( PDF ) Estudo das condições de segurança de edifícios durante a recuperação estrutural de pilares

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL

Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil

Nº 17

ESTUDO DAS CONDIÇÕES DE SEGURANÇA DE

EDIFÍCIOS DURANTE A RECUPERAÇÃO

ESTRUTURAL DE PILARES

NEWTON FERNANDO MONTEIRO

UBERLÂNDIA, 17 DE FEVEREIRO DE 2006.

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA

FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil

Newton Fernando Monteiro

ESTUDO DAS CONDIÇÕES DE SEGURANÇA DE EDIFÍCIOS

DURANTE A RECUPERAÇÃO ESTRUTURAL DE PILARES

Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia

Civil da Universidade Federal de Uberlândia como

parte dos requisitos para a obtenção do título de

Mestre em Engenharia Civil.

Área de Concentração: Engenharia das Estruturas.

Orientador: Prof. Dr. Turibio José da Silva.

Uberlândia, 17 de fevereiro de 2006.

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FICHA CATALOGRÁFICA

Elaborada pelo Sistema de Bibliotecas da UFU / Setor de Catalogação e Classificação

M775e

Monteiro, Newton Fernando, 1975-

Estudo das condições de segurança de edifícios durante a recupera-

ção estrutural de pilares / Newton Fernando Monteiro. – Uberlândia,

2006.

195f. : il.

Orientador: Turibio José da Silva.

Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de Uberlândia, Progra-

ma de Pós-Graduação em Engenharia Civil.

Inclui bibliografia.

1. Engenharia de estruturas - Teses. I. Silva, José da. II. Universidade

Federal de Uberlândia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil.

III. Título.

CDU: 624.01

Aos meus pais pelo exemplo de vida e apoio

incondicional em todos os momentos; aos meus

irmãos pela sincera amizade e motivação e a

Daiane por todo carinho e confiança depositados

em mim.

In memorian

Este trabalho é humildemente dedicado ao amigo

Gilmar Rodrigues Braga, que partiu, deixando

lembranças e muitas saudades.

AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus por contemplar-me com a oportunidade de realizar mais este trabalho,

ajudando-me na superação dos muitos obstáculos encontrados.

Agradeço a todos os meus amigos pelo pensamento positivo e paciência durante todo este

período.

Aos meus colegas do curso de Pós-graduação em Engenharia Civil, professores e

funcionários da FECIV que contribuíram de forma direta e indireta para a realização deste

trabalho.

Ao meu orientador e amigo, Prof. Dr. Turibio José da Silva, por sua conduta, dedicação,

paciência e, sobretudo, pela disponibilidade em ofertar amplamente seus conhecimentos.

À CAPES pelo apoio financeiro.

RESUMO

As estruturas se deterioram pela ação das intempéries e de outros fatores, o que requer,

para a manutenção da vida útil, intervenções que poderão variar de um simples reparo

superficial a uma elaborada instalação de reforços. Na avaliação da segurança de estruturas

existentes, as diretrizes utilizadas para projeto tornam-se inapropriadas, uma vez que

muitos dos parâmetros adotados genericamente em projeto, agora podem ser estudados

com uma investigação in loco, o que reduz muito as incertezas relativas às variáveis

envolvidas. Este trabalho tem como objetivo geral a análise da segurança dos pilares de

edifícios residenciais submetidos à recuperação estrutural, abordando ainda alguns

procedimentos para execução do reparo, tendo em vista a segurança. É proposta uma

metodologia para intervenção desses elementos em função do coeficiente de segurança

global encontrado, partindo-se de considerações feitas na avaliação, tanto das resistências

quanto dos esforços atuantes na seção transversal. De acordo com os procedimentos,

realiza-se o estudo dos valores representativos das cargas que ocorrem nos curtos períodos

de tempo referente aos trabalhos de recuperação e os coeficientes parciais de segurança a

serem aplicados a pilares, durante tal processo. Os esforços serão gerados por programas

computacionais comerciais, tendo por parâmetros de entrada, aqueles específicos da

estrutura analisada, em coerência com o momento da intervenção para reparo e segundo

período de referência relativo à execução dos serviços, que é da ordem de poucos meses. A

metodologia apresentada prevê condições normais de ocupação dos apartamentos pelos

inquilinos nos edifícios investigados. Então, leva-se em conta a manutenção de um nível

mínimo de segurança no desenvolvimento dos trabalhos, de acordo com uma probabilidade

de falha ajustada às atuais condições da estrutura e seu desempenho passado. Como

aplicação da técnica proposta, apresenta-se a avaliação da segurança oferecida por pilares,

no pavimento da garagem, em dois edifícios com simulação de recuperação estrutural

devido a um processo de corrosão inicial das armaduras. Espera-se que esta contribuição

fomente uma base para trabalhos futuros que culminem na elaboração de normas para

avaliação e recuperação estrutural.

Palavras chave: Segurança das estruturas existentes, Fatores de segurança, Avaliação

estrutural, Recuperação de estruturas

Monteiro, N. F. Estudo das condições de segurança de edifícios durante a recuperação

estrutural de pilares. 195 p. Dissertação de Mestrado, Faculdade de Engenharia Civil,

Universidade Federal de Uberlândia, 2006.

ABSTRACT

Structures deteriorate under action of environmental hazards and other conditions, what

requiring, for the maintenance of the service life, interventions that can vary from a simple

superficial repair to a elaborated installation of reinforcements. In the structural safety's

evaluation of existing buildings, the guidelines used for project become inappropriate, as

many of the parameters adopted generically in project can be now studied by an

investigation in situ, which reduces significantly the relative uncertainties to the related

variables. The aim of this dissertation is to analyze the safety condition of columns of

residential buildings submitted to the structural repair. Also, it evaluates some procedures,

based on safety, for execution of the repair. A methodology is proposed for intervention of

those elements in terms of the global safety's coefficient, from considerations done in the

evaluation of the resistances and internal forces in the cross section as well. According to

the procedures, the study of the representative values of the loads that act in short periods

of time of the repair work and safety's partial coefficients that will be applied to the

columns, during such a process. Internal forces will be generated by commercial softwares,

where input data are those specific of the analyzed structure, according to the time of the

repair intervention and reference period related to the execution of the services, which

correspond to few months. The presented methodology focus on normal conditions of

occupation of the apartments by the tenants in the investigated buildings. Then, it is taken

into account the maintenance of a minimum level of safety in the development of the

works, according to a probability of failure adjusted to the current conditions of the

structure and the previous response. As an application of the proposed technique, it is

presented the safety's evaluation of columns located in the garage of two buildings. It was

simulated the service of structural repair due to the process of initial reinforcement

corrosion. It is expected that this dissertation contributes to future works culminating in the

elaboration of codes for evaluation and structural repair.

Keywords: Safety of existing structures, Safety factors, Structural assessment, Repair of

structures

Monteiro, N. F. Study of safety conditions of buildings during the structural repair of

columns. 183 pp. MSc Dissertation, College of Civil Engineering, Federal University of

Uberlândia, 2006.

SÍMBOLOS E SIGLAS

SÍMBOLOS

Letras romanas

a Flecha na extremidade livre do pilar padrão

A Área da seção transversal genérica

Área da seção transversal do concreto

Área da seção transversal das armaduras

a/c Relação água/cimento

b Largura da seção transversal

Ca(OH)

Hidróxido de cálcio

CaCO

Carbonato de cálcio

Íon cloreto

CO Monóxido de carbono

Dióxido de carbono

Constantes ou funções determinísticas que relacionam x

a S

Constantes ou funções determinísticas que relacionam y

a R

d' Distância do centro das armaduras da 1º camada até a face do concreto

e Excentricidade adicional gerada

Excentricidade devida à imperfeições locais

Excentricidade devido à fluência

“extr” Indica condições de extremo de variáveis ou funções de distribuição

Excentricidade inicial

/h Excentricidade relativa de primeira ordem

E Módulo de elasticidade

Módulo de deformação secante do concreto

Módulo de elasticidade tangente

f( ) Função densidade de probabilidade

Resistência à compressão média do concreto

Resistência à compressão de cálculo do concreto para projeto

cd,aval

Resistência à compressão de cálculo do concreto para avaliação

Resistência à compressão característica do concreto

ck,est

Resistência característica do concreto estimada dos corpos-de-prova

ck,real

Resistência característica do concreto real de testemunhos extraídos

c,t

Resistência do concreto à compressão aos “t” dias

ctk

Resistência característica do concreto à tração

ctm

Resistência média do concreto à tração

c,28

Resistência do concreto à compressão aos 28 dias

Densidade de probabilidade da componente intermitente

Qqp

Densidade de probabilidade da componente quase permanente

f(x;η,λ) Função de densidade de probabilidade gama com parâmetros η e λ

Resistência característica à tração do aço

’yd

Resistência ao escoamento de cálculo para o aço

Resistência média à tração do aço

( ) Função densidade de probabilidade das resistências

( ) Função densidade de probabilidade das ações

Íon ferro

G,aval

Carga permanente de avaliação

Valor característico das solicitações

F(x) Função de distribuição acumulada da variável x

F(x;η,λ) Função de distribuição acumulada gama

Limite elástico do aço

G Função de estado limite último

h Altura da seção transversal do pilar

H Geometria da barra de aço

h/d Relação altura/diâmetro dos corpos-de-prova

I Momento de inércia da seção transversal

Momento de inércia da seção de concreto

MOD

Coeficiente de modificação da resistência à compressão do concreto

MOD,aval

Coeficiente de modificação da resistência do concreto na avaliação

MOD1

Coeficiente que considera o ganho de resistência do concreto com o tempo

MOD2

Coeficiente de redução da resistência do concreto pelas cargas mantidas

MOD3

Coeficiente de redução da resistência devido à dimensões do corpo-de-prova

KOH Hidróxido de potássio

Comprimento de flambagem

viga

Comprimento da viga

Distância entre as faces internas dos elementos estruturais

m Função de densidade de probabilidade para a variável (R-S)

Valor médio das resistências

Valor médio das solicitações

Momento fletor de 1º ordem em pilares

Momento fletor de 1º ordem no meio do pilar em balanço

Momento solicitante de cálculo

d,TOT

Momento total aproximado de cálculo para o pilar padrão

eng

Momento de engastamento perfeito

Momento resistente interno

Momentos devidos às combinações quase permanentes

1d,A

Momento de primeira ordem

1d,Min

Momento mínimo de cálculo do pilar

NaOH Hidróxido de sódio

Carga normal de cálculo

Esforços de compressão devidos às combinações quase permanentes

P Relaciona-se a probabilidades

Pf Probabilidade de falha

pH Potencial hidrogenionte

Carga crítica de flambagem

Probabilidade relacionada a uma função RS

R,extr

Extremo probabilístico das resistências

,extr

Extremo probabilístico das solicitações

Componente intermitente das cargas de utilização

Componente quase permanente das cargas de utilização

R Esforços resistentes

aval

Esforços resistentes de avaliação

Esforços resistentes característicos

Rigidez do elemento

SUP

Rigidez superior do pilar

INF

Rigidez

inferior do pilar

VIGA

Rigidez da viga

1/r Curvatura na seção crítica

s Desvio-padrão amostral

Desvio-padrão da resistência à compressão do concreto ensaiado

Desvio-padrão da resistência à tração do concreto ensaiado

Desvio-padrão da variável x

Desvio-padrão da resistência do aço à tração

S Esforços solicitantes

aval

Esforços solicitantes de avaliação

Esforços solicitantes característicos

Fator topográfico

Fator devido

rugosidade do terreno e dimensões da edificação

Fator estatístico

ajust

Fator de ajustamento de Rosowsky

t Idade do concreto na avaliação

Idade do concreto no instante inicial considerado

Velocidade básica do vento de projeto

Velocidade característica do vento de projeto

k,aval

Velocidade característica do vento de avaliação

x, y, z, t Fator aleatório interveniente na segurança estrutural

Parâmetros aleatórios de influência nas solicitações

X Valor assumido por uma variável aleatória

0,05

Valor acumulada em 5% para a variável X

0,005

Valor acumulada em 5‰ para a variável X

0,95

Valor acumulada em 95% para a variável X

0,995

Valor acumulada em 99,5% para a variável X

Parâmetro aleatório de influência na resistência dos materiais

Letras gregas

α Fator de influência

Fator de correção do momento de cálculo

Fator de influência do coeficiente de ponderação para cargas permanentes

G,aval

Fator de influência do coeficiente de ponderação para cargas permanentes

na avaliação

Fator de influência do coeficiente de ponderação das resistências

Fator de influência do coeficiente de ponderação das solicitações

c,aval

Fator de influência do coeficiente de ponderação do concreto na avaliação

s,aval

Fator de influência do coeficiente de ponderação do aço na avaliação

Fator de influência do coeficiente de ponderação da variável x

β Índice de confiabilidade

aval

Índice de confiabilidade na avaliação

∆a, ∆b Variação das dimensões da seção transversal

∆l Variação do comprimento

∆

Acréscimo infinitesimal na variável x

∆ Fator de contribuição no ajustamento do índice de confiabilidade

∆

Fator de inspeção/desempenho

∆

Fator de comportamento estrutural

∆

Fator da categoria de risco para a falha

µm Valor médio de m

µ Momento fletor reduzido

Φ Função que relaciona β à Pf

Coeficiente

de segurança global

Coeficiente de ponderação da resistência do concreto

Coeficiente de segurança externo

Coeficiente de ponderação das ações

Considera o desvio das ações em relação a seus valores característicos

Fator que leva em conta a combinação das ações

Fator que considera possíveis erros na avaliação dos efeitos das ações

Coeficiente de ponderação das ações permanentes de projeto

G,aval

Coeficiente de ponderação das ações permanentes na avaliação

Coeficiente de segurança interno

Coeficiente característico de segurança

Coeficiente de ponderação dos materiais

Fator que considera possíveis reduções na resistência

Fator que considera possíveis reduções na resistência de caráter local

Coeficiente de ponderação das forças de protensão

Coeficiente de ponderação da resistência do aço de projeto

s,aval

Coeficiente de ponderação da resistência do aço na avaliação

Parâmetro para quantificação dos efeitos globais de 2º ordem globais

Coeficiente de ponderação das deformações impostas

aval

Coeficiente de segurança global na avaliação

c,aval

Coeficiente de ponderação do concreto na avaliação

Coeficiente de ponderação das ações variáveis em projeto

Q,aval

Coeficiente de ponderação das ações variáveis na avaliação

W,aval

Coeficiente de ponderação da força de vento na avaliação

Coeficiente central de segurança

δ Coeficiente de variação

Coeficiente de variação da resistência do concreto de projeto

c,aval

Coeficiente de variação da resistência do concreto na avaliação

Coeficiente de variação que depende de modelos de cálculo da estrutura

Coeficiente de variação das condições de execução do concreto

Coeficiente de variação do limite elástico do aço

Desvio-padrão do valor das cargas permanentes de projeto

G,aval

Desvio-padrão do valor das cargas permanentes na avaliação

Coeficiente de variação da geometria das barras de aço

Coeficiente de variação das condições do concreto

Coeficiente de variação das resistências

Coeficiente de variação das solicitações

δx Coeficiente de variação da variável x

s,aval

Coeficiente de variação da resistência do aço à tração na avaliação

Coeficiente de variação do erro modelo estrutural

δ” Parâmetro geométrico de dimensionamento à flexo-compressão

ζ Erro no modelo de flexão

ξ Fator relativo a uma probabilidade aplicada

σ Tensão na seção transversal

Tensão limite de cálculo para o concreto

Desvio-padrão de m

Desvio-padrão das resistências

Desvio-padrão das solicitações

Fator de combinação das ações variáveis no ELU

Fator de combinação das ações variáveis – combinações freqüentes

Fator de combinação das ações variáveis – combinações quase permanentes

π Número de Pitágoras (3,14)

ε Deformação específica

, ε

Deformações na direção de a e b da seção transversal respectivamente

Deformação no concreto

λ Índice de esbeltez da peça

Parâmetro de comparação para o índice de esbeltez

max

Índice de esbeltez máximo para pilares

κ Rigidez aproximada

υ Coeficiente de Poisson

φ Coeficiente de fluência

Γ(η) Função gama

SIGLAS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

ACHE Asociación Científico-Ténica Del Hormigón Estructural

ACI American Concrete Institute

ARI Alta resistência inicial

ASTM American Society for Test and Materials

CAPO Cut an pull-out

CEB Comitê Euro-Internacional Du Betón

CF Combinações freqüentes

CQP Combinações quase permanentes

CR Combinações raras

ddp diferença de potencial

EL Estado limite

ELU Estados limites últimos

EUA Estados Unidos da América

ELS Estados limites de serviço

EUDL Equivalent uniformly distributed load

fdp Função densidade de Probabilidade

FIP Fédération Internationale de la Précontrainte

GPR Ground penetration radar

JCSS Joint Comité on Strucutural Safety

LRFD Load resistance factor design

NBR Norma Brasileira Regulamentada

PVA Acetato de polivinil

RAA Reação álcali-agregado.

SBR Estireno-butadieno

Unidades de medidas

cm centímetro

centímetro quadrado

g grama

kg quilograma

kN quilo-Newton

kN/m

quilo-Newton por metro quadrado

m metro

metro quadrado

metro cúbico

mm milímetro

MPa mega-Pascal

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1 – Processo corrosivo em armaduras do concreto............................................... 15

Figura 2.2 – Extração de testemunhos................................................................................. 18

Figura 2.3 – Ensaio de arrancamento - LOK test................................................................. 19

Figura 2.4 – Limpeza de armaduras. ................................................................................... 26

Figura 2.5 – Estabelecimento de reparos profundos............................................................ 28

Figura 2.6 – Proteção catódica por corrente impressa......................................................... 29

Figura 3.1 – Região D de integração para determinação da Pf. .......................................... 34

Figura 3.2 – Função densidade de probabilidade de m. ...................................................... 35

Figura 3.3 – Nível I. ............................................................................................................ 40

Figura 3.4 – Variável normal reduzida................................................................................ 44

Figura 4.1 – Diagrama tensão-deformação idealizado........................................................ 58

Figura 4.2 – Diagrama tensão-deformação para aços de armaduras passivas..................... 58

Figura 4.3 – Valores de l e l

............................................................................................... 64

Figura 4.4 – Aproximação em apoios extremos.................................................................. 67

Figura 4.5 – Posicionamento dos pilares em planta. ........................................................... 68

Figura 4.6 – Influência do diagrama de momentos fletores de primeira ordem.................. 73

Figura 4.7 – Aspecto do rompimento de pilar pouco esbelto, submetido a compressão

centrada........................................................................................................................ 75

Figura 5.1 – Metodologia para intervenção de reparo em seções. ...................................... 86

Figura 5.2 – Variação temporal da sobrecarga.................................................................... 90

Figura 5.3 – Representação gráfica do índice de confiabilidade....................................... 107

Figura 6.1 – Aspectos do edifício “A”. ............................................................................. 118

Figura 6.2 – Aspecto do edifício “B”. ............................................................................... 123

Figura 6.3 – Tipos de intervenções propostas – vista em planta....................................... 143

Figura 6.4 – Representação esquemática da profundidade de remoção de concreto

deteriorado no pilar.................................................................................................... 143

Figura 6.5 – Representação esquemática da altura de remoção de concreto deteriorado no

pilar............................................................................................................................ 144

INDICE DE TABELAS

Tabela 3.1 – Ações permanentes diretas consideradas separadamente............................... 53

Tabela 3.2 – Ações permanentes diretas agrupadas. ........................................................... 53

Tabela 3.3 – Efeitos de recalques de apoio e de retração dos materiais.............................. 54

Tabela 3.4 – Ações variáveis consideradas separadamente. ............................................... 55

Tabela 3.5 – Ações variáveis consideradas conjuntamente

. ............................................ 55

Tabela 5.1 – Levantamento de cargas de utilização em edifícios. ...................................... 92

Tabela 5.2 – Fatores de ajustamento para velocidades de vento......................................... 94

Tabela 5.3 – Fatores de conversão para as resistências de testemunhos extraídos de

estruturas existentes..................................................................................................... 99

Tabela 5.4 – Influências no coeficiente de variação das resistências em obras de concreto

armado. ...................................................................................................................... 100

Tabela 5.5 – Fatores de contribuição no ajustamento do índice de confiabilidade........... 103

Tabela 5.6 – Variáveis relacionadas com a flutuação da resistência do aço ..................... 110

Tabela 5.7 – Fatores de combinações mínimos propostos para avaliação estrutural. ....... 113

Tabela 6.1 – Informações sobre os pilares da garagem - edifício “A”.............................. 119

Tabela 6.2 – Caracterização geométrica em pilares, vigas e lajes – processamento

estatístico – edifício “A"............................................................................................ 120

Tabela 6.3 – Ensaios de resistência à compressão em testemunhos de pilares. ................ 121

Tabela 6.4 – Resumo dos ensaios de ultra-sonografia em pilares – edifício “A”. ............ 122

Tabela 6.5 – Dados relativos à seção transversal e nº de barras longitudinais dos pilares do

2º subsolo – edifício “B”. .......................................................................................... 124

Tabela 6.6 – Dados do ensaio dos lotes de corpos-de-prova dos pilares do subsolo 2

(garagem) - edifício “B”............................................................................................ 125

Tabela 6.7 – Dados do ensaio dos lotes de barras longitudinais dos pilares do subsolo 2

(garagem) - edifício “B”............................................................................................ 126

Tabela 6.8 – Análise do K

MOD2

- edifício “A”................................................................... 127

Tabela 6.9 – Valores de K

MOD,aval

– edifício “A”............................................................... 128

Tabela 6.10 – Comparação entre os parâmetros de projeto e de avaliação – edifício “A”.

................................................................................................................................... 133

Tabela 6.11 – Análise do K

MOD2

– edifício “B”................................................................. 135

Tabela 6.12 – Valores de K

MOD,aval

– edifício “B”............................................................. 136

Tabela 6.13 – Determinação das dimensões características das peças estruturais de

concreto para avaliação

– edifício “B”. ..................................................................... 137

Tabela 6.14 – Comparação entre os parâmetros de projeto e de avaliação – edifício “B”.

................................................................................................................................... 141

Tabela 6.15 – Esforços de projeto e do modelo computacional (com os parâmetros

normativos de projeto) - edifício “A”........................................................................ 146

Tabela 6.16 – Esforços de projeto e esforços no modelo computacional (com os parâmetros

de projeto) - edifício “B”........................................................................................... 147

Tabela 6.17 – Esforços de avaliação majorados com os coeficientes específicos para a

intervenção. ............................................................................................................... 148

Tabela 6.18 – Carga admissível nas seções de pilares de garagem em função dos dados de

ensaios e levantamentos realizados. .......................................................................... 149

Tabela 6.19 – Determinação da solicitação normal equivalente - edifício “A”. ............... 150

Tabela 6.20 – Tipo de intervenção proposta - edifício “A”............................................... 151

Tabela 6.21 – Esforços de avaliação majorados com os coeficientes específicos para a

intervenção – edifício “B”......................................................................................... 152

Tabela 6.22 – Carga admissível nas seções de pilares de garagem em função dos dados de

ensaios e levantamentos realizados. .......................................................................... 154

Tabela 6.23 – Determinação da solicitação normal equivalente - edifício “B”. ............... 155

Tabela 6.24 – Proposição do tipo de intervenção a se realizar - edifício “B”................... 156

S UMÁRIO

CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO .......................................................................................... 1

1.1 IMPORTÂNCIA DO TEMA ...................................................................................... 1

1.2 OBJETIVOS................................................................................................................ 5

1.2.1 Objetivos gerais.................................................................................................... 5

1.2.2 Objetivos específicos............................................................................................ 5

1.3 APRESENTAÇÃO DO TRABALHO ........................................................................ 6

CAPÍTULO 2 PATOLOGIA, INSPEÇÃO E RECUPERAÇÃO ESTRUTURAL....... 8

2.1 PATOLOGIA .............................................................................................................. 8

2.2 DURABILIDADE DO CONCRETO........................................................................ 10

2.2.1 Critérios da NBR 6118 (ABNT, 2003)............................................................... 11

2.2.2 Mecanismos de deterioração .............................................................................. 12

2.3 INSPEÇÃO EM ESTRUTURAS.............................................................................. 15

2.3.1 Ensaios estruturais.............................................................................................. 16

2.3.2 Ensaios físicos .................................................................................................... 17

2.3.3 Ensaios químicos e eletroquímicos .................................................................... 20

2.4 REPAROS EM ELEMENTOS DE CONCRETO .................................................... 21

2.4.1 Materiais............................................................................................................. 22

2.4.2 Procedimentos usuais no reparo ......................................................................... 25

CAPÍTULO 3 SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO.... 30

3.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS ................................................................................. 30

3.2 FUNDAMENTOS DA SEGURANÇA ESTRUTURAL.......................................... 31

3.3 PROBABILIDADE DE FALHA E ÍNDICE DE CONFIABILIDADE ................... 33

3.4 VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS .................................... 36

3.5 ESTADOS LIMITES (EL) ........................................................................................ 37

3.5.1 Método semi-probabilístico................................................................................ 39

3.6 VALORES CARACTERÍSTICOS ........................................................................... 43

3.6.1 Resistência dos materiais.................................................................................... 43

3.6.2 Ações .................................................................................................................. 46

3.7 COEFICIENTES DE PONDERAÇÃO..................................................................... 47

3.7.1 Coeficientes de ponderação dos materiais.......................................................... 49

3.7.2 Coeficientes de ponderações das ações .............................................................. 51

CAPÍTULO 4 GENERALIDADES SOBRE PILARES USUAIS DE EDIFÍCIOS .... 56

4.1

INTRODUÇÃO...................................................................................................... 56

4.1.1 Algumas características do concreto armado ..................................................... 57

4.1.2 Comportamento das barras sob compressão....................................................... 59

4.1.3 Efeitos globais e locais de segunda ordem ......................................................... 61

4.1.4 Processo de cálculo de pilares ............................................................................ 68

4.1.5 Formas de ruínas em pilares............................................................................... 72

CAPÍTULO 5 METODOLOGIA PARA AVALIAÇÃO ESTRUTURAL .................. 76

5.1 INTRODUÇÃO......................................................................................................... 76

5.2 DELIMITAÇÃO DO PROBLEMA.......................................................................... 77

5.3 ALGUMAS REGRAS PARA A AVALIAÇÃO ESTRUTURAL ........................... 79

5.4 METODOLOGIA PROPOSTA ................................................................................ 82

5.4.1 Modelagem do comportamento estrutural.......................................................... 87

5.4.2 Quantificação das cargas de avaliação ............................................................... 88

5.4.3 Obtenção da resistência dos materiais................................................................ 95

5.4.4 Índice de confiabilidade para estruturas existentes .......................................... 102

5.4.5 Ajustamento dos coeficientes de ponderação................................................... 104

5.4.6 Fatores de combinação das ações variáveis na avaliação................................. 113

5.4.7 Fator de segurança global para pilares ............................................................. 114

5.4.8 Critério do ELU para a seção existente ............................................................ 115

CAPÍTULO 6 PROGRAMA EXPERIMENTAL, RESULTADOS E DISCUSSÕES

........................................................................................................................................... 117

6.1 INTRODUÇÃO....................................................................................................... 117

6.2 DEFINIÇÃO DOS OBJETOS DE ESTUDO ......................................................... 117

6.2.1 Edifício “A”...................................................................................................... 117

6.2.2 Edifício “B”...................................................................................................... 122

6.3 APLICAÇÃO DA METODOLOGIA PROPOSTA ............................................... 126

6.3.1 Considerações de avaliação – edifício “A” ...................................................... 126

6.3.2 Considerações de avaliação – edifício “B”....................................................... 133

6.4 RESULTADOS E DISCUSSÕES........................................................................... 142

6.4.1 Observações sobre a modelagem de edifícios existentes ................................. 145

6.4.2 Definição do tipo de intervenção - edifício “A”............................................... 148

6.4.3 Definição do tipo de intervenção - edifício “B”............................................... 151

CAPÍTULO 7 CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS..................................... 158

7.1 CONCLUSÕES....................................................................................................... 158

7.2 SUGESTÕES A TRABALHOS FUTUROS .......................................................... 162

7.2.1 Comportamento estrutural................................................................................ 162

7.2.2 Calibração dos coeficientes de ponderação...................................................... 163

7.2.3 Cargas atuantes................................................................................................. 164

7.2.4 Determinação das resistências efetivas............................................................. 164

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................165

ANEXO A..........................................................................................................................174

ANEXO B..........................................................................................................................175

ANEXO C..........................................................................................................................177

APÊNDICE A...................................................................................................................

.182

APÊNDICE B....................................................................................................................184

APÊNDICE C...................................................................................................................

.193

Capítulo 1 Introdução

CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO

1.1 IMPORTÂNCIA DO TEMA

O concreto, produzido a partir da mistura de cimento Portland, agregados, água e

eventuais aditivos, é um dos materiais de construção civil mais conhecido e utilizado do

mundo. Isaia e Gastaldini (2004) apontam que a estimativa do consumo mundial de

concreto para o ano de 2005 era da ordem de 2,4 toneladas por habitante, o que significa

uma produção duas vezes maior que a dos demais materiais de construção juntos.

Empregado desde uma simples calçada ou contrapiso, até complexas estruturas para

plataformas petroleiras ancoradas no oceano, o concreto vem a cada dia surpreendendo

pela sua versatilidade de uso. Tanto que sua importância ultrapassa a barreira da

construção civil, contribuindo também para o desenvolvimento sócio-econômico e cultural

de centenas de nações do mundo.

Por muito tempo, pensou-se que o concreto, combinado com o aço através de técnicas de

cálculo estrutural, tivesse vida eterna. O insucesso de várias estruturas ao longo dos anos

demonstrou a vulnerabilidade do material frente aos diversos ambientes e aos fatores

degradantes a eles associados (HELENE, 1986). Vulnerabilidade esta que se apresenta

mais latente caso a estrutura esteja acometida por uma ou mais falhas, em uma ou mais

etapas básicas do processo construtivo.

A preocupação com a segurança das estruturas motivou muitos estudos que permitiram

acrescentar aos aspectos puramente empíricos inicialmente ligados ao tema, um conjunto

mais amplo de conhecimentos referentes à natureza dos fatores intervenientes que, por sua

vez, criaram as condições para o estabelecimento, em projeto, de níveis adequados de

Capítulo 1 Introdução

proteção ante uma possível falha estrutural. Sob esta ótica, a maior parte das variáveis

envolvidas no complexo mecanismo do comportamento estrutural passaram a ser

encaradas como aleatórias e a teoria das probabilidades mostrou-se bastante profícua no

tratamento das questões da segurança.

Por outro lado, as estruturas construídas são perecíveis às intempéries e a extensão de suas

vidas úteis

requer intervenções que, a depender do caso, poderão variar, entre um simples

reparo superficial a uma elaborada instalação de reforços, mediante algum material

específico.

A degradação das estruturas de concreto armado motivou estudos que proporcionaram o

desenvolvimento de materiais e técnicas capazes de restaurar o desempenho original para o

qual estas foram projetadas. Não obstante, trabalhos de recuperação estrutural, de diversos

níveis, estão presentes em todo Brasil e representam, hoje, um mercado promissor no

segmento da construção civil.

Para início dos trabalhos especializados de recuperação, surge um aspecto de extrema

relevância que envolve não apenas o sucesso dos serviços a serem realizados, mas, que

poderá comprometer toda a existência futura da edificação - as condições de segurança

apresentadas pelos elementos estruturais deteriorados, notadamente pilares, no momento

da intervenção. Apesar de todo conhecimento disponível no campo da patologia estrutural

e do grande avanço técnico no sentido de prevenção e combate ao problema, a avaliação

dos níveis de segurança disponíveis a uma iminente intervenção, ainda está relegada a

algumas poucas referências bibliográficas estrangeiras, inexistindo qualquer normalização

nacional sobre o assunto. Tudo isso num momento em que é cada vez maior o número de

estruturas, incluindo algumas relativamente novas, em condições precárias e com baixo

índice de desempenho.

Por vida útil, a NBR 6118 (ABNT, 2003) especifica o período de tempo durante o qual se matem as

características das estruturas de concreto, desde que atendidas os requisitos de uso e manutenção previstos

pelo projetista e pelo construtor, bem como de execução de reparos necessários decorrentes de danos

acidentais.

Capítulo 1 Introdução

A segurança das estruturas é, de certo modo, algo complexo por envolver conceitos

probabilísticos e assim, uma ampla gama de incertezas com relação ao comportamento das

variáveis participantes dos mecanismos de solicitações e resistências. Por isso, torna-se

impraticável o ato de construir sob o signo da mais absoluta segurança, não apenas pelo

aspecto financeiro envolvido, mas também em virtude da impossibilidade de se conhecer e

controlar todas as variáveis envolvidas (FUSCO, 1974; PÁEZ, 1981; SANTOS, 1983). A

segurança estrutural, dessa forma, apresenta-se ligada à chamada probabilidade de falha,

definida como sucesso insólito em que um dia, sob determinadas condições e por

determinados motivos, as solicitações reais as quais a estrutura encontra-se submetida,

venham a superar as resistências de suas infinitas seções (PÁEZ, 1981).

Um estudo que aborde de forma mais realista, os diversos aspectos de importância para o

equacionamento do estado atual da existência de estruturas construídas, sobretudo naqueles

em que o período de recorrência tem caráter relevante para suas valorações, faz-se

necessário para o conhecimento das condições de segurança nos processos de avaliação

preliminar para a recuperação estrutural. Surge então, que as condições de segurança de

pilares em estruturas existentes, bem como o estabelecimento de critérios para uma

intervenção estrutural que respeite uma probabilidade máxima de falha aceitável para as

condições atuais do edifício, são os enfoques principais deste trabalho.

O desenvolvimento de um estudo desta magnitude exige a abordagem de uma série de

assuntos relacionados com os fenômenos envolvidos e que têm suas parcelas de

contribuição na obtenção do resultado final esperado no processo. Portanto, é

imprescindível a construção de um embasamento bibliográfico relativo aos aspectos

envolvidos, o que será realizado nos primeiros capítulos deste trabalho. Foram tratados

aqui, assuntos como patologias do concreto armado capazes de provocar, em seções de

pilares, a necessidade de intervenção para o restabelecimento da qualidade. Nesta linha,

encontram-se dissertadas as técnicas de inspeção mais utilizadas, tanto para a detecção do

problema patológico em si, quanto para o levantamento de parâmetros necessários na

verificação da segurança do edifício. Na continuação deste assunto, foram apresentadas as

técnicas usuais de recuperação e reparos estruturais, como métodos eficazes de suplantar

um problema patológico instalado e reconduzir uma estrutura aos níveis de desempenho

desejados.

Capítulo 1 Introdução

O conceito de segurança estrutural, de fundamental importância à questão aqui levantada,

foi aplicado com vistas à determinação das situações críticas à estrutura e que será

adaptado das normas para contemplar a realidade em uma situação de recuperação

estrutural, com todas as considerações pertinentes aos períodos de tempo por ela requerida.

Os estudos relativos à ocorrência das cargas em edifícios, juntamente com a teoria de

dimensionamento de pilares usuais, conforme a NBR 6118 (ABNT, 2003), foram também

incluídos na revisão bibliográfica, uma vez que estes intervêm na ocorrência dos estados de

equilíbrio das estruturas, influindo de uma forma direta nas possibilidades de falha.

A busca de uma metodologia adequada para a avaliação de edifícios existentes,

sobremaneira as considerações necessárias à verificação da segurança disponível por

ocasião da recuperação estrutural, foi proposta dentro dos padrões aceitáveis de

aproximação referentes ao nível I (item 3.5.1.1 , em termos de valores estatisticamente

trabalhados para resistências efetivas e cargas diversas atuantes, de forma a respeitar as

probabilidades de falha coerentes com a existência da estrutura. Os esforços encontrados

nas seções de pilares analisados, com os quais se montaram as equações de estado limite na

definição da segurança efetiva dos elementos, foram obtidos com a utilização de programa

de cálculo estrutural, através de uma modelagem que buscou a reprodução fiel da estrutura

existente.

Na avaliação estrutural, diferentemente do projeto de uma estrutura nova, muitas incertezas

podem ser superadas nas inspeções e atualizações diversas que deverão ser feitas. Isto

promove a obtenção de condições propícias em favor de uma estimativa mais realista da

segurança efetiva da estrutura existente.

Por fim, cabe aqui ressaltar que em nenhum dos bancos de dados consultados foi

encontrado trabalho visando a quantificação da segurança estrutural durante reparo,

embora vários citam a necessidade de realização de um estudo para sua determinação.

Capítulo 1 Introdução

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 Objetivos gerais

A presente pesquisa tem como objetivo geral a análise da segurança dos pilares de edifícios

residenciais que serão submetidos à recuperação estrutural, bem como abordar os

procedimentos da execução do reparo, tendo em vista a segurança.

1.2.2 Objetivos específicos

De acordo com o objetivo principal foram definidos os seguintes objetivos específicos:

 Estabelecer valores representativos das cargas que estarão ocorrendo nos curtos

períodos de tempo referentes aos trabalhos de recuperação estrutural, em detrimento

às cargas de projeto calibradas para longos períodos de retorno e pequenas

probabilidades de ocorrência durante a vida útil do edifício;

 Determinar coeficientes de segurança a serem aplicados a pilares por ocasião

da avaliação estrutural, tendo por base as reduções de incertezas relativas às

resistências efetivas e cargas reais atuantes, decorrentes dos trabalhos de inspeções e

ensaios realizados;

 Modelagem da estrutura do edifício piloto em programa de cálculo para

determinação dos esforços mais próximos aos atuantes no período de recuperação

estrutural;

 Traçar uma metodologia para intervenção na seção dos pilares em função do

coeficiente de segurança global encontrado, a partir das considerações feitas para a

avaliação estrutural.

Capítulo 1 Introdução

1.3 APRESENTAÇÃO DO TRABALHO

A dissertação apresentada é constituída de sete capítulos, organizados da seguinte maneira:

Capítulo 1- Introdução: Faz-se uma breve explanação sobre o problema da durabilidade

das estruturas e a necessidade de se conhecer o nível de segurança durante o processo de

recuperação estrutural. Aqui, são expostos os objetivos gerais e específicos, citando a

proposta metodológica a ser utilizada.

Capítulo 2 – Patologia, inspeção e recuperação estrutural: Apresenta-se a importância da

durabilidade das estruturas de concreto armado e algumas exigências da NBR 6118

(ABNT, 2003) sobre o tema. É também explanado rapidamente sobre os mecanismos de

manifestação das principais patologias que afetam as estruturas, sobretudo os pilares. Há

neste capítulo a descrição das principais técnicas de inspeção estrutural, para detecção de

patologias e obtenção dos dados para a avaliação, e também os métodos para uma eventual

intervenção de reparo, caso o problema patológico esteja em estado inicial.

Capítulo 3 – Segurança nas estruturas de concreto armado: Apresentam-se os conceitos

probabilísticos relativos à segurança das estruturas, os conceitos dos estados limites a

serem preservados, descrevendo também a obtenção dos valores característicos para as

ações e resistências dos materiais construtivos empregados.

Capítulo 4 – Generalidades sobre pilares usuais de edifícios

: São apresentados algumas

características básicas e procedimentos simplificados para o cálculo de pilares usuais de

concreto armado segundo a NBR 6118 (ABNT, 2003).

Capítulo 5 – Metodologia para a avaliação estrutural

: Desenvolve a metodologia para a

avaliação estrutural, com a determinação dos esforços nos pilares com uso de programa de

cálculo. Neste capítulo são realizadas considerações relativas às cargas variáveis extraídas

de distribuição de freqüência acumulada apropriada, resistências derivadas das condições

reais da estrutura, adequando-se ainda coeficientes de ponderação em função de inspeções

e avaliações feitas no edifício.

Capítulo 6 – Programa experimental, resultados e discussões: São apresentados os

resultados e discussões relativas ao processamento de duas estruturas, mediante a

Capítulo 1 Introdução

metodologia proposta, permitindo chegar às condições de segurança na qual se realizariam

os serviços de recuperação estrutural de pilares em cada uma delas.

Capítulo 7 – Conclusões e trabalhos futuros: Conclusões e sugestões a trabalhos futuros.

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

CAPÍTULO 2

PATOLOGIA, INSPEÇÃO E RECUPERAÇÃO

ESTRUTURAL

2.1 PATOLOGIA

O advento do concreto trouxe, sobretudo para o século XX, uma revolução nas técnicas

construtivas até então conhecidas. Assistiu-se ao emprego massivo do material,

principalmente depois de consolidadas as teorias que permitiram a associação do concreto

com o aço dando, ao primeiro, características estruturais.

Assim, o concreto armado e, posteriormente o protendido, tomaram um espaço nas obras

até então ocupado principalmente pela madeira, pelo aço e pela alvenaria estrutural.

Juntamente com o estabelecimento do novo material e seus métodos de cálculo, surge

também a idéia de que estruturas confeccionadas em concreto estariam mais aptas a

resistirem às ações do tempo, em relação aos demais materiais. O passar dos anos mostrou

a necessidade de se conhecer melhor os agentes agressivos e o comportamento do concreto

frente a variadas situações.

Em virtude de uma série de fatores, as estruturas de concreto poderão apresentar um

desempenho abaixo do esperado em circunstâncias de projeto. Ao contrário do que se

imaginava no início de sua utilização, o concreto não é eterno. Das alterações físicas e

químicas de seus componentes ao longo do tempo ou, da interação destes componentes com

os agentes diversos do meio no qual a estrutura está inserida, observa-se o seu

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

envelhecimento natural ou as chamadas manifestações patológicas (SOUZA; RIPPER,

1998).

Tem-se registrado diversos casos de falhas estruturais, com grandes prejuízos humanos e

materiais. Ainda hoje, catástrofes relacionadas a deficiências em uma ou mais etapas do

ciclo vital de uma estrutura (concepção, execução e manutenção) são registradas. Este fato,

juntamente com enormes vultos financeiros despendidos no reparo e reabilitação de

estruturas em todo o mundo (MONTEIRO, 2005), ditaram uma nova fase na utilização do

concreto estrutural, em que a resistência, o desempenho e a durabilidade são tomados como

fatores de igual importância para o sucesso de um edifício (ISAIA, 2005).

O conceito de desempenho relaciona-se ao comportamento da estrutura durante sua vida em

serviço. Um desempenho satisfatório será alcançado caso a estrutura atenda às condições de

segurança com relação aos estados limites para os quais foi dimensionada, sendo dotada de

resistência, estabilidade e rigidez, cumprindo ainda aspectos estéticos, conforto térmico e

acústico, dentre outros. Entretanto, a estrutura poderá, dentro do período convencionado

como vida útil, deixar de atender uma ou mais condições exigidas para seu funcionamento

eficaz, apresentando assim um comportamento insatisfatório.

Os motivos para tal ocorrência são vários e na maioria dos casos, existe uma combinação

de fatores que acabam por acelerar ou ampliar efeitos e conseqüências indesejáveis sobre as

estruturas (ANDRADE; DA COSTA E SILVA, 2005).

A degradação do concreto armado decorre de sua exposição aos chamados agentes

agressivos presentes no meio ambiente em que este se encontra. No atual estágio de

conhecimentos, sabe-se que processos físicos, químicos e biológicos (sem levar em conta

eventos acidentais como choques mecânicos, sismos, furacões, etc.) são os fatores

responsáveis por mecanismos de degradação que causam, de forma precoce, baixos níveis

de desempenho (NEVILLE, 1997).

