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28-11-2013
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Estruturas de betão: Técnicas de inspeção e diagnósticoA. Santos Silva, LNEC; A. Monteiro, LNEC; E. Pereira, LNEC
Project nr 2008-1/049
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Lisboa, 26 novembro 2013
Guia TécnicoParte IV - VOL 3 - Estruturas de Betão – Técnicas de ensaio
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Lisboa, 26 novembro 2013
Parte IV – VOL 3Principais técnicas de ensaio, TND e TD, para a inspeção e diagnóstico de estruturas de betão, focando : campo de aplicação, objetivos, procedimento e interpretação dos resultados e outros aspetos.
Secção 1 – Considerações gerais sobre a inspeção visual e as técnicas de inspeção in-situ
Secção 2 – Exame visual
Secção 3 – Índice de fissuração
Secção 4 – Técnicas de ensaio não destrutivas (TND)
Secção 5 – técnicas de ensaio semi-destrutivas ou destrutivas (TD)
Secção 6 – Considerações sobre a seleção das técnicas de ensaio
Secção 7 – Referências
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Versão WEB
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Durante a vida das estruturas de betão armado, devem ser efetuadas avaliações periódicas com recurso a diferentes níveis de inspeção. Estas inspeções vão desde simples inspeções visuais até inspeções especiais, que utilizam uma gama sofisticada de técnicas de ensaio. O objetivo principal de qualquer inspeção é identificar os defeitos presentes que podem prejudicar o desempenho atual ou futuro, e os processos de deterioração subjacentes que tenham, ou possam no futuro, vir a conduzir a tais defeitos.
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Exame visual: método mais comum durante a inspeção das estruturas.
A forma mais comum de deterioração é a corrosão das armaduras resultante da contaminação do betão por cloretos e/ou carbonatação. A presença de corrosão, é muitas vezes precedida por sinais visíveis na superfície do betão, incluindo manchas de ferrugem, fissuras ou destacamento do betão de recobrimento.
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A informação obtida durante um simplesexame visual não é na maioria dos casossuficiente para a tomada de opção eplaneamento de uma intervenção dereparação.
Índice de fissuração
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Técnicas de ensaio destrutivas e/ou não-destrutivas adicionais são normalmente necessárias para quantificar a extensão dos danos, e assim determinar as exigências da reparação e o momento da intervenção.
amostragem
Recobrimento - 'Covermeter'
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Estruturas de betãoEstruturas de betãoEstruturas de betãoEstruturas de betãoTécnicas de Inspeção
Manual Técnico Parte IV – Vol. 3
Propriedades mecânicas e de transporteAndré Monteiro
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Técnicas de ensaio não destrutivas: Mecânicas•Esclerómetro
•Pull-out
•Pull-off
Principal aplicação:• Avaliação qualitativa da resistência à compressão do betão
Principal vantagem:• Permite avaliar grandes áreas de betão num curto espaço de tempo
Principais limitações/desvantagens:• Apenas avaliar o betão até poucos centímetros de profundidade• Fatores que afetam os resultados: rugosidade, carbonatação, humidade do betão,
tipo de agregados, etc.
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Técnicas de ensaio não destrutivas: Mecânicas•Esclerómetro
•Pull-out
•Pull-off
Principal aplicação:• Avaliação da resistência à compressão do betão
Principal vantagem:• Boa correlação com a resistência à compressão
Principais limitação/desvantagem:• Técnica semi-destrutiva
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Técnicas de ensaio não destrutivas: Mecânicas•Esclerómetro
•Pull-out
•Pull-off
Principal aplicação:• Avaliação da tensão de arrancamento dos materiais de reparação
Principal vantagem:• Fácil execução
Principal limitação/desvantagem:• O endurecimento da resina pode demorar várias horas
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Técnicas de ensaio não destrutivas: Propriedades de transporte•Permeabilidade ao ar
•Permeabilidade à água
•Ensaio de migração de cloretos (Permit)
Principal aplicação:• Avaliação da qualidade do betão de recobrimento no que diz respeito à sua
resistência à penetração do CO2 (carbonatação)Principal vantagem:
• Fácil utilização e rápida execuçãoPrincipal limitação/desvantagem:
• Os resultados dependem fortemente do teor de água do betão
Ensaio de Figg Ensaio de Schonlin Ensaio de Torrent
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Técnicas de ensaio não destrutivas: Propriedades de transporte•Permeabilidade ao ar
•Permeabilidade à água
•Ensaio de migração de cloretos (Permit)
Principais aplicações:• Avaliação das características de absorção e permeabilidade à água do betão sup.• Avaliação do desempenho do betão usado em estruturas de retenção de água
