importantes na tomada de decisão e, conjuntamente com preocupações de índole política e arquitectónica, reduzem bastante o impacto dos critérios técnicos (engenharia estrutural ou outras). Daí que seja pouco lógico criar um sistema para tomada de decisões sobre melhoramento de construções existentes com base apenas em aspectos estruturais.
Suponha-se que várias opções de reforço estrutural e/ou aumento do número de pisos / alargamento do tabuleiro estão a ser analisadas. Para cada uma, é possível conhecer os custos de implementação (incluindo os custos de avaliação estrutural e, provavelmente, alguns custos de reparação estrutural, já que não faz sentido melhorar uma construção sem reparar pelo menos algumas anomalias). Estes custos substituem os custos de reparação no cálculo do índice CEI (equação 6). É também possível estimar os custos de rotura e os benefícios da opção.
No caso das pontes, os benefícios advêm do aumento da máxima carga móvel permitida na obra de arte Q0 e / ou do aumento do fluxo de tráfego permitido à velocidade de tráfego
TF0. A sua estimativa pode ser feita com base nos critérios e equações apresentados em [1].
No caso dos edifícios, os benefícios advêm do aumento da área útil e do valor equivalente do aluguer / venda da mesma.
Para quantificar os custos de rotura funcional, a situação de referência deve ser a construção com a sua funcionalidade actual de cálculo após ter sido reparada (mas não melhorada). A opção de nada fazer só tem custos de rotura funcional se a anomalia (ou anomalias) detectada afectar o nível de serviço da construção. Os custos de rotura funcional da opção de melhoramento da construção são nulos já que é suposto a sua funcionalidade melhorar. Esta melhoria em relação à concepção inicial deve ser considerada um benefício da
opção.
O custo de rotura estrutural CFF aumenta após o melhoramento da construção já que esta
representa um maior investimento e é mais cara a sua substituição por uma construção semelhante. No entanto, a probabilidade de rotura Pf durante o período de referência da
análise económica supostamente diminui drasticamente pelo que é de esperar alguma redução nos custos de rotura estrutural CFSF após o melhoramento.
De forma a comparar a opção de melhoramento da capacidade com as outras, o valor do índice CEI deve estar relacionado com a vida útil residual RL1 da construção (ou do
elemento) na opção de nada fazer. Já que a vida útil esperada da construção melhorada RL2 é
maior que esse período, o seu valor residual RV2 após RL1 deve ser tomado em conta nos
benefícios.
O valor do índice CEI para cada opção de melhoramento deve ser comparado com os valores correspondentes de CEImáx numa análise ao nível 2 (se o orçamento da construção em
análise for independente do orçamento da rede) ou com os valores de ACEI numa análise ao nível 3. O critério de decisão é o mesmo.
Substituição
A filosofia associada à hipótese de substituir a construção é muito semelhante à proposta para as opções de melhoramento. A diferença principal é que os custos de reparação (ou de melhoramento) são substituídos pelos custos de substituição.
É necessário um estudo económico para comparar o custo de reabilitação e a vida útil residual da construção existente com os valores respectivos de construção de uma nova construção. Deve-se recorrer a uma análise a preços correntes que tome em conta os custos iniciais, ciclo de vida, vida útil residual, custos de exploração, probabilidades de ocorrência e análise de sensibilidade [5](nomeadamente, fazendo variar a taxa de actualização). Os efeitos da inflação, quando os preços de construção evoluem com taxas de inflação diferentes das dos preços gerais, devem também ser incluídos. Os custos iniciais da substituição incluem os
custos de concepção, os de construção e alguns variados como demolição da obra de arte existente e, no caso das pontes, acessos, serviços, desvio do curso de água, desvios do tráfego e outros [5].
A substituição da construção pode consistir de dois tipos de opção diferentes:
reconstrução de uma construção idêntica à existente - neste caso, os custos e benefícios funcionais são os mesmos da reparação pura e simples; no entanto, o valor residual da nova construção após o período de referência da análise económica é provavelmente maior que o valor correspondente para a construção existente reparada, já que o ciclo de vida de uma construção nova é, quase de certeza, maior que o ciclo de vida de uma reparação; construção de uma construção melhor (mais alta, mais larga ou com maior capacidade de
carga) - neste caso, os custos e benefícios funcionais devem ser estimados a comparados com o custo adicional do melhoramento para saber qual destas duas opções tem um CEI maior.
Os valores do CEI para as diversas opções de substituição são então utilizados para uma análise a nível 2 ou 3 conforme explicado anteriormente.
6.2. Funcionamento do subsistema
Apresenta-se de seguida e de uma forma resumida o funcionamento geral do submódulo de selecção do trabalho de reparação proposto deste subsistema. São listados os dados que é necessário recolher das inspecções e dos índices de custos e os resultados que se pretende obter. O fluxograma representa esquematicamente as operações realizadas na aplicação do submódulo.
6.2.1. Input do submódulo
O input deste submódulo inclui:
estruturais detectadas na avaliação estrutural;
as fichas de trabalho de reparação necessário preparadas pelo inspector com estimativas