Manifestações patológicas são ocorrências relacionadas aos mecanismos de falhas e

degradação das estruturas (SOUZA; RIPPER, 1998). Os sintomas mais comuns nas

estruturas de concreto são as fissuras, eflorescências, flechas excessivas, manchas no

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

concreto aparente, corrosão de armaduras e ninhos de concretagem (MONTEIRO, 2005).

Na maioria dos casos, as patologias são potencializadas com a utilização de concretos

inadequados a suportar as agressões do meio, principalmente devido à heterogeneidade e

porosidade (VANDERLEI, 1996).

Nos processos de degradação, a água exerce uma função de notória importância (MEHTA;

MONTEIRO, 1994; NEVILLE, 1997). Na realidade a água assume dois papéis, de certa

forma antagônicos, na história de uma estrutura de concreto, que é o de participar das

reações de hidratação do cimento e colaborar para o ganho de resistência da pasta, e o de

atuar da maioria dos processos e reações deletérias, tanto como via de transporte de íons e

substâncias agressivas, como na condição de reagentes na formação de compostos salinos,

ácidos, géis expansivos, entre outros (HELENE, 1993). Assim, uma das formas de

prevenção ou retardamento de um grande número de manifestações patológicas, é o

emprego de uma adequada tecnologia de fabricação e manejo do concreto, com os devidos

cuidados tomados em relação aos fatores de dosagem, as técnicas de lançamento,

adensamento e cura (VANDERLEI, 1996).

É fundamental a prática periódica de manutenção, como forma de garantir um desempenho

satisfatório da estrutura ao longo do tempo, prolongando sua vida útil (ANDRADE; DA

COSTA E SILVA, 2005). Assim, conforme prevê a NBR 6118 (ABNT, 2003), o usuário

assume responsabilidade na garantia da durabilidade da estrutura, em sua última fase – a de

utilização. Não obstante, um sistema de manutenção a custos compensadores deverá ser

idealizado pelos projetistas e viabilizado pelos construtores (SOUZA; RIPPER, 1998), que

deverão fornecer manuais técnicos de utilização e manutenção da edificação, com

premissas básicas de projetos, sobrecargas máximas admissíveis e materiais utilizados nos

elementos construtivos.

2.2 DURABILIDADE DO CONCRETO

O desempenho insatisfatório de estruturas relativamente novas (ANDRADE; DA COSTA

E SILVA, 2005; MEHTA; MONTEIRO, 1994; MONTEIRO, 2005) exigiu pesquisas e

estudos sobre o comportamento do material para o qual, até então, era dada ênfase apenas à

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

resistência adotada em projeto. A durabilidade do concreto passa então, da condição de

característica secundária, à condição de critério de recebimento e aceitação de obra,

principalmente ao se analisar os custos e trabalhos despendidos nos processos de

intervenção para reparos e reabilitação estrutural (REIS, 2001).

Preocupações com a vida útil e a durabilidade do concreto estão presentes hoje nas

filosofias das diversas normas de projeto em todo mundo (ARAÚJO, 2003a) e, no Brasil, a

revisão da NBR 6118 (ABNT, 2003) mostrou-se atenta a esta importante questão para

qualidade das estruturas.

O tema durabilidade é bastante amplo e já foi explorado em vários congressos. De forma

geral, o estudo da durabilidade passa pela prevenção das patologias. A abordagem profunda

deste assunto foge ao escopo deste trabalho. Assim sendo, serão apresentados os mais

importantes mecanismos geradores de patologias em pilares que podem ser solucionadas

com a recuperação superficial. Neste marco, a abordagem da NBR 6118 (ABNT, 2003)

para projetos reflete, de forma sucinta, o problema de estruturas existentes.

2.2.1 Critérios da NBR 6118 (ABNT, 2003)

A qualidade na qual devem estar projetadas e executadas as estruturas de concreto, foi

abordada pela NBR 6118 (ABNT, 2003) segundo os três critérios relacionados abaixo:

1) Capacidade resistente: consiste basicamente na segurança à ruptura;

2) Desempenho em serviço: capacidade da estrutura em manter-se em condições

plenas de utilização, não devendo apresentar danos que comprometam em parte ou

totalmente o uso para o qual foi projetada;

3) Durabilidade: capacidade da estrutura em resistir às influências ambientais previstas

e definidas em conjunto pelo autor do projeto estrutural e o contratante, no início

dos trabalhos de elaboração do projeto.

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

Estes critérios têm por objetivos a concepção e execução de estruturas que se prestem aos

fins para os quais foram projetadas, estando garantida a conservação das características

definidas em comunhão entre projetista e contratante, ao longo de sua vida útil (ARAÚJO,

2003a).

Este é um importante aspecto abordado pela norma. Além de imputar responsabilidade a

projetistas e construtores pela qualidade e durabilidade das estruturas, aparece também a

figura do contratante, que representa o proprietário, sendo responsável por integrar a fase

de concepção, e responder pela manutenção adequada do edifício.

2.2.2 Mecanismos de deterioração

Conhecimentos acumulados sobre as estruturas, inclusive através de estudos e análises de

falhas ocorridas (SOUZA; RIPPER, 1998), possibilitaram o aprofundamento sobre a

origem de uma grande quantidade de problemas patológicos que acometem as estruturas e

que são responsáveis pela redução da vida útil de projeto, caso não ocorra uma intervenção

eficaz.

Na NBR 6118 (ABNT, 2003) estão relacionados os mecanismos preponderantes no

envelhecimento e deterioração, estabelecendo medidas pertinentes à redução do impacto

provocado por esses mecanismos sobre o concreto armado

. Naturalmente, considerando a

complexidade das interações entre o material e o meio (REIS, 2001), existem diversos

outros fatores capazes de produzir degradação e que não são apresentados pela norma.

Todavia, é um consenso entre diversos pesquisadores que, os mecanismos resguardados no

item 6.3 da NBR 6118 (ABNT, 2003), são os responsáveis pela grande maioria das

manifestações patológicas identificadas usualmente nas estruturas.

Estão relacionados abaixo os mecanismos segundo a NBR 6118 (ABNT, 2003).

a) Mecanismos preponderantes de deterioração relativos ao concreto:

Estende-se, neste caso, ao concreto protendido.

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

1) Lixiviação: por águas puras, carbônicas agressivas ou ácidas que dissolvem e

carreiam os compostos hidratados do concreto.

2) Expansão: por ação de águas e solos que contenham ou estejam contaminados com

sulfato, dando origem a reações expansivas e deletérias com a pasta de cimento

hidratado.

3) Expansão: por ação das reações entre os álcalis do cimento e certos agregados

reativos (RAA).

4) Reações deletérias superficiais de certos agregados decorrentes de transformações

de produtos ferruginosos presentes na sua constituição mineralógica.

b) Mecanismos preponderantes de deterioração relativos à armadura:

1) Despassivação por carbonatação - ação do gás carbônico da atmosfera (CO

2) Despassivação por cloretos - elevado teor de íon cloro (Cl

c) Mecanismos de deterioração da estrutura propriamente ditos: são aqueles relacionados às

ações mecânicas, às movimentações de origem térmica, impactos, ações cíclicas, retração,

fluência e relaxação.

Um importante mecanismo que tem levado edifícios relativamente novos a procedimentos

de recuperação estrutural, principalmente em pilares, é a corrosão nas armaduras. O

entendimento das considerações que propiciam o fenômeno e seu efeito deletério sobre o

concreto armado é de interesse a essa pesquisa, uma vez que a segurança nas situações de

correção deste problema é o propósito em estudo.

2.2.2.1 Corrosão das armaduras

Um processo corrosivo de caráter eletroquímico é observado nas armaduras do concreto,

estando este carbonatado e ocorrendo, na região das barras de aço, o livre acesso de água e

oxigênio.

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

O pH elevado do concreto, conseguido mediante a formação de algumas bases na

hidratação dos compostos do cimento [Ca(OH)

- principalmente, KOH, NaOH], quando

em contato com os óxidos da carepa de laminação da superfície das barras de aço, formam

uma camada fina aderente e protetora para as barras. Este estado de proteção persistirá

desde que o pH desse ambiente se mantenha na ordem de 12,5 (HELENE, 1993).

No entanto, o CO

originário do meio externo, penetra o concreto via difusão e converte o

Ca(OH)

em CaCO

promovendo, assim, a redução do pH na matriz da pasta endurecida.

Esta redução propicia a instabilidade do filme passivante e torna a armadura sujeita à

corrosão.

O avanço da frente de carbonatação é influenciado pelo nível de porosidade do concreto,

tamanho, interligações e o grau de saturação dos poros com água. Em atmosferas ácidas,

urbanas e industriais, o fenômeno da carbonatação é mais intenso (SOUZA; RIPPER,

1998). Em garagens de edifícios, onde a baixa taxa de circulação de ar e o fluxo constante

de veículos liberando monóxido de carbono (CO) da queima de combustíveis fósseis, é

bastante comum o problema de pilares carbonatados e com a corrosão das armaduras

instalada.

A despassivação das armaduras pode ocorrer também mediante ação de íons cloretos

quando estes se apresentam acima de certos limites aconselhados (FIGUEIREDO, 2005).

Os cloretos podem agir pontualmente sobre a armadura e provocar a corrosão em regiões

localizadas (HELENE, 1993).

É necessária ainda a presença de água e oxigênio para que a corrosão possa ocorrer. Dessa

forma, o ferro presente na composição do aço das barras, devido a uma diferença de

potencial (ddp) criada, perde elétrons, passando à solução aquosa sob a forma de Fe

convertendo-se posteriormente em óxidos e hidróxidos. Estes compostos são de baixas

resistências e de caráter expansivo (CASCUDO, 1997). O aumento extraordinário do

volume dos compostos formados provoca perda de seção de aço e lascamento no concreto

de cobrimento (HELENE, 1993). Nestas condições, o fenômeno corrosivo continuará

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

reduzindo o diâmetro efetivo das armaduras a menos que se estabeleçam condições para a

paralisação do processo.

Figura 2.1 – Processo corrosivo em armaduras do concreto.

Fonte: Cascudo (1997)

2.3 INSPEÇÃO EM ESTRUTURAS

Conforme exposição anterior, as estruturas de concreto armado são concebidas para

suportar as situações advindas de seu uso, em que foram definidas em comunhão entre

projetista e proprietário, sob o encargo das manutenções preventivas que visam viabilizar o

desempenho estrutural condizentes às aspirações de projeto. Todavia, por uma série de

fatores (ANDRADE PERDRIX, 1992; MEHTA; MONTEIRO, 1994; NEVILLE, 1997),

comportamentos anômalos desenvolvidos geram a necessidade de decisões referentes ao

que fazer com relação ao uso futuro de uma estrutura: recuperar, reforçar, limitar o uso ou,

em caso mais extremo, demolir. Logicamente, medidas a serem tomadas em favor do

destino de um edifício acometido por problemas patológicos, são influenciadas pelo

contexto técnico, econômico, político e sócio-ambiental do qual a estrutura faz parte

(MONTEIRO, 2005).

As causas de desempenho insatisfatório são muito vastas e geralmente se inter-relacionam,

o que, em grande parte dos casos, dificulta a identificação de sua fonte geradora

(ANDRADE; DA COSTA E SILVA, 2005; CABRÉ, 1994,). Baseado nestes fatos, o

trabalho de identificação dos problemas instalados em uma estrutura remonta a uma

exaustiva investigação, lançando-se mão de todas as informações disponíveis, relativas ao

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

projeto e execução, entre elas os memoriais, plantas, especificações dos materiais, bem

como o histórico do uso e dos programas de manutenção instalados.

Estando estes dados disponíveis ao investigador, tem-se uma economia de tempo referente

ao mapeamento e caracterização da estrutura, o que pode, em alguns casos, fornecer pistas

das possíveis causas dos comportamentos estruturais indesejados. Mas, geralmente tais

informações inexistem ou são apenas parciais, demandando, assim, um levantamento

completo da estrutura para a obtenção desses dados gerais.

A partir do conhecimento profundo da obra em seu conjunto e das respostas desta obra às

ações e solicitações diversas a ela imposta, serão alcançados subsídios para se conhecer os

fenômenos, bem como diagnosticar e reparar os danos a eles atribuídos. Os dados

levantados nesta fase serão utilizados também para a obtenção de parâmetros aleatórios a

partir dos quais serão tecidas as considerações referentes à avaliação das condições de

segurança do edifício. Esta é uma das formas de redução das incertezas que deverão ser

implementadas para que os procedimentos de avaliação apresentem caráter menos

conservador em relação aos procedimentos utilizados em projeto (ALLEN, 1991). Criar

meios de correlacionar os resultados obtidos das inspeções àqueles existentes da época de

execução, é um outro aspecto que deverá ser abordado para tornar confiáveis as

informações sobre a estrutura investigada (MELCHERS, 2001). Tais aspectos serão

abordados posteriormente.

Várias são as técnicas, testes e ensaios objetivando a busca de informações que permitam

elaborar o processo de avaliação de estruturas existentes de concreto armado. De um modo

geral, as principais técnicas podem agrupar-se em: técnicas de ensaios estruturais, de

ensaios físicos e de ensaios químico/físico-químicos. Segue uma revisão breve sobre as

técnicas mais empregadas.

2.3.1 Ensaios estruturais

A prova de carga é regulamentada no Brasil pela NBR 9607 (ABNT, 1986) e consiste em

submeter uma estrutura ou parte dela, à ação de uma sobrecarga, que pode chegar a de

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

serviço ou superá-la sem, no entanto, atingir a carga de cálculo. Estando a estrutura

mapeada in loco através de aparelhos elétricos ou mecânicos, tais como extensômetros

ôhmicos, deflectômetros e clinômetros, mede-se durante um processo de carga crescente, as

flechas, deformações unitárias no concreto e nas armaduras de seções críticas e controla-se

a evolução das fissuras (CABRÉ, 1994). Se a estrutura sobreviveu ao ensaio, isso indica

que a mínima resistência da estrutura é maior que o efeito da carga aplicada (VAL e

STEWART, 2002).

Mediante situações de incertezas, pode-se realizar a monitoração da estrutura com emprego

de instrumentação apropriada, seguindo a evolução, no tempo, de flechas e fissuração ou o

processo de deterioração do concreto pelos mecanismos de carbonatação ou corrosão das

armaduras.

Para a fissuração, faz-se necessária à caracterização das fissuras detectadas no que

concerne à movimentação ou atividade. Para isso, tem-se o uso de equipamentos como

extensômetros (strain gages) com diversos princípios de funcionamento. Na medição de

aberturas, utilizam-se fissurômetros e na movimentação das juntas, empregam-se

alongâmetros e as conhecidas bases tri-ortogonal (FIGUEIREDO, 2005). As flechas são

monitoradas através de deflectômetros e micrômetros que medem recalques estruturais a

nível topográfico.

2.3.2 Ensaios físicos

Quando ensaios não destrutivos indicam fissuras internas à estrutura, ou zonas de concreto

com baixas resistências, é indispensável ensaiar testemunhos extraídos diretamente das

regiões comprometidas, com o uso de coroa rotativa de diamante (MEHTA; MONTEIRO,

1994). Da Cunha e Vieira Ângelo (2003) apresentam como prática necessária à obtenção da

resistência à compressão do concreto na avaliação de estrutura em que não se dispõe de

ensaios de corpos-de-prova de controle na época da execução.

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

Figura 2.2 – Extração de testemunhos.

A resistência obtida pelo ensaio à compressão de testemunhos é dependente da posição

antes por ele ocupada na estrutura. Além da compressão, os testemunhos permitem

obtenção de outros parâmetros físicos como a densidade, absorção de água e módulo de

elasticidade. No Brasil o ensaio está normalizado pela NBR 7680 (ABNT, 1983).

Entre os métodos de dureza superficial, destaca-se o uso do chamado esclerômetro de

Schmidt, que provoca um impacto padronizado na superfície do concreto, com uso de uma

dada energia e medindo-se a reflexão produzida ante a reação do concreto a carga aplicada

pelo êmbolo metálico do aparato. Esta reflexão registrada em uma escala guia, dá a

estimativa da dureza superficial mediante uma conversão fornecida pelo fabricante do

instrumento. A partir dos valores de dureza superficial, tem-se uma boa noção da

homogeneidade do concreto podendo ainda inferir sobre a resistência à compressão. O

ensaio é normalizado pela NBR 7584 (ABNT, 1995), estando ainda padronizado nos EUA

(Estados Unidos da América) pela ASTM (American Society for Testing and Materials) C

805, conforme cita Mehta e Monteiro (1994).

O método da velocidade do pulso ultra-sônico envolve a medida do tempo de viagem, em

um elemento de concreto com dimensões conhecidas, de um pulso de ondas de ultra-som

que atravessa o elemento em estudo (FIGUEIREDO, 2005). O tempo de percurso entre os

pontos emissor e o receptor é medido eletronicamente, sendo a distância percorrida pelo

pulso dividida pelo tempo. A presença de concretos com baixa densidade ou fendilhado

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

aumenta o tempo de viagem, o que resulta em uma velocidade mais baixa do pulso. O ultra-

som vem sendo usado para a avaliação da resistência à compressão de forma comparativa,

detecção de vazios e fissuras e estimação de espessura de camadas que tenham diferentes

velocidades de propagação.

Os testes de arrancamento oferecem uma boa ferramenta para o estudo do ganho de

resistência do concreto nas primeiras idades, porém apresentam a incômoda conseqüência

típica dos ensaios semi-destrutivos (danos à peça ensaiada). Exigem ainda, em alguns

casos, a colocação do pino de aço por ocasião da moldagem da estrutura. O ensaio consiste

em arrancar um parafuso de aço fixo à peça ensaiada, medindo-se, para isso, a força

necessária à extração. Esta é a filosofia do pull-out test (cast in e drilled hole – ASTM C

900), cujas idéias primeiras surgiram em 1938 na antiga União Soviética (CARINO, 1994).

Existe ainda o LOK test referente ao arrancamento de um parafuso moldado no concreto e o

CAPO test com a abertura de buraco e fixação de parafuso com auxílio de bucha de

expansão.

Figura 2.3 – Ensaio de arrancamento - LOK test.

Fonte: Carino (1994)

Testes de resistência à penetração, normalizados pela ASTM C 803, consistem na cravação

de pino metálico no concreto através de dispositivo acionado por pólvora, sendo o

comprimento externo remanescente do pino, base de dados para a relação com a resistência

à compressão do concreto ensaiado (MEHTA; MONTEIRO, 1994).

Um método usual para detecção de armaduras no concreto baseia-se nas variações que a

presença das barras produz um campo magnético, o que pode ser conseguido pelo uso de

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

um aparelho chamado pacômetro. O instrumento possui uma precisão relativa, devendo ser

calibrado mediante armaduras cujos recobrimentos e diâmetros foram medidos através de

observação feita com a retirada da camada superficial em alguns pontos localizados na

estrutura (CABRÉ, 1994).

O uso de emissões radioativas para a inspeção do concreto iniciou-se na década de 1950,

com os chamados raios X e raios gama (CARINO, 1994). A técnica consiste na penetração

de radiação eletromagnética, medindo-se com um sensor

, a intensidade de radiação que

atravessou a peça em estudo.

Têm-se usado ondas de radar para a investigação do concreto. A técnica, chamada de

Ground Penetration Radar (GPR), consiste na emissão de pulsos eletromagnéticos de curta

duração, para determinar a resistência do concreto, espessura de peças, espaçamento e

cobertura da armadura e extensão e posição de vazios. Os resultados oferecidos pelo GPR

são de difícil interpretação o que tem feito com que sejam estudados vários caminhos para

simplificar o processo (CARINO, 1994).

Os testes de avaliação da permeabilidade a gases são altamente influenciados pelo teor de

umidade dos poros, pois, em concreto úmido, a difusão é fortemente reduzida. Helene

(1993) e Nepomuceno (2005), citam os trabalhos feitos por Torrent, que propôs associação

de testes de permeabilidade com a resistividade elétrica, classificando a qualidade do

concreto de cobrimento superficial com base nos resultados do coeficiente de

permeabilidade do oxigênio.

2.3.3 Ensaios químicos e eletroquímicos

Os ensaios químicos permitem determinar a constituição química do concreto atendo-se,

para isto, no estudo de seus materiais componentes, sobretudo das informações referentes

ao tipo e conteúdo do cimento utilizado.

Para os raios gama, caso o sensor seja um filme fotográfico especial, a técnica é chamada radiografia. Caso

o sensor seja um aparato eletrônico que converte a radiação incidente em pulsos elétricos, a técnica é dita

radiometria.

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

Para determinação das porções de cimento no traço do concreto investigado, procede-se à

coleta de material em diferentes locais da estrutura, sobretudo nas regiões de anomalia

instalada, fragmentando-o e submetendo o produto à ação do ácido clorídrico até a

dissolução do cimento. O teor de cimento é definido por gravimetria ou volumetria,

baseando-se na determinação de teores de óxido de cálcio ou anidrido silícico remanescente

no ácido clorídrico. A água combinada pode ser determinada por ensaio de perda ao fogo.

A avaliação da superfície carbonatada pode ser feita aplicando-se, após abertura de furo na

estrutura ou retirada de lascas de concreto, o indicador tipo timolftaleína ou fenolftaleína,

sendo este último o mais difundido (HELENE, 1993). Neste teste, ao se aplicar o indicador

fenolftaleína e ocorrer ausência de cor, é vestígio de concreto carbonatado (pH<10). Se

ocorrer cor avermelhada é sinal de concreto livre de carbonatação (pH>10).

Cascudo (1997) apresenta técnicas eletroquímicas como a técnica da resistividade do

concreto, método do potencial eletroquímico, método da resistência elétrica, ruídos

eletroquímicos, curvas de polarização e impedância eletroquímica, que fornecem

indicativos qualitativos da cinética de processos corrosivos, apesar de ainda não

normalizadas.

2.4 REPAROS EM ELEMENTOS DE CONCRETO

O estudo das manifestações patológicas, bem como a escolha dos materiais e os

procedimentos pertinentes ao reparo dos danos causados às estruturas, é um ramo da

engenharia civil que vem apresentando um grande crescimento nas últimas décadas. O

envelhecimento natural do concreto, assim como os desempenhos insatisfatórios

prematuros, exigiram ações que implementassem meios eficazes para o restabelecimento

das condições plenas de trabalho das estruturas, prolongando a vida útil e obtendo níveis

satisfatórios de desempenho em serviço.

A escolha dos materiais e técnicas de correção deve estar em sintonia com o diagnóstico e

exigências de funcionamento relativas ao edifício, o que requer do engenheiro, um

conhecimento meticuloso de todos os fenômenos que estão ocorrendo. Assim, busca-se

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

identificar todas as causas que produzem a anomalia, como forma de indicar e executar

uma alternativa de correção que assegure o cumprimento da vida útil e suas demandas,

atendendo aos prazos e as necessidades de utilização da estrutura após o reparo (REIS,

2001).

Cabe destacar, portanto, a importância da experiência e do conhecimento técnico do

profissional em patologias e sua habilidade em lidar com os produtos e metodologias de

aplicação encontrados no mercado, o que irá permitir obtenção de êxito e eficácia no

sistema de reparo escolhido, levando em consideração os prazos estabelecidos no

cronograma executivo dos serviços.

2.4.1 Materiais

De uma forma geral, Reis (2001) aponta algumas características que devem ser observadas

quanto aos materiais de uso em serviços de reparos: resistência à compressão, à tração e ao

cisalhamento; módulo de elasticidade; base química (mineral, epóxi, acrílica, dentre

outras); resistência a ataques químicos, estabilidade frente às variações de temperatura;

coeficiente de dilatação térmica; resistência à abrasão; aderência ao concreto e/ou aço;

retração; Pot-life (tempo para utilização do material de reparo após o preparo) e Open-time

(tempo no qual o produto é capaz de desenvolver sua função, após a mistura).

Vanderlei (1996) apresentou os materiais de reparo, dividindo-os em seis grupos principais:

os inibidores de corrosão de armadura, os adesivos, os aditivos, os produtos de

recomposição da seção de reparo, os produtos de proteção e produtos de limpeza. O uso de

um ou outro tipo de material, bem como o modo de aplicação, é função do diagnóstico

realizado. Dentre os grupos, os produtos de recomposição de seção de reparo são aqueles

que estão diretamente relacionados com este trabalho.

2.4.1.1 Produtos de recomposição de seção de reparo

Operações de recuperação tornam-se mais econômicas onde argamassas ou concretos,

usinados ou produzidos na obra, possam ser empregados. Mas, em face da necessidade de

elevado desempenho do material de reparo, é fato comum, concretos e argamassas terem

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

suas propriedades naturais alteradas pelo uso de aditivos ou terem a resistência mecânica,

aderência, durabilidade e estabilidade dimensional melhoradas com a substituição parcial

ou total do cimento e água de amassamento por certos polímeros (SOUZA; RIPPER, 1998).

Tem-se freqüentemente usado pasta de cimento injetável, com composição básica de

cimento e água, para tamponamento, via injeção, de falhas ou fissuras, bem como fixação

de armaduras de reforço. Em geral, é utilizado um fator água/cimento (a/c) em torno de

0,40, com trabalhabilidade e fluidez beneficiadas pelo uso de plastificantes e retração

compensada com emprego de expansores (MARTIN, 2005).

Argamassas secas, conhecidas como argamassas farofa, é um material obtido pela mistura

de cimento e areia fina, com traço 1:2,5 ou 1:3,0 em peso, com reduzido fator a/c (entre

0,33 a 0,40). Possui baixa retração e fluidez, sendo utilizada para preencher cavidades de

estruturas (SOUZA; RIPPER, 1998).

Para uso enquanto material de reparo, os concretos convencionais exigem, freqüentemente,

medidas que melhorem algumas características naturais. Obtenção de elevadas resistências

iniciais, bem como eliminação de retração por secagem, melhorias na aderência com o

substrato, diminuição da permeabilidade em determinados casos, podem ser necessários

(RINCÓN et al, 2003).

Concretos projetáveis têm como características a densidade e capacidade de aderência

suficiente para promover, pela própria velocidade de transporte, a compactação simultânea

com a aplicação, o que pode ser realizado até mesmo de baixo para cima. Existem dois

tipos considerados na aplicação: a chamada mistura seca, com adição de água no bocal de

saída do equipamento de projeção, após cimento e agregados misturados serem

transportados sem a presença de umidade até aquele local; e a mistura úmida que resulta no

transporte do produto já hidratado (PRUDÊNCIO JR., 2005). O concreto projetado é

indicado na recomposição de seções em processo de restauro.

Argamassas de base mineral são produtos de elevada resistência química, sem retração por

secagem, de pH alcalino, obtida pela mistura de dois componentes, sem a necessidade de

água de amassamento. Apresentam-se nas formas auto-nivelantes e tixotrópicas, sendo

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

indicadas a reparos superficiais, preenchimento de pequenas cavidades e nivelamentos.

Dispensam adesivos como ponte de aderência (HELENE, 1992).

Misturando-se os ingredientes sólidos do concreto (cimento e agregados) com resina epóxi,

catalisador e água, obtêm-se argamassas ou concretos modificados com epóxi, com

melhorias significativas nas resistências mecânicas, químicas e capacidade de aderência.

Argamassas com base de resinas orgânicas são aquelas cuja união e resistência do conjunto

passa pelas reações de polimerização e endurecimento dos componentes das resinas, na

ausência de água. São produtos com elevadas resistências mecânicas e químicas, que em

geral são recomendados para uso em pequenos volumes e espessuras, pois além do alto

custo, têm baixo módulo de deformação longitudinal (RINCÓN et al, 2003). Dentre as mais

utilizadas estão:

- Argamassas de base epóxi;

- Argamassas à base de resina poliéster e estervinílica;

- Argamassas de base fenólica;

- Argamassas de base furânica.

Bastante utilizados ainda como material de reparo, devido a fácil aplicação, elevada

resistência mecânica e ausência de retração, são os chamados grautes, que podem ser tanto

de base mineral, quanto de base epóxi. Na base mineral, o material é constituído por

cimentos, agregados miúdos, quartzo e aditivo (superplastificantes e expansores) e água

adicionada em canteiro (BAUER, 2005). Grautes de base epóxi, são fornecidos em dois

componentes misturados em canteiro sem adição de água.

A adição de pozolanas ativas ao concreto, dentre elas microssílica, conforme apontado por

Dal Molin (2005) propicia melhorias em suas propriedades, com desenvolvimento de

maiores resistências à compressão, à tração, aos ataques químicos, menor permeabilidade,

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

porosidade e absorção e ainda, conforme Souza e Ripper (1998), maior aderência entre o

concreto novo e o concreto antigo e menor índice de reflexão no concreto projetado.

2.4.2 Procedimentos usuais no reparo

O reparo de estruturas, conforme exposto por Vanderlei (1996) só deve ser iniciado após

completo desenvolvimento de projetos específicos, assim como definições sobre os

métodos, materiais, equipamentos e ferramentas a serem utilizados. Dentre os projetos,

Souza e Ripper (1998) destacam a importância do cálculo estrutural prévio, não só para o

evento de reforço puro e simples no caso de alteração da funcionalidade das estruturas, mas

também no caso de intervenções por danos diversos na estrutura, onde o reforço poderá ser

requerido como uma das etapas dos trabalhos de recuperação.

No caso de se definir pela recuperação sem a necessidade de reforço, ainda sim é válida a

observação de Campanolo at al (1997) apud Reis (2001) em que, para se aplicar de forma

segura qualquer dos métodos e técnicas disponíveis, é necessário entendimento adequado

dos detalhes de utilização e limitações de cada técnica.

2.4.2.1 Preparo de superfícies

A qualidade do reparo depende não só das características químicas, mecânicas e físicas do

material utilizado, como também da eficiência da ligação entre este e o substrato existente.

Assim, é de grande importância que a aplicação dos materiais de reparo seja realizada sobre

uma superfície submetida a rigoroso trabalho de preparo, com delimitação do contorno da

área a ser reparada e com o corte levado até a profundidade desejada.

Para a preparação do substrato pode-se citar a escarificação manual e mecânica, o desbaste

e o corte com a utilização de discos, o escovamento e lixamento manual e a remoção de

detritos. A limpeza da superfície pode ser executada com a aspiração a vácuo, jatos de água

fria ou quente, vapor, soluções ácidas e alcalinas, jato de ar comprimido, solventes e em

certos casos a queima com o uso controlado de maçarico (VANDERLEI, 1996). Jatos de

água e areia são constantemente utilizados nas situações de limpeza das armaduras de

elementos estruturais em processo inicial de corrosão.

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

Figura 2.4 – Limpeza de armaduras.

2.4.2.2 Tratamento de fissuras

Depois de identificada a causa da ocorrência e feita à classificação da fissura segundo sua

atividade, pode-se proceder ao reparo usando as técnicas e materiais disponíveis. Para

fissuras ativas, não se pode estabelecer monolitismo da seção, caso não seja paralisada a

fonte geradora. Assim, o tratamento deverá contemplar a aplicação de material flexível e

não resistente, com resina acrílica ou poliuretânica. Fissuras passivas, sem atividade,

deverão ser estabelecidas as condições para que a seção volte a trabalhar, com o

monolitismo requerido ao concreto. Poderá ser empregado para isto, nata de cimento ou

resina epóxi com ou sem carga, a depender do caso.

Em aberturas inferiores a 0,1 mm deve-se empregar injeção de material fluido e com

expansores, a baixa pressão. Em fissuras maiores e pouco profundas, pode-se utilizar o

enchimento por gravidade (SOUZA; RIPPER, 1998). Aberturas profundas requerem o uso

de tubos plásticos para injeção, espaçados de acordo com a largura a se preencher,

tamponando-se o contorno externo da fissura com selante, para evitar a perda do material.

A injeção é feita de baixo para cima, com vedação do tubo de injeção atual, após o material

aflorar no tubo superior adjacente (HELENE, 1992).

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

2.4.2.3 Reparos superficiais

Reparos com profundidade inferior a 2,0 cm, são ditos superficiais, e em geral não

ultrapassam a armadura (SOUZA; RIPPER, 1998). Nesse sentido, os reparos mais comuns

são enchimentos de falhas, regularização de lajes, reconstituição de quinas quebradas,

erosão ou desgaste, entre outros. Depois de preparada a superfície, com a retirada do

material contaminado e conveniente assepsia do local, aplica-se o primer de ligação

procedendo-se, em seguida, ao fechamento da cavidade com o acabamento necessário da

superfície de reparo. A cura do primer, tal qual a do material de reparo, deverá ser efetivada

conforme orientação do fabricante.

O primer utilizado pode ser adesivo acrílico puro ou em pasta de cimento e o material para

o fechamento remonta argamassas de base mineral (graute tixotrópico), argamassas

modificadas com polímero, pré-dosadas ou preparadas em obra (base acrílica ou SBR). Para

diminuição de retrações, recomenda-se a aplicação em faixas de 1,0 m de largura, por 1,0

cm de espessura (SOUZA; RIPPER, 1998). E reparos de maior extensão, ditos

generalizados, emprega-se com sucesso a argamassa projetada.

2.4.2.4 Reparos semi-profundos

Reparos com profundidade entre 2,0 e 5,0 cm, que geralmente atingem a armadura, são

ditos semi-profundos. Requerem para isso, freqüentemente, a montagem de formas e

dispositivos para concretagem (cachimbos), com a verificação da necessidade do uso de

escoramentos nas peças. O material mais empregado neste caso é graute mineral, com alta

resistência mecânica. Aqui, valem os procedimentos de preparo e limpeza da região de

reparo e também o procedimento de cura do material.

2.4.2.5 Reparos profundos

São reparos em que as profundidades são superiores a 5,0 cm (SOUZA; RIPPER, 1998).

No reparo, poderá ser utilizado micro-concreto de retração compensada e com alta

resistência. Ainda é possível graute de base mineral, concreto ou argamassa com adesivos

PVA ou acrílico. Poderá ser efetuada a injeção de argamassa fluida com a colocação prévia

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

de agregado graúdo na cavidade observando, no entanto, a estanqueidade das formas. Para

o enchimento faz-se necessário o uso de cachimbos e o escoramento deverá ser estudado

mediante o cálculo prévio.

Figura 2.5 – Estabelecimento de reparos profundos.

Fonte: Souza e Ripper (1998)

2.4.2.6 Reparos em processos corrosivos

Reparos em processos corrosivos pressupõem a eliminação das causas da corrosão e

erradicação do processo já instalado. Um método rápido consiste na retirada do concreto

deteriorado, submetendo a armadura a um rigoroso procedimento de limpeza, no qual

poderá se utilizar o jato de areia com posterior eliminação de resíduos pelo jato de água à

alta pressão e secagem com ar comprimido.

Com a garantia de descontaminação da região comprometida pela corrosão, a

reconstituição da seção de concreto é feita a partir de argamassa ou concreto comum, assim

como argamassas tixotrópicas que garantam a aplicação com a mão ou colher de pedreiro.

Para reparos profundos são indicadas argamassas fluidas e grautes minerais com

expansores (CASCUDO, 1997).

Gonçalves et al (2003) citam três procedimentos, dentre os chamados métodos

eletroquímicos de proteção das armaduras, que podem ser estabelecidos no reparo, como

forma de estancar a corrosão:

Capítulo 2 Patologia, inspeção e recuperação estrutural

9 Proteção catódica – redução de potenciais das armaduras a valores altamente

negativos, em regiões de imunidade no diagrama de Pourbaix (ANDRADE

PERDRIX, 1992). Isto é conseguido pelo uso do método galvânico com a aplicação

de uma corrente impressa ou pelo método do ânodo de sacrifício.

Figura 2.6 – Proteção catódica por corrente impressa.

Fonte: Cascudo (1997)

9 Extração eletroquímica de cloretos – este método presta-se a eliminar íons Cl

, que

são atraídos em direção a um eletrodo externo (carregado positivamente) por ação

de um campo elétrico.

9 Realcalinização – consiste na restauração da alcalinidade do concreto, nas

proximidades das armaduras, de forma que estas se passivem em conseqüência de

hidrólise da água no cátodo e o estabelecimento de um fluxo eletro-osmótico que

desloca íons alcalinos colocados na superfície do concreto.

O controle do processo catódico caracteriza-se pela eliminação do acesso de oxigênio às

armaduras pelo uso de pinturas seladoras ou pela aplicação de revestimentos superficiais. A

selagem nunca é perfeita, o que facilita o acesso de oxigênio, umidade, cloretos e CO

dando um caráter temporário ao tratamento.

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

CAPÍTULO 3

SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS DE

CONCRETO ARMADO

3.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS

A tomada de decisão e os riscos daí demandados são uma constante da existência humana.

A incerteza de ocorrências futuras, advindas de escolhas feitas no tempo presente, é

característica inerente das atividades regidas pela aleatoriedade, e que governam uma

grande parte dos acontecimentos diários (PÁEZ, 1981). Eventos que são influenciados por

fatores ou variáveis, cujo comportamento não pode ser descrito através de equações

matemáticas exatas, devem ser tratados tendo-se em mente as noções de possibilidades de

ocorrência ou probabilidades (MEYER, 1981). Tais processos são ditos aleatórios ou

estocásticos.

Apesar do comportamento aleatório não ser passível de descrição da lógica que ocasiona

determinados resultados observados, é possível estimar, baseado em dados estatísticos de

outros acontecimentos semelhantes (PÁEZ, 1981), quais são as chances de, por exemplo,

se chegar a salvo em uma viagem de avião, ou ainda, de ganhar dinheiro ao investir em

determinada empresa na bolsa de valores. Neste caso se recorre ao campo das

probabilidades para se conhecer de que forma se distribuem as variáveis envolvidas em um

determinado evento e quais as chances de que certo resultado venha a ocorrer.

Por outro lado, um evento cujo desenrolar final pode ser equacionado de forma

relativamente precisa, é chamado de determinístico (MEYER, 1981).

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

A maioria das variáveis envolvidas no dimensionamento e execução das estruturas de

concreto, como as resistências dos materiais, as solicitações e suas combinações, fases do

processo construtivo como locação da obra, leituras de aparelhos (SANTOS, 1983) etc.,

são governadas pelas leis da incerteza, como seria natural pensar. Assim, no ato da

concepção estrutural, da execução ou da própria utilização do edifício, estão envolvidas

probabilidades de ocorrência de diversos fatores que intervêm diretamente na segurança

das estruturas.

3.2 FUNDAMENTOS DA SEGURANÇA ESTRUTURAL

Uma estrutura é dita segura, quando esta possui condições de suportar, sem atingir algum

estado limite e em condições normais de utilização, as solicitações às quais foram definidas

no momento do cálculo estrutural, para toda sua vida útil (SANTOS, 1983).

Numericamente, a afirmação acima recai em uma expressão que deverá ser atendida:

1≥

(3.1)

onde:

R = representa os esforços resistentes.

S = representa os esforços solicitantes

Mas a questão da segurança é bastante complexa e assegurar que a razão entre a resistência

e a solicitação em uma peça, não atinja valor inferior a um, remete à análise das

possibilidades de variação do comportamento da estrutura com relação às flutuações das

variáveis responsáveis pelas solicitações e pelas resistências.

Conforme Fusco (1974), ao se submeter uma estrutura a uma determinada situação

(experiência), o estado assumido por ela será definido através dos valores das variáveis x

(i= 1, 2, ..., n) as quais são as grandezas relacionadas aos n atributos presentes na

experiência considerada. A cada estado atingido, admitidos como os possíveis resultados

da experiência, acarretará um tipo de comportamento.

De uma forma geral, dois tipos de comportamentos são de interesse:

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

Comportamentos Normais – estados assumidos pela estrutura são julgados

satisfatórios;

Comportamentos Patológicos – correspondente aos chamados estados de ruína.

Segundo Fusco (1974), um estado de ruína é aquele em que a estrutura deixa de ser útil aos

fins para os quais foi projetada. Este poderá ser atingido: a) por ruptura; b) hipostaticidade,

c) flambagem; d) deformações exageradas; e) fissuração além de um limite pré-

estabelecido, etc.

Assim, sendo os fatores que determinam um estado da estrutura, que por sua vez ditam o

comportamento estrutural, em sua grande maioria, variáveis aleatórias, deve-se tratar a

segurança das construções em termos de probabilidades de falhas.

Analisando agora a segurança como algo determinado probabilisticamente, pode-se

agregar alguns valores à expressão (3.1).

Considerando a aleatoriedade das ações, é possível representar de forma simbólica os

esforços delas decorrentes ou elas próprias por (FUSCO, 1974):

);,...,,(

21 Xn

CxxxSS

(3.2)

onde:

S = solicitações nas estruturas.

, x

, ..., x

são as grandezas aleatórias que proporcionam as solicitações nas estruturas

= constantes ou funções determinísticas que relacionam x

a S

De forma análoga, podemos tomar a resistência como um produto de grandezas aleatórias

representadas pela expressão simbólica:

);,...,,(

21 Yn

CyyyRR

(3.3)

onde:

R = representa a resistência.

, y

, ..., y

são as grandezas aleatórias que influenciam a capacidade resistente

= constante e funções determinísticas que relacionam y

à R

Agora, pode-se expressar a segurança estrutural pela relação abaixo:

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

,,...,,(

;,...,,(

≥













extr

CxxxS

CyyyR

(3.4)

Sendo o índice “extr” apontando que a expressão é válida para uma condição de extremo,

associada a uma dada probabilidade.

A garantia de estruturas seguras passa pela adoção de margens de segurança (FUSCO,

1974) contra diversos estados de ruína. Uma segurança exagerada torna a estrutura anti-

econômica (SANTOS, 1983) e as diversas sociedades não apresentam condições de

assumi-la. Por outro lado, baixas margens de segurança tornam-se um atentado à vida

humana, o que seria suficiente para impugnação por motivos morais junto à opinião

pública (PÁEZ, 1981).

3.3 PROBABILIDADE DE FALHA E ÍNDICE DE

CONFIABILIDADE

Considera-se que um elemento estrutural falha se as resistências (R) forem menores que as

solicitações (S) (MELCHERS, 1987). A probabilidade de falha (Pf) do elemento estrutural

pode ser encontrada por (3.5):

(

)

[

]

≤

SRGPP

(3.5)

onde:

= função de estado limite

Portanto, a probabilidade de falha recai na possibilidade de violação de um estado limite.

Sendo f

( ) e f

( ) as funções densidade de probabilidade que representam o

comportamento de R e S, tidas aqui como independentes, e representando a expressão (3.5)

pela região hachurada da Figura 3.1, a probabilidade de falha pode ser escrita por:

()()()

SRf

ddsfrfSRPP

∫∫

∞

∞−

≥

∞−

=≤−= 0

(3.6)

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

Figura 3.1 – Região D de integração para determinação da Pf.

Fonte: Adaptado de Melchers (1987)

Como a função de distribuição acumulada F

(x) pode ser obtida por (3.7):

() ( ) ()

dyyfxXPxF

∫

∞−

=≤=

(3.7)

Desde que x

≥y. No caso especial em que R e S são independentes, a expressão (3.6) pode

ser escrita com se segue:

( ) () ()

xSRf

dxfxFSRPP

∫

∞

∞−

=≤−= 0

(3.8)

Conhecida como integral de convolução, representa o caso em que a resistência R é menor

que algum valor de x, ao passo que f

(x) representa a probabilidade de que S possua um

valor entre x e x+

∆x, quando ∆xÆ0.