Principal vantagem:• Rápida execução
Principais limitações/desvantagens:• Os resultados dependem fortemente do teor de água do betão• Dificuldades na fixação do equipamento à superfície de betão
Ensaio de Figg Ensaio AutoClam
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Técnicas de ensaio não destrutivas: Propriedades de transporte•Permeabilidade ao ar
•Permeabilidade à água
•Ensaio de migração de cloretos (Permit)
Principal aplicação:• Avaliação da qualidade do betão relativamente à sua resistência à penetração
dos cloretos Principal vantagem:
• Fácil utilização (ensaio automatizado)Principais limitações/desvantagens:
• Ensaio moroso (24 h para saturar + 6 h de ensaio)• Introduz cloretos no betão, deixa manchas e é semi-destrutivo• Não aplicável a betões de alto desempenho
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Técnicas de ensaio não destrutivas: Acústicas•Velocidade de transmissão dos ultrasons
•Tomografia sísmica por transmissão
• Impacto-eco
• “Pulse-Echo”
•Transmissão de ondas de superfície
•Emissão acústica
Principais aplicações:• Avaliação qualitativa da resistência à compressão e mód. de elasticidade • Deteção de fissuras e estimativa da sua profundidade
Principal vantagem:• Simplicidade do equipamento
Principais limitações/desvantagens:• As armaduras e as vibrações existentes em obra podem afetar os resultados
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Técnicas de ensaio não destrutivas: Acústicas•Velocidade de transmissão dos ultrasons
•Tomografia sísmica por transmissão
• Impacto-eco
• “Pulse-Echo”
•Transmissão de ondas de superfície
•Emissão acústica
Principais aplicações:• Avaliação da espessura dos elementos estruturais• Deteção de defeitos (vazios, delaminação, etc.)
Principal vantagem:• Simplicidade do equipamento
Principais limitações/desvantagens:• É necessário que a superfície de medição seja relativamente lisa• Superfícies paralelas (elementos em que se pretende estimar a espessura)
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Técnicas de ensaio destrutivas: Mecânicas•Resistência à compressão
•Resistência à tração
•Módulo de elasticidade
Principais aplicações:• Avaliação da capacidade estrutural • Avaliação da conformidade do betão fornecido em caso de dúvida
Principal vantagem:• Método mais preciso para estimar a resistência à compressão do betão
Principais limitações/desvantagens:• Técnica destrutiva
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Técnicas de ensaio destrutivas: Mecânicas•Resistência à compressão
•Resistência à tração
•Módulo de elasticidade
Principais aplicações:• Avaliação da deterioração do betão• Avaliação do desempenho da estrutura em condições de serviço
Principal vantagem:• Maior sensibilidade à deterioração do betão (e.g. devida a reações expansivas)
que a resistência à compressão Principal limitação/desvantagem:
• Técnica destrutiva
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Técnicas de ensaio destrutivas: Mecânicas•Resistência à compressão
•Resistência à tração
•Módulo de elasticidade estático
Principais aplicações:• Avaliação da deterioração do betão• Compatibilização entre o betão existente e os materiais de reparação estrutural
Principal vantagem:• Maior sensibilidade à deterioração do betão (e.g. devida a reações expansivas)
que a resistência à compressão Principal limitação/desvantagem:
• Técnica destrutiva
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Técnicas de ensaio destrutivas: Propriedades de transporte•Porosimetria de mercúrio
•Porosidade
•Absorção capilar
•Coeficiente de permeabilidade
•Migração de cloretos (reg. estacionário e reg. não estacionário)
•Penetração de cloretos por colorimetria
•Perfil de cloretos
•Profundidade de carbonatação
•Perfil de carbonatação
Principais aplicações:• Avaliação do desempenho do betão relativamente à pen. de agentes agressivos
Principais vantagens:• Fácil execução• Bom indicador da estrutura porosa do betão
Principais limitações/desvantagens:• Não diferencia as propriedades químicas do ligante• Os poros de grandes dimensões não têm capacidade de absorver água
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Técnicas de ensaio destrutivas: Propriedades de transporte•Porosimetria de mercúrio
•Porosidade
•Absorção capilar
•Coeficiente de permeabilidade
•Migração de cloretos (reg. estacionário e reg. não estacionário)
•Penetração de cloretos por colorimetria
•Perfil de cloretos
•Profundidade de carbonatação
•Perfil de carbonatação
Principal aplicação:• Avaliação do desempenho do betão relativamente penetração de CO2
Principal vantagem:• Existem modelos de vida útil baseados nesta propriedade
Principais limitações/desvantagens:• Não diferencia as propriedades químicas do ligante• Muito sensível a defeitos
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Técnicas de ensaio destrutivas: Propriedades de transporte•Porosimetria de mercúrio
•Porosidade
•Absorção capilar
