140 ENACOR – ENCONTRO NACIONAL DE CONSERVAÇÃO

RODOVIÁRIA 2009

BELO HORIZONTE – MG

LEVANTAMENTO CADASTRAL E AVALIAÇÃO DA

CAPACIDADE DE CARGA DAS PONTES DA MALHA

RODOVIÁRIA DO ESTADO DO ESPÍRITO SANTO

Robson Luiz Gaiofatto1 e Ana Kyzzy Fachetti2

RESUMO

O presente trabalho tem por objetivo a apresentação de um conjunto de levantamentos cadastrais e de avaliação de condições de integridade e segurança, incluindo capacidade de carga, realizado em 626 obras de arte especiais, incluindo pontes, pontilhões e bueiros nivelados ao pavimento das rodovias. O desenvolvimento deste trabalho, executado por equipe técnica de grande experiência em análise estrutural, patologias dos materiais e estruturas e comportamento estrutural, seja em concreto, armado ou protendido, aço e estruturas mistas, considerou as informações obtidas no campo e análise numérica associada para determinação da integridade e da capacidade de suporte da estrutura. Esta análise é conclusiva na determinação da necessidade, com maior ou menor urgência, de intervenções nestas estruturas que garantam adequadas condições de segurança para uso normal ou especial das mesmas e das rodovias em que estão contidas. No campo, foram levantadas dimensões geométricas, observado e avaliado o comportamento da estrutura sobre carregamento real, a causa e os efeitos dos danos constatados (fissuras, deformações, vibrações, falhas de execução, entre outros) e a resistência média do concreto obtida por esclerometria, além das condições globais da estrutura, incluindo aterros de acesso e estado geral das fundações. Estas informações, analisadas e organizadas de forma conclusiva em planilhas de acesso direto, são fundamentais como ferramenta para um eficiente gerenciamento das rodovias da malha estudada, tanto em condições de uso normal, quanto para liberação de passagem de cargas especiais. Além disto, as planilhas resultantes do trabalho técnico elaborado, permitem um planejamento de intervenções nestas obras, tanto em função da necessidade técnica de cada estrutura, como pela importância de cada rodovia, ou mesmo, como parâmetro para tomada de decisões políticas, na escolha de intervenções. No presente trabalho, serão descritas técnicas utilizadas e recomendadas nos levantamentos de campo e nas análises numéricas que permite a formação das conclusões apresentadas.

1 Engenheiro Civil graduado pela Universidade Católica de Petrópolis, Mestre e Doutor em estruturas

pela Universidade Federal do Rio de Janeiro. Diretor técnico da ENCOPETRO Engenharia Estrutural Ltda. Professor responsável pelo projeto de Dutos de materiais compósitos pela Universidade Católica de Petrópolis com parceria com a Petrobrás - rlgaiofatto@gmail.com;

2 Técnica em Edificações pela Escola Técnica Federal do Espírito Santo, Arquiteta e Urbanista pela

Fundação São João Batista, Aracruz-ES – anakyzzy@gmail.com.

Palavras-chave: Inspeção estrutural, análise estrutural, pontes.

ABSTRACT

This work aims at the presentation of a set of cadastral surveys and evaluation of conditions of integrity and security, including capacity, held in 626 special constructions, including bridges, little bridges and drainpipe to the floor of the roads. The development of this work, performed by team of great experience in structural analysis, damage materials and structures and structural behavior, whether in concrete, reinforced or prestressed, steel and mixed structures, considered the information gathered in the field and associated numerical analysis to determine integrity and ability to support the structure. This analysis is conclusive in determining the need, more or less urgency of interventions in these structures to ensure appropriate security conditions to use normal or special of the same roads and they are contained. In the field, were taked geometric dimensions, observed and evaluated the behavior of the structure on real load, the cause and effects of damage observed (cracks, deformation, vibration, failure of implementation, among others) and the average strength of concrete obtained by “esclerometria”, addition to the overall structure, including access to landfills and the general state of the foundations. This information, analyzed and organized so as conclusive in spreadsheets direct access, are crucial as a tool for efficient management of the grid roads studied, both in conditions of normal use, and to release the movement of special loads. In addition, the spreadsheets from the technical work developed, enables a planning interventions in these constructions, both in terms of the technical need of each structure, and the importance of each road, or even, as a parameter in making policy decisions in the choice of interventions. In this paper, techniques are described and recommended in the field surveys and numerical analysis that allows the formation of the findings. Key words: Structural inspection, structural analysis, bridges.

