Durabilidade das estruturas

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7/23/2019 Durabilidade das estruturas http://slidepdf.com/reader/full/durabilidade-das-estruturas 1/39 12 0  Microestrutura  e  Propriedades  do  Concreto Endurecido 4. 6  Pode-se controlar  o  coeficiente  de  expansão térmica  do  concreto?  Em  caso positivo, como? 4. 7  Quais  são as taxas típicas para  a  deformação  de  retração  po r  secagem  e  para  a  defor- mação  por  fluência  no  concreto  e  qual  é sua importância? Qual  é a  semelhança entre esses dois fenômenos? 4. 8  O que se  enten de pelos termos  fluência básica, fluência específica, fluência  po r  secagem e  coeficiente  de  fluência? 4. 9  Liste  os  fatores mais importantes  que  afetam  a  retração  po r  secagem  e a  fluência  e ex- plique quando  os  efeitos  s ão  semelhantes  ou  opostos. 4.10  Que  fatores afetam somente  a  fluência  e por  quê? 4.11 Qual  é a  importância  do  termo  espessura teórica? 4.12 Além  da  magnitude  da  deformação  p or  retração,  que  outros fatores determinam  o  risco de  fissuração  em um  elemento  de  concreto? 4.13  Qual  é a  utilidade  do  conceito  de  extensibilidade Por que o  concreto  de  alta resistên- cia é  mais propenso  à  fissuração  dc que o concreto  de  baixa resistência? 4.14  De  forma ideal,  do  ponto  de  vista  da  resistência  à  fissuração,  o  concreto deveria  ter baixa retração  e  alta extensibilidade.  Dê  exemplos  que  demonstrem por que  isso pode  não se r  possível  na  prática. 4.15 Qual  é a  importância  da  capacidade  de  deformação  à  tração? Como pode  se r  determi- nada? Referências 1. Hsu . T.C., F. 0.  Slate,  G. M.  Sturman  and G.  Winter.  J. ACI Proc.,  v. 60, n. 2, pp.  209-223,1963: Shah, S.P., and F. O. Slate.  Proceedings  of a  Conference  on  Structure  of  Concrete,  Brooks,  A.E. and K.  Newman,  eds..  Cement  and  Concrete Association,  Wexham Springs, Slough,  I), K, pp 82-92. 1968. 2. J.  Glucklich, ibid..  pp  176-189,1968. 3.  Powers,  T.C..  Rev.  Mater. Construct. (Paris),  n. 545, pp.  79-85,1961. 4.  Hermite,  R. L.,  Proceedings  of  theFourth International Symposium  on  Chemistry  of  Cements,  N a- tional Bureau  of  Standards, Washington,  D.C., pp.  659-694,  1962. 5.  Neville,  A.M..  Mag.  Concr. Res.(London).  v. 16, n. 46, pp.  21-30,1964. 6.  Troxell,  G.E., J. M.  Raphael.  and R. E. Davis,  Proc. ASTM,  v. 58, pp.  1101-1120,1958. 7.  Nasser,  K. W.. and A. M.  Neville.  J. ACI  Proc..  v. 64, n. 2, pp. 97-103,1967. 8.  Carlson,  R.W.. D. L. Houghton.  and M.,  -J. ACI Proc..  v. 76. n.7,  pp.821-837,1979. 9.  Houghton.  D. L..  J. ACI  Proc..  v. 73. n. 12, pp.  691-700,1976. Sugestões para Estudos dicionais A CI  Committee Report 207—1R-96. Mass Concrete.  A CI  Manual  of  Concrete Practice,  American  Con- crete Institute. Farmington Hills.  MI.  2005. A CI  Committee Report 209R-2, Prediction  of  Creep. Shrinkage  an d  Temperature Effects  in  Concrete Structures,  A CI  Manual  of  Concrete Practice , Ame rican Concrete Insti tute, Farmingt on Hills,  MI, 2005. Brooks, A. E., and K. Newmart,  eds., The Structure  of  Concrete,  Proceedings  of  International Confe- rence, London. Cement  and  Concrete Association, Wesham Springs, Slough,  U. K., pp.  82-92.176- 189. 319-447,1968. Neville, A. M.  Properties  of  Concrete,  Wiley,  New  York:  1996. Capítulo Durabilidade presentação Os  projetistas  de  estruturas  de  concreto apresentam muito interesse pelas carac- terísticas  de  resistência  do  material. Entretanto,  p or  diversas razões,  é  necessário que se  tenha consciência  da sua  durabilidade. Mesmo considerando  que um con- creto adequadamente dosado, lançado  e  curado pode  ser  durável  na  maioria  dos ambientes naturais e  industriais, casos  de  deterioração prematura  da s  estruturas de  concreto podem ocorrer trazendo lições valiosas para controle  dos  fatores  res- ponsáveis pela falta  de  durabilidade. A  água normalmente está presente  em  todo tipo  de  deterioração,  e a  facilidade com que  penetra  nos  sólidos porosos determina  a  taxa  de  deterioração. Assim,  no começo deste capítulo, descrevem-se  a  estrutura  e as  propriedades  da  água  com re- ferência especial ao seu efeito destrutivo sobre  os  materiais porosos.  Na  seqüência, apresentam-se  os  fatores  que  controlam  a  permeabilidade  da  pasta  de  cimento, agregado e  concreto. Os  efeitos físicos  qu e  influenciam negativamente  a  durabilidade  do  concreto  in - cluem desgaste  da  superfície, fissuração devida  à  cristalização  de  sais  n os  poros  e exposição  a temperaturas extremas, como durante  a  ação  do  congelamento  ou  fogo. Os  efeitos químicos deletérios incluem  a  lixiviação  da  pasta  de  cimento  por  solu- ções ácidas e  reações expansivas envolvendo ataque  p or  sulfato, reação álcali-agre- gado  e  corrosão  da s  armaduras  no  concreto.  A  importância,  as  manifestações físicas, os mecanismos  e o  controle  d as  diversas causas  da  deterioração  do  concreto sã o  discutidos  em  detalhes.  Um  modelo holístico  da  deterioração  do  concreto  tam- bém é  apresentado. Atenção especial  é  dada  ao  desempenho  do  concreto  em  ambiente marinho. Como numerosas causas físicas  e  químicas  da  deterioração ocorrem simultanea- mente quando a  estrutura  de  concreto  é  exposta  à  água  do mar, o estudo  do com- portamento do  concreto  em  ambiente marinho oferece  um a  oportunidade excelente para compreender  a  complexidade  dos  problemas  da  durabilidade  qu e  normal- mente ocorrem com o concreto  na  prática.

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7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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12 0  Microestrutura  e  Propriedades d o Concreto Endurecido

4. 6  Pode-se controlar

 o

 coeficiente

 d e

 expansão térmica

  do

 concreto?

  E m

  caso positivo, como?

4. 7  Q u a i s

  sã o a s

  taxas t íp icas para

  a

  deformação

  de

  re t ração

  po r

  secagem

  e

  p a r a

  a

  defor-

ma ç ã o  p or  fluência  no   concreto  e  qual  é su a  impor tância? Qual  é a  semelhança ent re esses

dois fenômenos?

4. 8  O q u e s e enten de pelos termos

  fluência básica, fluência específica, fluência  po r  secagem

e  coeficiente

  de

  fluência?

4. 9 L i s t e  os   fa tores mais impor tantes  q u e  a f e t a m  a  re t ração  po r  secagem  e a  f luência  e ex-

pl ique quando  os  efeitos s ão  s e me l h a n t e s  ou  opostos.

4 . 1 0   Q u e  fa tores afe tam somente  a  fluência  e p o r  quê?

4 . 1 1  Qual

  é a

  impor tância

  do

  termo  espessura teórica?

4 . 1 2 Além

  da

  ma g n i t u d e

  d a

  deformação

 p or

 re t ração,

  q u e

 out ros fa tores determinam

  o

 risco

de   fissuração  e m u m  e lemento  de  concreto?

4 . 1 3  Qual  é a  ut i l idade  do  conceito  de

  extensibilidade

P o r q u e o  concreto  de  a l ta res is tên-

cia é  mais propenso  à  f i ssuração  d c q u e o concreto  de  baixa resistência?

4 . 1 4   D e  forma ideal,  do  ponto  de   vis ta  da   res is tência  à  fissuração,  o  concreto deveria  t e r

baixa re t ração  e  alta extensibilidade.  D ê  exemplos  q ue   demonst rem  p o r q u e  isso pode  n ã o

se r  possível  n a  prática.

4 . 1 5  Qual  é a  impor tância  da   capacidade  de  deformação  à  tração? Como pode  se r  determi-

nada?

Referências

1 . Hsu . T .C ., F. 0 .   Slate,  G . M .  S tu rman  a n d G .  Winter.  J. ACI  Proc.,  v. 60, n. 2, pp. 209-223,1963:

Shah,  S.P. , and F. O. Slate. Proceedings  of a Conference  on  Structure  of Concrete,  Brooks,  A . E . a n d

K.

  Newman ,

  e d s . .  Cement  and  Concrete Association,

  Wexham Springs, Slough,

  I ) , K , p p

  82-92.

1968 .

2 . J .  Glucklich, ibid.. p p  176-189,1968.

3.

  Powers,

  T . C . .  Rev.  Mater. Construct. (Paris),  n . 545 , pp .

  79-85,1961.

4.   Hermite,  R . L. , Proceedings  of  theFourth International Symposium  on  Chemistry  of Cements,  N a-

tional Bureau  of  Standards, Washington,  D.C ., pp .  659-694,  1962.

5.

  Neville,

  A . M . .  Mag.

  Concr. Res.(London).

  v. 16, n. 46, pp.

  21-30,1964.

6.   Troxell,  G.E., J . M. Raphael.  and R . E.  Davis, Proc. ASTM,  v . 58 , pp .  1101-1120,1958.

7.   Nasser,  K. W.. and A. M.  Neville.  J. ACI  Proc..  v. 64, n. 2, pp.  97-103,1967.

8.

  Carlson,

  R .W.. D. L.

 Houghton.

  a n d M . ,  -J. ACI

  Proc..

  v . 76 . n .7 ,

  pp.821-837,1979.

9.   Houghton.  D. L. .  J. ACI  Proc..  v. 73. n. 12, pp.  691-700,1976.

Sugestões para Estudos dicionais

A CI   Committee Report 207—1R-96. Mass Concrete. A CI  Manual  of  Concrete Practice,  American  Con-

crete Institute. Farmington Hills.  M I. 2005.

A CI   Committee Report 209R-2, Prediction  of Creep. Shrinkage  an d  Temperature Effects i n  Concrete

Structures,  A CI  Manual  of  Concrete Practice, Ame rican Concrete Insti tute, Farmingt on Hills,  MI ,

2005.

Brooks,  A. E. , and K.  Newmart,  e d s . , T h e  S t ruc tu re  of  Concrete, Proceedings  of  International Confe-

rence,  London. Cement  a nd   Concrete Association, Wesham Springs, Slough,  U. K., pp . 82-92.176-

189 .

  319-447,1968.

Neville,  A . M . Properties  of Concrete,  Wiley,  N ew  York:  1996 .

Capítulo

Durabilidade

presentação

Os  projetistas d e  estruturas  de concreto apresentam muito interess e pelas carac-

terísticas d e resistência d o  material. Entretanto, p or diversas razões, é necessário

que se  tenha consciência  da sua dura bilidade. Mesmo considerando  que um con-

creto adequadamente dosado, lançado

  e

 curado pode

  se r

  durável

  na

  maioria

  dos

ambientes naturais e industriais, casos d e deterioração prematura  da s estruturas

de   concreto podem ocorrer trazendo lições valiosas para controle  do s fatores res-

ponsáveis pela falta d e durabilidade.

A água normalmente está presente  em  todo tipo  de deterioração, e a facilidade

com que

 penetra

  no s

 sólidos porosos determina

  a

 taxa

  de

  deterioração. Assim,

  no

começo deste capítulo, descrevem-se a estrutura e as propriedades d a água com re-

ferência especial ao seu efeito destrutivo sobre o s materiais porosos. N a  seqüência,

apresentam-se   os  fatores  qu e controlam  a  permeabilidade  da  pasta  de  cimento,

agregado

 e

 concreto.

Os  efeitos físicos qu e influenciam negativamente a durabilidade d o concreto in -

cluem desgaste  da superfície, fissuração devida  à cristalização d e sais n os poros e

exposição a temperaturas extremas, como durante a ação do congelamento ou fogo.

Os

 efeitos químicos deletérios incluem

  a

  lixiviação

  da

 pasta

  de

 cimento

  po r

  solu-

ções ácidas e reações expansivas envolvendo ataque p or sulfato, reação álcali-agre-

gado  e  corrosão  da s  armaduras  no concreto.  A  importância,  as  manifestações

físicas, os mecanismos e o controle d as diversas causas d a  deterioração d o concreto

sã o discutidos e m detalhes. U m  modelo holístico d a deterioração d o concreto t a m -

bém é apresentado.

Atenção especial  é  dada  ao  desempenho  do concreto  em   ambiente marinho.

Como numerosas causas físicas  e químicas  da deterioração ocorrem simultanea-

mente quando a  estrutura  de concreto é exposta  à  água  do mar, o estudo  do com-

portamento

 do

 concreto

 em

 ambiente mari nho oferece

 um a

  oportunidade excelente

para compreender  a complexidade  do s problemas  da  durabilidade  qu e  normal-

mente ocorrem com o concreto n a  prática.

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7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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12 2  Microestrutura  e  Propriedades  d o  Concreto Endurecido

5 1

  Definição

U m a  vida útil longa  é  considerada sinônimo  de  durabilidade. Como  a  durabi-

lidade  sob um  conjunto  de  condições  nã o  significa necessariamente durabili-

dade  sob um  outro, costuma-se incluir  u m a referência geral  ao meio ambiente

quando  se  define  a  durabilidade.  De  acordo  com o ACI  Committee  201, a

  du-

rabilidade  do concreto  de cimento Portland  é definida como s ua capacidade  de

resistir  à ação d e  intempéries, ataque químico, abrasão,  ou  qualquer outro pro-

cesso  de  deterioração.  Em   outras palavras,  u m  concreto durável preservará

su a  forma, qualidade  e capacidade de uso originais quando exposto a o ambiente

de uso  para  o qual  fo i  projetado.

Nenhum material

  é

  propriamente durável. Como resultado

  de

  interações

ambientais,  a  microestrutura  e,  conseqüentemente, suas propriedades mudam

com o

 tempo.

  U m

  material atinge

  o f im de sua

  vida útil quando suas proprie-

dades.  so b  determinadas condições  de uso.  tiverem  se  deteriorado  de tal  forma

que a

 continuação

  de sua

  utilização

  se

  torna insegura

  e

 antieconômica.

5 2

  Importância

P or   diversas razões, atualmente tem-se consciência  qu e  projetistas  de  estru-

turas devem avaliar  as  características  de durabilidade  do s  materiais  de cons-

trução  com   tanta atenção quanto outros aspectos, como propriedades

mecânicas e custo inicial. Primeiro, deverá haver u m  melhor entendimento  das

implicações sócio-econômicas  da  durabilidade, pois  o custo  de  reparo  e  substi-

tuição  d as estruturas p or  falhas n os  materiais tornou-se u m a pa rte substancial

do   orçamento total  da construção.  Po r  exemplo, estima-se  que , em  países  in -

dustrialmente desenvolvidos, cerca  de 40% do total  do s  recursos  d as indústrias

da   construção estão sendo aplicados  em   reparo  e  manutenção  de  estruturas

existentes  e  apenas  60% em  novas instalações.  O  crescimento  do s  custos  en -

volvendo  a  reposição  de  estruturas  e a  crescente ênfase  no  custo  do  ciclo  de

vida, mais  do que no custo inicial, estão forçando os engenheiros  a  darem mais

atenção  às  questões  de  durabilidade.  H á  também  u m a  percepção  de que há

u m a

  relação muito próxima entre

  a

  durabilidade

  do s

  materiais

  e a

  ecologia.

 A

conservação  de  recursos naturais através  de  materiais  de  construção dura-

douros

  é,

  portanto,

  um a

 atitude ecológica. Problemas

 c om

 estruturas

  em aço de

plataformas marítimas  n a  Noruega, Terra Nova,  e e m outras partes  do mundo

tê m

  mostrado

  qu e

 custos sociais

  e

  econômicos associados

  à

 falhas inesperadas

do s  materiais  de  construção podem  s er  muito altos*.  P or  essa razão,  o uso do

concreto

  tem se

  ampliado muito

  em

  ambientes agressivos, como

  as

  platafor-

m as   marí t imas  no Mar do Norte  e contêíneres para armazenagem  de gases  li-

quefeitos

  a

 temperaturas criogênicas.

* Em 27 de

  março

  de 1980,

  Alexander Kjeland,

  uma

  plataforma

  de

 extração

  de

 petróleo

  em aço na

costa

  de

  Stavanger

  (Mar do

  Norte), desabou repentinamente, causando

  a

  morte

  de 123

 pessoas. Logo

(IDOS  estrutura

  em aço de uma

  plataforma oetrolífera marítima oróxima

  a

  Terra

Durabilidade  123

5 3

 Observações Gerais

Antes  de se discutir aspectos importantes  da  durabilidade  do  concreto, algumas

considerações gerais s ão úteis. Primeiramente,  a água,  que é agente fundamental

tanto  da criação quanto  da destruição d e muitos materiais naturais, costuma  se r

o fator central para  a  maioria  dos problemas  da  durabilidade  no concreto. Nos só-

lidos porosos, sabe-se q ue água é a causa  de muitos tipos d e

 processos físicos

 da de-

gradação.

  Como veículo para trans porte  de  íons agressivos,  a  água pode  se r

também  a fonte d e processos químicos  de degradação.  E m  segundo lugar,  os fenô-

menos físico-químicos associados  ao  transporte  de  água  em  sólidos porosos  são

controlados pela permeabilidade  do  sólido.  Po r  exemplo,  a  taxa  de deterioração

química dependerá  do local d e  atuação  do ataque químico,  se ele  está restrito  à

superfície do concreto ou se ele também incide n a su a porção interna.  Em   terceiro

lugar, a taxa  de deterioração é afetada não só pelo tipo e concentração d e íons pre-

sentes n a água. como também pela composição química  do sólido. Ao contrário d e

rochas naturais e minerais, o concreto

 é um

  material essencialmente alcalino,  por-

qu e todos compostos d e cálcio qu e constituem o s produtos d e hidratação do  cimento

sã o alcalinos. Assim, águas ácidas s ão  particularmente danosas para  o concreto.

A  maior parte  do  nosso conhecimento sobre  os  processos físico-químicos res-

ponsáveis pela deterioração d o concreto deriva  do histórico d e casos d e estruturas

em   campo;  é difícil simular  em laboratório  a combinação  da s  condições  de  longo

prazo normalmente presentes n a vida real. N a prática,  a deterioração d o concreto

raramente  se deve a u m a única causa. Normalmente,  em um  estágio avançado d e

degradação

 d o

 material,

 h á

 mais

 do que um

  fenômeno deletério agindo.

 E m

  geral,

as  causas físicas  e  químicas d a deterioração estão t ão  interligadas e mutuamente

se

 reforçando,

 q ue

  separar

  as

  causas

  do s

  seus efeitos

  se

  torna muitas vezes

  im -

possível. Assim, u m a classificação dos processos d e deterioração do  concreto em ní-

tidas

 e

 separad as categorias deve

 s er

 vista

 co m

 certa precaução.

 O

 propósito

 de tal

classificação é de explicar  os diferentes fenômenos d e forma sistemática  e indivi-

dual.

  No

  entanto,

  não se

  devem negligenciar

  as

  interações

  qu e

  ocorrem quando

muitos fenômenos estão presentes si multanea mente.

5 4 A

 Água como gente

 d e

 Deterioração

O concreto não é o único material vulnerável a os proc essos físicos e químicos de de-

terioração associados  à água. Portanto,  é aconselhável rever  as características  da

água que em geral fazem dela o principal agente d e destruição d e materi ais sólidos.

