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Técnicas de Inspeção e Patologia

TC 034 Materiais de Construção III

José Marques Filho

José Marques Filho2 Técnicas de Inspeção e Patologia

José Marques Filho3

Estrutura Interna do Concreto

Recordação

Microscópio Eletrônico de Varredura

Estrutura Heterogênea

Complexa

Composição depende de Inúmeros Fatores

Concreto

Agregados

PastaMacro Estrutura

Estrutura Heterogênea

Complexa

Composição depende de Inúmeros Fatores

Concreto

Agregados

PastaMacro Estrutura

Micro Estrutura

Agregados

Vazios + Água

Zona de Transição

Importância do Estudo

O estudo da Microestrutura permite entender o

comportamento do concreto

Ferramenta para análise de patologias do concreto e

análise de durabilidade

Desenvolvimento de novos aditivos e suas

conseqüências

Ensaio não-destrutivo Eficiente

José Marques Filho Técnicas de Inspeção e Patologia10

Microestrutura – Estruturas Principais

1: C-S-H

2: Ca(OH)2 ou (C-H)

3: Vazio Capilar

Magnitude dos Estudos

0.001 µ m 0.01 µ m 0.1 µ m 1 µ m 10 µ m 100 µ m 1 mm 10 mm

1 nm 10 nm 100 nm 1000 nm 104 nm 105 nm 106 nm 107 nm

1 m 10 m 100 m 1000 m 104 m 105 m 106 m 107 m

(b) Técnicas de Inspeção e Patologia

Hidratação dos Aluminatos

Hidratação dos Silicatos

Ca(OH2)

Exsudação

Zona de Transição

Sujeita à Microfissuração

Magnitude

2000 x

5000 x

Vazios e Presença da Água

Água interlamelar

Água Fisicamente Adsorvida

Água Capilar

Vazios

Presença da água

Capilares: vazios maiores que 50 A. Cuidado

com efeitos da tensão capilar

Adsorvida: próxima à superfície do sólido

Interlamelar: Associada à estrutura do C-S-H

Quimicamente combinada; faz partes dos

produtos de hidratação

José Marques Filho

Instrumentos Especiais de Análise

José Marques Filho

Petrografia

José Marques Filho

O QUE ANALISAR:

• Identificação dos minerais formadores de rochas (transparentes);

• Identificação de minerais deletérios;

• Modo de ocorrência dos minerais;

• Textura da rocha;

• Estrutura da rocha;

• Inter-relacionamento com outras rochas, etc.

MICROSCOPIA ÓTICA POR LUZ TRANSMITIDA -PETROGRAFIA

Objetivo: estudo e classificação das rochas

José Marques Filho

marca ZEISS

Microscópio ótico de luz transmitida

José Marques Filho

PETROGRAFIA

Preparação das Lâminas Delgadas

José Marques Filho

Análise petrográfica

de rocha - Exemplo

José Marques Filho

Registro: 1.1896.2002C

Procedência Referência Natureza Classificação:

SEDIMENTAR CALCÁRIO

EXAME MACROSCÓPICO

Cor: cinza claro a escuro Estrutura: maciça

EXAME MICROSCÓPICO

Composição Mineralógica Estimada:

Agregado graúdo: Calcário: carbonato: 95-97%; opacos/matéria orgânica: 2%; quartzo: 1%.

Agregado miúdo: quartzo: 90%; carbonato: 5%; muscovita: 3%; opacos/hidróxido-óxido de ferro:

2%; feldspato: traços.

1. Agregado graúdo: Aspecto geral do calcário. 2.

Microfissuras no contato argamassa/agregado e

propagando pela argamassa; 3. Argamassa. Imagem ao

microscópio ótico com nicóis paralelos.

1. Calcário com grãos de carbonato recristalizado (2); 3.

Argamassa. Imagem ao microscópio ótico com nicóis

cruzados.

DESCRIÇÃO

Agregado graúdo apresenta fragmento de rocha de granulação fina a média e textura granular. Em

algumas partes da lâmina o carbonato encontra-se bem cristalizado, desenvolvido e em outros,

microcristalinos. Onde encontra-se o carbonato mais desenvolvido, ocorre a maior concentração de

quartzo. Ocorrem veios irregulares preenchidos com minerais opacos, matéria orgânica e

carbonato. Alguns fragmentos apresentam-se fraturados. No agregado miúdo, encontra-se areia

mal selecionada, grão de quartzo subangulosos a subarredondados, fragmentos de, provavelmente,

quartzito, finas palhetas de muscovita, alguns fragmentos da rocha citada acima. A maioria dos

grãos de quartzo apresentam extinção ondulante (ângulo de extinção menor do que 20º,

encontrando na minoria, maior do que 25º, na maioria), encontram-se quartzo microcristalino, com

óxido/hidróxido de ferro e fraturados e alguns, com suas bordas pouco corroídas pelo

óxido/hidróxido de ferro. A argamassa tem coloração acastanhada, na maioria apresenta boa

adesão com o agregado, porém em algumas porções encontra-se fraturada e sem adesão com o

agregado.

