UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIAESCOLA POLITCNICADEPT DE ENGENHARIA AMBIENTAL - DEA

MESTRADO PROFISSIONAL EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NO PROCESSO PRODUTIVO

JOS MARCLIO LADEIA VILASBOAS

DURABILIDADE DAS EDIFICAES DE CONCRETO ARMADO EM SALVADOR: UMA CONTRIBUIO PARA A IMPLANTAO DA NBR 6118:2003

SALVADOR 2004

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JOS MARCLIO LADEIA VILASBOAS

DURABILIDADE DAS EDIFICAES DE CONCRETO ARMADO EM SALVADOR: UMA CONTRIBUIO PARA AIMPLANTAO DA NBR 6118:2003

Dissertao apresentada ao curso de Mestrado Profissional em Gerenciamento e Tecnologia Ambiental no Processo Produtivo, Escola Politcnica, Universidade Federal da Bahia, como requisito parcial para obteno do grau de Mestre. Orientador: Prof. Dr. Sandro Lemos Machado Co-orientador: Prof. MSc. Adailton de Oliveira Gomes

Salvador 2004

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V697d Vilasboas, Jos Marclio Ladeia Durabilidade das edificaes de concreto armado em Salvador: uma contribuio para a implantao da NBR 6118:2003. / Jos Marclio Ladeia Vilasboas. --- Salvador-BA, 2004. 229p. il.; color. Orientador: Prof. Dr. Sandro Lemos Machado. Co-orientador: Prof. MSc. Adailton de Oliveira Gomes. Dissertao (Mestrado em Gerenciamento e Tecnologias Ambientais no Processo Produtivo) Departamento de Engenharia Ambiental, Universidade Federal da Bahia, 2004. Referncias e Apndices. 1. Materiais de construo (Concreto). 2. Resistncia de materiais 3. Concreto armado. 4. Estruturas de concreto 5. Proteo Ambiental I.Universidade Federal da Bahia. Escola Politcnica. II. Machado, Sandro Lemos III. Ttulo. CDD 693

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Margareth, Danilo e Marcelo Os raios solares que compem a Natureza produzem grandes benefcios ao nosso Planeta, dentre os quais se destaca o seguinte exemplo para a humanidade: embora estes no sejam o Sol, contm a essncia desta grande Estrela. Esta analogia aplica-se, em especial, a cada um de vocs que uma extenso do Criador, responsvel pela harmonia, felicidade, sabedoria, crescimento e transformao, requisitos indispensveis formao do homem.

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AGRADECIMENTOS

A Deus, Legislador do Universo. Ao professor Sandro Lemos Machado, pela esplndida orientao, apoio permanente, estmulo e criatividade demonstrados em todas as fases deste trabalho. Ao colega e professor Adailton de Oliveira Gomes, pela maturidade e experincia evidenciadas na funo de co-orientador. Ao TECLIM, por ter permitido realizar um sonho, que me possibilitou estudar o concreto considerando o meio ambiente. Petrobras, pelo apoio bibliotecrio e contribuio financeira dispensados, destacando-se a participao dos colegas Antnio Srgio Oliveira Santana e Ana Maria Casqueiro Andres. UCSAL, pelo apoio concedido. CONCRETA, em especial aos seus diretores e engenheiros Minos Trcoli de Azevedo e Vicente Mrio Visco Mattos, entusiastas das atividades de pesquisa no ramo da tecnologia de concreto. Aos amigos Antnio Srgio Ramos da Silva, Carlos Roberto Cardoso Rodrigues e arquiteta Olga Lcia Barbosa, pela realizao dos ensaios laboratoriais e disponibilidade de dados relativos s obras recuperadas nesta capital. Ao professor Ney Luna Cunha, pelos ensinamentos terico-prticos na disciplina Materiais de Construo. s empresas de servios de concretagem, pelas informaes tcnicas fornecidas. Aos engenheiros estruturalistas, que contriburam significativamente na pesquisa efetuada. professora Ana Carla Martins Passos, pelos ensinamentos prticos da lngua inglesa. Aos colegas da Petrobras, pelo clima de boa convivncia e amizade. s amigas e professoras Maria Regina Valois e Maria Jos Lordelo, que efetuaram a reviso desta obra. Aos meus pais, que me ensinaram a estudar com prazer. minha esposa, Margareth, e aos meus filhos Danilo e Marcelo, pela pacincia, apoio contnuo e participao durante toda essa trajetria. Finalmente, a todos aqueles que, direta e indiretamente, contriburam para o xito deste trabalho.

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O mundo cheio de portas, oportunidades e cordas tensas que aguardam que as toquemos (Ralph Waldo Emerson). Jamais descobriramos alguma coisa se nos contentssemos com o que est descoberto. (Sneca) As idias acendem umas s outras como centelhas eltricas. (J.J.Engel) A vida o resultado do contato do organismo com o ambiente. (Nathaniel Hawthorne)

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RESUMO Com a publicao das normas NBR 6118:2003 e NBR 14931:2003, espera-se que aes concernentes durabilidade das estruturas sejam implementadas desde a elaborao do projeto at a fase de uso e manuteno das instalaes. O estado de degradao atual das edificaes atesta o quanto necessrio um enfoque mais incisivo sobre esta propriedade. O presente trabalho tem como objetivo analisar como a aquisio do concreto feita junto aos fornecedores, alm de propor melhorias que podem ser implementadas nesta fase, decorrentes das recentes recomendaes prescritas em normas brasileiras. Em funo disto, encontram-se descritos os requisitos a ser atendidos pelos projetistas, quando da especificao do concreto, bem como os cuidados relacionados s etapas de produo deste material, por parte do construtor. Adicionalmente, foram identificadas as principais patologias nas estruturas de concreto das edificaes situadas em Salvador, com as suas provveis causas e freqncias, alm de associ-las s fases do processo construtivo e aos locais de implantao de obras. Em funo de a durabilidade depender das camadas superficiais do concreto da estrutura, foram efetuados ensaios de penetrao de gua em corpos-de-prova, com a finalidade de averiguar a influncia da consistncia, relao gua-cimento e consumo de cimento na permeabilidade do material. Com o propsito de identificar as reas de Salvador expostas ou no ao da nvoa salina, apresentado, como sugesto, um mapa que expressa a correlao entre as diferentes classes de agressividade ambiental e os bairros dessa capital. Palavras-chave: Engenharia Ambiental; Durabilidade; Concreto; Proteo Ambiental.

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ABSTRACT With the publication of the Registered Brazilian Norms 6118:2003 and 14931:2003, it is expected that the actions concerning to the durability of concrete structures would be implemented since the elaboration of the project until the phase of use and maintenance of the installations. The current degradation condition of the buildings proves how much it is necessary a more incisive approach about this property. This work aims to analysing how the acquisition of the concrete is being made beside the suppliers. Moreover, it proposes improvements which can implement this phase of purchase. These improvements are results from the recent recommendations prescribed by the Brazilian Norms. Due to this reason, this study describes the requirements to be attended by the designers when the specification of the concrete should be done, as well as the cares the builder should have in relation to the stages of production of the mentioned material. In addition, this study identified the principal pathologies in the concrete structures of the buildings located in Salvador, presenting their probable causes and frequencies. These principal pathologies were also associated to the phases of the process of building and to the places in which occurred the implementation of the constructions. Once the durability depends on the superficial layers of the concrete, water penetration tests were carried out in samples of concrete looking forward to check the influence of the consistence, the water/cement ratio and the consumption of cement in the permeability of the material. With the intention of identifying the areas of Salvador exposed or not to the effects of the marine environment, this work presents, as suggestion, a map which expresses the correlation between the different levels of environmental aggressiveness and the districts of this capital . Key Words: Environmental Engineering; Durability; Concrete; Environmental Protection.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 - Causas de defeitos em edificaes Figura 2.1 - Agentes fsicos da degradao do concreto Figura 2.2 - Agentes qumicos da degradao do concreto Figura 2.3 - Processo eletroqumico da corroso do ao no processo mido permevel Figura 2.4 - Esquema de variao do teor crtico de cloretos em funo da qualidade do concreto e umidade do ambiente Figura 2.5 - Origem dos problemas patolgicos com relao s etapas de produo e uso das obras civis Figura 2.6 - Valores de espessura de comprimento mnimo de armaduras, conforme vrias normas Figura 2.7 - Influncia de cantos e bordas externos na penetrao de substncias agressivas Figura 2.8 - Diagrama ilustrativo de como a microestrutura, condies prvias de exposio e condicionantes do processo de fabricao do agregado determinam as suas caractersticas e como estas afetam o trao e as propriedades do concreto fresco e endurecido Figura 2.9 - Influncia da velocidade e temperatura do ar e do concreto sobre a evaporao da gua do concreto Figura 2.10 - Durao mnima em dias do tratamento de cura segundo a temperatura e umidade relativa do ar Figura 2.11 - Representao esquemtica da situao-problema Figura 2.12 - Evoluo dos custos de interveno em funo da fase da vida da estrutura Figura 3.1 - Esquema do sistema utilizado no ensaio de penetrao de gua Figura 3.2 - Registro do ensaio de penetrao de gua em 06 corpos-de-prova Figura 4.1 - Responsabilidades pelo preparo, controle e recebimento do concreto Figura 4.2 - Fluxograma a ser utilizado na especificao do concreto, para os casos em que no h ensaios comprobatrios de desempenho de durabilidade Figura 4.3 - Percentagem das causas das patologias das edificaes soteropolitanas

20 26 27 51 55 61 64 68 76

107 109 123 125 135 135 139 143 151

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Figura 4.4 - Origem dos problemas patolgicos com relao s etapas de produo e uso das obras civis (proposta no formulrio de pesquisa) Figura 4.5 - Opinio dos projetistas sobre a distribuio percentual mostrada na figura 4.4 Figura 4.6 - Ordem de gravidade das falhas identificadas no planejamento Figura 4.7 - Ordem de gravidade das falhas identificadas em projeto Figura 4.8 - Ordem de gravidade das falhas identificadas em materiais Figura 4.9 - Ordem de gravidade das falhas identificadas na execuo Figura 4.10 - Ordem de gravidade das falhas cometidas no uso Figura 4.11- Distribuio percentual faz falhas graves nas etapas de construo Figura 4.12 - Distribuio percentual faz falhas menos graves nas etapas de construo Figura 4.13 - Distribuio percentual das patologias encontradas Figura 4.14 - Resultados obtidos das anlises realizadas com o uso da equao 4.1 Figura 4.15 - Resultados obtidos das anlises aps a juno dos bairros de Graa e Barra e Federao e Ondina Figura 4.16 - Influncia do fator de renda no nmero de obras de recuperao realizadas Figura 4.17 - Comportamento da salinidade em funo da distncia costa martima Figura 4.18 - Perfil de concentrao de cloretos em funo da distncia em relao ao mar Figura 4.19 - Mapa de Salvador, caracterizado por zonas e suas classes de agressividade ambiental Figura 4.20 - Curva granulomtrica da areia Figura 4.21 - Curva granulomtrica do agregado grado Figura 4.22 - Variao da penetrao de gua com o consumo de cimento para os casos de relao gua-cimento constante e ndice de consistncia constante Figura 4.23 - Variao da carga passante com o consumo de cimento para os casos de relao gua-cimento constante e ndice de constante Figura 4.24 - Correlao entre a resistncia compresso de concretos e a

153 153 157 158 158 159 159 160 160 164 174 177 177 182 184 187 190 191 193 194 195

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relao gua-cimento (abatimento de 18030mm) Figura 4.25 - Correlao entre a resistncia compresso de concretos e a relao gua-cimento (abatimento de 10020mm) Figura 4.26 - Correlao entre a resistncia compresso de concretos e a relao gua-cimento (abatimento de 3010mm) Figura 4.27 - Relao entre profundidade de penetrao e coeficiente de permeabilidade obtida por Sallstrom 195 196 197

