São Paulo, 15 de abril de 2010
Dr. Eng. Claudius Barbosa
1
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
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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
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DURABILIDADE
Proj. Estrutural
* Forma
* Detalhes
Execução
Materiais
* Concreto
* Aço
* Mão-de-obra
Cura
* Umidade
* Calor
Natureza e distribuição dos poros
Mecanisamos de transporte
Deterioração do
concreto
Física
Deterioração do
aço
Química e
biológica
Corrosão
DESEMPENHO
Resistência
Estabilidade
Condições da
superfície
Segurança
Desempenho
em serviço
Aparência
4
Sistema de
gerenciamento
Assegurar a segurança
e funcionalidade
Eficiência e qualidade do
serviço ao usuário
• Redução da capacidade de serviço
• Perda da capacidade de carregamento
• Redução da segurança
• Aumento das restrições ao tráfego
• Perda do valor estético
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 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
Fonte: http://www.grupoccr.com.br/
 Concessões rodoviárias
 Fadiga da estrutura e ligações
6

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.
7
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
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
WENZEL, H. (2009). Health monitoring of bridges. John Wiley & Sons, Ltd.: UK.
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NÍVEL 0: Avaliação qualitativa do estado da estrutura
Objetivo
Descrever os efeitos da degradação, por inspeção visual, como a corrosão
das armaduras e danos no concreto (fissuras e destacamentos)
Análise
Baseia-se principalmente na experiência do engenheiro e é comumente
adotado na avaliação prévia de uma estrutura
NBR 9452 (1986): Vistoria de pontes e viadutos de concreto.
Dr. Eng. Carlos Henrique Siqueira: Concreto e construções – Ibracon.
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
Confiabilidade
Comparação dos dados obtidos com valores limites e análise de
correlações e tendências com as influências externas
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NÍVEL 2: Avaliação baseada em modelos estruturais simples
Objetivo
Verificar 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
Objetivo
Determinação 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
Objetivo
Adaptar 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 estrutural
Modelos e métodos refinados e modelos específicos, como por
exemplo, considerando o dano progressivo
Confiabilidade
Modelos semi-probabilísticos
13
NÍVEL 5: Avaliação baseada em modelos estruturais probabilísticos
Objetivo
Determinação 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 estrutural
Modelos e métodos refinados e modelos avançados, como por
exemplo, modelos estocásticos
Confiabilidade
Método 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.
14
Aquisição
de dados
Avaliação da
segurança
estrutural
Análise
Estrutural
Análise da
confiabilidade
15
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
17
Prova de carga estática
Prova de carga dinâmica
18
Ensaios
estáticos
Ensaios
dinâmicos
 carregamento imposto à estrutura lentamente
 os efeitos dinâmicos não são induzidos
 obtenção de características elastico-dissipativas
 comportamento da estrutura sob cargas dinâmicas
fn 
1
2π
k
m
19
 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
Propriedades
elásticas-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