Executado: Ana Lívia Zeitune de Paula Silveira

Geóloga do Laboratório de Solos

Responsável: Cláudia H. de Castro

Chefe do Laboratório de Solos

Análise petrográfica

de CP de concreto -

Exemplo

José Marques Filho

Microscopia Ótica

José Marques Filho

Microscópio de Luz Refletida

marca LEICA

José Marques Filho

MICROSCOPIA ÓTICA DE LUZ REFLETIDA -

DESCRIÇÃO DOS MINERAIS OPACOS

José Marques Filho

Aspecto das Seções Polidas a olho nú

MICROSCOPIA ÓTICA - LUZ REFLETIDA

OBJETIVO:

ESTUDO DOS

MINERAIS

OPACOS

José Marques Filho

SULFETOS MAIS COMUNS e PRODUTO FINAL DE

ALTERAÇÃO

PIRROTITA: Fe7S8 - FeS

PIRITA: FeS

MARCASITA: FeS2

LIMONITA

FeO (OH).nH2O

CALCOPIRITA: CuFeS2Outros

sulfetos de

LIMONITA

José Marques Filho

1. Identificação dos minerais opacos, ex: óxidos de Fe e Mn;

sulfetos (pirita, pirrotita, etc); metais nativos (Au,Ag, Pt);

Escala = 100 µm Dr. Eike Gierth - 2004

ANÁLISE QUALITATIVA

– apenas identificação mineralógica – 10 a 15 minutos;

José Marques Filho

Agregados

portadores

de sulfetos

Barragem de Graus - Espanha

(MIEZA, 1998)

José Marques Filho

• ANÁLISE SEMIQUANTITATIVA – avaliação percentual dos

minerais presentes, em função de padrões visuais existentes – 20

minutos.

• ANÁLISE QUANTITATIVA – análise modal ou contagem de pontos –

2 a 3 horas contagem de ≥ 2700 pontos ( novo Software de

análise de imagem)

José Marques Filho

Desbaste da superfície em disco

metálico + carbeto de silício

Montagem de SP de areia

natural em moldes com resina

Preparação das Seções Polidas

José Marques Filho

Polimento em diversas lixas, seguidas por panos e

pastas diamantadas de diferentes granulometrias

Preparação das Seções Polidas

José Marques Filho

Introdução

O MEV é um equipamento que usa um feixe de elétrons de alta

energia para análise microscópica de fases sólidas.

É um processo físico de fácil compreensão e o primeiro

equipamento data de 1938

Primeiro equipamento comercial - Cambridge Instruments -

década 60

Furnas: marca Leica, modelo S440i - 1995

Fonte: Nicole Andrade

José Marques Filho

Característica

Utiliza incidência de feixe de elétrons em

amostras ao invés de luz (não é ótico)

Permite imagens com até 300.000x de

aumento

Para estudos em Engenharia civil o aumento

utilizado máximo é da ordem de 10.000x

José Marques Filho

MEV Furnas: marca Leica, modelo S440i - 1995

José Marques Filho

Introdução

Pelas análises no MEV são fornecidas as seguintes informações:

Topografia: superfície da figura de um objeto, isto é textura; relação direta entre a figura e propriedades do material (dureza, refletância, etc)

Morfologia: A forma e tamanho das partículas que formam um objeto; relação direta entre estrutura e propriedade do material (ductibilidade, resistência, reatividade).

Composição: Os elementos e compostos que compõem o objeto e as relativas quantidades deles, relacionadas diretamente composição e propriedades dos materiais (ponto de fusão, reatividade, dureza, etc)

Informação cristalográfica: como os átomos são ordenados no objeto; relação direta entre ordenação e propriedades do material (conductibilidade, propriedades elétricas, resistência, etc).

José Marques Filho

Permite a análise da microestrutura de diversos materiais:

Metais

Polímeros

Concretos

Argamassas

Pastas de cimento

Rochas e solos

Outros

José Marques Filho

Compósitos contendo cimento

Tipos de investigação:

produtos de hidratação

porosidade/compacidade

produtos de reações expansivas

caracterização química/morfológica das

fases presentes

José Marques Filho

Amostras espessas

Alta resolução (30Å)

Grande profundidade de foco (300x melhor do

que microscópio ótico)

Imagens tridimensionais

Obs: 1Å ~ 10 -7 mm

Características

José Marques Filho

Funcionamento

O MEV funciona exatamente como os microscópios

óticos, exceto que o primeiro usa feixes de elétrons e

o segundo usa luz para formar a imagem e ganha

informação como estrutura e composição.

Os passos básicos que envolvem o SEM são:

Uma corrente de elétrons é formada por uma fonte de

elétrons e acelerada em direção à amostra, usando um

potencial elétrico positivo.

