COMPARAÇÃO ENTRE AS METODOLOGIAS DE INSPEÇÃO DE PONTES: GDE/UNB E DNIT

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1 COMPARAÇÃO ENTRE AS METODOLOGIAS DE INSPEÇÃO DE PONTES: GDE/UNB E DNIT R. C. VERLY J. H. S. RÊGO Eng.º Civil Prof. Eng.º Civil Universidade de Brasília Universidade de Brasília Brasília; Brasil Brasília; Brasil rverly@gmail.com jhenriquerego@ig.com.br E. K. CASTRO F. B. ROSA Prof. Eng.ª Civil Prof. Eng.ª Civil Universidade de Brasília Brasília, Brasil Brasília; Brasil ekrausc16@gmail.com feliperosaborges@gmail.com RESUMO Alterações nas propriedades dos materiais provocam a deterioração das pontes e viadutos o que pode comprometer o desempenho da estrutura como um todo. Uma medida eficaz de reduzir a velocidade da deterioração dos materiais é a realização de manutenção preventiva nas estruturas. Os dados coletados em inspeções rotineiras são utilizados para alimentar sistemas de gestão de estruturas, que são utilizados pelos administradores de grandes estoques de estruturas para priorizar as intervenções em função do orçamento disponível. Este trabalho tem como objetivo comparar os resultados obtidos de inspeções realizadas em 13 (treze) viadutos da região metropolitana de Brasília por duas diferentes metodologias de inspeção (metodologias GDE/UnB e do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes DNIT). As duas metodologias se mostraram adequadas à aplicação viadutos de concreto armado. 1. INTRODUÇÃO O Brasil é um país de economia emergente e tem apresentado um grande crescimento econômico na última década. Um dos itens necessários à manutenção desse crescimento é a infraestrutura de transportes do país. Além do transporte de cargas, a civilização global é altamente dependente de automóveis e do sistema de transporte público, seja para sua locomoção diária de casa para o trabalho, seja para o transporte em atividades de lazer [1]. As pontes e viadutos, aqui denominados obras de arte especiais OAEs, são elementos vitais das rodovias e ferrovias, uma vez que a interdição de uma dessas estruturas implicará também na interdição da rodovia naquele ponto. Desvios longos e tempo parado a espera de reparos nas OAEs causam sérios prejuízos à economia nacional. A vida útil da estrutura depende, substancialmente, de níveis adequados de manutenção, principalmente porque os eventuais problemas estruturais, sendo descobertos em seu início, teriam seus efeitos minorados e os custos de reparo seriam reduzidos [2]. As normas atuais dedicam atenção às disposições construtivas e de projeto com foco na durabilidade, no entanto não especificam os critério objetivos de manutenção. Tendo em vista a necessidade de manutenção das OAEs, que são muito numerosas, o administrador ou o proprietário deve ter meios de priorizar a aplicação dos recursos, seja direcionando os mesmos para as estruturas que apresentam maior possibilidade de interdição, seja estabelecendo uma política de manutenção. O presente trabalho tem como objetivo a comparação de duas metodologias de avaliação de estruturas. A primeira delas é a utilizada pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes DNIT para a alimentação do Sistema de Gerenciamento de Obras de Arte Especiais SGO. Esse sistema contém vários módulos de auxílio à tomada de decisões, sendo dois deles voltados à inspeção das estruturas, onde as estruturas são classificadas em função de suas condições de estabilidade e de conservação. Essa classificação varia de um a cinco, sendo um a pior condição e cinco 1

