COMPARAÇÃO DE METODOLOGIAS DE INSPEÇÃO E...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO NATALIA ARAÚJO TOLEDO COMPARAÇÃO DE METODOLOGIAS DE INSPEÇÃO E MANUTENÇÃO DE OBRAS DE ARRIMO NO BRASIL E NA FRANÇA RIO DE JANEIRO 2019
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
NATALIA ARAÚJO TOLEDO
COMPARAÇÃO DE METODOLOGIAS DE INSPEÇÃO E MANUTENÇÃO DE
OBRAS DE ARRIMO NO BRASIL E NA FRANÇA
RIO DE JANEIRO
2019
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NATALIA ARAÚJO TOLEDO
COMPARAÇÃO DE METODOLOGIAS DE INSPEÇÃO E MANUTENÇÃO DE
OBRAS DE ARRIMO NO BRASIL E NA FRANÇA
Projeto de Graduação apresentado ao curso deEngenharia Civil da Escola Politécnica,Universidade Federal do Rio de Janeiro, comoparte dos requisitos necessários à obtenção dotítulo de Engenheiro.
Orientador: Prof. Leonardo de Bona Becker
Co-orientador: Julien Gabrielli
RIO DE JANEIRO
2019
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO...............................................................................................5
1.1. JUSTIFICATIVA DA ESCOLHA DO TEMA............................................5
1.2. OBJETIVOS............................................................................................6
1.3. ESTRUTURA DO TRABALHO................................................................6
2. ASPECTOS GERAIS DOS MUROS DE ARRIMO.......................................7
1.4. CONSIDERAÇÕES PRELIMINARES.....................................................7
1.5. TIPOS DE MUROS.................................................................................8
1.1.1. Muros de gravidade..........................................................................9
1.1.2. Muros de flexão..............................................................................10
1.6. MANIFESTAÇÃO DE ANOMALIAS EM MUROS DE ARRIMO...........11
1.1.3. Durabilidade e vida útil de estruturas.............................................11
1.1.4. Agentes e mecanismos de degradação.........................................14
1.1.5. Patologias mais incidentes em Muros de Arrimo...........................17
3. INSPEÇÃO E AVALIAÇÃO DE OBRAS DE ARTE ESPECIAIS NO BRASIL 18
1.7. CONSIDERAÇÕES SOBRE GESTÃO E MANUTENÇÃO DAS OBRAS DE
ARTE ESPECIAIS..............................................................................................18
1.8. METODOLOGIA ADOTADA PELO DNIT.............................................18
1.8.1. Inspeção cadastral..........................................................................18
1.8.2. Inspeção rotineira...........................................................................18
1.8.3. Inspeção especial...........................................................................18
1.8.4. Inspeção extraordinária..................................................................18
1.9. METODOLOGIA ALTERNATIVA GDE/UNB........................................18
4. ESTUDO DE CASO: METODOLOGIAS FRANCESAS APLICADAS A MUROS
DE ARRIMO.......................................................................................................19
1.10. METODOLOGIA DO GUIA IQOA.........................................................19
1.11. METODOLOGIA DO MANUAL SNCF RÉSEAU..................................19
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5. CONSIDERAÇÕES FINAIS........................................................................20
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...........................................................21
7. ANEXOS......................................................................................................22
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1. INTRODUÇÃO
1.1.JUSTIFICATIVA DA ESCOLHA DO TEMA
No Brasil, durante o período de chuvas, é comum surgirem nos noticiários
casos de sinistros causados pela ruptura de encostas e estruturas de contenção de
taludes em zonas urbanas. Tais situações ocorrem por diversos fatores que podem
advir desde falhas de projeto à falta de manutenção.
Sabe-se que as infraestruturas de transporte terrestre, como rodovias e
ferrovias, demandam frequentemente a realização de cortes e aterros em taludes
para viabilizar o traçado da via. Tais operações envolvem remoção e movimentação
de áreas extensas de solo, contribuindo eventualmente para processos de
instabilização de taludes.
Segundo o Manual de Taludes de Rodovias desenvolvido pelo DER-SP
(DER-SP, 1991), entende-se por obras de contenção todas aquelas estruturas que,
uma vez implantadas em um talude, oferecem resistência à movimentação deste ou
à sua ruptura, ou ainda que reforçam uma parte do maciço, de modo que esta parte
possa resistir aos esforços tendentes à instabilização do mesmo.
