Técnicas de Inspeção e Patologia. TC 034 Materiais de Construção III José Marques Filho

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1 Técnicas de Inspeção e Patologia TC 034 Materiais de Construção III 1

2 11/08/2010 2

3 PATOLOGIA COMPORTAMENTO DIFERENTE DA PREVISÃO DO PROJETO EXISTÊNCIA DE ANOMALIAS DURANTE A PERFORMANCE INTERFERÊNCIA NA SEGURANÇA, DESEMPENHO OU DURABILIDADE DO EMPREENDIMENTO 3 Necessário Conhecer os Fenômenos envolvidos Conhecer todas as fases do processo para determinar possíveis causas Conhecer comportamento previsto para balizamento

4 PATOLOGIA É O ESTUDO DOS FENÔMENOS FÍSICOS ENVOLVIDOS NOS CORPOS, NOS MATERIAIS QUE OS COMPÕEM E NOS PROCESSOS QUE GERAM SUA DEGRADAÇÃO MANIFESTAÇÃO PATOLÓGICA Apresentação física de um processo de degradação do corpo e/ou do material que o compõe Por exemplo: uma fissura, uma mancha, desgaste superficial, um aumento de volume 4

5 Fases Detecção Anomalia Verificar Conseqüências Determinar Causas Análise e Projeto REPARO Inspeções periódiocas Conhecer comportamento esperado Identificar anomalias comuns Inspeção e Monitoramento Avaliar magnitude Conhecimento de danos em outros aproveitamentos Banco de Dados Conhecer critérios de projeto do protótipo Conhecimento de patologia Procedimentos de ensaio (uniformizar) Definição do sistema de coleta de dados Dados da obra Modelos Estatísitica Gráficos dos efeitos Verificação de padrão necessário de comportamento Manter segurança Manter operaçãp Otimizar tempo Verificar consistência Verificar capacidade de execução segura 5

6 Ensaios Não Destrutivos Objetivo: Analisar o Comportamento em Utilização Condicionante: Não Interferir com o Comportamento 6

7 Características à Investigar Estabilidade Física -Parâm. Resistência -Fadiga -Fissuração -Deformabilidade -Desgaste Não Conformidade Estabilidade Química -Ataques por agentes agressivos -Ciclos de temper., pressão e umidade -Aging -Reações Deletérias 7

8 Tipos Análises Não Destrutivas Inspeção Visual Análises de Processos Exame de Relatórios de Execução Ensaios Propriamente Ditos 8

9 Inspeção Visual Especialista ligado ao protótipo com conhecimento dos dados de comissionamento, operação e manutenção Necessário estabelecimento de periodicidade mínima Manual de Observação Reuniões periódicas de avaliação das condições civis 9

10 Ensaios Não Destrutivos Ultrasons Gamagrafia/tomografia Retirada de Amostras Porosidade/permeabilidade Líquido penetrante Resposta Acústica Medidas de Parâmetros Eletromagnéticos Pacometria Medidas de Forma - Som Laser Resposta à impulso Mecânico Resposta à excitações Análise de superfície de fratura 10

11 Esclerômetros de Reflexão NBR 7584; ASTM C

12 RECUPERAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO 12

13 R e s is tê n c ia à c o m p re s s ã o (M P a ) RECUPERAÇÃO DE ESTRUTURAS 13 DE CONCRETO ARMADO Índice esclerométrico x Resistência à compressão do Concreto y = 0, x 2, R 2 = 0, Ín d ic e E s c le ro m é tric o, IE, (% )

14 Pacometria Processo para determinação da posição, diâmetro e cobrimento de armadura através da medida de variação de campo eletromagnético NBR

15 Ensaio de arrancamento Mede a força de arrancamento de peças chumbadas no concreto. Através da medida da força de arrancamento de parafusos concretados em superfícies, com uma indicação instantânea desta força e do deslocamento associado, pode-se inferir a resistência à ruptura deste concreto. 15

16 RECUPERAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO 16 PULLOFF PENETRAÇÃO DE PINOS

17 Ultrassom A velocidade de propagação de ondas em um material depende de sua densidade e suas propriedades elásticas. Torna-se então possível a obtenção de propriedades do concreto tais como uniformidade, presença de cavidades, módulo de elasticidade e resistência à ruptura, quando usado em conjunto com esclerômetro ou outra avaliação ou calibragem. NBR

18 RECUPERAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO ULTRA SOM 18

19 RECUPERAÇÃO DE ESTRUTURAS 19 DE CONCRETO ARMADO Classificação de Leslie e Cheesman Velocidade de propagação (m/s) Superior a a a a 3000 Inferior a 2000 Condições do concreto Excelente Bom Regular (duvidoso) Geralmente ruim Ruim