2 uma obra em perfeitas condições. Uma desvantagem dessa classificação é que não há como priorizar entre duas obras de mesma nota técnica, uma vez que são atribuídos apenas valores inteiros. A outra metodologia de inspeção de estruturas foi desenvolvida no Programa de Pós-graduação em Estruturas e Construção Civil do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da Universidade de Brasília (UnB). Essa metodologia permite a avaliação de estruturas de concreto armado de edificações usuais, que estabelece critérios para a classificação de danos que permitem calcular o grau de deterioração dos elementos estruturais isolados e da estrutura como um todo, indicando as ações necessárias ao desenvolvimento da vida útil prevista [2]. O grau de deterioração é resultado de uma sequência de cálculos e dá como resultado um número irracional, ou seja que pode ou não ser inteiro. Dessa forma, duas OAEs dificilmente apresentarão valores iguais de grau de deterioração, facilitando a priorização das intervenções necessárias. As duas metodologias são baseadas em dados coletados em inspeções de campo e posteriormente processados, permitindo a classificação da estrutura em uma escala. O objetivo desse trabalho é comparar os resultados obtidos para 13 viadutos situados na região urbana de Brasília avaliados pelas duas metodologias. 2. DESCRIÇÃO DAS METODOLOGIAS 2.1 Metodologia do DNIT - SGO O propósito de um sistema de gerenciamento de pontes e combinar os conhecimentos da engenharia de materiais, engenharia estrutural, teorias econômicas e análise de sistema, para determinar as ações de manutenção, reparo, reabilitação e substituição em todas as pontes de uma rede rodoviária ao longo do tempo. O contexto do sistema como um todo pode ser visto na Figura 1, onde podem ser identificadas todas as atividades que envolvem a gestão das pontes, começando por atividades de campo, como o cadastro e as inspeções, passando por atividades de auxílio à tomada de decisão até culminar na realização dos serviços necessários à conservação da OAE. Figura 1 Contexto do SGO V3 [3] Para alimentação do sistema, são feitas inspeções cadastrais e rotineiras, que são regulamentadas pelo Manual de Inspeção de Pontes Rodoviárias do DNIT e pela Norma DNIT 010-PRO. As inspeções cadastrais se referem à etapa de cadastro das OAEs, conforme mostrado na Figura 1, e deve ser a primeira inspeção que se realiza em uma ponte e, preferencialmente ou mesmo, obrigatoriamente, logo após sua construc ão, quando ainda se encontram disponíveis os elementos de projeto contendo todos os informes construtivos. Trata-se de uma inspeção fartamente documentada que servira de referência para todas as inspeções posteriores: deve ser minuciosa e realizada por uma equipe comandada por um inspetor [4]. Nessa inspeção não são atribuídas notas à estrutura ou aos seus elementos. 2

3 Durante as inspeções rotineiras são coletadas informações sobre os danos e insuficiências estruturais instalados nos diferentes elementos componentes da obra. Em consequência podem ser registradas e quantificadas as necessidades das OAEs em termos de manutenção e recuperação, bem como, avaliar as condições de segurança das mesmas. Os danos devem ser amplamente fotografados e eventualmente representados em croquis. Antes de serem implantados no SGO, o material coletado durante as inspeções deve passar por um processo de revisão e consistência, realizado por um engenheiro especialista em estruturas. Aos elementos estruturais da OAE são atribuídas notas técnicas que variam de acordo com os danos existentes e as insuficiências estruturais eventualmente geradas pelos mesmos A estrutura como um todo também recebe uma nota técnica, que refletirá sua condição de estabilidade. A nota técnica da OAE corresponde à nota técnica do elemento que receber a nota mais baixa. A Tabela 1 apresenta o quadro que relaciona as notas técnicas com as condições apresentadas pelo elemento estrutural. NOTA DANOS NO ELEMENTO/ INSUFICIÊNCIA ESTRUTURAL Tabela 1: quadro de notas técnicas (adaptado de DNIT, [3]) AÇÃO CORRETIVA CONDIÇÕES DE ESTABILIDADE CLASSIFICAÇÃO DAS CONDIÇÕES DA PONTE 5 Não há danos e nem insuficiência estrutural Nada a fazer; só manutenção preventiva Boa Obra sem problemas 4 Há alguns danos, mas não há sinais de que estejam gerando