Segundo TUPINÁ et al, a ausência de acompanhamento técnico no
processo de ocupação urbana, de obras estruturantes compatíveis com as
características naturais de cada área, de gestão adequada das áreas de risco, além
da ausência de fiscalização eficaz por parte do Poder Público proporcionou o
aumento de deslizamentos e escorregamentos, tornando-se um desafio constante
para diversas comunidades.
Dentre os eventuais transtornos causados pelos deslizamentos de taludes
de corte em rodovias e ferrovias, destacam-se o bloqueio total ou parcial do tráfego,
o soterramento de veículos, residências e estabelecimentos nas proximidades e a
ocorrência de perdas de vida.
Desta forma, fica claro que os impactos socioeconômicos de tais
escorregamentos de terra em zonas urbanas são significativos, reforçando a
necessidade de um programa eficaz de conservação e manutenção de taludes e
estruturas de contenção existentes nessas áreas.
Nessa ótica, e dando continuidade ao trabalho realizado em 2018 pela
autora durante sua dupla diplomação na França e estágio na empresa SNCF
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Réseau (estatal responsável pela exploração e desenvolvimento da rede ferroviária
francesa), a escolha do tema foi feita com o objetivo de dar o devido destaque ao
papel da conservação do patrimônio de estruturas de contenção na prevenção de
sinistros. O presente trabalho complementa a temática abordada no trabalho de
conclusão de curso francês sobre metodologias de inspeção e manutenção de
muros de arrimo adotadas na França, introduzindo um comparativo com duas
metodologias aplicadas a obras de arte especiais adotadas no Brasil e trazendo
como caso de estudo pontos-chave do sistema de gestão de obras de contenção
utilizado pela SNCF Réseau.
1.2. OBJETIVOS
O presente trabalho de conclusão de curso visa apresentar diferentes
metodologias de gestão e manutenção de estruturas de contenção de encostas e
taludes, abordando em particular os muros de arrimo de peso e flexão, presentes em
infraestruturas rodoviárias e ferroviárias, segundo diretrizes e manuais utilizados no
Brasil e na França.
Para isto, alguns objetivos específicos foram estabelecidos:
a) Identificar e caracterizar os diferentes tipos de muros de arrimo e suas
anomalias mais frequentes, com enfoque em muros de arrimo de peso e
flexão;
b) Identificar os principais aspectos de manutenção e gestão de obras de arte
especiais (OAE), apresentando os sistemas em vigor no Brasil e na França;
c) Apresentar os aspectos relevantes das metodologias brasileiras descritas na
NBR-9452 e na metodologia GDE/UnB;
d) Apresentar os aspectos relevantes das metodologias francesas descritas no
Guia IQOA-Murs e no Manual SNCF Réseau;
e) Comparar as quatro metodologias e identificar as principais diferenças e
similaridades entre elas.
1.3. ESTRUTURA DO TRABALHO
O presente trabalho foi estruturado em 5 capítulos (CONTINUAR)
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2. ASPECTOS GERAIS DOS MUROS DE ARRIMO
1.4.CONSIDERAÇÕES PRELIMINARES
Segundo Filho e Virgili (1998), taludes podem ser definidos como superfícies
inclinadas de maciços terrosos, rochosos ou mistos (solo e rocha), originados de
processos geológicos e geomorfológicos diversos, podendo apresentar modificações
antrópicas, tais como cortes, desmatamentos, introdução de cargas, etc.
A Associação Brasileira de Geologia de Engenharia define estabilização de
talude ou encosta como um tratamento aplicado a uma vertente de terreno, natural
ou modificada, para melhorar as suas características de resistência, intervindo nos
condicionantes relativos à natureza dos seus materiais constituintes e nos agentes
de deflagração de processos responsáveis pela sua instabilidade. Os condicionantes
da instabilidade são a geologia (litologia, composição e estrutura), a morfologia
(declividade e comprimento de rampa) e a hidrogeologia (águas superficiais e
subterrâneas) da encosta.
De acordo com o DER-SP (1991), a instabilidade desses maciços pode ser
corrigida, na grande maioria dos casos, com intervenções comuns de drenagem,
impermeabilização superficial e redução da inclinação do talude. Quando tais
procedimentos se mostram insuficientes, é necessário recorrer a soluções de
engenharia mais complexas, envolvendo a realização de sistemas ou estruturas de
contenção (Figura 2.1).
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Figura 2.1 – Fluxograma de obras de estabilização de taludes (DNER-SP adaptado)
A NBR-11682 (2009), que trata a estabilidade de encostas, define obras de
contenção em solo como sendo elementos destinados a contrapor-se aos esforços
estáticos provenientes do terreno e de sobrecargas acidentais e/ou permanentes. A
norma divide as estruturas de contenção em solo em quatro tipos: muros de
gravidade, muros de flexão, estruturas ancoradas e estruturas de solo reforçado.