José Marques Filho

Esta corrente é confinada e focalizada, usando

aberturas de metal e lentes magnéticas, a um feixe

monocromático fino e condensado.

Este feixe é focalizado em cima da amostra usando

uma lente magnética.

Interações ocorrem dentro da amostra irradiada,

afetando o feixe de elétrons. Estas interações e

efeitos são detectados e transformados em uma

imagem.

Funcionamento

José Marques Filho

Poder de Resolução

Objeto

resolvido

Objeto não

resolvido

Objeto parcialmente

resolvidoSem Resolução Resolução parcial Com Resolução

José Marques Filho

Poder de Resolução

Tipo de observação

Olho nu

MO MEV MET

Resolução 100

(0,1 mm)

(3,0 nm)

(0,2 nm)

Nota: 1m = 10-3 mm

1nm = 10 Å

José Marques Filho

Microscopia Eletrônica de Varredura

Componentes Básicos do MEV

Coluna ótica-eletrônica

Fonte de elétrons

Lentes

eletromagnéticas

Câmara para amostra

Sistema de vácuo

Bobina de varredura

Coletores

Controle eletrônico de sistema

de imagens

Amplificador

Tubo de

raioscatódicos

AmostraColetor

José Marques Filho

Interação Feixe-Amostra e Tipos de Sinais

AMOSTRA

elétrons transmitidos

Elétrons Secundários (SE)

Elétrons Retroespalhados (BSE)

FEIXE INCIDENTE(elétrons primários)

Raios X

Elétrons Auger

Catodoluminescência

José Marques Filho

Volume Envolvido na Interação Feixe-Amostra

Primário

Elétrons Auger

Elétrons Secundários

Elétrons Retroespalhados

Raio-X Característico

Fluorescência

Superfície

da Amostra

José Marques Filho

Principais Detetores :

Elétrons secundários (SE)

Formação imagens

Informações topológicas - morfologia dos

produtos

Elétrons retroespalhados (BSE)

Diferentes fases presentes através tons de cinza

Informações sobre o nº atômico médio das fases

Raios X

Identificar e quantificar elementos químicos

presentes

Microscopi

a Eletrônica de

Varredura

José Marques Filho

BSE - DIFERENTES FASES

SE - MORFOLOGIA

José Marques Filho

Preparação das Amostras

Amostras condutoras (não necessitam de preparação prévia)

Amostras não condutoras:

Recobrimento da superfície c/ material condutor/contato

metalização

porta amostra aterramento

(amostras polidas ou sup. fratura)

José Marques Filho

Detalhe da preparação das amostras para o MEV.

Aterramento com fita de carbono e

revestimento em ouro.

José Marques Filho

EDS e WDS

José Marques Filho

Microanálise (RX):

Análise química de um volume mínimo de material, na ordem de 1 mm³ , permitindo a identificação dos elementos químicos presentes em uma determinada região de interesse da amostra (ideal => amostra polida)

José Marques Filho

Microanálise (RX):

Espectrometria por EnergiaDispersiva de Raios- X - EDS -análise simultânea e rápida (qualitativae semi-quantitativa)

Espectrometria por Dispersão deComprimento de Onda de Raios-X -WDS - análise demorada e maisprecisa (quantitativa)

José Marques Filho

Raios-X

Elétron Retroespalhado

Elétron Secundário

Feixe Incidente

Formação dos Raios-X

José Marques Filho

Espectro de Raios-X através de EDS

-1 0 1 2 3 4 50

Energia (keV)

AuMa Ca

José Marques Filho

Difração de Raios-X

José Marques Filho

DIFRAÇÃO DE RAIOS-X

• VERIFICAÇÃO DO GRAU DE AMORFICIDADE DA

AMOSTRA

• AVALIAÇÃO SEMI-QUANTITATIVA DOS MINERAIS

PRESENTES ENTRE AMOSTRAS SEMELHANTES

• DETERMINAÇÃO DA ESTRUTURA CRISTALINA DOS

MINERAIS (e de compostos orgânicos e inorgânicos

naturais ou sintetizados)

• AVALIAÇÃO QUANTITATIVA DOS MINERAIS

• IDENTIFICAÇÃO DE FASES MINERAIS

( e de compostos orgânicos e inorgânicos naturais ou

sintetizados)

José Marques Filho

Difratômetro - Marca Siemens

José Marques Filho

ANÁLISE DA AMOSTRA

OBS: Limite de Detecção - Método usual 5%

O DETECTOR:

• tubo contendo um gás nobre (argônio ou criptônio);

•Objetivo: transformar os fótons dos Raios-X em

pulsos elétricos.