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LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 - Requisitos de concretagem em temperaturas adversas Tabela 2.2 - Efeito de alguns produtos qumicos comuns sobre o concreto Tabela 2.3 - Requisitos para o concreto exposto aos sulfatos Tabela 2.4 - Caracterizao dos graus de severidade de ataque dos concretos expostos aos sulfatos Tabela 2.5 - Srie eletroqumica dos metais (potenciais normais de eletrodo) Tabela 2.6 - Tabela prtica de nobreza em gua do mar Tabela 2.7 - Classificao da agressividade de ambientes Tabela 2.8 - Teor limite de cloretos propostos por diversas normas Tabela 2.9 - Mtodos complementares de proteo das armaduras Tabela 2.10 - Cobrimentos mnimos, em milmetros, conforme a norma EH-88 Tabela 2.11 - Atribuies normativas do responsvel pelo projeto estrutural Tabela 2.12 - Lista de ensaios prescritos na NBR 12654:1992 relativos ao cimento Tabela 2.13 - Limites de substncias deletrias nos agregados para concreto Tabela 2.14 - Requisitos da NBR 6118:1982 relativos ao amassamento Tabela 2.15 - Aditivos comumente empregados em concretos Tabela 2.16 - Teores limites de cloretos, propostos por normas brasileiras Tabela 2.17 - Tempos mnimos de mistura propostos por normas americanas Tabela 2.18 - Maiores dimenses das partculas susceptveis de entrarem em vibrao em funo da freqncia com que so solicitadas Tabela 2.19 - Tempos mnimos de cura, em ambientes marinhos, para os diferentes tipos de cimento Tabela 2.20 - Influncia da idade no coeficiente de permeabilidade de uma pasta com A/C= 0,70 Tabela 2.21 - Classes de agressividade ambiental

31 39 42 44 49 50 54 56 60 65 66 73 81 82 88 90 93 101 104 116 118

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Tabela 2.22 - Correspondncia entre classe de agressividade e qualidade do concreto Tabela 2.23 - Correspondncia entre classe de agressividade ambiental cobrimento nominal (com tolerncia de execuo de 10mm) Tabela 3.1 - Levantamento geral dos dados fornecidos pelos projetistas de estruturas Tabela 3.2 - Caractersticas fsicas e mecnicas do cimento (CPII- F 32) estudado Tabela 3.3 - Caractersticas fsicas dos agregados estudados Tabela 3.4 - Plano de ensaios em concretos Tabela 4.1 - Resultados, em MPa, obtidos em ensaios realizados para determinao de resistncia compresso, aos 28 dias Tabela 4.2 - Atribuies das partes interessadas referentes durabilidade e o controle tecnolgico do concreto Tabela 4.3 - Correspondncia entre as causas dos fenmenos patolgicos nas estruturas e as fases do processo de construo Tabela 4.4 - Distribuies percentuais das patologias associadas s fases de construo, apresentadas na tabela 4.3 e figura 4.4 Tabela 4.5 - Correlao entre o n de obras com patologias e as fases de construo Tabela 4.6 - Identificao de obras com causa nica de patologia Tabela 4.7 - Levantamento de obras cujas causas das patologias foram, pelo menos, os cobrimentos de armadura insuficientes devido ao projeto e a execuo Tabela 4.8 - Levantamento de obras com causas diversas de patologias Tabela 4.9 - Causas das patologias identificadas pela empresa de recuperao de estruturas Tabela 4.10 - Levantamento e localizao das obras diagnosticadas pelos projetistas e empresa de recuperao Tabela 4.11- Levantamento das obras estudadas que apresentaram, pelo menos, como causa de suas patologias o pedido do concreto ou especificao deste em projeto Tabela 4.12 - Relao entre o nmero de casos com patologias e as caractersticas dos bairros Tabela 4.13 - Resumo dos dados obtidos aps a juno dos bairros Barra e Graa e Ondina e Federao

119 120 131 132 132 133 146 147 155 156 163 165 166 168 170 171 171

173 176

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Tabela 4.14 - Resumo dos dados corrigidos aps a considerao da influncia do fator renda Tabela 4.15 - N previsto de ocorrncias para os demais bairros no contemplados na pesquisa Tabela 4.16 - Deposio seca de cloreto na vela mida (perodo de 15/08/2000 a 23/01/2001) Tabela 4.17 - Taxas de deposio seca de cloretos pelo mtodo da vela mida Tabela 4.18 - Classificao da agressividade ambiental em funo do n de obras com patologias Tabela 4.19 - Dados dos pedidos de concreto relativos zona urbana Tabela 4.20 - Dados dos pedidos de concreto relativos zona industrial Tabela 4.21 - Ensaios fsicos do cimento utilizado (CPII-F32) Tabela 4.22 - Ensaio de resistncia compresso do cimento (NBR 7215) Tabela 4.23 - Ensaios de caracterizao da areia Tabela 4.24 - Caractersticas do agregado grado Tabela 4.25 - Dados sobre os concretos no estado fresco Tabela 4.26 - Resultados dos ensaios de absoro, resistncia compresso e penetrao de gua em concretos Tabela 4.27 - Correlao entre a penetrao de gua com o coeficiente de permeabilidade Tabela 4.28 - Profundidades tpicas de penetrao de gua em estruturas do Mar Norte

178 179 183 184 186 188 188 189 189 190 191 192 196 197 198

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SUMRIO

1 INTRODUO 2 DURABILIDADE 2.1 AES AGRESSIVAS AO CONCRETO 2.1.1 Causas fsicas 2.1.2 Causas qumicas 2.2 PARMETROS DE PROJETO 2.3 ESPECIFICAO DO CONCRETO 2.3.1 Caracterizao do pedido do concreto 2.4 INFLUNCIA DA MATRIA-PRIMA 2.4.1 Cimento 2.4.2 Agregados 2.4.3 gua 2.4.4 Aditivos 2.5 INFLUNCIA DAS ETAPAS DE FABRICAO DO CONCRETO 2.5.1 Transporte e armazenamento dos agregados 2.5.2 Amassamento 2.5.3 Transporte 2.5.4 Lanamento 2.5.5 Adensamento 2.5.6 Cura 2.5.7 Forma 2.5.8 Armaduras 2.5.9 Dispositivos ou espaadores 2.6 INFLUNCIA DA CAPILARIDADE E IMPERMEABILIDADE DO CONCRETO

17 24 24 28 35 61 69 70 71 72 74 82 84 91 91 91 95 97 100 103 109 111 113 113

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2.6.1 Movimento da gua no concreto 2.6.2 Recomendaes para permeabilidade do concreto. diminuir a capilaridade e a

114 117 117 118 121 127 137 137

2.7 ASPECTOS NORMATIVOS BRASILEIROS 2.7.1 Anlise das Atribuies Normativas 2.8 IMPORTNCIA OU IMPACTO DO PROBLEMA 3 MATERIAIS E MTODOS 4 RESULTADOS OBTIDOS E ANLISES 4.1 IDENTIFICAO DE MELHORIAS QUE PODERO SER IMPLEMENTADAS NO PEDIDO DO CONCRETO, DECORRENTES DAS RECOMENDAES DA NBR 6118: 2003 E DA NBR 14931:2003. 4.2 RECOMENDAES EXTRADAS DE REALIZADAS EM ARTIGOS E LIVROS TCNICOS CONSULTAS

148 151 169 172

4.3 ANLISE E RESULTADOS DA PESQUISA EFETUADA JUNTO AOS ESTRUTURALISTAS BAIANOS 4.4 ANLISE E RESULTADOS DA PESQUISA EFETUADA JUNTO A UMA EMPRESA DE RECUPERAO DE ESTRUTURAS 4.5 ANLISE DA CLASSIFICAO DA AGRESSIVIDADE AMBIENTAL DOS BAIRROS LOCALIZADOS NA ZONA URBANA, EM FUNO DO NMERO DE OBRAS INFORMADAS PELOS PROJETISTAS E PELA EMPRESA DE RECUPERAO. 4.6 ANLISE DOS DADOS OBTIDOS JUNTO A FORNECEDORES DE CONCRETO PR-MISTURADO. 4.7 ANLISE E RESULTADOS PERMEABILIDADE DO CONCRETO 5 CONSIDERAES FINAIS 5.1 CONSIDERAES SOBRE NORMAS RECENTEMENTE PUBLICADAS E RECOMENDAES EXTRADAS DA LITERATURA TCNICA. 5.2 CONSIDERAES SOBRE AS PESQUISAS EFETUADAS JUNTO AOS PROJETISTAS, EMPRESA DE RECUPERAO DE ESTRUTURAS E FORNECEDORES DE CONCRETO 5.3 CONSIDERAES SOBRE O ESTUDO DA PERMEABILIDADE DO CONCRETO DO ESTUDO DA

188 189 199 199

201

203

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5.4 SUGESTES PARA TRABALHOS COMPLEMENTARES REFERNCIAS APNDICE

204 206 211

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CAPTULO 1

1.

INTRODUO

Os materiais utilizados na construo civil esto sujeitos ao de tenses e ao de meteorizao, no seu sentido mais geral, do meio ambiente, sendo necessrio que se definam a natureza e a intensidade das aes para que se determine a composio adequada do concreto a ser empregado.As aes do meio ambiente, designadas de modo muito geral por meteorizantes, so devidas a agentes climticos (temperatura e umidade, compreendendo aes de alternncias de temperaturas que provocam o congelamento e descongelamento da gua no interior do material, ciclos de molhagem e secagem, efeitos da radiao solar, efeitos fotoqumicos, etc.), a agentes qumicos (presena de ons agressivos ao concreto armado no meio fluido que o envolve), criptogmicos (como bactrias, fungos, etc., que segregam substncias qumicas que corroem o concreto armado), roedores marinhos que o desgastam, etc. (COUTINHO, 1974, p. 319).

De maneira geral, consideram-se as seguintes aes como primordiais no comportamento das propriedades mecnicas e no desempenho, a longo prazo, do concreto armado: a) variaes de temperatura; b) variaes de umidade; c) velocidade e direo dos ventos; d) ao dos gases e vapores corrosivos da atmosfera; e) ao corrosiva das guas de contato; f) ao de agentes bacteriolgicos; g) intensidade e tipo de aes mecnicas. A durabilidade do concreto normalmente assegurada pela baixa permeabilidade, uma vez que os agentes agressivos no penetram na massa, nem atingem a armadura. Entre os agentes atmosfricos que podem levar a reaes indesejveis est o CO2 do ar, que provoca a carbonatao, reduzindo o pH do concreto e expondo a armadura corroso. Vale destacar que a regio soteropolitana, alm de situar-se em zona de influncia martima, apresenta ambientes com alta umidade relativa, favorecendo aos fenmenos da despassivao da armadura por carbonatao e pela presena do elevado teor do on cloro. Segundo Warneck

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(apud COSTA, 2001, p.14), uma das piores combinaes para a durabilidade dos materiais, referida em todas as pesquisas, a de uma atmosfera industrial-marinha com um clima de alta umidade, o que ocorre em quase todas as grandes cidades litorneas do pas e, em particular, nas cidades do estado da Bahia. E ainda, o cimento pode ser escolhido de forma a resistir a certos agentes como: - sulfatos cimento de resistncia a sulfatos. - agregados reativos cimento com pozolanas, baixo teor de lcalis. - desprendimento de calor cimento com baixo calor de hidratao. Uma menor permeabilidade pode ser conseguida com uma relao gua-cimento baixa e execuo cuidadosa. Essa relaciona-se com a porosidade da pasta que tanto menos porosa for, menos permevel ser e, por conseguinte, o concreto. A porosidade da pasta depende da relao gua-cimento e do seu grau de hidratao. A relao gua-cimento define a estrutura da pasta. Quanto menor esta relao mais prximos estaro os gros de cimento uns dos outros e, portanto, menor a porosidade da pasta. Pode-se dizer, tambm, que como os produtos da hidratao dos concretos ocupam um volume maior do que o cimento anidro, a porosidade diminui medida que a hidratao evolui. Portanto, a permeabilidade do concreto diminui com o aumento da relao gua-cimento e com a evoluo da hidratao, ou seja, com a idade do concreto. O parmetro (gua-cimento) deve ser escolhido com base na durabilidade e resistncia mecnica indicadas para a estrutura. A durabilidade requerida comandada pelas condies de exposio, e a resistncia dependente do carregamento previsto. Um concreto de resistncia razovel, devidamente preparado, comumente durvel em condies normais. Contudo, h de se considerar que, em situaes onde uma resistncia alta no for necessria e as condies sejam de tal forma que a durabilidade seja considerada o requisito mais importante, ser esta propriedade que ir determinar a relao gua-cimento. O interesse principal dos projetistas de estruturas de concreto tem sido as caractersticas de resistncia dos materiais. Conforme relatado por Metha e Monteiro (1994), contudo, os custos de reparos e substituies em estruturas, devido s falhas de durabilidade dos materiais, tm se tornado fator substancial do oramento total das construes.