INTRODUÇÃO Numa situação atual de estado avançado de deterioração das principais obras de arte nas principais rodovias do Brasil, de forma geral, e também nas demais rodovias, a níveis estaduais e municipais, o conhecimento do estado de integridade e de segurança destas obras apresenta um fundamental importância, quando são analisadas as condições de tráfego normais e especiais de cada rodovia e sobretudo, quando são avaliadas emergências no planejamento de procedimentos de manutenção e reforço destas obras. Com este objetivo principal, o trabalho de levantamento cadastral das estruturas adquire uma importância fundamental para os administradores das rodovias. Este trabalho, normatizado pela ABNT, NBR 9452/86 da ABNT "Vistoria de Pontes e Viadutos de Concreto” e na norma DNIT 010/2004 – PRO “Inspeções em Pontes e Viadutos de Concreto Armado e Protendido – Procedimentos”, serve como uma introdução ao estudo do assunto, entretanto, a simples vistoria cadastral, conforme recomendada nestas normas, não se faz satisfatória, ou suficiente, uma vez que os levantamentos podem ser realizados por pessoal não adequadamente qualificado e os resultados, conforme estipulados pelas normas não permitem conclusões adequadamente seguras e eficientes. Por outro lado, estes relatórios, quando realizados por pessoal adequadamente treinado e suficientemente experiente e capacitado, podem levar a uma quantidade de respostas suficiente a uma análise qualitativa e quantitativa segurança e a conclusões eficientes quanto a formas de avaliação e decisões técnicas e administrativas. Neste trabalho, será mostrado como foi realizado o levantamento de 625 estruturas para o DER-ES e como foram apresentados os resultados, bem como, a melhor maneira que os mesmos deveriam ser analisados, de forma que estes relatórios pudessem gerar conclusões adequadas e de grande importância administrativa. Este artigo será constituído de um breve histórico do trabalho realizado, seguido de um exemplo dos relatórios gerados, uma descrição das técnicas utilizadas na determinação da capacidade portante de cada uma das estruturas, do tipo de recomendação gerada pelos relatórios e pela conclusão sobre a importância do serviço realizado. BREVE HISTÓRICO O trabalho descrito no presente artigo é baseado no contrato 006/2006, firmado entre o Departamento de Estradas de Rodagem do ES e uma empresa de engenharia com equipe técnica experiente em avaliação de patologias e danos em estruturas de forma geral e em pontes e bueiros de forma particular. O trabalho foi realizado no período de Maio de 2007 a Junho de 2008, compreendendo 500 estruturas em sua fase inicial (quatro meses) e mais 126 (aditivo de 25% quanto ao contrato original) na fase final (dois últimos meses). Do total de estruturas avaliadas, foram verificadas 441 pontes e 185 bueiros, cobrindo quase a totalidade das rodovias pavimentadas – cerca de 98% - do estado do Espírito Santo e cerca de 78% das rodovias não pavimentadas. O pequeno saldo remanescente não foi realizado por falta de interesse do DER-ES na conclusão do trabalho. O trabalho foi iniciado sem que fosse conhecido o número de estruturas existentes e nem a sua localização, tendo sido desenvolvido prioritariamente nas rodovias com origem em Vitória, ou seja, as rodovias 0XX. Posteriormente foram sendo percorridas as rodovias conforme critério de proximidade, tendo havido o cuidado de balancear percursos ao norte e ao sul de Vitória. A seqüência escolhida foi importante por reduzir o tempo despendido por viagens em trechos longos de retorno. Na fase final, quando a prática adquirida permitia a realização dos levantamentos em menor tempo, as viagens de retorno foram se tornando mais longas, equilibrando a produtividade das viagens, que em geral tinham duração de 3 ou 4 dias por semana, sendo o tempo remanescente gasto com os trabalhos de escritório

RELATÓRIOS APRESENTADOS Cada uma das 626 estruturas, inspecionada e avaliada, gerou um relatório de quatro páginas, baseado nas recomendações da NBR9452/86 da ABNT e na norma 010/2004 – Pro do DNIT. Este relatório, contem informações de campo na primeira página, croquis com plantas e seções na segunda, características de infra, meso e supra-estrutura, seguida de tabuleiro e acessos na terceira página (incluindo notas conforme padrão DNIT) e conclusões com croquis de danos na quarta e última página, contendo capacidade de carga total e por eixo, conclusões e recomendações sobre o estado geral da estrutura.

