Resumo - Este trabalho apresenta os resultados do estudo feito sobre a viabilidade de aplicação de ensaios não-destrutivos para diagnóstico do concreto convencional da face montante de bar- ragens em CCR. O objetivo foi identificar o tipo de ensaio não- destrutivo mais adequado para verificar a qualidade da face de concreto que tem um papel essencial no que diz respeito à es- tanqueidade do barramento. Os estudos foram realizados nu- mericamente com o uso do software Ansys® e experimental- mente em laboratório, sítio experimental e campo com o uso de equipamentos específicos como o GPR – Ground Penetrating Radar, que utiliza ondas de radar, e o ACT – Acoustic Concrete Tester, que emprega ondas acústicas..
Palavras-chave — concreto, barragens, ensaios não- destrutivos, termografia, GPR, ACT.
I. INTRODUÇÃO
O concreto é um material de composição heterogênea, consistindo, basicamente, de areia, cimento, água e agrega- dos de diferentes tamanhos. Seu comportamento estrutural é fortemente influenciado pela presença de vazios e micro- trincas no seu interior, decorrentes do processo de fabrica- ção ou do carregamento externo. Portanto, as estruturas de concreto têm sua vida residual relacionada à sua condição inicial, à degradação e ao acúmulo de dano com o passar do tempo.
O gradativo aumento da necessidade em se verificar a in- tegridade de estruturas de concreto tem contribuído para o desenvolvimento de métodos práticos, confiáveis e de baixo custo para essas avaliações. O desafio das avaliações consis- te em inspecionar, além da aparência externa da estrutura, as condições dos materiais no seu interior.
Uma forma de se realizar tal avaliação é o emprego de técnicas e/ou Ensaios Não-Destrutivos (END), baseados em princípios físicos definidos, para verificar a existência de descontinuidades ou defeitos, características e propriedades mecânicas dos materiais e dimensões de membros estrutu- rais, sem alterar suas características físicas, químicas, mecâ- nicas ou dimensionais e sem interferir em seu uso posterior.
As tecnologias para os ensaios não-destrutivos são varia- das, bem como as aplicações existentes. Entre as técnicas mais pesquisadas para uso no concreto têm-se: inspeção visual, radiografia, análise de vibrações, emissão acústica, ultra-som, potencial elétrico, termografia, entre outras. Em linhas gerais, elas podem ser utilizadas para fornecer infor- mações como tamanho, profundidade, condições físicas, ou para fornecer parâmetros que estão associados aos processos
de deterioração ou risco de danos à estrutura.
Muitas das técnicas existentes podem fornecer mais de um tipo de informação, e para a busca de uma informação ou solução específica uma única técnica pode não ser suficiente.
SHAW e XU (1997) e SCHICKERT (1997) apresentam tipos de dano ou interesses mais freqüentes na análise do concreto e algumas das técnicas não-destrutivas mais apro- priadas em cada situação, bem como suas limitações [1, 2].
O presente trabalho apresenta um estudo sobre ensaios não-destrutivos visando à verificação da qualidade do con- creto convencional da face de montante de barragens tipo CCR, analisando a viabilidade de determinado procedimento e sua aplicabilidade durante a fase construtiva da obra.
II. SELEÇÃO DAS TÉCNICAS NÃO-DESTRUTIVAS Entre as técnicas de ensaios não-destrutivos existentes, três ferramentas foram selecionadas para avaliação do seu potencial de uso para detecção de falhas em concretagens:
termografia por infravermelho, ondas de radar e ondas de tensão.
A aplicação de ondas de radar e termografia por infraver- melho possibilitam a avaliação de grandes áreas, como a de uma face de barragem. Entretanto, o diagnóstico de imagens termográficas ou radargramas não é trivial. Atualmente, o uso dessas técnicas aliado a um sistema computacional vem permitindo melhorias na determinação de anomalias subsu- perficiais e na qualidade do tratamento dos dados e proces- samento de imagens.
