REABET NOVA TECNOLOGIA PARA A INSPECÇÃO E REABILITAÇÃO DE ESTRUTURAS BETÃO ARMADO E PRÉ-ESFORÇADO

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1 REABET NOVA TECNOLOGIA PARA A INSPECÇÃO E REABILITAÇÃO DE ESTRUTURAS BETÃO ARMADO E PRÉ-ESFORÇADO RITA MOURA Engª Civil Teixeira Duarte Engenharia e Construções, S.A. Oeiras, Portugal rd@teixeiraduarte.pt JOANA CASTRO CALDAS Engª Civil Teixeira Duarte Engenharia e Construções, S.A. Oeiras, Portugal jnc@teixeiraduarte.pt RESUMO O projeto ReaBet Tomografia e Reabilitação de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado teve como objetivo desenvolver um processo não destrutivo fiável para o diagnóstico e levantamento da localização de anomalias e estado de degradação em estruturas de betão armado e pré-esforçado e a implementação de uma técnica inovadora para o tratamento anticorrosivo dos cabos de pré-esforço, nas situações em que as bainhas se encontram contaminadas por cloretos. Para avaliar a eficácia de duas tecnologias de diagnóstico: a gamagrafia e a ultrassonografia foram criadas anomalias de natureza diversa (vazios, ninhos de brita, fissuras, etc), no interior de protótipos de vigas de betão armado e pré-esforçado, dentro e fora das bainhas de pré-esforço. Por último foi ensaiada a reparação de bainhas de pré-esforço contaminadas por cloretos através da aplicação de um inibidor de corrosão aplicado por cavitação, através de ultrassons, tecnologia inovadora, pouco intrusiva e não destrutiva, conduzindo a bons resultados, premitindo uma significativa economia na reparação de estruturas com esta patologia. 1. INTRODUÇÂO O projecto ReaBet Tomografia e Reabilitação de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado foi financiado pelo Sistema de Incentivos à Investigação e Desenvolvimento Tecnológico (SI I&DT) do Quadro de Referência Estratégico Nacional (QREN). Teve início em Março de 2011 e terminou em Agosto de OBJECTIVOS O projeto ReaBet Tomografia e Reabilitação de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado teve como objetivo, numa primeira fase, desenvolver um processo não destrutivo fiável para o diagnóstico e levantamento da localização de anomalias e estado de degradação em estruturas de betão armado e pré-esforçado. Numa segunda fase, foi avaliada a aplicação de uma técnica inovadora para o tratamento anticorrosivo dos cabos de pré-esforço, nas situações em que as bainhas se encontram contaminadas por cloretos. 1

2 Os objetos de ensaio consistiram em dois protótipos de vigas de betão armado e pré-esforçado, contendo anomalias, defeitos físicos e contaminações químicas. Este projeto assume particular relevância por estar associado a uma anomalia frequente em estruturas de betão em que as soluções atuais, dado o desconhecimento da situação existente nos cabos, implicam a destruição/substituição de parte ou da totalidade das estruturas existentes, não permitindo um diagnóstico detalhado e a consequente reparação. A técnica de reparação através da aplicação de um inibidor de corrosão aplicado por cavitação através de ultrassons é inovadora e pouco intrusiva e não destrutiva, conduzindo a bons resultados, premindo uma significativa economia na reparação de estruturas com esta patologia. 3. DESCRIÇÃO DOS PROTÓTIPOS Os dois protótipos são iguais, tratando-se de peças lineares horizontais, tipo troço de viga, em betão armado e préesforçado, com 3.0 m de comprimento e secção 0.5x1.0 m. Figura 1 Protótipos de betão armado e pré-esforçado Figura 2 Protótipos de betão armado e pré-esforçado pré-esforçado Figura 3 Protótipos de betão armado e 2

3 Os materiais utilizados foram: Betão C25/30; Aço A400 NR; Cabos de pré-esforço de 3 cordões 0.6 N; Bainhas metálicas; Ancoragens activas e passivas para cabos de pré-esforço Calda de cimento para injecção com dosagem de Cloretos de 2% de forma a favorecer o processo de corrosão. 4. CONSTRUÇÂO DOS PROTÓTIPOS Com o fim de testar a eficácia das tecnologias de diagnóstico, foram criadas anomalias de natureza diversa (vazios, ninhos de brita, fissuras, etc), no interior dos protótipos, dentro e fora das bainhas de pré-esforço, com uma localização e características geométricas perfeitamente definidas. Figura 4 Localização das anomalias Figura 5 Montagem dos protótipos Figura 6 Montagem dos protótipos 3

4 5. METODOLOGIA DE EXECUÇÃO I - Construção dos modelos II - Medição da velocidade de corrosão dos cabos de pré-esforço Nesta fase, averiguou-se a velocidade/estado de corrosão dos quatro cabos de pré-esforço através do sistema de monitorização instalado no interior das vigas, antes da betonagem. Ao longo do projeto foram feitas leituras periódicas para avaliar a evolução da velocidade de corrosão. III - Inspeção dos protótipos com recurso à gamagrafia O método RCT (Reinforced Concrete Tomography) foi desenvolvido pela THASA e consiste numa técnica de tomografia aplicada a betão armado, por emissão de raios-gama, sendo por esse motivo designado por gamagrafia. Este método possibilita a determinação de forma precisa da posição e diâmetro de varões de armadura ordinária, podendo também ser muito útil na deteção de vazios e de corrosão, em elementos de betão armado e pré-esforçado. Através da emissão de radiação gama através do volume ensaiado, são criadas imagens em placas gamagráficas, ou gamagrafias, semelhantes às placas de raios-x utilizadas na Medicina. Essas imagens são subsequentemente analisadas com recurso à metodologia e software desenvolvido pela THASA para tomografia aplicada ao betão armado. Os resultados da gamagrafia são exibidos em imagens de 14 x17. Figura 7 Alguns dos resultados obtidos Figura 8 Alguns dos resultados obtidos Figura 9 Alguns dos Figura 10 Alguns dos resultados Figura 11 Alguns dos resultados resultados obtidos obtidos obtidos 4

