Reflexões sobre a Segurança das Estruturas

Por Ricardo Alvim, com base em apresentação do Prof. Fernando Stucchi.

Em uma de suas apresentações no Instituto de Engenharia, em outubro de 2010, intitulada: O Controle da Resistência do Concreto e a Teoria da Confiabilidade, o professor Fernando Rebouças Stucchi trouxe uma interessante sistematização do conhecimento com referência as teorias de segurança, em especial, relativas ao concreto armado.

Segundo o professor Stucchi, a segurança de uma estrutura exige:

1)    Confiabilidade
2)    Dutilidade
3)    Fidelidade
4)    Durabilidade

A confiabilidade depende da probabilidade de ruína de uma estrutura. Estudos indicam que esta é bastante pequena, isto é, da ordem de 1 em 1 milhão, (10-6). Comparando com outros riscos à vida humana, o risco envolvido não configura-se um evento tão raro quanto se pensa, mas depende de uma avalição ampla para melhor compreensão.

Quando se riscos são comparados, é  necessário certo cuidado, pois a natureza dos eventos é diferente. Mas só a título de curiosidade, o primeiro lugar disparado na lista de riscos é a estrada. A chance é de 1 em 19 mil de sofrer um acidente de carro fatal. A chance de morrer atingido por um raio é de 1 em 4,2 milhões. A probabilidade de ser vítima de um acidente de trem é de 1 em 5 milhões. No caso da queda de um avião, tal probabilidade gira em torno de 1 em 8,5 milhões. Vemos que essas últimas são menores que a queda de uma estrutura civil.

O fato é que, muito embora, os riscos sejam previsíveis, e quantificáveis, o fator subjetivo, e as impressões humanas são muito importantes no aspecto da segurança. E a confiabilidade, portanto, estará ligada também a outros fatores de segurança, que precisarão ser vistos em conjunto.

A dutilidade pode ser definida como a capacidade de adaptação e aviso das estruturas sob determinadas condições de uso. 

Os principais materiais estruturais, aço, madeira e concreto armado, se deformam sob a ação de carregamentos. E os níveis de deformação convencionalmente aceitos para o projeto são definidos pelas normas técnicas.

Uma estrutura de concreto armado, por exemplo, deve ser projetada para apresentar deformações significativas na iminência de um colapso, com as armaduras deformando da ordem de 10 por mil, isto é, 1 mm em cada metro (=1000 mm). De forma expedita, é possível contar as fissuras em uma viga e verificar estados severos de fissuração. Ao observar, em uma região central de uma viga, zona inferior sob tração, mais de 10 fissuras com abertura superior a 1 mm em cada metro, é possível induzir que as armaduras estejam escoadas, isto é, que atingiram tensões de escoamento do aço, em virtude dos mecanismos de aderência entre o concreto e o aço.

De certa forma, tais níveis de deformação implicam em estruturas fissuradas de forma generalizada, o que se costuma chamar de estado de fissuração sistemática. Mais do que isso, a fissuração denuncia aos usuários estados patológicos e permite intervenções e a correta manutenção das estruturas.

Nos casos severos, a deformação exagerada das estruturas pode servir de aviso ao colapso. E permite, em certos casos, a redistribuição de esforços, com a adaptação das estruturas a novas condições de equilíbrio, por vezes instáveis na iminência do colapso, mas suficientes para evacuar a estrutura.

O outro mecanismo de colapso, em contraposição, é abrupto, sem aviso. A estrutura está superarmada, isto é, apresenta armaduras em exagero. E na iminência do colapso o concreto comprimido se rompe sem que a armadura atinja sua deformação de escoamento (não há grandes deformações do aço nem fissuração do concreto que sirvam de advertência). Nestes casos, as peças são antieconômicas, pois o aço não é utilizado com toda a sua capacidade resistente; assim, se possível, tais situações devem ser evitadas.

Todavia, os engenheiros inexperientes têm preferido delegar muitas vezes a programas de cálculo a decisão sob os domínios do projeto. Estruturas com dimensões e armaduras em exagero, ou sequer avaliadas sob essa ótica, têm se tornado mais freqüentes.

