1 São Paulo, 15 de abril de 2010 Dr. Eng. Claudius Barbosa

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São Paulo, 15 de abril de 2010

Dr. Eng. Claudius Barbosa

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Controle, monitoramento e avaliação de estruturas

Conservação da estrutura

Impedir que a estrutura atinja o ELU ou ELS

Otimizar a inspeção, manutenção e intervenções

Reduzir custos das intervenções

$

tempo

Fatores interdependentes Influência do projeto estrutural e detalhamentos

Produção do concreto e concretagem

Métodos construtivos

Manutenção adequada

Mudanças da utilização

Alteração de carregamentos

Alteração das condições ambientais

3

Processos primários de degradação química

Lixiviação

Ataque de sulfatos: ácido ou base

Reação álcali-agregado (RAA)

Corrosão das armaduras passivas e ativas

Processos primários de degradação física

Erosão e abrasão

Dano devido a elevadas temperaturas

Congelamento e descongelamento

Cristalização de sais

Efeitos combinados em estágios avançados

4

5

• Redução da capacidade de serviço

• Perda da capacidade de carregamento

• Redução da segurança

• Aumento das restrições ao tráfego

• Perda do valor estético

Assegurar a segurança e

funcionalidade

Eficiência e qualidade do serviço ao usuário

Sistema de gerenciamento

6

Concessões rodoviárias

Infra-estrutura de escoamento de cargas

Alteração do trem-tipo dos veículos

Aumento do número de vias

Ocorrência de danos

Limites de vibrações para operações

Fadiga da estrutura e ligações

Fon

te: h

ttp:

//w

ww

.gru

po

ccr.

com

.br/

7

Determinar a extensão do dano;

Estimar a resistência do aço e do concreto;

Analisar a condição do concreto (carbonatação, cloretos);

Avaliar a corrosão do aço;

Determinar a perda ou ruptura da protensão;

Estimar a capacidade de carregamento;

Acompanhar o processo de deterioração da estrutura;

Calibrar e validar modelos teóricos.

Etapas

Avaliação: inspeção visual e ensaios não-destrutivos

Previsão a evolução do dano: corrosão da armadura, cloretos, etc.

Análise das diferentes alternativas de intervenção

Definição de prioridades

8

Necessidade

Aprofundar o conhecimento sobre o estado da estrutura

Acompanhar a evolução da situação da estrutura

Analisar a estrutura em situações de sobrecarga/Cargas excepcionais

Identificar mudanças no comportamento estrutural

(Antes) e após a execução de reparos ou alterações: desempenho

9

WENZEL, H. (2009). Health monitoring of bridges. John Wiley & Sons, Ltd.: UK.

10

NÍVEL 0: Avaliação qualitativa do estado da estrutura

ObjetivoDescrever os efeitos da degradação, por inspeção visual, como a

corrosão das armaduras e danos no concreto (fissuras e destacamentos)

AnáliseBaseia-se principalmente na experiência do engenheiro e é comumente adotado na avaliação prévia de uma estrutura

NÍVEL 1: Avaliação do desempenho a partir de medições

Objetivo

Controlar o desempenho da estrutura e dos valores limites à fadiga (deformações, tensões, deslocamentos, histórico de

tensões, abertura de fissuras, amplitudes de vibração, etc.) e analisar a influência de cargas variáveis

ConfiabilidadeComparação dos dados obtidos com valores limites e análise

de correlações e tendências com as influências externas

NBR 9452 (1986): Vistoria de pontes e viadutos de concreto.

Dr. Eng. Carlos Henrique Siqueira: Concreto e construções – Ibracon.