Fig. 1 – Página inicial do relatório individual.

Fig. 2 – Páginas dois e três do relatório individual.

Finalmente, na página quatro, as informações de grande importância para análise técnica expedita e para análise gerencial da rodovia, sendo possível observar de forma direta a nota média da estrutura (0 a 5 – conforme padrão DNIT), as condições de estabilidade, de conservação e vibração do tabuleiro, a qualidade do concreto constituinte da estrutura e a capacidade de suporte da ponte de forma geral e por eixo de rodagem (eixo simples e duplo). Também são fornecidas as observações gerais e conclusivas, que contem a descrição dos principais problemas e as principais recomendações de intervenções que possam adequar a estrutura ao tráfego da rodovia onde está instalada.

Fig. 3 – Página quatro do relatório individual.

Em cada estrutura inspecionada, foram levantados basicamente os seguintes dados: – Identificação da obra quanto ao local e tipo e localização por GPS; – Caracterização da estrutura:

• Levantamento geométrico; • Condições do entorno; • Levantamento de danos estruturais e de desgaste; • Avaliação do tipo de tráfego; • Avaliação do comportamento dinâmico da estrutura; • Realização de ensaios de esclerometria; • Documentação fotográfica da estrutura e área de entorno.

Posteriormente aos trabalhos de campo, foram desenvolvida análise da estrutura quanto a seus danos, forma geométrica e capacidade remanescente de carga da estrutura (ver descrição do item 4 deste artigo), com geração dos desenhos, avaliação de nota avaliativa, conforme padrão do DNIT e finalmente quanto a conclusões sobre o estado geral da estrutura e conjunto de recomendações de intervenções necessárias à reconstituição da capacidade de suporte original da estrutura. Além do relatório acima exemplificado, um arquivo digital contendo o mesmo relatório e um conjunto com média de 15 fotografias foi apresentado para cada estrutura analisada. Tendo em vista a trajetória quase aleatória pelas rodovias do Espírito Santo que ocasionaram numeração individual de difícil interpretação, foi gerado um relatório de resumo, separado apenas entre pontes e bueiros, de forma que as estruturas puderam ser separadas por rodovias e consequentemente encontradas de forma bastante simples nas planilhas. Este relatório resumo, contem as principais informações de cada estrutura, especialmente aquelas indispensáveis às avaliações conclusivas, tanto técnicas quanto gerenciais ou administrativas. Juntamente a este relatório, foram gerados gráficos em forma de pizza, associando o número de estruturas avaliadas aos tipos de danos, ao estado de conservação e segurança e àquelas com necessidade urgente de intervenções devido ao estado precário de segurança que apresentavam. Em todos os relatórios, foi ainda apresentada recomendação (primeira página) quanto a intervalo de tempo máximo a ser observado para nova inspeção, sendo o período máximo adotado de dois anos. Este período, já se encontra esgotado para a maioria das estruturas, para as quais, as avaliações realizadas perdem a sua validade. AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE DE CADA ESTRUTURA A determinação da capacidade de carga de cada estrutura foi obtida pela interação entre análise visual baseada no levantamento de danos e comportamento geral da estrutura e em análise numérica desenvolvida com base no sistema estrutural da ponte, nas dimensões geométricas de seus elementos, na resistência à compressão obtida pelos ensaios de esclerometria, pela integridade da estrutura, pelo tipo de carga (máxima verificada), incluindo velocidade média e pelo comportamento da estrutura quando submetida a este carregamento nas condições constatadas. A análise numérica desenvolvida foi composta pelo desenvolvimento de modelo em SAP 2000 com análise estática quanto a esforços e deformações, sendo verificada a compatibilidade dos resultados encontrados com o comportamento observado na estrutura sob a ação de carga habitual. Nos casos onde foi constatada vibração elevada, o modelo foi analisado sob a ação de cargas dinâmicas, estimadas em função do padrão de irregularidade do pavimento e dos acessos à estrutura. Coeficientes de impacto elevados, na ordem de 2, foram considerados nas análises dinâmicas de estruturas que apresentavam pavimento com muitas irregularidades, como é o caso apresentado na foto a seguir. Os resultados desta análise dinâmica, também foram comparados ao comportamento real observado na estrutura. Com base nestas análises, sempre considerando o estado de deterioração encontrado, onde a origem ou causa das fissuras e das deteriorações foram sempre consideradas, foram obtidas conclusões quanto à capacidade de suporte das estruturas, resultando em uma capacidade de carga integral na estrutura. Posteriormente, por métodos aproximados, a carga integral obtida foi detalhada em eixos simples, duplos, ou mesmo triplos.

