7Tecnicas Inspecao e Diagnostico

28-11-2013

1

Investing in our common future

Estruturas de betão: Técnicas de inspeção e diagnósticoA. Santos Silva, LNEC; A. Monteiro, LNEC; E. Pereira, LNEC

Project nr 2008-1/049

duratiNetSeminário DURATINET

Lisboa, 26 novembro 2013

Guia TécnicoParte IV - VOL 3 - Estruturas de Betão – Técnicas de ensaio

28-11-2013

2



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



Versão WEB

28-11-2013

3



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.



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.

28-11-2013

4



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



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'

28-11-2013

5


Estruturas de betãoEstruturas de betãoEstruturas de betãoEstruturas de betãoTécnicas de Inspeção

Manual Técnico Parte IV – Vol. 3

Propriedades mecânicas e de transporteAndré Monteiro




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.

28-11-2013

6




•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




•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

28-11-2013

7



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






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

28-11-2013

8






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



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

28-11-2013

9



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)



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

28-11-2013

10





•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





•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

28-11-2013

11



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




•Porosidade








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

28-11-2013

12




•Porosidade



•Migração de cloretos ( reg. estacionário e reg. não estacionário)





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




•Porosidade








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

28-11-2013

13




•Porosidade








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




Métodos electroquímicosElsa Vaz Pereira


28-11-2013

14



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



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).

28-11-2013

15



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.



30

ρρρρ = 2 ππππ a R


Medição da variação de potencial

Aplicação de corrente

Linhas de circulação da corrente

Linhas equipotenciais

Sonda de Wenner

28-11-2013

16



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.





32

28-11-2013

17







34

• Deteção de fissuração• Aumento da probabilidade de corrosão das

armaduras

28-11-2013

18



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



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 %


28-11-2013

19



37

Sistema de aquisição de dados

E. Ref.Armadura

Elétrodos de referência:MnO2

Ag/AgClTitânio ativadoChumboGrafite

_+




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

28-11-2013

20



Rp=∆E/∆IIcorr=B/Rp

B=26 mV

Velocidade de corrosão



40

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

28-11-2013

21



Estruturas novas Estruturas existentes

41

Velocidade de corrosão - Igal



Velocidade de corrosão - Igal

28-11-2013

22




Métodos químicos e de reatividadeA. Santos Silva




Técnicas de ensaio : Determinações químicas•Teor de cloretos totais e livres

•Teor de sulfatos

•Teor de álcalis

•Teor de portlandite

28-11-2013

23




•Teor de sulfatos

•Teor de álcalis





•Teor de sulfatos

•Teor de álcalis


28-11-2013

24




•Teor de sulfatos

•Teor de álcalis




Técnicas de ensaio : microscópicas• Microscopia ótica

• Microscopia eletrónica de varrimento

28-11-2013

25









28-11-2013

26





Imagem em modo BSEImagem em modo SEI





28-11-2013

27



Técnicas de ensaio : reatividade residual• Álcalis internos

• Sulfatos internos



Técnicas de ensaio : reatividade residual• Álcalis internos

• Sulfatos internos

28-11-2013

28



Versão WEB

Documents

7Tecnicas Inspecao e Diagnostico