No presente trabalho serão abordados aspectos referentes aos muros de
gravidade e de flexão, que foram objeto do trabalho de conclusão de curso
desenvolvido na École des Mines de Douai em parceria com a empresa SNCF
Réseau e que constituem a grande maioria das estruturas de contenção do
patrimônio da rede ferroviária francesa.
1.5.TIPOS DE MUROS
Segundo GERSCOVICH (2010), muros são estruturas corridas de contenção
de parede vertical ou quase vertical, apoiadas em uma fundação rasa ou profunda.
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Podem ser construídos em alvenaria (tijolos ou pedras) ou em concreto (simples ou
armado), ou ainda, de elementos especiais. Os muros de arrimo podem ser de
vários tipos: gravidade (construídos de alvenaria, concreto, gabiões ou pneus), de
flexão (com ou sem contraforte) e com ou sem tirantes.
1.1.1. Muros de gravidade
A NBR 11682 (ABNT, 2009) define muros de gravidade como sendo
estruturas monolíticas cuja estabilidade é garantida através do peso próprio da
estrutura. Podem ser de concreto simples, concreto ciclópico, gabiões, alvenaria de
pedra argamassada ou seca, tijolos ou elementos especiais. Geralmente, estruturas
de gravidade são utilizadas para conter desníveis pequenos ou médios, inferiores a
cerca de 5m.
Os muros de alvenaria de pedra são os mais antigos e numerosos. Na
França, este tipo de material foi predominantemente empregado em construções até
a primeira metade do século XX, quando começou a ser substituído por estruturas
em concreto. Apesar disso, a alvenaria de pedra continua sendo o material
constituinte majoritário dos muros de gravidade pertencentes ao patrimônio francês
(TERRADE, 2017).
De acordo com GERSCOVICH (2010), devido ao custo elevado, o emprego
da alvenaria é menos freqüente nos dias atuais, sobretudo em muros com maior
altura. As pedras podem ser arrumadas manualmente, onde a resistência se dá
exclusivamente pelo imbricamento dos blocos, ou podem ser argamassadas,
garantindo uma melhor resistência interna da estrutura.
Para muros com altura superior a 3 metros, recomenda-se empregar
argamassa de cimento e areia para preencher os vazios dos blocos de pedras,
permitindo o uso de blocos de dimensões variadas. A argamassa garante uma maior
rigidez do muro, porém elimina a sua capacidade drenante. Faz-se necessário,
então, implementar dispositivos usuais de drenagem, tais como dreno de areia e
tubos barbacãs.
Já o muro de concreto ciclópico (Figura 2.2) é uma estrutura construída
mediante o preenchimento de uma fôrma com concreto e blocos de rocha de
dimensões variadas. Devido à impermeabilidade da estrutura, torna-se
imprescindível a instalação de um sistema adequado de drenagem.
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Figura 2.2 – Esquema transversal de um muro de gravidade de concreto ciclópico ou
pedra argamassada
1.1.2. Muros de flexão
Muros de flexão são estruturas mais esbeltas com seção transversal em
forma de “L” que resistem aos empuxos por flexão, utilizando parte do peso próprio
do maciço ou do reaterro que se apóia sobre a base do “L” para manter-se em
equilíbrio, sem caracterizar uma estrutura monolítica (Figura 2.3).
Figura 2.3 – Esquema transversal de um muro de flexão de concreto armado
Em geral, são construídos em concreto armado, tornando-se soluções muito
dispendiosas para alturas acima de 7m. A laje de base em geral apresenta largura
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entre 50 e 70% da altura do muro. A face trabalha à flexão e se necessário pode
empregar vigas de enrijecimento, no caso alturas maiores (GERSCOVICH, 2010).
Muros de flexão podem também ser ancorados na base com tirantes ou
chumbadores (rocha) para melhorar sua condição de estabilidade (Figura 2.4). Esta
solução pode ser aplicada quando quando há limitação de espaço disponível para
que a base do muro apresente as dimensões necessárias para a estabilidade, sob a
condição de haver solo competente para a fundação e ancoragem da base
(GERSCOVICH, 2010).
Figura 2.4 – Esquema transversal de um muro de flexão ancorado na base
1.6.MANIFESTAÇÃO DE ANOMALIAS EM MUROS DE ARRIMO
1.1.3. Durabilidade e vida útil de estruturas
Ao longo da sua vida útil, as obras de engenharia civil sofrem degradações
decorrentes dos efeitos da interação estrutura-meio ambiente e das próprias
solicitações às quais estão submetidas. Tais degradações podem acarretar o
aparecimento de anomalias que, quando não monitoradas e manutenidas
corretamente, comprometem a durabilidade da construção.