A água,  em suas variadas formas, como água  do mar,  subterrânea,  de rio, de

lago,

  de

  neve, gelo,

  de

 chuva

  e de

  vapor,

  é, sem

  dúvida,

  o

 mais abundante fluido

na  na tureza. Moléculas d e água s ão muito pequenas e , assim, conseguem penetrar

em

 cavidades

 o u

 poros extremamente finos. Como solvente,

 a

 água

 s e

 destaca

  por

su a capacidade d e dissolver muito mais substâncias do que qualquer outro líquido

conhecido. Essa propriedade justifica

  a

  presença

  de

 muitos íons

 e

 gases

  em

  algu-

m as  águas, que, por sua vez, tornam-se fundamentais para  a  decomposição de ma-

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7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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12 4  Microestrutura  e  Propriedades  d o  Concreto Endurecido

teriais sólidos. Entre  os  líquidos comuns,  a  água  é  também  o que  possui  o mais

alto calor  de  evaporação; assim,  em   condições normais  de  temperatura,  el a tende

a  permanecer  em   estado líquido dentro  d e u m material poroso  em vez de  evapo-

r a r e  deixar  o  material seco. Além disso,  em  sólidos porosos,  os  movimentos  da

umidade interna

  e

  transformações estruturais

  da

  água

  sã o

 conhecidos

 p or

 causar

ruptura devido à variações volumétricas  de muitas formas. P or  exemplo,  o conge-

lamento  da água,  a formação d e u m a  estrutura ordenada  de água dentro  de poros

finos,  o desenvolvimento d e pressão osmótica devido a diferenças n a  concentração

iônica  e a pressão hidrostática formada  po r  pressões diferenciais d e vapor podem

levar  a altas tensões internas. U m a  breve revisão  da  estrutura molecular d a  água

será útil para compreender esses fenômenos.

5.4.1 A  estrutura  da  água

A  molécula  H- O- H  possui  u m a  ligação covalente. Devido  a diferenças d os  centros

de

  carga

  do

  hidrogênio

  e do

  oxigênio,

 o

 próton

  do íon de

  hidrogênio carregado

  po -

sitivamente  da  molécula  de  água atrai  os elétrons carregados negativamente  das

moléculas  de  água  ao seu  redor. Essa força  de  atração, relativamente fraca,  cha-

mada

 ponte  de hidrogênio,  é

 responsável pela

  estrutura ordenada  da  água.

A   maior manifestação d a  ordem  de  longo alcance n a estrutura  da  água devido  à

ponte d e hidrogênio é percebida n o gelo (Figura 5-la). No gelo, cada molécula d e água

(a

, <b)

Figura  5-1 (a)  E s t ru tu ra  do gelo [Pauling, L ..  The  Nature  of  Chemical Bond,  3d .  Cornell Univer-

sity,  1 9 6 0 . Usada  com   permissão  do  editor, Cornell University Press]; ( b) E s t ru tu ra  de  moléculas  de

água orientadas  e m u m  microporo [Winkler,  E . M . ,  Stone: Properties, Durability  in  Man's Environ-

ment,  Springer-Verfag, N ew   York,1973].

A estrutura  e propriedades  da água  são  afetadas pela temperatura  e pelo tamanho  dos poros  em um  sólido.

Durabilidade  125

é circundada  po r  quatro moléculas,  de forma  que o grupo possui u m a  molécula  no

centro e as outras quatro  no s  vértices  de um  tetraedro.  E m  todas  as  três direções,

as   moléculas  e os  grupos  da s moléculas permanecem unidos  po r ponte  de hidro-

gênio.  O  gelo derrete  a 0°C  quando aproximadamente  15% das  pontes  de  hidro-

gênio s e rompem. Como resultado d a  ruptura parcial n a  direcionalidade  da ligação

tetraédrica, cada molécula

 d e

  água pode adquirir mais

  do que

 quatro vizinhos

 pró-

ximos,  com a  densidade crescendo de 0 ,917 para  1. A   reversibilidade  do processo

responde pelo fenômeno  d a  água líquida  se  solidificar, expandindo-se  em vez

de se retrair .

Comparada  à  estrutura  do gelo,  a  água  à  temperatura ambiente  te m  aproxi-

madamente

  50% das

  pontes

  de

  hidrogênio rompidas.

  O s

  materiais,

  no

  estado

  de

ligações rompidas, apresentam cargas superficiais desequilibradas, promovendo

energia superficial. A  energia superficial e m  líquidos causa tensão superficial, que

é

 responsável

 por um

 grande número

  de

 moléculas aderirem entre

  si . E a alta  ten-

são   superficial  da  água

  (definida como a força necessária par a separar  as molécu-

l as de  água)  qu e  dificulta s u a  atuação como  u m  agente plastificante eficiente  n a

mistura  de concreto,  a menos  que se  adicionem aditivos químicos adequados para

reduzir  a  tensão superficial.

Sabe-se

  que a

  formação

  de

 estrutura orientada

  da

  água pelas pontes

  de

 hidro-

gênio  no s  microporos causa expansão  em   muitos sistemas.  E m  sólidos,  a  energia

superficial, devido a cargas desequilibradas, depende  da  área superficial; assim,  a

energia superficial é alta quando  h á numerosos poros finos presentes.  Se a  água  é

capaz  de permear  po r esses microporos, e se as forças d e  atração n a superfície dos

poros

  sã o

  fortes

  o

 suficiente para romper

  a

  tensão superficial

  da

  água

  e

 orientar

as  moléculas para  u m a  estrutura ordenada (análoga  à  estrutura  de  gelo), essa

água orientada  ou ordenada, sendo menos densa  que a água livre, necessitará  de

mais espaço

 e ,

 assim, tende

  a

  causar expansão (Figura 5-lb).

5 5

  Permeabilidade

No  concreto, o papel  da  água  t em de ser visto  s o b u m a perspectiva adequada,  por -

que , como  é u m  ingrediente necessário para  as  reações  da  hidratação  do  cimento

e  atua como agente facilitador  da  mistura  do s  componentes  do concreto,  a  água

está presente desde  o início. Gradualmente, dependendo  d as  condições ambien-

tais

  e da

  espessura

  do

  elemento

  de

  concreto,

  a

  maior parte

  da

  água evaporável

(toda a água capilar  e u m a  par te  da  água adsorvida)  é  perdida, deixando o s poros

vazios  ou não  saturados. Como  a  água  é  evaporável, passível  de congelamento  e

também livre para movimentos internos,  u m  concreto n ão será vulnerável  a  fenô-

menos destrutivos relacionados  à água  se houver pouca  ou nenhuma água evapo-

rável após

  a

  secagem

  e se a

  exposição subseqüente desse concreto

  ao

  meio

ambiente  nã o  causar re-saturação  do s poros. A  re-saturação depende,  em   grande

parte,  da

  condutividade hidráulica,

  qu e  também  é conhecida como

  coeficiente

  de

permeabilidade  (K).

  Observa-se  que , na  tecnologia  do concreto, a prática comum  é

omitir  o  adjetivo e se  referir a K  simplesmente como permeabilidade.

Page 4: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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12 6  Microestrutura  e  Propriedades  d o  Concreto Endurecido

Garboczi

1

  fez uma  revisão  d as várias teorias  qu e  tentavam relacionar  os parâ-

metros microestruturais  do s  produtos  do cimento  com a  difusividade  (a  taxa  de

difusão d os  íons através  de poros preenchidos  de  água)  ou com a permeabilidade

(a  taxa  do  fluxo viscoso  de  fluidos sobre pressão através  da  estrutura  de poros).

Para materiais como

 o

 concreto,

 c om

 numerosas microfissuras,

 é

 difícil determ inar

um

  fator

  da

 propriedade

  de

  transporte

  de

 fluido

  satisfatório po r  causa  do efeito de

alterações imprevisíveis n a  estrutura  do s poros quando d a penetração de um  fluido

externo. Deve-se observar  que a propriedade  de  transporte  de  fluido d o material

está  e m  contínua mudança  po r  causa  do s ciclos d e  estreitamento  ou  alargamento

do s

 poros

  e

 microfissuras decorrentes

  da s

  interações físico-químicas

  qu e

  ocorrem

entre  o  fluido penetrante  e os  compostos  da  pasta  de  cimento.  D e  acordo  com

Garboczi,  as

  previsões

  de

  difusividade necessitam maior desenvolvimento

  e

  vali-

dação antes

  que se

  possa provar

  sua

  utilidade prática.

  Assim,  a  discussão neste

texto será limitada  à permeabilidade  do  concreto. Entretanto, sugere-se  qu e esse

termo

  se

 refira,

 n o

  geral,

  à

 propriedade

  de

  transporte

  do

 fluido total

  do

 material.

Define-se

 permeabilidade

  como a propriedade q ue governa  a taxa  de fluxo de um

fluido através  d e u m sólido poroso. Para

  fluxo contínuo

,  o coeficiente  de permea-

bilidade

  (K)

 é  calculado pela expressão d e Darcy.

dg _ g AHA

dt hji

dql dt

-  taxa  de fluxo d o fluido

U =

 viscosidade

  do

 fluido

AH =  gradiente  de  pressão

A =  área  da  superfície

L

=  espessura  do sólido

O

 coeficiente

 d e

 permeabilidade

 de um

 concreto

 a

 gases

 e

 vapor

  de

 água

  é

 muito

mais baixo  do que o coeficiente d e permeabilidade  a água líquida. Assim, ensaios

para medida  de permeabilidade, geralmente,  sã o  realizados usando água  que não

contenha  a r  dissolvido. Salvo outr as condições, o s dados deste capítulo s e  referem

à permeabilidade  do concreto c om água pura. Devido à s  suas interações c om pasta

de

  cimento,

  os

  valores

  da

  permeabilidade para soluções contendo íons

  sã o

  dife-

rentes  da  permeabilidade  da água.

5.5 .1  Permeabilidade  da  pasta  d e  cimento endurecida

N a  pasta  de cimento endurecida,  em   qualquer estágio durante  o processo  da hi-

dratação,  o tamanho  e a  continuidade  do s poros controlarão  o coeficiente  de per -

meabilidade. Conforme discutido  no  Capítulo  2, a  água  de  amassamento  é

indiretamente responsável pela permeabilidade  da  pasta  d e cimento hidratada,

porque  se u teor determina, primeiramente,  o espaço total  e,  subseqüentemente,  o

espaço

  n ão

  preenchido depois

  de a

  água

  te r

  sido consumida pelas reações

  da hi-

Durabiíidade

  127

dratação  do cimento  ou pela evaporação para  o  ambiente.  O  coeficiente  de per -

meabilidade  d e u m a  pasta  de  cimento recém-misturada  é da  ordem  de IO"

1

  a

IO"

5

 cm/s . Com o  desenvolvimento  da hidratação, t ã o logo a porosidade capilar  de -

cresce,

  o

 coeficiente

 d e

 permeabilidade também diminui (Tabela

  5-1),

 porém

  não

existe  u m a  proporcionalidade direta entre  os  dois.  Po r  exemplo, quando  a  porosi-

dade capilar diminui  de 40 para  30%   (Figura 2-11), o coeficiente d e  permeabilidade

TABELA

 5-1

  Redução

 n a

 permeabilidade

 com a

 evolução

da  hidratação  em uma pasta d e cimento de a/c igual  a 0,7.

Coefic iente  de   pe rm e a bi l ida de

( c m / s x 1 0 ' " )

4.000

1 .000

4 0 0

50

10

6

FONTE: Powers,

  T . C . ;

 Copeland,

  L . E . ;

 Hayes, -J.C.; Mann,

  H . M . ,

J. ACI,  Proc,  v. 5 , pp.  285-298,1954.

ca i muito mais (isto  é, de cerca  de 110 para  20 x IO

12

 cm/s). Entretanto,  u m decrés-

cimo adicional  n a  porosidade  de 30 a 20%  resulta  em   apenas  u m a  pequena queda

na

 permeabil idade. Isso porque,

 n o

 início,

 com o

 desenvolvimento

 d o

 processo

 de hi-

dratação, mesmo u m a  pequena diminuição  n a porosidade capilar total  é associada

a u m a  segmentação considerável n os poros grandes, reduzindo muito  o tamanho  e

o número  de canais  de fluxo n a  pasta  de cimento. Tipicamente, cerca de -30% da po-

rosidade capilar representa  u m  ponto n o  qual  as  interconexões entre  os poros  já se

encontram

  tã o

  tortuosas,

  que um

  maior decréscimo

  n a

  porosidade

  da

  pasta

  não é

acompanhado  p o r u m a  diminuição substancial  no  coeficiente d e  permeabilidade.

Em   geral, quando  a relação água/cimento  é alta  e o grau  de  hidratação  é baixo,

a pasta  de cimento terá  u m a  porosidade capilar alta.  El a  conterá  u m  número  re -

lativamente alto  de  poros grandes  e bem  conectados  e,  assim,  se u  coeficiente  de

permeabilidade será alto.

  Com o

 desenvolvimento

  da

  hidratação,

  a

  maioria

  dos

poros terá seus tamanhos reduzidos (exemplo,  100 nm ou menos)  e perderão suas

interconexões, reduzindo, assim,  a permeabilidade.  O  coeficiente  de permeabili-

dade  da  pasta  de  cimento, quando  os  vazios capilares,  e m s u a  maioria,  são pe-

quenos e não  interconectados,  é da  ordem  de IO

12

 cm/s . Como já  mencionado,  com

pastas

  de

 cimento convencionais,

  a

 descontinuidade

 n a

  rede capilar

  se dá

  quando

a porosidade capilar  é de cerca de 30%. Com  relações água/cimento de 0,4; 0,5; 0,6

e 0,7 em  pastas  de  cimento, isso acontece normalmente  em 3, 14, 180, e 365 dias

de   cura úmida, respectivamente. Como a relação água/cimento n a maioria  das do-

sagens  de  concreto raramente excede  0,7, teoricamente,  com   concretos  be m  cura-

dos, a  pasta  de  cimento  nã o  deveria  ser o  principal fator  a  contribuir para  o

coeficiente

 d e

 permeabilidade

  do

 concreto.

Idade (dias)

Estado fresco

5

6

8

13

24

Final

Page 5: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

http://slidepdf.com/reader/full/durabilidade-das-estruturas 5/39

1 2 8

Microestrutura

  e

  Propriedades

  do

 Concret o Endurecido

5.5.2   Permeabilidade  d o  agregado

Comparado

  aos 30 a 40% de

  porosidade capilar

  d e u m a

 pasta

  de

 cimento comum

no

 concreto endurecido,

 o

 volume

  de

 poros

 n a

  maioria

  do s

 agregados naturais fica

abaixo  de 3%  normalmente  e  raramente excede  10%. Assim, espera-se  que a per-

meabilidade

  do

 agregado seja muito menor

 do que a de uma

 típica past ade cimento.

TABELA 5- 2  Comparação entre a permeabilidade d e rochas e  pastas d e  cimento.

Relação água/cimento  de

pas ta h id ra tada  com o mesmo

coeficiente  de  permeabilidade

ÕJ8 '

0 ,42

0 ,48

0 ,66

0 ,70

0 , 7 1

0 ,71

FONTE: Powers.  T . C . ,  J. Am.  Ceram.  Soe. , v . 4 , n . L pp . 1 -5 , 1958 .

N o

  entanto, esse pode

  n ã o s e r

  necessariamente

  o

 caso. Dados

  de

  permeabilidade

de

 algumas rochas naturais

  e

 pastas

  de

 cimento (Tabela

  5-2)

 indicam

  que o

 coefi-

ciente  de permeabilidade  do s  agregados  é tão  variável quanto  o d a s  pastas  de ci-

mento hidratadas

  de

  relação água/cimento

  n a

  faixa

  de 0,38 a 0,71.

Embora

  o

 coeficiente

  de

  permeabilidade

  do

  mármore, rochas vulcânicas,

  dio-

rito, basalto

  e

 granitos densos seja normalmente

  da

  ordem

  de 1 a 10 x IO'

12

  cm/s.

algumas variedades  de granito, calcário, arenito e cherts apresentam valores duas

vezes mais altos

 e m

 ordem

  de

 magnitude.

  O

 motivo

 d e

 alguns agregados

 com ape-

nas 10% de

  porosidade apresentarem permeabilidade muito mais alta

  do que a

pasta

  de

 cimento

 é que o

 tamanho

  do s

 poros capilares

 n o

 agregado

 é

 normalmente

muito maior.

 A

  maior parte

  da

  porosidade capilar

  na

  pasta

  de

  cimento hidratada

fica

 n a

  faixa

  de 10 a 100 nm,

  enquanto

  que a

 dimensão

 d os

 poros

 n o

 agregado,

  em

média, apresenta-se maior

  que 10 um. Em

  alguns tipos

  de

  chert

  e

 calcário,

  a dis-

tribuição

  do

 tamanho

  do s

  poros envolve

  u m

  teor considerável

  de

  poros finos.

  Sua

permeabilidade pode

  se r

 baixa,

  m a s

  esses agregados

  sã o

 vulneráveis

  à

  expansão

e  fissuração associadas  a movimentos muito lentos  de  umidade  e à  pressão  hi -

drostática resultante.

5 . 5 . 3 Permeabilidade  d o  concreto

Teoricamente,

  com a

 introdução

  de

 partículas

  de

  agregados

  de

 baixa permeabili-

dade  e m u m a pasta  de cimento d e  alta permeabilidade (especialmente c om pastas

contendo alta relação água/cimento,

  n as

  primeiras idades, quando

  a

  porosidade

capilar

  é

  alta), espera-se reduzir

  a

 permeabilidade

  do

  sistema, porque

  as

  partícu-

l as do

 agregado devem interceptar

  os

 canais

  de

  fluxo

 n a

  matriz

  da

 pasta

  de ci-

mento. Assim, comparados  à  pasta  de  cimento pura,  u m a  argamassa  ou um

Tipos  de  Rocha

Coeficiente  de

permeabilidade (cm/s)

Basalto denso  2 . 4 7  10

;2

Quar tzo d io r ito S .24x l0 '

12

M á r m o r e 2 . 3 9 x l 0 '

l :

M á r m o r e  5 .77 x 10 '

10

Gran i to  5 .35 x IO'

9

Aren i to 1 .23x l0 '

s

G r a n i t o  1 .56 x l 0

s

Durab i l idade  1 2 9

concreto

  com a

  mesma relação água/cimento

  e

 grau

  de

 maturidade devem

  t e r um

coeficiente

  de

 permeabilidade menor. Entretanto,

  n a

  prática, isso

  nã o

  acontece,

como indicam dados

 d e

 ensaio.

 O s

 dois conjuntos

 d e

 dados*

 n a

 Figura

  5- 2

 mostram

claramente

  que a

 incorporação

  de

  agregado

  à

  pasta

  de

  cimento

  ou

  argamassa

Dimensão máxima do ;

4 ' / 2 i n

( 1 1 4 m m )

1 100 I-

50.000

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Relação água/cimento

(a)

30 „

/

20 -g

-

10 «

4,8 mm

^ ò

/

3 -

Pasta

  de

X

/cimento

o

1 •*

1 0 0

50

0 , 4 0 5 0 , 6  0 , 7 0 , 8 0 , 9 1 . 0

Relação água/cimento

(b )

Figura  5- 2  Influência  da  relação água/cimento  e da  dimensão máxima  do agregado  n a  permea-

bilidade  do concreto: ( a) Kqéa  medida relativa  do  fluxo  de  água através  do concreto e m  metros  cú -

bicos  por ano por  metro quadrado  de  área para  um a  unidade  de gradiente hidráulico  [(a) Concrete

Manual,  8ed., U.S.  Bureau  of Reclamation,  1975, p. 37, (b)  adaptado  de  Beton-Bogen. Aalborg

Cement. Aalborg. Denmark, 1979].

