São Paulo – SP 2021 APLICADO ÀS ● ESTRUTURAS METÁLICAS ●ESTRUTURAS DE CONCRETO
GUT
LIA MARINA KNAPPLUCY INÊS OLIVAN
LIA MARINA KNAPP Engenheira Civil pela Escola de Engenharia da Universidade Mac-kenzie (1979), com MBA em Gestão Econômica e Estratégica de Projetos pela FGV (disciplinas 2013) e Pós-graduação em Avalia-ções e Perícias em Engenharia IBAPE/FAAP (2015). Tem 40 anos de experiência profissional ao longo dos quais atuou nas áreas de elaboração de Projetos, Inspeções e Diagnóstico de Estruturas, Planejamento e Gerenciamento de Projetos. Fez diversos cursos de extensão e atualização em sua área de formação e publicou trabalhos técnicos em congressos e seminários. É sócia da ABMS – Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e do IBRACON – Instituto Brasileiro do Concreto. Como membro do IBAPE/SP – Instituto Brasileiro de Avaliações e Perícias de São Paulo atua na área de avaliações de imóveis e perícias de engenharia.
Email: [email protected]
LUCY INÊS OLIVAN Engenheira Civil pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (1975). Mestre em Construção Civil pela Escola Politéc-nica da Universidade de São Paulo (1982). Fez diversos cursos de extensão e atualização em sua área de formação, tendo es-crito cerca de 40 trabalhos técnicos em revistas e apresenta-dos em Congressos. Patenteou um novo material de constru-ção: Placas de material misto composto por mármore e granito e outro material denominado suporte e processo de obtenção deste produto concedida em abril de 2005, pelo Brasil (INPI) e em 2007, pelo PCT para os países Portugal, França, Itália, Ale-manha e Espanha. Atualmente é diretora da Techconsult En-genharia e professora titular da Fundação Armando Álvares Penteado (FAAP) nas faculdades de Engenharia e cursos de pós-graduação em Construções Sustentáveis. Finalizou o curso de pós-graduação “Avaliação e Perícias em Engenharia” em 2015 e é membro titular do Instituto Brasileiro de Avaliação e Perícias – IBAPE/SP.
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1INTRODUÇÃO ...11
1.1 Generalidades ...11
1.2 Etapas das atividades para o diagnóstico de uma estrutura ...16
CAPÍTULO 2 CONSIDERAÇÕES SOBRE AS NORMAS E CÓDIGOS BRASILEIROS PERTINENTES ...19
CAPÍTULO 3 PATOLOGIAS MAIS FREQUENTES NAS ESTRUTURAS METÁLICAS ... 27
3.1 Subsistemas constituintes das estruturas metálicas ... 27
3.1.1 Estrutural ... 27
3.1.2 Conexões ... 29
3.1.3 Contraventamentos ... 29
3.1.4 Fechamentos ... 31
3.1.5 Fixações ... 32
3.2 Patologias mais frequentes nas estruturas metálicas ... 32
3.2.2 Deformação e deflexão de elementos ...34
3.2.3 Corrosão ... 36
3.2.4 Defeitos em conexões ... 39
3.2.5 Defeitos em fixações da estrutura metálica ...42
3.2.6 Deficiências de contraventamento ...43
CAPÍTULO 4 PATOLOGIAS MAIS FREQUENTES NAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ... 47
4.1 Fissuras ...48
4.1.1 Fissuras não estruturais ...49
4.1.1.1 Fissuras por variação de temperatura externa ...49
4.1.1.2 Fissuras de retração térmica ...50
4.1.1.3 Fissuras de retração hidráulica ... 52
4.1.1.4 Fissuras de retração por secagem ... 52
4.1.1.5 Fissuras de assentamento plástico ... 53
4.1.1.6 Fissuras por reações álcalis-agregados ...54
4.1.2 Fissuras estruturais ... 56
4.1.2.1 Recalque diferencial de fundação ... 56
4.1.2.2 Solicitações estruturais: cisalhamento ... 57
4.1.2.3 Solicitações estruturais: flexão ... 59
4.1.2.4 Solicitações estruturais: torção ...61
4.1.2.5 Solicitações estruturais: tração ... 62
4.1.2.6 Solicitações estruturais: punção ... 63
4.1.2.7 Solicitações estruturais: esmagamento por compressão ... 65
4.1.2.8 Fissuras por impacto ... 67
4.3 Concreto disgregado ...68
4.4 Concreto desagregado ...69
4.5 Carbonatação ...70
4.6 Erosão ...71
4.7 Armaduras e insertos metálicos expostos ou corroídos ... 72
4.8 Umidade ... 74
4.9 Deformação geométrica ... 75