Além disso, obras sem a devida fiscalização, sem a orientação de um profissional técnico especializado têm contribuído para um número maior de acidentes. Modificações em padrões estruturais devem ser vistos com cautela, e as intervenções realizadas com técnicas corretas. 

Torna-se comum a mudança de projetos, com destinação e modificação de uso feitas sem as devidas análises e registros. Uma obra não legalizada perpetua uma modificação de uso sem o devido registro para a posteridade. Além de arriscada, tais modificações podem trazer consequências desastrosas no futuro, pois os profissionais que tiverem que atuar em novas reformas vão fazer isso sem conhecer a verdadeira história daquela estrutura. 

Outro erro frequente é realizar tais obras com técnicas equivocadas de intervenção, sem escoramentos, armazenamento incorreto de materiais, acúmulo e retirada de entulho em locais impróprios, demolição indevida de elementos estruturais, entre outros. 

Quando isso é somado ao desconhecimento da sobrecarga já enfrentada pela estrutura decorrente de reformas anteriores, o resultado pode ser o colapso sem aviso e abrupto da estrutura.

A fidelidade deve ser entendida como ausência de alarme falso. Não basta a estrutura ser segura, esta não pode criar falsos alarmes ou expectativas negativas aos seus usuários. 

Um exemplo disso são os estádios de futebol brasileiros. Costuma-se acreditar que tais estruturas devam vibrar sob a ação de carregamentos dinâmicos, como aqueles causados pelos expectadores em atividades de pular durante os jogos. De fato, devem, mas tais vibrações podem representar em algumas situações falsos alarmes, criando pânico e correria. O que pode levar a uma tragédia de proporções incalculáveis.

Em geral, situações de falsos alarmes são típicos de estruturas mal dimensionadas e que não levaram em conta em seu projeto a natureza dinâmica do carregamento e as devidas condições de contorno do projeto, como as condições de interação solo-estrutura, juntas de dilatação, aparelhos de apoio, etc. Além da deformabilidade dos materiais e sua capacidade de dissipar energia, amortecendo as ações dinâmicas.

A durabilidade pode ser entendida como “a manutenção dessas 3 qualidades ao longo da vida útil com custo limitado”. As estruturas são projetadas para serem duráveis, mas essa durabilidade depende de como a estrutura foi projetada, ou seja, elementos que estão presentes desde o início de sua vida útil podem interferir decisivamente para o encurtamento da mesma, passados muitos anos desde a sua concepção e construção.

As estruturas são projetadas para durar. Sob condições adequadas de operação e manutenção, em geral, negligenciadas no Brasil, as estruturas civis podem durar centenas de anos, ou milhares de anos. 

Todavia, não é assim que se projeta uma estrutura convencional hoje. Pouco importa o tempo, a duração e os meios de realizar tais manutenções. Isso é reservado apenas para as estruturas especiais, como grandes edifícios e pontes especiais (as estaiadas que vem sendo construídas recentemente no Brasil afora, por exemplo).

É usual estimar em 50 anos os horizontes de projeto, mas isso não significa que a estrutura vai durar apenas 50 anos. Muito menos que as intervenções e ações de manutenção devem ser feitas apenas a cada 50 anos. Isso é um mito! Esse número é apenas uma referência normativa para avaliar as questões de segurança de um projeto. E deve ser analisado com cautela, caso a caso.

Assiste-se recentemente no Brasil, cada vez mais, um número maior de colapsos de estruturas. Isso não necessariamente deve ser visto com alarme e sensacionalismo. Todavia, todo movimento gerado na mídia questionando a segurança das estruturas antigas não deve ser descartado e ignorado pelo meio técnico. 

O Brasil passa por um movimento de crescimento sem precedentes. Tal movimento leva ou força a substituição gradativa das estruturas antigas por estruturas novas. Quando isso não é feito, o que se faz é a adaptação ou reforma das existentes. 

As entidades responsáveis devem estar atentas para essas questões. E grupos de estudo para criar meios efetivos de fiscalização devem ser pensados urgentemente. 

Existem profissionais no Brasil capacitados para isso e com a devida experiência. Resta valorizar esse conhecimento e buscar viabilizar essas contribuições.