A permeabilidade  do  concreto  à  água depende principalmente  da  relação água/cimento  (que  deter-

mina  o tamanho,  o volume  e a continuidade  dos  vazios capilares)  e da   dimensão máxima  do agregado

(que  influencia  as microfissuras  na  zona  de  transição entre  o agregado graúdo  e a pasta  de cimento).

aumenta consideravelmente

  a sua

  permeabilidade.

  D e

  fato, quanto maior

  a di-

mensão

  do

 agregado, maior será

  o

 coeficiente

 d e

  permeabilidade. Tipicamente,

  os

coeficientes

  de

 permeabilidade para

  u m

  concreto

  de

  resistência moderada

  (con-

tendo agregado  co m dimensão máxima  de 38 mm,  consumo  de 356  kg/m

3

  de ci-

mento

  e

  relação água/cimento

  de 0,5) e

  concreto

  de

  baixa resistência usado

  em

barragens (contendo agregado

  de 75 a 150 mm, 148

  kg/m

3

  de

  cimento

  e

 relação

água/cimento

 0 ,75)

  ficam

  n a

  ordem

  de 1 x IO'

10

  e 30 x 10-

10

 cm/s ,

  respectivamente.

A

 explicação

  do

 motivo pelo qual

  a

 permeabilidade

  da

  argamassa

  ou do con-

creto s er  maior  do que a permeabilidade  da pasta  de  cimento correspondente  está

n a s

 microfissuras normalmente presentes

  n a

  zona

 d e

  transição

 n a

  interface entre

o

 agregado

 e a

 pasta

  de

 cimento. Como descrito

 n o

 Capítulo

 2 , a

 dimensão

  do

 agre-

gado

 e a sua

  distribuição granulométrica afetam

  a

 característica

  de

 exsudaçào

  da

mistura  de concreto  que , por sua vez ,  influencia  a  zona  de transição  n a  interface.

Durante

  o

 período

 d e

 hidratação inicial, essa zona

  de

  transição

  é

 fraca

 e

 vulnerá-

vel à

 fissu ração devido

  ao s

 esforços diferenciais entre

  a

 pasta

  de

 cimento

 e o

 agre-

Ã

  O coeficiente  de permeabilidade  nas  unidades  SI é expresso como kg/Pa.m.s,  que é aproximada-

Page 6: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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Microestrutura

  e

  Propriedades

  do

 Concreto Endurecido

gado,  que são induzidos pela retração  po r secagem, pela retração térmica  e  pelo

carregamento aplicado externamente. A s fissuras n a  zona  de  transição  na  inter-

face  sã o  muito pequenas para serem vistas  a  olho  nu , mas são  maiores  do que

grande parte  d as  cavidades capilares presentes  n a  matriz  da  pasta  de  cimento.

Mais tarde,  a propagação dessa s microfissuras estabelece a s  interconexões que se

tornam favoráveis a o aumento  da permeabilidade  do sistema.

Devido

  à

  importância

  da

  permeabilidade para

  os

 processos físico

 e

 químico

  de

deterioração d o concreto, q ue serão descritos adiante, é aconselhável u m a breve re -

visão

  do s fatores

  que

 controlam

  a

 permeabilidade  do

 concreto. Devido

 a o

 fato

 de a

resistência  e a  permeabilidade estarem relacionadas entre  si através  da porosi-

dade capilar (Figur a 2-11), como u m a  primeira aproximação,  os  fatores  que in-

fluenciam  a  resistência  do  concreto (Figura  3-14)  também influenciam  sua

permeabilidade. U m a redução n o volume  do s grandes vazios capilares  (por exem-

plo , >100 nm) da  matriz  da  pasta reduzirá  a  permeabilidade. Isso  é  possível

usando-se  u m a  baixa relação água/cimento,  um   consumo adequado  de cimento e

u m a  cura  e a densamento apropriados.  D a  mesma forma, devida atenção  à di-

mensão  e  granulometria  do agregado, deformações causadas p or retrações térmi-

cas e por secagem e um  carregamento prematuro ou  excessivo representa u m passo

necessário para reduzir  a microfissuração n a  zona  de  transição  na  interface,  que

é a

 principal causa

  de

 alta permeabilidade

  do

 concreto,

  na

  prática.

 Por f im,

 deve-

se   destacar  que a  tortuosidade  da  passagem  do fluxo d e  fluido q ue  determina  a

permeabilidade também depende  da  espessura  do elemento d e concreto.

6

Classificação

 d as

 Causas

 d a

 Deterioração

 d o

 Concreto

Mehta  e  Gerwick

2

  agruparam  as   causas físicas  da  deterioração  do concreto  (Fi-

gura  5-3) em duas categorias: (a ) desgaste superficial ou perda  de  massa devido à

abrasão, erosão

 e

 cavitação;

  (b)

 fissuração devida

 a

 gradientes normais

  de

 tempe-

ratura  e umidade, cristalização  de  sais  no s  poros, carregamento estrutural  e ex-

posição

 a

 temp eratur as extremas, como congelamento

 ou

 fogo.

 D e

  maneira similar,

conforme discutido adiante neste capítulo,  os  autores agruparam causas quími-

cas da

 deterioração

 e m

 três categorias:

  (1)

 hidrólise

  de

 componentes

  da

 pasta

  por

água mole;  (2) reações  de  troca catiônica entre fluidos agressivos  e a pasta  de ci-

mento; e (3) reações químicas levando à formação de produtos expa nsivos, como no

ataque  po r sulfato, reação álcali-agregado e corrosão d a  armadura  no concreto.

Deve-se enfatizar mais  uma vez que a distinção entre  as causas físicas  e quí-

micas d e deterioração é  puramente arbitrária. N a prática, a s duas freqüentemente

se   superpõem.  Po r exemplo,  a perda  de massa  po r desgaste superficial e a  fissu-

ração aumentam  a  permeabilidade  do  concreto, tornando-se  a  causa primária  de

um ou  mais processos d e deterioração química. D a mesma forma, os efeitos noci-

vos dos fenômenos químicos s ão físicos; po r exemplo, a lixiviação do s componentes

da  pasta  de cimento endurecida p or  água mole o u fluidos ácidos aumen tará  a po-

rosidade  do concreto, tornando  o  material mais vulnerável  à abrasão  e  erosão.

3

O

ÍI

131

Page 7: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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13 2  Microestrutura  e  Propriedades  d o Concreto Endurecido

A

 fissuração

 d o

 concreto decorrente

  de

  gradientes normais

  de

  temperatura

  e

umidade  fo i discutida  no  Capítulo 4 . O ACI  Committee 224.3 também publicou

u m  estudo abrangente sobre  as  causas,  os mecanismos  e o  controle  de fissuração

no

  concreto.

 A

  deterioração

  do

  concreto

  po r

  desgaste superficial, cristalização

  de

sais n os poros, ciclos gelo-degelo, fogo e o s vários processos químicos mencionados

sã o  discutidos neste capítulo.

5 7

Desgaste Superficial

Perdas progressivas  de  massa  da  superfície  do  concreto podem ocorrer devido  à

abrasão, erosão

 e

  cavitação.

  O

 termo

 abrasão

  geralmente

  se

  refere

 a o

 atrito seco.

como n o caso  de desgaste  em pisos  e pavimentos industriais p or  tráfego d e veícu-

los. O termo erosão normalmente  é usado para descrever desgaste p or ação abra-

siva  de  fluidos contendo partículas sólidas  em  suspensão.  A  erosão ocorre  em

estruturas hidráulicas, como, p or  exemplo, revestimentos  de canais, vertedores  e

tubulações  de  concreto para transporte  de  água  e  esgoto. Outra possibilidade  de

dano para estruturas hidráulicas  é por  cavitação  que ,  relacionada  à  perda  de

massa pela formação

 d e

 bolhas

  de

  vapor, provoca súbita mudança

  de

 direção

  em

águas  qu e  fluem rapidamente,  com  subse qüente colapso d as estruturas.

A pasta  de cimento endurecida  nã o possui alta resistência a o atrito. A vida útil

do

  concreto pode

  s er

  encurtada

  po r

  ciclos

  de

  atritos repetidos, especialmente

quando  a pasta  de cimento n o concreto é de alta porosidade o u baixa resistência  e

é protegida inadequadamente  com um  agregado  qu e possuiu resistência insufi-

ciente  ao desgaste. Aplicando u m  método d e ensaio especial, Liu

J

 encontrou  u m a

bo a correlação entre  a relação água/cimento e a resistência  à abrasão d o concreto

(Figura 5-4a). Dessa forma, para  a obtenção  de superfícies  de concreto resistentes

à abrasão,  o ACI Committee  20 1 recomenda que a resistência à compressão o con-

creto

 n ão

  deve

 s er

  menor

 do que 28 MPa

  (4000

 psi).

  Pode-se atingir

  a

 resistência

apropriada através d e u m a baixa relação água/cimento, adequada granulome tria

do s  agregados miúdos  e graúdos (dimensão máxima limitada  a 25 mm), a  mais

baixa consistência

  (por

 exemplo,

  75 mm de

 abatimento máximo) necessária para

lançamento e consolidação corretos e teor mínimo de ar, compatível com as condi-

ções d e exposição.

Quando

  um

  fluido contendo partículas sólidas

  em

  suspensão está

  em

  contato

com o concreto,  a  colisão,  o escorregamento  ou rolamento  da s  partículas causam

desgaste  da superfície. A taxa  de  erosão superficial depende  da porosidade ou da

resistência  do concreto e da quantidade, tamanho, forma, densidade, dureza e ve-

locidade  da s partículas  em movimento.  Se a  quantidade  e o tamanho  dos  sólidos

sã o pequenos, como o silte  em um  canal  de  irrigação,  a perda  po r  erosão será  des-

prezível para velocidades  de até 1,8 m/s no  fundo d o  canal (velocidade mínima

para  q u e u m a  dada partícula possa  se r  transportada). Quando  h á  condições  de

erosão o u abrasão severas, recomenda-se que , além do uso de agregados d e alta  du-

reza,  o  concreto seja dosado para obter pelo menos  41 MPa de resistência  à com-

pressão

  aos 28

 dias

  e

 curado adequadamente antes

  de se r

  exposto

  ao

  ambiente

Durabilidade

a/c = 0 ,72

10

8

6

4

0

Calcário

20 40 60

Tempo  de  ensaio,  h

0 ,3 0 ,4 0 ,5 0 ,6 0 ,7 0 ,

Relação água/cimento

(a)

Figura  5 -4 (a)  Influência  da  relação água/cimento  e do  tipo  de  agregado  na   deterio-

ração devida  à  abrasão/erosão  no  concreto;  (b)  dano  po r  cavitação  no  reves t imen to  de

concreto  e m u r a  túne l  de 12 ,5 m de  d iâmetro  n a  B ar ragem  de  Glen Canyon  [ (a) Liu ,

T . C . . -J. ACI,  Proc.,  v. 78, n. 5, p.  346,1981;  (b) fotografia cedida pelo  U . S .  B ureau  o f Re-

clamation   e William Scharf  d a G u y F .  Atkinson Construction  Co .] .

Page 8: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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134

Microestrutura   e  Propriedades  d o Concreto Endurecido

agressivo.  O A CI  Committee  20 1 recomenda  ao  menos sete dias  de  cura úmida

continua após o lançamento d o concreto.

Onde medidas adicionais para melhorar  a durabilidade  do concreto à abrasão

ou  erosão s ão

 necessárias,

 é

 aconselhável observar

 que os

 processos

 d e

 atrito físico

do   concreto ocorrem  n a superfície. Assim, atenção particular deve  se r  dada para

assegurar  que ao menos  o concreto  na  superfície seja d e  alta qualidade. Para  re-

duzir  a formação de superfície fraca, chamada d e nata  (o termo é usado para  u m a

camada  de  partículas finas, extraída  da  pasta  de cimento  e do  agregado), reco-

menda-se esperar  a té o concreto  te r  perdido  su a  água  da exsudação superficial

para  o  desempenamento  e a regularização. Pavimentos  ou pisos industriais para

cargas pesadas devem s er projetados para  te r  entre  25 e 75 mm de  espessura  na

camada superficial, consistindo de concreto dosado com  baixa relação água/cimento

e com

  agregado resistente

  e de

 dimensão máxima

  de 12,5 mm. Por

 causa

  de sua

baixa relação água/cimento, o uso de  concreto  de  superfície contendo adições  ou

aditivos superplastificantes vem se tornando cada v ez mais comum contra a abra-

são ou erosão. Adições minerais, como sílica ativa, também  sã o usadas para obter

alta resistência

 e

 impermeabilidade. Além

 d e

 tornar

 o

 concreto endurecido menos

permeável após  a  cura úmida, misturas  de concreto fresco contendo adições  mi -

nerais  sã o  menos suscetíveis  à exsudação. A resistência  à deterioração  po r  infil-

tração d e fluidos e a redução n o desgaste devido ao atrito também pode s er obtida

com a

 aplicação

  de

 soluções endurecedoras

  de

  superfícies para pisos novos

  bem

curados  ou  pisos velhos desgastados.  As soluções mais comumente usadas para

esse fim são  fluossilicato de magnésio e zinco, o u silicato d e sódio, q ue reagem com

o hidróxido d e cálcio presente n a pasta d e cimento Portland, formando produtos in -

solúveis  qu e selam  os poros capilares n a  superfície ou próximos a esta.

Enquanto

 o

 concreto

 de boa

 qualidade apresenta excelente resistência

  ao

 fluxo

constante  de  água limpa,  o fluxo n ão  linear  a velocidades  qu e  excedem  12 m/s

(7 m/s em  condutos fechados) pode causar danos sérios  ao  concreto  po r  meio  da

cavitação. E m água corrente, bolhas  de vapor  se formam quando  a  pressão abso-

luta local

 em um

  dado ponto

 é

 reduzida

  à

 pressão

  de

 vapor ambiente

  da

  água

  cor-

respondente   à  temperatura ambiente. Quando  as bolhas d e vapor  qu e  fluem com

a  água entram  e m u m a  região  de alta pressão, implodem  com o grande impacto

causado pela entrada  da  água  em  alta velocidade  no  espaço anteriormente  ocu-

pado pelo vapor, provocando sérios danos localizados, como sulcos. Assim,

  a su-

perfície  de concreto afetada pela cavitação  é irregular  ou  corroída,  em   contraste

com a  superfície desgastada uniformemente pela erosão  po r  sólidos  em   suspen-

são. Também,  em contraste à  erosão o u abrasão, u m concreto resistente pode não

ser ,

 necessariamente, eficiente para evitar danos

  de

 cavitação.

 A

 melhor solução

está  em   eliminar  as  causas  da  cavitação, como desalinhamentos  da superfície ou

alterações abruptas  na  declividade.  Em 1984, grandes reparos foram necessários

no   revestimento  de concreto do  túnel d a barragem "Glen Canyon" (Figura 5-4b); o

dano

  foi

  causado

  po r

  cavitação atribuída

  às

  irregularidades

  na

  superfície

  do

revestimento.

Métodos

  de

  ensaio para avaliação

  da

  resistência

  ao

 desgaste  do concreto  nem

Durabilidade  135

sempre s ão satisfatórios, porque a s simulações d as condições reais d e desgaste não

sã o facilmente reproduzidas e m laboratório. Portanto,  não se espera  qu e  métodos

de

 laboratório forneçam

 u m a

  medida quantitativa

  da

  vida útil

  que se

 pode espe-

ra r de uma superfície de concreto; eles podem s er usados para  u m a avaliação qua-

litativa  do s  efeitos  do s  materiais  do  concreto  e de  procedimentos  de  cura  e

acabamento sobre resistência  à  abrasão  do concreto.

A

 ASTM

  C 779

  descreve três métodos opcionais para ensaiar

  a

  resistência

  à

abrasão relativa  em superfícies horizontais  de concreto. N o ensaio  à abrasão  com

bolas de aço, o carregamento é aplicado a u m a cabeça rotativa  com  bolas de aço en-

quanto o  material desgastado  é removido p or circulação  de água.  No  ensaio com

rodas giratórias,

 o

 carregamento

 é

 aplicado através

 d a

 rotação

 cle

 rodas revestidas

com aço. No ensaio d e disco rotativo, discos rotativos de aço são usados e m  conjunto

com um abrasivo d e carboneto d e silício. E m  cada  um dos ensaios, o grau  de des-

gaste pode s er medido e m termos  de perda  de peso após u m  tempo especificado. A

ASTM C 418 descreve o ensaio d e jato d e areia, q ue cobre a s  características da re-

sistência

 à

  abrasão

  do

 concreto, submetendo-o

 a o

 impacto

 d e

 areia silicosa impul-

sionada por a r . Não há ensaios satisfatórios para  a  resistência  à erosão. Devido à

relação direta entre  a  resistência  à abrasão  e à  erosão,  os  dados  da  resistência  à

abrasão podem s er usados como referência aproximada p ara r esistência  à erosão.

5 8

 Cristalização

 d e

 Sais

 n os

 Poros

Sob  certas condições ambientais, p or exemplo, quando u m  lado de um  muro de ar-

rimo  ou a laje de um  concreto permeável está  em contato  com uma  solução de sal

e os

  outros lados estão sujeitos

  à

  perda

  de

 umidade

  po r

  evaporação,

  o

  material

pode  se  deteriorar  po r  tensões causadas pela cristalização  de  sais  no s  poros.

Winkler

5

 lista  um   número  de sais que são conhecidos p or  causar fissuração e las-

camento, danos típicos e m monumentos históricos  de pedra  ou rocha. Ess e fenô-

meno

  fo i

  atribuído

  às

  grandes pressões produzidas pela cristalização

  de

  sais

  a

partir

  de

 soluções supersaturadas.

A partir  de  investigações  dos  danos  em  alvenaria devido  à cristalização  de sal,

Binda  e Baronio

6

  discutiram  a  influência  que as condições microclimáticas  têm ou

não nos

 sérios danos

 q ue

 possam ocorrer.

 D e

  acordo

  com os

  autores,

  a

 extensão

 d o

dano depende do

 local

 da cristalização do sal, que é determinado por um  equilíbrio di-

nâmico entre a taxa. de evaporação d a água a partir d a superfície exposta d o mate-

rial  e a  taxa  de fornecimento d a solução  de sal  para este local. Quando  a  taxa  de

evaporação é menor do que a taxa d e fornecimento de água  a partir  do interior da al-

venaria, a cristalização do sal ocorre na superfície externa, se m causai' qualquer dano.

Apenas quando a taxa  de migração d a solução de sal através d os poros interconecta-

dos do material  é  mais lenta  do que a velocidade  de reposição,  a  zona  de secagem

ocorre substancialme nte abaixo da superfície. A cristalização do sal sob tais condições

pode resultar

 e m

 expansão suficiente para causar descamamento

 o u

  lascamento.

Na   literatura

7

,  os termos descamamento  por sal, desagregação

  por sal e

 ataque

por  hidratação  de sal  tê m  sido usados para descrever  a manife stação física de um

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7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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136 Microestrutura   e  Propriedades  d o  Concreto Endurecido

fenômeno que é observado n a  alvenaria  e n o concreto poroso exposto a sais hidra-

táveis, como sulfato de sódio e carbonato d e sódio. ATe nar dita (NasSOt) se converte

e m su a forma hidratada, Mirabilita (Na2S0<i -ÍOH^O), a 20°C quando a umidade r e-

lativa  é maior do que 72%, e a 32°C quando a umidade relativa  é maior o u igual  a

81%. É

  interessante notar

  que a

  transformação

 d a

  Termonatrita (NaíCOs.EkO)

 em

Natron (NasCOs IOH2O) ocorre e m condições similares  de temperatura  e umidade,

dentro  da faixa d e variações ambientais comuns e m  muitas partes  do mundo. D e-

vido à s grandes diferenças na densidade, a considerável expansão volumétrica está

associada  à transformação d a forma anidra desses sais n a forma hidrata da. Como

conseqüência  dos  numerosos ciclos d e variações d e umidade e temperatura do am-

biente, ocorre u m a  deterioração progressiva n a  superfície do concreto (Figura 5-5)-'.

