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INSPECÇÃO E DIAGNÓSTICO DE PATOLOGIAS EM OBRAS PELO LABORATÓRIO

DE ENGENHARIA DE MOÇAMBIQUE

A. Dimande

Dr. Eng.º Civil

LEM

Maputo, Moçambique

[email protected]

A. Sine

Eng.º Civil

LEM

Maputo, Moçambique

[email protected]

H. Filimone

Director Geral

LEM

Maputo; Moçambique

[email protected]

RESUMO

No presente artigo são descritos alguns casos de trabalhos de inspecção e diagnóstico de patologias em obras realizados

pelo Laboratório de Engenharia de Moçambique (LEM) com vista à avaliação da segurança e para o auxílio aos

projectos de reabilitação e reforço. Desses trabalhos incluem-se: (i) avaliação da segurança da estrutura do cais do

terminal de cereais do Porto da Matola após o embate por um navio; (ii) estudo da aderência entre betões de idades

diferentes na reabilitação do Porto de Maputo; (iii) inspecção e diagnóstico das patologias observadas durante a

construção de um edifício elevado em betão armado de lajes fungiformes; e (iv) inspecção e diagnóstico de patologias

da torre metálica de suporte do radar meteorológico do Instituto de Meteorologia da Moçambique no Aeroporto

Internacional da Beira.

1. INTRODUÇÃO

Moçambique é um país cuja história da construção de infraestruturas pode dividir-se em dois períodos fundamentais,

antes e pós-independência. A reabilitação e reforço de estruturas são actividades que visam melhorar o funcionamento

e/ou prolongar a vida útil das mesmas. O desenvolvimento dessas actividades de inspecção, diagnóstico de patologias e

a avaliação da segurança estrutural por técnicos qualificados é indispensável. Por sua vez, a elaboração do projecto de

reabilitação e ou reforço dessas obras só é bem-sucedido, quando devidamente conhecidas as características da obra em

causa, em termos de materiais aplicados, estado de conservação, patologias associadas e o seu ambiente envolvente.

O LEM integra as unidades orgânicas do Ministério das Obras Públicas, Habitação e Recursos Hídricos de

Moçambique, além de outras actividades, tem desempenhado um papel de auxílio à empresas de consultoria,

empreiteiros e pessoas singulares no diagnóstico do estado de conservação de estruturas; na avaliação da segurança

estrutural e na verificação da conformidade de projectos de construção e ou reabilitação. A sua actividade é

essencialmente dirigida para a resolução de problemas técnicos colocados pela indústria, para a transferência de know-

how e de tecnologia avançada para os utilizadores. Neste contexto são descritos casos de diversas obras cuja

intervenção do LEM foi fundamental na tomada de decisão para as acções subsequentes realizadas.

2. CAIS DO TERMINAL DE CEREAIS DO PORTO DA MATOLA

2.1 Breve Descrição do Cais

O Cais do Terminal de Cereais do Porto da Matola, sob gestão da Empresa Portos e Caminhos de Ferro de

Moçambique, localiza-se no interior da Baía de Maputo, sendo um porto interior com protecção natural de paramento

A. Dimande, A. Sine & H. Filimone, Inspecção e Diagnóstico de Patologias em Obras pelo LEM

aberto (ver Figura 1a). A estrutura do cais comporta dois elementos principais independentes entre si: a plataforma

destinada as actividades logísticas de carga e descarga e a estrutura de amortecimento e atracagem das embarcações

(defensas). A superstrutura do cais é constituída por uma laje vigada com 40 cm de espessura, assente sobre maciços de

1,75 m de aresta no topo de pilares-estaca de betão armado (ver Figura 1c). Os pilares-estaca são circulares em betão

armado, encamisados por tubos metálicos totalizando 82 cm de diâmetro e possuem uma inclinação vertical de cerca de

10º. Os solos junto a zona de implantação do cais são caracterizados por serem aluvionares e encontram-se a uma

profundidade de 7,5 m em relação ao nível médio das águas do mar [1].

a) Aérea b) Geral c) Inferior.

