Inspecção e Manutenção de Obras de Arte em Portugal

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1 Inspecção e Manutenção de Obras de Arte em Portugal Inspection and Maintenance of Bridges in Portugal Jorge de Brito *, Sónia Santos ** e Fernando A. Branco *** SUMÁRIO A inspecção de obras de arte deve ser um processo racional e normalizado, assente num conjunto de procedimentos estável, tanto durante a visita ao local como na elaboração do relatório. Para tal, torna-se fundamental a existência de um documento em que as anomalias susceptíveis de serem detectadas durante a inspecção sejam descritas e classificadas de forma a não depender da subjectividade do inspector. Quanto à manutenção, ela deve ser uma extensão natural das inspecções, na medida em que é através da informação atempadamente recolhida nestas que os trabalhos são propostos e executados. Para tal, associados a cada anomalia, devem existir níveis de prioridade de actuação, por sua vez intrinsecamente associados a sinais premonitórios, de preferência identificáveis directamente através da observação visual. ABSTRACT The inspection of bridges should be a rational and standardized task, based on a set of stable procedures, both in-situ and when preparing the report. In order to achieve this, it is fundamental that there is a document where the anomalies potentially detected during the inspection are described and rated so as not to depend on the subjectivity of the inspector. As for maintenance, it should be a natural extension of the inspections, in the sense that it is through the data timely collected in the latter that the works are proposed and executed. To do that, associated with each anomaly, there must be priority of action levels, intrinsically connected with premonitory symptomatology, preferably subject to be identified through direct visual observation. 1 - INTRODUÇÃO A estratégia de manutenção mais correcta em obras de arte, assim como noutros tipos de equipamentos e infraestruturas sociais, é a manutenção predictiva. Esta baseia-se num conjunto de acções de inspecção implementadas de acordo com um calendário planeado e com intervalos regulares entre visitas. Em 1994 [1], foi apresentado um sistema de inspecção deste tipo, no qual as inspecções correntes (fundamentalmente baseadas na observação visual directa) ocorreriam com um intervalo fixo de 15 meses, sendo substituídas, de 5 em 5 anos, por inspecções detalhadas (em que, para além da observação directa visual, se poderia recorrer a alguns ensaios in-situ, não destrutivos e de fácil execução). Os resultados destas inspecções, fundamentalmente sob a forma de listagens de anomalias detectadas e respectivo nível de deterioração, constituem o input do sistema de manutenção. A fiabilidade desta, tanto do ponto de vista económico como de garantia da segurança dos utentes, depende da capacidade do inspector prever o tempo expectável entre o nível de gravidade das anomalias após cada inspecção e um nível das mesmas susceptível de provocar situações potencialmente graves de quebra de segurança e/ou funcionalidade (conceito de vida residual). Esta estratégia predictiva só se torna verdadeiramente eficaz com a identificação de um conjunto de sinais premonitórios associados às anomalias, a cada um dos quais corresponde um determinado período de vida residual. * Professor Associado IST, ICIST ** Eng.ª Civil, Mestre em Eng.ª de Estruturas, BRISA *** Professor Catedrático IST, ICIST Neste artigo, apresenta-se um sistema de classificação das anomalias susceptíveis de ocorrer em obras de arte de betão, descrevem-se as formas mais adequadas de relatar a informação recolhida durante a inspecção relacionada com essas mesmas anomalias, propõe-se um quadro de causas e possível evolução das mesmas e aplica-se a filosofia dos sinais premonitórios a casos concretos. 2 - CLASSIFICAÇÃO DAS ANOMALIAS Um dos principais objectivos de cada inspecção é o de detectar anomalias que não tenham sido identificadas até então e de acompanhar o desenvolvimento das anteriormente detectadas. Esta tarefa é dificultada por vários factores: acesso restrito a certos pontos da estrutura; identificação de anomalias com sintomas semelhantes; quantificação do seu grau de desenvolvimento; registo da informação nos relatórios de inspecção; subjectividade do inspector Sistema de classificação As dificuldades associadas aos quatro últimos aspectos podem ser francamente minimizadas pela adopção de um sistema de classificação de anomalias, como o descrito a seguir. Este sistema (Quadro 1), apresentado pela primeira vez em 1990 para pontes de betão [2], divide as anomalias por grupos, basicamente de índole geográfica e funcional, com um primeiro grupo à parte, dedicado ao comportamento global da superestrutura. Associado a cada tipo de anomalia presente neste sistema, existe uma ficha (a ficha de anomalia [3]) da qual consta a seguinte informação: designação, descrição, cau-