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Nos ltimos anos, o crescimento no custo de reposio de estruturas de concreto e a nfase crescente no custo do ciclo de vida, ao invs do custo inicial, esto forando os engenheiros a tomarem conscincia das aes dos fatores ambientais. Nessa perspectiva, h a compreenso de que existe uma estreita relao entre a durabilidade dos materiais e a harmonia com o meio ambiente. A conservao de recursos atravs da produo de materiais mais durveis , sobretudo, uma medida com carter ecolgico. Cada vez mais, esto sendo levadas em considerao as propriedades que influenciam a sade do homem, tais como vapores txicos ou a radiao, associados produo e uso de um material. Embora considerando que, adequadamente dosado, transportado, lanado e curado, o concreto possua uma boa capacidade de resistir, na maioria dos casos, s influncias ambientais, falhas prematuras nas estruturas de concreto realmente ocorrem e proporcionam lies valiosas para o controle dos fatores responsveis pela falta de durabilidade. Inmeras so as causas que podem motivar a enfermidade das estruturas, destacando, contudo, s relacionadas ao projeto, execuo ou manuteno. fato conhecido, desde a remota Antiguidade at as obras marcantes de nossa engenharia, que o sucesso das construes depende fundamentalmente do conhecimento, habilidade e experincia da equipe envolvida, aproximando ao mximo, o projeto e a execuo de uma obra. Dessa forma, o clculo estrutural e o detalhamento do projeto devem estar intimamente relacionados com a tecnologia dos materiais e os processos construtivos, o que viria reduzir, em grande parte, os defeitos e deteriorao das construes com estrutura de concreto. Conforme Clmaco (1991, p.17) e de acordo com a figura 1.1, pode-se observar que os defeitos de projeto so 14% menos freqentes que aqueles da construo, mas o custo de reparo equivalente, e que erros de clculo no so freqentes (3%), todavia seu custo significativo (13%). Acrescenta tambm que 65% dos defeitos tornam-se aparentes dentro de at trs anos aps o trmino da obra e conclui-se assegurando que a durabilidade de uma estrutura no um conceito que pode ser tratado de forma isolada, mas decorre de todos os aspectos tecnolgicos. Enfim, de um entendimento real dos objetivos do projeto, caractersticas dos materiais empregados e prticas construtivas. Segundo o autor, os dados foram retirados de um levantamento de 10.000 casos de defeitos em construes, realizado para uma empresa seguradora na Frana no perodo de 1968-1978. Apesar de no serem muito recentes e, guardados as devidas reservas quanto s diferenas naturais entre pases,

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estes dados podem fornecer valiosas informaes sobre as causas mais freqentes de deteriorao das edificaes.

60% 40% 20% 0% 100% 43% 37% 43%

(a) Causas de defeitos 51% Custos de reparo Freqncia de ocorrncia

6% 4,5% ProjetoConstruo

8% 7,5%Manuteno

Materiais

(b) Erros de projeto78%

60% 20%18% 14%

59%

Custos de reparo Freqncia de ocorrncia

10% Detalhamento

5%

13%

3%

Concepo 30% 20% 10% 0%11%

Materiais

Clculo

(c) Defeitos nos primeiros 10 anos24% 16% 14% 9% 8% 6% 5% 3%

Custos de reparo

2%

1%

0

1

2

4 5 7 3 6 Anos (0 = durante a construo)

8

9

10

Figura 1.1 Causas de defeitos em edificaes

O pedido do concreto feito pelos contratantes aos fornecedores no tem, na maioria das vezes, acarretado a este material um bom desempenho em relao aos requisitos de resistncia mecnica e durabilidade, quando exposto a condies que possam reduzir a sua vida til. Em conseqncia, as estruturas de concreto industrial ou marinho tm sofrido danos e modificaes que alteram e diminuem a segurana e estabilidade das obras. Estes efeitos no somente impedem, ao longo do tempo, a manuteno e o bom desempenho das caractersticas estruturais estabelecidas em projeto, como acarretam ao proprietrio custos elevados na implantao de medidas corretivas. Salienta-se que estes custos crescem exponencialmente quanto mais tarde for essa interveno (COMIT..., 2003, p.16). O cenrio atual da aquisio do concreto descrito neste trabalho, onde demonstrado como o no atendimento aos requisitos de durabilidade pode ocorrer. Nos casos em que a relao gua-cimento necessria para atender a durabilidade for inferior requerida para garantir a

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resistncia mecnica, o pedido do concreto, feito apenas com base na classe de resistncia, propiciar estruturas que no atendero s condies ambientais. Considerando as atribuies do contratante dos servios de concretagem explicitada na NBR 12655:1996 e levando-se em conta as especificaes normativas, o problema de pesquisa deste trabalho consistiu nas seguintes questes: Como assegurar que o pedido de concreto dosado em central contenha os requisitos de durabilidade e de resistncia mecnica, exigidos para obras executadas em ambientes agressivos, contribuindo dessa forma para a vida til e a eco-eficincia das estruturas? Qual o impacto que o no atendimento classe de resistncia e s condies de exposio do meio tm causado nas estruturas de concreto construdas na cidade de Salvador e no Plo Petroqumico de Camaari?

A evoluo da tecnologia do concreto em nvel mundial acompanhada de perto pelo Brasil, que nada fica a dever com seus conhecimentos, pelo contrrio, muitos deles pioneiros e indutores das inovaes internacionais sobre este assunto. A manuteno desse avano constante exige um trabalho permanente de divulgao, proporcionando a todos a oportunidade de conhecer os novos conceitos e processos em disponibilidade, sob pena de haver evolues no aplicadas ou mal aplicadas que poderiam resultar em problemas de qualidade e segurana para algumas obras (HERV NETO, 2003, p.23).

A maior novidade em termos de normatizao brasileira, a NBR 6118:2003, revisada em 31.03.2004, focada nos aspectos ligados durabilidade das estruturas, acompanhando tendncia mundial, conseqncia de uma histria recente de crescimento das patologias em estruturas. A importncia do trabalho est associada ao esclarecimento dos envolvidos a respeito das novas exigncias normativas referentes durabilidade do concreto armado, particularmente quando exposto s condies agressivas do ambiente. Nessa direo, os construtores so alertados sobre os cuidados que devem ser observados na fase de especificar o pedido do concreto junto ao fornecedor deste material. Com isso, h expectativas de que as obras sejam construdas com mais qualidade, eliminando custos com medidas corretivas para recuper-las e com a paralisao de plantas industriais, ou seja, com a melhoria da especificao do pedido, busca-se garantir as caractersticas das estruturas de concreto ao longo de sua vida til.

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Em funo das observaes j citadas, so apresentados a seguir os objetivos propostos para o trabalho, tendo como principal: Analisar o procedimento adotado pelos contratantes na execuo do pedido de concreto junto aos fornecedores, assim como indicar melhorias que podem ser implementadas nesta fase, decorrentes das recomendaes prescritas nas Normas NBR 6118:2003 (Projeto de estruturas de concreto: procedimento) e NBR 14931:2003 (Execuo de estruturas de concreto: procedimento). Como objetivos secundrios foram definidos: Estimar a classificao da agressividade ambiental de reas de Salvador, a partir de um levantamento do nmero de patologias existentes em algumas de suas edificaes, bem como de dados dos seus bairros identificados como: distncia do centro de massa orla martima, diferena mxima de elevao e elevao mdia. Avaliar a influncia de parmetros de dosagem, tais como de consistncia, relao gua-cimento e consumo de cimento, na determinao da penetrao de gua sob presso em alguns concretos. A pesquisa foi estruturada em cinco captulos, cujo contedo bsico est descrito a seguir: O captulo inicial da dissertao tem carter introdutrio e nele esto inseridas a justificativa e os objetivos do trabalho. O segundo captulo trata da conceituao dos temas relativos classificao das aes agressivas, parmetros de projeto, especificao do concreto (pedido), influncia da matria-prima, influncia das etapas de fabricao do concreto, influncia da capilaridade e permeabilidade do concreto, aspectos normativos brasileiros e importncia ou impacto na degradao e durabilidade do concreto. O terceiro captulo, alm de relatar os procedimentos adotados para efetuar uma reviso bibliogrfica acerca da durabilidade e uma anlise crtica das normas vigentes, descreve as metodologias empregadas para realizao de uma pesquisa de campo e a execuo de ensaios de laboratrio. No quarto captulo so apresentados os resultados obtidos das etapas de trabalho desenvolvidas no captulo anterior, com as respectivas anlises. Portanto, descreve-se e comenta-se acerca das melhorias que podero ser implementadas no pedido de concreto,

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decorrentes das recomendaes da NBR 6118:2003 e da NBR 14931:2003, bem como das recomendaes extradas de consultas realizadas em artigos e livros tcnicos. Apresentam-se tambm a anlise e os resultados das pesquisas efetuadas junto aos estruturalistas baianos e junto a uma empresa de recuperao de estruturas. So mostrados e interpretados os dados obtidos junto aos fornecedores de concreto, assim como os resultados e anlise do estudo de permeabilidade do concreto. O captulo quinto apresenta as consideraes finais, englobando sugestes para futuros trabalhos e pesquisas, decorrentes da experincia adquirida nesta dissertao.

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CAPTULO 2

2. DURABILIDADE 2.1 AES AGRESSIVAS AO CONCRETO Embora considerando que, adequadamente dosado, lanado e curado o concreto possua uma longa vida til na maioria dos ambientes naturais ou industriais, falhas prematuras em estruturas de concreto realmente ocorrem e elas proporcionam lies valiosas para o controle dos fatores responsveis pela falta de durabilidade. A gua, considerada como solvente universal, est envolvida na maioria dos processos de deteriorao, e, em slidos porosos, como o concreto, a permeabilidade do material gua habitualmente est ligada sua degradao.

A maior parte do conhecimento sobre os processos fsico-qumicos responsveis pela deteriorao do concreto vem de estudos de casos de estruturas no campo, porque difcil simular em laboratrio a combinao das condies de longa durao normalmente presentes na vida real (METHA; MONTEIRO, 1994, p. 121).