Ainda que o conceito de segurança se associe à ruptura ou colapso da estrutura (ALLEN,

1991), todos os estados limites têm uma probabilidade de ocorrência e, sendo assim, o

conceito de segurança abarca também outros fenômenos além da ruptura, tal como flechas,

fissuração e vibrações (ACHE, 2003). A todos esses estados limites estão associados uma

Pf.

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

Supondo agora que R e S sejam normalmente distribuídas, pela propriedade da

regeneração da qual desfruta tal distribuição (COROTIS; DOSHI, 1977), sabe-se que a

função de distribuição da variável, conforme expressão (3.9), também será normalmente

distribuída.

SRm

−

(3.9)

Assim a função densidade de probabilidade de m é mostrada na Figura 3.2:

Figura 3.2 – Função densidade de probabilidade de m.

Fonte: Adaptado de Laranja e Brito (2003)

Esta função tenderá a um valor médio µ

e a um desvio-padrão de σ

. O valor m=0 (ou

R=S) definirá a ruptura e, da relação entre e média e desvio-padrão se obtém:

(3.10)

onde:

β = índice de confiabilidade

A utilidade desse parâmetro está diretamente relacionada com a função de distribuição

normal de probabilidade, a qual se assume bem representar o estado limite R-S. Dessa

forma, tem-se como resultado:

(

)

()

)(0

βφ

−==<=













−













−

PmP

(3.11)

onde:

Φ = função que relaciona β e P

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

Como a probabilidade de falha relaciona-se com as conseqüências (perdas de vidas, bens,

tempo, etc.) da superação de um estado limite, supõe-se que o impacto produzido pelo

colapso de uma estrutura é consideravelmente maior que o produzido por uma flecha

excessiva. Assim, é natural pensar que a um menor impacto seja aceitável uma

probabilidade de falha maior.

O Comitê JCSS (2001) considera os valores do índice de confiabilidade para edifícios

residenciais entre 3,1 e 4,7 (Pf entre 10

-3

a 10

-6

) para estados limites últimos, segundo as

conseqüências de uma falha da estrutura. Para os estados limites de serviço, o índice de

confiabilidade varia entre 1,3 a 2,3 (Pf entre 10

-1

a 10

-2

), de acordo com o custo de

reabilitação da estrutura.

3.4 VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS

O primeiro método surgido no intuito de se quantificar a segurança de uma estrutura levava

em consideração as tensões admissíveis dos materiais. Consistindo basicamente na

aplicação de coeficiente de segurança interno γ

>1, apresentava a preocupação em fazer

com que as solicitações máximas em uma seção, não superassem a tensão de ruptura do

material minorada pelo coeficiente em referência. No caso do aço, a minoração dava-se

sobre a tensão de escoamento. O método era passível de críticas, principalmente por

ignorar o comportamento dos materiais e não levar em conta a não linearidade física do

concreto e efeitos de segunda ordem.

Assim, por volta de 1930 os conceitos de tensão admissíveis foram substituídos pelos de

cargas admissíveis com o método de cálculo no regime de ruptura. Neste sentido, se

propunha o cálculo do concreto no estádio III, com a verificação dos estados limites,

últimos e de utilização, abordados de forma determinística. Um coeficiente γ

>1 aplicado a

uma carga de serviço F conduziria a peça a um estado limite.

O método apresentava falhas, principalmente por não considerar a variabilidade relativa às

cargas e possibilidades de ocorrência simultâneas e não conseguir resolver ainda o

problema da não proporcionalidade muita das vezes encontrada entre carga e esforço

solicitante (SANTOS, 1983). Apesar da resolução do problema da não linearidade física

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

dos materiais, o método ainda era incapaz de contemplar as não linearidades geométricas e

com isso ofertava-se uma ilusória sensação de segurança frente ao coeficiente externo γ

Ao se pensar nos fatores envolvidos nos fenômenos de solicitação e resistência das

estruturas como função de variáveis aleatórias, métodos que não atentem para estas

características produzem resultados ainda distantes, mesmo que sejam considerados

quaisquer fatores determinísticos do processo (SANTOS, 1983).

3.5 ESTADOS LIMITES (EL)

Como foi visto anteriormente, com o avanço da teoria da segurança nas estruturas, em

especial com o desenvolvimento da aplicação da teoria das probabilidades referentes aos

atributos envolvidos nos fenômenos comportamentais da resistência ante as solicitações,

houve a necessidade de proteção contra a ocorrência, no todo, ou em partes das estruturas,

de estados limites.

A NBR 8681 (ABNT, 2003) define no item 3.1 um estado limite como sendo “estados a

partir dos quais a estrutura apresenta desempenho inadequado às finalidades da

construção”. É necessário compreender que o surgimento de um estado limite decorre da

mudança de comportamento da estrutura. Entendendo a estrutura como um sistema

complexo, onde as variáveis nele atuantes são as responsáveis pelos diferentes estados em

que este poderá figurar, a mudança em uma variável levará o sistema a outro estado de

equilíbrio passando, para isso, por diversos e diferentes estados intermediários

(ZEMANSKI, 1978). Pode ocorrer que em um desses estados pelos quais passa a estrutura,

as condições de segurança não sejam mais atendidas, ou mesmo a estrutura passe a ter

desempenho insatisfatório. Neste caso, atingiu-se um estado limite.

O item 4.1 da NBR 8681 (ABNT, 2003) preconiza a existência de dois grupos para os

estados limites: os estados limites últimos e os estados limites de serviço. Segundo ACHE

(1983), estados limites últimos correspondem ao valor máximo da capacidade de suporte

de uma estrutura e o estado limite de utilização, advindo de critérios de utilização normal

ou de durabilidade da edificação.

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

Assim sendo, a NBR 8681 (ABNT, 2003), no mesmo item, relaciona as características

apresentadas pelas estruturas quando os estados limites usuais são atingidos. Abaixo

seguem expressas tais características:

a) Estados limites últimos (ELU)

No projeto, usualmente devem ser considerados os estados limites últimos caracterizados

por:

Perda de equilíbrio global ou parcial, admitida a estrutura como corpo

rígido;

ii)

Ruptura ou deformação plástica excessiva dos materiais;

iii)

Transformação da estrutura, no todo ou em parte, em sistema

hipostático;

iv)

Instabilidade por deformação;

Instabilidade dinâmica.

Poderá ainda ser previsto algum estado limite último que não os considerados acima. Dessa

forma, Fusco (1974) o faz, pela consideração do estado limite de ressonância que ocasiona

danos funcionais, nos casos em que a potência da fonte excitadora seja apreciável.

A NBR 6118 (ABNT, 2003) admite o uso do estado limite último para o dimensionamento

das seções dos elementos de concreto nas estruturas e das áreas de armaduras nelas

imersas.

b) Estados limites de serviço (ELS)

No período de vida das estruturas, usualmente são considerados estados limites de

utilização caracterizados por:

Danos ligeiros ou localizados, que comprometam o aspecto estético da

construção ou a durabilidade da estrutura;

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

ii)

Deformações excessivas, que afetem a utilização normal da construção

ou seu aspecto estético;

iii)

Vibrações de amplitudes excessivas.

Os estados limites de serviço estão ligados à verificação dos deslocamentos ocorridos nas

estruturas frente às combinações de ações para esses estados, além dos processos

relacionados à abertura de fissuras (NBR 6118:2003).

3.5.1 Método semi-probabilístico

3.5.1.1 Conceitos básicos

A adoção de princípios probabilísticos na determinação da segurança estrutural foi uma

imposição da realidade. Ainda que o atual estágio de conhecimento sobre o assunto, seja

incompleto quanto ao entendimento da natureza dos processos envolvidos nos fenômenos

causadores dos estados das estruturas, as considerações e aproximações probabilísticas do

cálculo da segurança apontam para resultados próximos ao que seria o provável

comportamento real.

Em princípio o método probabilístico pode ser aplicado através de três processos

diferentes, segundo diferentes níveis de rigor conceitual (FUSCO, 1974; PÁEZ, 1981).

O chamado nível I baseia-se na definição de certa forma empírica de resistência

característica e coeficientes normalmente definidos como expressão de uma probabilidade

de ruína não anunciada de um modo quantitativamente explícito (PÁEZ, 1981). Aplica-se

aqui, o método dos valores extremos, dado pela equação (3.12):

);,...,,();,...,,(

,,2,1,,2,1 yextrmextrextrxextrmextrextr

CyyyRCxxxS

(3.12)

onde:

1,extr

, x

2,extr

, ..., x

m,extr

valores extremos das variáveis aleatórias que influenciam as

solicitações

1,extr

, y

2,extr

, ..., y

m,extr

valores extremos das variáveis aleatórias que influenciam a

capacidade resistente

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

Assim, a segurança aparece através da probabilidade Px

i,extr

, Py

i,extr

que determinam,

respectivamente, os valores extremos x

extr

e y

i,extr

, e com eles são calculados os valores

limites das solicitações S e das resistências R.

Figura 3.3 – Nível I.

Fonte: Fusco (1974)

No nível II, supõe-se que as distintas distribuições de probabilidade das sobrecargas e

resistências são conhecidas, segundo dados perfeitamente definidos, ainda que apenas em

forma de um valor médio e uma dispersão e assim admite-se a hipótese suficientemente

aproximada que estas funções correspondem a uma distribuição normal (PÁEZ, 1981). O

nível II é aplicado aos casos não previstos no nível I ou caso em que a importância da obra

requeira um tratamento mais preciso das condições de segurança própria para esta situação.

Emprega-se para isto o chamado processo dos “extremos funcionais” dado pela expressão

(3.13) (FUSCO, 1974):

);,...,,();,...,,(

,2121 ymextrxmextr

CyyyRCxxxS

(3.13)

onde:

, x

, ..., x

são as grandezas aleatórias que influenciam as solicitações

, y

, ..., y

são as grandezas aleatórias que influenciam a capacidade resistente

extr

= valor extremo da função referente às solicitações

extr

= valor extremo da função referente à resistência

Neste caso, a segurança é dada pelas probabilidades P

S,extr

e P

R,extr

que definem extremos

probabilísticos de S e R.

O chamado nível III trata o problema resistente segundo metodologia probabilística

rigorosa. De uma forma geral:

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

[...] as cargas, os pesos próprios com suas variações prováveis, as

resistências com seus defeitos aleatórios de construção e o próprio

cálculo, com suas imprecisões de hipóteses, entram como fontes de

informação cujos dados se processam para concluir na determinação de

uma probabilidade de falha Pf (PÁEZ, 1981, p. 26).

É chamado processo exato, sendo que a probabilidade de ruína é dada por:













extr

(

)

−

extr

(3.14)

onde:

(R/S)

extr

= função de distribuição dos valores de R/S

Neste caso, para o nível III, faz-se estudo para que as funções f(R/S) ou f(R-S) não atinjam

os valores extremos um ou zero, respectivamente.

No emprego do processo exato, define-se o coeficiente central de segurança γ

como

sendo:













(3.15)

onde:

= coeficiente central de segurança

Em função do valor médio da distribuição (R/S). O coeficiente de segurança característico

é apresentado como:













(3.16)

onde:

= coeficiente de segurança característico

em função do valor













convencional.

Para evitar trabalhos exaustivos com a natureza complexa da distribuição (R/S), é usual a

consideração isolada das possíveis distribuições de R e de S (FUSCO, 1974). Portanto, a

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

segurança estará associada à probabilidade P

de todos os estados em que SR

≤

definidos pela expressão:

dXXfXFP

SRRS

)()(

∫

∞

(3.17)

onde:

F = função de distribuição acumulada

f = função densidade de probabilidade

Este procedimento leva à expressão do coeficiente central de segurança:

(3.18)

onde:

= coeficiente central de segurança

= representa as resistências centrais

= representa as solicitações centrais

E para o coeficiente característico:

(3.19)

onde:

= coeficiente característico de segurança

= representa as resistências características

Assim, conforme FUSCO (1974, p. 14):

No método probabilístico de cálculo, a segurança é medida

essencialmente por probabilidades associadas à ocorrência de estados

limites, variando apenas a maneira de considerar essa probabilidade em

função do nível de precisão empregado.

O sistema atualmente utilizado refere-se ao nível I, reservando ao nível II, apenas alguns

casos especiais de importância técnica ou econômica. Apesar do caráter teórico do nível

III, sendo considerado por muitos apenas como base geral de referência para comissões

nacionais de normas, este possui o relevante aspecto da correlação formal entre a

intensidade das cargas e a duração das mesmas (PÁEZ, 1981).

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

Em essência, as simplificações do nível I em relação ao nível II consistem em

(MONTOYA et al, 1973a):

9 Atribuir os efeitos das diversas causas de erros somente a dois fatores: as

resistências dos materiais e os valores das ações;

9 Introduzir no cálculo, ao invés das funções de distribuição de ações e resistências,

alguns valores numéricos únicos (associados a um determinado nível de

probabilidade, representada pelos chamados de valores característicos).

9 Ponderar os valores característicos mediante seus coeficientes parciais de segurança

γ, usando um que afete as resistências (γ

) e outro as ações ou solicitações (γ

), para

abarcar os fatores aleatórios restantes (não considerados diretamente) e reduzir a

probabilidade de falha a limites aceitáveis.

3.6 VALORES CARACTERÍSTICOS

3.6.1 Resistência dos materiais

Um importante conceito dentro da segurança das estruturas refere-se ao estabelecimento

dos valores característicos das resistências dos materiais de construção. Como esta

propriedade de um material é uma variável aleatória, é coerente caracterizá-la por uma

densidade de probabilidade e não por um número exato (SANTOS, 1983). Ensaios

experimentais e experiências acumuladas concluíram que a resistência, tanto do aço,

quanto do concreto, se comportam como uma distribuição normal (COROTIS; DOSHI,

1977; FUSCO, 1976; MELCHERS, 1987; MONTOYA et al, 1973a; RÜSCH, 1980).

Assim, devida à simetria da função densidade de probabilidade (fdp) desse tipo de

distribuição, metade dos valores de ensaio é maior e a outra metade menor que a

resistência média encontrada. Desse modo, torna-se inviável a adoção da média f

como

valor representativo da resistência de um lote ensaiado, tanto para o concreto, quanto para

o aço. Também a adoção do menor valor do ensaio como representativo do fenômeno

resistente apresenta certa incoerência, já que uma parcela muito pequena dos resultados do

ensaio terá esta ordem de grandeza, o que não seria o ideal como representação da

distribuição considerada por ser um procedimento antieconômico.

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

Convencionou-se chamar de valor característico para a resistência à compressão ou à

tração, representado respectivamente por f

e f

ctk

, o valor correspondente a um quantil com

probabilidade de 5% de ser superado no sentido desfavorável, ou seja, 95% dos valores

encontrados em um ensaio, serão superiores a eles.

05,0)(

05,0

≤ XXP ou 95,0)(

05,0

≥ XXP

(3.20)

onde:

P = probabilidade de ocorrência

= valor real assumido pela variável aleatória

0,05

= valor da variável no quantil de 5%

Considerando a distribuição normal reduzida (Figura 3.4):

Figura 3.4 – Variável normal reduzida.

Fonte: Santos (1983)

Tem-se a seguinte relação:

−

(3.21)

E assim:

.sff

(3.22)

onde:

= valor característico atribuído à variável na distribuição de densidades de

probabilidade

= valor médio da variável aleatória na distribuição

= desvio-padrão da variável aleatória

ξ = fator relativo à probabilidade aplicada

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

Sabendo-se que:

fs .

sendo “s” o desvio-padrão e “δ” o coeficiente de variação, pode-

se escrever:

)1(

δξ

(3.23)

Na tabela de distribuição normal, encontra-se a probabilidade de 5 % que corresponde a

um valor ξ = -1,645, resultando finalmente em:

(

)

sfff

mmk

.645,1645,11

−

(3.24)

onde:

, f

, δ e s possuem o mesmos significados já apontados

3.6.1.1 Valores característicos para o concreto

Para o concreto, a resistência característica é dada segundo a metodologia anterior, sendo

que:

a) Resistência à compressão

ccmck

sff .645,1

−

(3.25)

onde:

= resistência característica do concreto à compressão, adotada em projeto

= resistência média do concreto à compressão na idade de 28 dias

= desvio-padrão em relação a f

b) Resistência à tração

tctmctk

sff .645,1

−

(3.26)

onde:

ctk

= resistência característica do concreto à tração, adotada em projeto

ctm

= resistência média do concreto à tração na idade de 28 dias

= desvio-padrão em relação a f

ctm

3.6.1.2 Valores característicos para o aço

A resistência característica do aço à tração é dada também pelo quantil de probabilidade de

5% a ser ultrapassada no sentido mais desfavorável, ou seja:

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

yymyk

sff .645,1

−

(3.27)

onde:

= resistência característica do aço à tração, adotada em projeto

= resistência média do aço à tração obtida em ensaios

= desvio-padrão em relação a f

3.6.2 Ações

Apesar das normas serem de domínio público e de fácil acesso, serão apresentados os

pontos importantes para o entendimento deste trabalho. Conforme item 4.2.2 da NBR 8681

(ABNT, 2003), as ações são quantificadas por seus valores representativos, podendo ser:

valores característicos, valores característicos nominais, valores reduzidos de combinação,

valores convencionais excepcionais, valores reduzidos de utilização e valores raros de

utilização.

3.6.2.1 Valores representativos para estados limites últimos

- Valores característicos

Valores característicos das ações permanentes correspondem à variabilidade existente num

conjunto de estruturas análogas. Para as ações que produzam efeitos tanto desfavoráveis

quanto favoráveis sobre uma estrutura, NBR 8681 (ABNT, 2003) prescreve um valor

característico como sendo o médio, referente a um quantil de 50% da distribuição.

- Valores característicos nominais

Ações que não tenham sua variabilidade adequadamente expressada por distribuições de

probabilidade, os valores característicos F

são substituídos por valores nominais

convenientemente escolhidos. Em caso de pequena variabilidade, diferindo muito pouco

entre si os valores característicos superior e inferior (ambos próximos à média), adotam-se

como característico os valores médios das respectivas distribuições (NBR 8681:2003).

- Valores reduzidos de combinação

Conforme a NBR 8681 (ABNT, 2003), os valores reduzidos de combinação são

determinados a partir dos valores característicos pela expressão ψ

e são empregados

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

nas condições de segurança relativas à estados limites últimos, quando existem ações

variáveis de diferentes naturezas. Assim, os valores ψ

levam em conta a baixa

probabilidade de ocorrência simultânea dos valores característicos de duas ou mais ações

variáveis de naturezas diferentes sendo, portanto, valores característicos de distribuição de

extremos correspondentes a um período de tempo igual a uma fração do período de

referência admitido para a determinação do valor característico F

- Valores convencionais excepcionais

São valores arbitrários para as ações excepcionais, estabelecidos por consenso entre o

proprietário da construção e as autoridades governamentais que nela tenham interesse

(NBR 8681:2003).

3.6.2.2 Valores representativos para os estados limites de utilização

- Valores reduzidos de utilização

Segundo a NBR 8681 (ABNT, 2003) os valores reduzidos de utilização são determinados a

partir dos valores característicos pelas expressões ψ

e ψ

, e são empregados na

verificação da segurança em relação a estados limites de utilização decorrentes de ações

que se repetem inúmeras vezes e ações de longa duração respectivamente. Os valores

reduzidos ψ

são designados por valores freqüentes (utilizados nas combinações

freqüentes – CF) e os valores ψ

por valores quase-permanentes (utilizados nas

combinações quase-permanentes – CQP) das ações variáveis.

- Valores raros de utilização

Os valores raros de utilização (utilizados nas combinações raras – CR) quantificam as

ações que podem acarretar estados limites de utilização, mesmo que atuem com duração

muito curta sobre a estrutura.

3.7 COEFICIENTES DE PONDERAÇÃO

No método semi-probabilístico de quantificação da segurança foram estabelecidos

coeficientes de segurança de forma empírica (FUSCO, 1974). Todavia, o progresso e o

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

aumento do nível de conhecimento com relação ao funcionamento estrutural promoveram

reduções significantes dos coeficientes ao longo dos anos. Mas, conforme visto, a

segurança estrutural não é definida a partir do conceito de coeficiente aplicado, mas sim da

possibilidade de ocorrência de estados limites.

Apesar do conceito de segurança se associar usualmente à ruptura ou colapso de

estruturas, todos os estados limites têm uma probabilidade de ocorrência ou extrapolação.

Dessa forma, o conceito de segurança abarca também outros fenômenos além da ruptura,

tais como flechas, fissuração e vibrações.

A segurança estrutural relativa a determinado estado limite (EL) se avalia diretamente

através da probabilidade de que esse EL seja superado, a qual se denominada probabilidade

de falha Pf (Item 3.3 . O método semi-probabilístico atualmente empregado para o

estabelecimento da segurança estrutural, conforme visto, define distribuições estatísticas

das variáveis aleatórias relativas às resistências e às cargas e estabelece o valor

característico através do quantil de 5% de probabilidade de não serem superados no lado

desfavorável. Mas, existem outras variáveis aleatórias que influenciam na segurança e

cujas distribuições são ainda desconhecidas ou não quantificáveis.

Além do que, considerar todos os parâmetros aleatórios e suas distribuições de

probabilidade diretamente no cálculo estrutural, tornaria o processo bastante complexo.

Assim, para garantir que estes fatores ainda não totalmente conhecidos não conduzam a

estrutura a estados limites, são introduzidos coeficientes de ponderação parciais

(MONTOYA et al, 1973a). Do método probabilístico, tem-se o seguinte coeficiente de

segurança:













(3.15)

Que é um artifício com o qual pode ser evitado o uso explícito de conceitos probabilísticos

no cálculo estrutural. Portanto, ao invés do uso de quantidades extremas, trabalha-se com

valores relacionados a diferentes quantis das distribuições de probabilidades consideradas.

Neste contexto, tem-se no coeficiente de segurança o produto de um conjunto de fatores

aleatórios. Sendo cada fator a representação de um efeito distinto, a estrutura irá se manter

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

em estado normal, enquanto o valor do coeficiente de segurança

seja superior ao

produto dos referidos fatores, por exemplo: x, y, z, t... que representam cada um dos

efeitos simultâneos.

tzyx ...

(3.28)

Assim, a partir da expressão (3.28), podem-se agrupar fatores referentes às solicitações e

os referentes aos materiais, da seguinte forma (MONTOYA et al, 1973a):

≥

(3.29)

onde:

= coeficiente de segurança central

= coeficiente de ponderação dos materiais

= coeficiente de ponderação das ações

A determinação de cada coeficiente e a relação entre eles é dada a seguir.

3.7.1 Coeficientes de ponderação dos materiais

O coeficiente

é usado para redução dos valores das resistências características, para

obtenção de valores relativos a outros quantis da mesma distribuição (FUSCO, 1974;

PÁEZ, 1981). Santos (1983) aponta ser esse coeficiente uma função de dois outros, da

seguinte forma:

),(

21 mmm

FUNÇÃO

γγγ

(3.30)

onde:

= coeficiente de ponderação dos materiais

= considera possíveis reduções da resistência dos materiais

= considera possíveis reduções da resistência de caráter local, não levadas em

consideração por γ

Todavia, SANTOS (1983) aponta outros fatores de influência sobre a segurança, tratados

por esse coeficiente de ponderação:

Erros teóricos da análise experimental;

Imprecisões de cálculo;

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

Imprecisões de execução (geometria).

Para o caso do concreto armado, o coeficiente γ

se desdobra em dois outros coeficientes

distintos:

Æ Para minoração da resistência do concreto;

Æ Para minoração da resistência do aço.

Na realidade, o coeficiente γ

é determinado em parte estatisticamente e em parte

empiricamente (SANTOS, 1983) e tem por finalidade transformar os valores

característicos, em outros quantis da mesma distribuição (FERRY-BORGES;

CASTANHETA, 1971). No caso do coeficiente de minoração das resistências dos

materiais, ocorre a transformação de um quantil de 5% de probabilidade de ser

ultrapassado do lado desfavorável, em um quantil de 5‰ de probabilidade de ser

ultrapassado do mesmo lado da curva. Na realidade, trabalha-se com β=3,5 (Pf =2,33x10

-4

)

e um fator de influência α

=0,75, tendo-se então (3.31):

δαβ

576,21

645,11

..1

645,11

005,0

05,0

−

(3.31)

onde:

= coeficiente de ponderação dos materiais

0,05

= valor característico relativo ao quantil de 5% de ser excedido pelo lado mais

desfavorável

0,005

= valor característico relativo ao quantil de 5‰ de ser excedido pelo lado mais

desfavorável

= coeficiente de variação

Mesmo não havendo nenhum critério estabelecido em normas ou instruções, para as

finalidades de avaliação estrutural, por ocasião de determinação da segurança residual de

estruturas existentes ou para intervenções de reparos ou reforços estruturais, admite-se

mediante criteriosa avaliação da resistência do concreto e confirmação geométrica das

seções, a redução desses coeficientes, uma vez que diversas incertezas existentes no

período de projeto, agora não mais o são (CABRÉ, 1994; TANNER, 1995).

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

3.7.2 Coeficientes de ponderações das ações

As ações, por sua vez, recebem também um tratamento no sentido de reduzir a

probabilidade de serem ultrapassadas durante a vida útil em serviço das estruturas (PÁEZ,

1981). O coeficiente que promove tal alteração é representado por γ

e agrega em seu valor,

algumas considerações feitas com relação a variabilidade das ações isoladas ou a

variabilidade de possíveis combinações de diferentes ações (FUSCO, 1974). Este

coeficiente abrange também as incertezas referentes às solicitações calculadas a partir de

modelos teóricos de comportamento estrutural. O coeficiente pode ser expresso então pela

função (3.32):

),,(

321 ffff

FUNÇÃO

γγγγ

(3.32)

onde:

= coeficiente de ponderação das ações

= fator que leva em conta o desvio das ações em relação a seus valores

característicos

= fator que leva em conta a combinação das ações, também chamado de ψ

pela

NBR 8681 (ABNT, 2003)

= fator que considera possíveis erros na avaliação dos efeitos das ações, po

problemas construtivos ou deficiência no método de cálculo empregado

Em virtude dos diversos tipos de cargas presentes em um projeto estrutural, a NBR 8681

(ABNT, 2003) altera o índice do coeficiente

de acordo com a ação considerada, podendo

encontrar diversos símbolos,

, representando os respectivos coeficientes das

ações permanentes, ações diretas variáveis, protensão e efeitos de deformações impostas,

como serão tratadas posteriormente neste trabalho.

3.7.2.1 Coeficiente de ponderação para os ELS’s

Quando se consideram estados limites de serviços, a NBR 8681 (ABNT, 2003), preconiza

o valor a seguir para a majoração das ações, salvo indicação contrária em norma

específica:

0,1

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

3.7.2.2 Coeficiente de ponderação para as ações permanentes (ELU)

Estes coeficientes, denotados por

, majoram os valores representativos das ações

permanentes que provocam efeitos desfavoráveis e minoram os valores representativos das

ações que produzem efeitos favoráveis com relação à segurança (NBR 8681:2003). Nas

combinações últimas, os coeficientes de ponderação das ações permanentes são assim

indicados:

Segundo variabilidade das ações diretas: o método empregado na construção dos

elementos estruturais, elementos construtivos não estruturais e equipamentos fixos

influem na variabilidade das ações permanentes a se adotar em projeto. Em geral,

processos construtivos mais controlados demandam coeficientes menos

conservadores, ao passo que métodos em que o controle é falho exigem

coeficientes maiores para cobrir as incertezas nitidamente mais acentuadas. No

caso da avaliação de estruturas, muitas das incertezas de projeto podem ser

confirmadas na inspeção realizada na obra. Isso gera redução dos coeficientes a

serem empregados no cálculo pela ocasião da avaliação estrutural. Em todo caso,

em projeto a NBR 8681 (ABNT, 2003) admite, para o cálculo, os coeficientes

presentes da Tabela 3.1 a serem utilizados para as ações consideradas

separadamente. A Tabela 3.2 mostra os coeficientes de ponderação a considerar-se

numa combinação, todas essas ações forem agrupadas.

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

Tabela 3.1 – Ações permanentes diretas consideradas separadamente.

Efeito

Combinações Tipo de ação

Desfavorável Favoráveis

Peso-próprio de estruturas metálicas 1,25 1,0

Peso-próprio de estruturas pré-moldadas 1,30 1,0

Peso próprio de estruturas moldadas no local 1,35 1,0

Elementos construtivos industrializados.

1,35 1,0

Elementos construtivos industrializados com

adições in loco

1,40 1,0

Normais

Elementos construtivos em geral e

equipamentos.

1,50 1,0

Peso próprio de estruturas metálicas 1,25 1,0

Peso próprio de estruturas pré-moldadas 1,30 1,0

Peso próprio de estruturas moldadas no local 1,35 1,0

Elementos construtivos industrializados.

1,35 1,0

Elementos construtivos industrializados com

adições in loco

1,40 1,0

Especial ou

de construção

Elementos construtivos em geral e

equipamentos.

1,50 1,0

Peso próprio de estruturas metálicas 1,25 1,0

Peso próprio de estruturas pré-moldadas 1,30 1,0

Peso próprio de estruturas moldadas no local 1,35 1,0

Elementos construtivos industrializados.

1,35 1,0

Elementos construtivos industrializados com

adições in loco

1,40 1,0

Excepcional

Elementos construtivos em geral e

equipamentos.

1,50 1,0

Por exemplo: paredes e fachadas pré-moldadas, gesso acartonado

Por exemplo: paredes de alvenaria e seus revestimentos, contrapisos

Fonte: NBR 8681 (ABNT, 2003)

Tabela 3.2 – Ações permanentes diretas agrupadas.

Efeito

Combinações Tipo de ação

Desfavorável Favoráveis

Grandes pontes.

1,30 1,0

Edificações tipo 1 e pontes em geral.

1,35 1,0

Normais

Edificações tipo 2.

1,40 1,0

Grandes pontes.

1,20 1,0

Edificações tipo 1 e pontes em geral.

1,25 1,0

Especial ou

de construção

Edificações tipo 2.

1,30 1,0

Grandes pontes.

1,10 1,0

Edificações tipo 1 e pontes em geral.

1,15 1,0

Excepcional

Edificações tipo 2. 3) 1,20 1,0

Grandes pontes são aquelas em que o peso próprio da estrutura supera 75% da totalidade das

ações

Edificações tipo 1 são aquelas onde as cargas acidentais superam 5 kN/m

Edificações tipo 2 são aquelas onde as cargas acidentais não superam 5 kN/m

Fonte: NBR 8681 (ABNT, 2003)

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

Os efeitos de recalques de apoio e de retração dos materiais: neste caso os valores

indicados na Tabela 3.3:

Tabela 3.3 – Efeitos de recalques de apoio e de retração dos materiais.

Efeitos

Combinação

Desfavoráveis Favoráveis

Normais

= 1,2

= 0

Especiais ou de construção

= 1,2

= 0

Excepcionais

= 0

Fonte: NBR 8681 (ABNT, 2003)

Os coeficientes apresentados anteriormente se aplicam a situações de cálculo, em que as

incertezas movem a necessidade de resguardar a segurança mediante alargamento da faixa

de valores possíveis de ocorrência das ações permanentes. No entanto, em situações de

avaliação, onde as dimensões estruturais, bem como a definição da ocupação das lajes

pelas cargas de equipamentos e outros elementos fixos, podem ser avaliadas reduzindo

assim as possibilidades de variações, é plausível a utilização de coeficientes menos

conservadores, inclusive para cálculo de escoramento e reforços estruturais de diferentes

técnicas (CABRÉ, 1994; SOUZA; RIPPER, 1998; TANNER, 1995).

3.7.2.3 Coeficientes de ponderação das ações variáveis (ELU)

Coeficientes de ponderação das ações variáveis são aplicados em casos onde estas

provoquem efeitos desfavoráveis nas estruturas. Nas situações em que as ações promovam

efeitos favoráveis, alívio de esforços, elas não deverão constar nas combinações. Os

coeficientes para utilização nos estados limites últimos, são apontados pela NBR 8681

(ABNT, 2003), conforme a Tabela 3.4 para as ações consideradas separadamente e Tabela

3.5 para os casos cujas ações forem consideradas conjuntamente:

Capítulo 3 Segurança nas estruturas de concreto armado

Tabela 3.4 – Ações variáveis consideradas separadamente.

Combinações Tipo de ação

Coeficiente de

ponderação

Ações truncadas.

1,2

Efeito de temperatura 1,2

Ação do vento 1,4

Normais

Ações variáveis em geral 1,5

Ações truncadas.

1,1

Efeito de temperatura 1,0

Ação do vento 1,2

Especiais ou de construção

Ações variáveis em geral 1,3

Excepcionais Ações variáveis em geral 1,0

Ações truncadas são consideradas ações variáveis cuja distribuição de máximos é truncada

por um dispositivo físico de modo que o valor dessa ação não pode superar o limite

correspondente. O coeficiente de ponderação mostrado na Tabela 3.4 se aplica a esse valor

limite.

Fonte: NBR 8681 (ABNT, 2003)

Tabela 3.5 – Ações variáveis consideradas conjuntamente

Combinações Tipo de ação

Coeficiente de

ponderação

Pontes e edificações tipo 1 1,5

Normais

Edificações tipo 2 1,4

Pontes e edificações tipo 1 1,3

Especiais ou de construção

Edificações tipo 2 1,2

Excepcionais Estruturas em geral 1,0

Quando as ações variáveis forem consideradas conjuntamente, o coeficiente de ponderação

mostrado na Tabela 3.5 se aplica a todas as ações, devendo-se considerar também

conjuntamente as ações permanentes diretas. Nesse caso, permite-se considerar separadamente

as ações indiretas como recalque de apoio e retração dos materiais conforme Tabela 3.3 e o

efeito de temperatura conforme Tabela 3.4.

Fonte: NBR 8681 (ABNT, 2003).

3.7.2.4 Coeficiente de ponderação das ações excepcionais (ELU)

Estados limites últimos

O coeficiente de ponderação γ

para ações excepcionais nos ELU deve ser tomado por

valor básico (NBR 8681:2003):

0,1=

Capítulo 4 Generalidades sobre pilares usuais de edifícios

CAPÍTULO 4

GENERALIDADES SOBRE PILARES USUAIS

DE EDIFÍCIOS

4.1 INTRODUÇÃO

Os pilares desempenham importante papel na segurança dos edifícios, pois as falhas

ocorridas nestes elementos, freqüentemente no pavimento de garagens, são responsáveis

pela ocorrência de colapsos que podem progredir levando à situações de completa

instabilidade estrutural.

A segurança desses elementos contra eventuais falhas é garantida, dentro da filosofia semi-

probabilística da NBR 6118 (ABNT, 2003) e de outras normas de projetos de diversos

países (ARAÚJO, 2003b; LEONHARDT; MONNIG, 1977; MONTOYA et al, 1973a)

tanto pela introdução de coeficientes de ponderação das ações e das resistências, quanto

pela consideração de imperfeições e excentricidades adicionais que poderão surgir no

decorrer do processo construtivo.

Sobre os pilares podem atuar solicitações de compressão axial ou de flexo-compressão,

sendo esta última o caso mais geral em virtude da continuidade elástica existente entre as

vigas e os pilares (VANDERLEI, 1996). Esta continuidade é responsável pelo fato de as

vigas transmitirem esforços de flexão aos pilares, valendo a idéia de que, nos quadros

formados por diversos pilares, os externos sofram maiores solicitações de flexão que os

internos. Todavia, a NBR 6118 (ABNT, 2003), não admite o dimensionamento de pilares

para cargas centradas, devendo proceder a introdução de excentricidades acidentais na

consideração de cálculo dos chamados pilares intermediários.

Capítulo 4 Generalidades sobre pilares usuais de edifícios

4.1.1 Algumas características do concreto armado

Os pilares de concreto armado constituem peças, geralmente verticais, em que a solicitação

normal é predominante. Suas distintas seções transversais podem estar submetidas à

compressão simples, compressão composta ou flexão composta (MONTOYA et al, 1973a).

Para se dimensionar uma seção de concreto armado submetido à flexão composta, faz-se

necessárias as seguintes hipóteses (NBR 6118:2003):

- Manutenção das seções planas – admite-se que uma seção transversal ao eixo do

elemento estrutural indeformado, inicialmente plana e normal a esse eixo, permaneça nessa

condição após as deformações do elemento.

- Aderência perfeita – considera-se a existência de uma aderência perfeita entre o concreto

e o aço, onde as armaduras vão estar sujeitas às mesmas deformações do concreto que as

envolve.

- Concreto em tração – despreza-se totalmente a resistência à tração do concreto no ELU.

Apesar da resistência dos materiais empregar a teoria da elasticidade, que pressupõe o

comportamento elástico linear para os materiais estruturais, o concreto armado requer uma

análise que difere deste modelo, uma vez que não existe proporcionalidade entre tensões e

deformações (ARAÚJO, 1988). Todavia, na simplificação de certos tipos de análises, é

usual a consideração da linearidade.

Para análise no ELU, a NBR 6118 (ABNT, 2003) admite o emprego do diagrama tensão

deformação idealizado, mostrado na Figura 4.1:

Capítulo 4 Generalidades sobre pilares usuais de edifícios

Figura 4.1 – Diagrama tensão-deformação idealizado.

Fonte: NBR 6118 (ABNT, 2003)

A NBR 6118 (ABNT, 1980) admitia para o caso do aço um comportamento diferenciado

segundo as categorias A e B, sendo definido, para este último, um limite de escoamento

referente a uma tensão capaz de produzir uma deformação residual de 2‰, por não

apresentar patamar de escoamento definido em seu diagrama tensão-deformação.

Atualmente, a NBR 6118 (ABNT, 2003) utiliza para cálculo nos estados limites de serviço

e último, o diagrama exposto na Figura 4.2:

Figura 4.2 – Diagrama tensão-deformação para aços de armaduras passivas.

Fonte: NBR 6118 (ABNT, 2003)

O comportamento do material concreto armado não é simples de descrever, sendo o

diagrama tensão deformação não linear e ainda variável para as diversas classes de

concreto (LEONHARDT; MONNIG, 1977). A esse fenômeno dá-se o nome de não-

linearidade física, que, por vezes influem nas tensões desenvolvidas no concreto armado

sob a ação de cargas.

Além disso, o comportamento do concreto em peças submetidas à compressão simples é

bastante distinto do comportamento dos corpos-de-prova usados na determinação da

Capítulo 4 Generalidades sobre pilares usuais de edifícios

resistência do material. Há também a necessidade de se reduzir, para efeito de cálculo, o

valor da resistência do concreto de pilares, em relação àquela dos corpos-de-prova de

controle, em virtude do fenômeno de “cansaço” do material sob a ação de cargas de longa

duração (RÜSCH, 1960). Em Fusco (1995) encontra-se que, para utilização nos estados

limites últimos de solicitações normais, a resistência do concreto à compressão vale

f85,0.

4.1.2 Comportamento das barras sob compressão

Mediante a teoria da elasticidade, o cálculo de pilares envolve dois aspectos: a)

deformação dos materiais – onde aço e concreto, trabalhando solidariamente, são tidos

como um corpo homogêneo; b) consideração da segurança a flambagem – que deve ser

atendida no caso dos chamados pilares esbeltos.

Ao se submeter um elemento de seção retangular “a” x “b” e comprimento “l” a uma carga

de compressão axial, aplicada de modo que a linha de ação da força passe pelo baricentro

das seções transversais das extremidades da barra, estas deverão se mover uma em direção

a outra sem rotação. Isto provoca um encurtamento da barra e um aumento em sua largura

e espessura.

Considerando a teoria de Saint-Vernant na qual, a distribuição de tensões pode ser adotada

como uniforme e independente do modo como se aplica o carregamento e, levando em

conta o limite de proporcionalidade da tensão estabelecido pela lei de Hooke (BEER;

JOHNSTON, 1989), pode-se aplicar as seguintes relações referentes às deformações e

tensões obtidas:

(4.1)

Onde:

σ = tensão na seção transversal

E = módulo de elasticidade

ε = deformação experimentada

Segue então:

(4.2)

Capítulo 4 Generalidades sobre pilares usuais de edifícios

onde:

P = carga aplicada

A = área da seção transversal

E, como

l∆

tem-se:

l =∆

(4.3)

onde

∆l = variação no comprimento da barra

Sabe-se que neste caso, nas faces das barras as quais não sejam as seções transversais de

extremidades, a tensão atuante é nula, o mesmo não ocorrendo com as deformações.

Chamando de “υ” o coeficiente que relaciona a deformação específica longitudinal às

deformações específicas transversais e, considerando isotrópico o material constituinte da

barra, pode-se estabelecer as seguintes relações:

=∆ ou

=∆

(4.4)

Onde:

∆a = variação da dimensão “a”

∆b = variação da dimensão “b”

a e b = dimensões da seção transversal

= termo de ajustamento das variações nas dimensões da seção transversal a parti

das deformações axiais

Sendo os alongamentos específicos transversais dados por:

EEA

νε

νεε

===

∆

== .

(4.5)

onde

= deformação na direção a

= deformação na direção b

= coeficiente de Poisson

Um outro aspecto na análise das barras comprimidas está ligado ao fenômeno de

flambagem que pode comprometer a estabilidade da peça, mesmo que a carga aplicada seja

inferior a carga de esgotamento da resistência do material componente da barra. A equação

diferencial que rege o comportamento da linha elástica deformada de uma peça esbelta

Capítulo 4 Generalidades sobre pilares usuais de edifícios

submetida a flambagem, tem a forma dada pela expressão (4.6) (BEER; JOHNSTON,

1989):

=+ Py

(4.6)

onde:

E = módulo de elasticidade longitudinal ou módulo de Young

I = momento de inércia da seção

P = carga aplicada

Que é a mesma equação que descreve o movimento harmônico simples, exceto pela

variável independente, que agora é a coordenada x e não o tempo (t). A equação acima foi

resolvida pela primeira vez em 1744 por Leonhard Euller e, a partir de sua solução, pode-

se chegar à carga crítica de flambagem:

(4.7)

Onde:

E = módulo de elasticidade longitudinal ou módulo de Young

I = momento de inércia da seção

P = carga aplicada

4.1.3 Efeitos globais e locais de segunda ordem

Sob ação de cargas horizontais e verticais os nós das estruturas deslocam-se

horizontalmente. Assim, em pórticos de vários andares a estabilidade global pode ser

facilmente posta em perigo por esses deslocamentos (LEONHARDT; MONNIG, 1977)

caso a estrutura não ofereça rigidez adequada a resisti-los. Edifícios com grandes alturas e

cargas verticais elevadas são mais suscetíveis à movimentação horizontal (ARAÚJO,

2003b).

Segundo Leonhardt e Monnig (1977) a inclinação dos pilares ao longo de muitos

pavimentos provoca excentricidade crescente da carga total resultante. A este fenômeno

dá-se o nome de efeitos globais de segunda ordem. A ocorrência desse fato torna o cálculo

estrutural mais complexo, além de expor ao risco os pilares de pórticos devido a

deslocabilidade do sistema. O problema é atenuado acrescentando-o nas estruturas

elementos de contraventamento que, devido à elevada rigidez, absorvem a maior parte dos

Capítulo 4 Generalidades sobre pilares usuais de edifícios

esforços horizontais (ARAÚJO, 2003b). Dessa forma, constitui-se a chamada subestrutura

de contraventamento principalmente com paredes estruturais ou pilares paredes das caixas

de escada e caixas de elevadores.