Figura 1. Localização e vistas da estrutura do cais da Terminal de Cereais da Matola.

2.2. Inspecção e Peritagem Estrutural

O navio embateu frontalmente sobre o alinhamento de uma das vigas, e por sua vez o casco de navio embateu sobre o

espelho da laje entre as vigas (Figura 2b).

Após o embate da embarcação sobre a estrutura do cais, que ocorreu durante as manobras de acostagem, a estrutura em

betão armado sofreu danos cujas implicações sob ponto de vista da segurança deste tipo de estruturas ditou a

necessidade de realizar uma investigação com o objectivo de avaliar o efeito causado pelo embate da embarcação. Para

atingir o objectivo traçado, foram programadas visitas de inspecção a obra e realizados ensaios para a caracterização

dos materiais, designadamente: i) levantamento geométrico dos elementos estruturais; ii) esclerómetro para avaliar a

resistência do betão; iii) ensaio de compressão em algumas amostradas de carotes extraídas do betão da obra; e iv)

determinação da profundidade de carbonatação de modo a avaliar a integridade das armaduras. A Figura 2 ilustra os

danos causados pelo embate da embarcação e a investigação realizada em obra.

a) Zona de embate b) Pormenor da zona de embate c) Padrão de fissuras observadas nas vigas

d) Fissuração observada nas vigas e) Extracção de amostras de betão f) Amostras de betão.

Figura 2. Danos causados pelo embate do navio e investigação conduzida.

2.3. Modelação Numérica

Foi desenvolvido um modelo tridimensional de análise do comportamento da estrutura do cais, recorrendo ao programa

comercial Autodesk Robot Structural Analisys Professional 2011 (Figura 3). A acção considerada sobre a estrutura do


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cais, correspondeu à energia de acostagem transferida do navio para a estrutura do cais no instante do embate. A partir

da Nota de Comunicação Interna fornecida pela empresa Portos e Caminhos de Ferro de Moçambique foram obtidas as

características do navio, nomeadamente: i) comprimento: 177 m; ii) largura (boca): 28,6 m; iii) peso bruto: 33145

toneladas; e na altura do embate possuía uma massa de 41258 toneladas métricas.

A energia de acostagem foi estimada com base na Eq.1 [1]:

𝐸𝑎 =1

2×𝑀 × 𝑉𝐴

2 × 𝐶𝑀 × 𝐶𝐸 × 𝐶𝐶 × 𝐶𝑎 × 𝐹𝑠 [Eq.1]

Em que, M é a razão entre o peso no navio e a aceleração de gravidade, VA a velocidade de aproximação do navio, Cm o

coeficiente de massa virtual, CE o coeficiente de excentricidade, Cc o coeficiente de configuração do cais, Ca o

coeficiente de amortecimento e Fs o factor de segurança.

a) Modelo numérico tridimensional b) Deformação da estrutura após embate.

Figura 3. Modelação numérica da estrutura do cais.

Da análise dos resultados face a acção da energia de acostagem, concluiu-se que o embate originou um deslocamento da

extremidade devido a rotação da estrutura em relação ao centro de gravidade em planta de cerca de 4 cm (Figura 3b).

Em termos de tensões localizadas, os resultados do modelo permitiram, concluir que do lado oposto ao embate,

geraram-se tensões de tracção responsáveis pela fissuração observada nas vigas (ver Figura 2c e 2d).

2.4. Considerações Finais

Da análise do comportamento do cais, face a acção da energia de acostagem, concluiu-se que os danos causados não

comprometem o funcionamento do cais. Contudo, foi recomendada a realização de trabalhos de reparação para selagem

das fendas por meio de injecção de resinas epóxi por forma a garantir a integridade e a durabilidade da estrutura e sejam

restabelecidas as condições de funcionamento normal do cais

3. TORRE METÁLICA DE SUPORTE DO RADAR METEOROLÓGICO DA BEIRA

3.1. Breve Descrição da Torre Metálica

Pela necessidade de reactivar o radar meteorológico localizado nas proximidades do Aeroporto Internacional da Beira, o

Instituto Nacional de Meteorologia de Moçambique, solicitou a intervenção do LEM para a realização de estudos com

vista a avaliar o estado de conservação e de integridade estrutural da torre metálica que suporta o radar, cujos elementos

apresentavam degradação por corrosão acentuada do aço.