Na prtica, a degradao do concreto raramente devida a uma causa nica; geralmente, em estgios avanados de degradao do material, mais de um fenmeno deletrio est em ao. Na maioria dos casos, as causas fsicas e qumicas da deteriorao esto proximamente entrelaadas e reforando-se mutuamente, de forma que a separao entre causa e efeito freqentemente torna-se praticamente impossvel. Portanto, a classificao dos processos de degradao do concreto, a seguir apresentada, deve ser entendida com o propsito de explicar, sistematicamente e individualmente, os vrios fenmenos envolvidos, devendo-se tomar cuidados para no negligenciar as interaes possveis quando vrios fenmenos esto presentes simultaneamente. As causas fsicas da deteriorao do concreto podem ser agrupadas em duas categorias: desgaste superficial (perda de massa) devido abraso, eroso e cavitao; e fissurao devido a gradientes normais de temperatura e umidade, presses de cristalizao de sais nos poros, carregamento estrutural e exposio a extremos de temperatura tais como congelamento ou fogo. Do mesmo modo, as causas qumicas da degradao so agrupadas em

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trs categorias: a) hidrlise dos componentes da pasta do cimento por gua pura; b) trocas inicas entre fluidos agressivos e a pasta do cimento; e c) reaes causadoras de produtos expansveis, tais como: na expanso por sulfatos, reao lcali-agregado e corroso da armadura do concreto. As figuras 2.1 e 2.2 representam esquematicamente a classificao aqui abordada.

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CAUSAS FSICAS DA DETERIORAO DO CONCRETO

Desgaste da superfcie

Fissurao

Abraso

Eroso

Cavitao

MUDANAS DE VOLUME DEVIDAS A: 1. Gradientes normais de temperatura e umidade 2. Presso de cristalizao de sais nos poros

CARGA ESTRUTURAL: 1. Sobrecarga e impacto 2. Carga cclica

EXPOSIO A EXTREMOS DE TEMPERATURA: 1. Ao do gelo-degelo 2. Fogo

Figura 2.1- Agentes fsicos da degradao do concretoFonte: METHA; MONTEIRO, 1994, p. 128

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DETERIORAO DO CONCRETO POR REAES QUMICAS

Reaes de troca entre um fluido agressivo e componentes da pasta de cimento endurecida

Reaes envolvendo hidrlise e lixiviao dos componentes da pasta de cimento endurecida

Reaes envolvendo formao de produtos expansivos

Remoo de ons Ca++ como produtos solveis

Remoo de ons Ca++ como produtos Insolveis no expansivos

Reaes de substituio do Ca++ no silicato de clcio hidratado

Aumento na porosidade e permeabilidade

Aumento nas tenses internas

Perda de alcalinidade

Perda de massa

Aumento no processo de deteriorao

Perda de resistncia e rigidez

Fissurao, destacamento e pipocamento

Deformao

Figura 2.2- Agentes qumicos da degradao do concretoFonte: METHA; MONTEIRO, 1994, p. 150

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2.1.1 Causas Fsicas Dependendo das condies climticas e ambientais, o concreto estar submetido aos efeitos de um conjunto de agentes agressivos e diferentes fatores destrutivos. Esses agentes ou fatores podem atuar isoladamente, dentre os quais se incluem os de natureza fsica com os seus efeitos caractersticos. O resultado das interaes ambientais com a microestrutura do concreto a mudana das suas propriedades mecnicas. a) Deteriorao por Desgaste Superficial A perda progressiva de massa de uma superfcie do concreto pode ocorrer devida abraso, eroso e cavitao. A abraso ocorre quando h o atrito seco, como no caso do desgaste de pavimentos e pisos industriais pelo trfego de veculo. A eroso caracterizada quando ocorre o desgaste por ao abrasiva de fluidos contendo partculas slidas em suspenso, como se observa em revestimentos de canais, vertedouros e tubulaes para o transporte de gua ou esgoto. Outra possibilidade de dano em estruturas hidrulicas por cavitao, que se relaciona perda de massa pela formao de bolhas de vapor e sua subseqente ruptura devido a mudanas repentinas de direo em guas que fluem com alta velocidade. De maneira geral, a pasta de cimento endurecida no possui alta resistncia ao atrito. A vida til do concreto pode ser seriamente diminuda sob condies de ciclos repetidos de atrito, principalmente quando a pasta possui alta porosidade ou baixa resistncia e inadequadamente protegida por um agregado que no possui resistncia ao desgaste. A seguir, encontram-se algumas recomendaes que devem ser adotadas para eliminar ou minimizar a degradao por desgaste superficial do concreto: A velocidade de eroso depende da quantidade, forma, tamanho, massa especfica e dureza das partculas transportadas pela gua, bem como da sua velocidade, da presena de turbilhes e tambm da qualidade do concreto. Como no caso da abraso em geral, a qualidade do concreto, aparentemente, pode ser avaliada pela resistncia compresso, mas tambm importante a composio da mistura. Em particular, os concretos com agregados de maior tamanho sofrem menos eroso do que argamassa de mesma resistncia e os agregados com maior dureza aumentam a resistncia abraso. No entanto, em certas circunstncias, os agregados de tamanho menor levam a uma abraso mais uniforme da superfcie (NEVILLE, 1982, p. 482).

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Para condies severas de eroso ou abraso, recomenda-se que, alm do uso de agregados com alta dureza, concreto deva ser dosado para atender, aos 28 dias de idade, uma resistncia caracterstica compresso (fck) de 40 MPa e curado adequadamente antes da exposio ao ambiente agressivo (METHA; MONTEIRO, 1994, p. 131).

Deve-se observar que o processo de atrito fsico do concreto ocorre na superfcie; portanto, ateno especial deve ser dada para assegurar que, ao menos, o concreto na superfcie seja de alta qualidade. Para reduzir a formao de uma superfcie fraca, recomenda-se postergar o seu acabamento at que o concreto tenha perdido a gua de exsudao superficial. Pavimentos ou pisos industriais para carga pesada devem ser projetados para ter uma camada superficial de 25 a 75 mm, originada de um concreto de baixa relao-gua cimento, contendo agregado duro com dimenso mxima caracterstica de 12,5 mm. Em funo do baixo valor da relao gua-cimento, camadas superficiais de concreto, contendo aditivos de ltex ou superplastificantes, esto-se tornando cada vez mais utilizadas para resistncia abraso ou eroso. Do mesmo modo, o uso de adies minerais, tais como a microsslica, apresenta possibilidades interessantes, porque alm de causar uma reduo substancial na porosidade do concreto depois da cura mida, minimiza a sua exsudao. A resistncia deteriorao por infiltrao de fluidos e reduo do desgaste devido ao atrito tambm podem ser atingidas pela aplicao de solues endurecedoras de superfcies. As solues mais comumente utilizadas so de fluossilicato de zinco ou magnsio e de silicato de sdio ou potssio, que reagem com o hidrxido de clcio, presente na pasta de cimento Portland, para formar compostos insolveis, selando os poros capilares prximos ou na superfcie e aumentando um pouco a resistncia do concreto aos cidos. Segundo Neville (1982, p. 432), quando do emprego de fluossilicato de magnsio, este acrscimo de resistncia decorre, provavelmente, devido formao de um gel slico-flurico coloidal. O processamento a vcuo pode evitar o desgaste superficial, uma vez que esta operao inteiramente livre de falhas e a primeira camada superior, de 1 mm de espessura, muito resistente abraso. Este concreto enrijece muito rapidamente, de modo que as formas podem ser retiradas, aproximadamente, 30 minutos aps o lanamento, mesmo em pilares com grande altura. O grau de proteo dos diferentes tipos de tratamento varivel, mas, em qualquer caso, essencial que o revestimento resultante do procedimento seja bem aderente ao concreto e no seja danificado por aes mecnicas, de modo que se faz necessrio, geralmente, um acesso para inspeo e renovao do revestimento.

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Para solucionar os problemas originados pela cavitao, necessrio remover as causas do fenmeno, tais como: desalinhamentos da superfcie ou mudanas bruscas na declividade, ou seja, executar superfcies lisas e bem acabadas, isentas de irregularidades como depresses, salincias e juntas, e com geometria que impea o descolamento do fluxo do lquido sobre si. A degradao por cavitao no evolui de forma uniforme; normalmente, depois de um perodo inicial em que os danos so pequenos, ocorre uma deteriorao rpida, seguida de um perodo de deteriorao mais lenta.

b) Deteriorao por Fissurao A deteriorao fsica por fissurao pode ocorrer por mudanas de volume (gradientes de temperatura e umidade, e presses de cristalizao de sais nos poros), carregamento estrutural (sobrecarga e impacto, e carga cclica) e exposio a extremos de temperatura (ao do gelodegelo e fogo). O comportamento do concreto face s aes climticas pode ser analisado segundo duas fases bem diferenciadas: uma correspondente ao seu perodo de pega e princpio de endurecimento e a que compreende o resto do endurecimento, cuja durao pode-se considerar indefinida. As falhas e sintomatologias que aparecem em uma ou outra fase, decorrentes da falta de qualidade no projeto, na execuo, ou na manuteno da obra, so, essencialmente, diferentes, motivo pelo qual devem ser adotados mecanismos especficos quando da teraputica do concreto. As condies climticas fundamentais que podem criar problemas no concreto so frio, o calor e a baixa umidade, todas aumentadas pela ao do vento. A NBR 14931:2003, nos itens 9.3.2 e 9.3.3, discrimina as prescries relativas aos servios de concretagem em temperaturas muita frias e muito quentes, cujas recomendaes bsicas so encontradas na tabela 2.1 seguinte.

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Tabela 2.1 Requisitos de concretagem em temperaturas adversas Concretagem em temperatura muito fria Concretagem em temperatura muito quente

Caractersticas e Condies

Temperatura da massa do concreto no momento do Ser 5 C lanamento. Temperatura ambiente 35 C , umidade relativa do ar 50% e velocidade do vento 30m/s. Imediatamente aps as operaes de lanamento e adensamento. Suspender a concretagem, Quando estiver prevista queda caso no existam na temperatura ambiente para disposies estabelecidas no abaixo de 0 C nas 48 h projeto ou definidas pelo seguintes. responsvel tcnico pela obra. Para condies ambientais adversas, com temperatura ambiente superior a 40 C ou velocidade do vento acima de 60m/s. Requer prvia comprovao de desempenho do material. Probe-se o uso de produtos Emprego de aditivo que possam atacar quimicamente as armaduras, em especial aditivos base de cloreto de clcio. - Fissurao pela cristalizao de sais nos poros

Adotar medidas necessrias para evitar a perda de abatimento do concreto, bem como para reduzir a temperatura de sua massa. Tomar providncias para reduzir a perda de gua do concreto.

Suspender a concretagem, caso no existam disposies estabelecidas no projeto ou definidas pelo responsvel tcnico da obra.

Uma ao puramente fsica (sem envolver ataque qumico ao cimento) da cristalizao de sulfatos, cloretos, nitratos e similares nos poros do concreto pode ser responsvel por danos significativos. Essa ao pode ser verificada, por exemplo, quando um lado de um muro de arrimo ou laje de um concreto permevel est em contato com uma soluo salina e o outro lado est sujeito evaporao. Neste caso, o material pode deteriorar-se por tenses resultantes da presso de sais que se cristalizam nos poros. Em muitos materiais porosos, a cristalizao de sais de solues supersaturadas produz presses que so suficientemente grandes para produzir fissurao. Acredita-se que os efeitos da umidade e a cristalizao de sais constituem os dois fatores mais destrutivos na degradao de monumentos histricos de pedra.

