PEF2503 ESTRUTURAS DANIFICADAS: SEGURANÇA E AÇÕES CORRETIVAS. Carlos E.N. Mazzilli Francisco Graziano

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

Reavaliação

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: R_d≥S_d

¾ R_d= R_k/γ_m

¾ S_d= γ_f S_k

¾ γ_m pouco maior que 1

(envelhecimento)

Estruturas acidentadas ou

sinistradas

Sintomas e patologias

„ Sintomas

¾ flechas exageradas

¾ fissuração generalizada

¾ fissuração localizada, mas de grande abertura

¾ esmagamento do concreto

¾ vibrações excessivas

Sintomas e patologias

„ Patologias

¾ concepção estrutural

¾ concepção e modelagem de ligações

¾ modelagem do comportamento reológico

¾ modelagem das ações

Sintomas e patologias

„ Patologias

¾ erros de dimensionamento

¾ vícios de detalhamento de elementos estruturais

¾ vícios de construção

¾ mau uso da estrutura

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

„ _{Sistemas estruturais apoiados em fundações} com comportamentos muito distintos

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-llechas insuficientes

„ Subestimação de adensamento do solo (ex: edifícios em Santos, com fundação sobre camadas de argila orgânica)

Patologias de modelagem

„ inadequada consideração de ações decorrentes de vento e tráfego de veículos em pontes

„ inadequada consideração da excitação dinâmica causada por torcedores em estádios

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

„ Vibração mal executada,

exsudação, segregação (pontos frágeis)

Patologias de construção

„ Cura sem impedimento de evaporação da água necessária 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

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 cavitação ou arraste de sólidos

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 Dov Kaminetzky (U.S.A., 1991) 51 ⇐ 40 ⇒ 16 Jean Blévot (França, 1974) 35 ⇐ 65 ⇒ L.E.M.I.T. (Venezuela, 1965-1975) 19 5 57 19

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!

Atitude do engenheiro perante a

recuperação estrutural

Cond. limite de projeto

S_d= R_d Resistência Característica R_k γ_S·S_k<= R_k/γ_R Condição típica de segurança : Ação Característica S_k

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

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