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NÍVEL 2: Avaliação baseada em modelos estruturais simples

ObjetivoVerificar a segurança e o desempenho após a ocorrência de

danos causados por cargas não previstas em projeto, por deterioração ou devido a mudanças de utilização

Aquisição de dados

Inspeções e obtenção de dados do carregamento e resistência dos materiais a partir de documentos de projeto

Análise estrutural

Modelos e métodos semelhantes aos utilizados em projeto e modelos específicos mais refinados

Confiabilidade Modelos determinísticos e semi-probabilísticos

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NÍVEL 3: Avaliação baseada em modelos estruturais refinados

ObjetivoDeterminação da capacidade de carga e tempo de vida útil

de estruturas danificadas

Aquisição de dados

Ensaios não-destrutivos para avaliação das propriedades mecânicas dos materiais e obtenção das reais dimensões

dos elementos estruturais com monitoramento de carregamento e provas de carga

Análise estrutural Modelos e métodos refinados

Confiabilidade Modelos semi-probabilísticos

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NÍVEL 4: Avaliação baseada em modelos estruturais refinados e específicos

ObjetivoAdaptar o nível de segurança em função das conseqüências

da ruína estrutural, utilidade da estrutura e características da ruína

Aquisição de dados

Ensaios não-destrutivos para avaliação das propriedades mecânicas dos materiais, obtenção das reais dimensões dos elementos estruturais e monitoramento do carregamento e

provas de carga

Análise estruturalModelos e métodos refinados e modelos específicos, como

por exemplo, considerando o dano progressivo

Confiabilidade Modelos semi-probabilísticos

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NÍVEL 5: Avaliação baseada em modelos estruturais probabilísticos

ObjetivoDeterminação da capacidade de carregamento e tempo de

vida útil de estruturas danificadas com consideração de incertezas

Aquisição de dados

Ensaios não-destrutivos para avaliação das propriedades mecânicas dos materiais e obtenção das reais dimensões

dos elementos estruturais com monitoramento do carregamento e provas de carga e análise estatística dos

dados

Análise estruturalModelos e métodos refinados e modelos avançados, como

por exemplo, modelos estocásticos

ConfiabilidadeMétodo de aproximação probabilística e métodos de

simulação INTERNATIONAL STANDARD - ISO 14963. Mechanical vibrations and shock – Guidelines for dynamic tests and investigations on bridges and viaducts, 2003.

INTERNATIONAL STANDARD - ISO 18649. Mechanical vibrations – Evaluation of measurements results from dynamic tests and investigations on bridges, 2004.

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Avaliação da segurança estrutural

Aquisição de dados

Análise Estrutural

Análise da confiabilidade

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Provas não-destrutivas

Ensaios esclerométrico

Monitoração com ultra-som

Ensaios de pacometria

Monitoração de corrosão de armadura

Monitoração das vibrações induzidas pelo tráfego normal

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Provas parcialmente destrutivas

Avaliação das tensões nos cabos de protensão

Extração de amostras e ensaios em laboratórios

Provas de carga

Análise de vibrações oriundas de veículos adaptados

Vibrações forçadas provenientes de geradores mecânicos

Provas de carga estática

18

Prova de carga estática

Prova de carga dinâmica

19

Ensaios estáticos

Ensaios dinâmicos

obtenção de características elastico-dissipativas

comportamento da estrutura sob cargas dinâmicas

carregamento imposto à estrutura lentamente

os efeitos dinâmicos não são induzidos

m

k

πfn 2

1

20

técnica não-destrutiva: avalia a integridade estrutural

obtenção das acelerações da estrutura por meio de instrumentos

determinação das freqüências naturais

determinação dos modos de vibração e amortecimento

identificação de comportamentos anômalos

controle de qualidade ao longo da vida útil

avaliação de serviços de recuperação

avaliação da segurança estrutural após condições extremas

utilização do histórico para comparações pertinentes

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A MONITORAÇÃO DINÂMICA é uma técnica não-destrutiva utilizada AVALIAÇÃO DA INTEGRIDADE DA ESTRUTURA

Parâmetros dinâmicos

Propriedadeselásticas-

dissipativas

características mecânico-estruturais

inércias referentes às massas

Excitação da estrutura

Ensaio com vibração ambiente (operação normal)

Ensaio de vibração livre

Ensaios de vibração forçada

Fixado à estrutura

Controle das forças

Análise em diversas direções

Controle das freqüências22

Gerador mecânico de vibrações (VIBRODINA)