A estrutura de suporte do radar meteorológico é constituída por uma torre autoportante metálica treliçada de base

quadrada composta por 9 (nove) módulos, perfazendo uma altura total de 16,25 m, distribuídos por módulos de 2,5

m+7x1,75 m+1,5 m (ver Figura 4). A torre é, por sua vez, constituída por 4 montantes verticais, contraventados por um

sistema composto por perfis laminados de abas iguais, dispostos diagonalmente e horizontalmente em relação aos

montantes da torre. A torre possui, na parte interna, uma escada metálica vertical de acesso ao radar com degraus em

varão de aço fixados em montantes constituídos por perfis tubulares rectangulares. A escada é, por sua vez, ladeada por

um sistema de guarda-corpos metálicos em barras de aço metálicas e possui dois níveis com plataformas de trabalho a

cerca de 9,5 m e 14,75 m de altura em relação ao nível do solo. Sobre a escada apoia-se uma esteira de cabos

condutores que ligam o radar a sala de máquinas. Todas as ligações entre os elementos estruturais são aparafusadas,

exceptuando a estrutura da escada cujos componentes encontram-se ligados por soldadura. A torre é apoiada sobre um

conjunto de maciços em betão armado [3], [4].


a) Torre, radar e casa de máquinas. b) Alçado c) Modelo tridimensional

d) Grelha do patamar de descanso corroida. e) Delaminaçao de perfis por corrosão do aço. f) Degradação da estrutura da escada.

Figura 1. Torre metálica de suporte do radar.

3.2. Resultados da Inspecção e Avaliação da Segurança Estrutural

As anomalias observadas durante a inspecção são em grande parte causadas pela variação de humidade sobre a estrutura

e por falta de uma manutenção regular.

A avaliação da segurança estrutural da torre consistiu na determinação do efeito das acções do peso próprio da

estrutura, do peso do radar e do vento de acordo com o RSA. Foi desenvolvido um modelo numérico com elementos de

barra. Tratando-se de uma estrutura treliçada teve interesse o cálculo dos esforços axiais.

Foi verificada a segurança da estrutura da torre sob acção do momento derrubador de 122 kNm. O Radome, elemento

de protecção da antena, contra as acções ambientais, é materializado em fibra de vidro, e projectado para suportar um

momento de derrubamento devido a acção do vento de 122 kNm. De acordo com o RSA, a estrutura encontra-se na

zona A com rugosidade do tipo II e para uma altura de 16,25 m, a pressão dinâmica do vento considerada foi de 1,04

kN/m2. O momento derrubador gera um binário de forças no topo da estrutura.

A verificação da segurança estrutural consistiu na identificação das secções críticas em termos de esforços actuantes e

na determinação das áreas mínimas necessárias.


Do levantamento das anomalias, observaram-se elementos estruturais metálicos com corrosão acentuada assim como

corrosão de elementos de ligação (parafusos e cordões de soldadura).


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O modelo numérico desenvolvido permitiu avaliar os esforços desenvolvidos na estrutura e efectuar a avaliação da

segurança estrutural tendo em conta a redução das secções devido a corrosão. Desta análise, concluiu-se que mesmo

com a consideração da redução das secções dos elementos resistentes, a segurança foi satisfeita. Contudo devido ao

facto da corrosão, tratar-se de uma anomalia progressiva, recomendou-se a reparação da estrutura, tendo esta consistido

na substituição dos elementos estruturais e não estruturais degradados, decapagem da pintura existente por abrasão e

execução de nova pintura.