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A cristalizao a partir de uma soluo salina pode ocorrer apenas quando a concentrao do soluto (C) excede a concentrao de saturao (Cs) do soluto na gua a uma certa temperatura. Como regra, quanto maior a relao C/Cs (ou grau de supersaturao), maior a presso de cristalizao. - Carregamento estrutural (sobrecarga, impacto e carga cclica) A atuao de sobrecargas pode produzir a fissurao de componentes estruturais, tais como pilares, vigas e paredes. Essas sobrecargas atuantes podem ter sido consideradas no projeto, caso em que a falha decorre da execuo da pea ou do prprio clculo estrutural, como pode ter sido originada de uma sobrecarga superior prevista. Vale salientar que freqente presenciar a atuao de sobrecargas em componentes sem funo estrutural, geralmente pela deformao da estrutura resistente do edifcio ou pela sua m utilizao (THOMAZ, 1989, p. 45) - Ao do gelo-degelo Em climas frios, danos em peas estruturais atribudos ao do congelamento (ciclos de gelo-degelo) constituem um dos maiores problemas de durabilidade, requerendo elevados gastos para san-los. Felizmente, esse problema no existe na zona tropical. As causas da degradao do concreto endurecido pela ao do congelamento podem ser relacionadas complexa microestrutura do material; contudo, o efeito deletrio depende no apenas da caracterstica do concreto, mas tambm das condies especficas do ambiente. Dessa forma, um concreto que resistente ao congelamento, sob certa condio de gelodegelo, pode ser destrudo sob uma condio diferente. O dano por congelamento no concreto pode ter vrias formas. As mais comuns so fissurao e o destacamento do concreto, causadas pela expanso progressiva da matriz da pasta de cimento por repetidos ciclos gelo-degelo. A capacidade de o concreto resistir aos danos devidos ao de congelamento depende das caractersticas da pasta de cimento e do agregado - Deteriorao por fogo A segurana humana, na ocorrncia de fogo, uma das consideraes no projeto das edificaes residenciais, pblicas e industriais. O concreto apresenta, geralmente, um bom

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comportamento quando submetido ao fogo, uma vez que, ao contrrio da madeira e plsticos, incombustvel e no emite gases txicos quando exposto a altas temperaturas. Um outro dado, segundo Neville (1982, p. 474), possui boas caractersticas com respeito resistncia ao fogo; isso significa que o perodo de tempo em que fica exposto ao fogo, com desempenho satisfatrio, relativamente, grande. Os critrios fundamentais de desempenho so a capacidade de suportar cargas, a resistncia penetrao de chamas e resistncia transferncia de calor quando o concreto usado como material de proteo do ao. Na prtica, o que se exige de uma pea de concreto armado que seja preservado o seu comportamento estrutural durante um perodo de tempo estabelecido, denominado perodo de resistncia ao fogo. A temperatura pode alterar a cor do concreto feito com agregado silicoso ou calcrio. Como este fato depende da presena de certos compostos de ferro, h uma certa diferena no comportamento dos diversos concretos. A mudana de cor permanente, de modo que se pode fazer, a posteriori, uma estimativa da temperatura mxima atingida durante a exposio do concreto ao fogo e, como conseqncia, da sua resistncia residual. Por exemplo, de 300 C a 600 C passa de cor rosa a vermelho, e de 600 C a 900 C a cinzento (COUTINHO, 1974, p. 57). Muitos fatores controlam a performance do concreto ao fogo, cuja composio importante porque tanto a pasta de cimento como o agregado possuem componentes que se decompem ao serem aquecidos. A permeabilidade do concreto, o tamanho da pea e a taxa de aumento da temperatura so significantes porque governam o desenvolvimento de presses internas dos produtos gasosos de decomposio. - Efeito da alta temperatura na pasta de cimento O efeito da temperatura na pasta de cimento depende do grau de hidratao e da umidade. Uma pasta bem hidratada consiste principalmente de silicato de clcio hidratado, hidrxido de clcio e sulfoaluminato de clcio hidratado. Uma pasta saturada contm uma grande quantidade de gua livre e gua capilar, alm da gua adsorvida. Do ponto de vista de proteo ao fogo, verifica-se que, devido ao considervel calor de vaporizao necessrio para converso de gua em vapor, a temperatura do concreto no se elevar at que toda a gua evaporvel tenha sido removida. Contudo, a presena de grandes quantidades de gua evaporvel pode causar um problema. Caso a taxa de aquecimento seja alta e a

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permeabilidade do concreto baixa, podem ocorrer danos ao concreto sob a forma de pipocamento (destacamento superficial). Este fenmeno ocorre quando a presso de vapor dentro do material aumenta a uma taxa maior do que o alvio de presso causado pela liberao de vapor para a atmosfera.

A ao do fogo sobre o cimento Portland tem vrios efeitos fsicos e qumicos. Se, por um lado, a pasta de cimento expande pelo aumento de temperatura, por outro, ela se retrai por perda de gua de constituio. Esta retrao logo supera a expanso e diz-se que o material retrai (PETRUCCI, 1972, p. 4).

- Efeito da alta temperatura no agregado A porosidade e mineralogia do agregado exercem uma influncia importante no comportamento do concreto exposto ao fogo. Agregados porosos, dependendo da taxa de aquecimento, tamanho do agregado, permeabilidade e umidade, podem ser suscetveis de expanses destrutivas, acarretando a degradao do concreto por fissurao e destacamento. A mineralogia do agregado determina a dilatao trmica diferencial entre o agregado e a pasta de cimento e a resistncia ltima da zona de transio. Em geral, observa-se que o comportamento do concreto frente ao fogo ser tanto melhor quanto mais concorram as seguintes caractersticas: - emprego de agregado de menor coeficiente de dilatao trmica; - utilizao de granulometria contnua e com alta proporo agregado/cimento; - utilizao de agregados leves ou calcrios; - boa compactao do concreto; - baixa condutividade trmica; - alta resistncia trao; - umidade no muito alta no concreto; - emprego de cimentos com escrias ou pozolanas, especialmente estes, pela facilidade de fixar a cal liberada; -emprego de cobrimento adequado, a fim de que as armaduras no alcancem a temperatura crtica do ao. (CNOVAS, 1988, p. 185)

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2.1.2 Causas Qumicas a) Deteriorao por Hidrlise dos Componentes da Pasta de Cimento As guas puras (ex: condensao de neblina, ou vapor) e guas moles (ex: originadas da chuva ou da fuso de neve e gelo) podem conter pouco ou nenhum on de clcio. Quando estas guas entram em contato com a pasta de cimento, elas tendem a hidrolisar ou dissolver os produtos contendo clcio. medida que a soluo de contato atinge o equilbrio qumico, a hidrlise adicional da pasta de cimento ir parar. Entretanto, no caso da gua corrente ou infiltrao sob presso, ocorrer diluio da soluo de contato, proporcionando, portanto, a condio para continuao da hidrlise. Em pasta hidratada de cimento Portland, o hidrxido de clcio o constituinte que, devido sua solubilidade em gua pura (1230 mg/l), mais suscetvel hidrlise. Teoricamente, a hidrlise da pasta de cimento continua at que a maior parte do hidrxido de clcio tenha sido retirada por lixiviao; isto expe os outros constituintes do cimento decomposio qumica. Dessa forma, o processo prejudica os gis de slica e alumina, deixando-os com pouca ou nenhuma resistncia. Alm da perda de resistncia, a lixiviao do hidrxido de clcio do concreto pode ser considerada indesejvel por razes estticas. Freqentemente, o produto lixiviado interage com o CO2 presente no ar e resulta na precipitao de crostas brancas de carbonato de clcio na superfcie. Este fenmeno, conhecido como eflorescncia, mais freqente nos concretos com porosidade nas proximidades da superfcie e influenciado pelo tipo de material das formas, o grau de adensamento e pela relao gua-cimento. A ocorrncia do fenmeno maior quando aps um perodo de clima fresco e chuvoso, h um perodo seco e quente. A eflorescncia tambm pode ser causada pelo uso de agregado originado de praia, no lavado, bem como pelo gesso do cimento e os lcalis do agregado (NEVILLE, 1982, p. 433). b) Deteriorao atravs de Reaes por Troca de Ctions. Baseado na troca de ctions, os trs tipos de reaes deletrias que podem ocorrer entre solues qumicas e os componentes da pasta de cimento so decorrentes de formao de sais solveis de clcio; formao de sais de clcio insolveis e no expansivos e ataque qumico por solues contendo sais de magnsio.

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- Formao de sais solveis de clcio As solues cidas contendo nions que formam sais solveis de clcio so encontradas, freqentemente, na prtica industrial, como por exemplo, cido hidroclrico, sulfrico ou ntrico, presentes em efluentes. Em produtos alimentcios, podem ser encontrados os cidos actico, frmico ou ltico. Em guas naturais so obtidas altas concentraes de CO2; j o cido carbnico, H2C03, pode ser encontrado em refrigerantes. A reao por troca ctions entre as solues cidas e os constituintes da pasta de cimento Portland geram sais solveis de clcio, acetato de clcio e bicarbonato de clcio, que so removidos por lixiviao. Atravs da reao por troca de ctions, as solues de cloreto de amnia e sulfato de amnia, que so comumente encontradas na indstria agrcola e de fertilizantes, so capazes de transformar os componentes da pasta de cimento em produtos altamente solveis, como no exemplo ilustrado abaixo: 2NH4Cl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2NH4OH (2.1)

Como ambos os produtos da reao so solveis, os efeitos do ataque so mais severos que, por exemplo, uma soluo de MgCl2, que formaria CaCl2 e Mg(OH)2. J que o ltimo no solvel, a sua formao no aumenta a porosidade e a permeabilidade do sistema. As reaes tpicas de trocas de ctions, entre o cido carbnico e o hidrxido de clcio presentes na pasta hidratada de cimento Portland podem ser mostradas como segue:

Ca(OH)2 + H2C03 CaCO3 + 2H2O CaCO3 + CO2 +H2O Ca(HCO3)2

(1 reao) (2reao)

(2.2) (2.3)

Aps a precipitao do carbonato de clcio, que insolvel, a primeira reao no continuaria a menos que houvesse CO2 livre presente na gua. Com a transformao do carbonato de clcio em bicarbonato solvel, de acordo com a segunda reao, a presena de CO2 livre auxilia a hidrlise do hidrxido de clcio. Uma vez que a segunda reao reversvel, uma certa quantidade de CO2 livre, referido como o CO2 de equilbrio, necessria para manter o equilbrio da reao. Qualquer CO2 livre acima do CO2 de equilbrio seria agressivo pasta de cimento porque ao direcionar a segunda reao para a direita, ele aceleraria o processo de transformao do hidrxido de clcio presente na pasta hidratada em bicarbonato de clcio

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solvel. O contedo do CO2 de equilbrio em uma determinada gua depende da sua dureza (como por exemplo: as quantidades de clcio e magnsio presentes na soluo). Convm assinalar que a acidez da gua, na natureza, geralmente se deve ao CO2 dissolvido, que encontrado em concentraes significativas em guas minerais, gua do mar e gua subterrnea pela ao de restos de animais ou vegetais em decomposio. Em 1953, ocorreu em So Paulo um caso onde houve sria deteriorao em blocos de concreto das fundaes de um prdio, causada pela ao do anidrido carbnico presente nas guas do sub-solo (MOLINARI, 1972, p. 1). - Formao de sais de clcio insolveis e no expansivos Alguns nions, quando presentes em gua, podem reagir com a pasta de cimento para formar sais insolveis de clcio. A sua formao pode no causar danos ao concreto, a no ser que o produto da reao seja expansivo, ou removido por eroso, devido ao fluxo de solues, infiltrao ou trfego de veculos. Caso um on chegue ao contato com a superfcie do concreto ou penetre nos poros da pasta de cimento hidratado, ao reagir com hidrxido de clcio e der origem a um sal insolvel, este se precipitar naqueles poros, podendo, eventualmente, proteger o cimento de outros ataques. Efetivamente, se a precipitao der origem a uma nova fase slida, contnua, sem fendas, no pulverulenta, com ligaes slidas entre si e base sobre a qual precipitou, em suma, impermevel, obter-se- uma superfcie que protege o concreto, no s da sada de novas quantidades de hidrxido de clcio, mas tambm da entrada de novos ons. o que se passa com a precipitao do carbonato de clcio, atravs do ciclo do anidrido carbnico em dissoluo na gua, que forma a camada protetora superfcie do concreto. H outros compostos insolveis, como o tartarato e oxalato de clcio, que se depositam na superfcie do concreto promovendo a sua impermeabilizao. O primeiro resulta da ao do vinho sobre o concreto, originando a sua proteo. O oxalato de clcio to eficaz quanto o tartarato, mas apresenta o inconveniente de ser um sal venenoso. H controvrsia entre a classificao dada aos produtos da reao entre o hidrxido de clcio e os cidos contidos no hmus ou na terra vegetal. Metha e Monteiro (1994, p. 152) consideram-nos como pertencentes categoria de sais insolveis e no expansivos; j Coutinho (1974, p. 325-326) classifica-os como produtos de fcil solubilidade. Entretanto,