Segundo MACHADO e MENDES (2014), a durabilidade foi conhecida como
um conceito de desempenho desde o início da década de 80, quando o termo
começou a ser utilizado em diversas normas internacionais como a ISO 6241:1984
“Performance standards in building - Principles for their preparation and factors to be
considered” e a ASTM E 632 “Standard Practice for Developing Accelerated Tests to
Aid Prediction of the Service Life of Building Components and Materials”, sendo
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posteriormente incorporado às normas de estruturas de concreto no Brasil pela
ABNT NBR 6118:2003.
Para ANDRADE (1997), o conceito de durabilidade mais difundido e aplicado
atualmente é aquele proposto pelo CEB-FIB MC-90 (1990) para a obtenção de
estruturas de concreto duráveis. Segundo o código, as estruturas devem ser
projetadas, construídas e operadas de tal forma que, sob condições ambientais
esperadas, elas mantenham sua segurança, funcionalidade e a aparência aceitável
durante um período de tempo, implícito ou explícito, sem requerer altos custos para
manutenção e reparo.
A durabilidade, por ser um termo difícil de ser quantificado, introduz o
conceito de vida útil. Segundo a ASTM (1982, apud ANDRADE, 1997), vida útil é o
período de tempo após a instalação de um material, componente ou sistema, em
que as propriedades do mesmo ficam acima de valores mínimos aceitáveis. Admite-
se que um material atingiu o fim da sua vida útil quando suas propriedades, sob
dadas condições de uso, deterioram a tal ponto que a continuação do uso deste
material é considerada insegura ou antieconômica.
Uma definição simples destes termos foi usada por MACHADO e MENDES
(2014): a durabilidade é uma qualidade da estrutura e vida útil é a quantificação
desta qualidade. Sendo assim, presume-se que qualquer mudança na durabilidade
da estrutura afeta diretamente a sua vida útil.
Em seu trabalho, Andrade (1997) representa a durabilidade de uma estrutura
pelo binômio desempenho/tempo, conforme pode ser observado na Figura 2.5. No
momento de se projetar uma estrutura, já deve-se ter uma definição tanto da vida útil
exigida para a mesma - que é função das características do material, do meio
ambiente circundante e das condições de utilização - quanto dos critérios de
desempenho especificados para esse período.
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Figura 2.5 – Fases do desempenho de uma estrutura durante a sua vida útil. Fonte:
ANDRADE, 1997
O gráfico desempenho/tempo nos mostra que, à medida em que a estrutura
começa a perder sua funcionalidade em decorrência de algum tipo de deterioração,
pode haver necessidade de realização de reparos ou reforços, dependendo da
gravidade da degradação. Andrade (1997) salienta que, à medida que os danos
evoluem, os custos necessários para as correções dos mesmos aumentam
exponencialmente, através da chamada Lei de Sitter ou Lei dos Cinco, que exibe os
custos crescendo segundo uma progressão geométrica de razão cinco (Figura 2.6).
Apesar do caráter genérico e aproximado, tal lei é aceita como indicativa do
potencial de gastos que podem ser evitados quando se previne a evolução dos
danos numa estrutura.
Figura 2.6 – Lei de evolução de custos, Lei de Sitter. Fonte: VITÓRIO, 2005
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Segundo Steen (1991, apud ANDRADE, 1997), a importância do estudo da
Patologia das Construções advém, primeiramente, da necessidade de divulgação
das manifestações patológicas mais incidentes; em segundo lugar, do conhecimento
da evolução dos problemas, pois o quanto antes estes forem identificados, menor
será o custo para reparar os elementos danificados. Ou seja, a execução das
correções será mais fácil e muito mais econômica quanto mais cedo for realizada.
Para Brandão (1998), a vida útil da construção em sua globalidade depende
igualmente do comportamento dos elementos estruturais e dos demais componentes
incorporados à estrutura que não possuem função estrutural, tais como drenos,
juntas, apoios, instalações etc. Há que se considerar que estes elementos não-
estruturais, em geral, possuem vida útil mais curta do que a estrutura propriamente
dita e, portanto, providências adequadas para sua manutenção, substituição e
reparo devem ser previstas.
