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PEF2503
ESTRUTURAS DANIFICADAS: SEGURANÇA E AÇÕES CORRETIVAS
Carlos E.N. Mazzilli Francisco Graziano
Introdução: reavaliação,
reparo e reabilitação
R&R (reparo e reabilitação)
R&R&R (reavaliação, reparo e reabilitação)
Reavaliação: “diagnóstico”
Reparo: “terapia”
Reavaliação
Inspeção visual
Ensaios para caracterização de
propriedades mecânicas
Ensaios de vibrações livres ou
forçadas para caracterização de modos de vibração e rigidez
Provas de carga
Reavaliação
Monitoração (extensometria, acelerometria, GPS, piezometria, …) Calibração de modelos computacionais: ¾ retroanálise ¾ identificação de dano3
Reparo
Renovação: restituição à situação de
“inauguração”
Reforço: melhoria das condições de
rigidez e resistência
¾ Reprojeto ¾ Execução
Reabilitação
Certificação de bom desempenho ¾ Provas de carga
¾ Ensaios em geral Profilaxia
¾ Restrições de uso
Provas de carga
Segurança: Rd≥Sd
¾ Rd= Rk/γm
¾ Sd= γfSk
¾ γm pouco maior que 1
(envelhecimento) ¾ γf ≅1,10
Estruturas acidentadas ou
sinistradas
Choque mecânico Explosões Incêndios Terremotos Trombas d’água Ciclones5
Choque mecânico
Choque mecânico
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Incêndio
Incêndio
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Terremoto
Sintomas e patologias
Sintomas
¾ flechas exageradas
¾ fissuração generalizada
¾ fissuração localizada, mas de grande abertura
¾ esmagamento do concreto
¾ vibrações excessivas
¾ recalques de fundações, etc
Sintomas e patologias
Patologias
¾ concepção estrutural
¾ concepção e modelagem de ligações
¾ modelagem do comportamento reológico
¾ modelagem das ações
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Sintomas e patologias
Patologias
¾ erros de dimensionamento
¾ vícios de detalhamento de elementos estruturais
¾ vícios de construção
¾ mau uso da estrutura
¾ ausência de manutenção
Patologias estruturais
Quanto maior a “anterioridade”da patologia ⎯ considerando as etapas seqüenciais de
concepção, modelagem, dimensionamento, detalhamento, execução, operação e
manutenção ⎯ maiores as dificuldades e maiores os custos da terapia.
Patologias de projeto em obras
de concreto estrutural
Freqüentemente decorrem de:
Competição predatória levando à compressão de custos
Falácia do projeto “executado por computador”
Mão de obra “especializada” inexperiente: gap de gerações
Coordenação e controle deficiente da qualidade de projetos “retalhados” e “terceirizados”
Patologias de concepção
Partidos estruturais deficientes
Contraventamento deficiente em edifícios altos & baixa rigidez torcional em edifícios altos (estudo de caso)
Baixa redundância, favorecendo colapso progressivo (estudo de caso)
Transições deficientes de cargas elevadas de pilares
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Patologias de concepção e
modelagem
falta de rigidez local ou global em estruturas
pré-fabricadas, levando a sistemas com baixa redundância estática ou com concentrações de tensão
Patologias de modelagem
Subestimação da deformação lenta e contra-llechasinsuficientes
Subestimação de adensamento do solo (ex: edifícios em Santos, com fundação sobre camadas de argila orgânica)
Patologias de modelagem
inadequada consideração de açõesdecorrentes de vento e tráfego de veículos em pontes
inadequada consideração da excitação dinâmica causada por torcedores em estádios
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Patologias de modelagem
Estruturas laminares esbeltas Sensibilidade a imperfeições Acoplamentos entre modos de “flambagem” ou de “vibração”
Não-linearidade física, especialmente em presença de concentração de tensões
Patologias de detalhamento de
elementos estruturais
detalhamento inadequado das armaduras, com ancoragens deficientes, emendas insuficientes,
armaduras de pele ausentes, etc, causando fissuração excessiva
Patologias de construção
inobservância de especificações do método construtivo (estudo de caso: galeria enterrada)
técnicas construtivas inadequadas
“simplificações” e adaptações do projeto efetuadas na obra, sem consulta ao projetista
mão de obra não qualificada
materiais que não atendem aos requisitos de resistência e durabilidade especificados no projeto
falta de proteção de materiais estruturais em meios quimicamente agressivos
Patologias de construção
Dosagem inadequada (fator água-cimento…): resistência e impermeabilidade vs trabalhabilidade; aditivos vs aderência concreto-armadura
Transporte inadequado do concreto
Lançamento inadequado
Juntas de concretagem não previstas (concentração de
tensões e perda de aderência)
Deslocamento da armadura
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Patologias de construção
Cura sem impedimento de evaporação da águanecessária para reações (exotérmicas!) de