Os demais pilares da estrutura são ditos contraventados e, apesar de apresentarem uma

certa contribuição à rigidez global do edifício, têm a função principal de transmitir cargas

verticais entre pavimentos, finalizando-as nas fundações. Se o contraventamento for

suficiente, os deslocamentos horizontais serão pequenos podendo ser desconsiderados no

cálculo estrutural. Neste caso, diz-se que a estrutura é de pórticos indeslocáveis

(LEONHARDT; MONNIG, 1977).

A NBR 6118 (ABNT, 1980) reconhecia a existência do problema sem, contudo, apresentar

nenhum critério para sua consideração (ARAÚJO, 1988). A atual versão NBR 6118

(ABNT, 2003) aborda a temática da deslocabilidade horizontal classificando como de nós

fixos as estruturas onde os esforços originários dos efeitos de segunda ordem sejam

inferiores a 10% dos efeitos de primeira ordem (esforços em uma estrutura indeslocável).

O item 15.5.3 da NBR 6118 (ABNT, 2003) traz o coeficiente γ

que avalia a importância

dos esforços globais de segunda ordem, sendo válido para análises de estruturas reticuladas

de edifícios com mais de 4 pavimentos.

Diferentemente das peças verticais submetidas à flexão simples, que atingem equilíbrio na

configuração indeformada, nas barras comprimidas as deformações têm sensível influência

sobre os esforços solicitantes diminuindo conseqüentemente a capacidade resistente da

peça estrutural (LEONHARDT; MONNIG, 1977). Isto decorre do fato de que nos pilares,

o equilíbrio é garantido na configuração deformada da linha elástica do eixo da peça,

fazendo com que uma barra carregada excentricamente tenha sua excentricidade e

aumentada do valor “e” no estado deformado, gerando por sua vez, um acréscimo no

momento fletor solicitante.

Quando um pilar é submetido apenas à força normal (sem cargas transversais ou momentos

externos), o fenômeno da instabilidade do equilíbrio recebe o nome de flambagem

(ARAÚJO, 1988). A carga que desencadeia o processo é a carga de flambagem de Euller.

Para pilares de concreto armado essa situação puramente não ocorre, até porque as diversas

Capítulo 4 Generalidades sobre pilares usuais de edifícios

instruções normativas de projeto em todo o mundo, inclusive a NBR 6118 (ABNT, 2003),

estabelece a obrigatoriedade de se considerar excentricidades acidentais que garantem

segurança relativa às imperfeições construtivas na barra.

As deformações diferidas no tempo apresentadas pelo concreto de idade mais avançada

influenciam o fenômeno de flambagem. Processos de retração e fluência diminuem a

rigidez da peça e com isso, a carga crítica de instabilidade admitida. Procedimentos de

cálculo dos diversos códigos normativos admitem a contribuição da fluência no fenômeno

de flambagem para determinadas configurações no arranjo das barras verticais adotadas na

concepção dos pórticos nas estruturas. A NBR 6118 (ABNT, 2003) torna obrigatória a

consideração da fluência para peças com índice de esbeltez (λ) maior que 90, estando seus

efeitos considerados no processo de cálculo através de uma excentricidade dada por:













−













1718,2

Sge

(4.8)

.10

cci

N =

onde:

= excentricidade devida a imperfeições locais

e N

= esforços solicitantes devido a combinações quase permanentes

= coeficiente de fluência

= o módulo de deformação tangente inicial do concreto

= momento de inércia da seção de concreto

= comprimento de flambagem

O momento interno Mi, que se relaciona à capacidade resistente do pilar, depende do

comprimento da peça e das condições de fixação de seus extremos, além de sua rigidez EI

(MONTOYA et al, 1973a). Ambas as características influenciam o chamado comprimento

de flambagem l

, entendido como a distância entre pontos de inflexão da linha deformada

do pilar (LEONHARDT; MONNIG, 1977). Comprimento l

, por sua vez, está ligado

diretamente ao índice de esbeltez, um dos parâmetros determinantes à ocorrência dos

chamados efeitos locais de segunda ordem em barras comprimidas. De acordo com o item

15.6 da NBR 6118 (ABNT, 2003):

Capítulo 4 Generalidades sobre pilares usuais de edifícios

[...] em estruturas de nós fixos, o cálculo pode ser realizado considerando

cada elemento comprimido isoladamente como barra vinculada aos

demais elementos estruturais que ali concorrer.

O comprimento equivalente l

do pilar, supostamente vinculado em ambas às

extremidades, deve ser o menor dos seguintes valores (NBR 6118:2003):

hll

(4.9)

(4.10)

onde:

= distância entre as faces internas dos elementos estruturais supostos horizontais, que

vinculam o pilar

h = altura da seção transversal do pilar, medida no plano da estrutura em estudo

l = distância entre os eixos dos elementos estruturais em que o pilar está vinculado

Figura 4.3 – Valores de l e l

Fonte: Araújo (2003b)

Na versão anterior da NBR 6118 (ABNT, 1980), o índice de esbeltez constituía um divisor

de águas na classificação dos pilares em curtos, moderadamente esbeltos e esbeltos,

apresentando para isso , valores limites dos intervalos de λ, nos quais se incluíam cada uma

dessas classes. A importância do estabelecimento desta divisão baseia-se no fato de que,

para cada uma delas, se considerar ou não efeitos de segunda ordem locais no

dimensionamento de pilares, bem como a forma de se abordar estes efeitos, caso eles

devam ser considerados.

Pilares curtos têm a maior probabilidade de que sua ruína seja causada pelo esgotamento

da resistência dos materiais constitutivos da seção transversal, não ocorrendo risco de

Capítulo 4 Generalidades sobre pilares usuais de edifícios

instabilidade por flambagem. Assim, não há necessidade de tratamento de efeitos de

segunda ordem locais. Pilares moderadamente esbeltos, que constituem a maior parte dos

pilares usuais dos edifícios, são afetados pelos efeitos locais de segunda ordem de um

modo tal que estes podem ser considerados por processos aproximados, reduzindo as

complexidades decorrentes do cálculo exato.

Pilares esbeltos têm seu colapso dado por instabilidade mediante flambagem merecendo,

os efeitos motivadores do fenômeno, um tratamento especial por meio da utilização de

processos exatos que envolvam métodos numéricos e uso de programas computacionais

(ARAÚJO, 2003b).

Sabe-se que, além do índice de esbeltez, outros fatores contribuem com a necessidade de se

submeter ou não aos efeitos locais de segunda ordem, o cálculo das peças comprimidas. A

análise da excentricidade relativa de primeira ordem (e

/h) e a forma do diagrama de

momento de primeira ordem é de primordial importância para definir limites entre pilares

curtos e moderadamente esbeltos. A NBR 6118 (ABNT, 2003) fixa o índice de esbeltez

dos pilares tal que λ≤200. Nesta versão atual da norma, a excentricidade relativa e

/h, a

vinculação dos extremos da barra isolada e a forma do diagrama dos momentos fletores

devido à e

, influenciam na decisão de se considerar ou não os efeitos locais de segunda

ordem no cálculo, através da comparação de índice de esbeltez com um valor limite λ

dado por:

.5,1225 +

(4.11)

estando λ

compreendido entre 90

≤≤

O valor de α

deve ser obtido conforme o estabelecido a seguir (NBR 6118:2003):

a) Pilares biapoiados sem cargas transversais:

.40,060,0 +=

(4.12)

onde:

Capítulo 4 Generalidades sobre pilares usuais de edifícios

40,00,1 ≥≥

e M

= momentos fletores de primeira ordem no pilar

b) Pilares biapoiados com cargas transversais significativas ao longo da altura

0,1=

c) Pilares em balanço

85,0.20,080,0 ≥+=

(4.13)

onde:

85,00,1 ≥≥

= momentos fletores de primeira ordem no engaste

= momento de primeira ordem no meio do pilar em balanço

d) Pilares biapoiados ou em balanço com momentos menores que o momento mínimo

1dmim

0,1=

Os momentos de primeira ordem M

e M

, que surgem da interação entre as extremidades

dos pilares e as vigas de pavimento, na direção da excentricidade inicial, podem ser

calculados pelas seguintes expressões:

viga

engA

rrr

infsup

sup

(4.14)

viga

engB

rrr

infsup

inf

(4.15)

onde:

eng

= momento de engastamento perfeito.

r = rigidez do elemento

O momento de engastamento perfeito pode ser assim obtido:

viga

eng

M =

(4.16)

Capítulo 4 Generalidades sobre pilares usuais de edifícios

onde:

= carga linearmente distribuída na viga.

viga

= comprimento da viga

A rigidez do elemento i no nó considerado é avaliada conforme indicado na Figura 4.4 e é

dada pela expressão (4.17):

r =

(4.17)

onde:

= momento de inércia da peça considerada

viga

= comprimento da peça

Figura 4.4 – Aproximação em apoios extremos.

Fonte: NBR 6118 (2003)

A NBR 6118 (ABNT, 2003) estabelece que na consideração dos esforços locais de

segunda ordem, o cálculo pode ser feito pelo método geral ou por métodos aproximados,

sendo o método geral obrigatório para λ>140. A norma apresenta quatro diferentes

métodos aproximados, que são: método do pilar padrão com curvatura aproximada,

método do pilar padrão com rigidez κ aproximada, método do pilar padrão acoplado a

diagramas M, N, e 1/r e o método do pilar padrão para pilares de seção retangular

submetidos à flexão composta oblíqua. Os dois primeiros métodos aplicam-se ao cálculo

de pilares com λ

max

≤90, seção constante e armadura simétrica e constante ao longo do eixo.

Pilares do edifício foco deste trabalho enquadram-se nestas características.

Capítulo 4 Generalidades sobre pilares usuais de edifícios

4.1.4 Processo de cálculo de pilares

Para efeito de projeto, os pilares usuais de edifícios foram freqüentemente classificados

nos seguintes tipos: a) pilares intermediários; b) pilares de extremidade e c) pilares de

canto (FUSCO, 1981). Em uma análise simplificada, essa divisão permite distinguir, para

cada um desses tipos básicos de pilares, uma situação de projeto com solicitação

diferenciada (BASTOS; OLIVEIRA NETO, 2004). A disposição desses elementos em

planta pode ser vista na Figura 4.5:

Figura 4.5 – Posicionamento dos pilares em planta.

Fonte: Araújo (2003b)

Por essa metodologia, bastante útil para o cálculo não informatizado, nos pilares

intermediários ocorreria compressão centrada, mas que, por norma torna-se obrigatória a

introdução de excentricidade acidental, recaindo em uma flexo-compressão reta.

Excentricidade causada pela interrupção da viga deixa os pilares de extremidade em uma

situação natural de flexo-compressão reta, enquanto que os pilares de canto seriam

dimensionados a flexo-compressão oblíqua (FUSCO, 1981).

O advento dos programas de cálculo permitiu uma análise estrutural mais sofisticada, com

modelagem do comportamento via pórtico espacial e determinação de esforços mais

precisos nos diversos elementos existentes. Assim, para o caso de pilares,

independentemente da posição por ele ocupada na edificação, é possível determinar

momentos atuantes nas duas direções principais, eliminando a necessidade de classificá-los

com vistas a simplificação dos processos de dimensionamento.

Capítulo 4 Generalidades sobre pilares usuais de edifícios

O presente trabalho não tem por objetivo apresentar a metodologia completa para o

dimensionamento à flexão composta, até porque o assunto é extenso e suscitam discussões

que fogem do propósito posto aqui. No entanto o assunto é tratado em diversas publicações

(ARAÚJO, 2003b; FUSCO, 1981; LEONHARDT; MONNIG, 1977; MONTOYA et al,

1973a), que auxiliam o entendimento deste fenômeno de solicitação em pilares. São

encontrados ainda tabelas e ábacos (FUSCO, 1981; MONTOYA et al, 1973b), com os

quais pode-se determinar taxas mecânicas de armaduras ω, tendo-se determinado os

seguintes parâmetros:

- Esforço normal reduzido:

(4.18)

onde:

= solicitação normal de cálculo

b = largura da seção

h = altura da seção

= tensão limite de cálculo para o concreto

- Momento fletor reduzido:

(4.19)

onde:

= momento solicitante de cálculo

b = largura da seção

h = altura da seção

= tensão limite de cálculo para o concreto

- Parâmetro geométrico:

(4.20)

onde:

= distância do centro das armaduras da primeira camada até a face do concreto

h = altura da seção

A NBR 6118 (ABNT, 2003) introduziu modificações em algumas das metodologias de

cálculo das estruturas de concreto armado, como também em alguns parâmetros aplicados

Capítulo 4 Generalidades sobre pilares usuais de edifícios

no dimensionamento e verificação das estruturas. Para pilares, a atual versão da norma

introduziu várias modificações como: a) valores das excentricidades acidentais e de

segunda ordem; b) um maior cobrimento de concreto sobre as armaduras; c) alteração da

metodologia na consideração dos efeitos globais e locais de segunda ordem; d) introdução

do momento mínimo que deve ser atendido sempre por ocasião do dimensionamento, entre

outras (BASTOS; OLIVEIRA NETO, 2004).

4.1.4.1 O pilar padrão

Da derivação da equação de Euller, tem-se a definição da carga crítica centrada que leva a

barra à situação de instabilidade (equação (4.7)). No caso de pilares de concreto armado,

tal situação é teórica, pois, sempre existirão excentricidades aplicadas, não ocorrendo a

flambagem propriamente dita. No dimensionamento de elementos comprimidos, a NBR

6118 (ABNT, 2003) permite, para os casos em que λ≤90, a utilização de métodos

aproximados, com instituição do chamado pilar padrão.

Este conceito surge como alternativa à simplificação do método geral e é aplicável a barras

de seção transversal constante, incluindo a armadura, ao longo de todo o seu comprimento

(FUSCO, 1981).

O pilar padrão tem por vinculação um engaste e uma extremidade livre, funcionando

estruturalmente como uma peça em balanço com curvatura capaz de produzir, na parte

livre, uma flecha dada por (4.21):













(4.21)

onde:

= flecha na extremidade livre

= comprimento de flambagem

r = curvatura da barra

Esta flecha surge da consideração de que a deformação na barra, em virtude de sua não

linearidade geométrica, ocorre segundo um comportamento senoidal. Adota-se ainda uma

expressão para a curvatura crítica (1/r), dado por (4.22):

Capítulo 4 Generalidades sobre pilares usuais de edifícios

hhr

005,0

)5,0(

005,01

≤

(4.22)

onde:

= esforço normal reduzida – expressão (4.18)

h = altura da seção transversal na direção considerada

O momento total máximo para o pilar com curvatura aproximada deve ser calculado

através da expressão (4.23):

min,1

,1,

dAdbTOTd

NMM

≥+=

(4.23)

Em todo caso, um momento mínimo deverá ser respeitado e seu valor pode ser obtido pela

expressão (4.24):

(

)

hNM

dMind

03,0015,0

(4.24)

onde:

= solicitação normal de cálculo

h = altura da seção transversal

Caso λ do pilar ≥140, deve-se somar, à expressão (4.8), o termo

dcc

Ne . referente à parcela

de fluência.

A NBR 6118 (ABNT, 2003) permite ainda o uso de outros métodos simplificados para o

dimensionamento de pilares curtos e moderadamente esbeltos. Nesta linha de

procedimento pode-se citar a utilização do pilar padrão com rigidez κ (

kapa) aproximada,

onde o momento máximo atuante para o dimensionamento poderá ser obtido com a

resolução da expressão:

min,1,1

.1201

dAd

Adb

TOTd

M ≥≥

−

(4.25)

sendo o valor da rigidez κ (kapa) aproximada, dada por:

νκ

.51.32













TOTd

(4.26)

Capítulo 4 Generalidades sobre pilares usuais de edifícios

onde:

1d,min

, M

d,TOT

, α

, h e ν possuem o mesmo significado anterior

= aproximação para a rigidez da barra

4.1.5 Formas de ruínas em pilares

Segundo Leonhardt e Monnig (1977), pilares curtos e moderadamente curtos atingem a

ruína pela ruptura do material de suas seções transversais críticas. Pilares moderadamente

esbeltos, por apresentarem maiores excentricidades totais no desenvolvimento, em serviço,

da linha deformada de seu eixo, têm suas capacidades resistentes esgotadas por cargas

inferiores as admitidas por um pilar curto de seção transversal idêntica. Pilares esbeltos

chegam à ruína através de ruptura por perda de estabilidade, sob cargas críticas de

flambagem muito abaixo da carga de ruptura admitida por seus materiais. Neste caso,

efeitos locais de segunda ordem são determinantes.

As barras de aço longitudinais sofrem o mesmo encurtamento

ε do concreto. Com as

deformações lentas sofridas pelo segundo, as tensões no aço aumentam com o tempo,

podendo chegar a valores elevados. Assim, a proteção das barras contra flambagem, por

meio de estribos, é muito importante em pilares submetidos a cargas elevadas

(LEONHARDT; MONNIG, 1977).

Fossem os pilares carregados axialmente ou com muito pouca excentricidade, poderiam ser

executados sem armadura, pois não surgiriam tensões de tração. No entanto, na maioria das

vezes as lajes ou vigas de piso estão ligadas rigidamente aos pilares que, devido ao efeito

de pórtico, recebem também momentos fletores. Este efeito é responsável pelo surgimento

das excentricidades iniciais de primeira ordem (LEONHARDT; MONNIG, 1977). As

imperfeições do eixo de pilares geradas por erros construtivos, os efeitos locais e/ou

globais de segunda ordem em certos casos, bem como as deformações diferidas presentes

no concreto, contribuem para o aumento das solicitações de flexão da barra.

A forma do diagrama de momentos fletores de primeira ordem é um aspecto que deve ser

levado em consideração na análise da sensibilidade de pilares aos efeitos de segunda

ordem e redução de sua capacidade resistente. Um pilar que apresente momentos fletores

iguais nos extremos é muito mais sensível a tais efeitos, em relação a outro pilar onde os

momentos têm sentidos contrários (ARAÚJO, 2003b).

Capítulo 4 Generalidades sobre pilares usuais de edifícios

A Figura 4.6 ilustra três situações distintas que podem ocorrer em pilares. Assim, observa-

se que, no caso “a” o maior deslocamento transversal do eixo ocorre na seção central onde

se dá a ruína. É este o caso mais crítico, em virtude das excentricidades produzidas. Em

“b” o deslocamento máximo ocorre em uma seção mais próxima do extremo “a”. No caso

“c”, o deslocamento da seção central é nulo e, provavelmente, a ruína dar-se-á na seção de

extremidade, sendo desprezível os efeitos de segunda ordem locais.

Figura 4.6 – Influência do diagrama de momentos fletores de primeira ordem.

Fonte: Araújo (2003b)

A capacidade resistente de pilares pouco esbeltos à compressão centrada é dada por:

ydscdcMODd

fAfAKN +=

(4.27)

onde:

MOD

= coeficiente de modificação que leva em conta alguns aspectos que influenciam a

resistência do concreto na estrutura (ver item 5.4.3.1 ) .

= área de concreto da seção do pilar

= resistência de cálculo do concreto

= área de aço na seção do pilar

= tensão de cálculo no escoamento admitida para as armaduras

Mas, conforme comentado, a condição de compressão centrada raramente irá ocorrer. Na

grande maioria dos casos existirão excentricidades conforme já mencionado. Dessa forma,

deve-se levar em conta, juntamente com as solicitações axiais, os efeitos causados pelos

momentos que estarão presentes, independentemente da locação do pilar em planta. Nas

garagens, surge ainda um agravante representado pelos momentos causados pelas forças do

vento, que dependendo da altura do edifício, introduzirão esforços significativos caso não

se tenha uma subestrutura de contraventamento satisfatória. Assim, a capacidade resistente

de uma seção de pilar, dada pela expressão (4.27), deverá ser suficiente para combater as

Capítulo 4 Generalidades sobre pilares usuais de edifícios

cargas verticais, permanentes e variáveis, e os efeitos dos momentos que eventualmente

solicitam as seções.

O efeito de momentos causados por cargas excêntricas nas seções transversais de peças

comprimidas pode ser considerado de diversas formas, inclusive com a adoção de métodos

simplificados, com a redução da flexão oblíqua em duas flexões normais composta

(Araújo, 2003b).

No entanto, devido às peculiaridades deste trabalho, medir o nível de segurança em que se

operam os serviços de recuperação estrutural de pilares e, julgando apta a utilização de

programas de cálculo como uma etapa básica para se atingir tal objetivo, será proposto,

posteriormente, a utilização da expressão (4.25), convertendo as solicitações atuantes em

uma única solicitação normal equivalente.

Estando o comportamento estrutural dos pilares diretamente governado pelas propriedades

mecânicas do concreto (LIMA JÚNIOR, 2003 apud MACHADO et al, 2004), a utilização

de concreto com maiores resistências em pilares, compromete sua ductilidade e sua ruptura

fica caracterizada por pequenas deformações. Parece que o aumento das taxas de armadura

longitudinal neste caso, só promove efetiva melhora na ductilidade do conjunto, caso seja

garantida a segurança contra a flambagem das barras verticais.

Estudos realizados por Machado et al (2004) com pilares pouco esbeltos, dimensionados

segundo a NBR 6118 (ABNT, 2003) e submetidos à compressão centrada mostraram que,

quando a taxa de armadura longitudinal dos pilares é elevada, o índice de ductilidade do

concreto diminui. Esse fato ocorre, uma vez que a armadura transversal calculada segundo

a NBR 6118 (ABNT, 2003) não impede a flambagem das barras longitudinais no trecho

pós-pico do diagrama força por deformação. A transferência da força das armaduras para o

concreto, no momento da flambagem, ocorre de modo brusco e explica a falta de

ductilidade de pilares com altas taxas de armadura longitudinal.

Segundo Jost (1978) apud Vanderlei (1996):

[...] quando se submete um pilar a uma carga de compressão centrada, em

uma máquina de ensaio, observa-se perfeitamente, se bem que nem

sempre, o aparecimento de algumas fissuras longitudinais, relativamente

Capítulo 4 Generalidades sobre pilares usuais de edifícios

finas, de alguns centímetros a alguns decímetros de comprimento, que

anunciam a ruptura do concreto em uma zona de altura limitada, que se

encurta e provoca a flambagem da armadura longitudinal, o que ocorre no

intervalo entre os dois estribos da armadura transversal. A ruptura do

concreto apresenta a mesma aparência da de um corpo-de-prova

prismático não armado, rompido entre os pratos de uma máquina de

ensaio. Há liberação brusca da energia potencial elástica armazenada na

máquina. Por outro lado, um concreto de boa qualidade é quase frágil e

rompe bruscamente. Como os sinais que avisam a proximidade da ruptura

(fissuras longitudinais) não são percebidos muitas vezes, considera-se que

este tipo de ruptura não dá aviso.

Machado et al (2004) demonstraram que o ângulo (α) de inclinação do plano de

cisalhamento, para pilares pouco esbeltos em compressão centrada, varia de 35º a 66º

(Figura 4.7).

Figura 4.7 – Aspecto do rompimento de pilar pouco esbelto, submetido a

compressão centrada.

Fonte: Machado et al (2004)

Quando a esbeltez atinge valores elevados, pequenas excentricidades causam, com

aumento da força, deformações por flexão e, assim, tensões de compressão desiguais até

que o concreto no lado mais solicitado atinge a zona de deformação plástica e rompe

(LEONHARDT; MONNIG, 1977). Aqui a ruptura poderá ocorrer pela deformação plástica

excessiva da armadura (no domínio 2), ou por encurtamento limite do concreto (domínios

3, 4 e 4a) a depender da posição da linha neutra.

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

CAPÍTULO 5

METODOLOGIA PARA AVALIAÇÃO

ESTRUTURAL

5.1 INTRODUÇÃO

Este capítulo desenvolve a metodologia para a avaliação de edifícios existentes a partir de

ajustamentos do código de projeto, considerando os dois conceitos básicos da filosofia

semi-probabilística de segurança nas estruturas: a) o formato dos estados limites e b)

aplicação dos fatores parciais de segurança.

Serão feitas aqui as considerações necessárias à obtenção de esforços e resistências nas

seções dos pilares estudados, segundo valores atualizados valendo-se, neste caso, de

inspeções e ensaios feitos

in loco, como forma de redução de incertezas relativas à

estrutura avaliada. A metodologia permite ainda, maior flexibilidade para adoção dos

coeficientes de ponderação a serem utilizados, pois se tem maior conhecimento sobre as

variáveis estocásticas influentes na segurança.

Os esforços de avaliação, provenientes dos parâmetros aleatórios atualizados do edifício,

serão gerados por um programa de cálculo no qual será realizada a modelagem precisa da

estrutura investigada.

Ao fim deste procedimento, ter-se-á a resistência mais próxima a um valor real nas seções

de cada pilar em vias de reparo, bem como os esforços mais prováveis que estarão

ocorrendo no curto período de reabilitação desses elementos estruturais. Tal período, em

geral, é da ordem de um a três meses, a depender da planta do edifício.

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

É preciso destacar, no entanto, que o escopo desta pesquisa restringe-se somente à

estimativa da segurança em que serão realizados os serviços de recuperação estrutural de

pilares, pela substituição de concreto deteriorado por um material de reparo (de acordo

com o item 2.4.1.1 ). Para dimensionamento de reforços estruturais, bem como no estudo

da segurança de estruturas pós-reparo, apesar de manterem relação com as diretrizes aqui

definidas, considerações relativas à vida residual e suas implicações sobre algumas

variáveis aleatórias, deverão ser levadas em conta (LARANJA; BRITO, 2003). Nessas

situações devem ser feitas pesquisas sobre as cargas e propriedades dos materiais para

períodos de tempos maiores, ainda que, em muitos dos casos, inferiores à vida útil de

projeto (ELLINGWOOD, 1996).

Na avaliação estrutural são encontradas, em geral, três situações em termos de

documentação existente:

a) Edifícios com registros completos em termos de projetos, memórias de cálculo,

resultados de controle tecnológico de concreto e aço, etc;

b) Somente o projeto de cálculo estrutural;

c) Situação intermediária com documentação parcialmente completa.

Existe ainda o caso extremo onde não se dispõem de nenhum documento, inclusive

projetos estruturais. Todavia, tal situação encontra-se fora do escopo deste trabalho, pois,

neste caso, o especialista envolvido deverá traçar um procedimento específico, com a

realização de uma inspeção bastante minuciosa para suprir a ausência completa de dados

relativos à estrutura.

5.2 DELIMITAÇÃO DO PROBLEMA

O objetivo central do presente trabalho é a determinação dos níveis efetivos de segurança

apresentados pelas seções de pilares de estruturas de concreto existentes, nos casos em que

se faz necessária uma intervenção em regiões afetadas por patologias, principalmente a

corrosão de armaduras, mediante substituição parcial do concreto deteriorado. A pesquisa

restringe-se a análise no período de execução dos serviços, que se reveste de uma

importância não só pelo aspecto econômico envolvido em uma possível falha estrutural,

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

mas, sobretudo, porque edifícios avaliados permanecerão em condições normais de

ocupação e serviço, salvo limitações de alguns eventos que poderiam desencadear

ocorrência de cargas transientes de caráter extremo.

A partir dos dados obtidos pode-se saber, por exemplo, a percentagem de concreto que

poderá ser extraída, em relação à seção bruta do pilar, na execução dos serviços diversos

do processo ou, em um caso desfavorável, dimensionar escoramentos para a manutenção

de uma probabilidade de falha a ser definida na avaliação.

As diretrizes de projeto definidas pela NBR 6118 (ABNT, 2003) não se aplicam

diretamente neste caso, por se tratar de uma abordagem típica de avaliação de estruturas.

Val e Stewart (2002) apontam que, em projeto, as incertezas surgem do estabelecimento

prévio de parâmetros de carga e resistência para uma estrutura “genérica” que ainda não se

construiu. Tais incertezas representam a variabilidade encontrada em uma vasta população

de estruturas e que decorrem, principalmente, da qualidade dos materiais, métodos

executivos, mão de obra utilizada, natureza das cargas atuantes no tempo, etc. Tem-se,

então, que as regras de projeto devem ser conservadoras para contemplar situações

variadas.

Na avaliação, é tratada uma estrutura individual existente sendo que esta poderá ser

inspecionada e testada, o que reduz, significativamente, as incertezas que foram

consideradas em projeto (COST 345, 2004; MELCHERS, 2001). Ainda que a inspeção e

os testes introduzam erros e dúvidas com relação aos valores medidos, pelo simples fato de

a estrutura apresentar uma qualidade relativa, tanto nos materiais quanto na execução,

poderá ser esperada uma redução em sua variabilidade se comparada à estrutura

“genérica”, o que deve ser levado em conta na estimativa de sua segurança dentro de um

determinado período.

Além disso, em virtude da recuperação estrutural demandar um período de tempo muito

reduzido em relação à vida útil da edificação residencial (de um a três meses e 50 anos

respectivamente), é possível dizer que os valores prováveis de ocorrência para as cargas

variáveis também experimentarão redução significativa a partir daqueles propostos nos

códigos de projeto. Este fato, por sua vez, será considerado nesta análise de segurança.

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

O Brasil não possui normas que estipulem procedimentos para a determinação da

segurança estrutural, tanto no momento da recuperação, quanto posteriormente no uso

futuro das estruturas recuperadas. A questão do reparo estrutural geralmente é tratada de

forma empírica, por meio de critérios desenvolvidos pela experiência acumulada em

empresas especializadas nesta atividade. A carência de um referencial teórico baseado em

princípios probabilísticos, como aqueles adotados pelos códigos de projetos em todo

mundo, é marcante em uma época em que cada vez mais cresce o número de estruturas a se

reabilitar. Tanner (1995) destaca que vários dos engenheiros das novas gerações terão

como ocupação, durante suas vidas profissionais, a avaliação de estruturas existentes.

Além do desenvolvimento de regras e critérios que norteiem a avaliação de edifícios

existentes, faz-se necessário o desenvolvimento de modelos mais precisos para as cargas

atuantes, coeficientes de ponderação coerentes com o estado atual da estrutura, meios

eficazes para incorporação de resultados obtidos das inspeções/testes aos disponíveis, além

do estabelecimento de valores aceitáveis da probabilidade de falha para os trabalhos de

calibração de códigos específicos à avaliação (MELCHERS, 2001). As considerações

feitas na metodologia desta pesquisa procuram suprir informações para a solução dessas

importantes questões levantadas.

5.3 ALGUMAS REGRAS PARA A AVALIAÇÃO ESTRUTURAL

As avaliações estruturais, conforme Ellingwood (1996), são conduzidas em várias

circunstâncias, entre elas: mudança de ocupação de edifícios; preocupações com materiais

ou métodos construtivos defeituosos; descoberta de erros entre o projetado/construído após

a ocupação do edifício; deterioração estrutural advinda do uso normal ou das condições

ambientais; danos estruturais após eventos extremos; reclamações de inquilinos em relação

às condições de utilização. Uma das características que difere a avaliação da segurança de

edifícios já construídos daquela estabelecida em projeto é a possibilidade de redução de

incertezas em relação à variabilidade inerente dos parâmetros envolvidos nos mecanismos

de solicitação/resistência (ACHE, 2003).

A permanência em uso de edifícios existentes por um maior período de vida útil possível,

está amparada em pressões econômicas, ambientais e mesmo de preservação do valor de

patrimônio (ALLEN, 1991; ELLINGWOOD, 1996). Dessa forma, os critérios para a

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

avaliação devem ser menos conservadores que aqueles postos em projeto, sob pena de

dispendiosas intervenções para a extensão das condições de utilização segura destas

edificações (LARANJA; BRITO, 2003).

Embora existam trabalhos com vistas à tentativa de estabelecer critérios de aceitação para

estruturas de edifícios já construídos, que em sua maioria operam com ajustamento das

diretrizes dos códigos de projetos (ALLEN, 1991; VAL; STEWART, 2002), observa-se

um maior avanço na pesquisa e aplicação para as estruturas de pontes e outras estruturas

rodoviárias (ACHE, 2003; ALLEN, 1993; COST 345, 2004).

Melchers (2001) apresenta um padrão típico utilizado para o processo de avaliação,

correntemente utilizado:

• Inspeção em campo;

• Reunião de dados e informações;

• Aplicação de esquemas formais de avaliação;

• Apresentação de resultados;

• Decisão.

Atualmente, esquemas formais de avaliação baseiam-se em critérios disponíveis para

projeto, segundo níveis variados de precisão a serem obtidos. Estes englobam, desde uma

análise mais simplificada e conservadora, até métodos que utilizam técnicas totalmente

probabilísticas que conduzem a resultados bastante refinados na estimativa da segurança

(COST 345, 2004). Melchers (2001) aponta a necessidade de relacionar os resultados

obtidos por estes últimos aos conceitos de risco pessoal, tal como é feito hoje em dia na

indústria e outras atividades afins.

No tocante à segurança, para avaliar os resultados de uma inspeção e julgar se a estrutura é

ou não segura, níveis de confiabilidade devem ser estabelecidos, tal qual foi realizado para

as situações de projeto (ACHE, 2003). Na avaliação, existe uma carência de dados a longo

prazo de estruturas submetidas ao processo, principalmente no caso de reparo ou reforços,

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

o que constitui mais uma dificuldade ao estabelecimento do formalismo para um código

normativo. Objetivando uma melhor abordagem da situação atual de edifícios construídos,

faz-se necessária ainda uma busca pela redução do conservadorismo no tratamento de

parâmetros específicos de avaliação. Este fato deverá ser atenuado com o estudo,

desenvolvimento e a fixação de probabilidades de falhas que mantenham coerência com as

condições reais de existência de cada estrutura individualmente avaliada, segundo

resultados gerais encontradas na inspeção (MELCHERS, 2001).

Afora o problema do estabelecimento de uma probabilidade de falha aceitável para a

estrutura existente, em trabalhos de calibração de códigos, é possível aplicá-la ao

tratamento de estruturas investigadas segundo diferentes caminhos (COST 345, 2004):

• Nível A – Formato do fator global de segurança e das tensões admissíveis.

Constitui critério conservador, pois, a redução de incertezas não pode ser efetuada.

• Nível B – Formato semiprobabilista com fatores parciais de segurança e utilização

do critério dos estados limites. Os fatores parciais são especificados segundo o

atual conhecimento dos parâmetros introdutórios de incertezas. Nível B segue os

princípios dos modernos códigos de projeto.

• Nível C – Formato totalmente probabilístico, baseado no índice de confiabilidade e

probabilidade de falha. Apresentam ainda conceitos de estados limites, mas exigem

utilização de métodos numéricos para resolução das complexas formulações

pertinentes. Tal formato é exigido em análises mais complexas onde o nível B é

ainda conservador.

• Nível D – Formato que leva em conta considerações de ordem econômica. São

basicamente oriundos dos fatores parciais de segurança (nível B) ou da

probabilidade de falha (nível C), modificados por critérios econômicos.

O foco desta pesquisa equivale aos atuais esforços para estimativa da segurança e da vida

útil de estruturas existentes, submetidas à avaliação. A diferença está, basicamente, no

período de tempo envolvido nesta estimativa. Para os propósitos desta, trabalha-se com um

intervalo de tempo referente aos trabalhos de recuperação de pilares da garagem de

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

edifícios submetidos ao reparo, conforme já salientado. Tal intervalo compreende poucos

meses e isto tem impacto, sobretudo, na ocorrência das cargas com significativa variação

temporal (ACHE, 2003).

Portanto, neste estudo, adotar-se-á um formato de estimativa da segurança em consonância

com o nível B, anteriormente citado, fazendo-se a utilização dos critérios de estados limites

e fatores parciais de segurança. Será buscada a atualização dos parâmetros variáveis de

resistência e solicitação no momento da análise, estendendo-se o período de observação

para aquele referente ao reparo estrutural.

Aqui, as cargas com variação temporal serão ajustadas para que os valores nominais

representem aqueles de mais provável ocorrência neste período. Para as resistências, os

ensaios realizados, bem como os dados diversos disponíveis da execução, proverão meios à

redução das incertezas relativas, incluindo atualização dos valores efetivos, sobretudo para

o caso do concreto, a julgar por sua variabilidade no tempo. Por fim, os coeficientes

parciais, base das considerações no nível B, poderão ser ajustados para as necessidades

menos conservadoras da análise de segurança, objeto deste trabalho.

5.4 METODOLOGIA PROPOSTA

Estudos já realizados neste seguimento da engenharia civil apontam para a utilização de

regras e formatos próximos aos adotados pelas normativas atuais de projetos, em vigor na

maioria dos países, tendo por diretrizes básicas: a) manutenção de estados limites e b)

aplicação de fatores parciais de segurança (MELCHERS, 2001; VAL; STEWART, 2002).

Allen (1991) propõe que um critério de avaliação deve ser conduzido segundo situações

mais específicas que o critério de projeto e que o profissional deve considerar

conseqüências de uma falha em determinadas situações em estruturas consideradas críticas.

A avaliação deve incorporar, ainda, toda a informação obtida nas inspeções, incluindo o

desempenho passado da estrutura.

O modelo dos fatores parciais, feitas as considerações peculiares ao tratamento de

estruturas existentes, será a base da análise de segurança aqui proposta. O princípio básico

da metodologia adotada neste trabalho é o ajustamento dos critérios contidos nos padrões

de projeto.

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

De um modo geral, para estimativa da segurança, buscou-se confrontar os esforços

(momentos e cargas de compressão) mais prováveis de ocorrência nos pilares do primeiro

nível a partir do solo, normalmente de garagem de edifícios residenciais e as resistências

efetivas de suas seções transversais no momento da intervenção, através de uma equação

de estado limite último (LARANJA; BRITO, 2003).

Para a obtenção dos esforços de avaliação, será utilizada a modelagem estrutural ajustada

por meio do programa de cálculo. A determinação do comportamento de sistemas

estruturais existentes é uma das questões que requer maior empenho de engenheiros e

pesquisadores da área, uma vez que os modelos disponíveis são idealizações próprias para

projeto (MELCHERS, 2001). No entanto, os recursos existentes nos modernos programas

disponíveis no mercado (análise espacial da estrutura, aplicação de efeitos de imperfeições

locais, globais e força do vento, considerações de efeitos de segunda ordem global, etc.),

são capazes de prover uma análise mais sofisticada que aquela despendida na concepção,

principalmente quando se tratar de edifícios com mais de 20 anos. Em pilares de garagem,

os esforços de avaliação obtidos pelo programa, independentes de sua locação em planta,

serão representados por momentos em torno dos dois eixos principais de inércia (X e Y) e

uma carga de compressão.

Inicialmente, por meio de programas realiza-se a modelagem do edifício existente levando

em consideração todos os aspectos definidos em projetos, descrevendo de forma o mais fiel

possível, o comportamento da estrutura em meio computacional. É conveniente que após a

execução do programa nesta fase, os esforços obtidos nas fundações sejam próximos

àqueles de projeto, pois foram com estes esforços que a estrutura foi dimensionada e

executada. Para tal, deve-se realizar ajustes nas vinculações das vigas e lajes visando a

aproximação com os valores fornecidos pelo calculista.

Posteriormente, para uso específico na avaliação, a alimentação do modelo de cálculo será

feita com a realização de diversas considerações sobre os parâmetros de entrada que, não

mais possuindo o caráter genérico de toda uma vasta gama de estruturas, comportam

ponderações específicas a cada caso analisado, em função do nível de detalhamento e

confiança nos dados obtidos das inspeções (LARANJA; BRITO, 2000). Assim, no

tratamento das incertezas relativas às cargas atuantes, a metodologia aqui proposta prevê

atualizações das distribuições acumuladas, permitindo o ajustamento das cargas com a

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

busca por valores compatíveis a períodos reduzidos e a utilização de cargas permanentes

medidas diretamente nas estruturas (VAL; STEWART, 2002).

Os fatores parciais de segurança a serem aplicados para a geração de esforços e as

resistências de avaliação nas seções serão ajustados a partir da redução das incertezas

destes parâmetros e da definição de um índice de confiabilidade para a estrutura existente.

Isto será feito tendo-se por base as formulações e simplificações freqüentemente utilizadas

pelos códigos normativos para a determinação dos coeficientes de ponderação de projeto.

Posteriormente, os parâmetros de avaliação relativos às cargas e seus coeficientes de

ponderação, definidos em função do curto período analisado para a recuperação estrutural,

serão fornecidos ao programa que gerará os esforços agora coerentes com as condições

atuais da estrutura, servindo de base para a quantificação da segurança. Comparando-se os

esforços solicitantes assim gerados e os esforços resistentes disponibilizados pela estrutura

no momento da avaliação, pode-se traçar um meio conveniente a se realizar a intervenção.

Dentro de um formato para avaliação baseado no critério de estado limite último e no fator

global de quantificação da segurança, é desejável que se trabalhe com um único coeficiente

que represente o estado da estrutura no momento da intervenção.

Uma forma de se relacionar os esforços atuantes e a resistência da seção no momento da

intervenção, é a própria equação de estado limite último que deverá, por esta ocasião,

relacionar as solicitações e as resistências das seções, visto na expressão (5.1).

≥

avald

aval

(5.1)

onde:

aval

= esforços resistentes de cálculo na seção de pilar avaliado

aval

= esforços solicitantes de cálculo na seção avaliada

Dentro dessas considerações, o coeficiente de segurança global na avaliação seria dado

por:

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

avalk

aval

≥

(5.2)

onde:

aval

= coeficiente global de segurança de pilares na avaliação

aval

= esforços resistentes característicos na seção de pilar avaliado

k,aval

= esforços solicitantes característicos na seção avaliada

No entanto, os momentos atuantes deverão ser levados em consideração, pois seus efeitos

poderão causar colapso em seções de reparo. Os momentos fletores e as cargas axiais de

compressão atuam em conjunto e podem atingir seus valores máximos simultaneamente.

Para se obter um coeficiente global de segurança que envolva somente esforços normais de

compressão, será necessário transformar as solicitações de avaliação em uma compressão

centrada.

O procedimento para a transformação de uma flexão obliqua composta em uma

compressão centrada será realizado com o auxílio do programa de cálculo empregado.

Tendo-se os esforços de avaliação procede-se ao dimensionamento fictício das armaduras

dos pilares, mantendo-se as seções de concreto, empregando-se, para tal, os parâmetros de

solicitação e resistência dos materiais com o uso dos coeficientes de ponderação reduzidos.

Geralmente todos os pilares dos edifícios são armados simetricamente, em função das

características dos esforços atuantes, principalmente gerados pelo vento. Assim sendo,

considera-se que a flexão obliqua composta gere uma solicitação na seção igual a uma

solicitação normal equivalente obtida pela soma da resistência da seção de concreto e das

armaduras simétricas obtidas no dimensionamento fictício.

Uma vez que a resistência efetiva dos materiais dos pilares foi determinada através dos

procedimentos de inspeção e ensaios realizados, a capacidade resistente da seção ao

esforço normal pode ser determinada através da equação (4.27). Assim utilizando a

equação de estado limite (5.1), uma comparação direta entre a solicitação normal

equivalente e a real capacidade de carga da seção, ambos ponderados pelos coeficientes de

avaliação, poderá ser realizada, o que norteará os trabalhos de recuperação estrutural. Caso

o resultado da divisão exceda a unidade, a seção estará apta a receber a intervenção,

respeitando, contudo, o limite estabelecido pela equação. Caso contrário, dever-se-á prover

os escoramentos necessários, o que não será aqui abordado.

