INSPECÇÃO E AVALIAÇÃO DE ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO

Transcrição

1 INSPECÇÃO E AVALIAÇÃO DE ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO António Costa Instituto Superior Técnico

2 AVALIAÇÃO DO ESTADO DA ESTRUTURA Identificação das anomalias e caracterização da segurança e do estado de deterioração da estrutura Inspecção visual Ensaios

3 INSPECÇÃO E ENSAIOS EM ESTRUTURAS PLANOS DE INSPECÇÃO DE ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO I - PREPARAÇÃO DOS TRABALHOS E PLANEAMENTO DA INSPECÇÃO 1. Recolha de Informação Projecto e construção (desenhos, cálculos, especificações dos materiais, medições,...) Alterações e intervenções posteriores à construção (manutenção,...) Artigos técnicos a obter junto de: Dono de obra, Projectista, Construtor Entidades licenciadoras (Câmaras Municipais,...) Revistas, LNEC, CSOPT,...)

4 1.2 Visita Preliminar Compreensão da estrutura, condições de exposição, condições de acesso para inspecção Basicamente uma inspecção visual Primeira apreciação dos problemas mais graves à vista desarmada. 1.3 Planeamento da Inspecção Definição dos objectivos da inspecção (em conjunto com o dono de obra) Avaliação da deterioração Avaliação do comportamento estrutural Primeira avaliação das causas das anomalias Definição no âmbito e extensão da inspecção Estabelecimento de estratégias para a inspecção selectiva Escolha de testes cujos resultados se sabem interpretar e são relevantes para o problema em causa (e procedimentos de ensaios) Definição das regiões tipo para os diferentes elementos estruturais, tendo em conta a sua geometria e condições de exposição diferenciadas. Planeamento dos meios logísticos, organização da equipa de inspecção, programação dos trabalhos, estimativa de custos e preparação dos meios de segurança para a realização de inspecção. Produção de desenhos para registo das anomalias e localização dos ensaios

5 II - INSPECÇÃO BÁSICA OU DE ROTINA 1. Inspecção visual Material de apoio: Desenhos Bloco de notas, gravador Binóculos, máquina fotográfica e vídeo Vestuário, botas, capacete, lâmpada de testa,... Meios de acesso Objectivos: Verificação da conformidade dimensional entre a obra e o projecto. Aparência da superfície do betão degradação, coloração, revestimentos,.. Fendilhação Corrosão, delaminação, armaduras à vista Deformação Presença de água, escorrimentos,...

6 Meios de Acesso Plataformas móveis superiores

7 Meios de Acesso Plataformas móveis inferiores

8 2. Ensaios Básicos Mapeamento da delaminação Por percussão forte com martelo (som a oco indica a presença de delaminação ou chochos) Por arraste de correntes Por termografia Localização de armaduras e medição do recobrimento Em geral fácil por métodos magnéticos até 10cm de profundidade, excepto em zonas de congestionamento de armaduras. Verificar margem de erro do equipamento de leitura (± 5mm, usual) Mapeamento da fendilhação Medir abertura de fendas Referir causa provável e geometria/tipo de fenda Dureza superficial Aplicação do esclerómetro permite avaliar a qualidade (dureza) da camada superficial do betão e a sua homogeneidade na obra.

9 Profundidade de carbonatação (Maior em zonas secas do que húmidas) Interesse em relacionar a profundidade da carbonatação com o recobrimento. Pode ser realizada em carotes de pequeno diâmetro ou furos (ensaiando o pó extraído do furo ou o próprio furo em profundidades crescentes até se deixar de verificar a carbonatação) Perfis de penetração de cloretos Fundamental em locais junto à costa ou ambientes agressivos Pode ser realizado através de carotes ou extracção de pó obtido por furacão ( 16 a 20mm) a várias profundidades Começar por fazer perfis até 8-10cm e, em função da penetração, reduzir eventualmente a profundidade (Permitem concluir estabelecendo a relação com o recobrimento das armaduras se estas estão despassivadas) 3. Relatório. Avaliação dos resultados e planeamento da 2ª fase O relatório pode vir a ser utilizado em processos litigiosos Registo rigoroso dos trabalhos efectuados e apreciação das causas e efeitos Apresentação clara e sintética Propostas de intervenção urgentes Planeamento dos ensaios e estudos complementares