23

Inspeção visual

Análise de documentos

Ensaios não-destrutivos

Instrumentação: análise periódica e contínua

Ensaios estáticos e dinâmicos

Elaboração de modelos numéricos

Análises teóricas complementares

Metodologia IEME usualmente empregada

Avaliação estrutural

Instrumentação

Monitoração

dinâmica

Modelos numéricos

24

Ponte Guilherme de Almeida

24

2525

INSPEÇÃO VISUAL

2626

40004000 4000 4000 4000 4000 4000 4000250014002500

TAB.4

AP.1

TAB.1

AP.2

TAB.2

AP.3

TAB.3

AP.4

TAB.6TAB.5

AP.5

TAB.7

AP.6

TAB.8

AP.7

TAB.9

AP.8

TAB.10

AP.9

PLANTA DO PAVIMENTO - PISTA LESTE

PLANTA DO PAVIMENTO - PISTA OESTE

ELEVAÇÃO

CROQUI GERAL DA OBRA

64006400

14002500 2500

São Paulo

LESTE

OESTE

LESTE

OESTE

J1 J2 J3 J4 J5 J6 J7 J8 J9 J10 J11

J11J1 TAB.1 J2 TAB.3TAB.2 J3 J4 TAB.4 J5 TAB.5 J6 TAB.6 TAB.8TAB.7J7 J8 J9 TAB.9 J10 TAB.10

DETALHE DO APOIO 5

T.1

3B

T.1

4

T.1

5

T.1

6

T.1

7

TA

.5A

T.1

8

T.2

3A

T.2

2

T.2

1

T.2

0

T.1

9

TA

.5B

T.2

7B

T.3

0

T.2

8

T.2

9

T.3

2

TA

.6A

T.3

1

T.3

4

TA

.6B

T.3

3

DETALHE DO APOIO 6

T.3

7A

T.3

5

T.3

6

Barueri

40004000 4000 4000 4000 4000 4000 4000250014002500

TAB.4

AP.1

TAB.1

AP.2

TAB.2

AP.3

TAB.3

AP.4

TAB.6TAB.5

AP.5

TAB.7

AP.6

TAB.8

AP.7

TAB.9

AP.8

TAB.10

AP.9

PLANTA DO PAVIMENTO - PISTA LESTE

PLANTA DO PAVIMENTO - PISTA OESTE

ELEVAÇÃO

CROQUI GERAL DA OBRA

64006400

14002500 2500

São Paulo

LESTE

OESTE

LESTE

OESTE

J1 J2 J3 J4 J5 J6 J7 J8 J9 J10 J11

J11J1 TAB.1 J2 TAB.3TAB.2 J3 J4 TAB.4 J5 TAB.5 J6 TAB.6 TAB.8TAB.7J7 J8 J9 TAB.9 J10 TAB.10

DETALHE DO APOIO 5

T.1

3B

T.1

4

T.1

5

T.1

6

T.1

7

TA

.5A

T.1

8

T.2

3A

T.2

2

T.2

1

T.2

0

T.1

9

TA

.5B

T.2

7B

T.3

0

T.2

8

T.2

9

T.3

2

TA

.6A

T.3

1

T.3

4

TA

.6B

T.3

3

DETALHE DO APOIO 6

T.3

7A

T.3

5

T.3

6

Barueri

40004000 4000 4000 4000 4000 4000 4000250014002500

TAB.4

AP.1

TAB.1

AP.2

TAB.2

AP.3

TAB.3

AP.4

TAB.6TAB.5

AP.5

TAB.7

AP.6

TAB.8

AP.7

TAB.9

AP.8

TAB.10

AP.9

PLANTA DO PAVIMENTO - PISTA LESTE

PLANTA DO PAVIMENTO - PISTA OESTE

ELEVAÇÃO

CROQUI GERAL DA OBRA

64006400

14002500 2500

São Paulo

LESTE

OESTE

LESTE

OESTE

J1 J2 J3 J4 J5 J6 J7 J8 J9 J10 J11

J11J1 TAB.1 J2 TAB.3TAB.2 J3 J4 TAB.4 J5 TAB.5 J6 TAB.6 TAB.8TAB.7J7 J8 J9 TAB.9 J10 TAB.10

DETALHE DO APOIO 5

T.1

3B

T.1

4

T.1

5

T.1

6

T.1

7

TA

.5A

T.1

8

T.2

3A

T.2

2

T.2

1

T.2

0

T.1

9

TA

.5B

T.2

7B

T.3

0

T.2

8

T.2

9

T.3

2

TA

.6A

T.3

1

T.3

4

TA

.6B

T.3

3

DETALHE DO APOIO 6

T.3

7A

T.3

5

T.3

6

Barueri

2727

2828

CORREÇÃO DOS VALORES

2929

3030

tempo (s)