•Coeficiente de permeabilidade
•Migração de cloretos ( reg. estacionário e reg. não estacionário)
•Penetração de cloretos por colorimetria
•Perfil de cloretos
•Profundidade de carbonatação
•Perfil de carbonatação
Principal aplicação:• Avaliação do desempenho do betão relativamente penetração de cloretos
Principais vantagens:• Rápida execução face a outros métodos• Existem modelos de vida útil baseados nesta propriedade
Principal limitação/desvantagem:• Técnica destrutiva
Ensaio de Luping
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Técnicas de ensaio destrutivas: Propriedades de transporte•Porosimetria de mercúrio
•Porosidade
•Absorção capilar
•Coeficiente de permeabilidade
•Migração de cloretos (reg. estacionário e reg. não estacionário)
•Penetração de cloretos por colorimetria
•Perfil de cloretos
•Profundidade de carbonatação
•Perfil de carbonatação
Principais aplicações:• Avaliação da profundidade de penetração dos cloretos (despassivação das
armaduras)• Avaliação do tempo de vida útil residual de estruturas perto da costa
Principal vantagem:• Atualmente é o ensaio mais preciso para estimar o teor de cloretos do betão
Principal limitação/desvantagem:• Ensaio dispendioso
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Técnicas de ensaio destrutivas: Propriedades de transporte•Porosimetria de mercúrio
•Porosidade
•Absorção capilar
•Coeficiente de permeabilidade
•Migração de cloretos (reg. estacionário e reg. não estacionário)
•Penetração de cloretos por colorimetria
•Perfil de cloretos
•Profundidade de carbonatação
•Perfil de carbonatação
Principais aplicações:• Avaliação da profundidade de carbonatação (despassivação das armaduras)• Avaliação do tempo de vida útil residual de estruturas
Principal vantagem:• Fácil e rápida execução
Principal limitação/desvantagem:• Não aplicável a betões com elevado teor de aluminatos
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Estruturas de betãoEstruturas de betãoEstruturas de betãoEstruturas de betãoTécnicas de Inspeção
Manual Técnico Parte IV – Vol. 3
Métodos electroquímicosElsa Vaz Pereira
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Resistividade elétrica
A resistividade eléctrica de pastas cimenticias, argamassas e betões depende:
estrutura porosa
composição química do líquido intersticial existente na estrutura porosa
humidade interna e da temperatura.
Condução de electricidade no betãoOs agregados são praticamente isolantes eléctricos
A condução eléctrica faz-se fundamentalmente na pasta cimentica e na zona intersticial entre a pasta cimenticia e os agregados
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Resistividade elétricaPrincipalmente utilizada para :
monitorizar a corrosão das armaduras
avaliar o desempenho de produtos de reparação baseados no princípio de aumentar a resistividade do betão
fornecer informações sobre variações de humidade no interior do betão (relevante para vários fenómenos de degradação).
Utilizada:
in situ
os locais com menor resistividade são os locais em que ocorrerá mais rápida penetração de cloretos e os locais onde uma vez contaminado o betão com agentes agressivos a velocidade de degradação será maior.
laboratório
ex. para avaliar a resistência à penetração de cloretos de materiais cimenticios (estabelecidas correlações entre as propriedades de transporte de cloretos no betão e a resistividade).
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Environment
Concrete resistivity ρconcrete (Ω·m)
Ordinary Portland
Cement
Concrete (CEM I)
Blast furnace (> 65
% slag, CEM III/B)
or fly ash (>25 %)
cement or silica fume
(>5 %) concrete
Very wet, submerged, splash
zone, [fog room]50-200 300-1000
Outside, exposed 100-400 500-2000
Outside, sheltered, coated, 200-500 1000-4000
Hydrophobised [20 ºC/ 80 %
RH], not carbonated1000 and higher
2000-6000 and
higher
Ditto, carbonated, Indoor
climate (carbonated) [20 ºC/ 50
% RH]
3000 and higher4000-10000 and
higher
Table 3. Global reference values at 20 ºCfor the electrical resistivity of dense-aggregate concrete of existing structures(age > 10 years); conditions between [ ] arethe comparable laboratory climates.
Dependendo das condições ambientais e da qualidade do betão,a resistividade pode variar várias ordens de grandeza (1 a MΩ•m).
As resistividades mais elevadas são encontradas em betão muitoseco, revestido, carbonatado e em betão com baixas relaçõeságua/cimento e/ou com aditivos e adjuvantes.
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ρρρρ = 2 ππππ a R
Resistividade elétrica
Medição da variação de potencial
Aplicação de corrente
Linhas de circulação da corrente
Linhas equipotenciais
Sonda de Wenner
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y = 0.8644x - 29.397
R2 = 0.9974
0
200
400
600
800
1000
1200
0 200 400 600 800 1000 1200
R DC/Ohm
R A
C/O
hm
Valores de resistência eléctrica obtidos em corrente alternada, RAC, e corrente contínua, com equipamento de
aquisição automática de dados, RDC.