10 III - INSPECÇÃO ESPECIAL De acordo com as conclusões obtidas na inspecção básica são estabelecidos os objectivos para a inspecção especial: completar a inspecção básica efectuar ensaios especiais para avaliar com maior detalhe o estado da estrutura 1. Extracção de carotes Estabelecer o número mínimo de em função dos ensaios pretendidos e sua representatividade. Diâmetro 95mm ( ); comprimento 200mm (I) Se se pretender determinar Ec, então I 2.5 Fazer macroanálise de todas as carotes Ensaios: Análise petrográfica permite obter informação sobre os constituintes do betão, a qualidade da compactação (e razão água/cimento), homogeneidade da pasta, o tipo de cimento e as reacções secundárias (RAS,...). Análise ao microscópio (MEV) Ensaios de Resistência Ensaios de avaliação da qualidade do betão (durabilidade) Absorção Permeabilidade Porosidade Difusão

11 2. Ensaios de ultra-sons e arrancamento (pull-off; pull out) A adoptar se se pretender avaliar indirectamente a resistência à compressão, o módulo de elasticidade e a qualidade e uniformidade do betão 3. Extracção de provetes de aço Avaliar a resistência e tipo de aço (soldabilidade,...) Analisar se através da superfície do varão é identificável o tipo de aço 4. Ensaios de avaliação do grau e velocidade de corrosão Só fazer ensaios deste tipo se as armaduras estiverem despassivadas Os resultados variam muito com o grau de humidade do betão (e portanto variam muito ao longo do ano), devendo os ensaios ser realizados e repetidos em períodos diferentes (por exemplo, de 3 em 3 meses) A interpretação é frequentemente complexa e é importante cruzar a informação obtida dos vários ensaios e abrir janelas para inspecção visual directa A utilização de raios X e Gamma envolve meios complexos e protecção da área do ensaio. Só justificável em casos especiais.

12 5. Avaliação do comportamento estrutural Monitorização planeada quando da elaboração do projecto da obra Observação durante a inspecção Movimentos verticais, horizontais,... por: meios topográficos, níveis, alongametros Variação da abertura de fendas Medição dos valores das acções nas estruturas Avaliação da resposta dinâmica Nivelamento 6. Relatório. Avaliação dos resultados Registo rigoroso dos trabalhos efectuados Apresentação clara e sintética em paralelo com a apresentação detalhada dos ensaios efectuados (anexo) Interpretação clara dos resultados obtidos

13 IV - AVALIAÇÃO DO ESTADO DE DETERIORAÇÃO E COMPORTAMENTO ESTRUTURAL Estabelecimento dos níveis de deterioração e segurança residual Causas e graus de deterioração Consequências da deterioração (estruturais e agravamento da deterioração) Estimativa do período de vida residual Propostas de intervenção

14 ENSAIOS Reabilitação e Reforço de Estruturas

15 TIPO 1 CARACTERIZAÇÃO DA DETERIORAÇÃO Fase de Iniciação Medição de recobrimentos Carbonatação Contaminação por cloretos Fase de Propagação Potencial Eléctrico Resistividade Velocidade de corrosão Humidade no Betão Delaminação Nível de deterioração despassivação 2 fendilhação 3 delaminação 4 rotura 2 1 iniciação t i propagação t p tempo

16 MEDIÇÃO DE RECOBRIMENTOS RADAR PACÓMETRO Princípio Medição da perturbação causada pela armadura de um campo magnético gerado pelo equipamento. Aplicações Ensaio não destrutivo para localizar armaduras no interior do betão - mede o recobrimento da armadura - determina a direcção dos varões - estima o diâmetro dos varões

17 MEDIÇÃO DE RECOBRIMENTOS Reabilitação e Reforço de Estruturas

18 CARBONATAÇÃO Princípio A profundidade de carbonatação é medida aspergindo uma solução de indicador ácido/base numa superfície de betão recentemente fracturada. Indicador mais utilizado: fenolftaleína As zonas com ph > 9.2 tornam-se vermelhas As zonas com ph < 9.2 não mudam de cor Aplicações : - verificação do estado da armadura relativamente à corrosão: activas ou passivas - avaliação do tempo necessário para que a frente de carbonatação atinja o nível das armaduras (período de iniciação)