Por outro lado, a interpretação de sinais acústicos é mais simples, mas a heterogeneidade do concreto e o tamanho das anomalias não facilita a aplicação de métodos baseados em ondas acústicas e de tensão. As técnicas são apresentadas a seguir:
A. Termografia
O princípio da termografia por infravermelho está basea- do na medição da distribuição de temperatura superficial do objeto ensaiado, através da detecção da radiação térmica ou infravermelha emitida [3].
A história da termografia teve início há aproximadamente 200 anos e o primeiro termograma foi desenvolvido por Czerny, em 1929. Seu grande desenvolvimento ocorreu a partir da década de 40, impulsionado pela indústria bélica [4].
Atualmente, a técnica de termografia é largamente utiliza- da em ensaios não-destrutivos. Ela possibilita a construção
Seleção de método não destrutivo para detecção da integridade estrutural da face montante de
barragens em CCR
Roberto Pettres, Isabella Françoso Rebutini Figueira, Luiz Alkimin de Lacerda
de imagens infravermelho da superfície e a determinação da presença e localização de alguma anomalia na subsuperfície da estrutura do material [4, 5].
O primeiro experimento documentado utilizando imagea- mento termográfico para detectar delaminações subsuperfi- ciais no concreto foi publicado no ano de 1973 pelo Ministé- rio dos Transportes e da Comunicação de Ontário no Cana- dá. Ele foi baseado no uso de um simples infravermelho imageador para medir a temperatura superficial, sem o uso do computador, coletando dados de dia e a noite devido às diferenças de temperatura causadas pela radiação solar. Os experimentos provaram que o infravermelho poderia ser utilizado para detectar vazios causados por corrosão do aço de reforço ou por delaminações subsuperficiais, agrupamen- to de agregados ou fluidos, infiltração da água, entre outros defeitos.
Estes defeitos podem afetar o fluxo de calor através do material causando diferenças na temperatura superficial do mesmo. Desta forma, medindo temperaturas superficiais nas condições de fluxo de calor para dentro ou para fora do ma- terial, pode-se determinar a presença e localização de even- tuais anomalias subsuperficiais [6].
B. Ondas de Radar
Ondas de radar têm um amplo campo de aplicações para testes não-destrutivos em concreto. São utilizadas com fre- qüência para avaliar delaminações em estruturas de concreto armado e localização de barras de reforço estrutural [7, 8, 9]
e demonstra grande potencial para aplicações como: monito- ramento da hidratação do cimento ou desenvolvimento da resistência do concreto, determinação do conteúdo de água em concreto fresco, medição de espessuras de elementos estruturais e detecção de anomalias no interior do concreto.
O método de ensaio é baseado na transmissão e recepção de ondas eletromagnéticas, cuja pesquisa ganhou forte im- pulso durante a II guerra mundial com os sistemas de detec- ção de ondas eletromagnéticas refletidas e espalhadas ao incidirem em diferentes objetos. Eventualmente o nome ra- dar foi adotado, radio detection and ranging.
A velocidade e amplitude das microondas ao se propaga- rem em objetos sólidos variam dependendo do material, e essa propriedade levou ao desenvolvimento do GPR (ground-probing radars).
O primeiro aparelho comercial foi lançado em 1975, con- forme cita SPORER (2009) e seu uso inicial foi direcionado às investigações geológicas e arqueológicas [10]. Posterior- mente, a aplicação desse método de investigação não- destrutiva ganhou espaço na engenharia civil e em estruturas de concreto.
No âmbito da engenharia civil o GPR é utilizado em in- vestigações com diferentes propósitos como a verificação da espessura em lajes [11], para investigações em estruturas de alvenaria [12], armadura em pontes [13], detecção de tubu- lações [14], avaliações geotécnicas em geral, integridade em viadutos, inspeção no asfalto em aeroportos, obras históricas [7] e outros.
Um dos pontos mais importantes em uma investigação com GPR é a escolha da freqüência. Essa definição é com- plexa e passa por uma “escolha” entre capacidade de pene-
tração no interior do material e resolução do sinal para a identificação de alvos característicos [15].
Três fatores principais definem a escolha da freqüência para investigação: resolução espacial, ruído por excesso de reflexões e profundidade de penetração. Esses fatores são influenciados por características básicas do material como condutividade (), permissividade () e heterogeneidade do meio.