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

Em resumo, busca-se com o empregado do programa de cálculo utilizado, a substituição de

dois binários de forças e momentos solicitantes (F

e M

; F

e M

) por uma única

solicitação que, sendo igual à resistência das seções dimensionadas, representa a

solicitação normal efetivamente atuante na recuperação. Um esquema da proposta é

apresentado no diagrama da Figura 5.1:

Figura 5.1 – Metodologia para intervenção de reparo em seções.

Em virtude da existência no mercado de vários programas de cálculo, sendo que alguns

podem restringir a alteração dos coeficientes definidos pelas normas, impedindo assim a

possibilidade do uso direto dos coeficientes de avaliação, pode ser necessário determinar

Dados da Ins

ão

Resistência seccional durante a

intervenção – R

Cargas Resistência

Coeficientes

Modelagem da

estrutura

Alterar tipo de

intervenção

γ > γaval

Define tipo de intervenção

Solicitação normal

equivalente - S

aval

Parâmetros de Pro

eto

aval

Modelo da estrutura

/ S

aval

γ = γaval

Intervenção c/

escoramento

γ < γaval

Esforços de avaliação

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

os valores empregados na avaliação da solicitação e da resistência com os coeficientes já

embutidos, ou seja, valores de cálculo de avaliação. Nestes casos, o valor de gama (

γ)

obtido já estará sendo contemplado com os coeficientes de avaliação, portanto, o gama

(

aval

) de avaliação terá valor 1.

Na seqüência serão feitas todas as considerações relativas à atualização dos parâmetros

necessários à aplicação da metodologia proposta. Isto inclui o estudo das cargas reais

atuantes no período de recuperação, das resistências efetivas dos materiais nas seções

transversais, definição de coeficientes de ponderação, utilização do programa para a

obtenção de esforços na avaliação e aplicação da equação de estado limite último para

detecção das situações críticas em pilares. No próximo capítulo, a metodologia proposta

será praticada em dois edifícios pilotos, o que exigirá a aplicação de cada um dos itens

propostos a seguir.

5.4.1 Modelagem do comportamento estrutural

Comportamento estrutural de sistemas ou mesmo de componentes de concreto armado

existentes é um campo de estudo ainda carente de maior conhecimento, para o refinamento

dos resultados obtidos na avaliação (MELCHERS, 2001). Modelos de análise atualmente

disponíveis para projeto, implementados com o uso de programas de cálculo e outros

recursos computacionais, têm-se mostrado satisfatórios na concepção de estruturas novas,

mas que, para a proposta de avaliação, um tratamento mais sensível é indispensável.

Estruturas com mais de 20 anos de idade foram, no geral, idealizadas sem o uso destas

ferramentas eletrônicas, o que implica a adoção de esquemas estruturais ainda mais

simplificados. Na avaliação estrutural, a modelagem de edifícios antigos em programas

especializados poderá fornecer resultados mais elaborados dos esforços atuantes, ainda que

se devam realizar estudos específicos do comportamento das estruturas que sofreram a

ação do tempo.

Como aspecto fundamental para a aplicação da metodologia aqui proposta, faz-se

imperativa a modelagem da estrutura investigada em um programa de cálculo que disponha

de recursos necessários ao grau de precisão desejada para a análise. O modelo deve,

inicialmente, refletir de forma mais fiel o arranjo estrutural do edifício investigado. Para

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

isto, deve-se valer do maior número de dados possíveis, como projetos, memoriais,

detalhes, croquis, assim como as informações atualizadas da obra, via inspeção (VAL;

STEWART, 2002). Ao executar o programa pela primeira vez, utilizando os dados de

projeto, deve-se obter para os esforços nos pilares do térreo, valores próximos àqueles com

os quais estes elementos foram dimensionados (esforços de cálculo).

Os esforços para períodos reduzidos (recuperação) serão obtidos a partir do modelo

computacional construído, aplicando-se os parâmetros de entrada específicos e atualizados

com a realidade observada e medida para o edifício avaliado. O programa comercial a ser

utilizado na aplicação da metodologia deste trabalho (Capítulo 6), realiza considerações de

efeitos que seriam de difícil implementação na época de projeto, principalmente caso as

estruturas estudadas tenham idades superiores há 20 anos. Efeitos como forças de vento,

desaprumo, não linearidade geométricas e estabilidade global com aplicação do parâmetro

normativo

, serão utilizados para melhor estimativa dos esforços de avaliação.

5.4.2 Quantificação das cargas de avaliação

A determinação de cargas para a avaliação de uma estrutura existente é tarefa um pouco

mais simples que para o projeto de novas estruturas (COST 345, 2004), em virtude da

possibilidade de atualização de parâmetros e outras informações que interferem nestas

variáveis. O estudo para a modelagem de sobrecargas diversas é, conforme Melchers

(2001), um dos passos mais importantes nos trabalhos de avaliação e necessita ainda ser

intensificado, principalmente para obtenção de um banco de dados específico para as

condições de exposição em que estão submetidas as estruturas no Brasil.

Na seqüência será definido um procedimento geral para obtenção de cargas de avaliação

dos pilares para o intervalo de recuperação estrutural, conforme já informado.

5.4.2.1 Cargas permanentes

Cargas permanentes são aquelas que apresentam pequena variabilidade em torno de uma

média ao longo do tempo (NBR 8681:2003). São representadas basicamente pelos pesos

próprios de elementos estruturais (lajes, vigas, pilares, etc), elementos construtivos não

estruturais (alvenarias, revestimentos, etc) e equipamentos fixos. Melchers (1987) cita que,

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

na análise de segurança em nível superior, é usual assumir que esse tipo de carga tenha

distribuição normal, com média igual ao valor nominal e coeficiente de variação entre 5%

e 10%. Ellingwood et al (1980) afirmam que, em geral, a média considerada igual ao valor

nominal apresenta-se subestimada. Tais pesquisadores apontam a necessidade de

acréscimo em 5% no valor nominal para refletir de forma mais realística um verdadeiro

valor médio deste tipo de variável. Val e Stewart (2002) afirmam que os valores das cargas

permanentes, medidos diretamente no edifício, podem ser considerados como tendo um

caráter determinístico.

Por ocasião da avaliação estrutural, as cargas permanentes atuantes podem ser levantadas

com considerável grau de precisão por meio da caracterização geométrica de dimensões

nas seções transversais, espessuras de revestimentos em geral, espessuras de sistemas de

vedação dos compartimentos, etc. Estas variações geométricas, originárias das diferentes

fases de execução, dependem da técnica construtiva, equipamentos e qualidade da mão-de-

obra disponível (DA SILVA, 2002), devendo, no projeto, serem resguardadas pela

majoração de seus valores característicos.

É possível ainda, por meio de técnicas que empreguem princípios químicos ou físicos,

determinarem o peso específico real do concreto e outros materiais responsáveis pela

produção das cargas permanentes. Este procedimento, em conjunto com as dimensões

obtidas nos trabalhos de caracterização geométrica de seções, reduz as incertezas no

tratamento desse tipo de carga em estruturas construídas (CABRÉ, 1994).

Propõe-se neste trabalho que as dimensões dos elementos permanentes de cada edifício em

consideração, serão obtidas por medição no local e comparadas com o disposto no projeto

estrutural, segundo as tolerâncias permitidas pela norma NBR 14931 (ABNT, 2004). Os

dados relativos às dimensões das seções transversais levantados serão processados

estatisticamente e ajustados segundo a distribuição normal. Como valor nominal para

larguras, alturas e comprimentos dos diversos elementos serão adotados aqueles

correspondentes ao quantil de 95%.

Nos exemplos de aplicação desta metodologia, não serão realizados ensaios para a

determinação de pesos específicos dos materiais envolvidos e, assim, tais características

serão adotadas conforme prescreve a NBR 6120 (ABNT, 1980).

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

5.4.2.2 Cargas de utilização (cargas acidentais)

As sobrecargas de utilização apresentadas em códigos de projetos incorporam algumas

pressuposições básicas para sua definição. Estas hipóteses relacionam-se a (MELCHERS,

1987):

• A variabilidade das sobrecargas é independente no tempo e no espaço;

• Sobrecargas discretizadas são definidas por uma sobrecarga equivalente

uniformemente distribuída (

equivalent uniformly distributed load - EUDL),

definindo assim seu efeito no pavimento;

• A variabilidade temporal é representada por meio de duas componentes: i) uma

quase-permanente, representada pelo peso dos móveis e pessoas nas diversas

mudanças de ocupação nos edifícios; ii) uma parcela intermitente de sobrecargas

extraordinárias atuantes em curtos períodos.

A atuação das duas componentes encontra-se representada nos diagramas da Figura 5.2

(ELLINGWOOD et al, 1980):

Componente quase-permanente

Componente intermitente

Figura 5.2 – Variação temporal da sobrecarga.

Fonte: Ellingwood et al (1980)

Cargas acidentais de projeto, preconizadas pela NBR 6120 (ABNT, 1980), possuem

período de retorno entre 140 e 200 anos, com baixa probabilidade de ocorrência durante a

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

vida útil da estrutura (entre 25% e 35%). A concepção de valores nominais para estas

cargas baseia-se em distribuição de extremo Tipo I e pode resultar da soma das duas

componentes da variabilidade temporal segundo a regra de Turkstra (COROTIS et al,

1981):

• Valor máximo quase-permanente na vida útil, somado ao valor máximo

intermitente em uma ocupação;

• Valor máximo intermitente na vida útil, somado ao valor quase-permanente em

uma ocupação;

• Soma dos valores máximos, na vida útil, de ambas as componentes.

O intervalo de tempo necessário à reabilitação de pilares de edifícios residenciais atacados

por corrosão inicial das armaduras é, geralmente, da ordem de um a dois meses, a depender

do número de peças afetadas existentes na edificação. Isto reduz consideravelmente o

potencial de variação das sobrecargas reduzindo, conseqüentemente, a possibilidade de

ocorrência de cargas extremas (ELLINGWOOD, 1996). Dessa forma, cargas de uso na

avaliação em curtos períodos de referência, ficam restritas basicamente ao peso de móveis

e pessoas sobre as lajes de edifícios (DA SILVA, 1998). Além do que, como parte

integrante da metodologia proposta neste trabalho, são feitas as seguintes ponderações para

que o uso continuado dos edifícios, durante a recuperação, possa ocorrer de forma segura:

• Restrição de eventos que possam originar cargas transientes com valores extremos;

• Paralisação de qualquer outro tipo de atividade construtiva ou de reformas nas lajes

de edifícios durante a intervenção estrutural.

Na carência de estudos nacionais que forneçam dados das cargas de utilização em

apartamentos, para efeito desta pesquisa, serão adotados aqueles recopilados por Corotis e

Doshi (1977) e de diversos pesquisadores europeus. Da estatística Kolmogorov-Smirnov

eles obtiveram como função de densidade de probabilidade de melhor ajuste do

comportamento das sobrecargas instantâneas na região da curva de distribuição para

valores acumulados superiores a 90%, a distribuição gama. Na Tabela 5.1 são apresentadas

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

as informações utilizadas por Corotis e Doshi (1977) nos estudos das distribuições de

freqüências para carregamentos variáveis instantâneos em edifícios.

Tabela 5.1 – Levantamento de cargas de utilização em edifícios.

Estatística Kolmogorov-

Smirnov

Número

comparti

mentos

Tipos de

edifícios

Média

kN/m

Desvio-

padrão

kN/m

Carga

90%

kN/m

Carga

99%

kN/m

Carga

99,9%

kN/m

Nor. LN G.

830 Edifícios

domésticos

0,544 0,193 0,673 1,009 Dados

Insufic.

0,253 0,222 0,213

580 Escritórios 0,602 0,331 0,795 1,964 Dados

Insufic.

0,306 0,205 0,233

40 Laboratórios

hospitalares

0,579 0,26 0,761 1,271 Dados

Insufic.

0,298 0,213 0,239

168 Clinicas de

saúde

0,418 0,222 0,559 1,197 Dados

Insufic.

0,387 0,305 0,322

Observações:

Nor – Carga acumulada prevista pela distribuição Normal;

LN – Carga acumulada prevista pela distribuição Log-Normal;

G – Carga acumulada prevista pela distribuição Gama.

Fonte: Adaptado de Corotis e Doshi (1977)

Em Hahn e Shapiro (1967) encontra-se a formulação da função densidade de probabilidade

(

fdp) gama, conforme equação (5.3):

[]











⋅⋅=

>>≥

−−

valoresoutrosparao

ηωxex

ωηxf

xωη

0,0,0;

)(Γ

),;(

(5.3)

onde:

Г(η) = função gama

η e ω são parâmetros da distribuição gama

Para valores inteiros de η, a função gama recai em uma expressão fatorial da seguinte

forma (MEYER, 1981):

(

)

)!1(

−

(5.4)

Dos dados de edifícios residenciais presentes na Tabela 5.1 e, empregando-se as

expressões para ω e η apresentada por Hahn e Shapiro (1967), pode ser obtida a função de

distribuição acumulada para sobrecargas instantâneas

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

∫

−−

−

dXeXωηxF

1518

)!18(

),;(

(5.5)

O valor esperado para as sobrecargas durante a intervenção estrutural, é aquele

correspondente ao acumulado de 95%, segundo a mesma definição de valor característico

de projeto, porém integrando-se a função de distribuição instantânea dada pela equação

(5.5). Neste caso, é encontrado o valor de:

X = F

G,aval

= 0,875 kN/m

Este valor é próximo ao 0,79 kN/m

encontrado por Páez (1981) para as sobrecargas em

período de 10 anos. Apesar das instruções normativas de projeto preverem sobrecargas

diferenciadas para cozinhas e áreas de serviços residenciais, estes cômodos, de um modo

geral, apresentam pequenas áreas em plantas. Desta forma, as sobrecargas neles geradas

promovem pequena contribuição à carga total nos pilares. Conclui-se que o modelo de

sobrecarga única representa, de forma satisfatória, aquela instantânea para avaliação

conforme a necessidade desta pesquisa.

Avaliações em que algum intervalo de tempo maior da vida útil da estrutura seja requerido,

será preciso considerar essa influência sobre a ocorrência das cargas variáveis. Isto porque,

uma vez envolvido maior período de retorno, geram-se implicações nos valores nominais

das cargas que, neste caso, serão maiores que 0,875 kN/m

, para o mesmo quantil de 95%.

5.4.2.3 Forças devido à ação do vento

As forças atuantes nas edificações devido à ação do vento, por serem também de natureza

estocástica, devem ter valores que obedeçam à função de densidade de probabilidade. A

NBR 6118 (ABNT, 2003) torna obrigatória a consideração da ação dessas forças de origem

ambiental em projeto o que, pela versão anterior da referida norma, nem sempre era

necessário. Todavia, as velocidades básicas do vento estabelecidas pela NBR 6123

(ABNT, 1988), contemplam valores estatisticamente trabalhados para uma probabilidade

de ocorrência de 63% em 50 anos. Neste caso, o fator estatístico (S

) reduz ou aumenta

esta probabilidade, segundo o grau de importância relativa da edificação.

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

Para obtenção da mesma velocidade, porém com valores característicos relativos a ventos

de curtos períodos de referência, para atender o critério de determinação dos esforços

atuantes durante a fase de intervenção para recuperação estrutural, pode-se estabelecer uma

função de densidade de probabilidade que se ajuste aos dados de observações das

velocidades anemométricas anuais (COST 345, 2004).

Estes dados são obtidos por estações de pesquisa meteorológicas que registram diariamente

as velocidades horárias máximas, sendo mais confiáveis os dados que abarcam mais

extensos períodos de observações (ELLINGWOOD, 1996). Comportamento desse tipo de

variável pode ser aproximado por estatísticas de extremos, tal como distribuição de

extremo Tipo I ou extremo Tipo II a depender do local de análise (COROTIS et al, 1981;

MELCHERS, 1987; RÜSCH, 1980).

Outra maneira de se obter velocidades básicas para reduzidos intervalos, quando não se

dispõe de dados de levantamentos estatísticos, é o emprego de fatores de ajustamento. No

presente trabalho, é proposto o uso dos fatores desenvolvidos por Rosowsky (1995) e que

são capazes de converter ventos de períodos de recorrência de 50 anos a outros períodos,

conforme a finalidade da avaliação.

Na determinação dos fatores de ajuste, Rosowsky (1995) utilizou-se de pesquisas e estudos

realizados em vários aeroportos e que compuseram a base da formulação dos ventos de

projeto dos códigos norte-americanos. A Tabela 5.2 apresenta os valores obtidos pelo

pesquisador para o ajustamento da velocidade básica.

Tabela 5.2 – Fatores de ajustamento para velocidades de vento.

Período considerado

Fator de ajustamento para a

velocidade do vento (S

ajust

)

< 1 ano 0,80

1-5 anos 0,90

5-10 anos 0,95

25 anos Não reduzir

50 anos Não reduzir

100 anos 1,10

Fonte: Adaptado de Rosowsky (1995)

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

De posse desses fatores é possível a obtenção da velocidade característica do vento V

k,aval

para a aplicação na avaliação estrutural, através da expressão normativa (NBR 6123:1988),

acrescida do fator S

ajust

, o que torna:

ajustkajustavalK

SVSSSSVV .....

3210,

(5.6)

onde:

k,aval

= velocidade característica do vento de avaliação

= velocidade característica do vento de projeto

= velocidade básica do vento de projeto

= fator topográfico

= fator ligado a: rugosidade, dimensões e altura da edificação

= fator estatístico

ajust

= fator de ajustamento de Rosowsky

De posse de V

k,aval

, pode-se obter as forças imprimidas nas edificações, por ventos de

períodos de referência reduzidos. O programa de cálculo utilizado nesta pesquisa possui

módulo de trabalho específico que faz a consideração destes efeitos nos pórticos

analisados, bastando para isso habilitar a opção em tela apropriada e indicar os coeficientes

necessários corretamente.

Da Tabela 5.2 e, sabendo-se que os serviços de recuperação são, em geral, da ordem de

poucos meses, pode-se destacar que S

ajust

a ser empregado equivale a 0,80, tomando para

o valor igual a 1. Isto gera uma valor para a velocidade característica de avaliação

k,aval

) igual a:

80,0.

, kavalK

(5.7)

5.4.3 Obtenção da resistência dos materiais

5.4.3.1 Concreto

A determinação da resistência à compressão do concreto e das propriedades a ela

relacionadas é um dos problemas nos quais se deparam os engenheiros de avaliações

quando da necessidade de se mensurar o nível de segurança potencial apresentado pela

estrutura periciada (DA CUNHA; VIEIRA ÂNGELO, 2003). A complexidade do

comportamento deste material em serviço ao longo do tempo decorre, basicamente de dois

fenômenos evidenciados (FUSCO, 1993):

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

• Ganho de resistência devido à hidratação lenta;

• Perda de resistência efetiva devido à ação das cargas de longa duração.

Estes fenômenos, aliados à influência das dimensões dos corpos-de-prova ensaiados sobre

a resistência aparente do concreto, compõem o coeficiente de modificação (K

MOD

) que

deve ser levado em consideração em projeto, para evitar que estruturas entrem em colapso

por esgotamento da capacidade resistente em determinado período de sua existência.

Da Cunha e Vieira Ângelo (2003) em trabalho relativo à busca da resistência à compressão

do concreto em estruturas periciadas, sugerem duas condições para obtenção de tal

propriedade: a) extrapolações baseadas nos dados advindos do controle tecnológico do

concreto ao longo da obra, levando em conta a sua idade e o efeito das cargas mantidas; b)

extração e ensaios de testemunhos caso inexistam resultados de controle tecnológico

considerando, contudo, o efeito da duração das cargas.

Existência do controle tecnológico

Muitas das estruturas que hoje passam por intervenções para reabilitação possuem, na

maior parte dos casos, mais de 20 anos o que, para estimativa da resistência atual do

concreto, exige o emprego de curvas de crescimento coerentes com os cimentos utilizados

na época.

O Código Modelo CEB 1990 apresenta uma expressão para estimativa da evolução da

resistência à compressão com o tempo. Tal expressão encontra-se estabelecida também na

atual versão da NBR 6118 (ABNT, 2003) e pode ser aplicada à resistência estimada (f

ck,est

)

obtida no ensaio de compressão dos corpos-de-prova de controle da época da construção,

quando se deseja obter a resistência ao fim de um dado período de tempo:

































−==

MOD

1exp

28,

(5.8)

onde:

MOD1

= coeficiente de crescimento relativo da resistência à compressão do concreto

(relativo à resistência aos 28 dias)

c,t

= resistência à compressão à idade de t dias

c,28

= resistência à compressão à idade de 28 dias

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

S = coeficiente que depende do tipo de cimento podendo-se fazer a seguinte

correspondência:

S=0,2

→ para o cimento ARI

S=0,25

→ para cimento CP I, CP II classe 40

S=0,38

→ para cimento CP III e CP IV

Da Cunha e Vieira Ângelo (2003) limitam o ganho de resistência em 15% para os casos em

que f

ck,est

ou em 20% quando f

ck,est

≥f

O efeito das cargas de longa duração na perda efetiva de resistência do concreto refere-se à

propagação lenta de fissuras na matriz da pasta endurecida. O fenômeno, que inicialmente

foi estudado por Rüsch (1960) ocorre para esforços solicitantes que provoquem tensões

acima de 70% daquelas necessárias ao rompimento convencional do corpo-de-prova de

controle do mesmo concreto. Para valores abaixo deste limite, o material apresenta

resistência perene, apesar da ocorrência de deformação lenta.

Na avaliação de pilares de estruturas existentes, tendo-se as dimensões das seções

transversais e as cargas atuantes, é possível estimar se as tensões desenvolvidas superaram

o limite de 70%, o que levaria o concreto à redução de resistência por efeito Rüsch. Para

efeitos desta pesquisa, propõe-se que os esforços atuantes sejam aqueles totais obtidos para

o dimensionamento, aplicados de forma fictícia aos 28 dias. Caso o limite acima seja

superado, a redução na resistência pode ser calculada pela equação (5.9), advinda do

Código Modelo CEB 1990. Caso tal limite não seja superado, será assumido K

MOD2, aval

=1.

).(72ln.12,096,0

MOD

−−==

(5.9)

onde:

MOD2

= coeficiente de redução da resistência à compressão do concreto pelo efeito de

carga mantida (relativo à resistência aos 28 dias)

c,t

= resistência à compressão do concreto na idade (t+t

) sob carga elevada e

constantemente mantida desde a idade t

c,t0

= resistência à compressão convencional do concreto na idade t

no ensaio normal

de compressão axial

Por fim, a influência das dimensões dos corpos-de-prova ensaiados na resistência real do

concreto (FUSCO, 1993) deve ser levada em consideração tanto em projeto quanto em

trabalhos de avaliação estrutural. Rüsch (1980) relata que corpos-de-prova cilíndricos de

15 cm de diâmetro por 30 cm de altura possuem resistência à compressão, em geral, da

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

ordem de 5% maior que a do mesmo concreto na estrutura. Assim, torna-se válida a

relação (5.10):

cmxcilindrocprismacestruturac

fff

3015,,,

95,0

= ou 95,0

MOD

(5.10)

Em geral quanto menor a relação altura/diâmetro (h/d) dos corpos-de-prova, maior a

resistência aparente encontrada. Diagrama de conversões para outras relações (h/d) pode

ser encontrado em Fusco (1993).

De posse de K

MOD1

, K

MOD2

e K

MOD3

pode-se compor o K

MOD,aval

pela equação (5.11),

enfatizando a importância dos efeitos do comportamento do concreto ao longo do tempo

para a avaliação:

321,

MODMODMODavalMOD

KKKK

(5.11)

onde:

MOD,aval

= coeficiente de modificação da resistência do concreto na avaliação em virtude

da influência da hidratação lenta, efeitos das cargas mantidas e dimensões dos

corpos-de-prova nos ensaios.

MOD1

= influência do ganho de resistência do concreto após os 28 dias

MOD2

= influência de cargas mantidas

MOD3

= influência do efeito dos pratos da prensa no ensaio de compressão axial de

corpos-de-prova

A resistência à compressão a se utilizar neste caso, é dada pela equação (5.12):

avalc

avalMODavalcd

fck

(5.12)

onde:

= resistência característica à compressão do concreto na idade 28 dias

c,aval

= coeficiente de ponderação do concreto específico para avaliação

Inexistência de controle tecnológico

Neste caso, deve-se processar obrigatoriamente à extração e ensaios de testemunhos

retirados diretamente dos pilares em estudo (DA CUNHA; VIEIRA ÂNGELO, 2003). Os

lotes são tomados de acordo com a NBR 7680 (ABNT, 1983) os quais, a depender do

tamanho do espaço amostral adotado, permitem tecer conclusões mais precisas em relação

à resistência do concreto submetido à avaliação. Da Cunha e Vieira Ângelo (2003)

limitam, no entanto, o valor obtido dos testemunhos (f

ck,real

) a 1,15f

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

O efeito Rüsch deverá ser avaliado atendendo ao mesmo critério da situação “a”,

analisando a superação ou não do limite de 70% da tensão admitida pelo corpo-de-prova

padrão aos 28 dias.

A influência relativa às dimensões dos testemunhos extraídos é bastante acentuada para

esta situação, uma vez que nem sempre se consegue uma relação h/d=2. O diâmetro do

testemunho não deverá ser inferior a três vezes o diâmetro do agregado ou a 10 cm. A

NBR 7680 (1983) apresenta a correção de valor para diversas relações h/d. A Tabela 5.3

dá os valores para o ajustamento:

Tabela 5.3 – Fatores de conversão para as resistências de testemunhos extraídos de

estruturas existentes.

Relação h/d Fator de correção

2,00 1,00

1,75 0,97

1,50 0,93

1,25 0,89

1,00 0,83

0,75 0,70

0,50 0,50

Fonte: NBR 7680 (ABNT, 1983)

Tanto para a situação “a”, quanto para a situação “b”, o fato de a estrutura avaliada sofrer o

fenômeno de corrosão nas armaduras, faz com que existam incertezas com relação à

resistência do concreto avaliado devido à deterioração que se acentua na região das

armaduras (MELCHERS, 2001). As fissuras e desplacamentos, originários do processo

corrosivo, levaram a ACHE (2003) a desconsiderar a camada de cobrimento como parte

integrante da seção resistente de concreto. Tal decisão será respeitada pela metodologia

aqui apresentada.

O coeficiente de variação da resistência do concreto à compressão para situações de

avaliação estrutural pode ser tomado da análise estatística do resultado de rompimentos dos

corpos-de-prova de controle ou, caso não existam, através do processamento dos resultados

de lotes de testemunhos. No entanto, muita das vezes tais lotes possuem reduzido número

de exemplares, o que traz problemas à estimativa adequada do valor do coeficiente de

variação.

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

100

Tendo em vista estes fatos, um procedimento usual consiste na realização de ensaios

esclerométricos ou ultra-sônicos sobre o concreto dos elementos estudados (ACHE, 2003),

válidos fundamentalmente para efeito de comparação mediante as resistências obtidas por

ensaios destrutivos, mas que podem indicar valores próximos ao coeficiente de variação

real do concreto na estrutura.

O objetivo do emprego do ensaio de esclerometria paralelo aos ensaios de compressão

axial de corpos-de-prova é auxiliar no sentido de se obter informações adicionais que

possam diminuir a probabilidade de erros na avaliação de várias propriedades do concreto

(ALCÂNTARA, 2002). A ultra-sonografia, conforme visto, é bastante aconselhável para

estabelecimento das características do concreto, sua homogeneidade e até mesmo

resistência (FIGUEIREDO, 2005).

Outra forma de se estimar o coeficiente de variação, ao se dispor de um certo nível de

confiança em relação às informações obtidas da obra, é a utilização de uma formulação que

possa relacionar os dados existentes e o coeficiente procurado. A normalização Argentina

de projeto, RECOMENDACIÓN CIRSOC 106 (1982), apesar de conservadora para

aspectos relativos à avaliação, traz informações ao “dimensionamento” do coeficiente de

variação segundo a expressão (5.13):

222

DEMc

δδδδ

++=

(5.13)

onde:

= coeficiente de variação do concreto

= coeficiente que depende de condições próprias do material

= coeficiente que depende de condições de execução da estrutura

= coeficiente que depende de modelos empregados no cálculo da resistência

Sendo os coeficientes dados pela Tabela 5.4:

Tabela 5.4 – Influências no coeficiente de variação das resistências em obras de

concreto armado.

Elaboração do

Material

Condições

pobres

0,20

Condições

razoáveis

0,10

Condições

cuidadosas

0,10

Execução da obra

Descuidada

0,25

Média

0,12

Muito cuidadosa

0,10

Dimensionamento de

seções ou elementos

Empírico

0,20

Simplificado

0,10

Cuidadoso-exato

0,05

Fonte: RECOMENDACIÓN CIRSOC 106 (1982)

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

101

A ACHE (2003) apresenta para o coeficiente de variação da resistência à compressão do

concreto na avaliação de pontes rodoviárias, um valor médio de 13,5%, obtido com a

consideração de ajuste da resistência segundo uma curva de distribuição normal.

5.4.3.2 Aço

A resistência à tração do aço, a exemplo do que ocorre com a de compressão no concreto, é

uma variável básica no estabelecimento da segurança estrutural apresentando, assim, um

comportamento estocástico. A variabilidade estende-se não apenas às características

internas do material, como também à geometria apresentada pelas barras e, em se tratando

de uma investigação em estruturas existentes afetadas por patologias, principalmente a

corrosão, o estado atual das barras em termos de perda de seção transversal no processo

eletroquímico (ACHE, 2003). A avaliação desse último aspecto poderá ser efetuada por

inspeção visual e medições a partir de instrumentação apropriada, ou com a utilização do

ensaio de detecção magnética, tipo pacometria, o que permitirá adoção de um plano para a

execução de reforço estrutural, mediante restabelecimento de seção, caso necessário.

O controle tecnológico de amostras durante a construção é o meio para se garantir o

emprego de um material com resistência que atenda os valores especificados em projeto.

Os ensaios conforme relatados por Da Silva e Ribeiro (2002), são realizados em corpos-de-

prova obtidos conforme a NBR 7480 (ABNT, 1996) e seus procedimentos para o controle

de recebimento de aço para concreto armado.

Apesar dos métodos rigorosos de produção, o que garante aço com pequena variabilidade

em torno da média em um ensaio à tração, Fusco (1974), afirma sobre a necessidade do

controle tecnológico a ser realizado pela construtora no ato da execução da obra. Os

ensaios realizados em barras para fins de controle deverão contemplar a caracterização do

limite elástico e do diâmetro efetivo, além do limite de resistência e outras importantes

características definidas na NBR 7480 (ABNT, 1996). Do controle estatístico dos

resultados poderão surgir algumas situações que interferem na tomada de decisão quanto à

aceitação ou rejeição do lote analisado (FUSCO, 1976).

Para as finalidades de avaliação estrutural, os resultados obtidos dos ensaios durante a

realização da obra, se disponíveis, poderão ser empregados e isso irá gerar um incremento

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

102

no conteúdo de informações disponíveis, com impacto no nível de confiança dos resultados

obtidos da avaliação. Dos trabalhos experimentais de Da Silva e Ribeiro (2002), a

fdp que

melhor descreve os resultados experimentais dos ensaios de tração do aço é a distribuição

log-normal.

No entanto, a ACHE (2003) desaconselha a consideração de ganho de resistência para o

aço advindo de ensaios, em relação ao valor nominal utilizado no cálculo. Na metodologia

desta pesquisa, não serão utilizados na avaliação, valores para a resistência ao escoamento

provenientes de ensaios, caso estes sejam superiores àqueles de projeto. Contudo,

informações extras sobre o coeficiente de variação da resistência serão empregadas para o

ajustamento dos fatores parciais de minoração do aço na avaliação (

s,aval

Não se dispondo de tal controle e mesmo estando as armaduras atacadas demasiadamente

pela corrosão, poder-se-ão realizar extração de testemunhos de barras diretamente da

estrutura e submetê-las aos ensaios corriqueiros na máquina de tração, permitindo assim a

redução do nível de incertezas quanto à distribuição da resistência do material.

Em pilares, por serem elementos de grande responsabilidade estrutural, é desaconselhável

a extração de testemunhos das barras de aço, principalmente as longitudinais. Neste caso é

oportuno, em estruturas com mais de 20 anos, julgar o aço como sendo de classe B com

resistência e coeficientes de ponderação iguais aos de projeto, por motivos de segurança.

5.4.4 Índice de confiabilidade para estruturas existentes

O estabelecimento dos coeficientes de minoração retoma, além da variabilidade assumida

para as ações, uma probabilidade de falha (

Pf) admissível para as estruturas e que

encontra-se implícita nas normas de projeto, sob a forma de um índice de confiabilidade

(β). Projetos de novos edifícios encontram-se respaldados, no Brasil, por um β=3,5

(

Pf=2,33x10

-4

Melchers (2001) destaca a necessidade de estabelecimento de uma probabilidade de falha

admissível para os trabalhos de calibração dos futuros códigos de avaliação, que seja

coerente a situação atual da estrutura e seu desempenho apresentado até o momento da

avaliação. Em trabalho relativo à obtenção de coeficientes de ponderação para a avaliação

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

103

de estruturas de pontes e edifícios existentes, Val e Stewart (2002) assumem por

satisfatório a consideração do mesmo β usado em projeto. Consideração semelhante foi

realizada por Tanner (1995) em que o índice de confiabilidade aceitável na avaliação,

proposto em seu trabalho, deveria permanecer próximo ao valor apresentado pela estrutura

quando construída.

Allen (1991) propõe que, pelo fato de estruturas existentes terem apresentado desempenho

satisfatório, ao mesmo tempo em que foram inspecionados de forma rigorosa, os critérios

de avaliação para estas não devam ser tão conservadores quanto no projeto de novos

edifícios. Isto levou o autor a introduzir diferentes níveis de segurança para estruturas

existentes, através de ajustamento feito com a contribuição individual dos fatores dados na

Tabela 5.5.

Tabela 5.5 – Fatores de contribuição no ajustamento do índice de confiabilidade.

Fator de avaliação

∆i

Inspeção / Desempenho - ∆

Sem inspeção nem desenhos de execução

Inspeção para identificação / localização

Desempenho satisfatório

ou medição das cargas permanentes

Comportamento do sistema estrutural - ∆

Falha conduz ao colapso, provável ocorrência de danos pessoais

Situação intermediária

Colapso local, improvável ocorrência de danos pessoais

Categoria de risco para a falha- ∆

Muito alta (pós-desastre ou n > 1000)

Alta ( n= 100 – 1000)

Normal (n= 10 – 99)

Baixa (n= 0 – 9)

-0.40

0.00

0.25

0.00

0.25

0.50

(b)

0.00

0.25

0.50

Observações:

a) Aplicado para fatores de cargas permanentes e variáveis, na idade de 50 anos ou mais, sem

deterioração estrutural;

b) Aplicável somente ao fator de carga permanente;

c) Parâmetro n é determinado como número máximo de pessoas expostas à falha;

d) Reduzir para 0,25 para cargas de ocupação de reunião ou estruturas de madeira.

Fonte: Allen (1991)

Laranja e Brito (2003) observaram que tal procedimento exige apurado bom censo por

parte dos engenheiros estruturais responsáveis pela avaliação, além de envolver critérios

subjetivos como qualidade de inspeção e probabilidade de riscos pessoais. No entanto, o

método permite determinar o índice de confiabilidade na avaliação (β

aval

) a partir do β de

projeto, subtraindo-se alguns termos de redução que variam de uma estrutura a outra

(5.14):

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

104

aval

−

∆

(5.14)

onde:

∆ = fator para ajustamento do índice de confiabilidade na avaliação

= índice de confiabilidade de projeto

aval

= índice de confiabilidade na avaliação

Nos casos em que não se dispõem de quaisquer dados ou informações do projeto estrutural

ou os elementos avaliados não permitam a realização de inspeções, testes ou outros

procedimentos já apontados, é conveniente a elevação do índice de confiabilidade, por se

tratar de uma situação crítica (ALLEN, 1991; COST 345, 2004). Em todo caso,

considerações dessa natureza fogem ao escopo deste trabalho, pois a metodologia

pressupõe a existência de informações de projeto ou ensaios de controle tecnológico, bem

como a realização de inspeção em todos os pilares por ocasião da avaliação.

Para avaliação de pilares em estruturas existentes e acometidas por corrosão inicial,

detectadas em uma inspeção rotineira, um índice de confiabilidade poderia ser reduzido, de

acordo com a metodologia proposta por Allen (1991), com o valor de 3,25 (

Pf =5,77x10

-4

5.4.5 Ajustamento dos coeficientes de ponderação

As incertezas das cargas e resistências no estágio de projeto são refletidas nos coeficientes

de ponderação (ALLEN, 1991). Conforme Montoya et al (1973a), no estabelecimento da

segurança estrutural, realizada atualmente dentro das considerações simplificadas do nível

I, atribui-se às diversas causas de erros e incertezas a dois fatores sobre os quais se detêm

alguns conhecimentos: resistência dos materiais e valores das ações, ponderando seus

valores característicos mediante coeficientes parciais de segurança, para se ter em conta o

restante dos fatores aleatórios que influenciam o processo sobre os quais, ainda, o

conhecimento é incompleto.

Val e Stewart (2002) apontam para um ajustamento destes coeficientes na avaliação pela

atualização das funções de distribuição das variáveis por eles ponderadas, através de

inspeções e testes no local, com conseqüente redução das incertezas a elas inerentes.

Na análise dos códigos de projeto hoje utilizados, distinguem-se basicamente dois

procedimentos principais na consideração das outras variáveis aleatórias influentes nos

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

105

mecanismos de solicitação e resposta estrutural, além da resistência e das cargas atuantes

(ELLINGWOOD et al, 1982):

a) Regulamentos europeus (

CEB-FIP, Normas Espanholas): recorrem à minoração

da resistência do concreto e aço com coeficientes distintos para cada material e, a

partir daí, calcula-se a resistência das seções. A majoração das ações é feita com

coeficientes parciais, diferentes em função da natureza da ação;

LRFD (Load and Resistence Factor Design): não minora as resistências dos

materiais individualmente, mas se aplica um coeficiente de minoração da resistência

da seção. Este coeficiente varia de acordo com o tipo de solicitação. As ações são

tratadas de maneira similar aos regulamentos europeus, mas os valores dos

coeficientes de majoração variam em relação aos destes regulamentos.

Os procedimentos empregados na obtenção de segurança das estruturas de concreto

armado pelas atuais normas brasileiras de projeto são inspirados nos regulamentos

europeus adaptando-se, contudo, certos parâmetros ás condições econômicas e sociais aqui

existentes. A metodologia de “dimensionamento” dos coeficientes parciais de segurança

ficou estabelecida no congresso realizado pelo

CEB-FIP em 1970, na cidade de Praga

(FUSCO, 1974). Montoya et al (1973a) observaram que, segundo esta metodologia, os

valores dos coeficientes devem derivar-se de considerações probabilísticas efetuadas no

nível II, mas com um dado prévio necessário, a chamada probabilidade de falha. O

desenvolvimento dos coeficientes de ponderação envolve cálculos e considerações bastante

complexas.

Na calibração dos coeficientes parciais de segurança, os aspectos considerados no

problema são hoje tomados, de forma simplificada, do seguinte modo:

a) Os materiais se definem por seus valores representativos característicos (95% de

probabilidade de estes valores serem superados);

b) As ações são definidas por seus valores característicos (5% de probabilidade de

estes valores serem superados);

c) Inclusão de uma

Pf assumida com risco aceitável pela sociedade.

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

106

Uma vez que o objetivo desta seção é o ajustamento de coeficientes de segurança para a

avaliação da situação de reparo de pilares em edifícios residenciais, o desenrolar do

processo matemático para as expressões de determinação de tais coeficientes não serão

aqui demonstrados. A partir de formulações encontradas na literatura, serão realizadas as

considerações pertinentes a este trabalho.

5.4.5.1 Coeficientes de ponderação dos materiais

a) Concreto

A aplicação de coeficientes parciais visa cobrir outros fatores que influenciam na

segurança estrutural, além das solicitações e das resistências. Isto reduz diretamente a

probabilidade de falha estrutural embutida no conceito de valor característico das duas

variáveis principais tomadas no dimensionamento (MONTOYA et al, 1973a). Em termos

de equação de estado limite, isto pode ser descrito por:

(5.15)

onde:

= coeficiente de ponderação das resistências

= coeficiente de ponderação das ações

É possível ajustar os valores de γ

e γ

de forma que a probabilidade de falha final seja a

desejada. Pelo exposto, formalmente trabalha-se com um método misto que combina

valores probabilistas (as resistências e ações características) com coeficientes parciais

deterministas, mas que na realidade, apresentam um procedimento de determinação

também probabilista.

Considerando R e S como variáveis aleatórias, estas podem ser aproximadas segundo uma

distribuição normal, apesar de que nem sempre esta seja a melhor aproximação. Têm-se

então os valores característicos:

)1(

RRRR

mmR

ξδ

(5.16)

)1(

SSSS

mmS

ξδ

(5.17)

onde:

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

107

= resistência média dos materiais

= média das solicitações

= desvio-padrão das resistências

= desvio-padrão das solicitações

= coeficiente de variação das resistências

= coeficiente de variação das solicitações

ξ = fator relacionado à probabilidade de ocorrência na distribuição normal

Na ruptura, R=S é representada por uma reta no sistema de coordenadas (R-S) da Figura

5.3. A região à direita (R>S) representa a zona de segurança. Aqui a função m=R-S

também é considerada comportar-se de forma normal.

Figura 5.3 – Representação gráfica do índice de confiabilidade.

Fonte: Adaptado de Lera e Alvarez (1992)

Suprimindo-se aqui a matemática desse desenvolvimento e realizando-se a transformação

das coordenadas para o sistema xy, tem-se:

(

)

−

(5.18)

(

)

−

(5.19)

onde:

r e s

= coordenadas do sistema R-S

possuem o mesmo significado anterior

Neste novo sistema xy, a distância entre sua origem à curva que representa o estado limite

(na Figura 5.3 a reta R=S), é a própria probabilidade de falha. Estando as variáveis

normalmente distribuídas, essa distância é igual ao índice de confiabilidade (β). O ponto

P*, que se encontra à menor distância à origem do sistema xy, define um par de valores r*

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

108

e s* que possuem a menor confiabilidade ou maior

Pf. Pode-se então chegar às seguintes

expressões:

(

)

RRRRRR

mmr

δβασβα

−=−=

∗

(5.20)

(

)

SSSSSS

mms

δβασβα

−=−=

∗

(5.21)

Sendo α

e α

os fatores de influência dados por:

σσ

(5.22)

σσ

(5.23)

Em geral, α

e α

estão entre 0,75 e 0,80. Para condições nacionais, tais fatores são da

ordem de 0,75. Val e Stewart (2002) sugerem, no entanto, um α

no valor de 0,80 para os

caso de determinação dos coeficientes de ponderação dos materiais na avaliação da

segurança estrutural.

Finalmente, o coeficiente de ponderação para resistências, suscetíveis de ajuste via

distribuição normal, podem ser determinados pela formulação apresentada em (5.24):

(

)

()

δαβ

..1

.645,11

−

(5.24)

Pela expressão (5.24) o coeficiente parcial realiza a transformação de um quantil

característico de 5%, a outros quantis, definido pelo produto β.

