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

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

2 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 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 4

5 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 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 Fonte:

7 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.

8 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 9 WENZEL, H. (2009). Health monitoring of bridges. John Wiley & Sons, Ltd.: UK.

10 10 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 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 NBR 9452 (1986): Vistoria de pontes e viadutos de concreto. Dr. Eng. Carlos Henrique Siqueira: Concreto e construções – Ibracon.

11 11 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 ConfiabilidadeModelos determinísticos e semi-probabilísticos

12 12 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 estruturalModelos e métodos refinados ConfiabilidadeModelos semi-probabilísticos

13 13 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 ConfiabilidadeModelos semi-probabilísticos

14 14 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 ConfiabilidadeMétodo de aproximação probabilística e métodos de simulação INTERNATIONAL STANDARD - ISO Mechanical vibrations and shock – Guidelines for dynamic tests and investigations on bridges and viaducts, INTERNATIONAL STANDARD - ISO Mechanical vibrations – Evaluation of measurements results from dynamic tests and investigations on bridges, 2004.

15 15 Avaliação da segurança estrutural Aquisição de dados Análise Estrutural Análise da confiabilidade

16 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 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 18 Prova de carga estática Prova de carga dinâmica

19 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

20 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 21 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

22 Fixado à estrutura Controle das forças Análise em diversas direções Controle das freqüências 22 Gerador mecânico de vibrações (VIBRODINA)

23 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 24 Ponte Guilherme de Almeida 24

25 25 INSPEÇÃO VISUAL

26 26

27 27

28 28 CORREÇÃO DOS VALORES

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30 30 tempo (s) aceleração (mm/s²) A1V / Tab.3 / PL freqüência (Hz)

31 31 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

32 32 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

33 33 Patologia na viga travessa Modelo em elementos finitos: Análise linear

34 34

35 35 Ponte sobre o Rio Atibainha

36 36 Ponte sobre o Rio Guandu 36

37 37 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 38 Ponte sobre o Rio Ribeira do Iguape 38

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40 40 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

41 41 INDICAÇÃO DE REFORÇO

42 42 Ponte afetada por RAA 42 Fissuras com aspectos de RAA

43 43 Medição da expansão da estrutura de concreto Monitoração da abertura de fissuras com carregamento estático

44 44 Modelo matemático para avaliação da RAA e análise modal Monitoração da movimentação das fissuras

45 45 Ponte Rio-Niterói Estação Ponte Estaiada CanindéParque AntárticaEstádio Olímpico JH Parque Aquático (RJ)

46 46 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;

47 47 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.

48 48 Análise experimental Modelo numérico confiável Análises teóricas (variáveis)

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