1.1.4. Agentes e mecanismos de degradação
Segundo Ferreira (2000), os agentes de degradação podem ser definidos
como sendo um grupo de fatores que podem afetar o desempenho de um material
de construção, um componente ou um sistema. A Tabela 2.1 apresenta uma lista
não-exaustiva dos agentes de degradação mais recorrentes e o seu efeito sobre o
desempenho do material, componente ou sistema.
Em seu trabalho, Ferreira separa os principais agentes de degradação em
quatro grandes famílias: causas mecânicas e físicas, causas químicas, ataques
biológicos e causas eletroquímicas. Alguns dos efeitos das degradações
apresentados constituem uma abordagem principalmente direcionada ao concreto,
principal material empregado na construção civil, como por exemplo o efeito de
retração, reação álcali-agregado e outros tipos de ataques químicos. No entanto, a
maioria dos agentes de degradação que serão tratados neste capítulo podem
igualmente afetar outros tipos de materiais de construção utilizados em projetos de
muros de arrimo, como a alvenaria de pedras naturais.
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Tabela 2.1 - Fatores de degradação e o efeito sobre o desempenho. Fonte:
FERREIRA, 2000
Causas mecânicas e físicas
a) Ciclos de gelo e degelo: quando um material que contém poros saturados é
exposto a baixas temperaturas, a água retida nos poros capilares congela e
expande. Ciclos repetitivos de gelo e degelo, particularmente se as soluções
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dos poros contiverem químicos de degelo, provocam aumento da pressão
dilatante resultando na fendilhação e consequente deterioração do concreto.
b) Tensões térmicas: as variações de temperatura no seio de uma estrutura
conduzem à variação diferencial de volume. Quando as contrações ou
expansões são restringidas, se as tensões de tração resultantes forem
superiores à tensão resistente do material, poderá ocorrer fendilhação.
c) Retração do concreto: a retração é uma propriedade reológica do concreto
resultando na diminuição das dimensões de um elemento de concreto com o
tempo. As fendas produzidas possuem espessuras que variam de micro
milímetros até alguns milímetros e servem como pontos de entrada de
umidade, dióxido de carbono e outros materiais nocivos.
d) Carregamentos:
e) Desgaste por abrasão, erosão e cavitação:
f) Radiação UV:
Ataques químicos
a) Ataque de ácidos e sulfatos:
b) Exposição aos sais:
c) Carbonatação:
d) Cloretos:
e) Ataque álcali-agregado:
Ataques biológicos
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Causas eletroquímicas
a) Corrosão das armaduras:
1.1.5. Patologias mais incidentes em Muros de Arrimo
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3. INSPEÇÃO E AVALIAÇÃO DE OBRAS DE ARTE ESPECIAIS NO BRASIL
1.7.CONSIDERAÇÕES SOBRE GESTÃO E MANUTENÇÃO DAS OBRAS DE
ARTE ESPECIAIS
1.8.METODOLOGIA ADOTADA PELO DNIT
1.8.1. Inspeção cadastral
1.8.2. Inspeção rotineira
1.8.3. Inspeção especial
1.8.4. Inspeção extraordinária
1.9.METODOLOGIA ALTERNATIVA GDE/UNB
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4. ESTUDO DE CASO: METODOLOGIAS FRANCESAS APLICADAS A MUROS
DE ARRIMO
No Brasil, a NBR 11682 (2009), que trata aspectos relativos a obras de
estabilização de encostas, preconiza que todas as providências em termos de
manutenção da obra a serem seguidas devem ser detalhadas pelo executor e
encaminhadas ao proprietário, com a elaboração de um “Manual do Usuário” ao
término da obra.
As recomendações constantes no manual devem ter por objetivo manter as
características originais do projeto, dentro dos critérios de segurança
preestabelecidos. Devem ser seguidas as seguintes recomendações, de caráter
básico, além de outras recomendações pertinentes:
proceder às vistorias periódicas à obra (no mínimo semestrais) para
verificação do aparecimento de anomalias, como por exemplo: trincas,
deslocamentos, obstruções de drenagem, erosões e demais fatores julgados
relevantes;
realizar limpeza periódica no sistema de drenagem;
realizar, de acordo com a periodicidade recomendada pelo executor,
medição de vazão dos drenos profundos suborizontais;
no caso de obras com empregos de tirantes, devem ser executados ensaios
de verificação de cargas e inspeção da integridade das cabeças, a cada cinco anos,
em um número representativo de tirantes, conforme critério estabelecido na NBR
11682 (2009).
1.10. METODOLOGIA DO GUIA IQOA
1.11. METODOLOGIA DO MANUAL SNCF RÉSEAU
20
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
21
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
22
7. ANEXOS