. Na avaliação, tendo-se

uma probabilidade de falha a ser respeitada, definida pelo índice de confiabilidade (β

aval

) e,

conhecendo-se o coeficiente de variação do concreto investigado (

c,aval

), é possível

estabelecer coeficientes parciais específicos para a situação analisada, por meio da

expressão (5.25):

(

)

()

avalcavalcaval

avalc

..1

.645,11

δαβ

−

(5.25)

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

109

Em geral, nas obras correntes os coeficientes de variação para o concreto situam-se no

intervalo:

• δ

Æ entre 0,09 e 0,38, com um valor de 0,16 para as condições médias

razoáveis de controle em obra.

Na avaliação estrutural, cabe o estabelecimento de coeficientes parciais de segurança

condizentes com os níveis de informações corretas obtidas na inspeção. Este fato pode ser

entendido do ponto de vista de que, com a redução das incertezas sobre os diversos

aspectos relativos às resistências e solicitações na estrutura existente, é possível se chegar

mais próximo aos verdadeiros coeficientes de variação destas variáveis o que,

efetivamente, contribui para a fixação de coeficientes γ apropriados e condizentes com

uma probabilidade de falha limite.

b) Aço

Dos trabalhos realizados por Da Silva e Ribeiro (2002), conclui-se que a distribuição log-

normal pode ajustar de forma satisfatória o comportamento da resistência à tração do aço

no escoamento. No entanto, vários autores (FUSCO, 1976; LARANJA; BRITO, 2003),

apresentam ainda a distribuição normal como alternativa coerente a tal ajustamento.

Adotando-se nesta pesquisa o segundo caso, é suficiente para a calibração dos fatores

parciais de minoração do aço na avaliação empregando-se expressão semelhante à (5.25),

levando a atualização dos dados para este material. Desse modo, procede-se como se segue

(5.26):

(

)

()

avalsavalsaval

avals

..1

.645,11

δαβ

−

(5.26)

onde:

s,aval

= coeficiente de ponderação da resistência ao escoamento do aço na avaliação

s,aval

= coeficiente de variação da resistência ao escoamento do aço na avaliação

s,aval

= fator de influência para o aço na avaliação

aval

= índice de confiabilidade na avaliação

O coeficiente de variação para o material, conforme apresentado pela ACHE (2003), é

dado pela seguinte expressão:

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

110

222

δδδδ

++=

HFys

(5.27)

onde:

= coeficiente de variação da resistência do aço

= coeficiente de variação do limite elástico

= coeficiente de variação da geometria da peça

= coeficiente de variação do erro do modelo a flexão

Em que os parâmetros que compõem o coeficiente de variação possuem valores regulares

apresentados na Tabela 5.6:

Tabela 5.6 – Variáveis relacionadas com a flutuação da resistência do aço

Variável Descrição Distribuição

Coeficiente de

variação (%)

Limite elástico do aço Log-normal 5-10

H Geometria da peça Normal 2

ζ Erro do modelo a flexão Normal 5

Fonte: ACHE (2003)

Para estruturas existentes, Val e Stewart (2002) relataram como satisfatório o emprego de

um fator de influência para a resistência de escoamento do aço da ordem de 0,80.

5.4.5.2 Coeficiente de ponderação das ações

a) Cargas permanentes

Com a redução das incertezas relativas às cargas permanentes atuantes em edifícios,

promovidas pelos procedimentos de medições e levantamentos feitos diretamente nas

seções transversais, comprimentos de peças e caracterização de demais elementos fixos

não estruturais, é plausível adoção de coeficientes menos conservadores para a avaliação

de uma estrutura específica (VAL; STEWART, 2002). Laranja e Brito (2003) apresentam

um expressão contida no CEB (1989) que propõe redução do coeficiente de majoração das

cargas permanentes, mediante medições rigorosas, por meio da expressão (5.28):

1,0

−

GavalG

(5.28)

onde:

G,aval

= coeficiente de ponderação das ações permanentes na avaliação

= coeficiente de ponderação das ações permanentes em projeto

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

111

Uma redução em 10% no coeficiente de ponderação das ações permanentes foi proposta

por Cabré (1994) em seu trabalho de estudo da vida residual de edifícios existentes.

Traduzindo a informação deste pesquisador para a realidade nacional, nos procedimentos

de avaliação, sob rigorosas condições de inspeção e ensaios, o valor proposto para o

coeficiente de majoração das ações permanentes é da ordem de:

26,14,190,0.90,0

GavalG

Contudo, seria ainda admissível o uso de um γ

G,aval

com valor próximo a 1,2 para o caso de

estruturas com vida útil residual bastante reduzida, submetida às mesmas condições

rigorosas de caracterização e sem a presença de danos sensíveis (LARANJA; BRITO,

2000).

A ACHE (2003) traz formulação utilizada nos trabalhos de obtenção dos coeficientes de

ponderação para as ações permanentes de projeto, consideradas então, normalmente

distribuídas. Tal informação é transcrita como se segue:

)..(1

GGG

(5.29)

onde:

= coeficiente de ponderação das ações permanentes

β = índice de confiabilidade adotado

= fator de influência para ações permanentes

= coeficiente de variação das ações permanentes

Para a situação de avaliação, o modelo de calibração proposto será dado pelo emprego de

parâmetros obtidos nas inspeções, diretamente na formulação (5.29). Pode-se obter assim:

)..(1

,,, avalGavalavalGavalG

(5.30)

onde:

G,aval

= coeficiente de ponderação das ações permanentes na avaliação

G,aval

= índice de confiabilidade para avaliação

G,aval

= fator de influência para ações permanentes na avaliação

G,aval

= coeficiente de variação das ações permanentes medidas in loco

Allen (1991) afirma que o coeficiente de variação médio para cargas permanentes, adotado

em projeto é da ordem de 10%. O autor afirma ainda uma redução potencial desse

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

112

parâmetro ao se realizar os procedimentos de medição da estrutura. Neste caso, conforme

aponta Laranja e Brito (2003),

G,aval

poderia ser reduzido para 5%.

Já os fatores de influência (

G,aval

), conforme destaca a ACHE (2003), podem ser tomados

segundo os valores de calibração para códigos de projeto. O RILEM (1996) sugere, para tal

situação,

α com valor de 0,70.

b) Ações variáveis

Para cargas variáveis de utilização Allen (1991) demonstrou sua variabilidade inerente, a

partir de um coeficiente de variação no intervalo entre 10% a 30%. Val e Stewart (2002)

em seu trabalho de estabelecimento de coeficientes para avaliação utilizaram um valor de

30% para o parâmetro em questão.

A calibração apresentada pela ACHE (2003) para este tipo de solicitação, baseia-se em

uma distribuição de extremo tipo I, uma vez ser este o ajuste realizado para a vida útil de

projeto (LARANJA; BRITO, 2000). Para reduzidos períodos nos quais, pelos trabalhos de

Corotis e Doshi (1977) a aproximação é feita via distribuição gama, os procedimentos da

ACHE (2003) tornam-se inapropriados.

Neste caso, é proposta aqui uma transformação do quantil de 95%, adotado na definição do

valor característico das cargas, para o quantil de 99,5%, conforme a probabilidade

implícita nas normas de projeto para esse coeficiente de ponderação (FERRY-BORGES;

CASTANHETA, 1971). Para isso, deve-se satisfazer a seguinte relação:

%95,99,5%

X X

avalQ

(5.31)

As solicitações de caráter variável, produzidas pelas forças de vento, por terem sua

variabilidade inerente fora do controle e domínio humano, a ACHE (2003) considera

inviável a possibilidade de redução de seu coeficiente de majoração. No caso deste tipo de

ação, pela metodologia aqui proposta, os fatores parciais de segurança na avaliação serão

tomados segundo valores iguais aos estabelecidos em projeto, como forma de resguardar a

segurança mínima.

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

113

5.4.6 Fatores de combinação das ações variáveis na avaliação

Em virtude do acréscimo em conhecimento, adquiridos sobre os carregamentos variáveis

atuantes nas estruturas existentes, advindos do processo de inspeção e das considerações

peculiares de avaliação, o COST 345 (2004) considera necessária à revisão dos fatores de

combinação que, no caso deste trabalho, são de interesse aqueles relativos aos

ELU, ou

seja,

Os fatores de combinação são utilizados para contemplar a baixa probabilidade de

ocorrência de duas ou mais cargas variáveis simultâneas com suas intensidades máximas.

Eles possuem valores fixados pelas normas de projeto segundo a vida útil de 50 anos

admitida para as estruturas. Turkstra e Madsen (1980) relataram sobre tendência de

crescimento do valor destes fatores na medida em que se diminuem os períodos de

referência analisados. Assim, na proporção em se aumenta a probabilidade de ocorrência

de cargas variáveis individuais em seus valores plenos aumenta-se, conseqüentemente, a

probabilidade de ocorrência conjunta de duas ou mais cargas simultâneas com valores

individuais elevados.

Allen (1991) estabelece em função do ajustamento no índice de confiabilidade, obtido com

a utilização das informações da Tabela 5.5 para estruturas de diferentes características,

fatores de combinação que são transcritos na Tabela 5.7:

Tabela 5.7 – Fatores de combinações mínimos propostos para avaliação estrutural.

Ajustamento do índice de

confiabilidade

∆=∆

+∆

Fator de combinação de

carga (ψ)

-0,4 0,70

0,0 0,70

0,25 0,70

0,5 0,75

0,75 0,75

1,00 0,80

1,25 0,80

Fonte: Adaptado de Allen (1991)

Os fatores de combinação propostos por Allen (1991) foram estabelecidos a partir de uma

vida residual ainda existente para a estrutura, valendo-se assim de uma probabilidade

condizente para a ocorrência simultânea e com intensidades máximas, de cargas variáveis

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

114

independentes, no período de avaliação. Para os propósitos deste trabalho, o período de

referência é mais curto que aqueles trabalhados por Allen (1991), o que aumenta a

probabilidade de ocorrência simultânea de cargas variáveis segundo os valores definidos

para a avaliação. Todavia, os valores da Tabela 5.7 serão assumidos para a quantificação

da segurança de pilares na recuperação estrutural uma vez que, mesmo nesta situação, os

valores característicos das variáveis envolvidas encontram-se cercados por probabilidades

implícitas de ocorrência efetiva.

5.4.7 Fator de segurança global para pilares

De tudo o exposto até então, se deduz que a forma de introduzir a segurança no método

semi-probabilista dos estados limites (nível I), está representada pelos dois coeficientes de

ponderação: a) γ

de minoração da resistência dos materiais e b) γ

de majoração das ações.

De uma forma simplificada, pode-se admitir que o coeficiente de segurança global seja

medido pelo produto de dois coeficientes parciais mencionados anteriormente. Montoya et

al (1973a) consideram que uma provável falha em pilares devido aos materiais ocorrerá em

virtude do esgotamento resistente do concreto à compressão (deformação 2

‰). Dessa

forma, a segurança global será estabelecida pela segurança marginal creditada ao concreto

e à ação dominante, que neste caso é representada pelas cargas permanentes. Nesta

situação, a resguarda-se a estrutura ante a ruína por um coeficiente expresso por:

(5.32)

Dos coeficientes de projeto, preconizados pela NBR 8681 (ABNT, 2003), a segurança

global esperada para pilares em uma estrutura recém construída, utilizam-se a expressão

(5.32), tem a seguinte ordem de valores:

•

96,140,1.40,1 ==

Valor este em conformidade com a faixa convencional de projeto entre 1,7 a 2,0

(MELCHERS, 1987). Nas condições de avaliação são definidos novos coeficientes de

ponderação em função da obtenção de informações melhoradas sobre as resistências dos

materiais e cargas atuantes e a redução de muitas incertezas relativas aos valores destas

variáveis. Aqui, cumpre-se então o estabelecimento de um novo coeficiente de segurança

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

115

global para os pilares dos edifícios existentes estudados, a partir das considerações que

levam aos novos coeficientes parciais de segurança.

Conclui-se que, para as questões da avaliação de pilares, em condições específicas nas

quais se encontra a estrutura do edifício em análise durante os serviços de recuperação

estrutural, cabe a satisfação do seguinte coeficiente global de segurança, para se concluir

pelo sucesso dos serviços executados dentro de uma probabilidade de falha dada pelo

índice de confiabilidade (β

aval

avalGavalCaval ,,

(5.33)

Utiliza-se o coeficiente ligado às solicitações permanentes por se tratar da ação dominante

na segurança estrutural (COST 345, 2004). O valor acima será útil para a determinação de

um plano geral de atuação na seção do pilar quando se efetuarão ali, os serviços de

recuperação. A partir do coeficiente global acima, pode-se determinar inclusive a

necessidade ou não de escoramento.

5.4.8 Critério do ELU para a seção existente

Conforme visto, a segurança de estruturas de concreto contra o colapso ou ruína passa pelo

atendimento de uma equação de estado limite último. Isto é válido para as situações de

projeto e será adotado para as questões de avaliação de edifícios existentes (ALLEN, 1991;

VAL; STEWART, 2002).

Esta verificação será realizada pela comparação entre a resistência da seção existente,

efetivamente confirmada com dados da inspeção, e uma solicitação normal equivalente,

gerada a partir dos esforços de avaliação, ao se executar o programa de cálculo com os

parâmetros específicos para esta finalidade. As cargas axiais e os momentos, juntamente

com a resistência dos materiais existentes nas seções, ao dar entrada no modelo

computacional, com a utilização de coeficientes de ponderação reduzidos, determinarão

seções transversais onde os esforços resistentes se igualam aos solicitantes, definindo

assim a chamada solicitação normal equivalente de cálculo para avaliação. Isto porque se

convertem forças verticais e momentos em uma única carga axial, que pode ser

determinada pelo uso da expressão (4.25).

Capítulo 5 Metodologia para avaliação estrutural

116

O balanço entre a capacidade de carga da seção para a avaliação (geradas no programas) e

as resistências efetivas das seções de pilares construídos, dará a quantidade de concreto a

ser retira de uma só vez para reparo. Este procedimento limita, dessa forma, o coeficiente

global de segurança dos elementos estudados ao

aval

, durante todo o processo de reparo, o

que é satisfatório para a proposição desta pesquisa.

Apesar das considerações feitas neste trabalho serem para casos iniciais de corrosão das

armaduras, com intervenção realizada apenas no concreto, aço da seção existente poderá,

por sua vez, sofrer a ação de um coeficiente de redução na composição da seção resistente

efetiva. Isto para resguardar uma possível perda localizada de material, afastando o risco

de uma possível flambagem local da armadura longitudinal entre os estribos, com a

retirada do concreto de cobrimento. Os valores de redução da área das armaduras poderão

ser propostos em função do grau de deterioração que acometa a armadura, detectadas na

inspeção.

Definido um tipo de intervenção e, na execução da retirada do concreto deteriorado seja

detectada a existência de algum estribo rompido, faz-se necessária a limitação da efetiva

altura dos trechos de material a serem removidos. Esta altura de remoção para limpeza e

descontaminação das armaduras, que geralmente é da ordem de 1,0 m, poderá até mesmo

inviabilizar, em virtude das condições gerais dos estribos, a realização de uma intervenção

sem escoramento, inclusive podendo ser necessário o alívio de carga, mesmo que o

coeficiente global de segurança seja favorável.

Nos casos identificados pela intervenção com escoramento, este deverá ser precedido de

um estudo da capacidade resistente dos elementos estruturais (vigas) que concorram para o

nó considerado. Este remete às chamadas cargas próximas aos apoios da viga, o que

mobiliza um mecanismo de resistência similar ao dos consolos curtos. Não sendo parte

integrante do escopo aqui desenvolvido, deverá ser abordado em trabalhos futuros.

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

117

CAPÍTULO 6

PROGRAMA EXPERIMENTAL, RESULTADOS

E DISCUSSÕES

6.1 INTRODUÇÃO

O presente capítulo tem por finalidade a aplicação da metodologia desenvolvida

anteriormente, viabilizando a estimativa da segurança efetiva no processo de

recuperação de pilares em edifícios residenciais, acometidos por corrosão inicial das

armaduras. A metodologia também se aplica a outros processos de deterioração que

gerem a necessidade de reparos superficiais, semi-profundos e profundos.

O tratamento foi realizado em dois edifícios reais, chamados genericamente de edifício

“A” e edifício “B”. A escolha dos edifícios visou representar duas situações

comumente encontradas:

• Sem memória de cálculo e sem informações de execução;

• Com memória de cálculo e com informações de execução.

6.2 DEFINIÇÃO DOS OBJETOS DE ESTUDO

Segue breve descrição dos edifícios em estudo e os dados relativos a eles.

6.2.1 Edifício “A”

O edifício “A” (Figura 6.1) foi calculado para 25 pavimentos e teve sua construção

interrompida na 17º laje no ano de 1995. Em virtude da retomada das obras na data atual,

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

118

foram necessários os trabalhos de avaliação das condições gerais da estrutura existente, o

que propiciou a obtenção dos dados gerais utilizados nesta pesquisa. Dessa forma, para

este caso, foi simulada uma necessidade de intervenção para recuperação dos pilares da

garagem na data presente, supondo que o edifício estivesse acabado e em uso há vários

anos e que os dados aqui utilizados tivessem sido obtidos especialmente para tal finalidade

fictícia.

Figura 6.1 – Aspectos do edifício “A”.

Não se dispunha de dados relativos ao controle tecnológico do concreto ou do aço. Dos

projetos existentes, foram disponibilizados para a pesquisa, somente o arquitetônico e o

estrutural. A seguir estão listadas algumas informações gerais sobre o edifício. Sua planta

pode ser observada no Anexo A.

• Número de pavimentos: 25

• Área por pavimento (torre): 225 m

• Número de pilares (torre): 14

• Resistência à compressão do concreto dos pilares: 25 MPa (usinado)

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

119

• Tipo de cimento: desconhecido

• Estrutura concebida com a utilização de programa de cálculo

Alguns dados relativos aos pilares da torre principal são apresentados na Tabela 6.1.

Tabela 6.1 – Informações sobre os pilares da garagem - edifício “A”.

Pilar

Seção

transversal

(cm)

Bitola

(mm)

Nº de

barras

Carga vertical

característica na

fundação – projeto

(kN)

P1 20x120 20,00 34,00 2990,0

P2 30x150 25,00 46,00 7210,0

P3 20x120 20,00 34,00 4620,0

P4 50x80 25,00 32,00 7180,0

P5 72x100 25,00 58,00 13740,0

P6 30x120 20,00 50,00 6590,0

P7 20x120 20,00 44,00 5090,0

P8 20x120 20,00 44,00 5570,0

P9 20x150 20,00 44,00 5810,0

P10 52x52 20,00 32,00 4800,0

P11 30x120 20,00 50,00 6970,0

P12 20x80 16,00 28,00 2390,0

P13 20x193 20,00 48,00 6710,0

P14 30x100 16,00 32,00 4060,0

6.2.1.1 Levantamentos e ensaios realizados

a) Caracterização geométrica de seções

Em uma amostragem dos elementos estruturais foi realizado o que se chama de

caracterização geométrica, com o levantamento de medidas das seções transversais, alturas

e comprimentos, tanto nas lajes, quanto em vigas e pilares. Os resultados processados

estatisticamente foram ajustados via distribuição normal conforme preconiza Laranja e

Brito (2003). Este procedimento visou à obtenção de valores mais representativos da carga

permanente e uma conseqüente redução das incertezas de projeto, conforme já exposto.

Alguns dados e seu processamento são mostrados na Tabela 6.2.

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

120

Tabela 6.2 – Caracterização geométrica em pilares, vigas e lajes – processamento

estatístico – edifício “A".

Elemento Dimensão

Valor de

projeto

(cm)

Média

levantada

(cm)

Desv.

padrão

(cm)

Coef.

variação

Caract. de

avaliação

95% (cm)

Base (b) 12 12,4 0,56 4,52 13,32

Viga

Altura (h) 55 54,9 0,53 1,20 55,77

20 20,3 0,29 1,44 20,7

30 30,6 0,32 1,05 31,1

50 50,5 0,33 0,66 51,0

52 52,8 1,03 1,95 54,5

Lado menor

72 72,4 0,29 0,40 72,8

80 80,4 0,66 0,83 81,4

100 100,7 1,21 1,20 102,7

120 119,7 0,65 0,54 120,8

150 149,5 0,61 0,41 150,5

Pilar

Lado maior

193 193,3 0,20 0,1 193,6

10 10,15 0,53 5,3 11,02

12 12,3 0,50 4,06 13,10

Laje Altura

14 14,6 0,45 3,08 15,34

De uma forma geral, o comportamento dimensional dos elementos levantados, bem como

os desvios encontrados, apresentou-se dentro dos limites e tolerâncias permitidos para o

projeto de novas estruturas (NBR 14931:2004).

Allen (1991) afirma que o coeficiente de variação para as cargas permanentes é da ordem

de 10%, a ser tomado quando da realização do projeto. Rigorosos trabalhos de

caracterização geométrica e posterior ajuste para o valor representativo deste tipo de carga

promovem uma redução deste coeficiente que passará a ser da ordem de 5% (LARANJA;

BRITO, 2000).

b) Ensaios de resistência para o concreto e o aço

Em virtude da inexistência de quaisquer registros do controle tecnológico do concreto e do

aço na época da concretagem dos pilares, foi prudente a realização de diversos ensaios para

a investigação de suas condições reais na presente data. Com esta finalidade, foram

extraídos e ensaiados testemunhos, além da utilização de ensaios não destrutivos de ultra-

sonografia e esclerometria. As peças, ensaiadas destrutiva e não destrutivamente,

englobaram, além dos pilares da garagem, vigas, lajes e pilares segundo uma amostragem

nos demais pavimentos.

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

121

A NBR 7680 (ABNT, 1983) preconiza, para a determinação da resistência à compressão, a

extração de no mínimo dez testemunhos quando o diâmetro destes é inferior a 100 mm.

Para as finalidades deste trabalho será admitido como suficiente e confiável uma amostra

composta por sete corpos-de-prova, conforme o procedimento experimental realizado.

Dos ensaios destrutivos pôde-se inferir sobre a resistência à compressão do concreto

existente, ao passo que a ultra-sonografia auxiliou na estimativa do coeficiente de variação

de tal propriedade. Os resultados para pilares são apresentados na Tabela 6.3.

Tabela 6.3 – Ensaios de resistência à compressão em testemunhos de pilares.

Nº do

lote

Nº de

testemunhos

Corpo-de-prova

Resistência

individual (MPa)

est

(MPa)

1 27,32

2 35,71

3 35,51

4 25,76

5 29,44

6 30,78

1 7

7 26,22

24,66

Uma vez que o número de exemplares da amostra situa-se no intervalo:

206

≤

Onde:

n = número de exemplares da amostra

E, aplicando-se o estimador instituído no item 7.2.3.1 da NBR 12655 (ABNT, 1996),

apresentado na equação (6.1), aos resultados mostrados na Tabela 6.3, respeitadas as suas

condições específicas de utilização, obteve-se a resistência característica para a avaliação.

estck

fff

f −

−

...

121

(6.1)

Onde:

m=n/2

= despreza-se o valor mais alto de n, se for ímpar

, f

, ...f

= valor da resistência dos exemplares, em ordem crescente.

Assim, o valor encontrado para a resistência característica de avaliação foi:

• f

aval

= f

est

= 24,66 MPa

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

122

Este valor de f

est

indica que não ocorreram acréscimos em relação f

de projeto com o

passar do tempo. Assim, K

MOD1

adotado para tal situação foi 1,0.

Os resultados da exploração ultra-sônica dos pilares da garagem (subsolo) estão no

Apêndice A. No entanto, um resumo dos valores obtidos em diversos pavimentos é

apresentado na Tabela 6.4.

Tabela 6.4 – Resumo dos ensaios de ultra-sonografia em pilares – edifício “A”.

Elemento Pavimento

Número

de ensaios

Valor

mínimo

(MPa)

Valor

máximo

(MPa)

Desvio-

padrão

(MPa)

Coeficiente

de variação

(%)

Subsolo 30,0 21,3 28,2 1,94 8,0

Térreo 9,0 23,0 27,7 1,52 5,8

1º ao 8º 18,0 20,4 27,5 23,4 10,1

Pilar

9º ao 15º 21,0 12,7 23,3 2,18 13,2

Do processamento estatístico determinou-se a média e desvio-padrão da resistência à

compressão da amostra, para os pilares da garagem, que valem, respectivamente, 24,1 MPa

e 1,4 MPa. Obteve-se ainda, de posse dos referidos valores o coeficiente de variação da

amostra que conforme já exposto, foi utilizado para considerações relativas ao fator parcial

de ponderação da resistência do concreto na avaliação. O coeficiente de variação da

resistência à compressão foi obtido da ordem de:

• δ

c,aval

= 8%

As barras de aço ensaiadas foram extraídas das esperas existentes na última laje concretada

(17º pavimento). Em virtude do desgaste já apresentado e levando em consideração que o

lote ensaiado provavelmente não corresponda ao mesmo lote empregado na armação dos

pilares da garagem, os resultados obtidos não forneceram condições efetivas para

considerações de avaliação. Estes resultados, portanto não foram incorporados ao modelo

de redução de incertezas proposto neste trabalho.

6.2.2 Edifício “B”

Trata-se de um edifício de 10 pavimentos construído na cidade de Uberlândia em 1997

(Figura 6.2). Ele dispõe de toda documentação técnica referente a projetos, memoriais,

diários de obra, notas fiscais de materiais adquiridos e ainda os resultados do controle

tecnológico do concreto e do aço recebidos em obra.

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

123

Figura 6.2 – Aspecto do edifício “B”.

Os ensaios de controle do concreto foram realizados por dois laboratórios especializados

da cidade, um a cargo da construtora e o outro a cargo da concreteira. A seguir estão

dispostas algumas informações sobre o edifício, sendo sua planta apresentada no Anexo A:

• Número de pavimentos: 10

• Área por pavimento (torre): 320 m

• Número de pilares (torre): 42

• Resistência à compressão do concreto dos pilares da garagem (2º subsolo): 20 MPa

(usinado)

• Tipo de cimento: ARI Plus

• Estrutura concebida por programa de cálculo

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

124

Tabela 6.5 – Dados relativos à seção transversal e nº de barras longitudinais dos pilares

do 2º subsolo – edifício “B”.

Pilar

Dimensões

da seção

(cm)

Nº de

barras

longit.

Bitola

(mm)

Carga

vertical

característ.

fundação –

projeto

(kN)

Pilar

Dimensões

da seção

(cm)

Nº de

barras

longit.

Bitola

(mm)

Carga

vertical

característ.

fundação –

projeto

(kN)

1 20x80 16,0 20,0 1840,0 22 20x75 14,0 20,0 1720,0

2 20x90 14,0 20,0 1710,0 23 15x60 14,0 16,0 840,0

3 20x90 14,0 20,0 1810,0 24 15x60 12,0 16,0 750,0

4 20x100 16,0 20,0 2040,0 25 15x60 12,0 16,0 800,0

5 20x100 16,0 20,0 2050,0 26 15x60 12,0 16,0 790,0

6 20x90 14,0 20,0 1810,0 27 15x60 12,0 16,0 740,0

7 20x90 14,0 20,0 1630,0 28 15x60 10,0 16,0 700,0

8 20x80 14,0 20,0 1550,0 29 20x50 10,0 16,0 900,0

9 20x50 10,0 16,0 920,0 30 15x50 8,0 16,0 460,0

10 15x50 8,0 16,0 460,0 31 15x50 8,0 16,0 500,0

11 15x50 8,0 16,0 460,0 32 15x50 8,0 16,0 320,0

12 20x50 10,0 16,0 870,0 33 15x50 8,0 16,0 460,0

13 15x60 14,0 16,0 850,0 34 20x50 10,0 16,0 860,0

14 15x60 14,0 16,0 840,0 35 20x80 16,0 20,0 1890,0

15 15x60 14,0 16,0 860,0 36 20x90 14,0 20,0 1730,0

16 15x60 10,0 16,0 680,0 37 20x90 14,0 20,0 1850,0

17 20x80 14,0 20,0 1430,0 38 20x70 14,0 20,0 1620,0

18 20x80 14,0 20,0 1420,0 39 20x70 14,0 20,0 1510,0

19 20x75 16,0 20,0 1820,0 40 20x90 14,0 20,0 1800,0

20 15x100 14,0 20,0 1300,0 41 20x90 14,0 20,0 1610,0

21 15x100 14,0 20,0 1270,0 42 20x80 12,0 20,0 1560,0

6.2.2.1 Levantamento e ensaios realizados

a) Caracterização geométrica de seções

Uma vez que, a intervenção no edifício é apenas de caráter ilustrativo, dispensaram-se os

trabalhos de levantamento geométrico na caracterização dimensional da estrutura. Porém,

em intervenções reais, a metodologia estabelece levantamentos das dimensões em seções

transversais de vigas, lajes e pilares, como forma de redução de incertezas.

b) Ensaios de resistência para o concreto e o aço

Conforme já mencionado, o edifício “B” dispõe de documentação relativa aos ensaios de

resistência do concreto e aço empregado na estrutura, sobremaneira nos pilares do subsolo

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

125

2 (garagem). Neste caso, recaiu-se na situação “a” do item 5.4.3.1 para o concreto e item

5.4.3.2 para o aço.

Os ensaios disponíveis do concreto utilizado nos pilares do pavimento em estudo (Anexo

B) estavam originalmente distribuídos em dois lotes, num total de quatorze corpos-de-

prova. Para o primeiro lote, que possuía 12 elementos, seria conveniente o emprego do

estimador de resistência do item 7.2.3.1 da NBR 12655 (ABNT, 1996). Já para o segundo

lote, com dois corpos-de-prova, deveria ser procedido a utilização do dispositivo do item

7.2.3.3 da referida norma, para o cálculo de f

est

. No entanto, para os fins práticos deste

trabalho, os lotes foram agrupados em apenas um conjunto de amostras, de modo que foi

realizado o tratamento estatístico em um universo formado pelos dois lotes, aplicando

assim o estimador do item 7.2.3.1 (equação (6.1). Os valores individuais do lote único

assumido são expostos na Tabela 6.6.

Tabela 6.6 – Dados do ensaio dos lotes de corpos-de-prova dos pilares do subsolo 2

(garagem) - edifício “B”.

Nº do

lote

Nº de

Nº do

Dimensõe

s do CP

projeto

(Mpa)

do CP

(Mpa)

ck,est

119 15x30 20 25,6

120 15x30 20 26,2

125 15x30 20 24,8

126 15x30 20 24,2

131 15x30 20 23,6

132 15x30 20 24,2

137 15x30 20 24,8

138 15x30 20 25,1

143 15x30 20 26,0

144 15x30 20 24,0

149 15x30 20 24,6

150 15x30 20 25,2

155 15x30 20 26,1

1 14

156 15x30 20 25,6

23,53

A resistência característica estimada das amostras da Tabela 6.6 apresentou o valor de:

• f

aval

= f

est

= 23,53 MPa

Os ensaios efetuados para o aço utilizado nos pilares do subsolo estão mostrados no Anexo

C. Na Tabela 6.7 são apresentados os resultados da resistência à tração das barras de bitola

16,0 mm e 20,0 mm, de interesse a este trabalho. Estas são as bitolas das barras de aço que

compõem a armadura longitudinal dos pilares na região do subsolo 2 (garagem).

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

126

Tabela 6.7 – Dados do ensaio dos lotes de barras longitudinais dos pilares do subsolo 2

(garagem) - edifício “B”.

Nº do lote

Nº de corpos-

de-prova

Bitola

(mm)

Resistência

média (MPa)

Desvio-padrão

(MPa)

Coeficiente de

variação (δ

) %

1 16 16,0 527,56 13,94 2,65

2 16 20,0 536,19 15,16 2,83

Conforme orientação expressa no COST 345 (2004), ganhos relativos à resistência à tração

do aço, a partir de ensaios realizados em amostras, não deverão ser repassados aos

trabalhos de avaliação utilizando, portanto, os valores característicos típicos de projeto. No

entanto, as informações relativas ao coeficiente de variação foram tomadas no

estabelecimento dos fatores parciais de ponderação deste material.

Com base nos coeficientes de variação do limite de escoamento (

) para as bitolas de

16,0 mm e 20,0 mm (Tabela 6.7) e, empregando-se os coeficientes relativos à geometria da

peça e ao erro no modelo a flexão (dados da Tabela 5.6), foram obtidos, a partir da

expressão (5.27), os seguintes coeficientes de variação para as barras de aço em estudo:

• 16 mm Æ δ

aval

= 6,00 %

• 20 mm Æ δ

,aval = 6,10 %

6.3 APLICAÇÃO DA METODOLOGIA PROPOSTA

Definidos os objetos de estudo, procedeu-se às considerações necessárias à avaliação da

segurança dos pilares existentes. Os passos para a aplicação da metodologia estão

desenvolvidos a seguir.

6.3.1 Considerações de avaliação – edifício “A”

Os dados obtidos das inspeções e ensaios, assim como os estudos das cargas variáveis de

períodos reduzidos, permitiram a obtenção de parâmetros mais apropriados à estrutura em

estudo, segundo suas condições atuais de existência. Baseando-se na metodologia

apresentada no Capítulo 5, as informações a respeito do edifício puderam ser atualizadas e

isso ocorreu da maneira como segue.

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

127

6.3.1.1 Resistência dos materiais

a) Resistência do concreto e coeficiente de modificação (K

MOD,aval

)

Conforme já exposto, a resistência do concreto dos pilares da garagem, a partir dos ensaios

realizados em testemunhos foi de 24,66 MPa, o que não acarretou acréscimos em relação à

resistência à compressão utilizada em projeto. Na realidade, a resistência estimada pelos

ensaios com testemunhos ficou um pouco aquém daquela estabelecida em projeto.

Portanto, tem-se, para a estrutura em questão: K

MOD1

= 1,0.

O coeficiente K

MOD2

, que trata da ocorrência do efeito Rüsch, foi obtido pela análise das

cargas de cálculo considerando, de forma teórica, sua plena aplicação aos 28 dias.

Conforme apresentado, a redução da resistência ocorreu nos casos em que os esforços

solicitantes de cálculo ultrapassaram 70% dos esforços resistentes de cálculo. As

solicitações foram obtidas do modelo no programa de cálculo, com parâmetros de entrada

de projeto e a resistência da seção dos pilares a partir das resistências características

individuais do concreto e aço, minoradas por seus respectivos fatores parciais de cálculo. A

Tabela 6.8 apresenta os resultados das análises.

Tabela 6.8 – Análise do K

MOD2

- edifício “A”.

Pilar

Carga axial de

cálculo

máxima na

modelagem S

(kN)

*Carga

admissível de

cálculo da

seção R

(kN)

Relação

** K

MOD2

P1 4959,36 7990,41 62% 1,00

P2 11076,38 15870,52 67% 1,00

P3 6468,00 7990,41 79% 0,75

P4 9693,95 12590,64 77% 0,75

P5 19236,00 22740,17 82% 0,75

P6 9226,00 11880,21 75% 0,75

P7 7749,22 11220,77 69% 1,00

P8 7523,45 11220,77 67% 1,00

P9 7835,27 10150,63 78% 0,75

P10 7603,96 8310,88 91% 0,75

P11 10060,79 11880,21 85% 0,75

P12 3808,98 4810,17 78% 0,75

P13 9394,00 12120,83 75% 0,75

P14 6202,42 7590,09 79% 0,75

Observações:

* Obtida pela contribuição da resistência do concreto, considerada igual ao valor do f

e a contribuição das barras de aço com tensão correspondente à deformação de 2‰ e

resistência ao escoamento considerada igual à de projeto.

** Ver item 5.4.3.1

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

128

O K

MOD3

adotado para o caso do edifício “A” foi igual a 0,95 uma vez que a relação h/d

dos testemunhos extraídos foi da ordem de 2,0. Assim, têm-se os seguintes K

MOD,aval

utilizados para modificar a resistência do concreto do edifício “A” por ocasião da avaliação

de segurança de seus pilares, através da expressão (5.11).

Tabela 6.9 – Valores de K

MOD,aval

– edifício “A”

Pilar K

MOD1

MOD2

MOD3

MOD,aval

P1 1,0 1,00 0,95 0,95

P2 1,0 1,00 0,95 0,95

P3 1,0 0,75 0,95 0,71

P4 1,0 0,75 0,95 0,71

P5 1,0 0,75 0,95 0,71

P6 1,0 0,75 0,95 0,71

P7 1,0 1,00 0,95 0,95

P8 1,0 1,00 0,95 0,95

P9 1,0 0,75 0,95 0,71

P10 1,0 0,75 0,95 0,71

P11 1,0 0,75 0,95 0,71

P12 1,0 0,75 0,95 0,71

P13 1,0 0,75 0,95 0,71

P14 1,0 0,75 0,95 0,71

b) Resistência do aço

Conforme apresentado, na determinação da resistência ao escoamento do aço por ocasião

de avaliação da segurança, não serão computados ganhos em relação à resistência

considerada em projeto. Já nos casos de resultados deficitários, tal informação deve ser

levada em consideração, pois atenta contra a segurança. Para o edifício “A” por não se

haver realizado os ensaios do aço empregado nos pilares da garagem, foi adotado, para

avaliação proposta, a resistência ao escoamento igual àquela de projeto, admitida uma

deformação máxima de 2,0

‰, ou seja:

• f

yk,aval

= 420 MPa

6.3.1.2 Atualização das ações

a) Ações permanentes

Uma vez terem sido realizados os levantamentos para a caracterização geométrica dos

elementos estruturais do edifício em questão, os valores referentes às dimensões das

respectivas seções transversais foram tomados a partir do quantil característico de 95%

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

129

acumulado, conforme dados da Tabela 6.2. Isto ocasionou melhorias em relação ao modelo

de incertezas de projeto.

b) Ações variáveis de utilização

Conforme apresentado no item 5.4.2.2 , as sobrecargas de utilização foram tomadas do

ajustamento dos dados de levantamentos instantâneos, Dessa forma, como parâmetro de

entrada para o cálculo dos esforços de avaliação, foi adotada uma sobrecarga única,

segundo o quantil acumulado de 95%, no ajustamento de dados de levantamento via

distribuição gama e representada pela expressão 5.5 (pág. 93).

Da integração da expressão 5.5 para F

(x; η

ω)= 0,95 obteve-se o valor para a sobrecarga

instantânea igual a 0,875 kN/m

c) Ações devidas ao vento

Na determinação das forças devidas ao vento, para o período de avaliação estrutural

especificado, assumiu-se uma velocidade básica da ordem de 80% daquela instituída para o

projeto, com o uso do fator de redução de Rosowsky (1995).

Levando-se em conta que a velocidade básica tomada para projetos na região de

Uberlândia é 34 m/s obteve-se, para avaliação, segundo período de dois a três meses, um

valor igual a 27,2 m/s. Os fatores S

, S

e S

, assim como os coeficientes de arrasto, foram

tomados de acordo com o estabelecido pela NBR 6123 (ABNT, 1988), levando-se em

conta a localização do edifício e suas dimensões.

6.3.1.3 Probabilidade de falha

Para fixação do índice de confiabilidade a se utilizar na avaliação, considerou-se que a

necessidade da suposta intervenção tenha sido estabelecida mediante inspeção completa da

edificação constatando-se, por meio dela, a ocorrência do problema patológico de corrosão

nas armaduras em todos os pilares da garagem, cuja deterioração processando-se em estado

inicial. Admitiu-se ainda que estes pilares possuem responsabilidade tal que a falha conduz

a colapso, colocando em risco um número superior a 100 pessoas. Da Tabela 5.5 e,

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

130

admitindo um β de projeto no valor de 3,5, pela formulação (5.14) determinou-se um β

aval

igual a 3,25.

6.3.1.4 Coeficientes de ponderação

a) Ponderação do concreto

Em função das características específicas do edifício analisado, foi possível determinar

novos coeficientes de ponderação mantendo-se, no entanto, uma probabilidade de falha

admissível, cujo índice de confiabilidade foi estabelecido por β

aval

No caso do concreto das seções dos pilares analisados, o coeficiente de ponderação foi

obtido a partir de β

aval

e do coeficiente de variação da resistência, determinado pelos

ensaios de ultra-sonografia (Apêndice A). Tendo-se 3,25 para o índice de confiabilidade,

c,aval

igual a 8% e considerando α

igual a 0,80, com a utilização da expressão (5.25),

obteve-se:

• γ

C,aval

= 1,10

O que imputou uma redução de 21% em relação àquele estabelecido para projeto de novas

estruturas. Este valor encontra-se próximo ao sugerido por Cabré (1994).

b) Ponderação do aço

Em função da não existência de controle tecnológico na execução e da não realização de

ensaios com testemunhos de barras de aço extraídos de pilares, adotou-se um coeficiente

de ponderação igual ao valor de projeto, ou seja:

• γ

S,aval

= 1,15

c) Ponderação das ações permanentes

No caso das ações permanentes, em virtude dos levantamentos e caracterizações

geométricas efetuadas, puderam reduzir-se incertezas de projeto. Dessa forma, conforme

apontou Allen (1991), o coeficiente de variação deste parâmetro ficaria reduzido ao valor

de 5%. Porém, optou-se adotar um valor de 7,5% para

G,aval

de forma a resguardar

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

131

possíveis equívocos para o padrão de amostragem nas medições dos elementos estruturais

do edifício “A”. De posse desse valor, considerando o valor de β

aval

já apontado e

utilizando

igual a 0,75, na expressão (5.30), obteve-se:

• γ

G,aval

= 1,19

Próximo ao 1,20 proposto por Laranja e Brito (2000), embora diferindo do limite de

redução de 10% sugerido por Cabré (1994) para as situações de rigorosa investigação e

medições

in loco.

d) Coeficiente de ponderação das sobrecargas de utilização

Para as sobrecargas de utilização, o procedimento adotado para estabelecimento do fator

parcial retomou o emprego da expressão (5.31), na qual foi requerido a integração da

expressão (5.5) para os dois níveis acumulados 95% e 99,5%, conforme a definição de

coeficiente de majoração (FERRY-BORGES; CASTANHETA, 1971). Dessa forma, da

integração obteve-se:

• X

95%

Æ 0,875 kN/m

• X

99,5%

Æ 1,14 kN/m

Ao se aplicar tais valores em (5.31) foi determinado, para o coeficiente de ponderação das

sobrecargas de avaliação.

%95

%5,99

avalQ

875,0

14,1

avalQ

Obtendo-se como coeficiente de ponderação das cargas acidentais:

• γ

Q,aval

= 1,30

e) Coeficiente de ponderação das forças de vento

Para este trabalho, nenhum procedimento foi proposto para a redução do coeficiente

relativo a ponderação das ações devidas ao vento. Isto se deriva do fato de que tais

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

132

fenômenos possuem variabilidade inerente fora do controle e domínio humano o que torna

inviável a redução de incertezas na sua ocorrência (ACHE, 2003). Dessa forma adotou-se:

• γ

W,aval

= 1,40

6.3.1.5 Coeficiente global de segurança na avaliação

De posse de todas as considerações anteriores, pôde-se determinar o coeficiente global de

segurança efetivo a ser respeitado por ocasião da intervenção nos pilares, de uma forma

específica às condições do edifício “A”.