4. AVALIAÇÃO DA ADERÊNCIA POR TRACÇÃO DE BETÕES DE IDADES DIFERENTES NO CAIS 2 & 4

DO PORTO DE MAPUTO

4.1. Breve Descrição da Estrutura dos Cais 2 & 4

Os cais 2 & 4 são constituídos por uma estrutura em betão armado, composta por elementos verticais e oblíquos

(pilares), horizontais (vigas) e por uma laje que assenta sobre as vigas.

Devido ao elevado grau de exposição da estrutura ao ambiente marinho associado à falta de manutenção durante a vida

da infraestrutura esta apresenta-se bastante degradada e um risco elevado de perda de estabilidade.

Em geral, as armaduras dos elementos estruturais apresentam-se degradadas, a camada de betão de recobrimento

encontra-se degradada e destacada deixando as armaduras a vista (Figura 4a). Estas patologias condicionam a

resistência do cais ao efeito das acções. Devido a este facto, foi elaborado um projecto de reforço da estrutura que

consistiu no reforço por encamisamento de elementos estruturais por adição de armaduras e projecção de betão

perfazendo uma espessura de 10 cm (Ver Figuras 4b e 4c). Neste âmbito, o LEM foi solicitado a realizar testes com

vista ao controlo de qualidade da execução do reforço. Foram conduzidos ensaios de arrancamento por tracção directa

(Pull-Off), cujos resultados permitiram avaliar a qualidade da execução dos trabalhos [5].

Figura 4. a) Exposiçao e corrosão de armadura numa viga; b) Armadura adicional de reforço em pilares; c) Aspecto do

betão projectado sobre um pilar.

4.2. Condução do Ensaio de “Pull-Off”

O ensaio de “Pull-Off” foi conduzido tendo por base as especificações da norma ASTM D 4541-85. Sobre um disco

metálico colado sobre a superfície do betão é aplicada uma força de arrancamento gradualmente crescente. O disco é

colado sobre uma superfície diametralmente cortada por uma caroteadora até a profundidade desejada. Neste caso,

profundidade mínima do corte foi inicialmente fixada em 10 cm. Previamente ao corte diametral foi feita a detecção de

armaduras de modo a evitar o seu corte pela caroteadora. Por cada elemento estrutural foram realizados no mínimo um

conjunto de três ensaios (A, B e C).

a) b) c)


a) Corte diametral no betão. b) Aplicação da força de arrancamento. c) Resultado do ensaio

Figura 5. Condução do ensaio de “Pull-Off”.

4.2.1. Resultados do Ensaio de “Pull-Off”

A Tabela 1 apresenta os resultados obtidos do ensaio de “Pull-Off” conduzidos nos diversos elementos estruturais. A

média da tensão de rotura dos três ensaios define a tensão de arrancamento por tracção. No entanto, a determinação da

tensão média faz sentido quando os modos de rotura dos três provetes são semelhantes. Para o presente caso, os modos

de rotura foram, para os diversos ensaios e no mesmo elemento estrutural, diferentes, facto este que levou a que a

análise dos resultados fosse feita isoladamente para cada caso.

Tabela 1. Resultados dos ensaios de Pull Off.

Elemento

estrutural Provete

D

[mm]

A

[mm2]

h

[mm]

Força de

rotura

[N]

Tensão de

rotura

[MPa]

Modo de rotura

C2-1

(Pilar)

A 43.4 1478.6 164.4 1660 1.12 Betão antigo

B 43.7 1499.1 118.3 470 0.31 Betão antigo

C 43.3 1471.8 120.0 860 0.58 Ligação Betão antigo/novo

C2-2

(Diagonal)

A 43.8 1506.0 175.7 50 0.03 Betão antigo

B 43.8 1506.0 5.0 1220 0.81 Betão novo

C 43.6 1492.3 151.0 - - Betão antigo (antes do arracamento)

C2-3

(Pilar)

A 43.8 1506.0 5.0 2000 1.33 Betão novo

B 43.8 1506.0 - 1450 0.96 Cola

C 43.8 1506.0 - 1430 0.95 Cola

C4-1

(Diagonal)