Pulsos amplificador computador

onde são processados e registrados como

DIFRATOGRAMAS

José Marques Filho

Difratômetro de Raios-X e Computador com Software para Identificação dos Difratogramas

ANÁLISE DA AMOSTRA

José Marques Filho

Tipos de amostras:

Rochas

Materiais cimentícios (cimento; escória AF)

Adições minerais e/ou pozolânicas (ex: sílica

ativa, cinza de casca de arroz, cinza volante,

metacaulim)

José Marques Filho

PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS

1 - MÉTODO DO PÓ - AMOSTRA NÃO ORIENTADA:

Pulverização em gral de ágata ou pulverização em moinho de disco orbital

Pulverização da amostra em Moinho de Disco Orbital

José Marques Filho

1 - MÉTODO DO PÓ - AMOSTRA NÃO ORIENTADA:

montagem direta no porta-amostras do difratômetro, por

pressão;

Colocação no porta-amostras

Pressão para fixação do póAmostra de pó pronta para análise

José Marques Filho

Difratograma de um Mineral Puro: Gipsita

IDENTIFICAÇÃO DE FASES MINERAIS

GIPSITA

33-0311 (*) - Gypsum, syn - CaSO4∙2H2O - Y: 13.02 % - d x by: 1. - WL: 1.54056 - Monoclinic - I/Ic PDF 1.8 -

Operations: Import

Prog. 665 - Reg. 1.0640.04 - Gesso - File: 1,0640,04.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 3.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.050 ° - Step time: 1. s - T

2-Theta - Scale

3 10 20 30 40 50 60 70

7,5683

Valores de d em Å

José Marques Filho

2 - MÉTODO DO PÓ - AMOSTRA ORIENTADA:

Pulverização, seguida de:

decantação em proveta

(segundo a Lei de Stockes)adição de defloculante

José Marques Filho

Centrifugação

José Marques Filho

Montagem em 03 lâminas orientadas / amostra

NATURAL GLICOLADA CALCINADA

José Marques Filho

Solo com mineral expansivo

Operations: Y Scale Add 1955 | Y Scale Add 1000 | Y Scale Mul 1.95

Prog. 660 - Reg. 3.0002.04 - Amostra calcinada - File: 3.0002.04C.raw

Operations: Y Scale Add 818 | Y Scale Add 1000 | Y Scale Mul 2.000

Prog. 660 - Reg. 3.0002.04 - Amostra glicolada - File: 3.0002.04G.raw

Operations: Y Scale Add 477 | Y Scale Add 500 | Y Scale Mul 1.500 |

Prog. 660 - Reg. 3.0002.04 - Amostra natural - File: 3,0002,04N.RAW -

Operations: Import

Prog. 660 - Reg. 660 - Amostra Integral - File: 3,0002,04I.RAW - Type:

2-Theta - Scale

20 40 60

14,0034

973 7,0

CLORITAC

QUARTZO / MUSCOVITA

ITA MU

INTEGRAL

NATURAL

GLICOLADA

CALCINADA

José Marques Filho

Reg. 2.0967.2003 - Prof. 3,60 a 4,00m

Op erat ion s : Y S cale M ul 1.409 | Y S cale M ul 1 .667 | Y S ca le M ul 2 .0 00 | Im por t

Pr og. 6 86 - R eg . 2.09 67 .0 3 - am os tra calc in ada - F ile: 2 ,096 7,03 _C .R AW - T ype : 2T h /T h l ocke d - S tar t: 3 .0 00 ° - End : 52 .1 50 ° - Step: 0 .0 50 ° - S te p tim e : 1. s - T em p.: 25 °C (R oom ) - T im e Started : 3 s - 2- T heta: 3.0 00 ° - T h e

Pr og. 6 86 - R eg . 2.09 67 .0 3 - -am os tr a g licol ada - Fi le: 2 ,0 96 7,03_ G.R AW - T ype: 2T h /T h l ocked - S tar t: 3 .0 00 ° - E nd : 70 .0 00 ° - Step: 0 .0 50 ° - S te p tim e : 1. s - T em p.: 25 °C (R oom ) - T im e Started: 6 s - 2-T heta: 3.00 0 ° - T h e

Pr og. 6 86 - R eg . 2.09 67 .0 3 - am os tra n atu ral - Fi le: 2 ,0 96 7,03 _N .R AW - T ype: 2 T h/T h lo cked - S tart : 3 .0 00 ° - E nd : 70 .0 00 ° - S tep : 0 .0 50 ° - S tep t im e: 1 . s - T em p .: 25 °C (R oom ) - T im e Started: 3 s - 2-T h eta: 3.00 0 ° - T h eta:

Op erat ion s : Im po rt

Pr og. 6 86 - R eg . 2.09 67 .0 3 - am os tra in te gral - F ile: 2 ,096 7,03 _I.R AW - T yp e: 2T h /T h locked - Start: 3.000 ° - En d: 7 0.00 0 ° - Step: 0.050 ° - Step ti m e: 1. s - T em p.: 2 5 °C (R oo m ) - T i m e S tar ted : 3 s - 2 -T heta: 3 .0 00 ° - T h eta:

2-Theta - Scale

3 10 20 30 40 50 60 70

7,2408

3,5898

3,3544

CAOLINITA

AILITA

Solo com argilomineral não expansivo

com colapso da estrutura da Caulinita na análise calcinada

CALCINADA

GLICOLADA

NATURALINTEGRAL

José Marques Filho

VERIFICAÇÃO DO GRAU DE AMORFICIDADE DA AMOSTRA

Difratograma de Amostra Amorfa: Pozolana - CCACinza de Casca de Arroz

Operations: Import

Prog. 636 - Reg. 1.2622.04 - amostra 2 - File: 1,2622,04_am2.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 3.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.050 ° -

2-Theta - Scale

3 10 20 30 40 50 60 70

Totalmente Amorfa

Reg. 1.2622.2004 - Am 19

14-0260 (I) - Tridymite-20H, syn - SiO2 - Y: 50.00 % - d x by: 1. - WL: 1.54056 - Hexagonal - I/Ic PDF 1. - S-Q 50.0 %

03-0267 (D) - Cristobalite - SiO2 - Y: 50.00 % - d x by: 1. - WL: 1.54056 - I/Ic PDF 1. - S-Q 50.0 %

Operations: Import

Prog. 636 - Reg. 1.2622.04 - amostra 19 - File: 1,2622,04_am19.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 3.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.050 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 6 s - 2-Theta: 3.000 ° - Theta:

2-Theta - Scale

3 10 20 30 40 50 60 70

CCA com cristobalita e tridimita

Zona de Transição

Mais Frágil

Apresenta cristais orientados com planos de clivagem bem caracterizados

Cristais grandes e com vazios

Como já está microfissurada, é necessário menor esforço para ruptura na compressào

Ruptura a tração: Fissuras se propagam mais rapidamente

Resistência Aumenta com a idade

Durabilidade afetada pelo aumento da permeabilidade

Diminuindo o diâmetro máximo pode alterar o filme de água que o envolve

José Marques Filho

REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADORecordação e Identificação

José Marques Filho

Reação Álcali-Agregado (RAA)

AGREGADOS INERTES?

Muitos minerais são instáveis em ambiente alcalino.

REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO (RAA)

Reação química que ocorre entre íons alcalinos presentes no

concreto e alguns minerais reativos.

A reação gera produtos expansivos (gel) capazes de

microfissurar o concreto, causando a perda de elasticidade,

resistência mecânica e durabilidade (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

José Marques Filho 86

JUSTIFICATIVAS

De acordo com Hasparyk (2005), após a instalação da RAA em

uma estrutura de concreto, não se conhece uma medida eficiente e

ao mesmo tempo econômica para combatê-la.

Apesar dos vários estudos desenvolvidos mundialmente, ainda

não foi definido um método rápido e eficaz para avaliar esta reação

RAA (Tiecher, 2006) . Portanto, o conhecimento dos métodos

investigativos mais empregados é imprescindível para a realização

de investigação e diagnóstico da RAA.

José Marques Filho

Mecanismo do Processo de Reação

Fonte: Ferraris (2000) apud Valduga (2002)

Sintomas:

• fissuras em forma de mapa;

• descoloração do concreto;

• deslocamentos estruturais;

• exsudação de gel sílico-alcalino.

(Paulon, 1981)

José Marques Filho

Tipos de RAA

• Reação álcali-sílica (RAS): reação que participam a sílica reativa dosagregados e os álcalis, na presença do hidróxido de cálcio originadopela hidratação do cimento, formando um gel expansivo (NBR 15577-1/2008).

• Reação álcali-silicato (RAS): é um tipo específico de reação álcali-sílicaem que participam os álcalis e alguns tipos de silicatos presentes emcertas rochas (NBR 15577-1/2008).

• Reação álcali-carbonato (RAC): reação em que participam os álcalis eagregados rochosos carbonáticos, não há formação de gel expansivoe a deterioração do concreto ocorre devida à desdolomitização darocha e o consequente enfraquecimento da ligação pasta-agregado.

José Marques Filho

Fatores Relevantes

PRINCIPAIS FATORES INTERVENIENTES :

• Teor de álcalis: consumo e equivalente alcalino do cimento, agregadoscontaminados, fontes externas e aditivos;

• Agregados: composição granulométrica e características mineralógicas(teor de agregados reativos);

• Umidade: requisito para expansão, favorece a migração dos íonsalcalinos;

• Temperatura : catalisador;

• Tensões no concreto: retarda a fissuração e reduz a expansão emdireção ao carregamento;

• Tempo.

INSPEÇÃO VISUAL “IN LOCO”É o primeiro passo para a investigação de estruturas de concretoafetadas pela RAA.