insuficiência estrutural Nada a fazer; apenas serviços de manutenção corretiva e preventiva Boa Obra sem problemas sérios 3 Há danos gerando alguma insuficiência estrutural, mas não há sinais de comprometimento da estabilidade da obra A recuperação da obra pode ser postergada, devendo-se, porém, neste caso, colocarse o problema em observação sistemática Boa ou Boa aparentemente Obra potencialmente problemática Recomenda-se monitorar os elementos danificados, através de inspeções rotineiras, para detectar, em tempo hábil, em eventual agravamento da insuficiência estrutural 2 1 Há danos gerando significativa insuficiência estrutural na ponte, porém não há ainda, aparentemente, um risco tangível de colapso estrutura Há danos gerando grave insuficiência estrutural na ponte; o elemento em questão encontra-se em estado crítico, havendo um risco tangível de colapso estrutural A recuperação (e/ou reforço estrutural) da obra deve ser feita no curto prazo A recuperação (e/ou reforço estrutural, ou mesmo substituição) da obra deve ser feita sem tardar Sofrível Precária Obra problemática Postergar em demasia a recuperação da obra pode significar sério comprometimento da vida útil - ou mesmo um eventual colapso - da estrutura no futuro Obra Crítica Em alguns casos, pode configurar uma situação de emergência, podendo a recuperação da obra ser acompanhada de medidas preventivas especiais, tais como: restrição de carga na ponte, interdição total ou parcial ao tráfego, escoramentos provisórios, instrumentação com leituras contínuas de deslocamentos e deformações etc. 3

4 2.2 Metodologia GDE/UnB Considerações gerais Conhecida como metodologia GDE/UnB ou PECC/UnB, foi desenvolvida com o objetivo de diminuir a subjetividade nas vistorias e avaliações de edificações de concreto armado. Castro [1] desenvolveu a metodologia GDE/UnB e teve como ponto de partida a metodologia desenvolvida por Klein et al [5]. Depois de ser aplicada em diversas estruturas, foram propostas modificações por Lopes [6], Boldo [7] e Fonseca [8]. A metodologia original foi proposta para pontes e viadutos e as atualizações posteriores foram adaptadas para a aplicação em edificações. Em 2011 surgiu nova adaptação da metodologia para aplicação em OAEs, a qual será apresentada neste item. A metodologia proposta por Euqueres [9] fez importantes modificações considerando as particularidades dos elementos estruturais das OAEs em relação aos elementos estruturais de edificações. Esta metodologia possibilita uma classificação das condições das estruturas por meio do grau de deterioração calculado e apresenta uma sequência de procedimentos bem definida, que facilita sua aplicação pelo inspetor. A Figura 2 apresenta, de forma sistemática, o roteiro a ser seguido na sua aplicação. As etapas da avaliação utilizando a metodologia serão detalhadas a seguir, definindo todos os parâmetros utilizados. Figura 2 Fluxograma da metodologia para o cálculo do Grau de Deterioração da Estrutura (Gd) [1] Inicialmente a estrutura é dividida em famílias de elementos. Nessa etapa os elementos são agrupados de acordo com suas características estruturais peculiares e com a sua função estrutural no conjunto. Os elementos pertencentes a uma família são tratados na presente metodologia de forma igualitária, portanto essa divisão não é fixa e deve ser avaliada sempre que a metodologia for aplicada. 4