Conforme Montoya et al (1973a), a segurança global contra o colapso de pilares relaciona-

se ao produto das margens individuais de segurança auferidas ao concreto (passível de

ruptura por compressão) e à ação dominante que, no caso, é representada pelas cargas

permanentes. Assim, conforme denotado pela expressão (5.33) determinou-se, para o

edifício “A”, segundo as condições e os meios disponíveis para a redução de incertezas de

projeto e, respeitando-se o índice de confiabilidade (β

aval

) já informado, o seguinte valor

para a segurança global durante a recuperação estrutural de pilares:

• γ

aval

= 1,31

6.3.1.6 Fator de combinação para ações variáveis

Conforme expresso, em virtude do reduzido período de tempo envolvido na análise da

segurança para recuperação estrutural de pilares, tem-se elevada probabilidade de que as

cargas variáveis independentes, definidas para tal situação, ocorram simultaneamente e

com suas intensidades máximas. Turkstra e Madsen (1980) evidenciaram esta tendência ao

reduzir-se o intervalo de tempo considerado nas simulações de carregamentos.

Uma vez que, o índice de confiabilidade na avaliação exibe uma redução de ∆=0,25, em

relação àquele definido em projeto, a partir da Tabela 5.7 defini-se o seguinte valor para o

fator de combinação para o

ELU:

• ψ

0,aval

= 0,70

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

133

6.3.1.7 Resumos dos parâmetros adotados na avaliação

A partir de todas as considerações realizadas para o edifício “A”, tendo-se baseado na

pesquisa teórico-experimental e nas apropriações

in loco, foram estabelecidos os

parâmetros relacionados e os valores de cargas e resistências para a situação de avaliação.

A Tabela 6.10 apresenta um quadro comparativo entre esses valores e aqueles

considerados em projeto.

Tabela 6.10 – Comparação entre os parâmetros de projeto e de avaliação – edifício “A”.

Resistências

(MPa)

Ações

(kN/m

)

Coeficientes de ponderação

Utilização Resistências Ações

Situação

Conc Aço

Q/S/

A.S.

Vento

(m/s)

Conc Aço Perm sobr vent

MOD

Projeto 25,00 420,0 1,50 2,00 34,00 1,40 1,15 1,40 1,40 1,40 1,96 0,85

Avaliação 24,66 420,0 0,875 0,875 27,20 1,10 1,15 1,19 1,30 1,40 1,31

Tabela

6.9

Observações:

Q/S/C – sobrecarga para quarto, sala e cozinha;

A.S. – sobrecargas nas áreas de serviço;

Conc – concreto;

Perm – relacionado às ações permanentes;

Sobr – relacionado às sobrecargas de utilização;

Vent – relacionado às ações devidas ao vento.

6.3.2 Considerações de avaliação – edifício “B”

Para o edifício “B” dispunham-se dos resultados do controle tecnológico do concreto e do

aço da época de execução da obra. Dessa forma, na determinação da resistência do

primeiro material nos dias atuais, foi utilizada a formulação para estimativa de crescimento

da resistência do concreto no decorrer do tempo, de acordo com a NBR 6118 (ABNT,

2003).

Não se realizaram os levantamentos e caracterizações geométricas de elementos

permanentes, por se tratar de uma simulação e também devido à indisponibilidade para

realização de tais medidas no edifício em estudo. Todas as considerações realizadas estão

dispostas como se segue.

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

134

6.3.2.1 Resistência dos materiais

a) Resistência do concreto e coeficiente de modificação (K

MOD,aval

)

Dos ensaios de controle tecnológico realizados quando da execução do edifício “B”,

apresentado na Tabela 6.6, foi obtido o valor estimado para o f

c,28

, por meio da aplicação

do estimador dado no item 7.2.3.1 (NBR 12655:1996) dado pela equação (6.1). O valor

para resistência encontrado aos 28 dias foi de:

• f

ck,est

= 23,53 MPa

Para a determinação do ganho de resistência no período que vai desde a concretagem dos

pilares do subsolo 2, em 1997, até os dias atuais, data da suposta intervenção estrutural, foi

tomada a formulação normativa expressa em (5.8). Sendo o cimento empregado nos pilares

do tipo

ARI Plus (S=0,2) e, considerando o período de janeiro de 1997 a dezembro de 2005

(t ≈ 3250 dias). Obteve-se para K

MOD1

, a partir de (5.8), o valor de:

• K

MOD1

= 1,19

Os resultados dos ensaios de testemunhos extraídos de pilares do edifício “A” mostraram

que o ganho de resistência pode muito baixo após os 28 dias, principalmente se os

elementos concretados não forem submetidos a condições ideais de cura. Assim, cuidados

deverão ser tomados na aplicação da formulação (5.8), pois ela pode não refletir as

características dos cimentos fabricados no Brasil e das condições em que são empregados

os concretos com eles produzidos. Para a aplicação da metodologia a partir dos dados do

edifício “B” será admitida suficiente a formulação em questão. No entanto, para melhoria

do processo proposto, deverão ser realizados estudos da evolução da resistência para as

condições dos cimentos nacionais produzidos, sobretudo nos últimos 10 anos, para

aperfeiçoamento e maior confiabilidade.

Este foi o valor utilizado no estabelecimento da resistência à compressão do concreto, uma

vez que, se encontra dentro do limite de 20% de crescimento proposto por Da Cunha e

Vieira Ângelo (2003) para os caso em que f

est

≥f

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

135

Na obtenção do coeficiente de modificação K

MOD2

foi adotado o mesmo critério utilizado

para o edifício “A”, em que as cargas verticais de cálculo obtidas pelo modelo

computacional do edifício foram comparadas às resistências de cálculo do concreto e aço

da seção, observando o limite de 70% da relação R

. Os resultados foram apresentados

na Tabela 6.11.

Tabela 6.11 – Análise do K

MOD2

– edifício “B”

Pilar

Carga axial

de cálculo

modelagem

(kN)

*Carga

admissível

de cálculo

da seção

(kN)

(%)

MOD2

Pilar

Carga axial

de cálculo

modelagem

(kN)

*Carga

admissível

de cálculo

da seção

(kN)

(%)

MOD2

2481,7 4040,9 61% 1,00

2311,7 3680,6 63% 1,00

2 2443,2 4110,4 59% 1,00 23 1421,0 2270,3 63% 1,00

3 2599,9 4110,4 63% 1,00 24 1407,2 2130,2 66% 1,00

2923,6 4620,0 63% 1,00

1505,3 2130,2 71% 0,75

5 2934,2 4620,0 64% 1,00 26 1504,4 2130,2 71% 0,75

6 2471,4 4110,4 60% 1,00 27 1515,8 2130,2 71% 0,75

2179,6 4110,4 53% 1,00

1174,8 1990,1 59% 1,00

8 2143,3 3820,8 56% 1,00 29 1566,2 2530,0 62% 1,00

9 1477,6 2130,4 69% 1,00 30 1377,0 1630,6 84% 0,75

1348,8 1630,6 82% 0,75

1134,2 1630,6 69% 1,00

11 1287,3 1630,6 79% 0,75 32 1133,0 1630,6 69% 1,00

12 1066,3 2130,4 50% 1,00 33 1355,0 1630,6 83% 0,75

1543,1 2270,3 68% 1,00

1023,6 2530,0 40% 1,00

14 1450,8 2270,3 64% 1,00 35 2517,9 4040,9 62% 1,00

15 1284,5 2270,3 57% 1,00 36 2357,7 4110,4 57% 1,00

1151,8 1990,1 58% 1,00

2465,5 4110,4 60% 1,00

17 2151,1 3820,8 56% 1,00 38 2166,6 3540,3 61% 1,00

18 2137,5 3820,8 56% 1,00 39 2022,6 3540,3 57% 1,00

2467,2 3900,6 63% 1,00

2391,9 4110,4 58% 1,00

20 1716,4 3680,6 47% 1,00 41 2045,8 4110,4 50% 1,00

1687,9 3680,6 46% 1,00

2097,5 3680,6 58% 1,00

Devido ao fato de os ensaios do controle tecnológico terem sido realizados em corpos-de-

prova de dimensões 15x30 cm, para K

MOD3

assumiu-se o valor de 0,95 (FUSCO, 1993).

Desse modo, para a determinação da resistência à compressão efetiva nos pilares do

subsolo 2, foram obtidos os seguintes valores de K

MOD,aval

pela expressão (5.11)

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

136

Tabela 6.12 – Valores de K

MOD,aval

– edifício “B”

Pilar K

MOD1

MOD2

MOD3

MOD,aval

Pilar K

MOD1

MOD2

MOD3

MOD,aval

1 1,19 1,00 0,95 1,13 22 1,19 1,00 0,95 1,13

2 1,19 1,00 0,95 1,13 23 1,19 1,00 0,95 1,13

3 1,19 1,00 0,95 1,13 24 1,19 1,00 0,95 0,85

4 1,19 1,00 0,95 1,13 25 1,19 0,75 0,95 0,85

5 1,19 1,00 0,95 1,13 26 1,19 0,75 0,95 0,85

6 1,19 1,00 0,95 1,13 27 1,19 0,75 0,95 0,85

7 1,19 1,00 0,95 1,13 28 1,19 1,00 0,95 1,13

8 1,19 1,00 0,95 1,13 29 1,19 1,00 0,95 1,13

9 1,19 1,00 0,95 0,85 30 1,19 0,75 0,95 0,85

10 1,19 0,75 0,95 0,85 31 1,19 1,00 0,95 1,13

11 1,19 0,75 0,95 0,85 32 1,19 1,00 0,95 1,13

12 1,19 1,00 0,95 1,13 33 1,19 0,75 0,95 0,85

13 1,19 1,00 0,95 1,13 34 1,19 1,00 0,95 1,13

14 1,19 1,00 0,95 1,13 35 1,19 1,00 0,95 1,13

15 1,19 1,00 0,95 1,13 36 1,19 1,00 0,95 1,13

16 1,19 1,00 0,95 1,13 37 1,19 1,00 0,95 1,13

17 1,19 1,00 0,95 1,13 38 1,19 1,00 0,95 1,13

18 1,19 1,00 0,95 1,13 39 1,19 1,00 0,95 1,13

19 1,19 1,00 0,95 1,13 40 1,19 1,00 0,95 1,13

20 1,19 1,00 0,95 1,13 41 1,19 1,00 0,95 1,13

21 1,19 1,00 0,95 1,13 42 1,19 1,00 0,95 1,13

b) Resistência do aço

Os ensaios de resistência ao escoamento na tração em barras de aço, quando seus

resultados apontam valores superiores àqueles utilizados em projeto, não sendo

empregados nas atualizações e considerações sobre esta propriedade na avaliação. Para o

caso específico do edifício “B”, a Tabela 6.7, analisada estatisticamente, aponta para tal

situação. Assim, por questões de garantia da segurança, adotou-se para a avaliação, a

resistência na deformação de 2

‰, a mesma utilizada em projeto. Neste caso:

• f

yk,aval

= 420 MPa

6.3.2.2 Obtenção das ações para avaliação

a) Ações permanentes

Não foram, neste caso, realizadas medições e levantamentos

in loco das dimensões de

elementos permanentes, estruturais ou não. No entanto, tendo-se por base a indicação

encontrada em Ellingwood et al (1980), o valor característico das dimensões de elementos

estruturais foi tomado a partir das dimensões nominais de projeto realizando-se, a partir

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

137

destas, um acréscimo de 5% para ter-se em conta a redução de incertezas (Item 5.4.2.1 .

Nestas condições assumiu-se um coeficiente de variação da ordem de 10% para esta

variável. Com base nos projetos de forma de todos os pavimentos do edifício em questão e,

aplicando o exposto, foram determinadas as dimensões características de avaliação, que

são apresentadas na Tabela 6.13.

Tabela 6.13 – Determinação das dimensões características das peças estruturais de

concreto para avaliação

– edifício “B”.

Elemento Dimensão

Valor nominal

de projeto

(cm)

Valor característico

de avaliação

(acréscimo de 5%)

(cm)

Coef. de

variação

adotado %

10,0 10,5 10%

Base (b)

20,0 21,0 10%

40,0 42,0 10%

Viga

Altura (h)

50,0 52,5 10%

15,0 15,0 10%

Lado menor

20,0 21,0 10%

50,0 52,5 10%

60,0 63,0 10%

70,0 73,5 10%

75,0 78,75 10%

80,0 84,0 10%

90,0 94,5 10%

Pilar

Lado maior

100,0 105,0 10%

7,0 7,35 10%

8,0 8,4 10%

Laje Altura

9,0 9,45 10%

Paredes e demais elementos fixos foram tomados conforme projeto.

b) Ações variáveis de utilização

A sobrecarga de utilização mais compatível com os períodos de recuperação de pilares,

sendo aquela proveniente de levantamentos instantâneos, foi adotada, assim como o caso

do edifício “A”, partindo-se do ajuste feito por Corotis e Doshi (1977), sendo seu valor

único para todas as regiões das lajes, igual a 0,875 kN/m

c) Ações devidas ao vento

Com relação à velocidade básica do vento, o valor usado na avaliação comportou redução

dada pelo fator de ajustamento de Rosowsky (1995), estabelecido na Tabela 5.2. Assim, a

exemplo do que ocorreu no edifício “A”, a velocidade básica na avaliação da segurança na

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

138

recuperação estrutural de pilares, proposta neste trabalho, possui valor de 27,20 m/s para a

cidade de Uberlândia.

Fatores S

, S

, e S

, além dos coeficientes de arrasto, foram considerados de acordo com as

características do local de implantação e das dimensões da edificação em si, conforme

prescreve a NBR 6123 (ABNT, 1988).

6.3.2.3 Probabilidade de falha

Para esta aplicação foi considerado que o edifício “B” apresentasse as mesmas condições

gerais do edifício “A”, incluindo as características de inspeção e problemas de corrosão nas

armaduras dos pilares do subsolo 2 (garagem) ainda em estágio inicial. Dessa forma,

adotou-se uma probabilidade de falha na avaliação:

• β

aval

= 3,25

6.3.2.4 Coeficientes de ponderação

a) Ponderação do concreto

Para o edifício “B”, a fixação dos fatores parciais de segurança, tanto para os materiais,

quanto para as ações, foi realizada em função dos dados existentes e que foram

disponibilizados pela construtora para a realização desta pesquisa. Tais informações

referem-se aos projetos, controle tecnológico do concreto e aço, diários de obra, etc.

Para o coeficiente de ponderação do concreto, a amostragem obtida do rompimento dos

corpos-de-prova não apresentava número suficiente de elementos para a realização das

devidas considerações sobre o coeficiente de variação, que é diretamente ligado à fixação

dos fatores parciais. Conforme Fusco (1976), trata-se das chamadas pequenas amostras e o

que pode ser feito é o estabelecimento de um intervalo de confiança para o desvio-padrão.

No entanto, para as finalidades deste trabalho, adotou-se a formulação para o

“dimensionamento” do coeficiente de variação da resistência à compressão do concreto

utilizado na obra. Isto foi feito com base na formulação (5.13), tendo-se como parâmetros

de entrada, aqueles definidos na Tabela 5.4, aceitando-se que o concreto usinado foi

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

139

fornecido por um empresa honesta, levando-se em conta a idoneidade da construtora e

sabendo-se que a estrutura foi concebida com o uso de programa de cálculo. Da Tabela 5.4

definiu-se então:

• δ

= 0,10 (condições cuidadosas de preparo do material)

• δ

= 0,10 (condições cuidadosas de execução)

• δ

= 0,05 (condições cuidadosas de dimensionamento das seções e elementos

estruturais)

Aplicando-se tais valores na formulação (5.13), obteve-se para o coeficiente de variação da

resistência à compressão do concreto na avaliação (

c,aval

) o valor de 15%.

O ajuste no coeficiente de minoração do concreto foi realizado utilizando-se a expressão

(5.25), com β

aval

=3,25 e α

=0,80. Isto levou ao seguinte fator parcial na avaliação:

• γ

c,aval

= 1,23

O que significa uma redução de 12% em relação ao usado em projeto, em função da

redução do nível de incertezas na situação de avaliação.

b) Ponderação do aço

A amostragem utilizada nos ensaios de tração do aço foi considerada satisfatória para as

considerações relativas ao coeficiente de variação de sua resistência ao escoamento.

Conforme apontado no Item 6.2.2.1 este parâmetro foi generalizado segundo um valor de

6,1%, tanto para a bitolagem de 16 mm, quanto para a de 20 mm. Finalmente, o fator

parcial de ponderação do aço na avaliação (

s,aval

) para o edifício “B”, foi obtido com

aplicação de

s,aval

=6,1%, juntamente com o β

aval

já definido e α

=0,80 na expressão

(5.26), o que gerou:

• γ

s,aval

= 1,07

c) Ponderação das ações permanentes

No caso das ações permanentes, apesar de que para o edifício “B” não terem sido

realizados os devidos levantamentos e caracterizações de seus elementos fixos, optou-se

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

140

pela adoção de um coeficiente de variação de 10% e tomando uma distribuição normal

para o comportamento dessas cargas (ALLEN, 1991; LARANJA; BRITO, 2000). No caso

de uma intervenção real, uma redução efetiva nas incertezas desse tipo de solicitação

deveria ser efetuada mediante procedimentos já descritos no Item 5.4.2.1 Para a situação

em questão, adotou-se, além de

G,aval

=10%, um β

aval

=3,25 e α

=0,75 que, aplicados juntos

à formulação (5.25), obteve-se:

• γ

G,aval

= 1,24

d) Ponderação das ações variáveis de utilização

Para as sobrecargas de utilização, na determinação de um coeficiente parcial para

avaliação, foi empregado o mesmo procedimento usado para o edifício “A”. Sendo os

valores de X

95%

e X

99,5%

os mesmos para os dois edifícios, resultou em um mesmo γ

Q,aval

Assim, foi utilizado, para este parâmetro, o valor de 1,30.

e) Ponderação das ações devidas ao vento

Pelos motivos já expostos, as ações devidas ao vento não comportaram reduções no

coeficiente de ponderação para a avaliação. Isto levou a utilização do coeficiente

normativo de projeto, ou seja:

• γ

w,aval

= 1,40

6.3.2.5 Coeficiente global de segurança na avaliação

De posse de todo o exposto, pôde-se determinar o coeficiente global de segurança efetivo a

ser respeitado por ocasião da intervenção nos pilares, de forma específica para o edifício

“B”. Neste caso, a menor disponibilidade de informações, principalmente sobre as ações

permanentes e sobre o coeficiente de variação da resistência à compressão do concreto,

fez-se refletir no coeficiente global de segurança, que assumiu um valor suficiente para

cobrir o grau de incertezas ainda existentes.

• γ

aval

= 1,53

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

141

Nota-se que o coeficiente de segurança admissível na avaliação do edifício “B” possui um

valor superior ao do edifício “A”. Isto se justifica pela menor redução de incertezas neste

segundo exemplo de aplicação.

6.3.2.6 Fator de combinação para ações variáveis

Semelhante ao considerado para o edifício “A”, em função da redução do índice de

confiabilidade para a avaliação, estabeleceu-se o novo fator de combinação para cargas

variáveis:

• ψ

0,aval

= 0,70

6.3.2.7 Resumos dos parâmetros adotados na avaliação

A partir de todas as considerações feitas para o edifício “B”, tendo-se baseado na

pesquisa teórica e dados experimentais do controle tecnológico, foram estabelecidos os

parâmetros relacionados e os valores de cargas e resistências para a situação de avaliação.

A Tabela 6.14 apresenta um quadro comparativo entre esses valores e aqueles normativos

de projeto.

Tabela 6.14 – Comparação entre os parâmetros de projeto e de avaliação – edifício “B”.

Resistências

(MPa)

Ações

(kN/m

)

Coeficientes de ponderação

Utilização Resistências Ações

Situação

Conc Aço

Q/S/

A.S.

Vento

(m/s)

Conc Aço Perm sobr vent

MOD

Projeto 20,00 420,0 1,50 2,00 34,00 1,40 1,15 1,40 1,40 1,40 1,96 0,85

Avaliação 23,53 420,0 0,875 0,875 27,20 1,23 1,07 1,24 1,30 1,40 1,53

Tabela

6.12

Observações:

Q/S/C – sobrecarga para quarto, sala e cozinha;

A.S. – sobrecargas nas áreas de serviço;

Conc – concreto;

Perm – relacionado às ações permanentes;

Sobr – relacionado às sobrecargas de utilização;

Vent – relacionado às ações devidas ao vento.

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

142

6.4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

Da modelagem dos dois edifícios estudados em meio computacional e, partindo-se dos

parâmetros definidos especificamente para a ocasião da suposta recuperação estrutural nos

dois casos, realizou-se a geração de esforços comparando-os com as resistências efetivas

oferecidas pelas seções transversais dos pilares no momento da intervenção. Nesta

comparação levaram-se em consideração, tanto as cargas verticais, quanto os momentos

atuantes, balizando-se a análise no coeficiente de segurança global de avaliação definido

para cada um dos edifícios.

Dessa análise, seguiu-se à decisão quanto ao procedimento de recuperação a adotar:

• Estabelecimento da quantidade de concreto deteriorado a ser extraída de uma só

vez na seção, mantendo-se uma segurança pré-estabelecida;

• Ou escoramento do elemento estrutural caso o coeficiente global não fosse

atendido.

Nos casos em que a resistência da seção do pilar existente propiciou, frente às cargas de

avaliação, a possibilidade de intervenção para a remoção de concreto deteriorado, foi

necessário regulamentar a forma de execução dos serviços. De uma forma geral e mesmo

se o coeficiente global assim o permitisse, foi descartada a possibilidade de corte e retirada

de material de toda a seção. Isto foi adotado em virtude da possibilidade de flambagem

local das barras longitudinais caso estas permanecessem, ao mesmo tempo, sem uma

devida camada de cobrimento, ainda que pouco espessa. Também se descartou a

intervenção sem escoramento quando a folga no coeficiente global de segurança fosse

muito pequena.

Assim, uma orientação geral a ser obedecida nos trabalhos de recuperação, proposta como

uma padronização para análise, é apresentada na Figura 6.3:

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

143

Figura 6.3 – Tipos de intervenções propostas – vista em planta.

Para a extração de parcela de concreto deteriorado que garanta a perfeita assepsia das

armaduras e com ela a garantia de estabilização do processo corrosivo, faz-se necessária a

retirada de material não só da camada de cobrimento, mas também de uma parte mais

profunda do concreto. Foi considerada, então, a necessidade da retirada e escarificação de

uma profundidade de 1,0 cm “por trás” das armaduras longitudinais, o que gerou uma

profundidade final de extração, para os dois casos “A” e “B”, de 5,0 cm em média (1,5 cm

de cobrimento, 0,63 cm do estribo e uma média de 1,6 cm da armadura longitudinal). Um

esquema da extração a ser realizada é mostrado na Figura 6.4.

Figura 6.4 – Representação esquemática da profundidade de remoção de

concreto deteriorado no pilar.

A altura de remoção deverá se estender até os pontos onde ainda existam corrosões nas

barras. Em geral, nas garagens de edifícios, a deterioração se estende até 1,0 m em relação

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

144

ao piso, pois, esta é a altura geralmente despassivada da armadura e com umidade

suficiente para a propagação do processo corrosivo. A Figura 6.5 apresenta um esquema da

altura de extração.

Figura 6.5 – Representação esquemática da altura de remoção de concreto

deteriorado no pilar.

Nos caso em que seja necessária a intervenção que extrapole a altura mostrada na Figura

6.5, tendo que se extrair concreto deteriorado em faixas mais extensas do pilar ou que na

região os estribos estejam rompidos, faz-se conveniente a retirada do material em partes,

fracionando a execução do serviço de modo a respeitar uma altura de máxima de concreto

a se retirar por vez, a qual será função do diâmetro da barra. Este procedimento visa à

proteção das armaduras longitudinais frente à possibilidade de flambagem local,

normalmente contida pelos estribos e pela camada de cobrimento existente sobre a

armadura.

As intervenções sempre são realizadas por empresas especializadas neste tipo de serviço.

As indicações apresentadas na Figura 6.3 não constituem as únicas possibilidades para

execução dos serviços. Uma interação entre consultor e empresa especializada deve ser

realizada o que poderá render como frutos, outros tipos ou esquemas de intervenção.

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

145

Outras considerações ainda poderão ser feitas de acordo com a mão-de-obra e produtos de

reparos disponíveis.

6.4.1 Observações sobre a modelagem de edifícios existentes

A metodologia apresentada neste trabalho preconizou a modelagem da estrutura existente

em programa de cálculo, utilizando procedimentos de análise estrutural mais sofisticados,

para se chegar a esforços mais condizentes com aqueles atuantes no edifício. A partir do

modelo realizado no microcomputador, que deveria inicialmente refletir de uma forma fiel

a estrutura construída, fez-se a entrada dos parâmetros de avaliação, obtendo-se assim os

esforços nos períodos reduzidos de tempo.

Uma inconsistência surgiu na construção de tal modelo uma vez que, em alguns pilares,

tanto no caso “A” quanto no caso “B”, os esforços inicialmente gerados no programa a

partir dos parâmetros normativos de projeto, diferiam em mais que 10% dos esforços com

que os pilares foram dimensionados. Assim, para contemplar as diferenças entre o modelo

estrutural aproximado mediante o programa e as cargas fornecidas no projeto, foram

determinados fatores de ajuste. Estes fatores foram obtidos considerando a relação entre o

valor de projeto e o maior valor do somatório das cargas verticais obtidas pelo programa.

Na fase inicial de modelagem, o procedimento para adoção dos valores das cargas atuantes

basicamente, resumiu-se em:

• Esforços gerados pelo modelo computacional foram maiores que os esforços de

cálculo – obtenção de fatores de ajustes iguais a 1,0;

• Esforços de projeto maiores que os esforços do modelo – obtenção de fatores de

ajuste maiores que 1,0.

Posteriormente, ao se gerar os esforços de avaliação, estes foram submetidos ao ajuste

proposto, para só então estarem aptos a representarem aos valores reduzidos propostos para

a finalidade deste trabalho.

Tal procedimento foi assumido em favor da segurança, uma vez que não se pôde garantir

qual das situações, modelo para avaliação ou modelo de projeto, refletia de forma mais

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

146

aproximada, o comportamento da estrutura. Estudos relativos à remodelagem de estruturas

existentes deverão ser realizados para um maior aperfeiçoamento da metodologia

apresentada.

Em virtude dos momentos atuantes na fundação não se apresentarem disponíveis nos

projetos, em ambos os casos, foram assumidos como atuantes aqueles gerados na

modelagem estrutural realizada no programa de cálculo para avaliação.

No processamento do modelo computacional de avaliação foram utilizados os recursos: a)

análise estrutural via pórtico espacial; b) efeitos de segunda ordem global e local; c) análise

elástica linear para geração dos esforços; d) efeitos de desaprumo e imperfeições globais;

e) aplicação de força de vento, entre outros.

Os detalhes e considerações na modelagem dos edifícios encontram-se no Apêndice B

. A

Tabela 6.15 e a Tabela 6.16 apresentam os esforços de projeto (de dimensionamento) e os

esforços obtidos no modelo (com os parâmetros normativos de projeto), e os respectivos

fatores de ajuste para as cargas atuantes nos pilares.

Tabela 6.15 – Esforços de projeto e do modelo computacional (com os parâmetros

normativos de projeto) - edifício “A”.

Valores característicos

Resultados obtidos no modelo Projeto

Pilar

Peso

próprio

G1 (kN)

Cargas

permanentes

G2 (kN)

Carga

acidental

Q (kN)

Vento

em X

(kN)

Vento

em Y

(kN)

Carga

axial

(kN)

Fator de

ajuste

1 1307,3 1101,1 324,0 810,0 530,0 2990,0 1,00

2 3120,6 2354,5 936,6 1500,0 280,0 7210,0 1,00

3 1656,7 1512,7 476,6 940,0 410,0 4620,0 1,01

4 2604,6 2169,3 763,1 230,0 890,0 7180,0 1,12

5 5393,9 4278,1 1745,1 1220,0 0,0 13740,0 1,09

6 2780,4 1731,4 733,3 880,0 620,0 6590,0 1,08

7 2512,5 1500,0 703,8 360,0 1030,0 5090,0 1,00

8 2537,4 1172,6 666,5 830,0 1020,0 5570,0 1,03

9 2512,5 1500,0 704,8 150,0 1040,0 5810,0 1,01

10 2256,8 2200,4 704,2 270,0 440,0 4800,0 1,00

11 3053 2224,1 927,4 780,0 1260,0 6970,0 1,00

12 935,3 876,6 178,8 730,0 660,0 2390,0 1,00

13 2107,5 1830,9 347,6 1280,0 200,0 6710,0 1,21

14 2209,4 1027,3 523,6 670,0 670,0 4060,0 1,00

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

147

Tabela 6.16 – Esforços de projeto e esforços no modelo computacional (com os

parâmetros de projeto) - edifício “B”.

Valores característicos

Resultados obtidos no modelo Projeto

Pilar

Peso

próprio

G1 (kN)

Cargas

permanentes

G2 (kN)

Carga

acidental

Q (kN)

Vento

em X

(kN)

Vento

em Y

(kN)

Carga

axial

(kN)

Fator de

ajuste

1 572,4 599,2 184,5 19,4 188,5 1840,0 1,19

720,7 614,7 232,5 94,3 253,2 1710,0 1,00

3 816,1 558,0 290,1 122,0 275,5 1810,0 1,00

4 973,0 541,4 447,3 15,7 180,8 2040,0 1,00

5 916,4 589,2 472,0 11,6 168,9 2050,0 1,00

6 729,9 527,8 296,0 130,9 302,3 1810,0 1,00

7 527,9 422,6 170,6 121,3 197,2 1630,0 1,24

8 329,6 340,8 106,9 9,2 33,2 1550,0 1,91

9 445,3 327,6 146,8 241,4 193,9 920,0 1,00

10 406,4 273,3 130,1 263,5 219,5 460,0 1,00

11 383,4 253,6 130,1 266,3 217,7 460,0 1,00

12 273,2 194,5 80,9 114,7 45,8 870,0 1,31

13 526,3 344,7 228,2 62,7 4,3 850,0 1,00

14 474,2 327,4 224,6 65,3 14,4 840,0 1,00

15 398,3 385,7 120,8 119,7 18,1 860,0 1,00

16 313,6 336,3 92,5 87,3 114,7 680,0 1,00

17 629,9 424,7 395,2 33,1 123,9 1430,0 1,00

18 609,8 438,6 391,9 35,1 123,6 1420,0 1,00

19 747,9 713,3 223,6 64,2 12,5 1820,0 1,04

20 542,8 363,4 182,1 67,3 2,2 1300,0 1,12

21 535,2 338,3 180,7 58,2 2,6 1270,0 1,14

22 635,8 657,2 204,9 62,9 0,7 1720,0 1,10

23 437,6 397,4 124,6 106,7 79,1 840,0 1,00

24 433,8 304,3 237,1 221,0 42,8 750,0 1,00

25 385,7 311,3 244,0 30,7 191,7 800,0 1,00

26 381,1 312,7 243,6 33,5 196,0 790,0 1,00

27 422,1 290,9 232,5 33,5 196,0 740,0 1,00

28 320,0 343,1 99,0 76,4 110,1 700,0 1,00

29 472,6 328,1 154,2 216,4 234,0 900,0 1,00

30 420,4 265,8 139,0 272,7 226,2 460,0 1,00

31 283,1 258,8 182,7 78,4 122,2 500,0 1,00

32 281,5 260,1 181,9 80,0 122,6 520,0 1,00

33 404,3 266,4 140,3 273,6 224,1 460,0 1,00

34 279,8 202,4 83,7 115,7 19,4 860,0 1,26

35 568,6 556,5 171,1 36,7 249,5 1890,0 1,22

36 688,4 556,6 224,8 128,3 306,1 1730,0 1,00

37 694,2 441,4 255,9 123,1 265,6 1850,0 1,12

38 470,5 377,6 196,2 2,3 182,9 1620,0 1,32

39 482,9 424,7 210,8 5,6 188,4 1510,0 1,16

40 703,7 480,3 270,8 121,9 296,7 1800,0 1,03

41 460,9 349,9 139,1 137,6 53,1 1610,0 1,48

42 463,2 513,3 158,9 21,8 172,8 1560,0 1,19

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

148

6.4.2 Definição do tipo de intervenção - edifício “A”

Feitas as considerações necessárias para os esforços atuantes e as resistências efetivas das

seções dos pilares do edifício em estudo e, a partir do modelo computacional de sua

estrutura, introduziram-se no programa os novos parâmetros, possibilitando assim a

obtenção dos esforços de avaliação. De um modo geral, assistiu-se a um aumento nas

cargas permanentes da parcela do peso próprio dos elementos estruturais, em virtude de os

levantamentos no campo apontarem para seções com dimensões maiores em relação às de

projeto. No geral, este aumento foi da ordem de 5%, confirmando as informações de

Ellingwood et al (1980):

¾ No total foram 34987,9 kN com os dados de cálculo e 36770,11 kN obtidos

com as informações de avaliação.

Verificou-se um decréscimo no valor da carga acidental por pilar, da ordem de 40% em

média, o mesmo podendo-se dizer com relação às ações verticais devidas ao vento. No

caso dos momentos, essa redução média foi da ordem de 37% tanto em X, quanto em Y.

A Tabela 6.17 apresenta os valores das cargas verticais e dos momentos de avaliação.

Tabela 6.17 – Esforços de avaliação majorados com os coeficientes específicos para a

intervenção.

Esforços de avaliação - majorados

Pilar

*Permanente+acidental

+vento em X (kN)

**Permanente+acidental+

vento em Y (kN)

Momento

em X (kN.m)

Momento

em Y (kN.m)

P1 3819,4 3593,0 17,4 140,4

P2 8449,7 7441,5 902,1 59,9

P3 4978,6 4531,9 26,7 455,0

P4 7243,3 7878,9 880,3 44,4

P5 15072,8 13968,3 577,8 608,5

P6 6825,0 6607,3 87,5 591,1

P7 5701,3 6298,0 53,2 531,4

P8 5837,6 6012,4 575,1 34,6

P9 5346,4 6119,8 35,3 390,4

P10 6397,4 6552,1 126,6 91,0

P11 7600,2 8044,9 67,8 462,1

P12 2973,2 2909,8 17,6 79,2

P13 7297,2 6238,1 46,2 1059,5

P14 4877,9 4892,1 26,2 155,8

Observações:

* Permanente+acidental+vento em X (majorado) = 1,19G1+ 1,19G2 + 0,7x1,3Q+ 1,4Vx

** Permanente+acidental+vento em Y (majorado) = 1,19G1+ 1,19G2 + 0,7x1,3Q+ 1,4Vy

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

149

Em função dos estudos e ensaios realizados, a resistência oferecida pela seção transversal

dos pilares sofreu, por uma vez, alterações. Isto ocorreu em virtude da determinação da

resistência do concreto presente nos pilares da garagem através dos ensaios com

testemunhos extraídos, estabelecimento de novos coeficientes de ponderação para o

material e das definições sobre a ocorrência do efeito Rüsch.

O aço não influenciou na alteração da resistência das seções transversais dos pilares, uma

vez que não se realizaram ensaios com este material. Neste caso, os parâmetros influentes

na segurança foram tomados conforme valores de projeto.

A Tabela 6.18 mostra os valores das resistências à compressão das seções dos pilares da

garagem consideradas por ocasião de projeto e as resistências obtidas nos ensaios e

procedimentos da avaliação. Estas últimas representam os valores reais para o momento da

intervenção de recuperação.

Tabela 6.18 – Carga admissível nas seções de pilares de garagem em função dos dados

de ensaios e levantamentos realizados.

Dados da seção existente – obtidos nas inspeções e ensaios

Dimensões Áreas

Pilar

a (cm) h (cm)

*Aço

(cm

)

**Concreto

(cm

)

***f

cd,aval

Carga

admissível

no concreto

(kN)

Carga

admissível

no aço

(kN)

Carga

admissível

total

(kN)

P1 20,7 120,8 101,42 2393,80 212,97 5098,14 3704,11 8802,25

P2 31,1 150,5 214,40 4454,86 212,97 9487,64 7830,38 17318,02

P3 20,7 120,8 101,42 2393,80 159,73 3823,61 3704,11 7527,71

P4 51,0 81,4 149,15 3994,40 159,73 6380,24 5447,22 11827,45

P5 72,8 102,7 270,33 7192,00 159,73 11487,74 9873,08 21360,83

P6 31,1 120,8 149,15 3599,88 159,73 5750,07 5447,22 11197,29

P7 31,1 120,8 131,25 3618,72 212,97 7706,89 4793,55 12500,44

P8 31,1 120,8 131,25 3618,72 212,97 7706,89 4793,55 12500,44

P9 20,7 150,5 131,25 2977,19 159,73 4755,45 4793,55 9549,00

P10 54,5 54,5 95,46 2869,77 159,73 4583,87 3486,22 8070,09

P11 31,1 120,8 149,15 3599,88 159,73 5750,07 5447,22 11197,29

P12 20,7 81,4 53,46 1628,71 159,73 2601,53 1952,28 4553,82

P13 20,7 193,6 143,18 3856,80 159,73 6160,45 5229,33 11389,78

P14 31,1 120,7 61,09 3689,46 159,73 5893,16 2231,18 8124,34

Observações:

*Na contribuição do aço para a resistência da seção, considerou-se o número de barra de acordo com o projeto e

resistência mobilizada do aço segundo uma deformação de 2‰ (420 MPa). Admitiu-se ainda uma redução de 5%

em relação à área efetiva, em virtude de possíveis danos causados pela corrosão.

** A área de concreto menos a área efetiva de aço.

*** A resistência efetiva do concreto é dada por ÆK

MOD,aval

. f

ck,est

/γ

c,aval

A seqüência das atividades efetivou-se pelo dimensionamento dos pilares da garagem com

os parâmetros de avaliação, para determinação da solicitação normal equivalente. Tal

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

150

dimensionamento foi obtido por meio da ferramenta de cálculo, que retornou seções com

as características descritas na Tabela 6.19.

Tabela 6.19 – Determinação da solicitação normal equivalente - edifício “A”.

Resultados do dimensionamento com os dados de avaliação

Aço Concreto

Pilar

Nº de

barras

Bitola

(mm)

Área de

aço (cm

)

Parcela de

carga

assumida

pelo aço

(kN)

Área de

concreto

(cm

)

cd,aval

Parcela de

carga

assumida

pelo concreto

(kN)

Solicitação

normal

equivalente

(kN)

P1 46,0 10,0 36,11 1516,62 2464,45 212,97 5248,61 6765,23

P2 96,0 12,5 117,75 4945,50 4562,80 212,97 9717,52 14663,02

P3 74,0 12,5 90,77 3812,16 2409,79 159,73 3849,15 7661,31

P4 40,0 20,0 125,60 5275,20 4025,80 159,73 6430,39 11705,59

P5 58,0 20,0 182,12 7649,04 7294,44 159,73 11651,38 19300,42

P6 56,0 16,0 112,54 4726,58 3644,34 159,73 5821,09 10547,67

P7 66,0 12,5 80,95 3400,03 3675,93 212,97 7828,72 11228,75

P8 80,0 10,0 62,80 2637,60 3694,08 212,97 7867,38 10504,98

P9 58,0 16,0 116,56 4895,39 2998,79 159,73 4789,96 9685,34

P10 44,0 16,0 88,42 3713,74 2881,83 159,73 4603,13 8316,87

P11 48,0 16,0 96,46 4051,35 3660,42 159,73 5846,77 9898,12

P12 50,0 10,0 39,25 1648,50 1645,73 159,73 2628,72 4277,22

P13 128,0 10,0 100,48 4220,16 3907,04 159,73 6240,70 10460,86

P14 62,0 10,0 48,67 2044,14 3705,10 159,73 5918,14 7962,28

A solicitação normal equivalente, conforme já informado, representa aquela que age na

seção por ocasião da recuperação estrutural, levando-se em conta todas as particularidades

anteriormente estabelecidas. Assim, este artifício foi usado para transformar os esforços

presentes na seção (momentos e cargas verticais), em apenas uma carga axial atuante.

Dessa forma, levou-se a efeito: que as armaduras dos pilares são simétricas em todos os

casos, que a linha neutra não corta a seção e que a mesma esteja trabalhando no domínio 5.

Dessa forma, a comparação direta entre a resistência efetiva da seção, conforme

determinado em campo (Tabela 6.18), e a solicitação normal equivalente (Tabela 6.19),

para cada pilar, refletiu a equação de estado limite último, onde deveria ser preservado o

que prescreve a expressão (5.1). Nestas condições, onde foi excedido a unidade na

aplicação da expressão (5.1), significou a possibilidade de extração de concreto

deteriorado, respeitando os tipos de intervenções propostos. O excedente em carga

determinado foi assim convertido em comprimento de concreto a ser retirado, uma vez

conhecido a espessura da camada e a tensão em que trabalha o material. O resultado da

análise está exposto na Tabela 6.20.

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

151

Tabela 6.20 – Tipo de intervenção proposta - edifício “A”.

Análises – solicitação normal equivalente x resistência efetiva da seção.

Pilar

Solicitação

normal

equivalente -

d,aval

(kN)

Carga

admissível

total -

d,aval

(kN)

Saldo de

resistência

disponível

(kN)

d,,aval

d,aval

*Comprimento

de concreto a

retirar (cm)

**Tipo de

intervenção

proposta

P1 6765,23 8802,25 2037,02

1,30 191,0 I1

P2 14663,02 17318,02 2655,00

1,18 249,0 I1

P3 7661,31 7527,71 -133,60

0,98 -17,0 I4

P4 11705,59 11827,45 121,86

1,01 15,0 I4

P5 19300,42 21360,83 2060,41

1,11 258,0 I1

P6 10547,67 11197,29 649,62

1,06 81,0 I3

P7 11228,75 12500,44 1271,69

1,11 119,0 I2

P8 10504,98 12500,44 1995,46

1,19 187,0 I1

P9 9685,34 9549,00 -136,34

0,99 -17,0 I4

P10 8316,87 8070,09 -246,78

0,97 -31,0 I4

P11 9898,12 11197,29 1299,16

1,13 163,0 I1

P12 4277,22 4553,82 276,60

1,06 35,0 I3

P13 10460,86 11389,78 928,92

1,09 116,0 I3

P14 7962,28 8124,34 162,06

1,02 20,0 I4

Observações:

* Detalhe do cálculo do comprimento de concreto a retirar vide Apêndice C

**Tipos de intervenção (Figura 6.3):

I1 – intervenção com retirada de concreto em duas laterais – uma lateral maior e uma menor;

I2 – intervenção com retirada de concreto em uma lateral maior;

I3 – intervenção com retirada de concreto em metade de uma lateral maior;

I4 – intervenção com retirada de concreto em metade de uma lateral maior utilizando-se, no entanto,

escoramento apropriado.

Pelos resultados da Tabela 6.20, nota-se que, segundo os tipos de intervenções propostos,

em 36% dos pilares serão efetuadas a intervenção I1, 7% intervenção I2, 21% intervenção

I3 e 36% intervenção I4.

Uma vez que as aplicações da metodologia proposta nesta pesquisa foram simulações, não

foi considerada uma possível perda da camada de cobrimento na resistência das seções de

pilares. Em casos reais de recuperação, a detecção de fissuração ou destacamento da

camada de cobrimento, em virtude da corrosão das armaduras, poderá levar à

desconsideração total ou parcial dessa região do concreto.

6.4.3 Definição do tipo de intervenção - edifício “B”

De posse das considerações específicas de avaliação do edifício “B”, realizou-se o

processamento do modelo computacional, obtendo-se valores para os esforços, conforme

mostrados na Tabela 6.21.