Quando há indícios da ocorrência da RAA, é necessário a realizaçãouma inspeção in situ e a extração de testemunhos de concreto paraensaios laboratoriais (ALVES et. al., 1997).

Verifica-se todas as manifestações patológicas visualizáveis, buscandocorrelacioná-las com os sintomas característicos da RAA.

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA

José Marques Filho

Características visuais

– Fissuração em mapa

– Aparecimento de borda de reação nos agregados

– Surgimento de gel na superfície

– Gel no interior dos poros com cor esbranquiçada

a caramelada

Técnicas de Inspeção e Patologia91

Borda de Reação

Gel em poro

Reação Álcali Agregado – Fissuração em Mapa

Métodos de Investigação Visual

Exsudação de GelExsudação de Gel

Fissuração em Mapa

José Marques Filho Técnicas de Inspeção e Patologia94

Borda de reaçãoAgregado com fissura

INSPEÇÃO VISUAL EM TESTEMUNHOS DE CONCRETO – MÉTODO IDC

• Índice de Deterioração do Concreto (IDC) Avalia a deterioração de

concretos afetados pela RAA.

• O índice IDC é determinado sobre a superfície polida de testemunhosde concreto, preparadas a partir de cortes longitudinais.

• O IDC é obtido pela marcação de um quadrado de lado igual a 150mm e Em seguida as amostras são analisadas ao microscópio

estereoscópico atribuindo-se pesos para cada defeitoidentificado

Após soma-se os pesos, obtendo-se o índice de deterioração(ID).

José Marques Filho

ANÁLISE PETROGRÁFICA Pode ser utilizada para rocha e para

concreto

POSSIBILITA:

• Obtenção de informações qualitativas;

• Caracterização mineralógica e textura dos agregados (VIEIRA

& OLIVEIRA, 1997);

• Identificação de fases mineralógicas reconhecidamente

instáveis (VALDUGA 2007);

• Investigação de concretos afetados pela RAA.

Microscópio Óptico de Luz Transmitida

Fotomicrografias de poro com gel

Lâminas delgadas com 30 μm de espessura

MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV) E ESPECTROSCOPIA

DE ENERGIA DISPERSIVA DE RAIOS X (EDS)

POSSIBILITA:

Investigação da morfologia através de produção de imagens com alta

resolução;

Caracterização dos elementos químicos dos produtos da RAA (MARUSIN,

1995).

Identificação precisa dos produtos da RAA, auxiliando no diagnóstico do

concreto afetado.

(a) imagem e espectro de superfície de fratura, região da argamassa (ampliação 412 X)

(b) percentual atômico

DIFRAÇÃO DE RAIOS X (DRX)

POSSIBILITA:

determinação das fases cristalinas presentes nos materiais, ela é

utilizada para obtenção de informações sobre a estrutura, composição e

estado de materiais (DAL MOLIN, 2007).

caracteriza a presença de silicatos amorfos, confirmando a presença de

géis de RAA.

MÉTODO ACELERADO DE BARRAS DE ARGAMASSA

Submissão de barras de argamassa à determinadas condições e medição de

expansões.

NBR 15577-4/08

As barras de argamassa (2,5 x 2,5 x 28,5cm) são moldadas com uma relação

água/cimento (padrão) de 0,47 e colocadas em imersão de solução alcalina

(NaOH, 1N, 80 °C).

As leituras de referência são realizadas aos 16 e 30 dias:

Expansão < 0,19% aos 30 dias → considerado potencialmente inócuo;

Expansão > 0,19% aos 30 dias → considerado potencialmente reativo;

Disposição das barras de

argamassas dentro do tanque com

a solução (NaOH, 1N a 80 °C)

Leitura de expansão em barras de

argamassa

MÉTODO ACELERADO DE BARRAS DE ARGAMASSA

POSSIBILITA:

Determinação do potencial reativo do agregado em análise com objetivo:

1) Preventivo/investigativo: agregado em análise e cimento padrão;

2) Mitigação: agregado reativo, cimentos e adições;

3) Reatividade residual: agregado já em reação e cimento padrão;

4) Pode dar resultados FALSOS POSITIVOS e FALSOS NEGATIVOS

2 16 30

Tempo (dias)

MédiaJazida

MédiaBarragem

0,10% Limite 0,19%

MÉTODO DE PRISMAS DE CONCRETO

Submissão de prismas de concreto à determinadas condições e medição

de expansões.

NBR 15577-6/08

Os prismas de concreto (7,5 x 7,5 x 28,5cm) moldados em condições

padronizadas são expostos em ambiente saturado com água à

temperatura de 38 ºC.

Leitura de referência após um anos de ensaio:

Expansão < 0,04% → o agregado é considerado potencialmente inócuo;

Expansão > 0,04% → o agregado é considerado potencialmente reativo;

MÉTODO DE PRISMAS DE CONCRETO

POSSIBILITA:

Determinação do potencial reativo do agregado em análise com

objetivo:

1) Preventivo/investigativo: agregado em análise e agregado

reativo;

2) Mitigação: agregado reativo, combinação de materiais

cimentícios.