5 A cada família de elementos é atribuído um fator de ponderação do dano (F p ), que tem como objetivo quantificar a importância relativa de um determinado dano no que se refere às condições gerais de estética, funcionalidade e segurança dos elementos de uma determinada família. Isso permite que uma mesma manifestação patológica tenha fatores de ponderação distintos em famílias diferentes. Os valores de F p podem variar de 1 (um) a 5 (cinco). Durante os trabalhos de campo o inspetor atribui a cada dano encontrado um fator de intensidade do dano (F i ), que classifica a gravidade e evolução de uma manifestação patológica em um determinado elemento, segundo uma escala que varia de 0 a 4. Essas três etapas iniciais sofrem a interferência do inspetor, portanto sofrem um certo grau de subjetividade. As etapas seguintes são constituídas por uma sequência de cálculos matemáticos, que não sofrem a interferência de avaliações subjetivas. A formulação utilizada será descrita sucintamente a seguir. Para cada dano existente é calculado o grau do dano (D), que tem como parâmetros de entrada os valores do fator de ponderação do dano (0 F p 5) e o fator de intensidade do dano (0 F i 4), conforme a Equação 1. D = 0,8 F p F i para F i 2 D = ( 12 F i - 28) F p para F i ³ 3 (Equação 1) O grau do dano não leva em conta os demais danos eventualmente existentes no mesmo elemento estrutural. A atuação conjunta de todos os danos existentes em um elemento é avaliada pelo grau de deterioração do elemento (G de ), que é calculado para cada elemento da estrutura conforme a Equação 2. é æ ê ç ê è G de = D máx ê1+ ê ëê Onde, D i - é o grau de dano de ordem i; D máx - é o maior grau de dano de um elemento; e n - é o número de danos encontrados em um elemento. n D i n ö ù - D ú máx ø ú ú D i ú ûú (Equação 2) Avaliados todos os elementos estruturais da OAE, o próximo passo é avaliar o conjunto de elementos de uma família. Essa avaliação é feita pelo grau de deterioração de uma família (G df ), calculado conforme a Equação 3. Nessa fórmula deverão ser utilizados apenas valores de G df iguais ou superiores a 15. é æ ê ç ê è G df = G de,máx ê1+ ê ëê m G de,i m G de,i ö ù -G ú de,máx ø ú ú ú ûú Onde, G de,máx - Maior grau de deterioração encontrado na família de elementos; G de,i - Graus de deterioração apresentados pelos elementos da família ( 15); m - número de elementos com G de 15. (Equação 3) Com base nas avaliações de todas as famílias de elementos existentes na estrutura (G df ) é feito o cálculo do grau de deterioração da estrutura (G d ), conforme a Equação 4. O valor de G d é função dos valores de G df obtidos por cada família da estrutura ponderados pelos respectivos fatores de relevância estrutural (F r ). Esse fator tem como objetivo levar em consideração a importância relativa de uma família de elementos no comportamento e no desempenho da estrutura como um todo. 5

6 G d = k ( F R,i G df,i ) k ( F R,i ) (Equação 4) Após calculado o grau de deterioração da estrutura, pode ser feita uma correlação com o seu nível de deterioração e as respectivas ações recomendadas, conforme a Tabela 2. Tabela 2: Classificação dos níveis de deterioração da estrutura (adaptado de Fonseca, [8]) NÍVEL DE DETERIORAÇÃO G d AÇÕES A SEREM ADOTADAS Baixo 0 15 Estado aceitável. Manutenção preventiva. Médio Alto Sofrível Definir prazo/natureza para nova inspeção. Planejar intervenção em longo prazo (máximo 2 anos). Definir prazo/natureza para inspeção especializada detalhada. Planejar intervenção em médio prazo (máximo 1 ano). Definir prazo/natureza para inspeção especializada detalhada. Planejar intervenção em curto prazo (máximo 6 meses). Crítico > 100 Inspeção especial emergencial. Planejar intervenção imediata. 3. PROGRAMA EXPERIMENTAL Para cumprir o objetivo proposto neste trabalho, foram realizadas inspeções rotineiras em 13 (treze) viadutos localizados na região metropolitana de Brasília/DF pelas duas metodologias avaliadas. As inspeções foram realizadas de forma visual, sem o auxílio de equipamentos especiais, como plataformas, embarcações e escadas de acesso. O material utilizado pela equipe de inspeção foi composto por máquina fotográfica, uma trena, paquímetro e os formulários para as anotações. Durante a vistoria foram utilizados o Manual de Inspeção de Pontes Rodoviárias do DNIT e o Roteiro de Inspeção para Estruturas de Pontes de Concreto Armado, sendo que o último é parte integrante de Euqueres [9]. Todas as OAEs selecionadas para inspeção estão localizadas na região metropolitana de Brasília, e superestrutura de todas é formado por uma laje em concreto armado apoiada em pilares parede e em travessas de apoio em suas extremidades. Não foram levantadas informações acerca das fundações. À exceção do Viaduto 13, que tem 180,0m de comprimento, o comprimento das OAEs varia entre 27,0m e 55,0m. 