2 sas possíveis, consequências possíveis, aspectos a inspeccionar, parâmetros de inspecção e classificação da anomalia. Estes dois últimos aspectos merecerão mais à frente uma alusão particular. A-A1 A-A2 A-B1 A-B2 A-B3 A-B4 A-B5 A-C1 A-C2 A-C3 A-C4 A-C5 A-C6 A-C7 A-D1 A-D2 A-D3 A-D4 A-D5 A-D6 A-E1 A-E2 A-E3 A-E4 A-E5 A-E6 A-E7 A-F1 A-F2 A-F3 A-F4 A-F5 A-F6 A-G1 A-G2 A-G3 A-G4 A-G5 A-G6 A-H1 A-H2 A-H3 A-H4 A-I1 A-I2 A-I3 A-I4 A-I5 A-I6 A-I7 A-I8 A-A. COMPORTAMENTO GLOBAL DA SUPERSTRUTURA deformação permanente A-A3 inclinação dos pilares deslocamento relativo A-A4 vibração A-B. FUNDAÇÕES / ENCONTROS / TALUDES infraescavação A-B6 escorregamento dos taludes assentamento A-B7 vegetação / tocas de animais rotação A-B8 obstrução do curso de água por detritos assentamento / rotura em laje de transição A-B9 assoreamento erosão dos taludes A-C. ELEMENTOS EM BETÃO mancha de ferrugem A-C8 esmagamento do betão eflorescência / mancha de humidade A-C9 fendilhação em "pele de crocodilo" concreção / intumescimento A-C10 fenda longitudinal escamação / desgaste / desintegração A-C11 fenda transversal vazios / zona porosa / ninho de inertes A-C12 fenda diagonal estratificação / segregação A-C13 fenda sob / sobre varão delaminação / descasque A-D. ARMADURAS / CABOS varão à vista (descasque do recobrimento) A-D7 cabo cortado bainha à vista (descasque do recobrimento) A-D8 bainha deficientemente injectada cabo à vista (descasque do recobrimento) A-D9 zona de selagem da ancoragem da armadura de prévarão corroído esforço defeituosa varão com diminuição de secção A-D10 ancoragem corroída varão cortado A-E. APARELHOS DE APOIO impedimento do movimento por detritos / vegetação A-E8 destacamento dos ferrolhos (chumbadores) / rebites impedimento do movimento por ferrugem A-E9 esmagamento do chumbo rotura da(s) guia(s) A-E10 fluência do neoprene fissuração no rolamento A-E11 esmagamento do neoprene rotura do rolamento A -E12 deslocamento do aparelho de apoio corrosão do metal A-E13 fractura do betão sob o aparelho de apoio deterioração do berço / placa de apoio A-E14 humidade / água estagnada A-F. JUNTAS DE DILATAÇÃO desnivelamento (acção de choque sob tráfego) A-F7 arranque / rotura dos ferrolhos falta de paralelismo AA-F8 desaperto / rotura dos parafusos / rebites corte transversal A -F9 fissuração das partes metálicas impedimento do movimento por detritos / vegetação A-F10 enchimento / selagem (neoprene ou mastique) deslocado impedimento do movimento por ferrugem / partido corrosão do metal A-F11 humidade / água estagnada A-G. REVESTIMENTO (BETUMINOSO) / ESTANQUEIDADE fendilhação em "pele de crocodilo" A-G7 marcas dos pneus dos veículos (rodeiras) fenda ao longo de uma zona reparada A-G8 irregularidades superficiais outro tipo de fenda A-G9 descolamento / delaminação ninho de inertes A-G10 exsudação do asfalto buraco A-G11 membrana de impermeabilização danificada / inexistente desrevestimento acentuado A-H. DRENAGEM DE ÁGUAS retenção de água A-H5 gárgula obstruída dreno obstruído A-H6 drenagem directamente sobre elementos estruturais fuga numa ligação A-H7 falta de drenagem em secções ocas estreitamento na tubagem A-I. ELEMENTOS SECUNDÁRIOS sinalização inadequada / inexistente A-I9 soldadura partida sinalização deteriorada A-I10 passeios com desgaste acentuado / danificados guarda-rodas / separador inexistentes A-I11 tubagem de serviços danificada guarda-rodas / separador danificados A-I12 iluminação inadequada / inexistente guarda-corpos danificados A-I13 iluminação fora de serviço deficiências da pintura A-I14 deterioração das vigas de bordadura corrosão das partes metálicas A-I15 deterioração dos acrotérios parafusos / rebites desapertados / partidos A-I8 parafusos / rebites desapertados / partidos Quadro 1 [3] - Sistema de classificação de anomalias em obras de arte em betão