3) Maior confiabilidade que o acelerado

DETERMINAÇÃO DE EXPANSÃO RESIDUAL EM TESTUMUNHOS DE

CONCRETO

Metodologias correspondem a adaptações das normas de

determinação da expansão em prismas de concreto e determinação da

expansão em barras de argamassa pelo método acelerado.

POSSIBILITA:

determinação de expansão residual

José Marques Filho

VISUALIZAÇÃO RAA

José Marques Filho

Patologias em Barragens 113

Reação álcali-agregado

Poros na argamassa revestido

com produto branco (6,4 X)

Microscopia Ótica

As análises microscópicas petrográficas

do agregado e das barras de argamassa

são obtidas com auxílio do microscópio

estereoscópico (amostra em superfície

plana semi-polida) e complementado por

análise ao microscópio polarizador de

luz transmitida (em lâmina delgada).

Microscopia Ótica

Poro próximo ao agregado

revestido com produto branco

(16,0 X)

Reação Álcali Agregado

José Marques Filho

Microscopia Ótica

Faixa quartzosa (1) no contato entre o mármore (à esquerda) e o calcário (à direita). Cristais de quartzo estirados com extinção

ondulante (2), calcário arenoso (3); lente de quartzo e mármore calcítico (4) com cristais bem desenvolvidos de calcita (5) e quartzo (6).

Imagem ao microscópio ótico; nicóis cruzados; aumento de 25x.

José Marques Filho

Poro Preenchido com Gel

Gretado Botrioidal

(800 X)

Gel Maciço Gretado no Poro

(450 X)

Poro com Gel Maciço

Próximo ao Agregado

(280 X)

Poro com Produto na Forma

Rendada

(2.200 X)

Gel Amorfo no Poro

(2.600 X)

Produto Cristalizado (C)

entre Agregados (A)

(6.900 X)

José Marques Filho

ETRINGITA TARDIA E SECUNDÁRIA

Recordação e Identificação

(trisulfoaluminato de cálcio)

ETRINGITA DE HIDRATAÇÃO

A etringita é conhecida como o primeiro

hidrato a se formar quando o cimento

entra em contato com a água, sendo um

produto de hidratação normal de ser

encontrado em concretos.

Este produto é responsável pelo

enrijecimento (perda de consistência) e

início da pega (solidificação dada pela

C3A) da pasta.

MEV- 7.000X – cristais aciculares de etringita

C3A (aluminato tricálcico) + CaSO4 (gesso) + H2O => C6AS3H32

Formação de Etringita Secundária ou Tardia

reduzir a solubilidade do C3A, caso

contrário as fases aluminatos se

formariam rapidamente endurecendo o

concreto nas primeiras horas, evitando a

praticidade de sua utilização;

Aumenta a solubilidade dos silicatos

(pela presença do SO4), acelerando a

velocidade de hidratação da fase C3S,

que contribui para o final da pega.

Motivo do uso do gesso (regulador de pega):

Retarda pega causada pelo C3A e acelera a pega causada pelo C3S:

Fissuras Posteriores ao EndurecimentoFormação de Etringita

ETRINGITA CLÁSSICA - SECUNDÁRIA:

Uma outra possibilidade, de acordo com

Mehta & Monteiro e Neville, é que este

produto (a etringita) possa ser formado

em concretos, já no estado endurecido,

quando do ataque externo por sulfatos

de cálcio que podem estar presentes em

solos ou águas freáticas.

ETRINGITA CLÁSSICA - SECUNDÁRIA:

Segundo Mehta & Monteiro, há uma

concordância geral que as expansões no

concreto relacionadas aos sulfatos são

associadas à formação da etringita e apesar

dos mecanismos de expansão não estarem

bem definidos, acredita-se que esta expansão

possa estar associada ao crescimento de seus

cristais ou à adsorção de água deste produto

em meio alcalino.

Outro produto que também pode ser

formado e causar expansões a partir de um

ataque por sulfatos é a gipsita. Amostra polida - interface/poro

José Marques Filho

ETRINGITA SECUNDÁRIA:

MEV - Finas placas de monosulfato de cálcio

Concretos que utilizarem cimentos com

elevados teores de C3A estão sujeitos a

formação de monosulfatos.

Alguns dias após a hidratação do cimento,

acaba o gesso (CaSO4), fazendo com se

processe a reação:

C3A + etringita (fornece S) => monosulfato

(fase instável) C4ASH18

MEV - Finas placas de monosulfato de cálcio

Concretos que utilizarem cimentos com

elevados teores de C3A estão sujeitos a

formação de monosulfatos.