O concreto é um material dielétrico e pode se comportar como um condutor ou isolante de ondas EM. A permissivi- dade (constante) dielétrica do concreto varia, aproximada- mente, como
5 < < 12 (1) Normalmente, o concreto é um material pouco condutivo e a atenuação dos sinais EM é dada por,
= 1640 -0,5 (dB/m) (2) A condutividade é diretamente proporcional à freqüência (f) das ondas. Portanto, a atenuação cresce à medida que a freqüência de investigação aumenta.
Como o radar fornece o tempo de propagação da onda EM entre o transmissor e o receptor é importante conhecer a velocidade da onda para poder estimar a profundidade de um alvo detectado. A equação da velocidade da onda EM é dada por,
v = c -0,5 (3) onde c é a velocidade da luz. Para freqüências de radar a velocidade da onda pode ser considerada constante. Consi- derando-se uma permissividade = 8, tem-se v = 0,106 m/ns.
Argumenta-se que para uma boa resolução vertical (r) pa- ra um pulso EM refletido, o comprimento de onda () deve ser tal que,
r > /4 (4) então
f > 0,0264 / r (GHz) (5) Logo, teoricamente, para se ter uma resolução de 2,64 cm na imagem, a freqüência deve ser superior a 1 GHz.
C. Ondas acústicas
Quando uma tensão é aplicada repentinamente à superfí- cie de um sólido, a perturbação gerada se propaga através do sólido na forma de ondas de tensão (ou ondas mecânicas).
Onda acústica é um caso particular desse tipo de propagação Existem três modos primários de propagação de ondas de tensão através de um meio elástico isotrópico: longitudinal, transversal e ondas de Rayleigh. Ondas longitudinais e transversais, as quais são comumente denominadas ondas de compressão e cisalhamento ou ondas P e S, respectivamente, são caracterizadas pela direção do movimento das partículas do material em relação à direção de propagação da perturba- ção, ou frente de onda. Em uma onda P, o movimento das partículas é paralelo à direção de propagação; em uma onda S, o movimento das partículas é perpendicular à direção de propagação da onda. A onda P está associada com tensões normais enquanto a onda S está associada com tensões de cisalhamento. Ondas P podem se propagar em todos os tipos de meios; ondas S podem se propagar apenas em meios que apresentem rigidez transversal, isto é, sólidos. As ondas de Rayleigh, também denominadas ondas de superfície ou on- das R, propagam-se ao longo da superfície de um sólido.
Na maioria das aplicações de propagação de ondas de ten- são é utilizado um pulso de duração finita e a perturbação resultante se propaga através do meio sólido na forma de ondas transientes.
Em meios sólidos elásticos infinitos a velocidade de uma onda P, CP, é função do módulo de elasticidade de Young, E, da densidade do material, ρ, e do coeficiente de Poisson, ν, e é dada pela expressão:
1 11 2
P
C E
(6) A velocidade da onda S, CS, em um meio sólido infinito é dada pela seguinte equação:
S /
C G (7) onde G = E/2(1 – ν) é o módulo de elasticidade transver- sal.
Ondas R se propagam a uma velocidade CR que é dada pela fórmula aproximada
0,87 1,12
R 1 S
C C
(8) A habilidade (sensibilidade) dos métodos de propagação de ondas de tensão em detectar falhas ou descontinuidades depende das freqüências componentes (ou comprimentos de onda) da onda propagadora e do tamanho da falha ou des- continuidade. Como regra geral, para ser detectável, o tama- nho da falha deve ser aproximadamente igual ou maior do que o comprimento de onda da onda propagadora. A veloci- dade da onda, C, a freqüência, f, e o comprimento de onda, λ, estão relacionados pela seguinte equação:
C f (9) Por exemplo, para detectar uma falha com dimensão em torno de 0,1m é necessário introduzir no interior do concreto (considerando-se uma velocidade média de onda P, no con- creto, de aproximadamente 4000 m/s) um pulso de tensão que contenha freqüências aproximadamente maiores do que 40 kHz, ou seja, de comprimentos de onda aproximadamente menores do que 0,1 m.