Resistividade elétrica
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Resistividade elétrica
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Resistividade elétrica
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Resistividade elétrica
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• Deteção de fissuração• Aumento da probabilidade de corrosão das
armaduras
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Potencial de corrosão
Potencial de elétrodo adquirido espontaneamente por um material que se corrói num ambiente particular
Multímetro com elevada resistência
interna (>10MOhm)
• Indicações sobre o estado ativo/passivo do material
• Não fornece indicações sobre a velocidade de corrosão
• Grau de saturação do betão influência os resultados
Betão
Armadura
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Table 4 – Typical ranges of potentials of normal steel in concrete (Volts CSE)
Water saturated concrete without oxygen
-0,9 to -1,0 V
Wet, chloride contaminated concrete
-0,4 to -0,6 V
Humid, chloride free concrete
+0,1 to -0,2 V
Humid, carbonated concrete
-+0,1 to -0,4 V
Dry, carbonated concrete +0,2 to 0 V
Dry concrete +0,2 to 0 V
Table 3 – Interpretation of potential measurements according to ASTM C 876:91
Potential (Ecorr vs. CSE) Probability of corrosion
Ecorr >0,2 < 10%
-0,2> Ecorr >-0,35 Unknown
Ecorr <-0,35 > 90 %
Potencial de corrosão
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Sistema de aquisição de dados
E. Ref.Armadura
Elétrodos de referência:MnO2
Ag/AgClTitânio ativadoChumboGrafite
_+
Potencial de corrosão
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Modelo de Andrade et al. [1]
Corrosão uniforme Corrosão por picadas
φφφφ(t)= φφφφ0- 0,0116. α .α .α .α . Icorr . t
φφφφ(t) = diâmetro da armadura no instante t (mm)
φφφφ0 = diâmetro inicial da armadura (mm)
Icorr = densidade de corrente de corrosão (µA cm-2)
t = tempo após o inicio do período de propagação (anos)
αααα = factor de picada
[1] – C. Andrade et al., IABSE Symposium, “Durability of Structures”, Lisboa, 1989, pp. 359-364.
φφφφt
Px
φφφφ0
φφφφt
φφφφ0
ααααPx
Velocidade de corrosão Vcorr=11,6 Icorr
Icorr=B/Rp
Vcorr - µm/ano
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Rp=∆E/∆IIcorr=B/Rp
B=26 mV
Velocidade de corrosão
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Steel condition Icorr
(µA cm-2)Igal
(nA cm-2)passive state < 0.1 < 0.14high active corrosion
> 1 > 1
Table 2. Values of Igal corresponding to the standard values of Icorr, indicative of the steel corrosion condition.
Velocidade de corrosão - Icorr e Igal
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Estruturas novas Estruturas existentes
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Velocidade de corrosão - Igal
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Velocidade de corrosão - Igal
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Estruturas de betãoEstruturas de betãoEstruturas de betãoEstruturas de betãoTécnicas de Inspeção
Manual Técnico Parte IV – Vol. 3
Métodos químicos e de reatividadeA. Santos Silva
Project nr 2008-1/049
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Técnicas de ensaio : Determinações químicas•Teor de cloretos totais e livres
•Teor de sulfatos
•Teor de álcalis
•Teor de portlandite
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Técnicas de ensaio : Determinações químicas•Teor de cloretos totais e livres
•Teor de sulfatos
•Teor de álcalis
•Teor de portlandite
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Técnicas de ensaio : Determinações químicas•Teor de cloretos totais e livres
•Teor de sulfatos
•Teor de álcalis
•Teor de portlandite
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Técnicas de ensaio : Determinações químicas•Teor de cloretos totais e livres
•Teor de sulfatos
•Teor de álcalis
•Teor de portlandite
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Lisboa, 26 novembro 2013
Técnicas de ensaio : microscópicas• Microscopia ótica
• Microscopia eletrónica de varrimento
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Técnicas de ensaio : microscópicas• Microscopia ótica
• Microscopia eletrónica de varrimento
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Técnicas de ensaio : microscópicas• Microscopia ótica
• Microscopia eletrónica de varrimento
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Lisboa, 26 novembro 2013
Técnicas de ensaio : microscópicas• Microscopia ótica
• Microscopia eletrónica de varrimento
Imagem em modo BSEImagem em modo SEI
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Técnicas de ensaio : microscópicas• Microscopia ótica
• Microscopia eletrónica de varrimento
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Lisboa, 26 novembro 2013
Técnicas de ensaio : reatividade residual• Álcalis internos
• Sulfatos internos
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Técnicas de ensaio : reatividade residual• Álcalis internos
• Sulfatos internos
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Versão WEB