Esse tipo d e ataque puramente físico a partir  da penetração d e u m a solução de sais

é distinto  do s  demais ataques envolvendo interações químicas com os produtos  de

hidratação, uma vez que não se mostrou capaz  de causar danos estruturais

9

.

(a) (b )

Figura  5- 5  Desçam amento  por sa l em p r ismas  de  argamassa parcialmente

submersos  em   soluções  de (a)  sulfato  de  sódio  e (b) carbonato  de  sódio (Foto-

grafias cedidas  po r Harvey Haynes).

Durabilidade  137

( b)   (c)

Figura  5- 6  Tipos  de  danos  da  ação  do congelamento  no concreto: ( a)  deterioração  de um  muro  de ar -

rimo  de  concreto  s e m a r  incorporado  ao  longo  da  linha  de  saturação (Lock  and Dam n . 3 ,  Monongahela

River, Pittsburg, PA); (b)  fissuração-D severa a o longo d e  juntas longitudinais e transversais d e  pavimento

de 9  anos  de  idade;  (c) descascamento  d e u m a  superfície  de  concreto,  [(a)  fotografia cedida  por J.M

Scanlon,  U . S .  Armv Corps  of Engineers, Vicksburg,  MS) ; (b ) fotografia cedida  por D.  Stark,  Repon  RD

023.OlP, Portland Cement Association, Skokie, IL.,1974;

 (c)

 fotografia cedida

 por R .C .

 Meininger.

 Concrete

in Practice,  Publ. 2 , Nation al Ready Mixed Concrete Association, Silver Springs. MD],

(a) A  expansão progressiva  de uma  pasta  de  cimento desprotegida  (sem ar  incorporado)  por  repetidos

ciclos gelo-degelo leva  à deterioração  do concreto  por  fissuração  e lascamento. Muitas comportas  do Corps

of Engmeers  que  foram construídas antes  do uso do ar  incorporado  no  concreto sofreram deterioração  por

congelamento  e degelo  em  ambiente saturado.  Os procedimentos padrão  de  operação, atualmente, exigem

que a

 água

  nas

  comportas permaneça

  no

  nível máximo durante

  o

  inverno para

  que o

 concreto esteja prote-

gido  dos ciclos de  gelo-degelo. Todos  os projetos hidráulicos  do  Corps  of Engineers construídos desde  os anos

40 têm

  utilizado concreto

  com ar

 incorporado.

(b) A fissuração-D  em pavimentos  de rodovias  e de pistas  de  aviação referem-se  ao desenho  em  forma  de

D, uma  configuração  com  fissuras próximas  que ocorrem paralelamente  às juntas transversais  e longitu-

dinais. Esse tipo  de fissuração  é associado  aos  agregados graúdos  que  contêm  um  volume  de poros propor-

cionalmente maior dentro  de uma  faixa limitada  de tamanho  de poros  (0,1 a 1 /.tm).

(c) O descamamento  ou lascamento  da  superfície acabada  do  concreto pelo congelamento  e degelo  ge-

ralmente começa como pequenos pontos localizados  que,  mais tarde, podem  se  unir, expondo grandes áreas.

O

 descamamento leve

 não

 expõe agregados graúdos.

  Já o

  moderado expõe

  o

 agregado graúdo

  e

 pode envolver

perda  de 3a 9 mm da  superfície  de argamassa.  Já no  caso severo, mais superfície éperdida,  e o agregado

é claramente exposto  e s e  solta.  A  maioria  dos  fenômenos descamamento  é causada  por (i) incorporação

inadequada  de a r,  (ii) aplicação  de sais  de degelo  a base  de cloretos  de cálcio  e sódio,  (iii) realização  de ope-

rações d e acabamento enquanto  a água  de  exsudação está ainda  na superfície  e (iv) cura insuficiente antes

da  exposição  do concreto

  à

  ação do congelamento  na presença  de umidade  e sais  de degelo.

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13 8

  Microestrutura

  e

  Propriedades

  d o

  Concreto Endurecido

5 9

  ção

  do

 Congelamento

E m  cli mas frios, danos  em pavimentos  de concreto, muros  de  arrimo, tabuleiros d e

pontes

  e

 dormentes, atribuídos

  à

  ação

  do congelamento

  (ciclos

  de

  congelamento

  e

degelo),  sã o  problemas importantes  qu e  requerem gastos significativos para  re -

paro  e  substituição dessas estruturas.  A s causas  da deterioração  do concreto  en -

durecido pela ação  do congelamento podem estar relacionadas  à  microestrutura

complexa  do  material;  no  entanto,  o efeito deletério  n ão  depende apenas  das ca-

racter ísticas

  do

  concreto,

  m a s

  também

  d as

  condições ambientais específicas.

Assim,  u m  concreto q u e é  resistente  ao congelamento s ob  determinadas condições

gelo-degelo pode  se r  destruído  sob um  diferente conjunto d e  condições.

O  dano  de  congelamento pode tomar muitas formas. A s mais comuns  são a  fis-

suração  e o  faseamento

  do concreto causados pela expansão progressiva  da matriz

d a

 pas ta

  de

 cimento pelos repet idos ciclos

 d e

 congelamento

  e

 degelo. Lajes

 de con-

creto expostas  a ciclos congelamento e degelo n a presença  de umidade e sais de de-

gelo s ão suscetíveis a

  lascamento

  (isto é , a superfície acabada esc ama  e descasca).

Também  se sabe  qu e  alguns agregados graúdos d e lajes de concreto podem causar

fissuras, no rmal ment e, paral elas   às  junções  e  extremidades,  qu e  acabam apre-

sentando  u m a  forma  que se parece  c o m u m a  grande letra  D  maiúscula (fissuras

que se curvam  em   torno  de dois  do s  quatro cantos  da laje). Esse tipo  de  fissuração

é

  chamado

  de fissuração-D.  Os

  diferentes tipos

  de

 deterioração

  do

 concreto devi-

dos à  ação  do congelamento estão apresentados  n a s fotografias d a  Figura  5-6.

A  incorporação  de a r t em  provado  ser um  meio efetivo para reduzir  o risco  de

dano  ao  concreto  po r  ação  de congelamento.  O s  mecanismos pelos quais  o dano

po r congelamento ocorre n a pasta  de cimento  e como o ar  incorporado evita o dano

sã o  descritos  a  seguir.

5.9 .1  Ação  d o  congelamento  na  pasta  d e  cimento endurecida

Powers descreveu apropriadamente  os mecanismos  da  ação  do congelamento  na

pasta  de cimento  e  também explicou  por que a  incorporação  de a r é eficaz  na re -

dução  da  expansão associada  a  esse fenômeno:

Quando

  a

  água começa

  a

  congelar

  e m u m

  vazio capiiar,

  o

  aumen to

  de

  volume

  qu e

  acompa-

n h a o

 congelamento

  da

  água requer

  u m a

  dilatação

  cio

 vazio igual

  a 9% do

 volume

  de

 água

  con-

gelada  ou   força  a  saída  do  excesso  de   água para fora  do  e lemen to  cie concreto,  ou   ocorre  u m

pouco

  de

  cada

  u m d o s

 dois efeitos

  de

  forma combinada. Durante esse processo,

  u m a

  pressão

h id ráu l ica

  é

  gerada,

  e a

  magnitude desta pressão depende

  da

  distância para

  u m a

  "fronteira

d e

  escape",

  da

 pe rmeab i l idade

  do

  material interveniente

  e da

  taxa

  de

  formação

 d o

 gelo.

  A ex-

per iênc ia mos t ra

  q u e

  pressões

  de

  r u p t u r a

  se

  desenvolvem

  e m u m a

  amos t ra sa tu rada

  de

pas ta ,

  a

  menos

  q ue

  cada cavidade capilar

  da

  pas ta

  n ão

  esteja mais distante

  d o q u e

  aproxi-

madamen te 8a l 0 mi lé s imos  de   centímetros  da   fronteira  de   escape mais próxima. Essas fron-

teiras mais próximas

  se

 obtém

  com o uso

 correto

  d e u m

  agente incorporador

  d e a r

 adequado

10

.

Os   dados  de Powers  e u m a  representação diagramática dessa hipótese  são mos-

trados n a Figura  5-7. Durante o congelamento a  -24°C, u m a  amostra  de pasta de ci-

mento saturada  que não continha a r  incorporado dilatou cerca  de 1600 milionésimos

e, no

 degelo,

 a té

 chegar

 à

  temperatura inicial, apresentou cerca

  de 500

 milionésimos

Durabilidade

  139

de

 dilatação permanente (Figura 5-7a).Uma amostra contendo

 2% de ar

  incorporado

apresentou dilatação d e cerca de 800 milionésimos n o congelamento,  e dilatação r e-

sidual  co m menos  de 300 milionésimos  no degelo (Figura 5-7b). Outra amostra  já

contendo  10% de ar  incorporado  n ão  apresentou dilatação significativa durante  o

congelamento  e nenhum a dilatação residual  ao  final  do  ciclo d e degelo. A o contrá-

rio, a pasta  com ar  incorporado apresentou contração durante  o congelamento  (Fi-

gura 5-7c). U m  esquema ilustra  a hipótese  de Powers n a  Figura  5-7d. A Figura  5-8

indica como a presença  do s vazios  de a r incorporado pode reduzir  as  tensões causa-

da s pela formação d e gelo n o  concreto.

Powers também propôs  que ,  além  da

  pressão hidráulica

  causa da pelo congela-

mento

  da

  água

  n as

  grandes cavidades,

  a pressão osmótica

  resultante

  do

  congela-

mento parcial  d as  soluções  no s capilares pode  s e r u m a  outra fonte  de  expansão

destrutiva  na  pasta  de cimento. A água  no s  capilares  não é pura;  el a  contém diver-

sa s  substâncias solúveis, tais como álcalis, cloretos e hidróxido d e cálcio. As soluções

congelam  a  temperaturas mais baixas  do que a  água pura: normalmente, quanto

maior

 a

 concentração

 d e

 sais

 e m u m a

 solução, mais baixo

 é o

 ponto

 d e

 congelamento.

A existência  de gradientes  de  concentração  de sais localizados entre  os  capilares  é

considerada como fonte d e pressã o osmótica.

A pressão hidráulica (devida  a u m  aumento n o volume específico da água no con-

gelamento e m  grandes capilares)  e a  pressão osmótica (devida  a  diferenças  de con-

centração

  de

  sais

  n a

  solução

  do s

  poros)

  nã o

  parecem

  ser as

  únicas causas

  de

expansão d e pastas  de cimento expostas à ação d o congelamento. A expansão em cor-

pos-de-prova  de pasta  de  cimento f oi observada

11

  mesmo quando  o benzeno,  que se

contrai n o congelamento, f oi usado como fluido no s poros  em vez de  água.

Analogamente à  formação d e placas d e gelo n o solo, acredita-se  que um efeito

 ca-

pilar

12

, envolvendo u m a  migração d e água e m  larga escala  do s pequenos poros para

os  grandes vazios, seja a principal causa  da expansão n o s corpos porosos. D e acordo

com a

 teoria apresentada

  po r

 Litvan

1:i

,

 a

  água retida rigidamente pelo

 C-S-H

 (tanto

a interlamelar quanto  a  adsorvida  no poros  de gel) na  pasta  de cimento  nã o  conse-

gue se rearra njar para formar gelo n o ponto d e  congelamento normal  da água,  por-

que a  mobilidade  da  água existente  em  estado ordenado  é  muito limitada.

Geralmente, quanto mais rigidamente retida  a  água, mais baixo será  o ponto  de

congelamento. Deve-se lem brar

 que há

  três tipos

 d e

 água fisicamente retidos

 n a

  pasta

de  cimento; e m  ordem crescente d e rigidez, são: a água capilar n os pequenos capilares

(10 a 50 nm), a água adsorvida n os poros de gel e a  água interlamelar n a estrutura  do

C-S-H.

Estima-se  que a  água  no s  poros  de ge l não  congele acima  de  -78°C. Assim,

quando

 u m a

 pasta

  de

 cimento saturada

  é

 submetida

  às

 condições

  de

 congelamento,

a  água  n a s grandes cavidades  se  transforma  em   gelo, enquanto  a  água  do s poros

de gel continua  a  existir como água liquida  em  estado super-resfriado. Isso cria

u m  desequilíbrio termodinâmico entre  a  água congelada  no s  capilares,  que ad-

quirem u m estado d e baixa energia, e a água super-resfriada d os poros  de gel , que

está  em estado  de  alta energia.  A  diferença  n a  entropia  do gelo  e da  água super-

resfriada força esta últ ima  a  migrar para locais  de  menor energia (grandes  ca-

Page 11: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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Microestrutura

  e

  Propriedades

  d o

  Concreto Endurecido

- 2 0 - 1 0 0 1 0 2 0 3 0

T e m pe r a tur a . *C

(a)

- 3 0 - 2 0 - 1 0 0 1 0 2 0

T e m p e r a t u r a . 'C

(b)

1 0 0 0

d v U

s

o

4 0 0

<

2 0 0

0

- 2 0 0

- 4 0 0

P or os  de ge l '

• 2 0 - 1 0 0 1 0 2 0 3

T e m pe r a tur a ,

°C

<c)

Vazio

Fronteira

d e  e s c a p e

- x . V

cs

2I0S

pilares

P or os  d e g e

A gua  n o s

por os  de ge l

Vazios

capitares

Água  •

Gelo

(d)

(e)

Figura

  5- 7

  Resposta

  da

  pasta

  de

  cimento saturada exposta

  ao

 congelamento

 e

 degelo

  com

e se m a r  incorporado  {(a) - (c).  Powers,  T.C .,  The  Physical Structure  and  Engineering  Pro-

perties  of Concrete,  Bulletin  90 .  Portland Cement Association, Skokie,  IL. 1958; (d)  Cordon,

W.A.,  Freezingand Thawingof Concrete -Mechanism  and  Control.ACl  Monograph 3,1967;

(e) PCA,

 Design

  and

  Control

  of

  Concrete Mixtures,  1979].

De  acordo  com  Powers,  uma  pasta  de  cimento saturada  sem ar  incorporado expande  no con-

gelamento devido  à geração  de pressão hidráulica  (a). Com o aumento  do ar incorporado,  a

tendência  a expandir diminui, porque  os vazios  de ar  incorporado criam fronteiras  de escape

para.  a pressão hidráulica  l(b),  (c)e(d)}.  (e) Seção polida  de concreto  com ar  incorporado vista

através  de microscópio.

Durabilidade

(c)

Figura  5-8 (a) Diagrama esquemático d a formação d o gelo n os vazios capilares;

(b)

  geío

  se

  formando

 n o

 vazio:

  e (c)

 Micrografia

 p or

  microscopia eletrônica

  de var -

redura  de  cristais  de  gelo  se  desenvolvendo  e m u m  vazio,  [(a) e (b)  cedido  por

George  W. Scherer.  (c) micrografia  de  Corr,  D . J . ,  P.J.M. Monteiro,  J. Bastacky.

ACI Mat. J.,  v. 99. n. 2. pp.  190-195, Mar-Apr. 2002].

A  transformação  do gelo  a partir  de  água líquida gera  uma  dilatação volumétrica

de 9%.  Como indicado  na  Figura  5-8, se a  transformação ocorre  em  poros capila-

res  pequenos,  os cristais  de  gelo podem danificar  a pasta  de  cimento  por  forçar  as

paredes capilares, gerando pressão hidráulica.  Os vazios  da pasta podem criar  uma

fronteira  de  escape eficaz para reduzir  a pressão. Quando  o gelo  se forma  em um

poro vazio (Figura

  5-8b e c), os

  cristais

  não

  exercem pressão

  nas

  suas paredes.

  O

crescimento

  dos

  cristais

  de

 gelo

  no

  vazio atrai

  a

  água

  dos

  poros capilares, redu-

zindo, assim,  o pressão hidráulica  e  induzindo  à  retração  da  pasta  de  cimento

(ver Figura  5-9).

Experimentalmente,  é difícil visualizar  os cristais degelo  no  interior  do poro,  por-

que a

  microscopia eletrônica

  de

  varredura eletrônica tradicional exige

  que a

 amos-

tra   seja seca. Além disso,  não é fácil manter  a  baixa temperatura necessária para

estabilizar  o gelo  na  amostra. Essas limitações  são superadas  com o uso de um mi-

croscópio eletrônico  de  varredura especial  que  opera  em  baixa temperatura, sendo

capaz  de  manter  a amostra congelada  por um  longo período  de  tempo.  Na  Figura

5-8c, é possível  ver  cristais  de gelo  se formando  no interior  de um  vazio, onde  há es-

paço livre para  o seu  desenvolvimento.  Se  esses cristais  são  formados  na  pasta  de

cimento,  a matriz  se expande, levando  à fissuração  e perda  de rigidez.

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7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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14 2  Microestrutura  e  Propriedades  d o  Concreto Endurecido

vidades) onde  el a  possa  se  congelar. Esse novo suprimento  de  água  do s poros  de

ge l

  para

  os

  poros capilares aumenta

  o

 volume

  de

  gelo

  no s

  poros capilares

  gra-

dualmente,   a t é que não haj a mais lugar para acomodar mais gelo. Qualquer  t en-

dência subseqüente para

  a

  água super-resfriada fluir

  em

  direção

  às

  regiões

  com

gelo, obviamente, causará pressão in terna  e expansão  do  sistema. Além disso,  de

acordo

  co m

 Litvan,

  o

 transporte

  da

 umidade associada

  ao

  resfriamento

  de

  corpos

porosos saturados  n ão  necessariamente leva  a u m  dano mecânico.  O  dano mecâ-

nico ocorre quando  a  taxa  de  transporte  da  umidade  é consideravelmente menor

do que a exigida pelas condições  (por  exemplo, grande gradiente  de temperatura,

baixa permeabilidade  e  alto grau  de  saturação).

Deve-se observar  q u e ,  durante  a  ação  do congelamento  n a  pasta  de  cimento,  a

tendência

  de

 certas regiões expandirem

  é

 equilibrada

  po r

  outras regiões

  que so-

frem contração (perda  de  água adsorvida  do  C-S-H,  po r  exemplo).  O  efeito final

e m u m a  amostra claramente  é o resultado  d as  duas tendências opostas. Isso  ex-

plica satisfatoriamente  por que a pasta  de cimento  que não  contém  ar  incorporado

apresenta maior dilatação (Figura 5-7a), enquanto  a  pasta  de  cimento contendo

10%   apontou contração durante  o  congelamento (Figura.  5-7 c).  Observações  mi -

croscópicas confirmaram  que , qua ndo gelo s e forma  em um vazio de a r incorporado,

h á  retração  n a  pasta  de cimento (Figura  5-9).

5.9 .2 Ação  d o  congelamento  no agregado

Dependendo  de  como  o agregado responde  à  ação  do congelamento, mesmo  q u e

u m

  concreto contenha

  a r

  incorporado

  na

  matriz

  da

 pasta

  de

  cimento, ainda pode

se r  danificado. O  mecanismo responsável pelo desenvolvimento d a pressão interna

no   congelamento  d e u m a  pasta  de  cimento saturada também  se  aplica  a  outros

corpos porosos. Isso inclui agregados produzidos  a  partir  de rochas porosas, como

certos tipos  de  cherts, arenitos, calcários,  e folhelhos. N em   todos  os agregados  po -

rosos  sã o  suscetíveis  ao dano  po r  congelamento.  O comportamento  d e u m a  partí-

cula  de agregado, quando exposta  a ciclos gelo-degelo, depende, principa lmente,  do

tamanho,  do número  e da  continuidade  do s  poros (isto  é, da  distribuição  dos t a -

manhos  do s poros)  e da permeabilidade.