19 CARBONATAÇÃO Reabilitação e Reforço de Estruturas

20 CONTAMINAÇÃO POR CLORETOS Princípio São extraídas amostras de betão a várias profundidades e determinado o seu teor em cloretos. Aplicações : - verificação do estado da armadura relativamente à corrosão consoante o teor de - cloretos no betão: activas ou passivas - avaliação do tempo necessário para que a frente de penetração do teor crítico atinja o nível das armaduras (período de iniciação)

21 CONTAMINAÇÃO POR CLORETOS AMOSTRAS 1- Colheita de amostras por brocagem a vários níveis de profundidade. O diâmetro da broca depende da máxima dimensão do inerte 2 Extracção de carotes Este método envolve custos mais elevados

22 CONTAMINAÇÃO POR CLORETOS Reabilitação e Reforço de Estruturas

23 CONTAMINAÇÃO POR CLORETOS Efeito das condições de exposição e da qualidade do betão no teor crítico de cloretos

24 POTENCIAL ELÉCTRICO DAS ARMADURAS Princípio Medição do potencial eléctrico das armaduras relativamente a um eléctrodo de referência colocado à superfície do betão (eléctrodo de cobre/sulfato de cobre ou prata/cloreto de prata). Aplicações : - ensaio não destrutivo para localização de áreas anódicas e catódicas. - obtenção de mapas isopotenciais a partir dos quais é possível identificar zonas com diferentes riscos de corrosão

25 POTENCIAL ELÉCTRICO DAS ARMADURAS Reabilitação e Reforço de Estruturas

26 RESISTIVIDADE DO BETÃO Princípio Um conjunto de 4 eléctrodos é colocado em contacto com a superfície do betão. Faz-se passar uma corrente alternada entre os eléctrodos exteriores e mede-se a queda de potencial entre os eléctrodos interiores. Aplicações : - fornece informação qualitativa acerca da velocidade de corrosão após as armaduras se tornarem activas. - fornece informação sobre a qualidade do betão quando aplicado em provetes saturados.

27 RESISTIVIDADE DO BETÃO Reabilitação e Reforço de Estruturas

28 HUMIDADE NO BETÃO Princípio Executam-se furacões à profundidade pretendida colocando-se no seu interior um sensor de humidade. Aplicações : - fornece informação qualitativa acerca da velocidade de corrosão após as armaduras se tornarem activas.

29 VELOCIDADE DE CORROSÃO Princípio Medição da velocidade de corrosão das armaduras com base na técnica da resistência de polarização. Aplicações : - avaliação da perda de secção das armaduras ao longo do tempo. - estimativa da evolução do nível de danos na estrutura (fendilhação, delaminação, resistência) período de propagação.

30 VELOCIDADE DE CORROSÃO Reabilitação e Reforço de Estruturas

31 DELAMINAÇÃO Princípio Sondagem da superfície do betão para detectar zonas com betão de recobrimento destacado. Aplicações : - avaliação da delaminação do betão associada à corrosão de armaduras - medição das áreas de betão a reparar som a oco indica a presença de delaminação

32 ANÁLISE PETROGRÁFICA Princípio Execução de lâminas delgadas de betão para análise ao microscópio Aplicações : - avaliação da qualidade e composição do betão. - identificação de deterioração química do betão,.

33 ANÁLISE PETROGRÁFICA Macroanálise Vazios Reacções destrutivas

34 ANÁLISE PETROGRÁFICA Razão A/C

35 ANÁLISE MICROCÓPICA Princípio Observação de amostras de betão ao microscópio electrónico de varrimento (MEV) Aplicações : energia - Análise da micro-estrutura do betão - Identificação de compostos por análise de raio X por dispersão de - Identificação de produtos resultantes de reacções destrutivas

36 ANÁLISE MICROCÓPICA Reabilitação e Reforço de Estruturas

37 RAS Métodos de detecção da reacção: método do acetato de uranilo Imagem duma carote com luz normal Detecção da reacção por fluorescência dos iões uranilo com luz UV

38 RAS Métodos de detecção da reacção: métodos microscópicos (MEV) MEV (2000x) MEV (750 x)

39 RAS Ensaio de expansão residual Aplicável no prognóstico carotes de betão da estrutura 1 ano a 38 C e 100% HR (e com eventual fornecimento de álcalis)