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES Durante as inspeções foi feito o levantamentos dos dados cadastrais básicos, dos dados das manifestações patológicas e o levantamento fotográfico. As análises e aplicações das metodologias foram feitas posteriormente e seus resultados se encontram na Tabela 3. A análise feita pela metodologia do DNIT resultou em uma OAE com nota 4 (7,69%), oito OAEs com nota 3 (61,54%) e quatro OAEs com nota 2 (30,77%). Isso nos da informações acerca da condição de estabilidade de cada estrutura, mas não permite priorizar as intervenções entre, por exemplo, as oito OAEs que obtiveram nota 3. Já pela metodologia GDE/UnB os níveis de deterioração ficaram divididos da seguinte forma entre as OAEs: três obtiveram nível de deterioração crítico (23,08%), duas obtiveram nível de deterioração sofrível (15,38%), uma obteve nível de deterioração alto (7,69%) e sete obtiveram nível deterioração médio (53,85%). Mesmo sendo classificadas com o mesmo nível de deterioração pela metodologia GDE/UnB, como as sete OAEs que obtiveram nível de deterioração sofrível, todas apresentaram valores de Gd diferentes, o que permite a priorização de uma estrutura em relação às demais no que se refere a intervenções. 6

7 Tabela 3: Classificação dos níveis de deterioração da estrutura Metodologia GDE/UnB Metodologia DNIT OAE Condições de Grau de Dano Nível de deterioração Nota Técnica Estabilidade 1 29,90 Médio 3 Boa ou Boa aparentemente 2 29,96 Médio 4 Boa ou Boa aparentemente 3 58,70 Alto 3 Boa ou Boa aparentemente 4 39,83 Médio 3 Boa ou Boa aparentemente 5 31,80 Médio 3 Boa ou Boa aparentemente 6 30,20 Médio 3 Boa ou Boa aparentemente 7 96,90 Sofrível 3 Boa ou Boa aparentemente 8 108,20 Crítico 2 Sofrível 9 108,60 Crítico 2 Sofrível ,10 Crítico 2 Sofrível 11 42,30 Médio 3 Boa ou Boa aparentemente 12 41,50 Médio 3 Boa ou Boa aparentemente 13 81,90 Sofrível 2 Sofrível Com a finalidade de facilitar a comparação entre os resultados obtidos pelas duas metodologias, foi feita a correlação entre os graus de deterioração (GDE/UnB) e as notas técnicas (DNIT), conforme apresentado na Tabela 4. Tabela 4: Relação entre as metodologias GDE/UnB e DNIT GDE/UnB DNIT G d OAEs Nota técnica OAEs , 2, 4, 5, 6, 11, , 3, 4, 5, 6, 7, 11, , , 9, 10, 13 > 100 8, 9, Pela observação da Tabela 4 não há uma relação direta e ampla entre o grau de deterioração e a nota técnica obtidos pelas OAEs inspecionadas. Essa relação direta ocorre apenas nas OAEs 2, 3 e 13. Nesse caso há que se observar as recomendações feitas por cada uma das metodologias. Numa relação direta entre Gd e a nota técnica, enquanto o DNIT recomenda que não há nada a fazer para a OAE 2 (Tabela 1), a metodologia GDE/UnB recomenda o agendamento de nova inspeção e a intervenção no longo prazo (dois anos) (Tabela 2), o que na prática significa a mesma coisa, uma vez que o DNIT faz inspeções a cada dois anos [3]. À exceção da OAE 7, as demais poderiam ser agrupadas em uma nova divisão das faixas de valores do nível de deterioração, conforme a Tabela 5 Tabela 5: Redistribuição das faixas de Gd e nota técnica GDE/UnB DNIT G d OAEs Nota técnica OAEs , 2, 4, 5, 6, 11, , 3, 4, 5, 6, 7, 11, , , 9, 10, 13 > 100 8, 9,