4.10 Defeito em aparelho de apoio ... 76
CAPÍTULO 5 DEFINIÇÃO DA MATRIZ GUT ... 83
5.1 Método GUT: conceitos, aplicações e composição da matriz ...84
5.2 Definição da matriz GUT ...86
5.2.1 Faixa de variação dos parâmetros (G), (U) e (T) ...86
5.2.2 Estabelecimento do valor de GUT ... 93
CAPÍTULO 6 INSPEÇÕES ... 95
6.1 Introdução ... 95
6.2 Procedimentos para as inspeções ...98
6.2.1 Objetivo ...98
6.2.2 Critérios estabelecidos ...98
6.2.3 Roteiro básico da inspeção ...99
6.2.4 Check-list da inspeção ... 101
CAPÍTULO 7 ENSAIOS ... 105
10 »
7.1.1 Ensaios não destrutivos ... 106
7.1.2 Ensaios semi-destrutivos ... 110
7.2 Estruturas metálicas ... 115
CAPÍTULO 8 CLASSIFICAÇÃO DO GRAU DE RISCO DAS ESTRUTURAS ... 121
CAPÍTULO 9 REGISTRO DAS INSPEÇÕES ...123
CAPÍTULO 10 EXEMPLO DO CÁLCULO DO GUT ...131
10.1 Descrição sucinta da estrutura ...131
10.2 Levantamento das anomalias ...132
10.3 Cálculo do GUT e classificação segundo o grau de risco ...135
10.4 Análise ...137
« 11
INTRODUÇÃO
1.1 GENERALIDADES
A atividade manutenção está diretamente ligada à filosofia de vida útil das estruturas.
Sendo este conceito relativamente recente den-tro do quadro geral da engenharia civil do nosso país, coloca-se em contraposição à cultura historicamente consagrada de que as estruturas civis, sob condições normais seriam “perenes” e não necessitariam de ma-nutenção.
Porém, a realidade tem dado inúmeras mostras de que o estado de uma estrutura é paulatinamente alte-rado ao longo de sua vida útil, tanto por condições de exposição da edificação ao meio ambiente quanto pe-las próprias características de projeto, de execução e de uso e manutenção.
A degradação das obras e a sua vida útil estão in-timamente ligadas às condições atuantes do meio am-biente (condições atmosféricas, intempéries, agressivi-dades do meio, ambiente no interior da edificação, água e solo em contato com as estruturas), à qualidade e à CAPÍTULO
12 » MÉTODO GUT durabilidade dos materiais constituintes das estruturas (cimento, agre-gados, armaduras, tipo de aço etc.), ao grau de qualidade da execução (métodos construtivos, nível de mão de obra) e do projeto, além das próprias condições operacionais, de utilização e de manutenção.
O conceito de manutenção civil implica numa clara identificação das condicionantes do meio ambiente local, das características de pro-jeto, de execução, dos materiais e da operação, de forma a sugerir, ainda na fase de implantação, providências de projeto que venham a minimizar e facilitar as ações da manutenção ao longo da vida útil da obra. Nos casos em que essas ações não puderem ser feitas, cabe à manutenção a ação corretiva no sentido de eliminar, reduzir ou minimizar os processos de deteriorização.
Um esquema de manutenção programado com vistorias e interven-ções periódicas torna-se importante para a identificação em tempo hábil do tipo de deteriorização que a estrutura está sofrendo e o controle de sua evolução com o tempo.
A concepção de um sistema de manutenção de obras civis passa necessariamente pelo estudo e pelo conhecimento dos processos de degradação das estruturas ao longo do tempo para a determinação da causa das anomalias e patologias detectadas durante as inspeções.
O gerenciamento de risco de anomalias e patologias tem aplicação quando se faz necessário priorizar ações dentro de um leque de alter-nativas. A partir da inspeção de uma estrutura são levantadas as ano-malias, falhas e defeitos, mas é necessário priorizar as ações corretivas. Uma metodologia para estabelecer um critério de risco das anoma-lias e patologias, que traduza a avaliação qualitativa em um indicador quantitativo do desempenho da edificação, viabiliza uma classificação comparativa, uniforme e imparcial.
Assim, dispor de critérios padronizados de avaliação segundo parâ-metros pré-estabelecidos possibilita uniformizar as análises de risco de forma analítica.