Para explicar  o  dano  po r  congelamento  no  concreto atribuído  ao  agregado,

Verbeck  e Landgren

1J

  propuseram três classes  de  agregado.  N a  primeira catego-

ri a  estão  os  agregados  de

  baixa permeabilidade

  e  alta resistência.  N o  congela-

mento  da  água  no s  poros,  a  deformação elástica  n a  partícula  se  acomoda  sem

causar ruptura.  N a  segunda categoria, estão  os  agregados  de

 permeabilidade  in-

termediária,

  ou  seja, aqueles  q u e t ê m u m a  proporção significativa  da  porosidade

total representada  po r pequenos poros  da ordem  de 500 nm e menor. A s  forças ca -

pilares nesses pequenos poros fazem com que o  agregado seja facilmente saturado

e  retenha água.  No  congelamento,  a  magnitude  da  pressão depende principal-

mente  d a velocidade d e queda  d a  temperatura  e da distância  q u e a água  so b pres-

s ã o t e m d e  percorrer para chegar  à  fronteira  de  fuga para aliviar  a  pressão.  O

alívio  de pressão pode  se r  viabilizado através  de  qualquer poro vazio dentro  do

agregado  (d e  forma análoga  ao a r  incorporado  n a  pasta  de  cimento)  ou na

Durabilidade  143

(a) 5

  rnin

Seção transversal média

  d o

 vazio

  d e a r

 inco rporado

duran te

  o

 p rocesso

  d e

 conge lamen to

Configuração Fina

( 3 5 m i n )

( c j 35 min

(d )

  Configuração Iniciai

(5 min)

Figura

  5- 9

  Seqüência

  da

  propagação

  cio

 gelo

 n o

 vazio

  d e a r

  incorporado.

As

  imagens foram obtidas usando

  o

 método

  de

  solidificação direciona ,

  que

  permite

  o

 controle

  do res-

friamento

  e

 aquecimento

  de uma

  amostra relativamente grande.

  O

  tempo decorrido após

  a

 frente

  con-

geladora

  ter

 passado

  é

 indicado

  em

  cada

  uma das

  imagens.

  O

  diâmetro externo

  do

  vazio

  de ar

  estã

indicada  para mostraras aíierações

 d e

  dimensão durante

  o

 congelamento

  do

  concreto. Nota-se  a dimi-

nuição

  de

  diâmetro

  do

  vazio

  à

  medida

  que o

 congelamento avança

  na

  matriz, indicando

  a sua

  retra-

çãofPiltner, R.;Monteiro, P.J.M.,

  Cem.

  Concr.

  Res., v. 30, p. 847,

  2000j.

Page 13: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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14 4  Microestrutura  e  Propriedades  d o Concreto Endurecido

superfície

  do

 agregado.

  A

  distância crítica para alívio

  da

  pressão

  n a

  pasta

  de ci-

mento endurecida  é de 0 ,2 rara; porém, esta. é muito maior para  a maior ia à a s r o-

chas

  p o r

  causa

  d a s u a

  permeabilidade,

  que é

  mais alta

  do que a da

  pasta

  de

cimento.

Essas considerações originaram

  o

 conceito

 d e tamanho crítico  do agregado  re -

lacionado  ao dano  po r congelamento.  C o m u m a dada distribuição  de  tamanho  de

poros, permeabilidade, grau  de saturação  e velocidade  de  resfriamento, a s partí-

culas grandes  d e u m  agregado podem causar danos,  m a s  partículas menores  do

mesmo agregado  n ã o . P o r  exemplo, quando corpos-de-prova  de  concreto  com 14

dias  de  idade, contendo  u m a  mistura  de  50:50  de  variados tamanhos  de agrega-

d o s d e quar tzo  e  chert foram expostos  a  ciclos  àe  gelo-degelo,  os que  continham

chert  de 25 a 12 mm  precisaram  de 183 ciclos para a presen tar  u m a  redução  de

50% no módulo d e elasticidade  do concreto, comparados  aos 448 ciclos necessários

para  o  concreto contendo chert  n a s  dimensões  de 12 a 5 mm,  curado  de  maneira

similar

15

.

N ã o h á  nenhum tamanho crítico único para  u m  tipo  de  agregado, porque isto

dependerá  da taxa  de  congelamento, grau  de saturação e permeabilidade  do agre-

gado.

 A

 permeabilidade

  t e m u m

  papel duplo: primeiro, determina

  o

 grau

  de

 satu-

ração  ou a velocidade  em que a  água será absorvida  em um dado período d e tempo;

segundo, determina

  a

 velocidade

  com que a

  água será expelida

  de um

  agregado

 n o

congelamento  (e,  dessa maneira,  o  desenvolvimento  da pressão hidráulica).  Ge -

ralmente, quando agregados maiores  do que o tamanh o crítico estão presentes  em

u m   concreto,  o congelamento  é acompanhado p or

 pipocamentos

, isto  é, ocorre  r u p -

tu r a

  do

 agregado

  no

 qual parte

  da

 partícula

  do

 agregado permanece

  no

 concreto

  e

u m a  outra parte  se solta junto  c o m u m a  camada  de  argamassa.

Agregados  de  alta permeabilidade,

  qu e  normalmente contêm  um   grande  nu -

mero  de  poros grandes, pertencem  à  terceira categoria. Embora permitam fácil

entrada  e saída  de água, eles também  sã o capazes  de causar problemas  n a dura-

bilidade. Isso ocorre porque  a  zona  de  transição  n a  interface entre  a  superfície d o

agregado  e a  matriz  da  pasta  de  cimento pode  se r danificada quando  a  água  sob

pressão  é expelida  d e u m a  partícula  de  agregado.  E m tais casos, a s  partículas  de

agregado propriamente ditas  não se danificam  com a ação d o congela mento. Logo,

isso mostra  por que os resultados  de ensaios  de gelo-degelo e de  sanidade  do agre-

gado isolado  n ã o s ã o sempre confiáveis para previsão  d e s e u  comportamento  n o

concreto.

Acredita-se  que , em  pavimentos  de concreto expostos  à  ação  do  congelamento,

alguns agregados

 d e

 arenito

 ou.

 calcário

 sã o

 responsáveis pelo

 fenômeno fissuração-

D.   O s agregados  qu e provavelmente causam  a  fissuração-D parecem  t e m u m a  dis-

tribuição  de  tamanho  de poro espe cífica,

  caracterizada  por um  grande volume  de

poros muito finos, menores  do que 1 um.

5.9 .3  Fatores  q u e  controlam  a resistência  d o  concreto  ao congelamento

J á deve estar claro, agora,  que a capacidade d e u m concreto resistir a o dan o devido

à  ação  do  congelamento depende  de  características tanto  da  pasta  de  cimento

Durabilidade  1 4 5

quanto  do agregado. Entretanto, e m cada caso, o resultado é controlado, realmente,

pela interação entre  os diversos fatore s, como  a localização d a s  fronteiras  de fuga

(a distância  que a  água  t em de  percorrer para aliviar  a  pressão),  a  estrutura  d e

poros

  do

 sistema (tamanho, número

  e

 continuidade

  do s

 poros),

  o

 grau

  de

 satura-

çã o (quantidade  de água congelável presente), a velocidade d e resfr iamento e a re-

sistência

  à

  tração

  do

  mater ial

  q u e

  deve

  s e r

  ultrapassada para causar ruptura.

Como será visto adiante, incluir fronteiras d e fuga n a  matriz  da pasta  de  cimento

e

  modificar

  a sua

  estrutura

  de

 poros

  sã o

 dois parâmetros rela tivamente fáceis

 d e

controlar; o primeiro pode  se r controlado p or meio  de ar  incorporado n o concreto e

o último  po r  meio  de  dosagem  e de cura apropriadas.

Ar incorporado.

  Não é o teor total  de a r , mas os  espaços entre  os vazios,  da  ordem

de 0 ,1 a 0 ,2 mm, por todo o cimento endurecido  que são necessários para proteger

o  concreto contra  os  danos provocados pelo congelamento.  Com a  adição  de pe-

quena quantidade  de  certos agentes incorporadores  de a r à pasta  de cimento  (por

exemplo, 0 ,05% do peso d e cimento), é possível incorporar bolhas  de 0 ,05 a 1 mm .

Assim, para  um   dado volume  de a r ,

  dependendo

  do

  tamanho

  da s

  bolhas

  de ar, o

número  de vazios, o espaço entre vazios e o grau  de proteção contra  a  ação  do con-

gelamento podem variar muito.

  E m u m

  experimento

16

,

  5 a 6% de ar

  foram incor-

porados a o concreto com o uso de cinco diferente s aditivos incorporadores de a r . Os

aditivos

  A, B, D, E e F

 pr oduzir am 24.000, 49.000, 55.000, 170.000

  e

 800.000

  bo -

lhas  de a r por  centímetro cúbico  de pasta  de cimento endurecida,  e os  corpos-de-

prova

  de

  concreto correspondentes precisaram

  de 29, 39, 82, 100 e 150

  ciclos

gelo-degelo para apresentar  0 ,1% de expansão, respectivamente.

Embora o volume  de a r  incorporado n ão  seja u m a  medida suficiente para  a pro-

teção d o concreto contra  a  ação d o  congelamento, supondo-se  qu e  principalmente

pequenas bolhas de a r  estejam presentes, este é

 o

 critério mais fácil para  o controle

da  qualidade  d as misturas  de concreto. Um a v e z q u e  normalmente  o teor d e pasta

de   cimento está relacionado  à  dimensão máxima  do  agregado, concretos magros

co m  agregados grandes  tê m menos pasta  de cimento do que  concretos ricos  com pe-

quenos agregados. Estes últimos, portanto, necessitam  de  mais  a r  incorporado

para  u m  grau equivalente  de resistência a o congelamento. O s  teores  de a r  total  es -

pecificados para  a resistência  ao congelamento, d e acordo com o AC I Buildin g Code

318, são

 mostrados

  n a

  Tabela

  5-3.

A granulometria  do  agregado também afeta o volume  de a r incorporado,  que di-

minui

  com o

 excesso

 d e

 partículas muito finas

  d e

  areia.

 A

  incorporação

 d e

 adições

minerai s como a cinza volante ou o uso de  cimentos finamente moídos t êm  efeito se-

melhante.

  E m

 geral,

  u m a

  mistura

  de

 concreto mais coesa

  é

 capaz

  de

 reter mais

  a r

d o q u e u m a  mistura  co m consistência mui to fluida  ou muito seca. Mistura s do con-

creto p or  tempo insuficiente o u além  do tempo necessário, tempo excessivo  no ma-

nuseio  ou  transporte  do  concreto fresco e vibração excessiva também tendem  a

reduzir o teor  de a r . Por essas razões, recomenda-  se que o teor  de a r  seja determi-

nado  no  concreto j á lançado  e a adequação  do  espaçamento entre vazios seja esti-

mada  po r  investigação microscópica, conforme descrito pela norma  da ASTM  C 457.

Page 14: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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14 6

  Microestrutura

  e

  Propriedades

  d o

  Concreto Endurecido

TABELA 5-3 Teor total de ar para concreto resis tente ao congelamento.

T eor  de ar (%)

Dim ens ão máx ima ca rac te r í s t ica E xpos ição E xpos ição

do   a g r e g a d o  ( m m ) *  seve ra mode rada

9 ,0 7

1/ 2

  6

1 2 , 5 7 5

2

19 ,0 6 5

2 5 , 0 6 4

1

'

2

3 7 , 5 5

1

  4

1

'-

50 ,0 ' 5 4

76 0t

  4'

/2

  3

* V e r  ASTM  C 33  para tolerâncias  na s  dimensões máximas para várias designações  de

Dmáx (Dimensão máxima característica  do  agregado).

t  Esses teores  de ar se aplicam  à  dosagem total  e também  às dimensões  de agregado  p r e -

cedentes. N o  ensaio desses concretos, entretanto,  o agregado maior  do que 37 ,5 mm é re-

movido manualmente  ou com uso de peneira,  e o  teor  de ar é  determinado  na  fração  da

mis tu ra menor

  qu e

  37,5mm.

 ( A

 tolerância

  no

  teor

  de ar se

  aplica

  a

 esse valor).

  O

 conteúdo

de ar da  mistura total  é calculado  a  partir  do valor determinado para  a fração menor  q u e

3 7 , 5 m m .

FONTE: A CI  Building Code  318 .

Relação água/cimento

 e

 cura.

  Já fo i

 explicado como

  a

  estrutura

  de

 poros

  d e u m a

pasta

  de

  cimento endurecida

  é

  determinada pela relação água/cimento

  e

  grau

  de

hidratação.

  E m

 geral, quanto maior

 a

 relação água/cimento para

  u m

 dado grau

  de

hidratação,

 o u

 quanto menor

 o

 grau

  de

 hidratação para

  u m a

  determinada relação

água/cimento, maior será

  o

 volume

  de

  grandes poros

  na

  pasta

  de

  cimento hidra-

tada (Figura  2-8) . Uma vez que  água sujeita  ao congelamento  se  encontra  nos

grandes poros, pode-se considerar

 q u e , a u m a

  dada temperatura

  de

 congelamento,

a

 quantidade água congelável será maior

 c om

 altas relações água/cimento

  e às pri-

meiras idades

  de

  cura. Dados experimentais

  de

 Verbeck

  e

  Klieger confirmaram

 a

validade dessa hipótese (Figura 5-10a).

 A

  influência

  da

  relação água/cimento

  na

resistência

  do

 concreto

  ao

  congelamento

  é

 demonstrada

  n a

  Figura 5-10b.

A

  importância

  d a

  relação água/cimento

  n a

  resistência

  do

 concreto

  ao

  congela-

mento

  é

  reconhecida pelas normas

  de

  construção.

  Po r

  exemplo,

  a ACI

  318-83

  de -

termina

  qu e

 concreto

 d e

 peso normal, sujeito

 a

 congelamento

 e

 degelo

 e m

 condições

de

  umidade, deve

  t e r u m a

  relação água/cimento máxima

  de 0 ,45 no

 caso

 d e

 meios-

fios, calhas

  e

 muros

  de

 proteção,

  e de 0,50

 para outros elementos. Esses limites

  de

relação água/cimento, evidentemente,

  sã o

 válidos considerando-se

 u m a

 hidratação

normal

  do

 cimento; portanto, recomenda-se

  ao

 menos

  7

 dias

  de

 cura úmida

  a t em-

peratura normal antes  da  exposição  ao congelamento.

Grau d e  saturação. Sabe-se

 q ue

 substâncias secas

 o u

 parcialmente secas

 n ão

 sofrem

dano

 p or

 congelamento

  (ver

 quadro).

  Há u m

  grau crítico

 de

 saturação acima

  do

 qual

o  concreto pode fissurar  e  lascar quando exposto  a  temperatura muito baixa.

Durabilidade

  147

1 5 0

Concreto submetido  a  cura

úmida  por 7  dias antes  do

congelamento

a/c = 0 ,72

Concreto  co m  ag regado  de 19 mm

16 r -

4% de Ar  incorporado

- 2 0 - 1 5  -10 - 5 0

Temperatura  do  concreto,  "C

(a)

) , 3 0 , 4 0 , 5 0 , 6 0 , 7 0 , 8 0 , 9

Relação água/cimento

(b )

Figura  5 - 1 0  Influência d a  relação água/cimento e do teor  de ar na durabilidade d o concreto

frente à  ação d o congelamento  [(a) Verbeck, G .; Klieger, P .. Highway Research Board Bulletin

176,  Transportation Research Board, National Research Council, Washington,  D.C ., pp .9 -

22,1958;  (b)  Concrete Manual.  8

lK

  ed , U.S.  Bureau  of Reclamation.  p.  35,1975].

A

  figura

  à

 esquerda mostra

  que a

 quantidade

  de

  água

  que

  pode

  ser

  congelada

  no

  concreto

  a

uma   dada relação água/cimento aumenta  com o decréscimo  da  temperatura. Também  mos-

tra que a quantidade  de  água  que  congela  a uma  dada temperatura aumenta  com a relação

água/cimento. Observa-se  que  relações água/cimento maiores resultam  em um  aumento  do

tamanho

  e

 número

  de

  capilares

  nos

  quais mais água congelada pode estar presente.

  A

  figura

à  direita, mostra  que uma  combinação  de  baixas relações água/cimenlo  e a r  incorporado  as-

seguram  um  fator  de  durabilidade alto frente  à  ação  do  congelamento.  O método  da  ASTM

666preconiza  um  congelamento  e  degelo contínuo  de 300  ciclos,  ou até o módulo  de  elastici-

dade dinâmico reduzir  a 60% do  valor inicial (aquele  que  ocorrer primeiro).  A  durabilidade

é avaliada, então, pela seguinte fórmula: fator  de durabilidade  = porcentagem  do módulo  ini-

cial  x número  de  ciclos  ao final  do  ensaio  + 300.

N a

  verdade,

  é a

  diferença entre

  o

 grau crítico

  de

  saturação

  e o

 grau

  de

 saturação

existente

  qu e

  determina

  a

  resistência

  do

 concreto

  ao

 congelamento, como exposto

n a

 Figura

  5-11. Um

 concreto pode romper abai xo

 d o

 grau crítico

 d e

  saturação após

cura adequada;  m a s ,  dependendo  d a  permeabilidade, pode voltar  a  alcançar  ou

exceder grau crítico

  de

  saturação

  se

  exposto

  a

  ambiente úmido. Dessa forma,

  o

papel

  da

 permeabilidade

  do

 concreto

  é

 importante

  n a

  ação

  do

  congelamento

  por -

qu e

 controla

  n ão

  apenas

  a

  pressão hidráulica associada

  ao

 movimento interno

  de

água  no  congelamento,  m as  também  o  grau crítico  de  saturação  qu e  antecede  o

congelamento.

  Do

  ponto

  de

 vista

  do

 dano

  po r

  congelamento,

  o

 efeito

  do

 aumento

da

 permeabilidade

  do

 concreto, como result ado

  da

  fissuração devida

  a

 causas físi-

cas e

 químicas será, portanto evidente.

Page 15: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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14 8

  Microestrutura

  e

  Propriedades

  d o

 Concret o Endurecido

In se tos  nã o  morrem congelados  no  inverno. Alguns insetos  sã o  capazes  de  reduz i r  o con-

teúdo  de  água  em   seus corpos  a fim de  h ibe rna r  s em   congelar; outros contém  u m  anticon-

ge lan te na tu ra l

  e m s e u

  sangue.

Resistência.

  Ao contrário  da  crença popular,  o  concreto  de  alta resistência  n e m

sempre garante alta durabilidade.  Po r  exemplo, considere-se  o dano  po r congela-

mento. Quando  se  compara  o concreto  sem ar  incorporado  ao com ar  incorporado,

o primeiro pode t e r resistência maior,  m a s o  segundo terá melhor durabilidade  ao

congelamento p or causa  da proteção obtida contra  o desenvolvimento d e alta pres-

sã o  hidráulica durante  a  exposição  ao s  ciclos gelo-degelo. Como regra geral,  com

concretos  de  alta  e média resistência, cada  1% de  aumento  no  teor  de a r  reduz  a

resistência

  do

 concreto

  em 5%. Sem

  qualquer alteração

  n a

  relação água/cimento,

u m   aumento  de 5% no ar incorporado abaixaria  a resistência  do concreto  em 25%,

portanto. Devido  à melhor trabalhabilidade como resultado  do a r  incorporado,  é

possível recuperar pa rte

  da

  perda

  de

  resistência através

  d e u m a

 pequena redução

n a  relação água/cimento, mantendo-se  o nível  de  trabalhabilidade desejado.  E n-

tretanto,  o concreto  com ar  incorporado normalmente  te m  menor resistência  do

q u e o

 concreto

  s e m a r

  incorporado correspondente.

5.9.4   Congelamento  e  descamamento  por sal

A  resistência d o concreto contra  a influência combinada  de congelamento e sais  de

degelo*,  que são  normalmente usados para derreter gelo  e neve  de pavimentos,

geralmente  é mais baixa  d o q u e s u a  resistência apenas  ao  congelamento. Muitos

pesquisadores observaram  que o dano máximo  n a  superfície  de concreto  por des -

camação ocorre c om   concentrações  de 4 a 5% de sal .

