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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
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estruturas
AVALIAÇÃO DO ESTADO DA ESTRUTURAIdentificação das anomalias e caracterização da segurança e do estado
de deterioração da estrutura
Inspecção visual
Ensaios
Reabilitação e Reforço de EstruturasDiploma de Formação Avançada em Engenharia de Estruturas
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, ...)
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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
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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, ...
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Meios de AcessoPlataformas móveis superiores
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Meios de Acesso
Plataformas móveis inferiores
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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.
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− 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
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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
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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.
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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
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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
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ENSAIOS
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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
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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
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MEDIÇÃO DE RECOBRIMENTOS
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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)
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CARBONATAÇÃO
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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)
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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 carotesEste método envolve custos mais elevados
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CONTAMINAÇÃO POR CLORETOS
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CONTAMINAÇÃO POR CLORETOS
Efeito das condições de exposição e da qualidade do betão no teor crítico de cloretos
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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
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POTENCIAL ELÉCTRICO DAS ARMADURAS
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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.
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RESISTIVIDADE DO BETÃO
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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.
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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.
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VELOCIDADE DE CORROSÃO
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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
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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,….
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ANÁLISE PETROGRÁFICA
Vazios
Reacções destrutivas
Macroanálise
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ANÁLISE PETROGRÁFICA
Razão A/C
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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
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ANÁLISE MICROCÓPICA
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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
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RAS
Métodos de detecção da reacção: métodos microscópicos (MEV)
MEV (2000x) MEV (750 x)
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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)
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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
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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
…...
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CAROTE
RECTIFICAÇÃODAS
FACES
CORTE
ENSAIOÀ
COMPRESSÃO
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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
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ESCLERÓMETRO
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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
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PULL – OUT
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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)
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PULL - OFF
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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
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ULTRASONS
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ULTRASONS
Gráfico de calibração
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ENSAIO DE PERMEABILIDADE À ÁGUA
TIPO 3 – CARACTERIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES RELATIVAS ÀDURABILIDADE
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ENSAIO DE ABSORÇÃO POR CAPILARIDADE
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ENSAIO DE ABSORÇÃO POR IMERSÃO
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ENSAIO DE POROMETRIA
POROSÍMETRO
AMOSTRAS DE BETÃO PARA ENSAIO
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ENSAIO DE POROMETRIA
Poros relevantes para a durabilidade: > Ф100 nm
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ENSAIO DE CARBONATAÇÃO ACELERADO
CÂMARA DE CARBONATAÇÃO
PROVETE DE BETÃO APÓS ENSAIO
Especificação LNEC E391
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ENSAIO DE DIFUSÃO AOS CLORETOS
MÉTODO DA CÉLULA DE DIFUSÃO
Ensaio de difusão natural
Especificação LNEC E383
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ENSAIO DE DIFUSÃO AOS CLORETOS
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
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ENSAIO DE DIFUSÃO AOS CLORETOS
ENSAIO DE MIGRAÇÃO (Luping)
Especificação LNEC E463