Em muitas ocasiões, as cargas observadas nas rodovias, consideradas atuantes nos modelos, não resultava em uma condição adequada de equilíbrio ou de tensões nos materiais. Nestas condições o carregamento era reduzido paulatinamente, até que novos valores (menores que aqueles pré-considerados) permitiam a obtenção de condições de equilíbrio compatível, resultando daí os valores indicados nos relatórios.

Foto 1: Problemas habitualmente encontrados em pavimentos, ocasionando consideração de fatores de

impacto elevados.

Em muitas estruturas, especialmente naquelas onde foi constatado comportamento dinâmico significativo, normalmente o equilíbrio só era obtido após reduções elevadas de carga. Estas estruturas, tiveram a recomendação de novas observações com medições de movimentações dinâmicas controladas, ou seja, medições de freqüência e amplitudes da estrutura submetida a passagem de cargas conhecidas em velocidade controlada. Esta recomendação leva a um ajuste de modelagem numérica do SAP muito mais detalhada e consequentemente muito mais precisa, permitindo conclusões sobre eventuais necessidades de intervenções muito mais exatas.

Foto 2: Estrutura de grande esbeltez com comportamento dinâmico significativo.

Em muitas estruturas, geralmente compostas por sistemas estruturais mais simples, onde a causa dos danos e do mau comportamento podia ser claramente associada a estado avançado de

deterioração, os modelos não eram efetivados, uma vez que não teriam representatividade com a estrutura real. Nestes casos, a análise era bem mais simples, considerando as dimensões geométricas dos elementos estruturais, geralmente fissurados, associado ao comportamento da estrutura aos carregamentos habituais, constatados nas inspeções. Em algumas situações, como a da ponte mostrada na figura 3 a seguir, as condições de estabilidade estavam muito comprometidas. Este comprometimento pode ser associado a elevada esbeltez da estrutura, ao avançado estado de deterioração da mesma (absoluta falta de manutenção) e ao tipo de tráfego habitual, muito diferente daquele considerado originalmente – deve ser considerado que a estrutura indicada foi projetada e construída ainda nos anos 50.

Foto 3: Estrutura de elevada esbeltez, muito danificada, em situação de equilíbrio instável.

De forma resumida, os fatores considerados importante e considerados de forma qualitativa na avaliação das estruturas são:

• Avaliação da capacidade de carga das estruturas: – Processo numérico (quantitativo) baseado em:

• Dimensões geométricas da estrutura • Resistência atual do concreto (esclerometria); • Comportamento da estrutura a cargas habituais; • Comportamento dinâmico da estrutura sob cargas reais;

– Ajuste do valor obtido acima pelos danos existentes na estrutura (avaliação qualitativa), causados por:

• Danos devido ao uso habitual da ponte (fissuras, deformações, etc.) Danos de deterioração ao longo do tempo (corrosão, RAA, ataques por cloretos e.ou sulfatos e outras patologias). Também fatores associados a danos de fundações foram considerados, como foi o caso da ponte apresentada na foto a seguir, onde a capacidade portante da mesma foi minimizada em função das estacas fraturadas. Este caso foi analisado como sendo um dano causado pela erosão do fundo do Rio Doce, em Colatina, ES, que inicialmente expôs as estacas em concreto armado (cravadas em 1926), permitindo posteriormente a ocorrência de impacto de elementos carreados pelo rio, como troncos e outros objetos de porte significativo.

Foto 4: Estaca fraturada na base da ponte sobre o Rio Doce

RECOMENDAÇÕES DOS RELATÓRIOS Tendo em vista a principal causa das patologias e processos degenerativos encontrados de forma geral, os relatórios sempre continham um realce de atenção quanto aos principais danos daquela estrutura, bem como, dos principais pontos a serem considerados em intervenções emergenciais, em muitos casos, necessárias à manutenção em funcionamento da estrutura com condições adequadas de segurança. Desta forma, as principais patologias e causas de deterioração constatadas serão listadas abaixo:

– Perda de integridade: Fraturas e desgaste excessivo; – Concreto fissurado e carbonatado;

• Falhas de execução – retração; • Falhas de projeto – subdimensionamento; • Cargas excessivas – estáticas e/ou dinâmicas;