0 200 400 600 800 10001000

500

0

500

tempo (s)

acel

erac

ao m

m/s

**2

ace

lera

ção (

mm

/s²)

A1V / Tab.3 / PL

freqüência (Hz)

3131

Calibração do modelo numérico

Freqüência natural experimental

Modo de vibração: flexão

Valores: 1,79 Hz / 2,02 Hz / 2,33 Hz

Freqüência natural teórica

Modo de vibração: flexão

Valores: 1,79 Hz / 2,12 Hz / 2,43 Hz

freqüência (Hz)

FLEXÃO

3232

Calibração do modelo numérico

Freqüência natural teórica

Modo de vibração: torção

Valores: 3,18 Hz

Freqüência natural experimental

Modo de vibração: torção

Valor: 3,09 Hz

TORÇÃO

DIMENSIONAMENTO E

VERIFICAÇÃO

3333

Patologia na viga travessa

Modelo em elementos finitos:

Análise linear

3434

35

Ponte sobre o Rio Atibainha

36

Ponte sobre o Rio Guandu

36

3737

A estrutura trabalha no regime elástico, indicando o boa condição estrutural

As freqüências naturais, na direção transversal, são baixas

A ponte apresenta comportamento simétrico: homogeneidade dos materiais

As travessas trabalham de acordo com o esquema estrutural previsto

As extremidades livres dos balanços estão apoiadas no solo: apoio elástico

Os tubulões estão assentados em apoios fixos: fundação com elevada rigidez

38

Ponte sobre o Rio Ribeira do Iguape

38

3939

4040

Inspeção subaquática Mergulhadores especializados e equipamentos

apropriados

Vistoria de todos os tubulões submersos e respectivos blocos de travamento

a) Vazio na face inferior dos blocos de travamento, principalmente nos vãos 5, 6 e 7

b) Fissuras verticais em tubulões dos eixos 6 e 7, algumas estendendo-se do bloco até o leito do Rio.

Principais anomalias

4141

INDICAÇÃO DE REFORÇO

42

Ponte afetada por RAA

42

Fissuras com aspectos de RAA

4343

Medição da expansão da estrutura de concreto

Monitoração da abertura defissuras com carregamento estático

4444

Modelo matemático paraavaliação da RAA e análise modal

Monitoração da movimentação das fissuras

4545

Ponte Rio-Niterói Estação Ponte Estaiada

Canindé Parque Antártica Estádio Olímpico JH

Parque Aquático (RJ)

4646

Diversos fatores, desde o projeto, determinam o desempenho e a durabilidade das obras de arte;

A falta de manutenção possibilita o alastramento de patologias nestas estruturas, entretanto, quanto antes houver a intervenção, menor será seu custo;

A avaliação e o monitoramento, realizados da forma correta, são instrumentos eficazes para detecção de danos e de desempenho insatisfatório das estruturas;

Existem diversos níveis de avaliação da segurança estrutural, mais ou menos detalhados, que permitem um acompanhamento seguro do comportamento da estrutura ao longo dos anos;

4747

Os ensaios dinâmicos: técnica eficaz e não-destrutiva para análise do comportamento estrutural, possibilitando a detecção de danos e do comportamento anômalo da estrutura;

Com esta técnica, é possível a detecção de danos não-visíveis da estrutura, recomendando-se o procedimento específico para a patologia;

Em outros casos, a suspeita de danos à estrutura foi descartada com segurança, garantindo a economia em relação à recuperação estrutural;

Os modelos numéricos e as análises dinâmicas são inter-dependentes, permitindo uma análise refinada sobre a condição estrutural de pontes e viadutos.

4848

Análise experimental

Modelo numérico confiável

Análises teóricas(variáveis)

4949