SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO DE ANOMALIAS EM OBRAS DE ARTE DE BETÃO CONCRETE BRIDGES ANOMALIES RATING SYSTEM SUMÁRIO ABSTRACT

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1 SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO DE ANOMALIAS EM OBRAS DE ARTE DE BETÃO CONCRETE BRIDGES ANOMALIES RATING SYSTEM Jorge de Brito I) Fernando Branco II) SUMÁRIO Neste artigo, é abordada a problemática da manutenção e gestão das obras de arte existentes. Descreve-se sucintamente um sistema de decisão e gestão das mesmas e propõe-se uma metodologia de inspecção e um sistema de classificação das anomalias detectadas. Apresenta-se uma lista de anomalias possíveis em obras de arte de betão exemplificando-a com uma ficha-tipo. A classificação das anomalias é baseada nos seguintes critérios: urgência de actuação, importância para a estabilidade da estrutura e volume de tráfego afectado pela anomalia. Finalmente, é proposta uma metodologia de decisão. ABSTRACT The existing bridges maintenance and management problems are introduced. A system of management and decision concerning bridges is succinctly described. A methodology of inspection and a rating system of the detected anomalies are proposed. A list of the potential problems in concrete bridges is given as well as an example of an anomaly form. Anomalies classification is based on the following criteria: urgency of rehabilitation, importance to the structure's safety and volume of traffic affected by the anomaly. A decision methodology is proposed. I) Assistente IST, CMEST

2 II) Professor Associado IST, CMEST 1. INTRODUÇÃO A manutenção e gestão de obras de arte tem sido recentemente objecto de vasta investigação em grande parte dos países mais desenvolvidos. A construção de novas redes viárias tem progressivamente perdido importância no contexto global das comunicações terrestres em favor da manutenção, em condições de serviço, das redes já existentes. Esta tendência virá a acentuar-se ainda mais no futuro e, nesse contexto, realizou-se recentemente a 1ª Conferência Internacional sobre Gestão de Obras de Arte [1]. A investigação neste campo tem tido como objectivo a implementação de um sistema pericial de gestão do sector que permita atingir os seguintes resultados: 1 - inspeccionar com regularidade (e de acordo com regras específicas) todos os elementos individuais de um determinado sistema; 2 - classificar e introduzir numa base de dados concebida para o efeito o conjunto de anomalias detectado; 3 - classificar por ordem de prioridade os trabalhos de manutenção tendo em conta as limitações de orçamento do sector; 4 - estudar as hipóteses alternativas de actuação (reparar / reforçar ou alargar / substituir) em relação a cada caso específico de anomalia funcional numa obra de arte; 5 - fornecer estudos económico-sociais dessas mesmas soluções. Neste artigo, será descrito sucintamente um sistema de gestão de obras de arte que tem vindo a ser desenvolvido no âmbito de um Projecto Europeu BRITE / EURAM referindo-se em maior detalhe os segundo e terceiro passos atrás citados. 2. SISTEMA DE DECISÃO E GESTÃO DE OBRAS DE ARTE DE BETÃO O processo de inspecção / manutenção / reabilitação das obras de arte seguirá um fluxograma do tipo do da Fig. 1. O sistema começa com a caracterização inicial da obra de arte que deverá ser feita preferencialmente aquando da sua colocação em serviço. Pode no entanto ocorrer após a 1ª inspecção da mesma integrada no sistema ou após uma reabilitação importante [3]. Esta caracterização deve obedecer a uma metodologia sistemática a definir num manual de inspeção e recorrer à realização de ensaios in-situ. Deverá ser preenchida uma ficha de identificação e uma ficha de estado de referência que serão integradas no dossier da obra e que acompanharão sempre qualquer inspecção da mesma.