À medida que uma onda se propaga no interior de um só- lido, sua amplitude decresce com o comprimento da trajetó- ria de propagação devido aos fenômenos de atenuação (es- palhamento e absorção) e divergência (abertura do feixe de ondas). Para ensaiar o concreto, ondas de baixa freqüência (grande comprimento de onda) devem ser utilizadas para reduzir a atenuação devida ao espalhamento (reflexões e refrações nas interfaces argamassa-agregado). Por exemplo, se a dimensão máxima do agregado é aproximadamente 25 mm em um concreto em que a velocidade média da onda P vale 4000 m/s, devem ser utilizadas freqüências menores do que 160 kHz ( = 4000/0,25) para reduzir o espalhamento. O concreto aparentará ser homogêneo para ondas de baixa freqüência. Todavia, a utilização de ondas de baixa freqüên- cia reduz a sensibilidade das ondas em detectar pequenas falhas. Assim, existe uma limitação intrínseca quanto ao tamanho das falhas que podem ser detectadas no interior do concreto através dos métodos de ondas de tensão.
III. VIABILIDADE DO USO DA TERMOGRAFIA
A utilização de métodos computacionais permite prever a perturbação no campo térmico causada por um defeito inter- no em uma estrutura, por esta razão vêm sendo aplicados na verificação de algumas condições de viabilidade do uso da termografia como ensaio não-destrutivo. Por exemplo, EL- BALLOUTI e BELATTAR (2006) verificaram a influência das dimensões de fissuras em pavimentos de concreto asfál- tico sobre o campo térmico utilizando o método dos elemen- tos finitos [16]. Ainda, OBBADI e BELATTAR (2005) re- lacionaram as características dimensionais e térmicas de defeitos internos em materiais com a perturbação no campo de temperaturas [17].
Os trabalhos citados analisam, principalmente, as influên- cias dos parâmetros geométricos dos defeitos sobre o campo, porém não definem um método específico para a classifica- ção do grupo de casos e condições que podem ser identifica- dos através da termografia.
Essa etapa do trabalho tem por objetivo discutir os limites de aplicação da termografia por infravermelho para a identi- ficação de defeitos, e sugerir um método prático de aplica- ção. Um estudo numérico foi realizado em um modelo de um bloco de concreto onde o objetivo é relacionar o campo de temperaturas resultante regimes estacionários e transien- tes de transferência de calor com diversas características dimensionais e propriedades térmicas conhecidas do defeito interno ao bloco de concreto. Tal estudo determina as condi- ções limites para que o ensaio de termografia seja eficaz na identificação do defeito, considerando suas dimensões, pro- priedades térmicas e condições de fluxo aplicadas.
O problema térmico tridimensional é modelado através do software comercial ANSYS, que utiliza o Método de Ele- mentos Finitos (MEF).
A. Descrição do problema estacionário
A simulação baseia-se no na solução do problema de transferência de calor no interior do bloco de concreto mos- trado na Figura 1, com a presença de um defeito interno de dimensões referidas na ilustração, considerando um regime estacionário.
Figura 1. Geometria do problema.
O bloco de concreto é de forma cúbica de lado L=0.5m.
As variáveis avaliadas são: a profundidade D da localização do defeito a partir da superfície de análise do bloco, as di-
mensões H (altura), F (largura) e P (espessura) do defeito, e a relação entre as condutividades térmicas do bloco de con- creto (KB) e do defeito (Kd). As variáveis H, F e P são nor- malizadas (índice “*”) em relação a L e ilustradas na Figura 2.
Figura 2. Dimensões normalizadas associadas à geometria.
