sábado, 13 de agosto de 2011

ROBUSTEZ E AS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

                        Prof. Augusto Vasconcelos
As normas sofreram, no mundo inteiro, profundas modificações: em primeiro lugar, surgiu o modo de dimensionar uma seção de concreto armado na ruptura e não em serviço. No concreto protendido, entretanto, o dimensionamento continuava sendo feito através das tensões admissíveis. Os alemães, desde o início, não aceitavam o dimensionamento na ruptura, ou, como eles chamavam, “dimensionamento sem o n” (n era a relação entre os módulos de elasticidade do aço para o do concreto). Mais tarde foi introduzido o termo “Estado Limite Último” que perdura até hoje.
Julgo que os alemães tinham razão: como dimensionar, na ruptura com esforços determinados em serviço, com os materiais obedecendo até o ELU, a proporcionalidade entre ações e esforços solicitantes? Com a aproximação da ruptura, os esforços solicitantes aumentam mais lentamente do que as deformações e as ações. Este assunto até hoje não foi ainda totalmente resolvido. Os esforços solicitantes são majorados por um coeficiente imposto (de valor diferente para cada nação!) admitindo que, na ruptura da seção, ela tenha atingido aquele valor aumentado, que não é o correspondente às ações aplicadas.
Depois dessa alteração fundamental que, supostamente, conduzia a maior economia, surgiram outras, principalmente a questão da durabilidade. Sem motivo claro, as estruturas recentes deterioravam-se mais rapidamente do que as antigas. Percebeu- se logo que a afirmação de que o concreto era eterno, não é verdadeira. Sem razão compreensível, estruturas recentes, de apenas cinco anos de existência, já se encontravam em estado deplorável de deformação, de fissuração, de carbonatação e de degradação. O problema da durabilidade passou a ser um ponto importante no projeto das estruturas. Não se compreendia por que as estruturas antigas não possuíam o mesmo estado de degradação. Passou-se a definir quatro categorias de exposição das estruturas, adotando cobrimentos e qualidade de concreto, diferentes para cada tipo de ambiente. Um cuidado a mais no dimensionamento.
Acabaram-se aí os problemas? Outros fatores começaram a preocupar os projetistas. Além da estabilidade global, que afeta a estrutura inteira e não apenas os elementos estruturais que fazem parte dela, começaram a fazer parte da rotina dos cálculos os efeitos de segunda ordem. O termo “flambagem”, que causou tanta controvérsia ao ser redigida a primeira norma brasileira NB-1 em 1940, não existe mais em concreto armado ou protendido. Quando foi introduzido, após tentativas frustradas de usar o termo “cambamento” ao invés de flambagem, com “m” no final para distinguir do francês “flambage”, acreditava-se na possibilidade de uma peça de concreto poder passar repentinamente de uma situação de equilíbrio estável para outra situação, de equilíbrio instável, sem mudança de carregamento, como acontecia nas estruturas metálicas. Hoje não se fala mais em flambagem do concreto e sim em efeitos de segunda ordem.
Outra modificação importante nas normas internacionais foi a consideração da resistência aos incêndios, principalmente no tempo de duração da estrutura, para possibilitar o resgate e salvamento das pessoas. Passou a ser fundamental no projeto o tempo em que a estrutura pode permanecer estável antes de desmoronar. Não se trata de salvar a estrutura e sim as pessoas.
Agora está surgindo o termo “robustez” da estrutura, termo aparentemente novo que deverá influenciar o projeto das estruturas com novas cláusulas incluídas nas normas. Dizse que, se as torres gêmeas de Nova York, atingidas por dois aviões terroristas, tivessem robustez suficiente, muitas pessoas poderiam ter sido salvas antes da queda. Como se define “robustez”?
Em 2009, foi lançado um pequeno livro pelo IABSE, escrito por dois autores do ETH (Suíça) Thomas Vogel e Franz Knoll, com o título “Design for Robustness”. Neste livro, os autores procuram definir o novo termo, pela primeira vez, de modo claro e inconfundível. Interpreto isto como equivalente ao que, em nossa norma NBR 6118:2003 aparece no item 19.5.4. como “colapso progressivo”. Desde que, em 1968, o edifício Ronan Point em Londres, de 22 pavimentos, sofreu uma explosão de um botijão de gás no 18º andar, causando a destruição de uma prumada inteira de uma esquina do edifício, o assunto passou a ser tratado como “colapso progressivo”, ou, como os americanos começaram a tratar do caso, “edifício submetido a cargas anormais”. A solução sugerida foi projetar qualquer obra, pré-moldada, com ligações suficientes para que as partes da estrutura atingida não caíssem, mas ficassem em situação que permitisse os reparos imediatos sem causar perda total da construção.