3 O dossier da obra deve conter toda a informação relevante desde a fase de concepção / estudo prévio até à fase de serviço / manutenção incluindo também a construção (Fig. 2). Fig. 1 [2] - Procedimento esquemático a adoptar na gestão de obras de arte ESTUDOS PRELIMINARES / PROJECTOS RELATÓRIOS DE OBRA / TELAS FINAIS DOSSIER DE OBRA FICHA DE IDENTIFICAÇÃO FICHA DE ESTADO DE REFERÊNCIA FICHAS DE INSPECÇÕES SUBSEQ UENTES RELATÓRIOS DA MANUTENÇÃO PROJECTOS DE REABILITAÇÃO / REFORÇO

4 Fig. 2 - Representação esquemática do dossier de obra A inspecção será dividida em três níveis: - inspecção corrente (de 15 em 15 meses) fundamentalmente baseada na observação visual; - inspecção detalhada (de 5 em 5 anos) na qual o recurso a ensaios in-situ poderá vir a justificar-se; - avaliação estrutural (sem periodicidade fixa) após a detecção de qualquer anomalia grave. Os primeiros 2 níveis destinam-se a assegurar uma manutenção periódica da obra de arte e são relativamente pouco elaborados. A avaliação estrutural terá de se basear numa campanha de ensaios laboratoriais e in-situ por forma a fornecer uma estimativa da capacidade resistente e da vida útil residual da obra de arte. Avaliada a situação, os dados são introduzidos num sistema de decisão. Este recorre a um banco de dados do qual constam, entre outros, os seguintes elementos: ficheiro de custos de materiais e mão de obra; dados sobre o tráfego (actual e futuro previsto) na obra de arte; sistema de classificação de anomalias; limitações orçamentais. Em face de cada situação, deverão ser estudadas várias hipóteses alternativas de actuação que deverão incluir as seguintes: não actuar (aguardar),reparar; reforçar; demolir e substituir. O sistema de decisão deve ter a capacidade de fornecer obra a obra estudos económicos (sem esquecer eventuais factores sociais / arquitectónicos) das várias soluções que facilitem a tomada de decisões da entidade gestora. 3. REALIZAÇÃO DAS INSPECÇÕES O principal objectivo das inspecções correntes e detalhadas é a detecção de anomalias que ponham em causa a capacidade estrutural, a funcionalidade ou a estética da obra de arte. Para que os resultados de várias inspecções (efectuadas por pessoas diferentes) possam ser analisadas conjuntamente e a gravidade das anomalias detectadas possa ser comparada, é preciso normalizar o processo. O inspector deve levar consigo os seguintes documentos: - manual de inspecção (elemento de consulta); - ficha de identificação (elemento do dossier de obra); - ficha de estado de referência (elemento do dossier de obra); - esquemas gráficos da obra de arte (elemento do dossier de obra eventualmente a preencher); - ficha-tipo de inspecção (elemento a preencher); - ficha (preenchida) da inspecção anterior (elemento de consulta).

5 Fig. 3 - Exemplo de esquema gráfico de uma obra de arte com uma malha de referência

6 O manual de inspecção define a metodologia a que deve obedecer cada nível de inspecção (caracterização inicial, inspecção corrente e inspecção detalhada), descreve as diversas actividades englobadas na observação visual, define critérios sobre os locais a visualizar e dá indicações práticas sobre ensaios in-situ correntes. Das fichas de identificação e estado de referência devem constar todos os elementos sobre a obra de arte que possam vir a ser úteis na inspecção. A análise e recolha de resultados da inspecção fica bastante facilitada pela existência de esquemas gráficos da obra de arte nos quais se possa desenhar as anomalias detectadas. Dos esquemas deve constar uma malha de referência adaptada a cada obra de arte (Fig. 3). A ficha de inspecção inclui os seguintes elementos: identidade da obra de arte; características da inspecção; anomalias detectadas; avaliação estrutural; vistos; cópias. A ficha da última inspecção é um elemento fundamental já que dá indicações preciosas sobre os aspectos sobre os quais deve incidir a inspecção. A descrição das anomalias deve ser padronizada para o que do manual de inspecção deve constar uma lista de anomalias possíveis. Apresenta-se no Quadro I uma lista que se pretende seja abrangente em relação às obras de arte de betão. Foram já elaboradas 90 fichas de anomalias correspondentes à lista acima citada e das quais se apresenta um exemplo na página seguinte. Da ficha apresentada consta uma classificação da gravidade da anomalia que a permite comparar com outros defeitos de carácter diferente em obras de arte diferentes. 4. SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO DAS ANOMALIAS 4.1. Pontuação das anomalias O sistema de classificação proposto para anomalias detectadas na inspecção de obras de arte de betão baseia-se nos seguintes parâmetros [2] [5] [6] : Urgência de Actuação (esta classificação é da responsabilidade do inspector e é efectuada aquando da visita regular de inspecção) 0 - necessária actuação imediata 1 - necessária actuação a curto prazo (até a um máximo de 6 meses) 2 - necessária actuação a médio prazo (até a um máximo de 12 a 15 meses correspondente à visita seguinte) 3 - necessária actuação a longo prazo (na próxima visita, reclassifica-se a anomalia que deve ser registada na ficha de inspecção)