Alguns dias após a hidratação do cimento,

acaba o gesso (CaSO4), fazendo com se

processe a reação:

C3A + etringita (fornece S) => monosulfato

(fase instável) C4ASH18

O ataque pode ocorrer quando há

formação de monosulfato (cimentos

c/ elevados teores de C3A).

O monosulfato C4ASH18 (fase

instável) em presença de uma fonte

externa à pasta de sulfatos (SO4

=> etringita C6AS3H32

José Marques Filho

CASOS REAIS – EDIFÍCIOS EM RECIFE – PROF. TIBÉRIO

José Marques Filho

Introdução

Em setembro de 2005, após uma escavação para

dar acessibilidade do edifício principal para o edifício

anexo, recém construído, foi observado um quadro

fissuratório intenso em um dos blocos de fundação

do edifício principal.

Após a constatação do fato, foram escavados outros

blocos, os quais apresentaram manifestações

patológicas similares.

José Marques Filho

Características Gerais

Pavimentos : 13

Idade aproximada da fundação: 12 anos;

Fundação profunda, empregando blocos de geometrias diversas, com estacas pré-fabricadas centrifugadas;

Cargas elevadas nos blocos de fundação em função dos vãos existentes;

Resistência característica à compressão da estrutura de concreto de 18 MPa;

Laje armada sobre a maioria dos blocos restringindo a expansão da face superior horizontal;

Alta umidade do solo na época da inspeção.

José Marques Filho

Índice de fissuração

Bloco Expansão

1 2 3 4 Média

Vertical 6,39 3,54 6,18 3,38 4,87

Horizontal 1,65 0,77 1,54 1,61 1,39

Vertical 13,42 16,15 13,90 11,90 13,84

Horizontal 3,02 4,42 3,53 2,00 3,24

03Vertical 13,62 16,25 13,90 9,56 13,33

Horizontal 3,03 4,42 3,53 2,23 3,30

José Marques Filho

Ensaios

Extração de testemunhos– Avaliação da profundidade e da direção das fissuras e

trincas no interior dos blocos;

– Análise petrográfica do concreto;

– Resistência à compressão;

– Resistência à tração na compressão diametral;

– Módulo de elasticidade;

Ensaio acelerado das barras de argamassa do agregado graúdo extraído dos testemunhos;

Percentual do teor álcalis solúveis no concreto

José Marques Filho

Ensaio petrográfico

Agregado graúdo– Tipo de Rocha : Metamórfica

– Class. petrográfica: Milonito

– Textura : Milonítica

– Minerais reativos :

Quartzo deformado com extinção ondulante, quartzo recristalizado e quartzo fino.

– Reatividade Potencial: Ag. reativo

– Provável pedreira:

A mais reativa no estudo de identificação do potencial de reatividade dos agregados da RMR

José Marques Filho

Fotomicrografia do agregado, onde pode ser vista a textura fina dos grãos

José Marques Filho

Ensaios mecânicos

Resistência à compressão

Dados Bloco

N° de testemunhos 13 08

Res. Média (MPa) 25,0 23,8

Desvio padrão (MPa) 4,0 4,8

Res. Média estimada aos 28

19,4 18,9

CEB FIP MODEL CODE (1990)

José Marques Filho

Ensaios mecânicos

Res. à tração na

compressão

diametral

Res.à tração na

compressão

diametral

estimada

F3-A 1,8 2,9 62

F6-A 2,1 2,9 72

F3-B 1,8 2,8 64

DAL MOLIN (1995)

Res. à tração na compressão diametral

José Marques Filho

Ensaios mecânicos

BLOCOfck

Resistência à

compressão

média (MPa)

Módulo

tangente

médio

BP 12 18,0 23,7 12,8

BP 22 18,0 26,8 14,5

O valor obtido é cerca de 57% do estimadopela NBR 6118/03

Módulo de deformação

José Marques Filho

Ensaio de expansão (ASTM C 1260)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Agregado graúdo extraído dobloco

José Marques Filho

OUTROS EDIFÍCIOS EM RECIFE

José Marques Filho

Edifício comercial no

centro da cidade

Idade: 25 anos

abril de 2005

José Marques Filho

Edifício residencial

Idade: 10 anos

Setembro de 2005

José Marques Filho

Pavimentos : 24 (projeto);

Edifício paralisado na 10ª laje, apenas com a

alvenaria de periferia;

Estimativa de que apenas 20% da carga total está

solicitando a fundação;

Fundação profunda (18 blocos com estacas Franki);

Armadura inferior dos blocos (tirantes), com

ancoragem até 2/3 da altura dos blocos;

Inexistência de armadura superior (malha);

Não foi observado problemas no dimensionamento

dos blocos;

José Marques Filho

Fundação submersa ao longo dos 10 anos de

paralisação (condição crítica);

Resistência do concreto compatível com fck

dos blocos;

Intensidade variada do quadro fissuratório, em

função das datas de concretagem e da usina

concreto.

José Marques Filho

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