Afinal, como se define “robustez”? Os autores citados explicam o termo de maneira clara e convincente: Robustez é a propriedade de sistemas (estruturais em particular) que lhes permite sobreviver a situações imprevisíveis ou não usuais.
Uma estrutura pode ter sido projetada para resistir a uma série de ações previstas, mas que sucumbiu a uma ação maior do que a prevista. Aparentemente o problema não tem solução, pois sempre poderá surgir uma situação, mesmo com as majorações previstas nas normas, que ultrapasse a previsão. Se for feito um projeto para resistir a ações ainda maiores do que aquelas contempladas nas normas, sua execução pode ser tornar de tal forma onerosa, que sua realização se torne impraticável. É mais barato reconstruir a obra, no caso de acontecer o imprevisto.
Nossa norma NBR 6118:2003 não se refere a robustez, mas, no item 19.5.4, refere-se ao “colapso progressivo” que, no meu modo de entender, é exatamente a mesma coisa. Entretanto, a referência restringe-se à armadura de flexão na parte inferior das lajes no encontro com pilares (lajes sem vigas). A imposição é de que a armadura existente As seja capaz de proporcionar no ELU uma força As.fyd superior à força solicitante FSd. A seção de aço As deve ser aplicada à armaduras que cruzam cada uma das faces do pilar. Portanto, na norma brasileira está faltando alguma prescrição relacionada com rupturas localizadas que tenham como conseqüência o desmoronamento total da estrutura. Parece-me que este conceito teve origem no acidente do Edifício Ronan Point. Este edifício de 22 pavimentos foi concebido com painéis pré-fabricados de concreto leve estrutural de argila expandida e funcionou perfeitamente até um dia em que, numa esquina do prédio onde se localizava uma cozinha, um botijão de gás explodiu, criando uma pressão interna repentina da ordem de 5 tf/m2, capaz de expulsar dois painéis portantes que suportavam os 4 pavimentos acima do 18º. O peso desses 4 pavimentos sobre a laje do 18º provocou sua queda sobre o 17º e assim sucessivamente até chegar ao piso do andar térreo. Toda a esquina do prédio ruiu, deixando o restante intacto.
O edifício foi restaurado, ficando perfeito e com toda segurança necessária. Estive em Londres em 1988 e manifestei interesse em visitar o Ronan Point restaurado. Para minha surpresa, fui informado não ser possível pois o edifício havia sido demolido, existindo no local apenas uma praça pública. Não havendo aceitação pública, a solução foi demolir a obra com prejuízo total para os proprietários.
O ACI dedicou vários artigos ao problema do Ronan Point, sugerindo critérios para o dimensionamento de obras nas mesmas condições, que pudessem sobreviver sem ocasionar a destruição global dos pavimentos inferiores. O assunto foi objeto de muita discussão e pesquisa.
O livro “Design for Robustness”, já mencionado, cita seis exemplos reais de casos em que foram tomadas certas medidas no projeto, para evitar que pudesse existir alguma destruição causada por cargas maiores do que as previstas em normas. São eles os seguintes:
  1. Integridade de edifício histórico do século 19 em Montreal, Canadá. Trata-se de uma região de sismos fracos. As lajes de piso eram ligadas às paredes de alvenaria por simples atrito. O edifício sofreu degradações sucessivas, principalmente para introdução de instalações diversas, sem o cuidado necessário. As lajes eram de madeira e apresentavam algumas vigas quebradas ou com flechas inaceitáveis. Houve escorregamentos nos apoios em paredes, exigindo escoramentos precários. Dada a importância histórica da construção, ela foi reabilitada com uma série de intervenções tais como, concretagem de uma capa de concreto sobre as placas de madeira, realização de pinos nas paredes de apoio para melhorar a fixação das lajes, construção de consolos adequados em partes mais vulneráveis.