7 TIP0: ARMADURAS / CABOS FICHA DE ANOMALIA FICHA: D5 DESIGNAÇÃO: varão com diminuição de secção DESCRIÇÃO: varão de armadura ordinária colocado à vista por descasque do recobrimento e apresentando perda de secção transversal CAUSAS POSSÍVEIS: CONSEQUÊNCIAS POSSÍVEIS: ASPECTOS A INSPECCIONAR: PARÂMETROS DE INSPECÇÃO: CLASSIFICAÇÃO DA ANOMALIA: -corrosão da armadura -recobrimento insuficiente -presença de iões cloro -carbonatação -drenagem insuficiente -infiltração de água (estanqueidade insuficiente) -descasque progressivo do betão devido a aumento de volume da ferrugem -fendilhação -perda de resistência da secção -perda de aderência do varão -deformação da estrutura -estética afectada -cor da ferrugem negra (origem provável:iões cloro->maiores perdas de secção) ou avermelhada (origem provável: carbonatação->menor perigo) -estado de corrosão dos varões vizinhos -adereência do recobrimento -carbonatação, presença de iões cloro, infiltrações de água -estado de estanqueidade -fissuração na zona observada -deformações -estado do sistema de drenagem -proximidade do mar -utilização no presente ou no passado de sais anti-congelantes -cor predominante da ferrugem: negra / avermelhada -localização das secções com perda acentuada de área de varão: zona(s) de esforços máximos zonas intermédias -perda máxima localizada de secção ( % ) Em termos de Urgência de Actuação 0 - ferrugem predominantemente negra em zona(s) de esforços máximos com perda máxima localizada de secção superior a 10 % 1 - ferrugem predominantemente negra em zona(s) de esforços máximos com perda máxima localizada de secção inferior a 10 % 2 - ferrugem predominantemente negra em zonas intermédias 3 - ferrugem predominantemente avermelhada Em termos de Importância para a Estabilidade da Estrutura A - varão pertencente ao tabuleiro, vigas principais, pilares, encontros e fundações C - varão pertencente ao guarda-corpos, guarda-rodas, revestimento do passeio e lajes de transição Em termos do Volume de Tráfego Afectado pela Anomalia γ - assumindo que esta anomalia não perturba o normal funcionamento do tráfego

8 Quadro I - Lista de anomalias em obras de arte de betão A. COMPORTAMENTO GLOBAL DA SUPERSTRUTURA A1 deformação permanente A3 inclinação dos pilares A2 deslocamento relativo A4 vibração B. FUNDAÇÕES / ENCONTROS B1 infraescavação B4 assentamento / rotura em laje de transição B2 assentamento B5 erosão dos taludes B3 rotação B6 escorregamento dos taludes C. ELEMENTOS EM BETÃO C1 eflorescência C7 delaminação / descasque C2 concreção C8 fendilhação em "pele de crocodilo" C3 mancha de humidade C9 fenda longitudinal C4 entumescimento C10 fenda transversal C5 escamação / desgaste C11 fenda diagonal C6 vazios / zona porosa C12 fenda sob / sobre varão D. ARMADURAS / CABOS D1 varão à vista (descasque do recobrimento) D6 varão cortado D2 bainha à vista (descasque do recobrimento) D7 cabo cortado D3 cabo à vista (descasque do recobrimento) D8 zona de selagem da ancoragem da armadura de D4 varão corroído pré-esforço defeituosa D5 varão com diminuição de secção D9 ancoragem corroída E. APARELHOS DE APOIO E1 impedimento do movimento por detritos E9 esmagamento do chumbo E2 impedimento do movimento por ferrugem E10 fluência do neoprene E3 rotura da(s) guia(s) E11 esmagamento do neoprene E4 fissuração no rolamento E12 deslocamento do aparelho de apoio E5 rotura do rolamento E13 fractura do betão sob o aparelho de apoio E6 corrosão do metal E14 humidade E7 deterioração do berço E15 água estagnada E8 destacamento dos ferrolhos (chumbadores) F. JUNTAS DE DILATAÇÃO F1 desnivelamento(acção de choque sob tráfego) F8 rotura dos parafusos F2 falta de paralelismo F9 desaperto dos parafusos F3 corte F10 fissuração das partes metálicas F4 impedimento do movimento por detritos F11 cordão de neoprene deslocado / partido F5 impedimento do movimento por ferrugem F12 alteração da junta de mastique F6 corrosão do metal F13 humidade F7 destacamento dos ferrolhos F14 água estagnada