1) Modelo matemático
Para a solução do problema térmico analisa-se a condução de calor no interior do bloco e do defeito através da equação da difusão de calor para meios isotrópicos, considerando o regime estacionário, onde ks é a condutividade térmica do meio (bloco ou defeito):
0 z = k T z y k T y x k T
x s s s
(10) Um campo de temperatura uniforme é aplicado na super- fície do bloco em z=0 (T(x,y,0)=Tw). Em z*=L* uma condi- ção de 3ª espécie é aplicada, descrevendo a existência na superfície de um resfriamento por convecção (ar) com coefi- ciente ha a temperatura Ta. As demais superfícies externas (paralelas aos planos yz e xz) são consideradas adiabáticas, ou seja, com fluxo térmico nulo. Os resultados foram obti- dos considerando:
Condutividade térmica do concreto KB = 2.75 W/m.K [18];
Condutividade térmica do defeito Kd = 25%KB, 50%KB e 75%KB – definindo Rk=Kd/KB;
Coeficiente de convecção concreto/ar: ha = 13.95 W/m²K;
Valores para D*, H*, F*, e P* variando entre 0.1, 0.2, 0.3 e 0.4, correspondendo a 256 combinações possíveis;
máx = máxima temperatura obtida na face;
mín = mínima temperatura obtida na face;
Ta < Tw na interpretação do fenômeno físico.
A solução térmica é ilustrada através de imagens térmicas representando a distribuição de temperaturas adimensionais na superfície de análise (z*=L*). A Figura 3 exemplifica a perturbação no campo térmico para o caso de Rk=25%, D*=0.1, H*=0.4, F*=0.4, P*=0.4, com uma escala de cores otimizada entre mín e máx sobre toda a superfície.
A presença do defeito no interior do bloco, sob as condi- ções estabelecidas, produz uma clara perturbação do campo
térmico, conforme mostrado na Figura 3, coincidindo a loca- lização da região mais fria do campo com a localização da projeção do defeito no plano xy (representado pela linha tracejada).
Figura 3. Distribuição de temperatura adimensional (Rk=25%, D*=0.1, H*=F*=P*=0.4).
Os parâmetros estudados, inerentes ao defeito, são os pa- râmetros dimensionais (largura, altura e espessura) e posição no interior do bloco. Para essas análises adotou-se Rk=25%.
B. Descrição do problema transiente
Nas análises transientes, a geometria simulada é represen- tada na Figura 4. As dimensões são normalizadas em relação ao lado L do bloco (índice “*”), onde L=0.5m.
Para a solução do problema térmico, em ambos os casos, a equação abaixo é discretizada pelo MEF.
dt
=dT c T
k
p
. ²
(11)
O objetivo desta análise é calcular a resposta térmica da estrutura de concreto submetida a um fluxo de calor, uni- forme e constante, sobre uma área da face de análise durante um tempo determinado e posterior resfriamento por convec- ção com o meio. A presença do defeito interno é detectada pela perturbação no campo térmico resultante.
z*
y*
x*
HH*
defect
concrete block F*
H* P*
L*
FF*=HH*=3
Figura 4. Geometria estudada na análise transiente.
O esquema geométrico da Figura 4 é modelado aplicando- se um fluxo Q constante em uma área L x L localizada no centro da face z*=1. Nas áreas adjacentes a este plano é aplicada convecção com ar. Ao fim do tempo de aquecimen- to, o fluxo é substituído pela condição de resfriamento com o ar. Os demais planos são considerados adiabáticos. Para melhor aproveitamento computacional, a estrutura é mode- lada considerando ¼ do volume, considerando as simetrias geométricas do problema.
A temperatura T é adimensionalizada em função da tem- peratura ambiente, que também define a condição inicial de análise. Como conseqüência admite-se o valor do fluxo Q também em função da temperatura ambiente.
Ta
t z t T
z ( , )
) ,
(
, Ta q* Q
(W/mºC) (12) Para validação da malha adotada comparou-se a solução numérica do problema transiente, na fase de aquecimento, com a solução analítica para um sólido semi-infinito com condição de contorno de fluxo térmico constante em toda a superfície. Para tanto o modelo numérico foi admitido sem defeitos, com apenas a presença de concreto. De acordo com INCROPERA e DEWITT (1992) [19] a solução analítica é dada pela equação,
t erfc d k
z e Q
k Q t T t d
T t
d
i 2. .
. . . .
. 2 ) ,
( 4. .