    Integridade de edifício histórico do século 19 em Montreal, Canadá. Trata-se de uma região de sismos fracos. As lajes de piso eram ligadas às paredes de alvenaria por simples atrito. O edifício sofreu degradações sucessivas, principalmente para introdução de instalações diversas, sem o cuidado necessário. As lajes eram de madeira e apresentavam algumas vigas quebradas ou com flechas inaceitáveis. Houve escorregamentos nos apoios em paredes, exigindo escoramentos precários. Dada a importância histórica da construção, ela foi reabilitada com uma série de intervenções tais como, concretagem de uma capa de concreto sobre as placas de madeira, realização de pinos nas paredes de apoio para melhorar a fixação das lajes, construção de consolos adequados em partes mais vulneráveis.
  2. O Túnel Adler representa uma ligação mais direta de Basiléia com a região central do país do que a velha linha férrea existente. Possui uma seção escavada de 4,3 km de extensão e, em cada extremidade, seções construídas pelo processo “corte e aterro” em terreno de aluvião. As seções do lado oeste atravessam um leito de cascalho originário de depósitos do rio Reno, contendo muitas conchas calcáreas e solos sujeitos à formação de grutas ou lagos subterrâneos que facilitam recalques nas estruturas ali construídas. Os túneis nessa região podem sofrer perda de suporte. Seções em forma de tubos de grande diâmetro sofrem fissuras na parte inferior, em que ocorreram recalque e fissuras nas partes superiores onde a natureza procurou capacidade portante através de possíveis engastamentos.
    A hipótese formulada no início do projeto foi que recalques significativos só ocorrem uma vez na vida da estrutura. No entanto, em meados de 1996, um recalque repentino de quase 20 cm foi detectado e ocorreu numa velocidade muito maior do que a prevista. (1 mm em 4 dias!). A solução consistiu em aplicar injeções de graute desde o terreno acima do túnel até uma profundidade superior a 60 m.
  3. Galeria contra avalanches submetida a impacto de trem.
    A rodovia de São Gotardo, na Suíça, atravessa os Alpes e segue pela garganta de Schoellenen entre Goeschenen e Andermatt. O mesmo obstáculo precisou ser vencido pela via férrea local de bitola estreita que opera com cremalheiras num trecho íngreme. Geralmente rodovia e linha férrea correm separadamente, porém, uma galeria serve de proteção contra avalanches freqüentes no local. A “Nasse Kehle”, construída em 1986, é uma estrutura composta de uma parede traseira de concreto, colunas e vigas de aço e uma laje nervurada premoldada de concreto com uma capa de concreto local. As colunas e as vigas transversais eram espaçadas de 4 a 6 m dependendo do valor do carregamento. Foram estudados oito modos de proteção, trabalhando isoladamente ou em combinações, para garantir a integridade da estrutura em caso de descarrilhamento, de impactos violentos, ou grandes recalques.
  4. Colunas previstas atrás de amortecedores e para-choques em pontos finais de linhas de trem em estações.
  5. Ponte das Ilhas: ponte estaiada em Montreal. Durante uma tempestade de neve no inverno, com temperatura de -20ºC, três cabos romperam na ancoragem, por ruptura frágil junto à sua fixação. Todos os cabos foram substituídos.
  6. Linhas de transmissão de energia. No inverno de 1998, na região de Quebec, mais do que 10.000 torres vieram abaixo com efeito dominó, numa grande área, atingindo Vermont e Nova Iorque. A população ficou sem energia durante o intervalo de uma até 5 semanas. O motivo do desastre foi o peso de gelo acumulado nos cabos, formando cilindros de 15 cm de diâmetro, causando um aumento de peso de 16 kgf/m. O colapso tipo dominó foi objeto de muitas discussões com a seguinte conclusão: pontos de rigidez devem ser proporcionados em intervalos de 5 a 10 vãos interceptando e interrompendo o colapso progressivo. Isto deve ser feito prevendo torres robustas, capazes de resistir a todas as cargas em condições extremas, enquanto outras torres ainda permanecem estáveis.
Essas informações deveriam ser complementadas citando casos nacionais, cujos detalhes não foi possível obter.
Fonte:TQS NEWS/Eng. Augusto Carlos de Vasconcelos - Edição Nº. 30 - Fevereiro/10
http://www.tqs.com.br/tqs-news/consulta/artigos/847-robustez

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