INTRODUÇÃO « 13
A teoria de decisão econômica desenvolvida por Charles Kepner e Benjamin Tregoe em 1981 utiliza a matriz de priorização GUT (Gravidade / Urgência / Tendência). Essa teoria pode ser adequada na engenharia para avaliar o desempenho da edificação.
Essa adequação da área econômica para a área da engenharia civil passa pelas seguintes etapas:
• identificar as anomalias ou patologias passíveis de ocorrência nas estruturas, associadas ao seu nexo causal;
• estabelecer faixas de classificação das anomalias e patologias quanto à gravidade, urgência e tendência (GUT);
• estabelecer o indicador correspondente a um nível de desempe-nho do sistema;
• aplicar o conceito estabelecido em estudos de caso para verificar a compatibilidade da proposição com a realidade;
• conferir agilidade ao processo numérico, de modo que a classifi-cação seja automática, por meio da programação da Matriz GUT com o programa EXCEL.
A avaliação do estado das estruturas é um assunto complexo, bas-tante afetado pela influência da experiência dos profissionais que execu-tam a inspeção e dos que a analisam.
Sua aplicação é recomendada em quaisquer trabalhos que envol-vam inspeções e avaliações de diagnóstico.
A aplicação do método GUT possibilita comparar o desempenho de uma mesma estrutura ao longo da sua vida útil (gestão da manutenção) e/ou a comparação entre várias estruturas (critério de priorização para investimentos).
Esta metodologia vem ao encontro dos objetivos da NBR15575 – Edificações Habitacionais – Desempenho (ABNT, 2013) e reforça a im-portância da difusão das melhores práticas de engenharia e de seu papel na defesa da qualidade da habitação no Brasil.
14 » MÉTODO GUT A norma de desempenho NBR 15575 trata das edificações subdivi-dindo-as em 05 sistemas: estrutural, pisos, vedações verticais internas e externas, coberturas e hidrossanitários.
Entende-se por sistema o conjunto de elementos e componentes destinados a atender a uma macro função que define uma parte maior do edifício, segundo o item 3.39 da NBR 15575:1.
O método GUT pode ser aplicado em todos os sistemas desde que seja particularizado e adequado às características intrínsecas de cada um deles.
No âmbito deste livro, o método GUT está sendo particularizado para o subsistema estrutural das estruturas em concreto e metálicas.
Até alguns anos se acreditava que as estruturas de concreto não necessitavam de manutenção, que eram eternas, conforme já citado. Em contrapartida já era sabido, por simples observação, que as estrutu-ras metálicas se deterioravam mais rapidamente por corrosão.
As estruturas metálicas no Brasil sofreram nos últimos anos um grande impulso em função da necessidade de aumento na velocidade da construção, do custo da mão de obra e da redução nos espaços destina-dos à construção e pelo fato das siderúrgicas terem sido privatizadas, o que conduziu a uma competitividade de custo.
Ao se fazer uma análise comparativa de custos entre uma edifi-cação em aço e outra em concreto, sendo ela residencial ou comercial, alguns itens, devem ser analisados que não simplesmente o custo dos materiais empregados, devem ser analisados.
Isso porque existem outras vantagens no emprego das estruturas metálicas. As menores dimensões das seções das colunas de aço pro-piciam espaços livres maiores, principalmente em garagens. O trabalho de vigas mistas – concreto da laje mais o aço das vigas – diminui a altu-ra das peças e leva a ganhos de pé-direito. A industrialização e a fabri-cação em série das peças são também ganhos inerentes às estruturas pré-moldadas.
INTRODUÇÃO « 15
Por outro lado, as estruturas de concreto têm a facilidade em se executar os elementos estruturais no local da obra. Estruturas robustas podem ser criadas com diferentes formatos sem muita dificuldade com o uso de formas e escoras, pois o material tem consistência plástica no estado fresco. As matérias primas têm custo relativamente baixo e são disponíveis com abundância na maioria dos locais onde é empregado. Outra vantagem importante é a alta disponibilidade de mão de obra que não necessita de muita especialização, utilizando equipamentos simples para as obras correntes. O processo construtivo é bem difundido no Bra-sil. Quando bem projetado, dosado e executado, o concreto apresenta estruturas com durabilidade adequada e com resistência aos agentes agressivos ambientais. Apresenta melhor desempenho ao fogo quando comparado ao aço, sendo empregado, muitas vezes, como material de proteção nas estruturas metálicas. O concreto serve como escudo pro-tetor contra corrosão da armadura, desde que apresente permeabilida-de compatível e tenha espessura permeabilida-de cobrimento apermeabilida-dequada ao ambiente ao qual está exposto. As peças de uma estrutura de concreto armado são solidarizadas entre si, com o grau de rigidez desejada por meio de monolitismo nos entrecruzamentos, que os demais sistemas estruturais dificilmente podem apresentar. Nenhum outro material estrutural ofere-ce tão boas propriedades a um custo tão competitivo quanto à relação qualidade/custo.