8 Uma nova divisão contemplando as OAEs com Gd entre 15 e 80 conseguiria englobar oito OAEs, que seriam coincidentes com as OAEs com notas técnicas 3 e 4. O mesmo ocorre com o conjunto das OAEs com Gd maior que 80 que coincidiria com as OAEs com notas técnicas 1 e 2. A exceção, conforme já mencionado no parágrafo anterior, é a OAE 7. A não existência de uma relação direta entre os resultados de Gd e nota técnica pode ser atribuída principalmente à diferença de conceitos das duas metodologias, o que influencia na perspectiva de avaliação das estruturas. A metodologia GDE/UnB tem sua avaliação centrada no grau de deterioração das estrutura devido às manifestações patológicas encontradas, enquanto a metodologia do DNIT é guiada pela condição de estabilidade apresentada pela estrutura com base nos danos encontrados nos elementos padrões. Essa diferença de conceitos influencia diretamente nos resultados das avaliações, levando a metodologia GDE/UnB a ser mais conservadora que a do DNIT. Isso pode ser exemplificado pelas OAEs 8, 9 e 10 (Tabela 3), que estão classificadas pela metodologia GDE/UnB com nível de deterioração crítico, que é a pior situação, e pela metodologia do DNIT com a nota técnica 4 (condição de estabilidade sofrível) que é a segunda pior situação. Outro fator que influencia nas avaliações é que a metodologia do DNIT não apresenta tabelas com esquemas ou fotos que auxiliem na definição das notas técnicas, ficando sua definição mais susceptível à subjetividade do inspetor. No caso da outra metodologia, há tabelas com orientações para a definição do fator de intensidade dos danos, reduzindo assim a subjetividade durante a avaliação. 5. CONCLUSÕES Neste trabalho, as metodologias GDE/UnB e DNIT foram aplicadas a 13 viadutos localizados na região urbana de Brasília com o objetivo de comparar os resultados entre as duas metodologias. As duas metodologias não apresentaram uma relação direta entre seus resultados, sendo que a metodologia GDE/UnB se mostrou mais conservadora em relação à metodologia do DNIT para as OAEs inspecionadas. Os resultados aqui apresentados mostram que a metodologia GDE/UnB é uma opção viável de avaliação de pontes e viadutos de concreto armado, apresentando um fluxo de trabalho que facilita sua utilização. A presença de tabelas de referência além dos fatores de relevância, torna o resultado menos dependente da subjetividade do inspetor. 6. REFERÊNCIAS [1] KHAN, M. A. Bridge and highway: Structure, rehabilitation and repair, 1th ed. Oxford: McGraw-Hill Professional, p. [2] CASTRO, E. K., Desenvolvimento de metodologia para manutenção de estruturas de concreto armado. Dissertação (Mestrado) Universidade de Brasília, Brasília, DF, p. [3] DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes. Implantação e Operação em Âmbito Nacional do Sistema de Gerenciamento de Pontes 3ª Fase Anexo I: Manual do Usuário. Brasília, DF, p. [4] DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes. DNIT 010/2004 PRO, NORMA. Inspeções em pontes e viadutos de concreto armado e protendido Procedimento. Rio de Janeiro, 2004a. [5] KLEIN, D. L. et al. Critérios adotados na vistoria e avaliação de obras de arte. In: XXV JORNADAS SUL- AMERICANAS DE ENGENHARIA ESTRUTURAL, 1991, Porto Alegre. Anais... Porto Alegre: UFRGS, 1991, p [6] LOPES, B. A. R. Sistema de manutenção predial para grades estoques de edifícios: Estudo para inclusão do componente Estrutura de Concreto. Dissertação de Mestrado, Departamento de Engenharia Civil, Universidade de Brasília, Brasília, DF, p. [7] BOLDO, P. Avaliação quantitativa de estruturas de concreto armado de edificações no âmbito do Exército Brasileiro. Dissertação de Mestrado, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, p. [8] FONSECA, R. P. A estrutura do Instituto Central de Ciências: Aspectos históricos, científicos e tecnológicos de projeto, execução, intervenções e propostas de manutenção. Dissertação de Mestrado em Estruturas e Construc ão Civil, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, p. [9] EUQUERES, P. Metodologia de inspeção de pontes de concreto armado, Dissertação de Mestrado, Escola de Engenharia Civil, Universidade Federal de Goiás, Goiânia, GO, p. 8