2 ² 1
(13) onde:
Ti é a temperatura inicial, no caso a temperatura ambiente: Ti = Ta [ºC];
Q é o fluxo imposto (W/m);
d: distância da face (profundidade) (m);
t: tempo (s);
k: condutividade térmica [do concreto] (W/m.K);
α: difusividade térmica (m²/s) = k/(ρ.cp), onde ρ é a densidade e cp o calor específico;
erfc: função erro complementar .
Substituindo a Eq. (15) na Eq. (16) tem-se:
1. . 2
*
* . . *
. .
* . 2 )
*,
( 4. .
² 2 * 1
t erfc d k
d e q
k q t t
d t
d
(14) A solução da Eq. (17) foi avaliada para 0<d*<1 (d*=d/L), para um t que fornecesse Ө(0,t)=4, com q*=200 W/m².ºC. Assim, t=984 s. Os valores das constantes utiliza- das no cálculo e na simulação comparativa foram:
α: difusividade térmica (m²/s) = k/(ρ.cp);
k = 2.75 W/m.K;
ρ=2300 kg/m³;
cp=880 J/kg.K;
A malha adotada apresenta um refinamento na região de aquecimento, com elementos hexaédricos (SOLID 70) de arestas com tamanho de 12,5mm, com um leve aumento des- ses elementos para as bordas da geometria, conforme Figura 5. Para a solução do problema transiente é definido um in- cremento de temporal ∆t = 20s.
Defects’
location
Convection area
Heating area
Figura 5. Modelo simulado.
O resultado numérico comparado foi o perfil térmico do bloco em z* a partir do ponto central da simetria. Apesar de o modelo simulado ter levado em consideração uma convec- ção com ar na área adjacente à região de aquecimento, os resultados obtidos foram extremamente próximos aos da solução analítica. O parâmetro convectivo adotado na simu- lação foi: ha = 13.95 W/m².K.
A avaliação numérica indica que o uso da termografia por infravermelho possibilita a identificação de defeitos internos em estruturas de concreto, desde que estes estejam localiza- dos próximos à face de análise, D*≤0.1. A identificação é caracterizada por uma comparação com o comportamento térmico de uma estrutura sem defeitos internos. Para tanto, é necessária a aplicação de um fluxo de calor durante um tem- po determinado e posterior resfriamento por convecção natu- ral, primeiramente em uma estrutura de referência (sem de- feitos internos) para posterior investigação nos locais de interesse.
IV. VIABILIDADE DO USO ACT E GPR
A presença de defeitos de concretagem na face montan- te de concreto convencional de barragens tipo CCR não se- gue um padrão específico. Embora, em sua grande maioria, estejam relacionados à segregação dos materiais durante o lançamento do concreto ou vibração de má qualidade, as dimensões e posicionamento das falhas é variada.
Portanto, uma boa utilização de técnicas de ensaios não- destrutivos deve ser efetiva em diferentes situações. Deste modo, definiu-se um bloco com defeito conhecido para uma pré-avaliação das técnicas selecionadas.
A. Preparação da forma e concretagem do bloco
Um bloco cúbico de concreto convencional com aresta de 0,50 m foi preparado para os testes iniciais. Para simular o defeito, utilizou-se um tijolo com dimensões 9 cm x 14 cm x 19 cm, cujas arestas maior e menor foram posicionadas em paralelo à face do bloco.
A dosagem do concreto utilizado se assemelha a mesma empregada na face montante da UHE Fundão de proprieda- de da ELEJOR. A Tabela 1 apresenta as características da dosagem empregada nesse teste inicial.
Tabela 1. Dosagem do concreto do bloco de ensaio.
Areia artificial Areia natural Cimento Água
Supplast Plastif Incorp
Materiais Massa
corrigida Massa a
corrigir
Brita mm (kg)
Brita 38 mm (kg)
25
99,97 2,1%
(kg) (kg)
1,7%
mm (kg) 1.0591.07
Pozolana (kg)
0,40% (g) (g) (kg) Brita 19
(kg)
(g)
141,68 -
-
16,52 3,94 100,36
59,39 35,42 1,92 0,39 1.0590.07
1.0169.09 Registro LAME
57,47
- - - -2,31 -
Massa S.S.S.