40 RAS Expansão (10-6 ) Expansão residual (Er) = 1327 µm/m/ano Tempo (semanas) Exemplo dum betão que apresenta um valor de expansão residual elevado

41 TIPO 2 CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DO BETÃO PROVETES OBTIDOS DE CAROTES Princípio Extracção de carotes dos elementos estruturais com uma coroa diamantada a partir das quais são obtidos provetes de betão. Aplicações: - determinação da resistência à compressão e resistência à tracção do betão. - determinação do módulo de elasticidade - inspecção visual da macro-estrutura do betão - obtenção de provetes para outros tipos de ensaios Análise petrográfica Análise microscópica Permeabilidade Absorção Difusão Porosidade...

42 CAROTE CORTE RECTIFICAÇÃO DAS FACES ENSAIO À COMPRESSÃO

43 ESCLERÓMETRO Princípio Um elemento metálico com uma massa normalizada é projectado contra a superfície do betão com uma energia definida. O ricochete da massa é medido e relacionado com a dureza superficial do betão. Aplicações: - avaliação da uniformidade e qualidade do betão - estimativa da resistência à compressão

44 ESCLERÓMETRO Reabilitação e Reforço de Estruturas

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46 PULL OUT Princípio Medição da força necessária para arrancar um disco metálico introduzido no betão a uma profundidade de 25 mm. A superfície de rotura é definida por um anel de reacção à superfície do betão com 55 mm de diâmetro. Aplicações: - estimativa da resistência à compressão do betão

47 PULL OUT Reabilitação e Reforço de Estruturas

48 PULL - OFF Princípio Medição da força necessária para arrancar um disco metálico com 50 mm de diâmetro colado à superfície do betão com uma resina epoxídica. Aplicações: - avaliação directa da resistência do betão à tracção à superfície ou no interior do elemento estrutural - avaliação da aderência entre duas camadas de betão executadas em idades diferentes ou entre o betão e elementos colados à superfície (p. ex. diversas soluções de reforço estrutural)

49 PULL - OFF Reabilitação e Reforço de Estruturas

50 ULTRASONS Princípio do betão) Medição do tempo que uma onda sonora de alta frequência leva a percorrer uma distância no interior do betão entre a fonte emissora e a fonte receptora (calculando-se a velocidade de propagação das ondas no interior Aplicações: - avaliação da qualidade e uniformidade do betão - estimativa da resistência à compressão do betão e módulo de elasticidade - localização de vazios e fendas no interior do betão

51 ULTRASONS Reabilitação e Reforço de Estruturas

52 ULTRASONS Gráfico de calibração

53 TIPO 3 CARACTERIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES RELATIVAS À DURABILIDADE ENSAIO DE PERMEABILIDADE À ÁGUA

54 ENSAIO DE ABSORÇÃO POR CAPILARIDADE Reabilitação e Reforço de Estruturas

55 ENSAIO DE ABSORÇÃO POR IMERSÃO Reabilitação e Reforço de Estruturas

56 ENSAIO DE POROMETRIA POROSÍMETRO AMOSTRAS DE BETÃO PARA ENSAIO

57 ENSAIO DE POROMETRIA Poros relevantes para a durabilidade: > Ф100 nm

58 ENSAIO DE CARBONATAÇÃO ACELERADO Especificação LNEC E391 CÂMARA DE CARBONATAÇÃO PROVETE DE BETÃO APÓS ENSAIO

59 ENSAIO DE DIFUSÃO AOS CLORETOS MÉTODO DA CÉLULA DE DIFUSÃO Ensaio de difusão natural Especificação LNEC E383

60 ENSAIO DE DIFUSÃO AOS CLORETOS ENSAIO DE MIGRAÇÃO (AASHTO) Carga (coulombs) > < 100 Permeabilidade do betão Alta Média Baixa Muito baixa Desprezável Tipo de betão A/C > < A/C < 0.6 A/C < 0.4 Betão com selante Betão de polímeros

61 ENSAIO DE DIFUSÃO AOS CLORETOS ENSAIO DE MIGRAÇÃO (Luping) Especificação LNEC E463

62 ENSAIO DE DIFUSÃO AOS CLORETOS ENSAIO DE MIGRAÇÃO (Luping)