Upload
internet
View
105
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
São Paulo, 15 de abril de 2010
Dr. Eng. Claudius Barbosa
2
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.
11
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
12
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
13
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
14
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.
15
Avaliação da segurança estrutural
Aquisição de dados
Análise Estrutural
Análise da confiabilidade
16
Provas não-destrutivas
Ensaios esclerométrico
Monitoração com ultra-som
Ensaios de pacometria
Monitoração de corrosão de armadura
Monitoração das vibrações induzidas pelo tráfego normal
17
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
21
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