20 Detector de corrosão de armadura Ensaios detectores de corrosão de barras no concreto armado. A corrosão do aço no concreto é um processo eletro-químico, similar ao de uma bateria, produzindo uma corrente elétrica que pode ser medida na superfície do concreto pelo seu campo magnético. Através das medidas de toda a sua superfície, pode ser feita uma distinção entre os locais com corrosão e outros sem corrosão nas barras de aço. Existem inúmeros trabalhos científicos que descrevem este método, que é aplicado nos USA há mais de 30 anos. 20

21 Permeabilidade no local Rápido, confiável e não destrutivo, determina a permeabilidade de estruturas de concreto. O equipamento é composto de uma célula de vácuo de dois compartimentos e uma válvula reguladora de pressão. O cálculo do coeficiente de permeabilidade kt é possível através de um modelo matemático simples. O ensaio dura de 2 a 12 minutos, dependendo da permeabilidade do concreto. 21

22 Gamagrafia A técnica nuclear mais conhecida nesta área é a gamagrafia industrial, similar a uma radiografia, de peças metálicas ou de estruturas de concreto. Torna-se possível verificar se há defeitos ou fissuras. 90% utilizam fontes de Irídio-192, 5% de Cobalto-60 e 5% de Selênio-75, com níveis variados de atividade radioativa Maioria dos irradiadores em uso no País está em operação há mais de 20 anos, sendo, portanto, equipamentos antigos. 22

23 Testemunhos Retirada de porção do concreto existente para sua caracterização Pode ser feita através de sondagem rotativa ou por corte com serra de fio diamantado O processo de extração já é um primeiro ensaio mecânico É necessário conhecimento técnico adequado para minimizar os efeitos negativos da sondagem No caso de CCR ATF, só pode ser obtidos em idades superiores a 90 dias 23

24 Extratoras 24

25 Testemunhos Cabe discutir o tratamento estatístico dos dados Ensaios Massa Específica Resistência Mecânica Deformabilidade Imediata Fluência Recomposição do traço Microscopia eletrônica de Varredura 25

26 Testemunhos 26

27 Testemunhos 27

28 Testemunhos 28

29 Testemunhos 29

30 Testemunhos 30

31 Usinagem de CP s Retificadora Faceadores NBR 12767, 10906, 8045,7680, 5738; DNER- ME046 NBR 8045, 7680, 5738; DNER-ME046 31

32 Preparação de cp s dos Testemunhos 32

33 Ensaios Comuns Câmara Úmida 33

34 Prensas 34

35 Ensaios Axiais 35

36 Ensaio de cisalhamento 36

37 Testemunhos - Cisalhamento Direto 37

38 Cisalhamento Direto 38

39 Cisalhamento Direto 39

40 Testemunhos - Permeabilidade do Concreto 40

41 Permeâmetro 41

42 Ciclagem e Durabilidade Durabilidade 42

43 Análises de Água Percolada 43

44 44

45 45

46 46

47 Bancadas de ensaios 47

48 Microscopia Eletrônica 48

49 Microscópio Eletrônico de Varredura 49

50 50

51 51

52 Concreto Estrutura Heterogênea Complexa Composição depende de Inúmeros Fatores Macro Estrutura Agregados Pasta 52

53 Estrutura Heterogênea Concreto Complexa Composição depende de Inúmeros Fatores Macro Estrutura Agregados Pasta 53 Micro Estrutura Agregados Pasta Vazios + Água Zona de Transição

54 Importância do Estudo O estudo da Microestrutura permite entender o comportamento do concreto Ferramenta para análise de patologias do concreto e análise de durabilidade Desenvolvimento de novos aditivos e suas conseqüências Ensaio não-destrutivo Eficiente 54

55 Microscópio Eletrônico de Varredura 55

56 56

57 Microestrutura Estruturas Principais 1: C-S-H 2: Ca(OH)2 ou (C-H) 3: Vazio Capilar 57

58 Magnitude dos Estudos µ m 0.01 µ m 0.1 µ m 1 µ m 10 µ m 100 µ m 1 mm 10 mm 1 nm 10 nm 100 nm 1000 nm 104 nm 105 nm 106 nm 107 nm (a) 58 1 m 10 m 100 m 1000 m 104 m 105 m 106 m 107 m (b)