Existem algumas desvantagens no uso do concreto armado que por exemplo, o peso dos elementos estruturais, prazo de execução mais longo considerando o tempo de cura e o tempo de ganho de resistência para ser carregado.
As qualidades intrínsecas apresentadas pelo concreto, aliadas ao seu baixo custo, fazem dele um material com vantagens técnicas, eco-nômicas e sociais difíceis de serem superadas por qualquer outro, o que explica e justifica o seu extensivo uso no Brasil.
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1.2 ETAPAS DAS ATIVIDADES PARA O DIAGNÓSTICO DE UMA ESTRUTURA
O fluxograma a seguir mostra as atividades a serem realizadas e a interligação entre elas para se estabelecer o diagnóstico de uma estru-tura quanto ao seu desempenho, desde o conhecimento do problema
até o registro. engª Lia Marina Knapp engª Lucy Inês Olivan
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Figura 1.1. Fluxograma das atividades.
Partindo de uma dada estrutura a ser analisada, os seguintes passos são necessários até o estabelecimento de um diagnóstico:
Pesquisa da documentação existente e estudo das anomalia sem questão através de bibliografia e referências de casos análogos;
Solicitação e análise de documentação: projetos executivos (arquitetônico, estrutural, de fundações e contenções, hidrossanitários, elétrico etc.), memorial descritivo, diário de obra, manual de uso,
É possível diagnosticar?
ENSAIOS
“in loco”/em laboratório
DIAGNÓSTICO
• Origens das anomalias • Nexo causal
NÃO
SIM
LAUDO / PARECER INSPEÇÃO DO LOCAL
• Levantamento das anomalias ESTRUTURA
HISTÓRICO
• Informações verbais • dados técnicos registrados
PESQUISA
• Documentos • Bibliografia • Projetos
Classificação conforme grau de risco
GUT: Gravidade, Urgência e Tendência
GUT = 0
CRÍTICO 0 < GUT <= 2 Alto 2 < GUT <= 4 Regular Baixo / Mínimo4 < GUT <= 6
INTERVENÇÃO
Interdição/ projeto INTERVENÇÃOManutenção Rotineira
INTERVENÇÃO
Reforço / projeto INTERVENÇÃOReparos
Figura 1.1 – Fluxograma das atividades. Fonte: OLIVAN/KNAPP, 2020.
INTRODUÇÃO « 17
Partindo de uma dada estrutura a ser analisada, os seguintes pas-sos são necessários até o estabelecimento de um diagnóstico:
• Pesquisa da documentação existente e estudo das anomalias em questão através de bibliografia e referências de casos análogos;
• Solicitação e análise de documentação: projetos executivos (arquitetônico, estrutural, de fundações e contenções, hidrossa-nitários, elétrico etc.), memorial descritivo, diário de obra, ma-nual de uso, operação e manutenção e outros pertinentes e espe-cíficos do caso em análise;
• Diligências ao local para verificação das condições atuais da estrutura;
• Nos casos que não forem localizados os projetos, poderá ser ne-cessário fazer o levantamento das medidas e realização de dese-nhos de formas simplificados para registro das anomalias;
• Inspeção visual para verificação das anomalias existentes, tais como: trincas, fissuras, infiltrações, corrosões, deformações e demais patologias;
• Registro fotográfico das patologias existentes na edificação e do seu estado de conservação;
• Análise dos resultados da inspeção para verificar se é necessá-ria a realização de ensaios complementares para determinar o diagnóstico;
• Se for o caso, indicação dos ensaios para complementar os dados obtidos na inspeção visual. Nesta etapa deverão ser estabeleci-dos quais os ensaios recomendaestabeleci-dos, quantas amostras ou pon-tos a serem verificados, localização das regiões mais representa-tivas para ensaiar e o custo dos mesmos;
• Análise para fazer o diagnóstico com apuração da origem e do nexo causal de cada anomalia;
• Análise do grau de risco com a aplicação do método GUT, segun-do os parâmetros de gravidade, urgência e tendência;
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• A partir da classificação, conforme o grau de risco, é indicada a intervenção (reparo, reforço, interdição, etc.);
• Elaboração de Laudo Judicial ou Parecer Técnico, incluindo as respostas aos quesitos formulados pelas partes, se for o caso de perícia judicial.