Aplicação de sensores em fibra ótica com rede Bragg na avaliação da reação álcali-sílica

Abstract

Resumo: A reação álcalis-sílica (RAS) é um dos mecanismos mais nocivos que afetam as infraestruturas de concreto em todo o mundo. Vários parâmetros podem impactar o desenvolvimento da RAS, tais como: o tipo e a reatividade dos agregados, o teor de álcalis, a temperatura, a humidade, entre outros. Ao longo dos anos, diversas técnicas e procedimentos foram desenvolvidos durante as últimas décadas para realizar a avaliação da infraestrutura de concreto afetada pela RAS. Dentre elas, técnicas de monitoramento da saúde estrutural são consideradas as mais confiáveis para compreender a taxa de expansão ao longo do tempo e, portanto, prever o potencial dano em estruturas afetadas pelo mecanismo de degradação. Neste contexto, sensores em fibras óticas gravadas com redes de Bragg (FBG ou Fiber Bragg Grating) vêm ganhando maior atenção no mercado para aplicações na área de monitoramento estrutural. Estes sensores óticos possuem dimensão reduzida, baixa perda de sinal e alta precisão para medições de temperatura e deformação, quando comparado à sensores eletrônicos que possuem baixa durabilidade em ambientes agressivos. No entanto, a aplicação de FBG em concretos degradados é incipiente. Portanto, este trabalho visa avaliar a eficiência da FBG na determinação de deformações em comparação com outros sensores existentes no mercado, avaliar o potencial reativo de agregados devido à expansão de amostras de concreto afetadas por RAS em laboratório, e verificar a durabilidade do sensor e possíveis interferências no sinal. A partir dos resultados foi possível verificar a melhor forma de fabricação e calibração dos sensores, a versatilidade do uso da FBG na avaliação da RAS e verificar sua durabilidade para instrumentação de estruturas. Assim, seu uso permite uma melhor seleção de estratégias de reparo, garantindo a integridade de infraestruturas críticas como barragens, pontes, viadutos, túneis, passarelas e grandes edifícios.

Abstract: Alkali-silica reaction (ASR) is amongst the most harmful mechanism affecting concrete infrastructure worldwide. Several parameters may impact on ASR induced development such as: the type and reactivity of the aggregates, the alkali loading, temperature, humidity, among others. Over the years, several techniques and procedures have been developed during the last decades to assess concrete infrastructure affected by ASR. Among them, structural health monitoring techniques are considered the most reliable to understand the expansion rate over time and predict the potential damage in structures affected by the degradation mechanism. In this context, fiber optic sensors inscribed with Bragg gratings (FBG or Fiber Bragg Grating) have been gaining more attention in the market for applications in structural monitoring. These optical sensors have small dimensions, low signal loss, and high temperature and strain measurement precision compared to electronic sensors with low durability in harsh environments. However, the application of FBG in degraded concrete is incipient. Therefore, this work aims to evaluate the efficiency of FBG for strain determination in comparison with other existing sensors in the market, to evaluate the reactive potential of aggregates due to the expansion of concrete samples affected by ASR in the laboratory, and to verify the durability of the sensor and possible interferences in the signal. The results showed the best way to manufacture and calibrate the sensors, the versatility of using FBG in evaluating the ASR, and its durability for structural instrumentation. Thus, its use allows for a better selection of repair strategies, ensuring the integrity of critical infrastructure such as dams, bridges, viaducts, tunnels, walkways, and large buildings.