59 Hidratação dos Aluminatos 59

60 Hidratação dos Silicatos 60

61 C a (OH 2 ) 61

62 Exsudação 62

63 Zona de Transição 63

64 Zona de Transição 64

65 Zona de Transição 65

66 Zona de Transição Sujeita à Microfissuração 66

67 Magnitude 2000 x 200 x 5000 x 67

68 Vazios e Presença da Água Água interlamelar Água Capilar Água Fisicamente Adsorvida 68

69 Vazios 69

70 Presença da água Capilares: vazios maiores que 50 A. Cuidado com efeitos da tensão capilar Adsorvida: próxima à superfície do sólido Interlamelar: Associada à estrutura do C-S-H Quimicamente combinada; faz partes dos produtos de hidratação 70

71 Zona de Transição Mais Frágil Apresenta cristais orientados com planos de clivagem bem caracterizados Cristais grandes e com vazios Como já está microfissurada, é necessário menor esforço para ruptura na compressào Ruptura a tração: Fissuras se propagam mais rapidamente Resistência Aumenta com a idade Durabilidade afetada pelo aumento da permeabilidade Diminuindo o diâmetro máximo pode alterar o filme de água que o envolve 71

72 Instrumentação 72

73 Instrumentação O QUE INSTRUMENTAR QUAL É A PERGUNTA? QUAL A RESPOSTA QUE POSSO OBTER O QUE É DISPONÍVEL? 73 COMO COLOCAR?

74 Instrumentação Escolha dos instrumentos Análise e controle das partes que possam ser as primeiras a sofrer eventual deterioração 74

75 Instrumentos no concreto pêndulos, inclinômetros, medidores de junta, deformímetros, tensômetros, termômetros, medidores de vazão, células de pressão dinâmica piezômetros de maciço. 75

76 Instrumentos na fundação pêndulos invertidos: extensômetros de fundação piezômetros de fundação medidores de junta medidores de vazão 76

77 Principais tipos de sistemas sistema de medição por princípio elétrico, sistema de medição por corda vibrante sistema de instrumentação por medição topográfica e ou geodésica sistema de instrumentação por medição direta sistema de instrumentação por fibra ótica 77

78 Sistemas por medição direta São baseados em leituras diretas dos fenômenos físicos piezômetros de tubo aberto ou Casagrande réguas de medição de nível de água Medidores de Vazão tipo V com leitura direta 78

79 Sistemas por medição topográfica e ou geodésica São baseados na utilização de ferramentas topográficas e ou geodésicas pinos de referência fixos e móveis placas de recalque de medição topográfica sistema de auscultação geodésica 79

80 Sistemas por princípio elétrico Através de curva de calibração relaciona-se determinada medição elétrica (ex: voltagem) com o fenômeno físico a ser medido Podem ser de diversos tipos, por exemplo tipo Carlson, Maihak, Warlam, Silva, etc... Os tipo Carlson foram usados intensivamente nas barragens brasileiras entre as décadas de 70 a 90 80

81 Sistema por corda vibrante Através de curva de calibração relaciona-se determinada medição de freqüência de uma corda vibrante com o fenômeno físico a ser medido Várias aplicações em barragem de CCR, como por exemplo a de UHE Salto Caxias (MUSSI et al. 1999) 81

82 Sistemas por fibra ótica A medição é feita de diferentes maneiras, porém de uma forma geral se utilizam do princípio das fibras óticas permitirem o deslocamento de feixes de luz Inicialmente a instrumentação por fibra ótica era utilizada apenas em laminados da indústria aeroespacial. Em fase de Pesquisa e Desenvolvimento com Sucesso 82 Pesquisas Inovadoras Feitas Hoje no Paraná: UHE Santa Clara e Fundão

83 Instrumentação de Salto Caxias 83

84 Instrumentação de Salto Caxias Basicamente corda Vibrante 84

85 Instrumentação de Salto Caxias 85

86 Instrumentação de Salto Caxias 86

87 Fibra Ótica UHE Fundão 87

88 Remediação e Reparo Correção de Patologia Conhecimento do Projeto Conhecimento do Comportamento Previsto e seus níveis de alerta Documentação Adequada de Não-Conformidades e Soluções Adotadas Avaliação dos Materiais Análise do Desempenho e da Instrumentação no Tempo Ensaios Complementares 88

89 Base de Dados Permanente Inventário Viabilidade Projeto Básico Projeto Executivo + Construção Comissionamento Operação e Manutenção FUNDAMENTAL D A D O S S E G U R O S 89

90 UFPR-Universidade Federal do Paraná COPEL Participações (41)

91 Fases do Empreendimento Inventário Viabilidade ESTUDOS PRELIMINARES Projeto Básico Projeto Executivo COMPLEMENTAÇÃO + Construção Comissionamento Operação e Manutenção 91