D e  acordo  co m  Harnik  et  al.

17

,  o uso de  sais degelantes  te m  efeito tanto nega-

tivo como positivo sobre  o dano  po r  congelamento.  A maioria  da  deterioração  se -

vera

  por sa l é

 conseqüência

  do s

 dois efeitos.

 O

 efeito

 d e

  super-resfriamento

 do sal

n a  água (isto é , a redução d a  temperatura  de formação d e gelo) pode s er visto como

efeito positivo. P o r outro lado,  os cinco efeitos negativos  são: (1)  aumento  no grau

de   saturação  do  concreto devido  ao  caráter higroscópico  do sal; (2)  aumento  no

efeito destrutivo quanto  a  água super-resfriada  no s poros  por fim congela;  (3) de-

senvolvimento  de  tensões diferenciais como resultado  do congelamento camada  a

camada  do concreto devido a gradientes  de concentração  de sal: (4) choque térmico

como resultado  de aplicação a seco d e sais degelantes  no concreto coberto p or neve

e gelo;  e (õ) cristalização  de sa l em soluções super-saturada s  no s poros.  E m  geral,

os   efeitos negativos associados  à  aplicação  de  sais  de  degelo superam  o efeito p o-

sitivo. Assim,  a  resistência  do  concreto  ao  congelamento  é  significativamente

menor

  sob a

 influência combinada

  de

 congelação

  e

 sais

  de

 degelo.

*  Normalmente, usam-se cloretos  de  amónia, cálcio  ou  sódio

Durabilidade

Figura  5 - 1 1  Método  de  predição  da  re s is tênc ia  do  concreto  ao  congelamento

(Betonghandboken, Svensk Byggjanst, Stockholm, 430-433, 1980).

G.  Fagerlund,  do  Swedish Cement  and  Concrete Research Institute, propôs  um  método  de pre-

dição  da  resistência  do  concreto  ao congelamento  que  enfatiza  a  importância  do  grau crítico

de saturação.  A  resistência  ao congelamento  Fé  avaliada como  uma  diferença entre  o grau  crí-

tico  de  saturação S

C

.

it

  e o  atual grau  de  saturação S

alltal

.  O grau  de  saturação  da  água  é de-

finido como  a  razão entre  o volume total  de  água evaporável  a 105"C e o volume total  de poros

abertos  do  espaço disponível antes  do congelamento.  O microponto  na  curvo  de saturação  da

água,  S  os.  Eg / EQ (i.e.,  o módulo  de  elasticidade dinâmico residual após seis ciclos gelo-de-

gelo) resulta  em  S

c r i £

. A Figura  5-1 (a)  mostra exemplos  de determinação  do Separa  um con-

creto

  sem ar

  incorporado (Tipo

  1) e um

  concreto contendo

  7,1% de ar

  incorporado. Pode-se

obter  uma  estimativa  do  S

atua

iatravés  de um  ensaio  de absorção  de  umidade  ou de sucção  ca-

pilar simples. Como indicado  na  Figura  5-1 l(b), o ponto  de  intersecção  em uma  curva degrau

de  saturação  os.  raiz quadrada  do  tempo para absorção  da  água  corresponde  ao grau  de sa-

turação capilar S

cap

.  No  ponto  de  intersecção, todos  os poros  de gel e capilares estão preen-

chidos  com  água;  os poros  de ar  maiores  são os últimos  a  serem preenchidos  e a uma  velocidade

mais lenta.  A  resistência  ao  congelamento, expressa como  uma  diferença entre S

crtl

  e S

atua

[

para concreto exposto  à absorção  de  água  por  longos períodos, pode  ser  determinado grafica-

mente.Por exemplo, como indicado  na  Figura  5-1 l(c), o concreto  sem ar  incorporado (Tipo  1)

será danificado pelo congelamento  (F>0)  após cerca  de 200 h de  absorção  de  água contínua,

enquanto  o concreto  com ar  incorporado (Tipo  II) não  será danificado mesmo após longa  ex-

posição  à absorção  de  água.

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7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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15 0  Microestrutura  e  Propriedades  do Concreto Endurecido

5 10

 Efeito

 d o

 Fogo

A segurança humana  n a ocorrência  de fogo é u m a d a s  considerações n o projeto d e

edifícios residenciai s, públicos e industriais.  O concreto t em  demonstrado  uma boa

vantagem nesse aspecto. A o contrário d a madeira  e dos plásticos,  o concreto não é

combustível  e não emite gases tóxicos quando exposto a altas temper aturas. Dife-

rentemente  do aço, quando submetido  a  temperaturas  da  ordem  de 700 a  800°C,

o  concreto é capaz  de  conservar resistência suficiente p or  períodos razoavelmente

longos, permitindo operações  de  resgate  co m  redução d o  risco  de  colapso estrutu-

ra l . Por

  exemplo,

  em 1972,

 quando

  um

  edifício

 d e

  concreto armado

  com 31

 anda-

res , em São Paulo (Brasil),  foi exposto  a  fogo d e  alta intensidade  po r mais  de 4 h.

mais  de 500 pessoas puderam  se r  resgatadas porque  o edifício manteve  su a  inte-

gridade estrutural durante  o fogo. Deve-se no tar  que, do ponto  de vista  da  segu-

rança

  ao

  fogo

 d e

  estruturas

  em aço, um

  cobrimento

  de 50 a 100 mm no

 concreto

ou  qualquer outro material resistente  ao fogo é  rotineiramente especificado pelas

normas

  de

  construção.

Como e m outros fenômenos, muitos fatores controlam  a resposta  do concreto a o

fogo. A   composição  do  concreto  é  importante porque tanto  a  pasta  de  cimento

quanto  o agregado consistem  de componentes  que se  decompõem  com o calor.  A

permeabilidade   do concreto,  o tamanho  do elemento  e a  taxa  de aumento  da t em-

peratura  sã o important es porque governam  o desenvolvimento  de pressões inter-

n a s  geradas pelos produtos  de decomposição gasosa. Ensaios c om fogo mostraram

q u e o

 grau

  de

 microfissuração

 e ,

 portanto, também

  a

 resistência

  do

 concreto

  são

influenciados pelas condições d e ensaio (isto é, se os corpos-de-prova  sã o  ensaiados

quentes

  e sob

 carga

  ou

 após resfriamento

 à

 temperatura

  e

 umidade ambientes).

Novamente,  o comportamento real  de um concreto exposto  à  alta temperatura

também

  é

  resultado

  de

  muitos fatores

  qu e

  interagem simultaneamente,

  o que é

muito complexo para  u m a  análise precisa. Entretanto,  com o  objetivo  de com-

preender  a  importância destes fatores, alguns deles  sã o  discutidos  a  seguir.

5.10.1 Efeito

  d a

  alta temperatura

  na

  pasta

  de

  cimento hidratada

O  efeito  do aumento  de  temperatura  n a  pasta  de  cimento hidratada depende  do

grau.

 d e

 hidratação

  e do

 estado

  de

 umidade.

  U m a

  pasta

  de

 cimento Portland

  b e m

hidrat ada, conforme descrito anteriormente, consiste-se principalmente  de  silica-

t os de cálcio hidrat ados (C-S-H), hidróxido d e cálcio e sulfoaluminatos d e cálcio h i-

dratados.  U m a  pasta saturada contém grandes quantidades  de  água livre  e água

capilar, além

  de

  água adsorvida.

  Os

 diversos tipos

  de

  água

  sã o

  perdidos rapida-

mente  com o aumento  da  temperatura  no  concreto.  N o entanto,  do ponto  de vista

d e proteção  ao fogo, deve-se observar  que ,  devido  ao  considerável calor  de vapori-

zação necessário para conversão d a água  em vapor,  a temperatura  do concreto não

aumentar á  a té  toda  a água evaporável tiver sido removida.

A   presença  de  grandes quantidades  de  água evaporável pode causar  um pro-

blema.  Se a taxa  de aquecimento  fo r alta  e a permeabilidade  da pasta  de cimento

fo r

  baixa, podem aparecer danos

 n o

 concreto

  em

  forma

  de

  lascamento superficial.

Durabilidade  151

O

  lascamento ocorre quando

  a

  pressão

  do

  vapor dentro

  do

  mater ial aumenta

  a

u m a  taxa maior  do que o  alívio  de pressão pela dispersão  do vapor  n a  atmosfera.

Quando a temper atura atinge aproxima damente 300°C, a  água interlamelar  do

C-S-H e par te  da  água quimicamente combinada  do C-S-H e dos sulfoaluminatos

hidratados também  se perderão. U m a posterior desidratação  da pasta  de  cimento

devida

  à

 decomposição

  do

 hidróxido

  de

 cálcio começa

  a

 cerca

  de

  500

U

C,

  m a s t e m -

peraturas  da  ordem  de  900°C  sã o  necessárias para  a  decomposição completa  do

C-S-H.

5.10.2 Efeito  da alta temperatura  no  agregado

A  porosidade  e a mineralogia  do  agregado parecem exercer  u m a  importante  in-

fluência sobre

 o

 comportamento

  do

 concreto exposto

  ao

 fogo. Dependendo

 d a

  taxa

de  aquecimento e dimensão, permeabilidade  e umidade  do agregado, o s  agregados

porosos podem

  se r

  suscetíveis

  à

 expansão destrutiva, levando

  ao

 empipocamento

do  tipo descrito  no  caso  de  ataque  po r  congelamento. Agregados  de baixa porosi-

dade, entretanto, podem ficar livres  de problemas relacionados  a  movimento  da

umidade interna.

Agregados silicosos contendo quartzo (granito  e  arenito,  po r  exemplo) podem

causar danos  ao  concreto  a cerca  de 573°C, porque,  a  essa temperatura,  a  trans-

formação d o quartzo  da  forma  a em (3 está associada  à  expansão súbita  da  ordem

de  0,85%. N o caso  de rochas carbonáticas,  u m  dano similar pode  se iniciar acima

de  700°C como resulta do  da reação  de descarbonatação. Além  da s possíveis trans-

formações

  de

  fase

  e

  decomposição térmica

  do

 agregado,

  a

 mineralogia deste

  de -

termina  a  resposta  do concreto  ao fogo também  de outras formas. P o r  exemplo,  a

mineralogia

  do

  agregado determina

  as

  expansões térmicas diferenciais entre

  o

agregado  e a pasta  de cimento  e a  resistência última  da  zona  de  transição  na in-

terface.

5.10.3 Efeito  da alta temperatura  n o  concreto

N a  Figura  5-12 os dados  de Abrams

IS

 ilustram  o efeito d a exposição  de cur ta  du -

ração,  at é 870°C, sobre  a resistência  à compressão  de  corpos-de-prova  de concreto

com uma fc  média  de 27 MPa  antes  da  exposição.  A s  variáveis incluem

  tipo

  de

agregado

  (carbonático, silicoso o u  leve  de  argila expandida)  e

 condições  de  ensaio

(aquecido s em  prévio carregamento  e ensaiado quente; aquecido co m carregamento

equivalente  ao nível  de  tensão  de ruptura  de 40% e  ensaiado quente;  e ensaiado

se m

 carregame nto prévio após resfriamento

 e m

  temperatura ambiente).

Quando aquecidos  se m  carregamento  e  ensaiados quentes (Figura 5-12a),  os

corpos-de-prova confeccionados

  com

  agregado

  de

  origem carbonática

  e

 agregado

arenoso leve  (60% do agregado miúdo fo i substituído p or  areia natural) retêm mais

de 75% da  resistência  a  temperaturas  a té  650°C.  A  esta temperatura,  os  corpos-

de-prova contendo agregados silicosos retêm apenas  25% da  resistência original;

eles conservaram  75% da  resistência original  a té  cerca  de  427°C.  O  melhor  de -

sempenho

 d os

  concretos contendo agregado carbonático

 o u

 agregado leve frente

 a

u m a  temperatura mais alta  de  exposição pode  se r  devido tanto  à  zona  de  transi-

Page 17: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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1 5 2  Microestrutura  e  Pr opr ie dade s  d o  Concreto Endurecido

ção n a interface mais forte quanto  à menor diferença n os  coeficientes d e dilatação

térmica entre  a  matriz argamassa  e o agregado graúdo.

A s  resistências  do s corpos-de-prova ensaiados quentes,  m a s  carregados  à com-

pressão (Figura 5-12b), ficaram

  até 25%

  mais altas

  do que as dos

  corpos-de-prova

s e m  carregamento,  m a s o  desempenho superior  do s concretos  co m  agregado  ca r -

bonático  ou  agregado leve  fo i reafirmado.  No  entanto,  o efeito  da  mineralogia  do

agregado n a  resistência  do concreto (Figura 5-12c) fo i reduzido significativamente

quando  os corpos-de-prova foram ensaiados após resfriamento  a 21°C, muito  p ro -

vavelmente como resultado  da  microfissuração n a  zona  de transição  na  interface

associada  à  retração térmica.

N a  faixa  de  resistência entre  2 3 a 4 5 M P a , Abrams concluiu  que a resistência

original  do  concreto tinha pouco efeito sobre  a  porcentagem  da  resistência  à com-

pressão mantida após

  a

  exposição

  à

 al ta temperatura.

  E m

 e studo posterior

19

,

  ob-

servou-se  q u e ,  quando comparados  à  resistência  à compressão  de  corpos-de-prova

aquecidos,  os  módulos  de  elasticidade  de  concreto feito  com os  três tipos  de  agre-

gado caíram mais rapidamente  com o  aumento  da  temperatura.  P or  exemplo,  a

304 e

 427°C,

  os

 módulos ficaram entre

  70 e 80% e 40 e 50% do

 valor original,

  r e s -

pectivamente. Isso pode  se r  atribuído  à  microfissuração  na  zona  de transição  n a

interface,  q u e t em u m  efeito mais danoso sobre  a resistência  à flexão e módulo  de

elasticidade  do que  sobre  a  resistência  à compressão  do concreto.

5 .10.4 Compor tamento  d o  c o n c r e t o  d e  al ta res is tência exposto  a o  fogo

Pesquisas  em  laboratório  e e m campo demonstraram  que o concreto  de  alta resis-

tência  se comporta  de maneira diferente quando exposto  a condições  de exposição

de  calor semelhantes,  se comparado  ao concreto  de resistência normal.  O concreto

de   alta resistência  t e m u m a  perda  de  resistência diferente quando submetido  a

cargas térmicas,  co m  maior tendência  a  lascar  de maneira explosiva.  A s normas

de   projeto  de  incêndio existentes basearam-se  no  concreto  de  resistência normal,

e a

  extrapolação

  do s

  procedimentos pode

  n ão se r

  apropriada para

  o

 concreto

  de

alta resistência. Esses procedimentos também  nã o consideram  a possibilidade  da

ruptura  po r lascame nto explosivo n o concreto  de alta resistência. Mesmo  q u e p es -

quisas intensivas tenham sido feitas neste campo  na última década,  os  resultados

sã o

 bastante sensíveis

  à s

 condições

  de

 carregamento,

  às

 dosagens

  do

 concreto,

  à re-

sistência  à compressão original  e ao teor  de  umidade. Phan  e Carino- analisaram

muitas dessas variáveis.

Como exemplo d o comportamento  do concreto d e  alta resistência exposto a altas

temperaturas , examinemos  os resultados  d e u m  estudo experimental  de  Phan  e

Carino

23

. Nesse tr abalho, corpos-de-prova cilíndricos

  de

 concretos

  de

  alta resis-

tência (CAR),  de 10 cm por 20 cm,  foram aquecidos  a diferentes temperatu ras  e

carregados  a t é  ruptura ainda aquecidos  ou após voltar  à  temperat ura ambiente.

A  temperatura máxima  fo i 600°C  e a taxa  de aquecimento  fo i 5°C/min. O  concreto

de

  alta resistência

  fo i

  confeccionado

  com e sem

  sílica ativa,

  co m

  relações água/ci-

mento variando  de 0,22 a 0,57, e resistência  à compressão entre  51 e 93 MPa. As

principais conclusões  do estudo estão listadas  a  seguir.

Durabilidade

  1 5 3

•(0

 —.2 c

S.2>

2 o

.2 w

fZ 5?

S e m  carga

120

•—•'

  Agr e gad o Si l i c oso

— • —   Cal c ár i o

A g r e g a d o a r e n o s o l e v e

2 8 M P a d e

  resistência original

 

2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0

Te mpe r atur a ,

  °C

( a )

1 2 0

.2 c

o

4 0

C a r r e g a d o  a 0 , 4 f

c

6 0 0 8 0 0 1 0 0 0

Te mpe r atur a ,  °C

l b )

Re si s t ê nc i a r e s i dua l

  s e m

  carga

1 2 0 i -  (Aquecido seguido  por  armazenamento

por? dias

  a 21 C)

c •£

2 o

.2 ra

40

2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0

Te mpe r atur a .  °C

( c )

Figura  5 - 1 2  Efeito  do  tipo  de  a gre ga do  e  condições  de  ensaio sobre  a  r e s i s t ê nc ia  a o  fogo

(Abrams,

  M . S . .  Temperature

  and

  Concrete.  AC I

  SP-25.

  p p.

  33-5S. 1973).

Corpos-de-prova  sem  carga, aquecidos  a  650"C  e ensaiados quentes  (a),  mostram  que o concreto

que   contém agregado  de  calcário  ou  agregado leve mantém  75 da  resistência original,  en-

quanto

  que o

  concreto contendo agregado silicoso mantém apenas

  25 cla sua

  resistência.

Quando carregados  a 40 da sua  resistência  (b). uma  tendência semelhante  foi  observada,  em-

bora todas  as  resistências tenham ficado cerca  de 25 mais altas.  No  entanto,  de  acordo  com

a  Figura 5-l2c, independentemente  do  tipo  de  agregado, todos  os  concretos mostraram consi-

derável perda  de  resistência  no  resfriamento.

Page 18: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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15 4

  Microestrutura

  e

  Propriedades

  d o

  Concreto Endurecido

Figura  5 - 1 3  D a n o s  po r  fogo n o r e v e s t i m e n t o  de  concreto  do  Ch an n e l T u n n e l [ F o t o g r a f i a  c o r -

t e s i a

  de

  Paul Acker] .

Inaugurado

  em 1994, o

  Túnel

  do

  Canal

  da

  Mancha

  [oi uma

  conquista marcante

  dci

  engenharia

e  realizou  o  antigo sonho  de  ligar  a  Inglaterra  à  França através  de  transporte  em  túnel suba-

quático. Mais

  de

  15  bilhões

  de

  dólares foram gastos  no  projeto  que  usou  os  mais avançados  ma-

teriais  e  técnicas  de  construção, incluindo revestimentos  com  concreto  de  alta resistência  com 50

MPa. Em 18 de  t iouejnòro  d e 1 3 9 6 ,  Ziouue  u m  incêndio-

1

". Felizmente,  não  houve vítimas fatais,

mas os  danos foram grandes. Cerca  de 50 m do  revestimento  do  túnel  foi  danificado

  e,

  em  algu-

mas   regiões,  sua  espessura  foi  reduzida  de  40para  17 cm. O  lascamento  do  concreto, causado pelo

fogo, provocou deformação  em  alguma-s seções  da  armadura.  É  interessante notar

  q u e o

  estudo

pós-incêndío  no  concreto  não  danificado mostrou  que a  resistência  à  compressão estava  em  cerca

de 100  MPa.

2

'  O  revestimento  foi  reparado  com  concreto armado  com  fibras.

Durabilidade

  1 5 5

1.  Para  o concreto exposto  a  temperaturas entre  100 e 300°C, a  resistência ficou

maior para amostras ensaiadas após resfriamento

  do que as

  ensaiadas quen-

t e s . Para  o concreto exposto a tempera turas maiores  qu e  400°C, a  tendência  foi

inversa.