3 Com o auxílio das fichas de anomalia, inseridas num documento de apoio à inspecção, o Manual de Inspecção, a uma determinada anomalia será sempre atribuída a mesma designação, independentemente de quem realiza a inspecção Aquisição e relato da informação A aquisição e relato da informação relativa às anomalias detectadas deve, por sua vez, obedecer a procedimentos normalizados, sobretudo tendo em conta que o relatório da inspecção anterior é o documento que o inspector deve analisar com mais cuidado antes de nova visita ao local. Pretende-se, nomeadamente, que seja identificada de uma forma inequívoca a localização e extensão de cada anomalia, por forma a que o seu desenvolvimento possa ser acompanhado em inspecções consecutivas, não necessariamente realizadas pela mesma pessoa. Para se obter a informação no local, recorre-se sobretudo à observação visual directa, sempre que necessário recorrendo a binóculos. A fotografia e o vídeo são duas ferramentas fundamentais hoje em dia nas acções de inspecção. É, no entanto, indispensável que os elementos fotografados ou filmados estejam perfeitamente identificados e que a escala dos mesmos possa ser referida a uma régua. A marcação a giz ou marcadores próprios para o betão das anomalias (com particular ênfase na fendilhação) auxilia a recolha de imagens e pode servir de referência para inspecções subsequentes. O recurso a testemunhos em gesso ou com folhas plásticas graduadas coladas ou ainda a pastilhas coladas, é importante sempre que se pretenda avaliar fissuras vivas. O relatório de inspecção deve seguir um modelo tipificado, nomeadamente na descrição das anomalias detectadas. Assim, a anomalia deve ser identificada, de acordo com o sistema de classificação, e localizada de forma clara. Para tal, poder-se-á recorrer a uma malha de referência previamente preparada, em que a cada zona da envolvente da estrutura está adstrito um código. Esta malha pode tornar-se útil tanto durante a própria inspecção, para inscrição da informação, como na elaboração do relatório. É também possível recorrer a desenhos parciais da estrutura (nomeadamente por cópia directa dos desenhos de definição geométrica do projecto de execução), para neles inserir informação gráfica (Fig. 1). Para que a informação seja minuciosa mas também simples e legível, pode-se recorrer a símbolos normalizados para as anomalias mais frequentes (fissuras, varões corroídos, descasques, etc.). A descrição das anomalias no relatório deve ser acompanhada de diversa informação sobre as mesmas. A ficha de anomalia descrita acima fornece algumas indicações úteis sobre o que investigar, em face da detecção da anomalia. O Quadro 2 sintetiza as causas e possível evolução das anomalias mais correntes em obras de arte em betão (excluem-se as devidas a problemas estruturais específicos) Sinais premonitórios Praticamente todas as situações fortemente anómalas, nomeadamente do ponto de vista estrutural, são precedidas por um conjunto de sinais premonitórios que, a serem detectados e devidamente tidos em conta, permitem que se evite, quase na sua totalidade, os danos humanos ou materiais decorrentes dessas mesmas situações anómalas. B A Planta do Tabuleiro 15 2 W W.A.S W.L.O Corte A - A cidade A WLO Corte A B - BA cidade B 1 0,1 6 H R W 9 R H, N 0.2 W 5 R.W.S O VÃO 1 W 1 16 W.S 12 H B W 14 W.S S.T.R.1 11 R,S WLO cidade B cidade A Fig. 1 [2] - Exemplo de esquema gráfico de uma obra de arte com inserção de informação obtida durante a inspecção Naturalmente, nem sempre esses sinais premonitórios são visíveis à vista desarmada e no âmbito de inspecções periódicas, como as descritas no início deste artigo. Situações como a que ocorreu em Castelo de Paiva exigem a capacidade, por parte das entidades responsáveis pelas obras de arte e dos seus técnicos, de detectar as circunstâncias exógenas que potenciam situações anormais de quebra significativa de segurança. A ocorrência dessas circunstâncias deverá despoletar um outro tipo de inspecção, designado de avaliação estrutural, uma inspecção em que determinados aspectos muito específicos, e apenas esses, são analisados em grande profundidade e recorrendo a todos os meios humanos e de equipamento necessários para o efeito. No caso apontado, as circunstâncias excepcionais teriam sido entre outras as cheias decorrentes da elevada precipitação e a recolha de areias do rio e o aspecto específico a investigar seria naturalmente o estado das fundações no leito do rio e a possibilidade de infraescavação das mesmas. Nas situações mais correntes a que se reporta este artigo, as anomalias detectadas durante as inspecções periódicas de um modo geral evoluem de forma gradual, sendo possível visualizar diversas fases do processo de degradação. Por exemplo, o processo de corrosão das armaduras passa tipicamente pelas seguintes fases: ocorrência de manchas de ferrugem à superfície do betão; fendilhação superficial incipiente; ocorrência de um som característico a oco quando se martela o betão à superfície; fendilhação nítida e ocorrendo paralelamente aos varões; desprendimento do betão de recobrimento e exposição das armaduras; perda de secção e de adesão dos varões; flechas progressivamente mais acentuadas; colapso do elemento estrutural. B A