5 IV - Inspeção dos protótipos com recurso à ultrassonografia O mesmo procedimento adotado para os exames de gamagrafia foi aplicado para os exames de ultrassonografia, utilizando o equipamento MIRA. O método MIRA foi desenvolvido pela Germann Instruments e assenta num sistema de deteção de contraste de densidades, através da emissão de ultrassons, sendo por esse motivo classificado como uma técnica de ultrassonografia. Genericamente, o sistema consiste numa antena com 40 transdutores de onda de corte de baixa frequência, dispostos numa matriz de 10 linhas e 4 colunas. Os transdutores são sensores piezo-elétricos de contacto pontual seco, com uma mola, com uma frequência central de 50 khz. Cada transdutor possui uma ponta de cerâmica resistente ao desgaste, o que permite realizar o ensaio mesmo em superfícies muito rugosas. Com recurso à técnica de abertura focal sintética, são construídas uma vista isométrica, uma secção transversal e uma planta, transmitidas para um computador por tecnologia wireless, permitindo a observação in situ de defeitos internos, tais como vazios, fissuras ou formação de ninhos de brita. Figura 12 Utilização do equipamento de ultrassonografia equipamento de ultrasonografia Figura 13 Utilização do Figura 14 Exemplo de resultados obtidos 5

6 V - Comparação e avaliação das duas tecnologias de tomografia VI - Tratamento anti-corrosivo e reabilitação Em estruturas pré-esforçadas por pós-tensão, as bainhas têm frequentemente defeitos de preenchimento, potenciando o desenvolvimento da corrosão, nomeadamente na eventualidade de contaminação da calda por cloretos e consequente despassivação do aço. Os fenómenos de corrosão induzidos pela presença de cloretos correspondem a um dos principais mecanismos de degradação das estruturas pré-esforçadas. Neste projecto foi ensaiada e avaliada a eficácia da reparação das bainhas de pré-esforço contaminadas por cloretos através da aplicação de um inibidor de corrosão aplicado por cavitação, através de ultrassons. Esta tecnologia, proposta pela PMD, especialista em problemas de durabilidade de estruturas, em parceria com a ATEAV, especializada em energia ultrassónica, consiste numa técnica inovadora de reparação e reabilitação que permite prolongar a vida útil de estruturas de betão pré-esforçado contaminadas por cloretos. Esta técnica consiste na estabilização da corrosão em cabos de pré-esforço por impregnação de uma solução inibidora de corrosão à base de nitrito de cálcio, diretamente ao nível das armaduras, utilizando uma bomba de baixa pressão acoplada a um sistema de ultrassons. Permite obter uma cartografia precisa do estado e defeitos do preenchimento das bainhas medindo o tempo de impregnação entre cada dois injetores. O tratamento permite alcançar a estabilização da corrosão e passivação do aço ao longo de todo o comprimento do cabo. Contudo, é de referir que a durabilidade das injeções do inibidor de corrosão dependerá sempre da qualidade das injeções da calda de cimento previamente existente. Após a impregnação do inibidor de corrosão, conclui-se o processo de tratamento do sistema de pré-esforço, reabilitando a calda de cimento no interior da bainha. Procedeu-se à eliminação dos vazios e microfissuras que facilitam a migração de cloretos para a superfície dos cabos de pré-esforço através do seu preenchimento com uma calda de cimento sã e de elevada fluidez. Para esta operação foi utilizada uma técnica de injeção clássica, sendo reutilizados os furos executados para injeção do inibidor. A solução é pouco intrusiva, permite evitar a demolição das estrutura que era frequentemente a solução em situações de contaminação de bainhas de pré-esforço com cloretos e conduz a bons resultados, permitindo uma significativa economia na reparação de estruturas com esta patologia. Figura 16 Tratamento dos cabos de pré- Figura 15 Tratamento dos cabos de pré-esforço esforço 6

7 6. REFERÊNCIAS / NORMAS REBAP: Cap. IV, C - Armaduras de pré-esforço Cap. V, Art. 34º Cap. VI - Pré-esforços Cap. X, Art. 83º e 86º Caldas: Cap. XIII, D Armaduras de Pré-esforço NP EN 445: Métodos de ensaio. EN 446 PROCEDIMENTOS PARA INJECÇÃO N 447 ESPECIFICAÇÕES PARA AS CALDAS DE INJECÇÃO4 Sistema de pré-esforço: Concepção do sistema: Aprovação Técnica Europeia (ETA), ETAG 013 Colocação dos componentes em obra: Certificado de Conformidade, ETAG 013 Aplicação do sistema em obra: Certificado da Empresa, CWA 14646, NP ISSO 9001:2000 Materiais (pré-esforço): Aço de pré-esforço: LNEC E 453 Componentes das Ancoragens: ETAG 013 Bainhas: NP EN 52 Esp LNEC E 452: Fios de aço para pré-esforço. Esp LNEC E 453: Cordões de aço para pré-esforço. NP EN 523/4: Bainhas Metalicas. Esp LNEC E 459: Varões de aço para pré-esforço. pr EN Prestressing Steels pr EN Zinc and zinc alloy prestressing steel wires and strands Execução dos trabalhos (montagem, aplicação de tensão): Especificações: ETAG Guideline for European Technical Approval of Post-Tensioning Kits for Prestressing Systems Tolerâncias: pren Especificações: ETAG 013 Tolerâncias: pren