– Armaduras expostas e corroídas; • Falta de cobrimento – projeto e execução; • Má qualidade do concreto – projeto e execução; • Acidentes e exposição a agressões – projeto e uso;

– Concreto deteriorado por ataques químicos; • Desplacamentos, lascamentos, deteriorações generalizadas e manchas;

Estas patologias têm como causas principais as seguintes: – Idade avançada x falta de manutenção; – Falhas de projeto e/ou de execução:

• Pontes: Fundações, dimensões, capacidade portante, detalhes…. • Bueiros: Dimensões, fundações (ausência na maioria dos casos),

– Uso inadequado – Cargas excessivas e moradia; – Impactos de acidentes e de uso (problemas de qualidade e durabilidade dos

pavimentos); – Inexistência, falta de qualidade ou falta de manutenção das juntas de dilatação; – Agressividade excessiva por materiais químicos da atmosfera e oriundos de

vazamentos acidentais; – Deformações excessivas; – Ações degenerativas provocadas (fogo, urina e corrente elétrica, entre outras); – Recuperações e reparos mal projetados e/ou mal executados;

– Falta de compatibilização das estruturas com o acréscimo das solicitações (cargas, vazão de canais).

Finalmente, os danos apresentam como conseqüência a perda da capacidade portante da estrutura e/ou de sua integridade, com comprometimento da segurança e necessidade de interrupção do uso. Baseado nas análises numéricas desenvolvidas, na análise das patologias, suas causas e implementadas à estrutura para o seu funcionamento em condições adequadas de segurança, conforme recomendações das normas da ABNT ou do DNIT. CONCLUSÕES O trabalho desenvolvido, é uma mostra da importância de que os levantamentos cadastrais (considerados os mais simples pelas normas da ABNT e do DNIT), têm um grande ganho de qualidade quando realizados por profissionais preparados em conhecimento e experiência. Por outro lado, estes relatórios resumidos (chamados cadastrais), gerados pelos procedimentos acima apresentados, contem uma quantidade muito elevada de informações, devendo ser também interpretados por profissionais experientes, conhecedores do comportamento das estruturas, do comportamento dos materiais que as constituem, como é o caso da reologia do concreto, conhecendo os avanços pelos quais a tecnologia dos concretos passou nos últimos 50 anos e suas influências sobre as estruturas projetadas e construídas neste significativo intervalo de tempo. Se a produção dos trabalhos de cadastro das estruturas de obras de arte especiais ganha muita qualidade quando realizada por profissionais de grande especialização, a existência de uma equipe de nível semelhante nos órgãos gerenciadores tem a mesma importância. A falta de capacidade de interpretação de relatórios técnicos, deve ser considerada equivalente à falta destas informações, uma vez que compromete toda a importância dos trabalhos de levantamento das estruturas. Este trabalho deve sempre ser considerado como fundamental para a capacidade de gerenciamento dos órgãos contratantes, seja no intuito da manutenção da segurança dos elementos estruturais, do seu conhecimento para o uso com cargas especiais ou ainda, na administração conservativa das rodovias, as quais, devem ser consideradas como de grande importância. A manutenção preventiva deve ser considerada pelo menos cinco vezes mais barata do que a manutenção corretiva. Esta comparação pode ser ainda mais crítica quando ocorrem ruínas das estruturas, envolvendo perda de vidas e grandes prejuízos materiais, especialmente aqueles provocados por meses e meses da rodovia interrompida. Com base no exposto, é conclusivo afirmar a importância do conhecimento técnico das estruturas que constituem as obras de arte especiais de qualquer rodovia. Vistorias a intervalos nunca superior a dois anos, permitem que órgãos gerenciadores eficientes tenham uma redução significativa no custo de manutenção destas obras, uma vez que a cada inspeção, realizam pequenas intervenções e conseguem manter as estruturas em adequadas condições de segurança, compatíveis à elevada importância das rodovias para os municípios, estados e sobretudo para o Brasil. Afinal, não se pode considerar coerente uma rodovia que contenha uma ponte onde uma viga pré-fabricada chegue ao estado indicado na foto seguinte, resultante de diversos anos de absoluta falta de manutenção preventiva, colocando vidas em risco acentuado, sem que sequer, existisse à época das vistorias, sinalização de advertência, que possa despertar uma atenção especial dos motoristas, principalmente à noite e com chuva.

Foto 5: Rodovia com dano sério, gerado por falta de manutenção preventiva por muitos anos.

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