A - 903.6 86.9 990 1.10 Betão novo (Junto ao espaçador)

B 43.7 1499.1 122.4 860 0.57 Ligação Betão antigo/novo


C4-2

(Pilar)

A 43.8 1506.0 - 1790 1.19 Betão novo

B 43.8 1506.0 - 390 0.26 Betão novo

C 43.8 1506.0 66.2 2100 1.39 Betão novo

C4-3

(Diagonal)

A 43.8 1506.0 121.0 2440 1.62 Betão novo

B 43.8 1506.0 133.7 750 0.50 Betão antigo



De uma forma geral observou-se que quando o modo de rotura fosse caracterizado pela rotura na camada do betão

antigo e na interface da ligação entre ambos os betões, os valores das tensões de arrancamento foram baixos. Nos casos

em que o modo de rotura foi pela camada de betão adicionada as tensões de arrancamento em geral, foram elevadas,

atingindo, em média, valores superiores à 1 MPa (valor mínimo admissível de acordo com as especificações do

projecto).

Da análise feita as carotes obtidas do ensaio de “pull-off” constatou-se que a rotura pela interface de ligação entre

ambos materiais foi condicionada pelo tratamento inadequado da superfície do betão existente. Após o ensaio foi

possível concluir também que a camada do betão projectado tem mais de 10 cm de espessura.

Não obstante os valores baixos das tensões de aderência, o reforço dos elementos estruturais foi concebido de modo a

resistir à totalidade das acções, tendo sido face a este pressuposto considerado adequado.


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5. INPECÇÃO E DIAGNÓSTICO DE PATOLOGIAS DE UM EDIFÍCIO DE LAJES FUNGIFORMES

5.1. Breve Descrição da Estrutura do Edifício

A obra localiza-se na cidade de Maputo, na Av. 24 de Julho nº 268. A estrutura é em betão armado, foi projectada para

habitação e comércio. Apresenta 11 pisos constituídos por uma cave, rés-do-chão, sobreloja e 8 pisos elevados. A

fundação é em ensoleiramento geral e as lajes dos pisos são fungiformes maciças com espessuras médias de 23 cm. Os

elementos estruturais encontram-se na sua totalidade já construídos [6].

Devido ao erro de localização de um pilar, a obra começou a apresentar uma série de problemas de funcionamento

estrutural e que foram observados aquando da construção do 5º piso. A solução encontrada pelo empreiteiro consistiu

na introdução de um pilar metálico na zona do alinhamento correcto dos pilares. Neste âmbito, o LEM foi solicitado a

realizar uma peritagem à obra e avaliar a segurança estrutural da mesma.

a) Fachada posterior. b) Zona de localização errada do pilar no R/C.

Figura 6. Vista da fachada posterior da estrutura.

5.2. Inspecção e Peritagem Estrutural

Da inspecção e peritagem realizada pelo LEM, constatou-se que o edifício, apresenta diversas anomalias decorrentes do

processo de construção, nomeadamente: i) existência de vazios e zonas porosas no betão; ii) betão segregado; iii) erros

e imperfeição de geometria; iv) descontinuidades visíveis; v) fissuração e desaprumos dos elementos estruturais.

a) fendas junto ao apoio da laje.

b) fendas com característica de flexão.

c) armaduras da camada

superior em lajes localizadas a

profundidade de 10 cm.

Figura 7. Patologias observadas na obra.

Os resultados da inspecção apontam ainda que nas lajes dos pisos, a principal anomalia observada é a fissuração

localizada na zona junto aos apoios, e que indiciava tratar-se de deficiente resistência das lajes ao punçoamento por se

localizarem junto as zonas de inserção dos pilares às lajes. Esta fissuração é largamente visível na face superior das

lajes, motivada pelo facto de naquelas regiões ocorrerem esforços transversos significativos, originando tensões de corte

no betão. Outro facto aliado a este problema é a existência de armadura negativa com recobrimento de cerca de 10 cm

(ver Figura 7c), o que conduz a uma capacidade resistente aos momentos flectores negativos reduzida (cerca de metade

da capacidade resistente aos momentos flectores positivos). Grande parte dos problemas observados foi causada pela

deformação dos pisos devido ao erro de localização do pilar na cave e no R/C.


