O documento discute avaliação e monitoramento de estruturas de engenharia. Apresenta cinco níveis de avaliação estrutural com base em modelos cada vez mais refinados e dados obtidos por inspeções, ensaios não-destrutivos e provas de carga. Também descreve técnicas como monitoramento dinâmico para análise da integridade estrutural.

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
Proj. Estrutural
* Forma
* Detalhes
DURABILIDADE
Materiais
* Concreto
* Aço
Execução
* Mão-de-obra
Cura
* Umidade
* Calor
Natureza e distribuição dos poros
Mecanisamos de transporte
Deterioração do
concreto
Deterioração do
aço
Física
Química e
biológica
Corrosão
DESEMPENHO
Resistência
Segurança
Estabilidade
Desempenho
em serviço
Condições da
superfície
Aparência

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:
http://www.grupoccr.com.br/

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
Confiabilidade Modelos 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 estrutural Modelos e métodos refinados
Confiabilidade Modelos 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
Confiabilidade Modelos 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
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.

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
m
k
π
fn
2
1


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
25
INSPEÇÃO VISUAL

26. 26
26
4000 4000 4000 4000 4000 25
1400
2500
AP.1
AP.2
AP.3 AP.4 AP.5 AP.6
ELEVAÇÃO
6400
6400
1400
2500 2500
OESTE
J1 TAB.1 J2 TAB.3
TAB.2 J3 J4 TAB.4 J5 TAB.5 J6 TAB.6 TAB.7
J7
DETALHE DO APOIO 5
T.13B
T.14
T.15
T.16
T.17
TA.5A
T.18
T.23A
T.22
T.21
T.20
T.19
TA.5B
T.27B
T.30
T.28
T.29
T.31
4000 4000 4000 4000 4000
TAB.4
AP.1
TAB.1
AP.2
TAB.2
AP.3
TAB.3
AP.4
TAB.6
TAB.5
AP.5
PLANTA DO PAVIMENTO - PIS
PLANTA DO PAVIMENTO - PIS
ELEVAÇÃO
CROQUI GERAL DA
6400
1400
2500 2500
São Paulo
LESTE
OESTE
J1 J2 J3 J4 J5 J6
J1 TAB.1 J2 TAB.3
TAB.2 J3 J4 TAB.4 J5 TAB.5 J6 TAB.6
DETALHE DO APOIO 5
T.13B
T.14
T.15
T.16
T.17
TA.5A
T.18
T.23A
T.22
T.21
T.20
T.19
TA.5B
T.27B
4000
4000 4000 4000 4000
2500
1400
2500
TAB.4
P.4
TAB.6
TAB.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
6400
6400
1400
2500 2500
LESTE
OESTE
J4 J5 J6 J7 J8 J9 J10 J11
J11
J4 TAB.4 J5 TAB.5 J6 TAB.6 TAB.8
TAB.7
J7 J8 J9 TAB.9 J10 TAB.10
Barueri

27. 27
27

28. 28
28
CORREÇÃO DOS VALORES

29. 29
29

30. 30
30
tempo (s)
0 200 400 600 800 1000
1000
500
0
500
tempo (s)
aceleracao
mm/s**2
aceleração
(mm/s²)
A1V / Tab.3 / PL
freqüência (Hz)

31. 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
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
33
Patologia na viga travessa
Modelo em elementos
finitos:
Análise linear

34. 34
34

35. 35
Ponte sobre o Rio Atibainha

36. 36
Ponte sobre o Rio Guandu
36

37. 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

39. 39
39

40. 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
41
INDICAÇÃO DE REFORÇO

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

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

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

45. 45
45
Ponte Rio-Niterói Estação Ponte Estaiada
Canindé Parque Antártica Estádio Olímpico JH
Parque Aquático (RJ)

46. 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
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
48
Análise experimental
Modelo numérico confiável
Análises teóricas
(variáveis)

49. 49
49