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Metodologia para o diagnóstico de estruturas de betão afectadas por reacções sulfáticas internas

Loïc Divet, Alexandre PavoineDépartement “Matériaux”Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

WORKSHOP EXREACT 24 de Junho de 2010

Introdução

� RSI conhecida para os betões que tenham sofrido tratamento térmico e para temperaturas relativamente elevadas (T > 65 °C)

� RSI pode ocorrer em elementos de grande massa de betão betonados in-situ (frequentemente em períodos de temperatura ambiente elevada – Verão)

� Em França :

� os primeiros casos identificados em 1997

� actualmente, estão recenseadas cerca de cinquenta estruturas afectadas (fonte LCPC)

� Dificuldades em estabelecer um diagnóstico/prognóstico fiável

� Dificuldades do diagnóstico

� a etringite está presente num betão são

� complexidade da RSI

� apresenta sintomas semelhantes aos da reacção álcal is-agregado

� Objectivo do diagnóstico

� determinar a origem exacta da degradação

� estimar a extensão do fenómeno

� obter informações sobre a evolução da reacção

� Uma metodologia global que deve ter em conta

� os aspectos microscópicos ligados ao material

� os aspectos macroscópicos ligados à estrutura (ambie nte, solicitações mecânicas, …)

Diagnóstico / prognóstico

� Inspecção da estrutura

� Recolha de informações

� Observação e avaliação do estado da estrutura

� Estudo e ensaios em laboratório

� Estratégia de gestão das estruturas

Métodos de diagnóstico - prognóstico

� Sem sintomas visuais característicos

� Fissuração similar à da reacção álcalis-agregado

� Examinar as condições de serviço da estrutura

� Localizar e estimar a extensão da degradação

� Procurar as entradas de água ou de humidade

Inspecção da estrutura

Localização da degradação

� Viga do pilar 2(1,5 x 8,2 x 2,7 m)

� Superfícies expostas às águas (escoamentos e intempéries)

Manifestação da degradação

� Fissuras multi-direccionais segundo as armaduras principais

� fissuração +/- densa de acordo com o grau de avanço da RSI


Localização da degradação

� 2 pilares (6 x 3 m)

� zona de maré 3 a 4 m

Manifestação da degradação

� não afecta a totalidade da estrutura

� sempre as zonas húmidas


� Sobre o cimento

� natureza e origem do cimento e origem do cimento

� teores em álcalis, em aluminatos e em sulfatos

� calor de hidratação do cimento

� Sobre o betão

� natureza e origem dos agregados

� dosagem em cimento, razão A/C

� presença de adições minerais

� Sobre as condições de fabrico e colocação em obra

� período de betonagem

� betonagem de grande massa

� tratamento térmico severo

Recolha de informações

Recolha de informações : différences RSI/RAS

� Caracterização petrográfica dos agregados

� A presença de aditivos minerais

� Ambiente de concreto (umidade)

� Determinação de álcalis no concreto

Caracterização da fissuração

((------ inspecinspecçção em 1989,ão em 1989, ------ inspecinspecçção em 1997ão em 1997))

� �� um fenómeno evolutivo

Observação e avaliação do estado da estrutura

IF = Soma das fissuras interceptadas pelas linhas formadas por 4 eixos de 1 metro

Índice de fissuração (Método lpc n°47)Grau de dano de uma estrutura em betão armado

Viga Sul do viaduto de Fozières :

• parte central

IF = 0,55 (2000) e 0,55 (2002)

• extremidade (próximo)

IF = 1,64 (2000) e 2,00 (2002)


Distancemetria por fio invar (méthode lpc)

� Avaliar as deformações globais da estrutura no tempo com instalação de bases de medida dimensional

� Outros métodos : distancemetria por infra-vermelho, planimetria laser


Após 2 anos, uma evolução favorável apenas do lado Este : 0,2 mm/m/ano

0102030405060708090

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

Distance à partir de la surface (m)

Tem

péra

ture

max

imal

e de

l'é

chau

ffem

ent (

°C)

�� Nível de profundidade representativo da temperatura máxima atingida pelo betão

Calculo do gradiente de temperatura(modulo Texo - CESAR)Viga da Ponte de Fozières 2x14x3,5 m

importância do comprimento das carotes para um bom diagnóstico/prognóstico

Métodos de diagnóstico em laboratórioExtracção de carotes

� Superfícies obtidas por fractura

� Electrões secundários

(x 4000)

� Amostras polidas

� Electrões retrodifundidosgranulats

Pâte de ciment

ettringite

Métodos de diagnóstico em laboratórioMicroscopia electrónica de varrimento

electrões secundários

� ampliação = 800

�Distinção de formas expansivas e não expansivas da etringite édelicada (fácies « comprimida » geralmente na interface pasta/agregado)

�Ausência de produtos resultantes da reacção álcalis -sílica

Agregado

Etringite

Pasta de cimento


Betão são

� ampliação = 1500

�Indispensável associar as observações microscópicas a outros métodos de investigação



No caso da reação álcali-sílica

� Técnicas de caracterização (locais ou globais)

� Análise química elementar

� Perfil em profundidade dos teores de sulfates

� Difracção de raios X

� Análises termogravimétrica e diferencial simultânea s

� Programa de cálculo mineralógico

� Informações obtidas

� Origem dos sulfates (externos ou internos)

� Composição dos betões (tipo de cimento, dosagem em cimento, natureza dos agregados, teor em álcalis, etc.)