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

152

Tabela 6.21 – Esforços de avaliação majorados com os coeficientes específicos para a

intervenção – edifício “B”.

Esforços de avaliação - majorados

Pilar

*Permanente

+acidental +vento

em X (kN)

**Permanente

+acidental +vento

em Y (kN)

Momento em X

(kN.m)

Momento em Y

(kN.m)

P1 2050,3 2150,9 83,3 13,9

P2 2006,3 2085,5 95,2 5,9

P3 2137,1 2213,6 90,4 6,5

P4 2416,5 2499,1 97,1 16,7

P5 2424,8 2503,5 87,5 16,6

P6 1999,1 2084,5 56,3 7,2

P7 1799,4 1845,5 95,9 5,3

P8 1881,7 1905,9 81,1 5,1

P9 1266,1 1242,3 14,0 9,8

P10 1136,9 1115,0 16,6 4,5

P11 1083,9 1059,7 9,2 5,3

P12 971,1 925,5 15,3 6,0

P13 1383,7 1354,0 30,9 6,4

P14 1291,1 1265,3 35,0 6,3

P15 1203,4 1153,0 37,4 5,0

P16 977,8 991,6 16,7 6,2

P17 1787,6 1833,1 50,2 5,7

P18 1777,7 1822,1 46,0 6,7

P19 2228,0 2200,8 2,9 74,5

P20 1554,7 1518,1 6,8 175,1

P21 1522,4 1490,6 4,1 179,3

P22 2086,1 2051,5 2,5 64,2

P23 1266,6 1253,3 38,9 5,0

P24 1320,9 1231,8 30,8 6,6

P25 1195,4 1276,2 20,2 5,6

P26 1192,3 1273,8 17,1 5,6

P27 1283,7 1198,9 25,0 6,7

P28 995,9 1012,8 14,7 6,0

P29 1297,1 1305,9 14,4 9,8

P30 1158,5 1135,3 16,0 4,5

P31 956,6 978,3 11,6 3,8

P32 956,1 977,2 9,7 3,8

P33 1141,1 1116,4 9,2 5,2

P34 961,6 900,8 16,3 6,0

P35 2023,8 2154,1 78,2 6,9

P36 1897,6 1986,2 94,5 5,6

P37 1993,0 2072,2 90,7 5,9

P38 1737,6 1857,1 39,8 3,5

P39 1633,7 1739,6 34,7 3,4

P40 1918,8 2008,4 52,3 5,7

P41 1853,5 1790,8 108,3 8,3

P42 1714,3 1804,5 21,0 3,3

Observações:

* Permanente+acidental+vento em X (majorado) = 1,23G1+ 1,23G2 + 1,3Q+ 0,7x1,4Vx

** Permanente+acidental+vento em Y (majorado) = 1,23G1+ 1,23G2 + 1,3Q+ 0,7x1,4Vy

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

153

Merecem destaque as alterações ocorridas nas cargas verticais e nos momentos, em virtude

da redução das incertezas e pela utilização de cargas variáveis adaptadas aos curtos

períodos envolvidos na análise. As cargas verticais devidas ao peso próprio

experimentaram um aumento de 5% devido ao que se propôs na metodologia.

A redução em termos da carga acidental em cada pilar foi em média 24%, enquanto a

redução nos momentos foi da ordem de 45%.

A resistência à flexo-compressão oferecida pelos pilares também foi alterada em virtude

dos resultados dos ensaios disponíveis do controle tecnológico do concreto, além de

considerações mais precisas da ocorrência do efeito Rüsch individualmente nos elementos

estruturais analisados. A Tabela 6.22 apresenta a carga admissível na seção existente dos

pilares em função dos novos dados obtidos com o estudo da resistência dos materiais. Foi

considerado, no entanto, as dimensões da seção transversal, conforme aquelas dadas em

projeto. As seções de aço foram submetidas a uma redução de 5% para contemplar

possíveis perdas devido ao fenômeno corrosivo fictício.

Na seqüência, foi realizado o dimensionamento estrutural dos pilares utilizando-se, como

parâmetros de entrada, os específicos da estrutura avaliada. Tal dimensionamento foi

conseguido com o emprego da ferramenta de cálculo. Buscou-se assim, a determinação das

solicitações normais equivalentes. Os resultados desse processo estão presentes na Tabela

6.23.

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

154

Tabela 6.22 – Carga admissível nas seções de pilares de garagem em função dos dados

de ensaios e levantamentos realizados.

Dados da seção existente – obtidos nas inspeções e ensaios

Dimensões Áreas

Pilar

a (cm) h (cm)

*Aço

(cm

)

**Concreto

(cm

)

***f

cd,aval

Carga

admissível

no concreto

(kN)

Carga

admissível

no aço

(kN)

Carga

admissível

total (kN)

P1 20 80 47,73 1549,76 216,27 3351,6 2004,6 5356,2

P2 20 90 41,76 1756,04 216,27 3797,7 1754,0 5551,7

P3 20 90 41,76 1756,04 216,27 3797,7 1754,0 5551,7

P4 20 100 47,73 1949,76 216,27 4216,7 2004,6 6221,2

P5 20 100 47,73 1949,76 216,27 4216,7 2004,6 6221,2

P6 20 90 41,76 1756,04 216,27 3797,7 1754,0 5551,7

P7 20 90 41,76 1756,04 216,27 3797,7 1754,0 5551,7

P8 20 80 41,76 1556,04 216,27 3365,2 1754,0 5119,2

P9 20 50 19,09 979,90 162,20 1589,4 801,8 2391,2

P10 15 50 15,27 733,92 162,20 1190,4 641,5 1831,9

P11 15 50 15,27 733,92 162,20 1190,4 641,5 1831,9

P12 20 50 19,09 979,90 216,27 2119,2 801,8 2921,0

P13 15 60 26,73 871,87 216,27 1885,5 1122,6 3008,1

P14 15 60 26,73 871,87 216,27 1885,5 1122,6 3008,1

P15 15 60 26,73 871,87 216,27 1885,5 1122,6 3008,1

P16 15 60 19,09 879,90 216,27 1902,9 801,8 2704,8

P17 20 80 41,76 1556,04 216,27 3365,2 1754,0 5119,2

P18 20 80 41,76 1556,04 216,27 3365,2 1754,0 5119,2

P19 20 75 47,73 1449,76 216,27 3135,3 2004,6 5139,9

P20 15 100 41,76 1456,04 216,27 3148,9 1754,0 4902,9

P21 15 100 41,76 1456,04 216,27 3148,9 1754,0 4902,9

P22 20 75 41,76 1456,04 216,27 3148,9 1754,0 4902,9

P23 15 60 26,73 871,87 216,27 1885,5 1122,6 3008,1

P24 15 60 22,91 875,88 162,20 1420,7 962,2 2382,9

P25 15 60 22,91 875,88 162,20 1420,7 962,2 2382,9

P26 15 60 22,91 875,88 162,20 1420,7 962,2 2382,9

P27 15 60 22,91 875,88 162,20 1420,7 962,2 2382,9

P28 15 60 19,09 879,90 216,27 1902,9 801,8 2704,8

P29 20 50 29,83 968,60 216,27 2094,7 1252,9 3347,6

P30 15 50 15,27 733,92 162,20 1190,4 641,5 1831,9

P31 15 50 15,27 733,92 216,27 1587,2 641,5 2228,7

P32 15 50 15,27 733,92 216,27 1587,2 641,5 2228,7

P33 15 50 15,27 733,92 162,20 1190,4 641,5 1831,9

P34 20 50 29,83 968,60 216,27 2094,7 1252,9 3347,6

P35 20 80 47,73 1549,76 216,27 3351,6 2004,6 5356,2

P36 20 90 41,76 1756,04 216,27 3797,7 1754,0 5551,7

P37 20 90 41,76 1756,04 216,27 3797,7 1754,0 5551,7

P38 20 70 41,76 1356,04 216,27 2932,6 1754,0 4686,7

P39 20 70 41,76 1356,04 216,27 2932,6 1754,0 4686,7

P40 20 90 41,76 1756,04 216,27 3797,7 1754,0 5551,7

P41 20 90 41,76 1756,04 216,27 3797,7 1754,0 5551,7

P42 20 80 35,80 1562,32 216,27 3378,8 1503,4 4882,2

Observações:

*Na contribuição do aço para a resistência da seção, considerou-se o número de barra de acordo com o projeto e

resistência mobilizada do aço segundo uma deformação de 2‰ (420 MPa). Admitiu-se ainda uma redução de 5%

em relação à área efetiva, em virtude de possíveis danos causados pela corrosão.

** A área de concreto menos a área efetiva de aço.

*** A resistência efetiva do concreto é dada por ÆK

MOD,aval

. f

ck,est

/γ

c,aval

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

155

Tabela 6.23 – Determinação da solicitação normal equivalente - edifício “B”.

Resultado do dimensionamento com os dados de avaliação

Aço Concreto

Pilar

Nº de

barras

Bitola

(mm)

Área de

aço (cm

)

Parcela de

carga

assumida

pelo aço

(kN)

Área de

aço

(cm

)

cd,aval

Parcela de

carga

assumida

pelo concreto

(kN)

Solicitação

normal

equivalente

(kN)

P1 38,0 10,0 29,83 1252,9 1570,17 216,27 3395,7 4648,6

P2 28,0 10,0 21,98 802,7 1778,02 216,27 3845,2 4648,0

P3 34,0 10,0 26,69 974,8 1773,31 216,27 3835,1 4809,8

P4 12,0 10,0 9,42 344,0 1990,58 216,27 4304,9 4649,0

P5 12,0 10,0 9,42 344,0 1990,58 216,27 4304,9 4649,0

P6 24,0 10,0 18,84 688,1 1781,16 216,27 3852,0 4540,1

P7 20,0 10,0 15,70 573,4 1784,30 216,27 3858,8 4432,2

P8 30,0 10,0 23,55 860,1 1576,45 216,27 3409,3 4269,4

P9 10,0 10,0 7,85 286,7 992,15 162,20 1609,3 1896,0

P10 6,0 10,0 4,71 172,0 745,29 162,20 1208,9 1380,9

P11 6,0 10,0 4,71 172,0 745,29 162,20 1208,9 1380,9

P12 6,0 10,0 4,71 172,0 995,29 216,27 2152,5 2324,5

P13 8,0 10,0 6,28 229,4 893,72 216,27 1932,8 2162,2

P14 8,0 10,0 6,28 229,4 893,72 216,27 1932,8 2162,2

P15 8,0 10,0 6,28 229,4 893,72 216,27 1932,8 2162,2

P16 8,0 10,0 6,28 229,4 893,72 216,27 1932,8 2162,2

P17 10,0 10,0 7,85 286,7 1592,15 216,27 3443,3 3730,0

P18 10,0 10,0 7,85 286,7 1592,15 216,27 3443,3 3730,0

P19 28,0 10,0 21,98 802,7 1478,02 216,27 3196,4 3999,2

P20 12,0 10,0 9,42 344,0 1490,58 216,27 3223,6 3567,6

P21 12,0 10,0 9,42 344,0 1490,58 216,27 3223,6 3567,6

P22 20,0 10,0 15,70 573,4 1484,30 216,27 3210,0 3783,4

P23 8,0 10,0 6,28 229,4 893,72 216,27 1932,8 2162,2

P24 8,0 10,0 6,28 229,4 893,72 162,20 1449,6 1679,0

P25 8,0 10,0 6,28 229,4 893,72 162,20 1449,6 1679,0

P26 8,0 10,0 6,28 229,4 893,72 162,20 1449,6 1679,0

P27 8,0 10,0 6,28 229,4 893,72 162,20 1449,6 1679,0

P28 8,0 10,0 6,28 229,4 893,72 216,27 1932,8 2162,2

P29 10,0 10,0 7,85 286,7 992,15 216,27 2145,7 2432,4

P30 6,0 10,0 4,71 172,0 745,29 162,20 1208,9 1380,9

P31 6,0 10,0 4,71 172,0 745,29 216,27 1611,8 1783,8

P32 6,0 10,0 4,71 172,0 745,29 216,27 1611,8 1783,8

P33 6,0 10,0 4,71 172,0 745,29 162,20 1208,9 1380,9

P34 6,0 10,0 4,71 172,0 995,29 216,27 2152,5 2324,5

P35 38,0 10,0 29,83 1089,4 1570,17 216,27 3395,7 4485,2

P36 24,0 10,0 18,84 688,1 1781,16 216,27 3852,0 4540,1

P37 30,0 10,0 23,55 860,1 1776,45 216,27 3841,8 4701,9

P38 12,0 10,0 9,42 344,0 1390,58 216,27 3007,3 3351,4

P39 8,0 10,0 6,28 229,4 1393,72 216,27 3014,1 3243,5

P40 24,0 10,0 18,84 688,1 1781,16 216,27 3852,0 4540,1

P41 24,0 10,0 18,84 688,1 1781,16 216,27 3852,0 4540,1

P42 18,0 10,0 14,13 516,1 1585,87 216,27 3429,7 3945,7

Por fim, o resultado da comparação entre a resistência efetiva das seções e a solicitação

normal equivalente está mostrado na Tabela 6.24.

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

156

Tabela 6.24 – Proposição do tipo de intervenção a se realizar - edifício “B”.

Análises – solicitação normal equivalente x resistência efetiva da seção

Pilar

Solicitação

normal

equivalente -

d,aval

(kN)

Carga

admissível

total -

d,aval

(kN)

Saldo de

resistência

disponível

(kN)

d,,aval

d,aval

*Comprimento

de concreto a

retirar (cm)

**Tipo de

intervenção

proposta

P1 4648,6 5356,2 751,7

1,16 70 I3

P2 4648,0 5551,7 951,3

1,20 88 I3

P3 4809,8 5551,7 779,2

1,16 72 I3

P4 4649,0 6221,2 1660,5

1,36 154 I1

P5 4649,0 6221,2 1660,5

1,36 154 I1

P6 4540,1 5551,7 1065,9

1,23 99 I2

P7 4432,2 5551,7 1180,6

1,27 109 I1

P8 4269,4 5119,2 893,9

1,21 83 I2

P9 1896,0 2391,2 515,1

1,27 64 I2

P10 1380,9 1831,9 469,4

1,34 58 I2

P11 1380,9 1831,9 469,4

1,34 58 I2

P12 2324,5 2921,0 629,8

1,27 58 I2

P13 2162,2 3008,1 893,2

1,41 83 I1

P14 2162,2 3008,1 893,2

1,41 83 I1

P15 2162,2 3008,1 893,2

1,41 83 I1

P16 2162,2 2704,8 572,5

1,26 53 I3

P17 3730,0 5119,2 1467,3

1,39 136 I1

P18 3730,0 5119,2 1467,3

1,39 136 I1

P19 3999,2 5139,9 1201,8

1,30 111 I1

P20 3567,6 4902,9 1410,0

1,40 130 I1

P21 3567,6 4902,9 1410,0

1,40 130 I1

P22 3783,4 4902,9 1180,6

1,31 109 I1

P23 2162,2 3008,1 893,2

1,41 83 I1

P24 1679,0 2382,9 732,8

1,44 90 I1

P25 1679,0 2382,9 732,8

1,44 90 I1

P26 1679,0 2382,9 732,8

1,44 90 I1

P27 1679,0 2382,9 732,8

1,44 90 I1

P28 2162,2 2704,8 572,5

1,26 53 I3

P29 2432,4 3347,6 966,2

1,40 89 I1

P30 1380,9 1831,9 469,4

1,34 58 I3

P31 1783,8 2228,7 469,4

1,26 43 I3

P32 1783,8 2228,7 469,4

1,26 43 I3

P33 1380,9 1831,9 469,4

1,34 58 I2

P34 2324,5 3347,6 1080,8

1,46 100 I1

P35 4485,2 5356,2 915,1

1,20 85 I2

P36 4540,1 5551,7 1065,9

1,23 99 I2

P37 4701,9 5551,7 893,9

1,19 83 I3

P38 3351,4 4686,7 1410,0

1,42 130 I1

P39 3243,5 4686,7 1524,6

1,47 141 I1

P40 4540,1 5551,7 1065,9

1,23 99 I2

P41 4540,1 5551,7 1065,9

1,23 99 I2

P42 3945,7 4882,2 987,4

1,25 91 I2

Observações:

* Detalhe do cálculo do comprimento de concreto a retirar vide Apêndice C

**Tipos de intervenção (Figura 6.3):

I1 – intervenção com retirada de concreto em duas laterais – uma lateral maior e uma menor;

I2 – intervenção com retirada de concreto em uma lateral maior;

I3 – intervenção com retirada de concreto em metade de uma lateral maior;

I4 – intervenção com retirada de concreto em metade de uma lateral maior utilizando-se, no entanto,

escoramento apropriado.

Capítulo 6 Programa experimental, resultados e discussões

157

Dos resultados apresentados na Tabela 6.24, observa-se que 50% dos pilares comportam

uma intervenção do tipo I1, 29% comportam a intervenção I2 e 21% a do tipo I3. Não se

detectou assim a necessidade de escoramento para realização da intervenção.

Se realizada uma comparação direta entre os esforços de projeto e a resistência da seção

proposta em projeto, pode-se chegar a resultados diferentes daqueles apresentados na

Tabela 6.24. Isto se dá devido aos coeficientes de ponderação adotados naquela situação,

assim como eventuais problemas de determinação de esforços (modelo estrutural adotado,

ferramenta de cálculo disponível, etc.), dimensionamento das seções e ainda devido às

particularidades dos materiais que só poderão ser detectados na avaliação, após a estrutura

pronta e em uso.

Capítulo 7 Conclusões e trabalhos futuros

158

CAPÍTULO 7

CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS

7.1 CONCLUSÕES

Após análise dos resultados, obtidos a partir dos procedimentos gerais descritos e adotados

para efeitos de avaliação, pode-se ponderar em relação a alguns pontos importantes da

segurança estrutural alcançados neste trabalho.

Primeiramente, conclui-se que a avaliação é uma tarefa árdua e ainda é necessária a

realização de estudos específicos que abranjam as características particulares de uma

estrutura que será submetida a um processo de recuperação estrutural. Atenta-se contra a

segurança ao se realizar qualquer atividade que importe na redução de seção resistente de

um pilar ou outra peça estrutural, sem o devido conhecimento das condições reais, em

termos de esforços solicitantes e esforços resistentes, em que tal elemento esteja

trabalhando. Nesta linha de raciocínio, a obtenção de aspectos relativos à resistência dos

materiais, assim como definição de cargas atuantes no período considerado para a

intervenção, são de grande importância.

Destaca-se a necessidade, por sua vez, da modelagem do edifício que reflita um

comportamento estrutural de forma mais efetiva para estrutura construída e que sirva para

geração dos esforços de avaliação e posterior redimensionamento dos pilares. Dessa forma,

a modelagem possui um papel determinante para a obtenção do esforço normal reduzido

que reflete a intensidade das solicitações durante o curto período de intervenção. A solução

adotada foi a utilização dos programas de cálculo comerciais os quais permitem o

Capítulo 7 Conclusões e trabalhos futuros

159

refinamento da modelagem, assim como, realizam os cálculos para coeficientes de

avaliação.

Outro aspecto abordado é que os esforços gerados em projeto, bem como os procedimentos

de dimensionamento adotados para as seções estruturais de pilares nesta etapa, podem não

refletir a realidade com que as seções construídas estão submetidas no momento da

intervenção. Assim, o coeficiente global de segurança conseguido para cada pilar após o

dimensionamento de projeto, não será o coeficiente global a se considerar por ocasião da

recuperação estrutural, sofrendo alterações em função do nível de conhecimento obtido

com alguns dos procedimentos sugeridos nesta pesquisa. Assiste-se a alterações dos

coeficientes parciais, ações e mesmo das propriedades dos materiais ao se abordar uma

obra já executada. Outros métodos para melhoria das informações e parâmetros de carga e

resistência atuantes nas estruturas poderão ser utilizados, o que concorrem para um refino

cada vez maior da técnica empregada.

A praticidade do método proposto foi posta a prova mediante os dois exemplos de edifícios

existentes. Nos exemplos, alguns dos pilares analisados tiveram a segurança global um

pouco abaixo do

aval

permitido. Entretanto, a priori, isto não significa uma fonte de

problemas com relação à segurança. Esse coeficiente demonstra, para a situação de

avaliação, apenas que a atividade de recuperação deverá ser realizada com cuidados

especiais para não expor em demasia a integridade do elemento. Sendo variáveis aleatórias

os parâmetros responsáveis pela dinâmica da confiabilidade estrutural, conclui-se que

mesmo os valores aqui adotados poderão nunca ocorrer na vida útil residual do edifício, até

porque estes já apresentam margem de segurança superior incorporada, por não ser

possível a definição com exatidão de valores aptos para períodos tão reduzidos quanto os

da recuperação. Este fato deve ser levado ao cliente que, por desconhecer o assunto na

maioria das vezes, poderá formar interpretações equivocadas com relação à instalação de

peças de escoramentos na execução dos serviços.

Para outros casos em que a relação resistência/solicitação (equação de estado limite)

suscitar valores muito baixos, um estudo pormenorizado deverá ser efetuado, no qual

envolva considerações próprias da vida residual, para que se proponha não apenas uma

intervenção para a recuperação do processo corrosivo, mas, sobretudo, uma instalação de

reforços mediante método apropriado.

Capítulo 7 Conclusões e trabalhos futuros

160

Na aplicação da proposta, foram observados valores diferenciados para os parâmetros

aleatórios em relação aos de projeto. Os coeficientes de ponderação para ações e

resistências também foram alterados.

Para as sobrecargas de utilização, foi obtido, em função do período necessário à

intervenção, um valor único de 0,875 kN/m

para todos os compartimentos da edificação.

A velocidade característica do vento de avaliação pôde ser reduzida à 80% daquela

admitida em projeto, o que significou uma considerável diminuição dos momentos e cargas

verticais máxima atribuído a esse tipo de solicitação. Para o edifício “A”, as medições e

levantamentos das seções transversais dos elementos estruturais concorreram para um

aumento das cargas permanentes em cerca de 5%. Isto confirmou o que apontavam

Ellingwood et al (1980), ratificando o procedimento adotado para o edifício “B” que, por

não ter sido submetido a um levantamento

in loco de suas cargas permanentes, estas foram

acrescidas em 5%, baseando-se nos citados autores.

O método proposto apresenta-se flexível ao tratar das resistências dos materiais. No caso

de estruturas em que exista o controle tecnológico na época da construção, este poderá ser

usado para a estimativa da resistência no período da recuperação dos pilares. Para o caso

de inexistirem tais controles, procede-se a extração de testemunhos e deles se infere sobre

a resistência disponível. A extração de testemunho não se mostrou pertinente para o caso

das barras de aço.

Os coeficientes de ponderação foram, por sua vez, influenciados por um nível maior de

conhecimento adquirido em relação às duas estruturas analisadas. No edifício “A”, o

coeficiente de ponderação das ações permanentes pode ser reduzido de 1,4 para 1,19. Para

o caso “B”, este coeficiente alterou para 1,24, pois, as incertezas foram maiores para esse

edifício. As cargas acidentais, para ambas as edificações, apresentaram-se passíveis de

serem ponderadas por coeficiente igual a 1,30 e as ações devidas ao vento não

apresentaram redução em relação ao coeficiente de projeto.

Os coeficientes para a resistência dos materiais, em seu refinamento, necessitam de um

conhecimento efetivo desta propriedade. Assim, o maior número e precisão de informação

permitem reduzir a incerteza e com ela o respectivo coeficiente. Em virtude dos ensaios

diversos realizados no concreto componente dos pilares do edifício “A”, uma vez que este

Capítulo 7 Conclusões e trabalhos futuros

161

não dispunha de controle tecnológico da execução, permitiu a adoção de um coeficiente da

ordem 1,10 para este material. Para o caso “B”, esta redução ocorreu, porém, de forma

menos significativa, permanecendo este parâmetro em torno de 1,23 (dados tomados

apenas do controle tecnológico, sem ensaios complementares). As armaduras, sem

resultado de ensaios, foram ponderadas na avaliação pelos coeficientes de projeto.

Estas informações influenciaram o coeficiente global de segurança das peças de concreto

estudadas, o que, por sua vez, influenciou o tipo de intervenção adotada em cada situação.

Em projeto, os pilares são resguardados do colapso por um

γ que varia entre 1,7 a 1,96 a

depender da norma empregada. Para a avaliação, este coeficiente, designado por

aval

passa

a admitir outros valores que serão tanto menores quanto maior o nível de conhecimento

relativo à edificação estudada. Assim, o edifício “A”, submetido a maior número de

ensaios admitiu um

aval

=1,31 a ser respeitado durante uma intervenção, enquanto o

edifício “B”, em virtude de suas condições específicas, requereu um

aval

=1,53, em uma

suposta intervenção.

Apesar dos ensaios efetivados no edifício “A” terem levado a um

aval

reduzido em relação

ao caso “B”, nota-se que uma intervenção no primeiro é mais crítica em relação ao

segundo. Isto talvez se deva ao cálculo estrutural, visto que este edifício é relativamente

alto e área em planta relativamente pequena. Dos 14 pilares existentes na primeira

edificação, 5 deles exigiriam intervenção do tipo I4 para a qual é necessário escoramento.

No entanto 5 pilares poderiam ser recuperados mediante intervenção I1, com a retirada de

concreto em duas faces (uma maior e a outra menor), sem escoramentos, o que agilizaria

um pouco os serviços. Dos quatro pilares restantes, 1 admitiria intervenção I2 e outros 3,

intervenção do tipo I3.

Para o edifício “B”, nota-se maior folga no dimensionamento de seus pilares, tanto que,

mesmo para um

aval

mais elevado, 21 pilares seriam passíveis de intervenção I1, 12

admitiriam intervenção I2 e 9 intervenção I3. Nenhum pilar desse edifício necessitaria de

intervenção com escoramento.

Pelo apresentado, pode-se concluir que o método proposto é consistente, pois, contempla a

maioria dos problemas gerados em uma recuperação estrutural de pilares. O método é

Capítulo 7 Conclusões e trabalhos futuros

162

também prático ao utilizar procedimentos e ferramentas que já são empregadas pelos

profissionais do ramo de cálculo e recuperação estrutural.

Por último, ao utilizar técnicas de confiabilidade estrutural, o método pode ser considerado

inovador dentro desse ramo, o que lhe permitirá evoluir juntamente com os métodos de

cálculo. Assim, esta metodologia preenche uma lacuna gerada pela ausência de

quantificação da segurança durante a execução de reparos estruturais.

7.2 SUGESTÕES A TRABALHOS FUTUROS

Os resultados obtidos com a aplicação da metodologia aqui proposta guardam

considerações e simplificações, necessárias em função da limitação de tempo no qual se

desenvolveu esta pesquisa. Todavia, refinamentos poderão ser efetuados de modo que o

estudo da segurança na recuperação de pilares possa refletir ainda mais a realidade da

estrutura construída. Para tal, muitos estudos ainda são necessários principalmente no que

se refere ao modelo comportamental, calibração de coeficientes parciais de segurança e

definições em relação às cargas reais atuantes e resistências efetivas apresentadas pelas

seções transversais dos pilares em estudo.

Tendo em vista que esta pesquisa limitou-se à estimativa da segurança efetiva durante a

realização da recuperação de estruturas, não abordando o tema do reparo em si, poder-se-

ia sugerir estudos referentes ao tratamento da segurança na vida residual pós-intervenção.

Isto abrangeria cargas, resistência e coeficiente a serem adaptados a outras situações que

não a abordada no presente trabalho.

Considerando estes pontos passíveis de estudo aprofundados, foram sugeridos

melhoramentos no processo e aumento da confiabilidade em trabalhos futuros.

7.2.1 Comportamento estrutural

• Estudos experimentais e trabalhos de campo para estabelecimento de modelos de

comportamento geral das estruturas existentes;

• Estudos pormenorizados das ligações pontuais entre vigas e pilares em estruturas

existentes, levando em consideração a ação do tempo e das cargas mantidas sobre

Capítulo 7 Conclusões e trabalhos futuros

163

as propriedades do material e suas influências no comportamento estrutural. Neste

caso, poderiam ser utilizadas ferramentas de análise empregando técnicas de

elementos finitos ou outros meios numéricos;

• Utilização dos diversos programas de cálculo disponíveis no mercado, para a

obtenção de esforços de avaliação, como forma de introduzir melhoramentos na

modelagem estrutural;

• Estudos para determinação da influência da deterioração do concreto e do aço no

comportamento estrutural.

7.2.2 Calibração dos coeficientes de ponderação

• Desenvolvimento de métodos probabilísticos para estabelecimento de coeficientes

de ponderação para os materiais e para as ações;

• Incorporação de considerações e resultados já obtidos em estruturas recuperadas,

como base para estabelecimento de fatores parciais adequados a edifícios

existentes. Aplicação de experiências acumuladas ao longo dos anos;

• Desenvolvimento e aplicação de formas alternativas de “dimensionamento” de

fatores parciais de segurança, tendo em vista a redução do conservadorismo

empregado para as novas estruturas;

• Estabelecimento de uma probabilidade de falha mais condizente ao curto período

de recuperação estrutural, de forma a incorporar dados efetivos de inspeções e

modelos apropriados ao tratamento destes dados;

• Estabelecer correlação direta entre a probabilidade de falha e o conceito de risco

pessoal;

• Estabelecimento de meios mais eficientes para correlacionar os dados de

levantamentos de cargas e resistência a seus respectivos coeficientes parciais.

Capítulo 7 Conclusões e trabalhos futuros

164

7.2.3 Cargas atuantes

• Realização de levantamentos de sobrecargas instantâneas de utilização para a

realidade atual de edifícios nacionais;

• Utilização de outras funções de densidades de probabilidades para ajustamento dos

dados de pesquisa para os diversos tipos de carga;

• Utilização de velocidades básicas para os ventos de curto período a partir de

observações anemométricas das estações de pesquisa instaladas em todo Brasil;

• Criação e adaptação de fatores de ajustamento para ventos de curtos períodos de

acordo com as condições nacionais.

7.2.4 Determinação das resistências efetivas

• Aplicação de métodos e ensaios diversos com vistas à determinação mais precisa da

resistência do concreto e do aço, como forma de redução das incertezas e refino de

resultados;

• Aplicação de meios capazes de melhor incorporar e relacionar os resultados de

ensaios realizados na estrutura existente, àqueles disponíveis do controle

tecnológico da execução como, por exemplo, atualização Baeysiana, entre outros;

• Aplicação de outros ensaios não destrutivos ou semi-destrutivos, para refinamento

dos dados.

Referências Bibliográficas

165

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Anexo A

174

ANEXO A

Croquis das edificações – edifícios “A” e “B”

Planta edifício “A” – sem escala.

Planta edifício “B” – sem escala.

Anexo B

175

ANEXO B

Relatório de controle tecnológico do concreto dos pilares

– edifício “B”

Resultados de ensaios do controle tecnológico do concreto - edifício “B”.

Anexo B

176

Resultados de ensaios do controle tecnológico do concreto - edifício “B”.

Anexo C

177

ANEXO C

Relatório de controle tecnológico do aço – edifício “B”

Resultados de ensaios do controle tecnológico do aço - edifício “B”.

Anexo C

178

Resultados de ensaios do controle tecnológico do aço - edifício “B”.

Anexo C

179

Resultados de ensaios do controle tecnológico do aço - edifício “B”

Anexo C

180

Resultados de ensaios do controle tecnológico do aço - edifício “B”.

Anexo C

181

Resultados de ensaios do controle tecnológico do aço - edifício “B”.

Apêndice A

182

APÊNDICE A

Ultrasonografia em pilares da garagem – edifício “A”

Determinação da resistência dos pilares da garagem pelo método ultra-sônico.

Pilares da garagem

Pilar Leitura

Distanciamento

(mm)

Velocidade

(mm/s)

Fator de

correção

Resistência

estimada

(MPa)

46,7 200,0 4,28 5,65 24,2

47,4 200,0 4,22 5,65 23,8

43,6 200,0 4,59 5,65 25,9

40,1 200,0 4,99 5,65 28,2

49,1 200,0 4,07 5,65 23,0

53,1 200,0 3,77 5,65 21,3

48,1 200,0 4,16 5,65 23,5

40,1 200,0 4,99 5,65 28,2

48,1 200,0 4,16 5,65 23,5

45,2 200,0 4,42 5,65 25,0

45,7 200,0 4,38 5,65 24,7

42,8 200,0 4,67 5,65 26,4

40,9 200,0 4,89 5,65 27,6

47,6 200,0 4,20 5,65 23,7

48,9 200,0 4,09 5,65 23,1

48,3 200,0 4,14 5,65 23,4

50,1 200,0 3,99 5,65 22,6

40,2 200,0 4,98 5,65 28,1

44,4 200,0 4,50 5,65 25,5

44,3 200,0 4,51 5,65 25,5

44,8 200,0 4,46 5,65 25,2

43,7 200,0 4,58 5,65 25,9

P10

40,2 200,0 4,98 5,65 28,1

44,2 200,0 4,52 5,65 25,6

49,1 200,0 4,07 5,65 23,0

P12

49,1 200,0 4,07 5,65 23,0

47,2 200,0 4,24 5,65 23,9

42,1 200,0 4,75 5,65 26,8

P13

41,8 200,0 4,78 5,65 27,0

Observações:

Média: 24,96 MPa; Desvio Padrão: 1,94 MPa; Coef. Variação: 0,08

Apêndice A

183

Realização do ensaio de ultra-sonografia – edifício “A”.

Apêndice B

184

APÊNDICE B

Modelagem das estruturas dos edifícios em programa de

cálculo

A modelagem estrutural de ambos os edifícios em estudo neste trabalho foi realizada com

auxílio do programa de cálculo estrutural Eberick versão V5, disponibilizado no mercado

pela empresa AltoQi Tecnologia em Informática, e que atende as exigências da NBR 6118

(ABNT, 2003).

Na definição do modelo computacional foram utilizados ainda os dados do projeto

estrutural dos edifícios existentes, realizando-se alguns ajustes para se chegar a um

comportamento estrutural mais próximo do real.

a) Edifício “A”

O edifício “A” é composto de uma estrutura de 27 pavimentos (excluída a garagem), com

14 pilares componentes da torre. A Figura 1 mostra o reticulado de pilares, vigas e lajes

incorporadas a um pavimento tipo e reproduzidas no modelo computacional. Nesta figura,

as linhas representam as vigas que chegam aos respectivos pilares.

Apêndice B

185

Figura 1 – Esquema da distribuição de pilares, vigas e lajes do pavimento tipo –

edifico “A”.

A Figura 2 mostra detalhes de alguns encontros entre pilares e vigas na concepção do

modelo.

Apêndice B

186

Figura 2 – Detalhe de algumas ligações entre vigas e pilares.

Os vínculos apresentados nos pilares P1 e P14, e que também se repetem no P12, em todos

os pavimentos, foram introduzidos para permitir giro em torno da direção X (conforme

figura 1) e transmitir momento em torno de Y. Este procedimento foi necessário para

melhorar as condições de ligação entre os pilares e vigas e fazer com que os esforços no

modelo, ao se executar o programa inicialmente com os parâmetros normativos, se

aproximassem daqueles encontrados em projeto. As demais ligações foram tomadas como

rígidas, transmitindo momento nas duas direções.

Na Figura 3 tem-se uma perspectiva do edifício montado no programa.

Apêndice B

187

Figura 3 – Perspectiva da estrutura – edifício “A”.

Inicialmente foi realizado o cálculo utilizando os dados e parâmetros de projeto para

verificação da conformidade do modelo estrutural adotado e aquele concebido pelo

projetista na época do cálculo estrutural. Utilizaram-se ainda alguns recursos disponíveis

no programa computacional empregado para uma aproximação maior aos esforços reais

atuantes. Entre os recursos, pode-se destacar: a) análise estrutural via pórtico espacial; b)

efeitos de segunda ordem global e local; c) análise elástica linear para geração dos

esforços; d) efeitos de desaprumo e imperfeições globais; e) aplicação de força de vento.

O quadro da Figura 4 mostra a janela de diálogo do programa para processamento de

algumas dessas análises. Nota-se os valores limites adotados para erros e números

máximos de interações na aplicação dos recursos de cálculo.

Apêndice B

188

Figura 4 – Modelo estrutural adotado e recursos para melhoria na obtenção dos

esforços no modelo computacional.

A consideração das ações devidas ao vento é de essencial importância no tratamento de

edifícios com alturas relativamente elevadas. No programa utilizado existe um módulo

específico para a aplicação desse tipo de ação. As direções de incidência do vento na

edificação estão apresentadas na figura 5.

Figura 5 – Direções do vento incidente na estrutura.

Apêndice B

189

Os dados relativos ao projeto de estruturas de concreto, normalizados pela NBR 6123

(ABNT, 1988), foram introduzidos inicialmente segundo a janela apresentada na figura 6.

Os coeficientes de arrasto adotados obedeceram também às prescrições da referida norma.

Figura 6 – Dados gerais da ação do vento considerado em projeto.

Os esforços foram obtidos a partir do modelo de cálculo, dos parâmetros de entrada e

levando-se em conta as demais informações de projeto relativas a dimensões estruturais e

resistência do concreto empregado, mediante uma análise estática linear realizada pelo

programa.

Apêndice B

190

Figura 7 – Processamento da estrutura.

As solicitações atuantes, para efeito do programa e da combinação, tem a seguinte notação:

• Peso próprio Æ G1;

• Cargas permanentes Æ G2 (elementos fixos não estruturais);

• Cargas variáveis de utilização Æ Q;

• Forças devidas ao vento Æ V;

• Momentos Æ M.

Conforme a incidência do vento, segundo as duas direções principais, foram encontrados

esforços diferentes. Considerando em Y, os esforços críticos causados por V1 e por V2,

assim como em X os causados por V3 e V4 (Figura 5), determinaram-se as seguintes

combinações mais críticas para os esforços nestas duas direções (valores característicos),

segundo o parâmetro normativo para a modelagem:

Apêndice B

191

¾ Vento em X: Carga vertical total no pilar = G1+G2+0,6Q+Vx

¾ Vento em Y: Carga vertical total no pilar = G1+G2+0,6Q+Vy

Para os momentos, a convenção do sentido de atuação deu-se como segue:

Figura 8 – Convenção de momentos em pilares.

b) Edifício “B”

O edifício “B” tem uma estrutura de 10 pavimentos (excluída a garagem), com 42 pilares

componentes da torre. A Figura 9 mostra o reticulado de pilares, vigas e lajes incorporadas

a um pavimento tipo e reproduzidas no modelo computacional.

Figura 9 - Esquema da distribuição de pilares, vigas e lajes do pavimento tipo –

edifico “A”.

Apêndice B

192

O esquema vertical da estrutura é apresentado na Figura 10.

Figura 10 - – Perspectiva da estrutura – edifício “B”.

Obtido o modelo estrutural para o edifício “B” e utilizando os mesmo padrões de entrada

no programa, obtiveram-se para as combinações críticas dos esforços característicos

aqueles mostrados abaixo:

¾ Vento em X: Carga vertical total no pilar = G1+G2+Q+0,6Vx

¾ Vento em Y: Carga vertical total no pilar = G1+G2+Q+0,6Vy

Apêndice C

193

APÊNDICE C

Cálculo da região de concreto a retirar na recuperação

estrutural de pilares

Na determinação do comprimento de concreto a ser extraído em cada pilar para a execução

para assepsia da armadura e execução do reparo, valeu-se do coeficiente global de

segurança, por meio do qual, determinou-se uma resistência excedente da seção em cada

um dos elementos estruturais estudados, em função das tensões nos materiais.

Para este procedimento, devem ser determinadas as solicitações de avaliação e as

resistências de avaliação. Neste caso, é calculada a resistência que excede em cada pilar,

subtraindo a carga atuante obtida do cálculo com os parâmetros de avaliação (S

d,aval

) da

resistência seccional oriunda dos estudos

in loco dos materiais dos pilares (R

d,aval

Para permitir que a comparação entre solicitações e resistências sejam realizadas mediante

esforços normais, foi aplicado um artifício de transformação de todas as ações atuantes na

seção, em uma solicitação normal equivalente. Esta solicitação é obtida mediante um

redimensionamento das seções dos pilares, usando o modelo computacional e utilizando-se

os parâmetros de avaliação definidos para cada edifício. Neste redimensionamento, fixam-

se as dimensões da seção do pilares, conforme as medidas tomadas

in loco, considera-se a

resistência do concreto obtida nos ensaios diversos realizados e obtém-se uma nova área de

aço necessária para resistir os esforços de avaliação. Devido ao processo construtivo e em

parte pelas alternâncias das ações, as armaduras dos pilares são dispostas simetricamente

nas duas direções. Estando os parâmetros de solicitação e resistência ponderados por

coeficientes de avaliação, pode-se então considerar que a resistência seccional calculada

com a área de aço obtida e o concreto existente é igual à solicitação normal equivalente de

avaliação, conforme a equação de estado limite último:

Apêndice C

194

avaldavald

(1)

onde:

d,aval

= resistência de avaliação para a seção dos pilar

d,aval

= solicitação normal de avaliação para o pilar

Sendo a resistência fictícia da seção do pilar, para uma carga axial, descrita pela equação

(4.27), aqui transcrita:

ydscdcMODd

fAfAKR +=

(2)

onde:

MOD

= coeficiente de modificação que leva em conta alguns aspectos que influenciam a

resistência do concreto na estrutura (ver item 5.4.3.1 ) .

= área de concreto da seção do pilar

= resistência de cálculo do concreto

= área de aço na seção do pilar

= tensão de cálculo no escoamento admitida para as armaduras

Desta forma, este artifício transforma a flexo-compressão oblíqua, com a qual são

dimensionadas as seções para os esforços de avaliação, em apenas um esforço normal que

equivale à resistência da seção dimensionada e que é capaz de resistir a todos os momentos

e cargas verticais aplicadas no momento da recuperação estrutural.

Uma vez que nas seções reais dos pilares a área de aço é conhecida e igual à de projeto,

uma possível resistência excedente pode ser considerada, então, apenas pela parcela

relativa ao concreto, que é justamente a que precisa ser extraída nos trabalho de

recuperação por reparos profundos.

A tensão de trabalho do concreto na seção existente no momento do reparo pode ser

determinada pela realização de ensaios e conhecida sua dinâmica ao longo do tempo. Tal

tensão é expressa por f

cd,aval

A área da seção de concreto a retirar está ligada diretamente à resistência excedente em

cada seção, se ela realmente existir, e à tensão de trabalho do concreto existente, uma vez

que a área de aço é fixa e geralmente maior que aquela encontrada no redimensionamento

da seção com os dados de avaliação. Levando em consideração que a profundidade de

concreto necessário a ser extraída, para perfeita assepsia da armadura e garantia de

Apêndice C

195

descontaminação, é de 5 cm (Figura 6.4), a área de concreto a se retirar na operação de

reparo é dada por:

xCA 5

(3)

onde:

= área em cm

= comprimento em cm

O que leva à obtenção do comprimento de concreto que poderá ser extraído em cada seção,

no momento da recuperação:

avlcd

avaldavld

−

(4)

Este comprimento determinado permite a programação do tipo de intervenção a ser

realizada em razão das dimensões da seção transversal da peça e do excedente de

resistência disponibilizada pela seção, além do coeficiente de segurança global admitido

para o edifício.

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