2.   Pré-carregar  a s  amostras  em até 40% da  resistência  à compressão  e m  tempe-

ratura ambiente  nã o teve efeito n a  redução  da  resistência.

3.   Dosagens  de alta resistência feitas c om relação água/material cimentício igual

a 0,22

  apresentaram menor perda

  de

 resistência

 do que

 aquelas

 c om

 relação

 d e

0.33. Para dosagens feitas c om relações entre  0,33 e 0,57, o comportamento  foi

mais complexo e dependia  do método  de ensaio usado,  o que  tornou difícil che-

gar a  conclusões definitivas.

4.   Para corpos-de-prova pré-carregados,  a  sílica ativa  nã o  teve efeito n o  compor-

tamento  do concreto d e  alta-resistência exposto a  temperaturas elevadas. Para

corpos-de-prova  nã o  submetidos  ao  pré-carregamento,  a  sílica ativa  n ã o  teve

efeito n a  resistência  a té 300°C; entretanto, qua ndo ensaiados  a  temperaturas

mais altas,  a s dosagens contendo sílica ativa indicar am maior perda  de resis-

tência.

5.   Amostras  de concreto c om sílica ativa apres entar am maior resistência residual

(resistência após resfriamen to)  do que  amostras  se m  sílica ativa quando  ex -

postas  a  temperaturas entre  150 e 250°C.

O  concreto  de alta resistência  t e m u m a  tendência maior  a lascar  do que o con-

creto d e resistência normal.  O lascamento pode comprometer  a integridade estru-

tural  de um  elemento  e ameaçar  a  eficiência d a s  atividades  de  resgate  e combate

ao  fogo. Anderberg

2

'

1

 concluiu  que o lascamento superficial aumen ta quan to maior

o teor  de  umidade, impermeabilidade  do  concreto, tensão  de compressão p o r ca r -

regamen to externo, elevação  da  temperatura, distribuição assimétrica  de  tempe-

ratura, menores seções transversais

  e

  maior concentração

  de

  a rmadura .

  O s

mecanismos  de lascamento estão relacionados  ao desenvolvimento  da pressão  de

vapor, aumento  de  tensão devido  a  cargas térmicas  e variações volumétricas  de -

vido  a  transformação  de fase  no agregado.

Em

 p esquisas mais recentes sobre

 o

 lascamento

  do

 concreto

 d e

 alta resistência,

Phan  e Carino

2

- chegaram  à s  conclusões  a  seguir apresentadas.

1. O lascamen to explosivo fo i observado quando  a temperatura  no centro  do corpo-

de-prova ficou entre  200 e 325 °C.

2. O pré-carregamento parece  t e r u m  efeito mitigador  no desenvolvimento  do las-

camento explosivo.

3.  Amostras  de concreto moldadas  co m relação ág ua/material cimentício igual  a

0,22  mostraram  um  potencial maior para lascamento  so b  condições não-res-

tringidas

  do que

  amostras moldadas

  co m

  relação

  de 0,33.

  Entretanto, quando

o ensaio f oi executado  so b  condições restringidas,  o  lascamento explosivo  ap e -

Page 19: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

http://slidepdf.com/reader/full/durabilidade-das-estruturas 19/39

Microestrutura  e  Pr opr ie dade s  d o  Concreto Endurecido

n a s  ocorreu  co m as amostras moldadas  co m  reJação de 0 ,33 . Amostr as confec-

cionadas  co m relação água/material cimentício  de 0 ,57 não  apresentaram  l a s -

camen to explosivo  e m  nenhuma  d a s  condições  de ensaio.

4. A

  sílica ativa

  n ã o

 teve in fluência significativa

 n o

 lascamento explosivo

  em en -

saios realizados  so b condições não-restringidas  e restringidas.

Dois mecanismos foram propostos  po r  Bazant

25

 para explicar  o lascamento  t é r -

mico explosivo:  (a )  desenvolvimento  de  alta pressão  no poro causada pela super-

saturação  n a  frente d e  aquecimento:  e (b) propagação  da  ruptura frágil. A criação

d e u m a  alta pressão  no s  poros parece  se r  importante para desencadear  o  lasca-

ment o explosivo,  u m a v ez q u e esse mecanismo  de ruptura  n ão t em  sido observado

n o  concreto seco.  No  entanto, assim  q u e a s  fissuras  se  abrem,  h á u m  maior  vo -

lume disponível para

  o

 vapor

  da

 águ a, causando diminuição significativa

 d a

 pres-

são n o poro. A  energia para propagar  a s  fissuras pode  se r fornecida pela energia

d a pr essão gerada pelas tensões térmicas.  O concreto d e alta resistência  é mais f r á -

gil do que o

 concreto convencional; portanto,

 é

 mais susceptível

  ao

  desenvolvimento

d a  fissuração frágil e , conseqüentemente,  a lasc amento explosivo quando exposto

a  al tas temperaturas .

11  Deterioração  do  Concreto  po r Reações Químicas

O s processos  de deterioração  no concreto desencadeados  po r reações químicas,  em

geral,  m a s n ã o  necessariamente, envolvem  interações químicas entre  os  agentes

agressivos  do ambiente  e o s constituintes  da pasta  de cimento.  A s exceções incluem

a s reações álcali-agregado,  qu e  ocorrem entre  os álcalis presentes  n a  pasta  de ci-

mento  e certos minerais reativos  no agregado,  a  hidratação tardia  do CaO e MgO

cristalinos, quando presentes  e m  quantidades excessivas  no  cimento Portland,  e

a  formação d e  etringita tardia.

E m u m a  pasta  de  cimento Portland  b em  hidratada,  a  fase sólida composta  por

hidratos  de  cálcio relativamente insolúveis (como o C-S-H.  CH, e C-A-S-H)  se en -

contra  e m  estado  de equilíbrio estável  com a solução d os  poros  de  alto p H . Depen-

dendo

  da

  concentração

  do s

 íons

  de Na

+

, K\ OH , o

 valor

  do pH

  varia entre

  12,5 e

13,5. O  concreto  de  cimento Portland claramente fica  em  estado  de  desequilíbrio

químico quando  e m  contato  com um  ambiente ácido.

Teoricamente,   qualquer ambiente  com pH  menor  do que 12,5 pode  se r  conside-

rado agressivo,  porque  u m a  redução  da alcalinidade  da  solução d os poros levará  à

desestabilização  do s produtos  de hidratação  do s  materiais cimentícios. Isso signi-

fica  q u e a maioria  d a s águas industriais  e  naturais será agressiva  ao  concreto  de

cimento Port land.  N o  entanto,  a  taxa  de  ataque químico será função  do pH do

fluído agressivo

  e da

  permeabil idade

  do

 concreto. Quando

  a

 permeabil idade

  do

concreto  é baixa  e o pH do agente agressivo  é  superior  a 6, a  taxa  de  ataque  qu í-

mico  é  lenta demais para  s e r  levada  e m  conta. Freqüentemente,  o CO2  livre  n a

água pura

  e

 águas estagnadas, íons ácidos como

  SOI' e Cl n as

  águas subterrâneas

Durabilidade  1 5 7

e mar inhas ,  e íons  H

+

  em  algumas águas industriais  sã o responsáveis pela  di -

minuição  do pH  abaixo  de 6, o que é nocivo  ao  concreto.

Deve-se observar, também,  q u e o s  ataques químicos  n o  concreto manifes-

tam-se através

  de

  efeitos físicos nocivos, como aumento

  da

  porosidade

  e p e r -

meabilidade, diminuição  da  res is tência, fissuração  e lascamento.  N a  prát ica,

vários processos químicos  e físicos d a  deterioração ocorrem  ao mesmo tempo  e

podem

  a t é s e

  re força r mutuamente . Pa ra

  q u e

  sejam compreendidos clara-

mente,  os  processos químicos podem  s e r  divididos  e m  três subgrupos  e  discu-

tidos individualmente, como mostra  a  Figura  5 -1 4 .  Atenção especial será dada

ao   a t aque  po r  sulfato, reação álcali-agregado  e  corrosão  d a s  a rmaduras ,  por

serem esses fenômenos  os  responsáveis pela deterioração  na  maioria  d as e s -

t ru turas  de concreto.  Por f im, a  última seção deste capítulo  é dedicada  à  dura-

bil idade  do  concreto  e m  ambientes marinhos, pois es truturas costeiras  e de

plataformas marinhas estão expostas  a u m a  gama  de  processos  de  deteriora-

ção .  químicos  e  físicos inter-relacionados,  q u e  claramente demonstram  a com-

plexidade  do s  problemas  da  durabil idade  do  concreto  n a  prática.

5,11.1 Hidrólise  d o s  c o m p o n e n t e s  d a  pas ta  d e  cimento

As  águas subterrâneas,  de  lagos  e de  rios contêm pequenas quantidades  de clo-

retos, sulfatos,  e bicarbonatos  de  cálcio  e de  magnésio. Estas chamadas  águas

duras

  geralmente  n ã o  atacam  os consti tuintes  da  paste  de  cimento Portland.  A

água pura  da  condensação  da  neblina  ou do  vapor  de  água  e a  água mole  d a

chuva  ou da  neve  e do  gelo derretidos contêm pouco  ou  nenhum  íon de cálcio.

Quando estas águas entram

  e m

  contato

  com a

  pasta

  de

  cimento Portland,

  t en -

d em a  hidrolisar  ou  dissolver  os produtos  qu e contêm cálcio. Quando  a  solução

de   contato atinge  o  equilíbrio químico,  a  hidrólise  da  pasta  de  cimento  é  inter-

rompida. Porém,

  no

 caso

  de

  água corrente

  ou de

  infiltração

 s ob

 pressão, ocorrerá

u m a  diluição d a  solução d e contato, o ferecendo condição para  que a hidrólise  con-

t inue.  O hidróxido  de cálcio  é um dos consti tuintes  d a s  pastas  de  cimento Port-

land hidratadas

  co m

  maior susceptibi l idade

  à

  hidrólise

  e m

  função

  de sua

solubilidade relativamente alta  n a  água pura  (1 2 3 0 mg/l). Teoricamente,  a hi-

drólise  da  pasta  de  cimento continua  a t é q u e a  maior parte  do  hidróxido  de cál-

ci o tenha sido eliminada  po r  lixiviação.  Co m  isso,  os constituintes cimentícios  da

pasta  de  cimento endurecida ficam suscetíveis  à  decomposição química. Esse

processo, conseqüentemente, reflete e m  géis d e sílica  e alumina  co m pouca  ou ne-

nhuma resistência.  Os resultados  de  duas pesquisas mostrando perda  de  resis-

tência  da s  pastas  de  cimento  po r  lixiviação  do calcário  sã o  citadas  po r  Biczok.

26

Também  de  acordo  co m Terzaghi

27

,  u m  concreto  qu e perdeu cerca  d e u m  quarto

d e seu  conteúdo original  de  calcário teve  s u a  resistência original reduzida

à  metade.

Além

  da

  perda

  de

  resistência,

  a

  lixiviação

  do

 hidróxido

  de

  cálcio

  do

 concreto

pode s er considerada indesejável p or razoes estéticas. Freqüentemente,  o produto

lixiviado interag e com o CO2 presente  no ar e forma u m a  crosta esbranquiçada  de

carbonato

  de

  cálcio

  n a

  superfície.

  O

  fenômeno

  é

 conhecido como eflorescência.

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7/23/2019 Durabilidade das estruturas

http://slidepdf.com/reader/full/durabilidade-das-estruturas 20/39

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158

Durabilidade  1 5 9

5.11.2 Reações  d e  troca catiônica

Co m base  n a  troca  de  cátions,  os três tipos  de reações deletérias  qu e podem ocor-

re r  entre  a s soluções químicas agressivas  e os  componentes  d a pas ta  de cimento

Portland  sã o apresentados  a  seguir.

Formação  d e  sais solúveis  d e cálcio. A s  soluções ácidas contendo ânions,  que fo r-

m a m  sais solúveis  de  cálcio,  sã o  encontradas freqüentemente  em  ambientes  in -

dustriais. P or exemplo, ácido clorídrico, sulfúrico, ou nítrico podem estar presentes

em   efluentes d a  indústria química. Ácido acético, fórmico, o u lático  sã o  encontra-

dos em

 mu itos produtos alimentícios.

  O

 ácido carbônico, HsCOj, está presente

  em

refrigerantes e águas naturais  co m alta concentração  de CO2. As reações  de  troca

catiônica entre soluções ácidas

  e os

 constituintes

  da

 pasta

  de

 cimento Portland

  re -

sultam  em  aumento  do s  sais solúveis  de  cálcio, como cloreto  de cálcio, acetato  de

cálcio  e bicarbonato  de  cálcio  q u e são removidos  po r lixiviação.

Através  da s  reações  de  troca catiônica.  a s  soluções  de  cloreto  de  amónia  e sul-

fato  de  amónia,  encontradas comumente  n a  indústria  de  fertilizantes  e n a  agri-

cultura,  sã o capazes d e transformar componentes  da pasta  de cimento e m produtos

altamente solúveis,  po r  exemplo:

2NHjC1 +  Ca(OH)a  -» CaCla  + 2 NH

4

OH  (5-1)

Deve-se nota r  que, como o s dois produtos  da s reações  sã o  solúveis,  os efeitos d o

ataque  sã o  mais severos  do que, po r  exemplo,  co m u m a  solução d e MgCk  que p ro -

du z

  CaCb

  e

  Mg(OH>>.

  P o r s e r

  insolúvel,

  a

 formação deste último

  nã o

  aumenta

  a

porosidade  e  permeabilidade  do  sistema  .

Devido  a  certas características  do

  ataque

  de

  ácido carbônico

  n a  pas ta  de ci-

mento,  é  aconselhável estudá-lo mais detalhadamente. A s reações  de  troca catiô-

nica entre  o ácido carbônico e o hidróxido  de cálcio presen tes  n a pas ta  d e cimento

Portland hidratada ocorrem  da seguinte forma:

Ca(OH)2 + HíCOí CaCCh  +  2HaO  (5-2)

CaCOa

  + CO* + HzO ->

 Ca(HC0

3

)

2

  (5-3)

Após  a precipitação  de  carbonato  de  cálcio,  q u e é  insolúvel,  a  primeira reação

pára,  a  menos  qu e algum  CO2 livre esteja presente  n a  água. Pela transformação

do  carbonato  de cálcio  e m bicarbonato solúvel,  de  acordo  com a  segunda reação,  o

CO2  livre auxilia  a hidrólise  do hidróxido d e cálcio. Como essa reação  é  reversível,

certa quantidade

  de CO2

 livre, chamado

  de CO2 de

  equilíbrio,

  é

  necessária para

manter  a reação  de equilíbrio. Assim, todo  e qualquer  CO2  livre excedente, acima

do CO2 de

  equilíbrio, seria agressivo

  à

  pasta

  de

  cimento, pois,

  a o

  deslocar

  a se-

gunda equação  (5-3) para  a direita, aceleraria  o processo  de transformação  do hi-

dróxido

  de

  cálcio presente

  n a

  pasta

  de

  cimento

  em

  bicarbonato

  de

 cálcio solúvel.

O  teor  de CO2 de equilíbrio  n a  água depende  d e su a  dureza  (que está relacionada

à

 quantidade

  de

  cálcio

  e

 magnésio presentes

  n a

  água).

Page 21: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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16 0

  Microestrutura

  e

  Propriedades

  d o

  Concreto Endurecido

Deve-se observar

  que a

  acidez

  n a

  água natural geralmente

  se

  deve

  ao CO2 dis-

solvido,  que é encontrado  e m concentrações significativas e m  águas minerais, m a-

r inhas  e  subte r râneas  qu e  podem  t e r  tido contato  co m  res íduos  de  animais  e

plantas

  e m

  decomposição.

  A

  água subterrânea normal contém

  de 15 a 40 mg/l de

CO2;  entretanto, concentrações  da  ordem  de 150 mg/l não são incomuns. Normal-

mente,  a  água  d o m ar  contém  de 35 a 60 mg/ de CO2. Como regra, quando  o pH da

água subterrânea  ou mar inha  é igual  ou maior  que 8, a concentração  do CO2 livre

normalmente  é insignificante; quando  o pH é mais baixo  que 7 , pode haver  u m a

concentração nociva  de CO2.

Formação  de  s a i s  de  cálcio insolúveis  e não-expansivos. Certos ãnions, quando

presentes  e m água agressiva, podem reagir  com a pasta  de cimento  e formar sais

d e  cálcio insolúveis.  S u a  formação pode  n ã o  causar danos  ao  concreto,  a  menos

q u e o produto  de  reação seja expansivo  (ver  adiante)  ou  removido  po r  água  cor-

rente,  p or infiltração 011  tráfego d e veículo. O s produto?  da reação entre  o hidróxido

de   cálcio  e os  ácidos oxálico, tartárico, tânico, húmico, hidrofluórico  ou  fosfórico

pertencem  à categoria  de sais  de cálcio insolúveis e não-expansivos. Quando o con-

creto  é exposto  a  resíduos  de  animais  e  plantas  e m  decomposição, geralmente,  a

presença  de ácido húmico causa deterioração química.

Ataques químicos  p or  soluções contendo sais  de magnésio. Cloreto, sulfato o u

bicarbonato  de  magnésio  sã o  encontrados freqüentemente e m  água subterrânea,

mar inha  e  alguns efluentes industriais.  As soluções  de magnésio reagem pronta-

mente  com o hidróxido  de  cálcio presente  na pasta  de cimento Portland  e formam

sais  de  cálcio solúveis. Como discutido  na  próxima seção,  a  solução  de MgSO-i  é

bastant e agressiva p or causa  do ataque  po r  sulfato a os hidratos contendo alumina

presentes  n a  pasta  de cimento Portland.

U m  aspecto característico  do ataque  por íon de  magnésio  n a  pasta  de cimento

Port land  é que o ataque acaba  por se  estender  ao silicato d e cálcio hidratado, prin-

cipal constit uinte cimentício.  E m contato prolongado  com a  solução  de  magnésio,

o C-S-H na pasta hidratada  de  cimento Portland  perde gradua lmente íons  de cál-

cio , que são parcialmente  ou , às vezes, completamente sub stituídos pelos íons  de

magnésio.  O produto final dessa reação  de  substituição  é um  silicato  de magnésio

hidratado, cuja formação está associada  à perda  de características cimentícias.

5 12

 Reações Envolvendo

  a

 Formação

  de

 Produtos Expansivos

A s

 reações químicas

 q ue

 envolvem

  a

 formação

 de

 produtos expansivos

 n o

 concreto

 e n-

durecido podem levar a certos efeitos danosos. A expansão pode, primeirame nte, ocor-

r e r s em  qualquer dano  ao  concreto,  m a s o  aumento  da s  tensões internas causa

fechamento

  de

 juntas

  de

 expansão, deformações, deslocamentos

  em

 diferentes

 p a r -

t e s d a  estrutura, fissuração, lascamento  e pipocamento.  O s quatro fenômenos asso-

ciados à s reações químicas expansivas são : ataque p or sulfato, reação álcali-agregado,

hidratação tardia  de CaO e MgO  livres e corrosão  da  armadura  do concreto.

Durabilidade

  161

5 1 3

 Ataque

  po r

 Sulfato

A  maioria  do s  solos contém sulfato  na  forma  d e  gipsita CaSO^^HsO (normal-

mente  de 0 ,01 a 0 ,05%  expresso como SO^i)- Essa quantidade  é considerada  i n o -

fensiva  ao concreto. A solubil idade  da  gipsi ta  n a  água  em  t empera tu ra normal

é  bas tante l imi t ada (aproximadamente  1.400 mg/1 SO4).  Normalmente ,  co n -

centrações maiores

  de

  sulfato

  n a s

  águas subte r râneas

  se

  devem

  à

  presença

  de

sulfatos  de  magnésio, sódio  e potássio.  O  sulfato  de  amónia está freqüente-

mente presente  n a s  t e r ras  e  águas agrícolas . Efluentes  de  fornos  (q u e  usam

combustíveis

  co m

  alto teor

  de

  enxofre)

  e da

  indústria química podem conter

ácido sulfúrico. A decomposição  de  matéria orgânica  e m  pântanos, lagos rasos,

poços  de mineração  e tubulação  de  esgoto costuma levar  à formação  do gás H2S,

q u e se

  t rans forma

  e m

  ácido sulfúrico pela ação bacteriana.