�� informações úteis para o cálculo da história térmic a do betão (reconstituição dos betões para ensaios adiabáticos e eventualmente para ensaios de expansão total)

Métodos de diagnóstico em laboratórioAnalise mineralógica do betão

�� Informações necessárias:

� dosagens em cimento, em adições minerais e em água efectiva do betão

� massa volúmica do betão

� resistência à compressão aos 2 e 28 dias do cimento

� calor de hidratação do cimento às 41 horas

�� Utensílios de cálculo simples baseados na utilizaçã o de ábacos :

� anexo 4 das recomendações RSI do LCPC

�� O parâmetro temperatura é primordial nos mecanismos da RSI

Métodos de diagnóstico em laboratórioCalculo da história térmica do betão

�� Informações necessárias:

� dados meteorológicos durante o período de colocação

� geometria da peça

� tipo de cofragem / duração

� faseamento da execução

� propriedades do betão (curva de libertação de calo r)

�� reformulação dos betões – ensaios adiabáticos

�� Simulação numérica pelo método dos elementos finito s:

� Programa CESAR - LCPC

� hipótese : elevação de temperatura em condições adi abáticas

�� Em alguns casos, é desejável realizar um estudo mais aprofundado


Evolução das temperaturas

�� Aumento de temperatura no betão da viga do viaduto de Fozières

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 50 100 150 200

Temps (heure)

Tem

péra

ture

(°C

)

1

2

3

4

5

6

7

8

5 dias, T > 70 °C

16 horas, T = 70 °C

.1

.2

.3

.4.5

.8

.6

Gradiente térmico quando o aquecimento é mais intenso

T = 80°C


Evolução das temperaturas no plano de simetria e no sentido da espessura

�� Aumento da temperatura do betão no pilar do viaduto de Fozières

Corte horizontal de um pilar

Geometria particular que favorece os desperdícios de calor

20

30

40

50

60

70

80

0 50 100 150 200

Temps (heure)

Tem

péra

ture

(°C

)

bord

0,35m du bord

0,70m du bord

1,15m du bord

milieu

7,5 m

3,1 m

T = 70°C


70°C

Método de ensaio lpc n°67

• Carote φ 100 mm L > 150 mm

• colagem de pernos equidistantes 120° e separados de 10 cm

�� consiste em avaliar a expansão residual potencial do betão na estrutura a partir da medida das deformações em carotes que foram extraídas da estrutura e posteriormente conservadas num meio propiciador de acelerar a reacção (prazo ≅≅≅≅ 3 a 12 meses)

Métodos de diagnóstico em laboratórioEnsaio de expansão residual

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0 50 100 150 200 250 300

temps (jours)

Exp

ansi

on (

%)

Zone peu fissurée

Zone peu fissurée

Zone très fissurée

Zone non fissurée

Zone non fissurée

Origem da carote

�� Em presença de água : risco de expansão da zona pou co fissurada

0,33%

viga

pilar


não reactivo

reactivo(0,3%)reactivo(0,3%)

não reactivo

não reactivo


O método de teste de francês MLPC 44 Stockage dans les réacteurs (HR 100 % et 38°C)


Valeur Qualification

< 100 µm/m Insignificante

100 à 500 µm/m Moderado

> 500 µm/m Significativo

dependente do estado da estrutura e da velocidade de evolução dos dados

Zona vital:

� elementos estruturais

� elementos que possam pôr em risco a segurança dos utilizadores

� Estruturas degradadas ou danos que não afectam uma zona vital

� colocação na estrutura rapidamente um sistema de monitorização

� se a evolução dos danos é rápida no tempo, proceder à extracção de carotes para análises

� Estruturas fortemente degradadas e afectando uma zo na vital

� observação da estrutura

� análises em laboratório

� se existe elevada capacidade de expansão, prognóstico sobre a capacidade portante da estrutura( cálculo específico � modulo RGIB)

Estratégia de gestão dum parque de estruturas afectadas

O prognóstico apoia-se em :

�� a monitorização in-situ da expansão e da fissuração da estrutura

� a avaliação do potencial de expansão futuro a parti r de ensaios de expansão residual

Conclusão

A RSI é um problema de durabilidade para os betões e necessita de meios de diagnóstico apropriados :

�� não apresenta danos visuais característicos

� importância do comprimento das carotes

� indispensável o exame ao microscópio

� origem dos sulfatos (externos ou internos)

� cálculo da história térmica do elemento de betão

Conclusão

�� Selecção da solução de tratamento ou de reforço da estrutura

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