4 A - FISSURAS cura inadequada do betão corrosão da armadura e delaminação do betão retracção / variações de temperatura acesso facilitado da água ao interior do betão assentamentos diferenciais resistência insuficiente para determinadas solicitações falta de recobrimento B - SEGREGAÇÕES DO BETÃO cura inadequada do betão corrosão da armadura e delaminação do betão má qualidade do betão acesso facilitado da água ao interior do betão deficiente colocação em obra deficiente vibração deficiente preparação da cofragem C - PRESENÇA DE ÁGUA sistema de drenagem inexistente / mal concebido fuga através de sistemas não estanques falta de impermeabilização irregularidades no escoamento / falta de limpeza gárgulas entupidas / caleiras partidas lavagem de zonas de betão delaminação de betão e oxidação da armadura eflorescências e manchas de humidade ravinamentos / colapso de perrés / descalce fundações D - ASSENTAMENTO / DESNIVELAMENTO JUNTA-PAVIMENTO assentamento da laje de transição deficiente montagem da junta de dilatação recargas de pavimentos materiais de aplicação da junta inadequados deficiente compactação de solos sobre a laje de transição deterioração ou envelhecimento dos materiais / corrosão / mau posicionamento presença de detritos na viga estribo materiais de aplicação e fabrico inadequados / clima adverso existência de elementos auxiliares da montagem falta de confinamento do material de enchimento da junta de dilatação / destaque de material junta solicitada a acções de choque não previstas cedência e rotura das ligações deterioração dos perfis E - DEFICIÊNCIAS NOS APARELHOS DE APOIO deterioração dos perfis de aço deterioração do teflon desaprumo dos apoios deformações anormais do neoprene rotura de elementos F - DESTAQUE DO MATERIAL DE ENCHIMENTO DA JUNTA DILATAÇÃO utilização de materiais não deformáveis falta de confinamento do material de enchimento da junta vibrações da estrutura de dilatação / destaque de material / deterioração de perfis choque dos veículos / assentamentos junta solicitada a acções de choque não previstas abertura excessiva / mau dimensionamento cedência e rotura das ligações G - DESTAQUE DO ACABAMENTO SUPERFICIAL DOS ELEMENTOS METÁLICOS deficiente tratamento anti-corrosivo acção de acidentes reacção com o meio ambiente condições propícias à permanência de pessoas ou animais acessibilidade à obra facilitada falta de limpeza falta de acabamento da obra construção pouco cuidada corrosão perda de secção rotura de elementos H - OCUPAÇÃO INDEVIDA futuros actos de vandalismo fogueiras impacto ambiental negativo perigo para equipamento específico I - COFRAGEM, PREGOS E PONTAS SALIENTES DE AÇO fissuração do betão corrosão de armaduras perigo de destaque de elementos da cofragem J - SOM METÁLICO DAS JUNTAS

5 elementos soltos ou não confinados falta de aperto de parafusos / anilhas deficiente selagem dos parafusos elementos partidos destaque do material de enchimento da junta rotura de elementos deterioração dos perfis K - REPARAÇÕES SUCESSIVAS DETERIORADAS / TONALIDADES DIFERENTES projecto mal concebido para a reparação corrosão da armadura e delaminação do betão escolha de materiais inadequados acesso facilitado da água ao interior do betão má execução da reparação fissuração disposição errada da armadura que impede a passagem do inerte do betão Quadro 2 [2] - Causas prováveis e possível evolução de anomalias em obras de arte em betão É possível assim ir acompanhando o progresso das anomalias, recorrendo aos relatórios de inspecção da obra de arte ao longo dos anos. É também possível definir políticas de actuação em função dos sinais premonitórios. Passam pela atribuição da operação de colmatação de cada anomalia a um de cinco grupos de prioridade de actuação, tal como proposto em [2]: 1 - prioridade máxima; 2 - grande prioridade; 3 - prioridade intermédia; 4 - pequena prioridade; 5 - prioridade mínima. Sendo os fundos monetários adstritos à manutenção do parque de obras de arte existentes insuficientes por natureza para colmatar todas as anomalias detectadas (nem tal se justificaria), estes grupos permitem definir a forma de despender