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Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estruturas

INSPECÇÃO E AVALIAÇÃO DE

ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO

António CostaInstituto Superior Técnico


AVALIAÇÃO DO ESTADO DA ESTRUTURAIdentificação das anomalias e caracterização da segurança e do estado

de deterioração da estrutura

Inspecção visual

Ensaios


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, ...)


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


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, ...


Meios de AcessoPlataformas móveis superiores


Meios de Acesso

Plataformas móveis inferiores


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 congestionamentode 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.


− 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 faseO 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


III - INSPECÇÃO ESPECIALDe 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 carotesEstabelecer 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)AbsorçãoPermeabilidadePorosidadeDifusão


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.


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


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


ENSAIOS


TIPO 1 – CARACTERIZAÇÃO DA DETERIORAÇÃO

Nív

el d

e de

terio

raçã

o

tempoiniciação propagação

ti tp

1

3

4

2

1 despassivação2 fendilhação3 delaminação4 rotura

– Fase de IniciaçãoMedição de recobrimentosCarbonataçãoContaminação por cloretos

– Fase de PropagaçãoPotencial EléctricoResistividadeVelocidade de corrosãoHumidade no BetãoDelaminação


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


MEDIÇÃO DE RECOBRIMENTOS


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)


CARBONATAÇÃO


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)



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 carotesEste método envolve custos mais elevados



Efeito das condições de exposição e da qualidade do betão no teor crítico de cloretos


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


POTENCIAL ELÉCTRICO DAS ARMADURAS


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.


RESISTIVIDADE DO BETÃO


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.


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.


VELOCIDADE DE CORROSÃO


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


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,….



Vazios

Reacções destrutivas

Macroanálise



Razão A/C


ANÁLISE MICROCÓPICA

Princípio – Observação de amostras de betão ao microscópio electrónico de varrimento (MEV)

Aplicações :- Análise da micro-estrutura do betão- Identificação de compostos por análise de raio X por dispersão de

energia- Identificação de produtos resultantes de reacções destrutivas


ANÁLISE MICROCÓPICA


RAS

Métodos de detecção da reacção: método do acetato de uranilo

Detecção da reacção por fluorescência dos iões uranilo com luz UV

Imagem duma carote com luz normal


RAS

Métodos de detecção da reacção: métodos microscópicos (MEV)

MEV (2000x) MEV (750 x)


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)


RAS

Tempo (semanas)Tempo (semanas)

Expansão (10Expansão (10--66))Expansão residual (Er) = 1327 Expansão residual (Er) = 1327 µµm/m/anom/m/ano

Exemplo dum betão que apresenta um valor de expansão residual elevado


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

…...


CAROTE

RECTIFICAÇÃODAS

FACES

CORTE

ENSAIOÀ

COMPRESSÃO


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

ESCLERÓMETRO


ESCLERÓMETRO


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


PULL – OUT


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 idadesdiferentes ou entre o betão e elementos colados à superfície (p. ex.

diversas soluções de reforço estrutural)


PULL - OFF


ULTRASONS

Princípio – 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 do betão)

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


ULTRASONS


ULTRASONS

Gráfico de calibração


ENSAIO DE PERMEABILIDADE À ÁGUA

TIPO 3 – CARACTERIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES RELATIVAS ÀDURABILIDADE


ENSAIO DE ABSORÇÃO POR CAPILARIDADE


ENSAIO DE ABSORÇÃO POR IMERSÃO


ENSAIO DE POROMETRIA

POROSÍMETRO

AMOSTRAS DE BETÃO PARA ENSAIO


ENSAIO DE POROMETRIA

Poros relevantes para a durabilidade: > Ф100 nm


ENSAIO DE CARBONATAÇÃO ACELERADO

CÂMARA DE CARBONATAÇÃO

PROVETE DE BETÃO APÓS ENSAIO

Especificação LNEC E391


ENSAIO DE DIFUSÃO AOS CLORETOS

MÉTODO DA CÉLULA DE DIFUSÃO

Ensaio de difusão natural




ENSAIO DE MIGRAÇÃO (AASHTO)

Carga

(coulombs)

Permeabilidade do betão Tipo de betão

> 4000

4000 - 2000

2000 - 1000

1000 - 100

< 100

Alta

Média

Baixa

Muito baixa

Desprezável

A/C > 0.6

0.4 < A/C < 0.6

A/C < 0.4

Betão com selante

Betão de polímeros



ENSAIO DE MIGRAÇÃO (Luping)


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