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ambos os pesquisadores entendem que os cidos hmicos provocam a degradao qumica ao concreto como, por exemplo, ocorre quando este material de construo est exposto a restos de animais em decomposio ou matria vegetal. Os sais de clcio, originados da mencionada reao, formam gelias inconsistentes, que so facilmente removidas, por eroso, devido ao fluxo de solues. - Ataque qumico por solues contendo sais de magnsio Cloreto, sulfato ou bicarbonato de magnsio so encontrados freqentemente em guas subterrneas, gua do mar e alguns efluentes industriais. As solues de magnsio reagem prontamente com o hidrxido de clcio presente na pasta do cimento para formar sais de clcio. A soluo MgSO4 bastante agressiva porque o on sulfato pode ser deletrio aos hidratos que contm alumina e esto presentes na pasta do cimento. Um aspecto caracterstico do ataque por um on magnsio na pasta de cimento que o ataque, no final, estende-se ao hidrato de silicato de clcio, que o principal constituinte cimentcio. Aparentemente, no contato prolongado com ons de magnsio, o silicato de clcio hidratado gradualmente perde ons de clcio que so substitudos por ons de magnsio. O produto final da reao de substituio um hidrato de silicato de magnsio, cuja formao associada com perda de caractersticas cimentcias. Os silicatos e aluminatos de magnsio no tm propriedades ligantes, razo pela qual a ao do on Mg 2+ contribui tambm, por este fato, para desagregao do ligante. Os efeitos deletrios associados presena de alguns sais comuns esto relacionados na tabela 2.2

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Tabela 2.2- Efeito de alguns produtos qumicos comuns sobre o concreto Velocidade de ataque temperatura ambiente Rpida cidos inorgnicos Clordrico Fluordrico Ntrico Sulfrico Fosfrico cidos orgnicos Actico Frmico Lctico Solues alcalinas _ Solues de sais Diversos _

Cloreto de alumnio Nitrato de amnio Sulfato de amnio Sulfato de sdio Sulfato de magnsio Sulfato de clcio Cloreto de amnio Cloreto de magnsio Cianeto de sdio Cloreto de clcio Cloreto de sdio Nitrato de zinco Cromato de sdio

Moderada

Tnico

Na (OH) > 20% *

Bromo (gs) Concentrado de sulfito

Lenta

Carbnico

-

Na(OH) 10 a 20% Na (OH) < 10% Hipoclorito de sdio NH4 OH

Cloro (gs) gua do mar gua pura

Desprezvel

-

Oxlico Tartrico

Amnia (lquida)

Os agregados silicosos devem ser evitados, pois so atacados por solues concentradas de hidrxido de sdio.

Fonte: NEVILLE, 1992, p. 423

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40

c) Deteriorao atravs de Reaes que Envolvem a Formao de Produtos Expansivos As reaes qumicas que envolvem a formao de produtos expansivos no concreto endurecido podem levar a certos efeitos deletrios. No incio, a expanso pode acontecer sem qualquer dano ao concreto, mas o surgimento crescente de tenses internas, ao final, manifesta-se pela ocluso de juntas de expanso, deformao e deslocamentos em diferentes partes da estrutura, fissurao, destacamento e pipocamento. Os quatro fenmenos associados com reaes qumicas expansivas so ataque por sulfato, ataque lcali-agregado, hidratao retardada de CaO e MgO livres e corroso da armadura no concreto. - Ataque por sulfato Sabe-se que a degradao do concreto, como um resultado de reaes qumicas entre cimento Portland hidratado e ons sulfato de uma fonte externa, apresenta-se sob duas formas distintas. A predominncia de uma forma sob a outra depende da concentrao e fonte dos ons sulfato (exemplo: ction associado) na gua de contato e da composio da pasta de cimento do concreto. O ataque por sulfato pode manifestar-se na forma de expanso do concreto. Quando o concreto fissurado, a sua permeabilidade aumenta e a gua agressiva penetra mais facilmente no seu interior, acelerando, portanto, o processo de degradao. Algumas vezes, a expanso do concreto causa srios problemas estruturais. O ataque por sulfato pode, tambm, caracterizar-se sob a forma de uma perda progressiva de resistncia e perda de massa devido degradao na coeso dos produtos de hidratao do cimento. Ao esta que de suma importncia para a Regio Metropolitana de Salvador por estar sujeita a influncia da nvoa salina proveniente do Oceano Atlntico. Alm da concentrao do sulfato, a velocidade com que o concreto atacado depende tambm da velocidade com que pode ser reposto o sulfato removido pela reao com o cimento. Assim, ao se avaliar o perigo de ataque de sulfatos, deve-se conhecer a movimentao da gua subterrnea. O ataque ser mais intenso possvel se o concreto estiver exposto de um s lado presso de gua contendo sulfato. Similarmente, saturao e secagem alternadas acarretam deteriorao rpida. Por outro lado, se o concreto estiver completamente enterrado, no havendo renovao da gua subterrnea ou diferencial de umidade nas suas faces, as condies sero muito menos severas. O concreto atacado por sulfatos tem, como caracterstica, uma aparncia esbranquiada. A degradao comumente se inicia nos cantos e arestas, sendo posteriormente seguida por uma

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fissurao progressiva e um desprendimento de lascas que reduzem o concreto a uma condio frivel ou at fraca. So apresentadas, de forma sumria, as reaes qumicas envolvidas no ataque por sulfato. O hidrxido de clcio e as fases portadoras de alumina do cimento Portland hidratado so mais vulnerveis ao ataque pelos ons sulfato. Na hidratao, cimentos com mais de 5% de C3A contero a maior parte da alumina sob a forma de monossulfato hidratado, C3 A.CS.H18 . Caso o teor de C3A do cimento for maior que 8%, os produtos de hidratao tambm contero C3 A.CH.H18 . Na presena de hidrxido de clcio em pastas de cimento, quando estas entram em contato com ons sulfato, ambos os hidratos contendo alumina so convertidos forma altamente sulfatada (etringita, C3 A.3CS.H32 ): C3 A.CS.H18 + 2CH + 2 S + 12 H C3 A.3C S.H32 C3 A.CH.H18 + 2CH + 3 S + 11 H C3 A.3C S.H32 (2.4) (2.5)

H uma concordncia geral que as expanses no concreto relacionadas ao sulfato so associadas etringita; entretanto, os mecanismos pelos quais a formao da etringita origina expanso, causam ainda um pouco de controvrsia. O esforo da presso causada pelo crescimento dos cristais da etringita e a expanso devida adsoro de gua em meio alcalino pela etringita pouco cristalina, so duas das vrias hipteses apoiadas pela maioria dos pesquisadores. A formao de gipsita como resultado de reaes por troca de ctions tambm capaz de causar expanso. Entretanto, foi observado que a degradao da pasta de cimento endurecida pela formao da gipsita passa por um processo que leva reduo de rigidez e resistncia; este seguido por expanso, fissurao, e transformao final do material em uma massa pastosa ou no-coesiva. Dependendo do tipo de ction presente na soluo de sulfato (exemplo: Na+ ou Mg2+

), tanto o hidrxido de clcio como o silicato de clcio hidratado da

pasta de cimento podem ser convertidos em gipsita pelo ataque do sulfato:

Na2 SO4 + Ca(OH)2 + 2H2 O CaSO4 .2H2 O + 2NaOH Mg SO4 +Ca(OH)2 + 2H2 O CaSO4 .H2 O + Mg(OH)2 3MgSO4+3CaO.2SiO2.3H2O+8H2O3(CaSO4.2H2O)+ 3Mg(OH)2+2SiO2.H2O

(2.6) (2.7) (2.8)

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No primeiro caso (ataque por sulfato de sdio), a formao do hidrxido de sdio como um subproduto da reao assegura a continuidade da alcalinidade do sistema que essencial para a estabilidade da principal fase cimentcia (silicato de clcio hidratado). Por outro lado, no segundo caso (ataque por sulfato de magnsio), a converso do hidrxido de clcio em gipsita acompanhada pela formao do hidrxido de magnsio, relativamente insolvel e pouco alcalino. Assim, a estabilidade do silicato de clcio hidratado no sistema reduzida e ele tambm atacado pela soluo de sulfato. O ataque por sulfato de magnsio , portanto, mais severo no concreto. Os fatores que influenciam o ataque por sulfato so: - quantidade e natureza do sulfato presente; - o nvel da gua e sua variao sazonal; - o fluxo da gua subterrnea e porosidade do solo; - a forma da construo e - a qualidade do concreto. Caso a gua com o sulfato no possa ser impedida de alcanar o concreto, a nica defesa contra o ataque consiste em controlar a qualidade do concreto. Observa-se que a taxa de ataque em uma estrutura de concreto, com todas as faces expostas gua com sulfato, menor do que se a umidade for perdida por evaporao a partir de uma ou mais superfcies. Portanto, pores, galerias, muros de arrimo e lajes no solo so mais vulnerveis que fundaes e estacas. A qualidade do concreto, especificamente uma baixa permeabilidade, a melhor proteo contra ao ataque ao sulfato. Espessura adequada do concreto, baixa relao gua-cimento, compactao e cura apropriadas esto entre os fatores importantes que contribuem para a baixa permeabilidade. No caso de fissurao devido retrao por secagem, ao do congelamento, corroso da armadura ou outras causas, segurana adicional pode ser conseguida pelo uso de cimentos resistentes a sulfatos. Alguns requisitos tpicos para concretos expostos ao ataque de sulfatos so mostrados na tabela 2.3 a seguir. Esta tabela foi alterada em funo de alguns pesquisadores renomados discordarem que o consumo de cimento influencia numa maior durabilidade do concreto, conforme se observa nas citaes contidas no item sobre controle de corroso aqui abordado.

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Tabela 2.3 - Requisitos para o concreto exposto aos sulfatos Concentrao de sulfatos, em SO3 No solo SO3 em gua (2:1), Classe SO3 total, % extrada do solo g/l 1 < 0,2 < 300 Cimento Portland Comum Cimento Portland comum ou de alto-forno, cimento Portland resistente aos sulfatos, cimento supersulfatado 0,50 0,55 0,50 3 0,5 1,0 1,9 3,1 1200 - 2500 Cimento Portland resistente aos sulfatos ou supersulfatado Cimento Portland resistente aos sulfatos ou supersulfatado Cimento Portland resistente aos sulfatos ou supersulfatado Utilizar revestimentos protetores adequados sobre o material inerte, tal como asfalto ou emulses betuminosas reforadas com membranas de fibras de vidro. 0,55 Na gua do subsolo ppm Tipo de Cimento Relao gua livre/ cimento mxima

2

0,2 0,5

-

300 1200

0,50

4

1,0 2,0

3,1 5,6

2500 5000

0,45

5

Acima de 2,0

Acima de 5,6

Acima de 5000

0,35

Nota Estes valores se aplicam a concretos em gua de subsolo com pH entre 6 e 9, isenta de contaminao, como por sais de amnio. Fonte: NEVILLE, 1982, p. 428

Com base no ACI Building Code 318-83, a exposio ao sulfato classificada em quatro graus de severidade, conforme tabela 2.4.