endurecimento do concreto e sem controle de sua retração: estabelecimento de quadro de fissuração
Reações expansivas (álcali-agregado, MgO e cal livre em presença de água) dão origem a fissuração em “mosaico”, na superfície
Defeitos de forma (embarrigamentos, desalinhamentos, falta de estanqueidade)
Escoramento mal executado
Retirada de cimbramento mal executada
Patologias de construção
Inversão de armaduras positivas e negativas
Troca das armaduras entre elementos estruturais distintos
Mau posicionamento da armadura
Cobrimento insuficiente
Patologias de construção
Dobramentos de barras em desobediência às normas técnicas (ganchos “mordem” o
concreto)
Deficiências de ancoragem
Deficiências de emendas
Deficiência na execução das fundações e arrimos (rebaixamento de lençol, carreamento de finos)
Patologias de utilização
Mau uso da estrutura: a modificação do uso e reformas mutiladoras de estruturas freqüentemente introduzem patologias estruturais (“doença ocupacional”)
Em estruturas hidráulicas: erosão e abrasão do concreto, causadas por
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Patologias de falta de
manutenção
Patologias de falta de manutenção em
obras de concreto estrutural
Ataque biológico ao concreto: fungos, cupim, bactérias anaeróbias presentes em esgoto
Íons Cl- (água do mar, ácido muriático)
aceleram corrosão da armadura
Estudo de caso: Corrosão de tirantes de aço de cobertura de estádio de futebol
Patologias de falta de manutenção em
obras de concreto estrutural
Carbonatação do concreto pelo ataque de CO2 (ou H2CO3): redução do pH do concreto, com perigo de corrosão da armadura
Desagregação do concreto e corrosão das armaduras causadas pela chuva ácida (H2SO3 e H2SO4)
Lixiviação do concreto: dissolução do Ca(OH)2 pela água, formando estalactites e estalagmites
Patologias estruturais
causas dos problemas patológicos em estruturas de concreto
fonte de pesquisa
projeto materiais execução utilização
37 35 Matousek & Schneider (1976) ⇐ +18 ⇒ 10 Edward Grunau (apud Paulo Helene, 1992) 44 18 28 10 D.E. Allen (Canadá, 1979) 55 ⇐ 49 ⇒ C.S.T.C. (Bélgica, apud Verçoza, 1991) 46 15 22 17 C.E.B. Bulletin 157 (1982) 50 ⇐ 49 ⇒ 10 F.A.A.P. (apud Verçoza, 1991) 18 6 52 24 B.R.E.A.S. (Reino Unido, 1972) 58 12 35 11 Bureau Securitas (Suíça, 1972) ⇐ 88 ⇒ 12 E.N.R. (U.S.A., 1968-1978) 9 6 75 10 S.I.A. (Suíça, 1979) 46 ⇐ 44 ⇒ 10
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Atitude do engenheiro perante a
recuperação estrutural
O reprojeto de recuperação
estrutural é distinto do projeto de uma estrutura nova
¾ Condicionantes geométricas ¾ Condicionantes mecânicas ¾ Condicionantes tecnológicas
Atitude do engenheiro perante a
recuperação estrutural
Normalização específica para
recuperação estrutural ainda inexistente
Tendência de adotar normas para
projeto de estruturas (novas) pode conduzir a soluções antieconômicas (usualmente) ou inseguras
Atitude do engenheiro perante a
recuperação estrutural
Análise de risco e segurança
¾ Critérios semi-probabilísticos para
garantir margem de segurança em relação a ELU e ELS
¾ Coeficientes de minoração de resistência
ou majoração de ações não devem ser necessariamente os “cheios”, propostos para o projeto de estruturas novas, pois a variabilidade de fatores de influência em grande parte já se manifestou na obra construída, em vias de recuperação
Atitude do engenheiro perante a
recuperação estrutural
Numa estrutura já existente, diversos destes fatores são ou conhecidos ou factíveis de serem estimados, mudando, desta forma, a relação de variáveis com incertezas e portanto alterando a relação de segurança!
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Atitude do engenheiro perante a
recuperação estrutural
γR γS μR R 0 μS S r, sCond. limite de projeto
Sd= Rd Resistência Característica Rk γS·Sk<=Rk/γR Condição típica de segurança : Ação Característica Sk
Atitude do engenheiro perante a
recuperação estrutural
Estado anterior de tensões na estrutura a
ser recuperada:
¾ Em sua grande maioria as estruturas a serem reforçadas encontram-se sob carga
¾ O dimensionamento do reforço deve considerar as deformações iniciais dos materiais
existentes, a fim de que estes materiais não entrem em colapso por excesso de
deformação, quando o material aplicado como reforço tiver atingido níveis adequados de desempenho
Atitude do engenheiro perante a
recuperação estrutural
Estado anterior de tensões na estrutura a
ser recuperada:
¾ Efeitos de deformação lenta e retração em reforços de concreto estrutural podem vir a aumentar as
solicitações sobre elementos estruturais com resistência deficiente ou insuficiente!
¾ Não basta “reforçar” a estrutura, mas é necessário colocar o reforço em carga!
¾ A recuperação estrutural muitas vezes exige