racionalmente os fundos disponíveis. A cada grupo de prioridade de actuação corresponde um intervalo de pontos atribuídos de acordo com um conjunto de três critérios [2]: urgência de actuação (função do nível de evolução da anomalia e da importância desta); importância (da anomalia) para a estabilidade da estrutura; volume de tráfego afectado pela anomalia (função da importância e volume de tráfego da obra de arte e das alternativas existentes à mesma). Por serem de particular relevância na linha de raciocínio seguida neste artigo, descreve-se de seguida as formas de classificação possível de acordo com os critérios de urgência de actuação: 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 15 meses, correspondente à inspecção seguinte); 3 - necessária actuação a longo prazo (na próxima inspecção, a anomalia é analisada e reclassificada, se tal se justificar). e de importância para a estabilidade da estrutura: 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. Recorrendo, uma vez mais às fichas de anomalias existentes [3], exemplifica-se a forma de classificar a situação de ocorrência de varões com diminuição de secção (anomalia A-D5 no Quadro 1). Em termos de urgência de actuação, ter-se-á: 0 - ferrugem predominantemente negra (associada à contaminação do betão por cloretos) 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 (associada à carbonatação do betão; refira-se que, quando é este o mecanismo de inicialização da corrosão das armaduras, antes de ocorrer uma perda de secção significativa, é expectável que um outro fenómeno de mais graves repercussões, a perda de aderência entre os varões e o betão, ocorra). Por sua vez, em termos de importância para a estabilidade da estrutura, ter-se-á: A - varão pertencente ao tabuleiro, vigas principais, pilares, encontros ou fundações; C - varão pertencente ao guarda-corpos, guarda-rodas, revestimento do passeio ou lajes de transição. Assim, ao ser detectada a ocorrência de uma anomalia deste tipo, determinar-se-ão os seguintes parâmetros de inspecção: cor predominante da ferrugem: negra / avermelhada; localização da secção com perda de área de varão: zona de esforços máximos / zonas intermédias; perda máxima localizada de secção em percentagem. Este esquema de raciocínio é extrapolável a qualquer tipo de anomalia das listadas no Quadro 2 e não se limita a ter em conta as repercussões no nível de segurança (as únicas analisadas neste artigo), uma vez que o critério do volume de tráfego afectado pela anomalia tem intrinsecamente em conta as repercussões em termos de funcionalidade da obra de arte. Refira-se, para finalizar, que este sistema de atribuição de pontos às anomalias pode mesmo ser utilizado na definição do calendário das eventuais avaliações estruturais que possam ter de ser implementadas em obras de arte em que se detectem potenciais problemas estruturais importantes.

6 3 - CONCLUSÕES A manutenção predictiva, baseada na análise dos resultados de inspecções periódicas, é a estratégia mais adequada na gestão do parque de obras de arte nacionais. Através de um conjunto de sinais premonitórios, é possível acompanhar a evolução das diversas anomalias e garantir que poderão sempre ser tomadas as acções necessárias à colmatação daquelas antes que conduzam a problemas estruturais ou funcionais graves. Adicionalmente, esta estratégia permite reduzir significativamente os custos de gestão das obras de arte, uma vez que, actuando-se nas anomalias num estado de evolução inicial das mesmas, o custo da operação de manutenção é pequeno, ao contrário do que se passa quando se adopta uma estratégia curativa, ou seja, se actua após a anomalia conduzir a repercussões significativas na estrutura, de elevados custos para a entidade gestora e para a sociedade civil em geral. Nesta, como noutras actividades, a máxima de que mais vale prevenir que remediar aplica-se com toda a acuidade. 4 - REFERÊNCIAS [1] JORGE DE BRITO E FERNANDO A. BRANCO - Sistema de Gestão de Obras de Arte em Betão, Revista Portuguesa de Engenharia de Estruturas, n.º 37, Lisboa, 1994 [2] JORGE DE BRITO E FERNANDO A. BRANCO - Sistema de Classificação de Anomalias em Obras de Arte de Betão, 2 as Jornadas Portuguesas de Engenharia de Estruturas, Lisboa, 1990 [3] JORGE DE BRITO - Desenvolvimento de um Sistema de Gestão de Obras de Arte em Betão, Tese de Doutoramento em Eng.ª Civil, IST, Lisboa, 1992 [4] SÓNIA SANTOS - Sistema de Gestão de Obras de Arte. Módulo de Apoio à Inspecção, Dissertação de Mestrado em Eng.ª de Estruturas, IST, Lisboa, 2000