21
Gerador mecânico de vibrações (VIBRODINA)
 Fixado à estrutura
 Controle das forças
 Análise em diversas direções
 Controle das freqüências
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Metodologia IEME usualmente empregada
 Inspeção visual
Instrumentação
 Análise de documentos
Avaliação
estrutural
Monitoração
dinâmica
 Ensaios não-destrutivos
 Instrumentação: análise periódica e contínua
 Ensaios estáticos e dinâmicos
Modelos
numéricos
 Elaboração de modelos numéricos
 Análises teóricas complementares
23
Ponte Guilherme de Almeida
24
INSPEÇÃO VISUAL
25
TAB.1
J1
TAB.2
J2
TAB.3
J3
TAB.4
J4
J5
TAB.5
TAB.6
J6
OESTE
TAB.7
J7
CROQUI GERAL DA
PLANTA DO PAVIMENTO - PIS
LESTE
TAB.1
J1
TAB.2
J2
TAB.3
J3
ELEVAÇÃO
J5
TAB.5
TAB.4
J4
TAB.6
J6
6400
4000
4000
4000
2500
4000
6400
1400
2500
4000
2500
1400
25
CROQUI GERAL DA OBRA
São Paulo
AP.1
PLANTA DO PAVIMENTO - PIS
AP.2 PLANTA
DO PAVIMENTO - PISTA LESTE
LESTE
TAB.4
J4
J5
TAB.5
TAB.6
AP.3J6
AP.4
TAB.1
J1
TAB.7
J7
TAB.2
J2
J8
TAB.3
J3
AP.5TAB.8
TAB.9
J9
TAB.4
J4
TAB.10
J10
J5
J11
TAB.5
AP.6
TAB.6
J6
OESTE
Barueri
DETALHE DO APOIO 5
ELEVAÇÃO
PLANTA DO PAVIMENTO - PISTA OESTE
6400
AP.4
TAB.4
TAB.5
TAB.6
J6
TAB.8
J8
TAB.9
J9
TAB.10
J10
4000
T.31
T.30
T.28
2500
T.29
1400
T.27B
T.22
T.20
T.19
TAB.7
J7
2500
4000
T.23A
4000
T.21
4000
TA.5B
AP.1
T.18
TA.5A
T.17
T.16
T.15
J5
J11
OESTE
AP.2
AP.3
AP.5
AP.4
ELEVAÇÃO
6400
6400
AP.5
AP.6
AP.9
T.27B
T.23A
4000
T.22
T.19
T.21
4000
T.20
2500
4000
DETALHE
DO APOIO
5
TA.5B
1400
T.18
2500
TA.5A
4000
T.17
2500
T.16
1400
T.15
2500
T.14
4000
T.13B
J4
T.14
T.13B
4000
AP.8
AP.7
26
27
CORREÇÃO DOS VALORES
28
29
(mm/s²)
aceleração
aceleracao mm/s**2
500
0
A1V / Tab.3 / PL
500
1000
0
200
400
600
800
1000
t empo (s)
tempo (s)
freqüência (Hz)
30
Calibração do modelo numérico
FLEXÃO
freqüência (Hz)
Freqüência natural experimental
Freqüência natural teórica
Modo de vibração: flexão
Modo de vibração: flexão
Valores: 1,79 Hz / 2,02 Hz / 2,33 Hz
Valores: 1,79 Hz / 2,12 Hz / 2,43 Hz
31
Calibração do modelo numérico
TORÇÃO
DIMENSIONAMENTO E
VERIFICAÇÃO
Freqüência natural experimental
Freqüência natural teórica
Modo de vibração: torção
Modo de vibração: torção
Valor: 3,09 Hz
Valores: 3,18 Hz
32
Patologia na viga travessa
Modelo em elementos
finitos:
Análise linear
33
34
Ponte sobre o Rio Atibainha
35
Ponte sobre o Rio Guandu
36
 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
37
Ponte sobre o Rio Ribeira do Iguape
38
39
Inspeção subaquática

Mergulhadores especializados e equipamentos apropriados

Vistoria de todos os tubulões submersos e respectivos blocos
de travamento
Principais anomalias
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 estendendose do bloco até o leito do Rio.
40
INDICAÇÃO DE REFORÇO
41
Ponte afetada por RAA
Fissuras com aspectos de RAA
42
Medição da expansão da
estrutura de concreto
Monitoração da abertura de
fissuras com carregamento estático
43
Modelo matemático para
avaliação da RAA e análise modal
Monitoração da movimentação
das fissuras
44
Ponte Rio-Niterói
Canindé
Estação Ponte Estaiada
Parque Antártica
Parque Aquático (RJ)
Estádio Olímpico JH
45
 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;
46
 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 interdependentes, permitindo uma análise refinada sobre a condição
estrutural de pontes e viadutos.
47
Análise experimental
Modelo numérico confiável
Análises teóricas
(variáveis)
48
49