1.0076.09
1.0982.08 35,42 18,83
3,94 -
Umidade (%)
5,4%
- - -
2,0%
- - Absorção
(%)
- - - - - 141,68
A seqüência de fotos abaixo (Figura 6) ilustra a concreta- gem do bloco: 1) forma montada para o bloco cúbico; 2) concretagem de camada inicial; 3) posicionamento de um tijolo para definir o espaço ocupado pelo defeito; 4) substi- tuição do tijolo por brita simulando uma região de elevada porosidade; 5) deposição de segunda camada de concreto.
Figura 6. Concretagem do bloco com defeito para ensaios em laboratório.
B. Aplicação do GPR – Ground Penetrating Radar
Os ensaios com GPR realizados no laboratório LAME fo- ram exclusivos para uma pré-avaliação sobre o uso do equi- pamento para detecção de uma anomalia conhecida no inte- rior de um cubo de concreto com aresta de 0,5m.
O levantamento com o GPR resumiu-se em arrastar uma antena, que contém o transmissor e receptor, sobre uma das faces do bloco. A antena empregada foi de 1500 MHz e o arrasto da antena foi efetuado lentamente com controle ma- nual da velocidade (Figura 7).
Figura 7. Arrasto da antena sobre a superfície do bloco.
Os dados adquiridos com a antena são armazenados em uma unidade de controle, que permite a visualização imedia- ta dos radargramas. A Figura 8 mostra uma imagem obtida do monitor da unidade de controle, onde se percebe com clareza a presença de uma anomalia.
Após a campanha de medições, as informações foram processadas para facilitar a interpretação. As imagens na Figura 9 mostram alterações no campo detectado, que indi- cam que o teste com GPR foi eficaz para a detecção da a- nomalia.
Figura 8. Imagem obtida após uma passagem com a antena sobre a face do bloco mais próxima da anomalia.
Figura 9. Imagens obtidas após tratamento das informações. Apesar da pequena dimensão do bloco, o que dificultou a execução do ensaio, foi possível observar a presença da a- nomalia interna ao bloco.
Sugere-se a repetição do mesmo ensaio em uma laje com grande espessura e diferentes posições para as anomalias.
Com isso será possível averiguar a capacidade em se detec- tar anomalias com diferentes dimensões e em diferentes pro- fundidades. O uso de um distanciômetro deve ser adotado para facilitar o mapeamento dos resultados.
O ensaio GPR mostra-se promissor para aplicação na face de CCV de montante de barragens de concreto compactado com rolo.
C. Aplicação do ACT – Acoustic Concrete Tester
O bloco de concreto ensaiado possui uma anomalia inter- na com geometria, composição e distância à face do bloco conhecidos. O objetivo do teste realizado foi o de avaliar a capacidade do instrumento ACT em detectar a presença da
anomalia, muito embora o equipamento seja tradicionalmen- te utilizado segundo a norma ASTM C1383-04 (2004) para medição de espessura de lajes de concreto [20].
O ensaio se inicia com a avaliação da velocidade de pro- pagação da onda longitudinal (P) ultra-sônica no concreto.
Para isso, os transdutores ultra-sônicos são posicionados a uma distância conhecida entre si e o tempo entre o envio e percepção do pulso ultra-sônico é medido. A velocidade média é calculada após um mínimo de três avaliações. A Figura 10 ilustra a medição da distância entre os dois pontos de colocação dos transdutores e a medida ultra-sônica em si.
Na seqüência são feitos registros conforme a configuração apresentada na Figura 11, onde um pulso ultra-sônico é emi- tido e as ondas S refletidas são captadas após um determina- do tempo.
Figura 10. Ensaio para cálculo da velocidade da onda P.
Figura 11. Ensaio com emissão e captação de reflexões da onda S.
A imagem na Figura 12 mostra um resultado típico do en- saio, onde um espectro de freqüências com diferentes ampli- tudes é obtido após a transformação FFT do sinal medido no domínio do tempo. Um aspecto típico de ensaio em lajes é um pico de freqüência bem definido, que está associado à espessura da laje. No bloco de concreto ensaiado, a proxi- midade das paredes laterais intensifica a reflexão das ondas, contribuindo para o surgimento de diversos picos de fre- qüência e dificultando a interpretação dos resultados.