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Tabela 2.4 Caracterizao dos graus de severidade de ataque dos concretos expostos aos sulfatos Grau de Severidade Ataque negligencivel Teor de sulfato No solo < 0,1 % Ou na gua < 150 ppm Tipo de cimento Sem restrio Cimento Portland Tipo II ASTM ou Cimento pozolnico ou Cimento Portland com escria 0,2% - 2,0% 1500 ppm 10.000 ppm Cimento Portland Tipo V ASTM > 2% > 10.000 ppm Cimento Tipo V ASTM com adio pozolnica Relao guacimento Sem restrio < 0,50 (para concreto de massa especfica normal)

Ataque moderado

0,1% - 0,2%

150 ppm 1500 ppm

Ataque severo

< 0,45

Ataque muito severo

< 0,50

Nota No Brasil, o cimento ASTM tipo V corresponde, aproximadamente, ao CPI RS e o cimento ASTM tipo II no possui correspondncia direta. Fonte: METHA; MONTEIRO, 1994, p. 160-161

- Reao lcali-agregado Expanso e fissurao, levando perda de resistncia, elasticidade e durabilidade do concreto, tambm podem resultar de reaes qumicas envolvendo ons alcalinos do cimento Portland (ou de outras fontes), ons hidroxila e certos constituintes silicosos que podem estar presentes nos agregados. Pipocamento e exsudao de um fluido viscoso lcali-silicoso so outras manifestaes do fenmeno. Prosseguindo, so discutidas as caractersticas dos cimentos e agregados que contribuem para a reao, mecanismos associados a expanso e mtodos de controle do fenmeno. Estudos laboratoriais demonstraram que cimentos Portland contendo mais do que 0,6% de Na2O equivalente, quando usados em combinao com um agregado reativo a alcalis, causaram grandes expanses devido a reaes lcali-agregado. Em vista disto, a ASTM C150 classificou os cimentos com menos do que 0,6% de Na2O equivalente como de baixa

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alcalinidade, e com mais do que 0,6% de Na2O equivalente como de alta alcalinidade. Na prtica, acredita-se que contedos alcalinos no cimento iguais ou menores a 0,6%, normalmente so suficientes para impedir danos devido reao lcali-agregado, independente do tipo de agregado reativo; contudo, em concretos com consumo elevado de cimento, o problema poder ocorrer para este referido teor. Convm ressaltar que o teor de Na2O equivalente calculado, por estequiometria, como sendo igual ao teor de Na2O mais 0,658 vezes o teor de K2O contidos no clnquer. Conforme o que se demonstra, a presena de ambos, ons hidroxilas e ons metlicosalcalinos, parece ser necessria para o fenmeno da expanso. Devido grande quantidade de hidrxido de clcio em cimentos Portland hidratados, a concentrao de ons hidroxila no fluido dos poros permanece alta, mesmo em cimentos de baixa alcalinidade; neste caso, o fenmeno expansivo estar, pois, limitado pela disponibilidade limitada de ons metlicos alcalinos, a menos que estes ons sejam fornecidos por alguma outra fonte, tais como aditivos contendo lcalis, agregados contaminados com sais, e a penetrao de gua do mar ou solues degelantes, contendo cloreto de sdio no concreto. Quanto aos agregados reativos a lcalis, dependendo do tempo, temperatura e tamanho da partcula, todos os silicatos ou minerais de slica, bem como slica hidratada (opala) ou amorfa (obsidiana, vidro de slica), podem reagir com solues alcalinas, embora um grande nmero de minerais reaja apenas em um grau insignificante. Feldspatos, piroxnios, anfiblios, micas e quartzos, que so os minerais constituintes dos granitos, gnaisses, xistos, arenitos e basaltos, so classificados como minerais no reativos. Por outro lado, constata-se que opala, obsidiana, critstobalita, tridmita, calcednia, slex crneo, rochas vulcnicas criptocristalinas (andesitas e rilitos) e quartzos metamrficos (fraturados, tensionados e preenchidos por incluses) so reativos a lcalis, geralmente em ordem decrescente de reatividade. De acordo com Gasser e Kataoka (apud ANDRADE, 1997) quando a slica amorfa est presente em meio alcalino ocorrem a seguintes reaes: a) Inicialmente os ons hidroxilas (OH-), dissociados na soluo alcalina, atacam as ligaes do grupo silanol (Si-OH), neutralizando-as. Concomitantemente, ocorre a associao do on sdio (Na+) estrutura, formando o gel de silicato alcalino.

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Si-OH + OH- Si-O- + H2O Si-O- + Na+ Si-ONa (gel de silicato alcalino)

(2.9) (2.10)

b) As ligaes do grupo siloxano so atacadas pelos ons hidroxilas (OH-), que provocam a ruptura delas e propiciam a absoro de gua e on sdio (Na+), ficando em soluo H2SiO4 (cido ortossilcico). Si-O-Si + (OH-)2 Si-O- + -O-Si + H2O

(2.11)

Mecanismos de expanso Dependendo do grau de desordem da estrutura do agregado, sua porosidade e tamanho da partcula, gis de silicatos alcalinos de composio qumica variada so formados na presena de hidroxila e ons metlico-alcalinos. A forma de ataque ao concreto envolve a despolimerizao ou quebra da estrutura de slica do agregado por ons hidroxila, seguida pela adsoro de ons metlico-alcalinos na superfcie recm-criada dos produtos de reao. A presso hidrulica desenvolvida pode levar expanso e fissurao das partculas de agregados afetadas, da matriz da pasta de cimento que cerca os agregados e do concreto. A solubilidade dos gis de silicato alcalinos na gua responde pela sua mobilidade do interior do agregado para regies microfissuradas do prprio agregado e do concreto. A disponibilidade contnua de gua junto ao concreto causa o aumento e a progresso das microfissuras, que finalmente atingem a superfcie externa do concreto. As fissuras no seguem linhas determinadas, mas se ramificam ou apresentam sinuosidades, devido ao fato de, como ocorre quando o concreto praticamente no tem resistncia, terem que se adaptar ao contorno dos agregados, que as fissuras no podem atravessar, formando um arranjo tpico de um mapeamento hidrogrfico. Pelo exposto, conclui-se que os fatores mais importantes para ocorrncia do fenmeno so: - o contedo de lcalis do cimento e o consumo de cimento do concreto; - a contribuio de ons alcalinos de outras fontes, que no o cimento Portland, tais como aditivos ou agregados contaminados com sais e penetrao de gua do mar por soluo salina degelante no concreto;

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- a quantidade, tamanho e reatividade do constituinte reativo aos lcalis presentes no agregado; - disponibilidade de umidade junto estrutura de concreto e - temperatura ambiental. Os meios empregados para combater esta reao so: - uso de cimento Portland de baixa alcalinidade (menor que 0,6% de Na2O equivalente); - caso no esteja disponvel cimento Portland de baixa alcalinidade, o contedo total de lcali no concreto pode ser reduzido pela substituio de parte do cimento de alta alcalinidade por adies cimentcias ou pozolnicas, tais como escria granulada de alto forno, cinza volante ou microsslica; - uso de agregados que no tenham slica reativa; - controle do acesso de gua ao concreto pelo imediato reparo de quaisquer juntas com vazamento, a fim de impedir expanses excessivas no concreto. Hidratao do MgO e CaO cristalinos A estabilidade do cimento uma caracterstica ligada ocorrncia eventual de indesejveis expanses volumtricas posteriores ao endurecimento do concreto e resulta da hidratao de cal e magnsia livre, nele presente. Quando o cimento contm apreciveis propores (acima de 1,0%) de cal livre (CaO), esse xido, ao se hidratar posteriormente ao endurecimento, aumenta de volume, criando tenses internas que conduzem microfissurao, e pode terminar na desagregao mais ou menos completa do material. Isso pode ocorrer quando prevalecem temperaturas superiores a 1900C no processo de fabricao do clinquer e resulta na supercalcinao da cal. Este xido, como se sabe, hidrata-se de maneira extremamente lenta, conduzindo a indesejvel expanso em poca posterior ao endurecimento do material. Tal fenmeno ocorre com maior freqncia com o xido de magnsio, motivo pelo qual as especificaes limitam o teor desse constituinte no cimento. Convm observar que somente o periclsio (MgO) capaz de reagir e causar problema, uma vez que o MgO presente na fase vtrea incuo. Nenhum caso de dano estrutural devido presena de periclsio no cimento reportado em nosso pas, onde limitaes na matria-prima obrigam alguns produtores de cimento a fabricar o aglomerante contendo menos de 6,5% de MgO (METHA; MONTEIRO, 1994, p.168).

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Recentemente, vrios casos de expanso e fissurao de estruturas de concreto foram relatados em Oakland (Califrnia) onde se descobriu que o agregado usado na confeco do concreto havia sido contaminado com tijolos triturados de dolomita, que continham grandes quantidades de MgO e CaO calcinados a temperaturas muito inferiores a 1400C. O teor mximo de MgO estabelecido pelas especificaes brasileiras para os diversos tipos de cimento de 6,5%, em relao massa do aglomerante. - Corroso da armadura no concreto A deteriorao do concreto contendo metais embutidos, tais como eletrodutos, canos e armaduras de ao normal e protendido, atribuda ao efeito combinado de mais de uma causa; no entanto, a corroso do metal embutido , invariavelmente, uma das causas principais. Espera-se que, quando a armadura estiver protegida do ar por uma camada adequadamente espessa de concreto de baixa permeabilidade, a corroso do ao e outros problemas associados a ela no surjam. Esta expectativa no plenamente satisfeita na prtica em funo da freqncia com que as estruturas de concreto armado e protendido, adequadamente construdas, continuam a sofrer danos devidos corroso do ao. A magnitude dos danos especialmente grande em estruturas expostas a ambientes marinhos e elementos qumicos degelantes. Os elementos qumicos degelantes, na maioria das vezes, so sais utilizados para o descongelamento e exercem um efeito negativo sobre o concreto, provavelmente aumentando a severidade dos ciclos de congelamento e degelo, provocando desprendimento de lascas da superfcie do concreto. O dano ao concreto resultante da corroso da armadura manifesta-se sob forma de expanso, fissurao e, finalmente, destacamento do cobrimento. No s a perda do cobrimento, como tambm uma pea de concreto armado pode sofrer dano estrutural devido perda de aderncia entre o ao e o concreto e diminuio da rea da seo transversal da armadura, s vezes a tal grau que o colapso da estrutura torna-se inevitvel.

Nem todos os metais tm a mesma tendncia em oxidar-se, j que uns so mais estveis que outros e, inclusive, h alguns, como os metais nobres, que se conservam indefinidamente em sua forma elementar. A chamada srie eletroqumica dos metais ordena-os de acordo com a sua tendncia a oxidar-se conforme apresentado na tabela 2.5, tomando-se como zero arbitrrio a oxidao do hidrognio a prton. (ANDRADE, 1992, p. 17).