Por meio do ensaio de sondagem de armaduras não foi possível detectar a presença de armaduras específicas para a

resistência ao punçoamento, contudo, independentemente da presença ou não destas armaduras, em obra, o cenário de

fissuração das lajes por punçoamento é evidente. Deste modo foi recomendada a realização de estudos com vista a

determinação da possibilidade de reforço estrutural ao nível das zonas de ligação entre pilares e lajes a conferir a laje

um funcionamento adequado aos momentos flectores que ocorrem fundamentalmente junto aos apoios.

No que diz respeito à avaliação da capacidade de carga dos pilares, da análise realizada concluiu-se que os mesmos

apresentam-se devidamente armados e deduz-se que a intervenção consistirá na reparação das anomalias ao nível do

betão, com a excepção dos pilares que já experimentam um assinalável potencial de corrosão, que deverão portanto

merecer especial atenção.


Para a recuperação estrutural ao nível do betão e das armaduras, foram recomendadas as seguintes acções:

- Os trabalhos de reparação deverão iniciar-se com a actualização e mapeamento das zonas a intervir, definindo-se para

cada tipo de patologia a metodologia de recuperação a adoptar.

- Na reparação das zonas cujo betão se apresenta destacado, deve-se proceder à remoção do betão delaminado e ao corte

do betão envolvente da armadura;

- Após esta operação deve-se efectuar a limpeza da armadura com escova de aço e a preparação da superfície do betão

existente

- A substituição do betão removido deve ser feita por meio de uma argamassa de reparação de elevada resistência e com

retracção compensada

- Nas zonas em que o betão se apresenta segregado, deve-se proceder ao preenchimento de vazios com microbetão

- Nas zonas em que se preveja a colocação de espessuras de betão superior a 6cm, deve-se igualmente utilizar-se

microbetão

- As fendas com aberturas superiores a 0,3mm devem ser injetadas com resina epoxídica

- Devido às condições em que a obra se apresenta em termos de anomalias, todos os trabalhos a serem desenvolvidos

devem ser tomadas medidas especiais de prevenção com vista a garantir a segurança dos envolvidos.

6. REFERÊNCIAS

[1] LEM, Relatório nº 31.253. Análise do comportamento estrutural e da segurança da estrutura do cais da

terminal de cereais do porto da Matola. LEM. Dezembro/2013.

[2] Leal, M. “Dimensionamento de Defensas Marítmas”, Dissertação paro obtenção do grau de mestrado em

Engenharia Civil na FEUP,2011, pp. 4-36

[3] LEM, Relatório nº 31.454. Relatório da inspecção e análise do comportamento estrutural da torre metálica do

radar meteorológico do “INAM” na cidade da Beira. LEM. Fevereiro/2014.

[4] LEM, Report nº 31.804. Inspection and structural assessment of steel tower support of the meteorological radar

at Beira. LEM. May, 2014.

[5] LEM, Relatório nº 32.548. Resultados do ensaio de aderência por tracção “pull off” de betões de idades

diferentes nos cais 2 & 4 do porto de Maputo. LEM. Outubro/2014

[6] LEM, Relatório nº 32.719. Inspecção e peritagem estrutural da estrutura do edifício misto, localizado na av. 24

de julho nº 268, parcela do talhão 103 - cidade de Maputo. LEM. Dezembro/2014.

[7] Decreto-Lei n.º 235/83, de 31 de Maio – Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas de Edifícios e

Pontes

[8] Decreto-Lei n.º 349-C/83, de 30 de Julho – Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado

[9] Inácio, M., “Comportamento de Lajes Fungiformes Reforçadas com Parafusos”, Dissertação paro obtenção do

grau de mestrado em Engenharia Civil na FCT , 2010, pp. 8-16

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