9 G. REVESTIMENTO (BETUMINOSO) / ESTANQUEIDADE G1 fendilhação em "pele de crocodilo" G6 desrevestimento acentuado G2 fenda ao longo de uma zona reforçada G7 marcas dos pneus dos veículos (rodeiras) G3 outro tipo de fenda G8 irregularidades superficiais G4 ninho de inertes G9 descolamento G5 buraco H. DRENAGEM DE ÁGUAS H1 retenção de água H4 estreitamento na tubagem H2 dreno obstruído H5 gárgula obstruída H3 fuga numa ligação I. ELEMENTOS SECUNDÁRIOS I1 sinalização inadequada / inexistente I9 soldadura partida I2 sinalização deteriorada I10 passeios com desgaste acentuado I3 guarda-rodas / separador inexistentes I11 passeios danificados I4 guarda-rodas / separador danificados I12 tubagem de serviços danificada I5 guarda-corpos danificados I13 iluminação inadequada / inexistente I6 deficiências da pintura I14 iluminação fora de serviço I7 corrosão das partes metálicas I15 deterioração das vigas de bordadura I8 parafusos / cavilhas desapertados / partidos I16 deterioração dos acrotérios Importância para a Estabilidade da Estrutura (esta classificação é fixa para cada tipo de anomalia em função da sua localização) A - anomalia de características eminentemente estruturais, associada a elementos estruturais principais (tabuleiro, vigas, pilares, encontros e fundações) B - anomalia de características semi-estruturais, associada a elementos estruturais principais ou anomalia estrutural, associada a elementos estruturais secundários (aparelhos de apoio, juntas de dilatação, etc.) C - anomalia de características semi-estruturais, associada a elementos estruturais secundários ou anomalia em elementos não estruturais (revestimentos e impermeabilizações, sistema de drenagem, passeios, guarda-corpos, guarda-rodas, etc.) ou anomalia de características não estruturais Volume de Tráfego Afectado pela Anomalia (esta classificação é inerente a cada obra de arte, necessita de ser actualizada de quando em quando mas depende também da visita de inspecção) α - v.t. x c.d. x k n1 [nº de veículos km / dia] β - n1 > v.t. x c.d. x k n2 [nº de veículos km / dia] γ - v.t. x c.d. x k < n2 [nº de veículos km / dia] em que: v.t. - volume de tráfego diário sobre a obra de arte (em ambos os sentidos) [n) de veículos / dia]; valor fornecido pela entidade dona da obra de arte com base na contagem de tráfego mais recente (em

10 constante actualização); pode ser substituído por um nº de código correspondente à classificação oficial da obra de arte c.d. - comprimento do desvio provocado pelo impedimento total da obra de arte [km]; valor também fornecido pelo Dono da Obra para cada obra de arte (também necessita de actualização) k - coeficiente que fornece o grau de impedimento do tráfego normal na obra de arte provocado por cada anomalia (ou pela anomalia mais condicionante em cada obra de arte); propõe-se: k = 0.0, 0.5 ou 1.0 (sem valores intermédios); valor atribuído pelo inspector aquando da visita de inspecção Cada classificação-tipo das anomalias é integrada em cada um de cinco grupos estanques de prioridade de actuação: 1 - prioridade máxima 2 - grande prioridade 3 - prioridade intermédia 4 - pequena prioridade 5 - prioridade mínima (por exemplo, a actuação numa anomalia do grupo 3 será sempre menos prioritária que numa anomalia do grupo 2 e mais do que numa do grupo 4) Em relação a todas as anomalias detectadas na visita de inspecção classificadas com 0 ou 1 em termos de urgência de actuação; deve ser feita pelo próprio inspector uma estimativa dos trabalhos de manutenção necessários e respectivas quantidades com os meios disponíveis na altura. Todas as anomalias englobadas nos grupos 1 e 2 de prioridade de actuação devem ser alvo do mesmo estudo. Por falta de meios, não será em geral possível obter todos os elementos necessários para uma orçamentação dos trabalhos de manutenção. O inspector deve então convocar imediatamente o material e pessoal necessários para obter todos os dados relativos às anomalias englobadas nos grupos 1 e 2 de prioridade de actuação. Por outro lado, sempre que a inspecção rotieira não for conclusiva em relação a qualquer anomalia potencialmente classificada num dos grupos acima referidos, o inspector deve recomendar que esta passe a ser alvo de uma auscultação aprofundada. É elaborada uma lista completa de todos os trabalhos potenciais englobados na manutenção. A cada trabalho é atribuído um preço unitário em constante actualização. O somatório do produto dos preços unitários pelas quantidades de trabalho atribuídas à colmatação de cada anomalia constitui o seu orçamento. Por forma a classificar as anomalias dentro de cada grupo de prioridade de actuação, deve-se utilizar as seguintes tabelas:

11 CRITÉRIO CLASSIFICAÇÃO PONTOS 0 30 URGÊNCIA DE ACTUAÇÃO A 40 IMPORTÂNCIA PARA A ESTABILIDADE DA ESTRUTURA B 25 C 15 α 30 VOLUME DE TRÁFEGO AFECTADO PELA ANOMALIA β 20 γ pontuação global 100 Dentro de cada grupo, podem ser atribuídos 5 pontos (positivos ou negativos) a qualquer actividade por iniciativa da entidade gestora para tomar em conta outros factores intangíveis: - meios financeiros atribuídos distrito a distrito; - existência de anomalias graves na mesma área; - indisponibilidade de meios técnicos na área em questão; - outros. As anomalias detectadas podem então ser ordenadas de acordo com a pontuação global (p.g.) atribuída a cada uma: Grupo 1 - p.g. 95 Grupo 2-80 p.g. 90 Grupo 3-70 p.g. 75 Grupo 4-50 p.g. 65 Grupo 5-30 p.g Critério de decisão Com base nas anomalias observadas, o critério de decisão deverá ser o seguinte: - deve-se actuar em primeiro lugar na obra de arte que tenha a anomalia mais pontuada; serão colmatadas na mesma obra todas as anomalias do mesmo tipo (ainda que menos pontuadas) e todas as anomalias que a entidade gestora considere poderem também ser colmatadas com o mesmo equipamento de forma económica; - os custos totais relacionados com as tarefas acima referidas serão deduzidos do orçamento global disponível;

12 - deve-se actuar seguidamente na obre de arte que tenha a segunda anomalia mais pontuada e assim sucessivamente. Em última instância, as decisões podem ser tomadas baseadas em critérios não técnicos. Em qualquer dos casos, este sistema de classificação pode funcionar como um elemento de consulta para a decisão final. 5. AGRADECIMENTOS Este trabalho insere-se num programa de investigação para obtenção de doutoramento em desenvolvimento no Centro de Mecânica e Engenharia Estruturais da Universidade Técnica de Lisboa (CMEST) e faz parte de um Projecto Europeu BRITE / EURAM. Agradece-se o interesse manifestado pelo Serviço de Pontes da J.A.E.. 6. REFERÊNCIAS [1] - J. E. Harding, G. A. R. Parke e M. J. Ryall (Editores), 1990, "Procceedings from the Bridge Management International Conference", Elsevier Applied Science [2] - J. de Brito, F. A. Branco, 1989, "Sistema de Decisão e Gestão de Obras de Arte de Betão (Documento de Trabalho)", CMEST, IST [3] - Ministére Français des Transports, Direction Générale des Transports Intérieurs, 1979, "Instruction Technique pour la Surveillance et l'entretien des Ouvrages d'art", Direction des Routes et de la Circulation Routiére [4] - D. Andrey, 1987, "Bridge Maintenance: Surveillance Methodology", Tese de Doutoramento, École Polytechnique Fédérale de Lausanne [5] - F. A. Branco, J. de Brito, 1990, "Concrete Bridges Maintenance System - Inspection Techniques and a Rating System", International Conference on Bridges (Tehran) [6] - R. M. McClure, R. C. Arner, D. A. VanHorn e H. P. Koretzky, 1982, "A Comprehensive Bridge Management System", International Conference on Short and Medium Span Bridges (Toronto)