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Nesta tabela, a tendncia do metal oxidar-se e, portanto, sofrer corroso, esta ordenada em ordem decrescente da parte superior para a parte inferior. Tabela 2.5 - Srie eletroqumica dos metais (potenciais normais de eletrodo) Potencial de reduo EO (V) - 2,76 - 2,34 - 1,67 - 0,76 - 0,74 - 0,44 - 0,14 - 0,13 0,00 + 0,34 + 0,80 + 0,85 + 1,50

Reao do eletrodo Ca+2 Mg+2 Al+3 Zn+2 Cr+3 Fe+2 Sn+2 Pb+2 2 H+ Cu+2 Ag+ Hg +2 Au+3 + + + + + + + + + + + + + 2 e - Ca 2 e - Mg 3 e - Ca 2 e - Zn 3 e - Cr 2 e - Fe 2 e - Sn 2 e - Pb 2 e - H2 2 e - Cu e Ag

2 e - Hg 3 e - Au

Fonte: ANDRADE, 1992, p.17.

A srie eletroqumica, mencionada na tabela 2.5, obtida, no entanto, em condies padres que nem sempre refletem a realidade porque no considera a velocidade das reaes de oxidao e nem o fenmeno da passivao. J as chamadas sries galvnicas so obtidas em condies reais, contemplando, por conseguinte, a influncia dos referidos fatores. Na tabela 2.6, est representada uma srie galvnica que expressa as diferentes suscetibilidades corroso de vrios materiais utilizados na engenharia expostos gua do mar, conforme Gentil (1987, p. 43). Nesta tabela, a suscetibilidade a corroso aumenta em ordem crescente da parte inferior para a superior.

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Tabela 2.6 Tabela prtica de nobreza em gua do mar Extremidade Andica (corroso) 1. Magnsio 2. Ligas de Magnsio 3. Zinco 4. Alclad 38 5. Alumnio 3S 6. Alumnio 61S 7. Alumnio 63S 8. Alumnio 52 9. Cdmio 10. Ao doce 11. Ao baixo teor liga 12. Ao liga 13. Ferro fundido 14. Ao AISI 410 (ativo) 15. Ao AISI 430 (ativo)Fonte: GENTIL, 1987, p.43

16. Ao AISI 304 (ativo)

31. Cupro- Nquel 70/30 (alto teor de ferro) 32. Nquel (passivo) 33. Inconel (passivo) 34. Monel 35.Hastelloy C 36. Ao AISI 410 (passivo) 37.Ao AISI 430 (passivo) 38. Ao AISI 304 (passivo) 39. Ao AISI 316 (passivo) 40. Titnio 41. Prata 42. Grafite 43. Ouro 44. Platina Extremidade Catdica (proteo)

17. Ao AISI 316 (ativo) 18. Chumbo 19. Estanho 20. Nquel (ativo) 21. Inconel (ativo) 22. Metal Muntz 23. Lato Amarelo 24. Lato Almirantado 25. Lato Alumnio 26. lato vermelho 27. Cobre 28. Bronze 29. Cupro-Nquel 90/10 30. Cupro- Nquel 70/30 (baixo teor de ferro)

Os tipos de corroso mais freqentes nas armaduras de ao presentes no concreto so homognea ou uniforme e localizada. a) Corroso uniforme A corroso uniforme ocorre homogeneamente em torno da superfcie do material, o que acarreta perda de material, com formao de produtos de corroso, principalmente o composto Fe2O3 conhecido como ferrugem, em se tratando de ligas ferrosas. Esta forma de

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corroso processa-se em presena da gua, que atua como condutor de ons (eletrlito) e baseia-se principalmente na ocorrncia de reaes de oxidao e reduo descritas: Oxidao que incide no nodo: Fe 2e- + Fe +2 Reduo que ocorre no ctodo: 1/2O2 + H2O + 2e- 2(OH)A reao global das reaes 2.12 e 2.113 representada por: 4Fe + 3 O2 + H2O 2Fe2O3.H2O (2.14) (2.12) (2.13)

Como resultado, um dos dois metais (ou algumas partes do metal quando apenas um est presente) torna-se andico e outro catdico. As mudanas qumicas fundamentais que ocorrem nas reas andica e catdica de uma liga de ao contida em uma estrutura de concreto, esto esquematizadas na figura 2.3.a.

Processo CatdicoO2 + 2H2O + 4 e4OH-

Processo AndicoFe Fe++ + 2e-

Fe

FeO Fe3O4 Fe2O3Concreto mido como Eletrlito Filme Superficial de Ao Fe2 O3

O2 O2

Fe ++Ctodonodo

Fe ++

Fe2(OH)2 Fe2(OH)3 Fe2(OH)3 3H2O 0 1 2 3 4 (b) 5 6 7

e-

e-

e-

Fluxo da Corrente

Volume, cm3

(a)

Figura 2.3 - Processo eletroqumico da corroso do ao no processo mido e permevel.Fonte: METHA; MONTEIRO (1994, p.170).

A transformao de ao metlico em xido ou hidrxido de ferro acompanhada por um aumento no volume no qual, dependendo estado de oxidao, pode ser acima 500% do metal original (vide figura 2.3.b). Acredita-se que este aumento de volume seja a causa principal da expanso e fissurao do concreto.

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A presena simultnea de ar e gua na superfcie do ctodo absolutamente necessria para ocorrncia do fenmeno. Vale observar que produtos de ferro comum e de ao so cobertos por um filme de xido Fe3O4. Esse que se forma em meios alcalinos, apresenta uma baixa permeabilidade e fortemente aderente superfcie do ao, agindo como um filme passivo, assim, torna o ao imune a uma corroso uniforme significativa, isto , o ferro metlico no estar disponvel para a reao andica at que a passividade do ao seja destruda. Na ausncia de ons cloreto na soluo, o filme protetor sobre o ao considerado estvel enquanto o pH da soluo permanecer entre 11,5 e 13. Uma vez que o cimento Portland hidratado contm lcalis no fluido dos poros e aproximadamente 20% da massa constituda de hidrxido de clcio slido, normalmente h alcalinidade suficiente no sistema para manter o pH acima de 12. Em condies excepcionais (por exemplo: quando o concreto possui alta permeabilidade e lcalis e a maior parte do hidrxido de clcio est carbonatada ou neutralizada por uma soluo cida), o pH do concreto na vizinhana do ao pode ser reduzido a menos de 11,5, destruindo, pois, a proteo do ao e armando o palco para o processo de corroso. b) Corroso localizada Os tipos de corroso localizada que podem ocorrer em armaduras de concreto, abrangem e a corroso galvnica, a corroso por diferena de concentrao, e, principalmente, a corroso localizada por pite. Na corroso galvnica, as clulas de composio podem ser formadas quando dois metais de diferentes suscetibilidade corroso esto embutidos no concreto, tais como barras de ao e eletrodutos de alumnio, ou quando existem variaes significativas nas caractersticas superficiais do ao. Neste caso, o metal ou a regio mais nobre sofrer o processo de reduo, agindo como ctodo, enquanto o metal ou a regio mais suscetvel corroso atuar como nodo, podendo apresentar dependendo da rea uma intensa corroso. J na corroso por diferena de concentrao, as clulas de concentrao podem ser formadas devido a diferena na concentrao de ons dissolvidos na vizinhana do ao, tais como lcalis, cloretos e oxignio. A regio do metal exposta a uma maior concentrao de ons atuar como ctodo, enquanto a regio exposta a uma menor concentrao sofrer corroso.

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Na corroso localizada por pite, no se verifica perda significativa de material como ocorre na corroso uniforme. Entretanto, ocorrem danos intensos armadura, uma vez que os pites constituem-se em cavidades caracterizadas por baixa relao entre os seus dimetros e comprimentos. Por este motivo, h concentrao de tenses de trao e estas so ampliadas significativamente quando aplicadas, acarretando diminuio da resistncia mecnica do material.

A corroso localizada por pites em estruturas de concreto causada principalmente por cloretos. Na presena destes ons, dependendo da relao Cl- / OH-, relata-se que o filme protetor pode ser destrudo pontualmente mesmo para valores de pH consideravelmente acima de 11,5. Quando as relaes molares Cl- / OH- so maiores que 0,6, o ao parece no estar mais protegido contra a corroso, provavelmente porque o filme de xido de ferro torna-se permevel ou instvel sob estas condies. Para dosagens tpicas de concreto utilizadas normalmente na prtica, o limite de teor de cloreto para iniciar a corroso dito estar na faixa de 0,6 kg a 0,9 kg de Cl por metro cbico de concreto (METHA;MONTEIRO, 1994, p. 171).

E ainda, quando grandes quantidades de cloretos esto presentes, o concreto tende a conservar mais umidade, o que tambm aumenta o risco da corroso do ao pela diminuio da resistividade eltrica do concreto. Com a passividade da armadura localmente destruda, a resistividade eltrica e a disponibilidade de oxignio so responsveis pelo controle da taxa de corroso; verifica-se que no se observa corroso significativa enquanto a resistividade eltrica do concreto estiver acima de 50 a 70 x 103 .cm (METHA; MONTEIRO, 1994, p. 171).

Convm ressaltar que as fontes comuns de cloreto no concreto so aditivos, agregados contaminados por sais e a penetrao de solues com sais degelantes ou gua do mar. Nas equaes seguintes, est representado o esquema do mecanismo deste tipo de corroso. Fe+ + Cl- FeCl FeCl + H2O FeOH + HCl HCl H+ + Cl(2.15) (2.16) (2.17)

Pode-se observar pelas equaes que o on cloreto ao reagir com o Ferro forma o sal metlico, que ao hidratar-se resulta na formao do on cloreto, produto este que ir atacar o metal,

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caracterizando, por conseguinte, um fenmeno cclico, evidenciando a gravidade deste tipo de corroso. Na tabela 2.7 apresentada a classificao da agressividade do ambiente de acordo com a proposta da pr EN 206 do CEN (ANDRADE, 1992, p. 21).

Tabela 2.7 - Classificao da agressividade de ambientesTipo de exposio 1 Ambiente seco a Sem geadas 2 Ambiente mido b Com geadas Condies ambientais Por exemplo: Interior de edifcios para moradias ou escritrios (I) Por exemplo: - Interior de edifcios com umidades elevadas ( 60%) - Elementos exteriores - Elementos em solos ou guas no agressivas Por exemplo: - Elementos exteriores expostos geada - Elementos em solos ou guas no agressivas expostos geada - Elementos interiores, quando a umidade alta, expostos geada

3 Ambiente mido com geada e agentes de degelo a Sem geadas 4 Ambiente Marinho b Com geadas

Por exemplo: - Elementos interiores e exteriores expostos geada e agentes de degelo Por exemplo: - Elementos completa ou parcialmente submersos em gua de mar ou em zonas de mars - Elementos em ambiente saturado de sais (zona costeira)

Por exemplo: - Elementos parcialmente submersos em gua de mar ou zonas de mars e expostos geada - Elementos em ambiente saturado de sais e expostos geada Os tipos a seguir podem apresentar-se isolados ou em combinao com os anteriores - Ambiente qumico ligeiramente agressivo (gs, lquido ou 5 a slido) Ambiente - Atmosfera industrial agressiva quimicamente - Ambiente qumico moderadamente agressivo (gs, lquido ou b Agressivo slido) (II) - Ambiente qumico altamente agressivo (gs, lquido ou c slido) (I) Este tipo de exposio valioso somente durante a construo; a estrutura ou alguns de seus componentes no est exposto a condies mais severas por um perodo prolongado de tempo. (II) Ambientes quimicamente agressivos so classificados na ISO/DP 9690. As equivalncias nas condies de exposio so: Tipo de exposio 5 a Classificao ISO A1G, A1L, A1S; Tipo de exposio 5 b Classificao ISO A2G, A2L, A2S; Tipo de exposio 5 c Classificao ISO A3G, A3L, A3SFonte: ANDRADE, 1992, p. 21

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Na figura 2.4 esto resumidas as condies que podem afetar o limite de cloretos capaz de despassivar a