Figura 12. Resultado típico de uma medição.
Três faces do bloco (lado 1, topo e lado 3) foram ensaia- das em nove pontos distintos em cada face, conforme ilus- trado na Figura 13.
Figura 13. Croqui de medições nas faces do bloco.
Ao todo 27 medições foram realizadas. A anomalia no inte- rior do bloco está a 9 cm do lado 1 do bloco e a 20 cm do topo. Os pontos ensaiados foram numerados em ordem cres- cente da esquerda para a direita e de cima para baixo.
Um resultado em um ponto central da cada face é apresen- tado a seguir.
Figura 14. Resultado no lado 1 – ponto 5.
O tamanho “finito” do bloco dificulta a interpretação dos resultados no sentido de detectar a presença da anomalia.
A menor distância entre a anomalia e o ponto 5 no lado 1 é de aproximadamente 10cm. Em um concreto com veloci- dade de 4000 m/s, a freqüência associada a essa distância está próxima de 20 kHz. Nenhum resultado apresentou um sinal conclusivo em torno dessa freqüência.
Está evidente que as dimensões (laterais) limitadas da es- trutura inviabilizam o diagnóstico com o ACT. Outro aspec- to que não pode ser descartado é a pequena dimensão da anomalia imposta. Como a face de uma barragem pode ser vista como um bloco de dimensões laterais “infinitas”, suge- re-se a confecção de uma estrutura em sítio experimental com proporções semelhantes a uma laje e defeitos internos conhecidos para uma nova avaliação com esse instrumento.
V. CONCLUSÕES
Estudos numéricos realizados através de modelagem de processos de transferência de calor indicaram que o uso da termografia por infravermelho possibilita a identificação de defeitos internos em estruturas de concreto, desde que estes estejam localizados próximos à face de análise (0 a 10 cm, aprox.). Para tanto, é necessária a aplicação de um fluxo de calor sobre a estrutura durante um tempo determinado e pos- terior resfriamento. Ao longo do resfriamento, imagens tér-
micas devem ser captadas para avaliação.
Contudo, os testes práticos não foram executados, dado que uma eventual aplicação em campo seria limitada a pou- cos pontos, em virtude do tempo e mobilização necessários para cada análise.
Na análise realizada com o equipamento ACT – Acoustic Concrete Tester constatou-se que o desempenho do ACT para a detecção das anomalias não foi bom.
Embora alguns resultados pareçam indicar a presença de alterações no meio, a resposta não é conclusiva.
O uso efetivo dessa técnica poderia ser adequado, mas pa- ra anomalias com grandes dimensões e contraste de densida- de com o concreto. De qualquer modo, sua aplicação em estruturas de grandes dimensões também é limitada.
Os resultados obtidos com o uso da técnica de ondas de radar através do equipamento GPR – Ground Penetrating Radar foram positivos e nos ensaios de laboratório a técnica mostrou-se promissora para aplicação na face de CCV de montante de barragens de concreto compactado com rolo.
É importante ressaltar que por se tratar de ensaios realiza- dos em ambiente controlado, onde o número, tamanho e posicionamento das anomalias são conhecidos, existe uma tendência (ou facilidade) de interpretação dos radargramas e identificação das anomalias.
Antenas com freqüências de 900, 1500 e 2000 MHz fo- ram testadas, demonstrando capacidade de detecção das anomalias e limitações de alcance e resolução inerentes a cada freqüência.
Finalmente, destaca-se que entre os métodos de investiga- ção não-destrutiva estudados em laboratório, o método GPR apresentou-se como o mais adequado para a avaliação da face de montante de barragens. Em especial, é um método de aquisição relativamente rápido, podendo ser aplicado em grandes áreas com eficiência.
VI. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento – LACTEC pela estrutura e apoio conce- didos para a realização da pesquisa e à ELEJOR – Centrais Elétricas do Rio Jordão S.A.
VII. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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