  A

  água usada

  em

torres  de res f r i amento  em  concreto também pode conter alta concentração  de

sulfato devido  à  evaporação. Dessa maneira,  n ão é  raro encontrar concentra-

ções

  de

 sulfato potencialmente deletérias

  em

  águas industriais

  e

  naturais .

Sabe-se  q u e  degradação  do  concreto como resultado  d a s  reações químicas

ent re  o cimento Port land hidrat ado  e os  íons sulfato oriundos  d e u m a  fonte  ex -

terna adquire  duas formas

  q u e são

  dis t intas entre

  si .

  Qual

  do s

  processos

  de

deterioração  v a i predominar ,  em  cada caso,  va i  depender  d a concentração  e da

fonte  do s  íons sulfato (isto  é, o cátion associado)  n a  água  de  contato  e da com-

posição  da  pas ta  de cimento  no concreto.

O  a t aque  po r  sulfato pode  se  mani fes t a r  n a  forma  de  expansão  e fissuração

do   concreto. Quando  o  concreto fissura,  s u a  permeabil idade aumenta  e a água

agressiva penetra mais facilmente

  em seu

  interior, acelerando, portanto,

  o p ro -

cesso  de  deterioração. Algumas vezes,  a  expansão  do  concreto pode causar  p ro -

blemas estruturais graves, como  o  deslocamento  de  pa redes  d e  edificação

devido

  à

  pressão horizontal

  d e u m a

  laje

  em

  expansão.

  O

  a t aque

  p or

  sulfato

também pode  se  mani fes t a r  n a  diminuição progressiva  de  resistência  e perda

de   massa  devido  à pe rda  da  coesão  do s  produtos  de  hidratação  do cimento.  N a

seqüência, apresenta-se

  u m a

  breve revisão

  de

  alguns aspectos teóricos

  de fa-

lhas causadas pelos sulfatos, históricos  de casos selecionados  e  controle  d o a t a -

q u e p o r  sulfato.

5.13.1 Reações químicas  ri o a t aque  p o r  sulfato

O hidróxido  de  cálcio  e a s  fases presentes  no  cimento Port land hidratado  q u e

contêm alumina  sã o  mais vulneráveis  a o  a t aque  po r  íons sulfato.  N a  h idra ta -

ção ,

  cimentos Portland

  co m

  mais

  de 0% de GíA

 potencial conterão

  a

  maior parte

da   a lumina  sob a  forma  de  monossulfato hidratado, CaA-CS-His.  Se o  teor  de

C3A do cimento  fo r  maior  do que 8%, os  produtos  de  hidratação também  con-

terão CsA-CH-His. Devido

  à

 presença

  de

  hidróxido

  de

 cálcio

 n a

  pasta

  de

  cimento

Port land hidratada, quando esta entra  e m  contato  co m  íons sulfato, ambos  os

hidratos  qu e contêm alumina  se convertem  à forma al tamente sulf atada (etrin-

gita, C3A-3CS-H32), como mo str am

  a s

  seguintes equações:

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7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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16 2

  Microestrutura

  e

  Propriedades

  d o

  Concreto Endurecido

CaA-CH-His  + 2 C H + 3 S + 1 1 H  OA-3CS-H.32  (5-4)

CsA-CS-His  + 2CH + 2S + 12H  CÍA-3CS-H

3

2  (5-5)

É consenso  q u e a s  expansões n o concreto relacionadas  ao sulfato s ão associadas

à etringita;  no  entanto,  os mecanismos  pelos quais  a  formação d e  etringita causa

expansão representam ainda u m t ema controverso.

2S

 A pressão exercida pelo cres-

cimento  do s cristais  de etringita  e a expansão resultante  da  adsorção  de  água  em

meio alcalino  p o r u m a  etringita pouco cristalina  sã o  duas  d a s diversas hipóteses

aceitas pela maioria  do s pesquisadores.

A  formação  de  gipsita como resultado  d a s  reações  de  troca catiônica também

pode causar expansão. Entret anto, tem-se observado-

5

  que a

 deterioração

  da

  pasta

de  cimento Portland endurecida pela formação d e gipsita  se dá através  de um pro -

cesso

  qu e

 primeiro leva

  à

 redução

  do pH do

 s is tema

  e

 perda

  da

  rigidez

  e

 resistên-

cia,  seguida pela expansão  e fissuração e, po r f im,  pela transformação d o concreto

e m u m a  massa pastosa  ou  não-coesiva.

Dependendo  do tipo  de  cátion associado  à  solução  de  sulfato  (Na , K

+

 o u  Mg

2+

),

t anto o hidróxido d e cálcio quanto o C-S-H presentes  na pasta  de cimento Portland

hidratada podem  se converter  e m gipsita pelo ataque  po r sulfato:

NaaSOo +  Ca(OH)a  + 2 H . 0 -» C a S 0 2 H

2

0  + 2NaOH  (5-6)

MgSO,  + Ca(OH)

2

 +  2HaO  -  CaS0-,-2H

2

0  + Mg(OH).  (5-7)

3MgSOí  +  3Ca0-2Si02'3H

a

0  + 8 H

a

O

-*   3(CaS04'2H

2

0)+3Mg(0H)s +2Si02-H

2

0  (5-8)

N o  caso  do  ataque  po r  sulfato  de  sódio,  a  formação  de hidróxido  de  sódio como

subproduto  da reação assegura  a manutenção  da alta alcalinidade n o sistema,  que

é

 essencial para

  a

 estabilidade

  do

 produto

  da

 hidratação, C-S-H.

 P o r

 outro lado,

  no

caso  do ataque  po r  sulfato d e magnésio,  a conversão d o hidróxido d e cálcio  em g ip -

sita

  é

  acompanhada pela formação simultânea

  de

 hidróxido

  de

  magnésio,

  que é

insolúvel  e reduz  a  alcalinidade  do  sistema.  N a  ausência  de íons hidroxila  na so-

lução,  o C-S-H  deixa  d e s e r  estável  e  também  é  atacado pela solução  de  sulfato

(Eq . 5 -8 ) . O sulfato  de magnésio, portanto,  é  mais severo  no concreto.

5.13.2 Formação  d e  etringita tardia*

Este caso  de ataque químico  po r sulfato acontece quando  a  fonte d e íons sulfato é

interna (dentro

  do

 concreto)

  em vez de

  externa.

  O

 fenômeno

 n ão é

 novidade; ocorre

quando  u m  agregado contaminado  co m  gipsita  ou  cimento contendo  u m  teor  de

sulfato muito alto  é usado  n a  produção  de concreto. Recentemente, casos  de fo r-

mação  de  etringita tardia foram relatados  e m  elementos  de  concreto curados  a

vapor. A  etringita  n ão é u m a fa se estável acima  de  65°C, decompondo-se para  fo r-

m a r  monossulfato hidratado  se a s t empera turas  da  cura térmica  a vapor utiliza-

*

 Formação

  de

  etringita tardia

  (DEF -

 delayed ettringite formation).

Durabilidade

  1 6 3

d as n o processo  de  fabricação forem superiores  a  65°C.  Os  íons sulfato liberados

pela decomposição

 d e

 etringita

  s ão

 adsorvido s pelo silicato

 d e

 cálcio hidratado.

 Pos-

teriormente, durante  a  utilização  da  estrutura, quando  os  íons sulfato s ã o dissol-

vidos,  a formação d a nova etringita causa expansão  e fissuração (ver  Figura 5-15).

(a) (b)

Figura  5 - 1 5  (a )  Representação diagramática  da  ex p an são  de a r g a m a s s a  ou  concreto causada pela

f o r m ação

  de

  etr ingi ta tardia

  ( D E F -

  delayed et t r ingi te formation) (Taylor , H.F.W.; Faray,

  C.;

Scr ivener ,  K . L . .  Delayed et t r ingi te formation.  Cem.

  Concr.

  Res.,  v . 31 , n . 5 , pp .  683-693, 2001];  (b) Mi -

crograf ia obt ida  po r  microscopia eletrônica  de v a r r ed u r a  d e u m a  a r g am assa a t acad a  p o r D E F . A  amos-

t r a f o i a r m azen ad a  por 4 h à 20 C.  aquecida  a  90°C  for 12 b e , p o s t e r i o r m en te , a r m azen ad a  em   água

p o r 6 0 0  dias (micrografia cedida  p o r C .  Famv).

.4

 expansão

  na

  pasta causada pela formação

  de

  etringita tardia origina fissuras

  na

 pasta

  e n a

  interface

pasta-agregado. Subseqüentemente,

  a

 etringita

  se

 recristaliza

  nas

  fissuras

  a

 partir

  de

  cristais submi-

croscópicos dispersos

  ao

  longo

  de

  toda

  a

 pasta

  de

  cimento.

H á u m a concordância geral entre  os  pesquisadores  q u e a  expansão relativa  à

formação  de  etringita tardia está associada  à  existência  de  fontes  de  sulfato  in -

ternas  e que a  etringita formada  é pouco cristalina. Alguns pesquisadores acredi-

t am q u e a  decomposição  da  etringita primária, pela cura térmica  co m  vapor  a

elevadas temperaturas, seguida pela adsorção  do s  íons sulfato pelo  C-S-H e sua

subseqüente dessorção para voltar  a formar  u m a  etringita secundária dentro  dos

produtos  d a  hidratação  do cimento  de primeira idade  sã o  condições necessárias

para  o fenômeno d e formação tardia  da etrin gita. Outros pesquisadores, incluindo

Collepardi

30

, observaram  que a  formação  de  etringita tardia  nã o  está limitada  a

peças d e concreto submetidas à cura térmica  e que  sorção-dessorçao d o sulfato pelo

C-S-H não é essencial para  o  fenômeno. Collepardi propôs  a s seguintes hipóteses:

(a)

  Microfissuras resultante s

  do

 processo

 d e

  fabricação

 d o

 concreto,

 o u

 reações

 qu í-

micas como reação álcali-sílica, o u condições d e carregamento n a  execução,  a u-

mentam

  a

  permeabilidade

  do

 concreto;

Page 23: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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1 6 4  M i c r oe s t r u tu r a  e  P r op r i e d ad e s  d o  C on c r e to En d u r e c i d o

(b)   lons sulfato s ã o liberados pelos produtos  da hidratação  do cimento  ou têm o ri-

g em em outras fontes;

(c) A  presença  da  água  é  necessária para  a  migração iônica  no  interior  do

concreto;

(d) A deposição d e etringita ocorre dentro  de microfissuras existentes,  que se p ro -

pagam

  po r

 expansão

  ou

 crescimento

  de

 cristais

  de

 etringita.

U m a representação diagramática  do enfoque holístico d e Collepardi para  a fo r-

mação  de  etringita tardia relacionada  à  expansão  e  fissuração  é  exibida  n a

Figura  5-16.

-  Ret ração térmica  e por  secagem

restringida

-  Cura  a  vapor  po r  alta temperatura

-  Carregamento severo duran te  o u s o

-  Distribuição  d e  t e n s ã o e x o —

e

  não-uni forme

  no

  concreti

protendido

Alta

perme

Presença

.;d.è.ágúa

â

Sulfato tardio

liberado  po r fonte

interna

Agregado contaminado

po r gípsita,  ou  liberação

d e  sulfato peio  C - S - H

DEF - formação d e etringita tardia

Figura  5 - 1 6  Enfo que ho l í st ico par a expans ão  e  f i s s u ra ç ã o  p o r  fo rma ç ã o  de  e t ring i ta tard ia .

5.13.3 Histórico  d e  casos s e l ec ionados

U m  interessante caso  de  a t aque  po r  sulfato  po r  água  de  fonte  no s  pi lares  d a

ponte  do Rio  Elbe  e m  Magdeburg, Alemanha,  é  relatado  p or  Biczok

:íl

.  A ope-

ração  de instalação  de pi lar  e m u m a  caixa pneumática gerou  u m a  fonte. A água

da

  fonte continha 2.040

  mg /l d e SO s. A

  expansão

  do

 concreto suspendeu

  8 cm

os   pi lares  em 4  anos  e causou  u m a  extensa fissuração, tornando necessária  a

s u a  demolição  e reconstrução. Natura lmente, tais ocorrências  de  expansão  por

sulfato podem  s e r  evitadas  po r  meio  d e u m a  pesquisa sobre  a s  condições  do

meio

  no

  qual

  a

  es t ru tura

  v a i s e r

  exposta

  e por

 meio

  d e u m a

 proteção adequada

cont ra  o a t aque  p or  sulfato, quando necessário.

Bellport

32

 descreveu  a experiência  do U.S . Bureau  of Reclamation  a  respeito

do  a t aque  po r sulfato e m  es trutu ras hidráulicas localizadas e m Wyoming,  M o n -

tana, Dakota

  do Su l ,

  Colorado

  e

  Califórnia.

  E m

  alguns casos,

  o

 teor

  de

 sulfato

solúvel  do  solo chegava  a  elevados valores, como 4,55%,  e a  concentração  de

sulfato  d a  água  e r a d e  9.900  mg/L  Muitos casos  de  deterioração severa  de es-

D u r ab i l i d ad e

  1 6 5

t r u t u r a s  de  concreto  de 5 a 30  anos  de  idade foram relatados. Estudos  de pes-

quisas mostraram

  q u e

 cimentos resis tentes

  ao

  sulfato, contendo baixo

  CsA, ob-

t iveram desempenho melhor  d o q u e  cimentos  sem C 3 A e q u e  cont inham

quantidades extraordinariamente elevadas  de silicato tricálcico  (58 a 76%).

Como resultado  da  exposição  ao  sulfato  por 20 anos, foram relata das perd as

de

 res is tência

  e

 massa

  n a s

  es t ru turas

  de

  concreto

  da

 Barragem

  d e F t .

 Peck

  e m

Montana (Figura 5-17).  O teor  de  sulfato  da  água subterrânea devido exclusi-

vamente  a os  sulfatos alcalinos, estava acima  de  10.000 m g / l . U m a  investigação

de   amostras  do  concreto deteriorado (Figura  5 -1 8 ) acusou grandes quantidad es

de   gipsi ta formada  à s  custas  do s  consti tuintes cimentícios normalmente  p re -

sentes

  n a s

  pas tas

  de

  cimento Port land hidratadas^.

  H á

  relatos

  de

  casos simi-

lares  de  deterioração  p o r  sulfato  e m  solos  de  pradar i as  no  oeste  do  Canadá,

q u e  contêm  u m  alto teor  de  sulfatos alcal inos (águas subterrâneas contêm  de

4.000  a  9.000  mg/l de  sulfato),  d a  ordem  de 1 ,5%.  Normalmente, como conse-

qüência

  do

  a t aque

  po r

  sulfato,

  o

  concreto

  se

  tornou relat ivamente poroso

  ou

fraco, e ,  conseqüentemente, reduzido  a u m a  massa pastosa (não-coesa).

Verbeck

31

  apresentou  os resul t ados  d e u m a  invest igação  de  longa duração

sobre  o  desempenho  do  concreto  e m solos sulfatados  e m  Sacramento,  n a  Cali-

fórnia. Foram utilizados corpos-de-prova  de concreto feitos c om  diferentes tipos

de  cimento Port land  e três consumos  de cimento.  O solo continha aproximad a-

mente  10% de sulfato  de  sódio.  A deterioração  do s  corpos-de-prova  de concreto

fo i avaliada  po r  meio  de  inspeção visual  e  pela medição  d a  res is tência  e do mó-

dulo  de  elasticidade dinâmico após diversos períodos  de  exposição.  A  Figura

5 -1 9

 mostra

  os

 dados

  de

 Verbeck referentes

  ao

 efeito

 d o

 teor

  de C3A do

  cimento

Port land  e do consumo  de cimento  do  concreto  n a  taxa média  de  deterioração.

O s  resultados demonstram claramente  q u e o consumo  de cimento  (q u e t em i n -

fluência direta  n a  permeabil idade  do  concreto) tinha mais efeito n a res is tência

a o  sulfato  do que a  composição  do  cimento.  P o r  exemplo, relatou-se  que o de-

sempenho

  do

  concreto contendo

  39 0

  kg/m

3

  do

  cimento

  com 10% de C3A era de

duas  a  três vezes superior  do que o  concreto contendo  31 0  kg/m

3

  de  cimento

com 4% de CsA  (Figura 5-19a).  C o m u m  cimento  de  alto  C:iA (11% de CsA), o

teor efetivo  de GA. na  mistura pode  s e r  reduzido pela adição  de pozolanas, como

a

  cinza volante (Figura 5-19b). melhorando, assim,

  a

  resistência

ao   sulfato.

U m  caso interessante  de  a t aque  po r  sulfato chamou  a  atenção  do s autores ,

mostrando  q u e o solo,  a s  águas subterrâneas, marinhas  e indus t r i a i s  n ão são

a s

  únicas fontes

  de

  sulfato. Exis tem relatos

  da

  deterioração

  do

  graute entre

vigas  e m balanço  de  concreto pré-moldado  e vigas  de concreto moldadas  in  loco

d a s  a rquibancadas  do  Candlest ick Park Stadium  em S ão  Francisco,  n a  Cali-

fórnia

35

. Aparentemente,  o graute  n ão fo i  compactado adequadamente durante

a construção. Assim,  a lixiviação  do mate rial cimentício resultou  e m  pe rda  sig -

nificativa  da  res is tência*  e  causou  a  formação  de  es talact i tes  de ca rbona to  de

cálcio  no  entorno.  A  análise  po r  difração  de  raios  X do  material deteriorado

mostrou  a  presença  de  quantidades expressivas  de  etringita  e  gipsita como r e -

Testemunhou  de  groute apresentaram  4a/ M Pa de  resistência  à  c o mp re s s ã o  ao  invés  de 25 a

Page 24: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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Microestrutura

  e

  Propriedades

  d o

  Concreto Endurecido

sul t ado  do a t aque  p o r  sulfato. Nota-se  q u e a j u n t a  q u e contém  o graute es tá  lo-

calizada  de 18 a 30 m  acima  do nível  do solo. Como resultado  d e u m a  drenagem

insuficiente, verificou-se  q u e a  água  da  chuva t inha  s e acumulado  no  entorno

d a

  argamassa. Aparentemente, devido

  à

  poluição

  do ar , o s

  sulfatos presentes

n a  água  da  chuva (veja quadro abaixo) pode causar altos níveis  de  deteriora-

ção d a  a rgamassa  ou  mesmo  do  concreto. Isso pode acontecer quando  o mate-

rial  é  permeável  e  quando, durante  o projeto  e a  construção,  n ão são  tomadas

medidas adequadas pa ra  se t e r u m a b o a  drenagem  da  água.

Chuva Ácida e Durabilidade  do Concreto

Amostras cole tadas para

  o A i r

  Re s ourc e s Boa rd m os t r a r a m

  q u e o

  valor médio

  d o p H d a

c h u v a

  n o

  N or te

  da

  Califórnia variava

  d e 4 . 4 e m S ã o

  J o s é . . .

  [ a ] p H 5 . 2 e m

  D a v i s . . .

  N e m

a

  ocorrência

  de

  chuva ácida  c onf ina da

  ao s

  centros urbann=

  d^ . . No

  Se que i s

  N a-

t i o n a l P a r k

  e n a

  região

  de

  Ma m m oth La ke s ,

  o

  valor médio

  d o p H d a

  chuva entre

  1 9 8 0 e

1 9 8 1

  f icou

  e m 4 . 9 e e m u m a

  s e m a n a

  a

  média esteve

  e m 3 . 5 .

Mesmo assim, esses registros f icam insignificantes

 e m

  c om pa ra ç ã o

  c o m o s

  níveis alar-

mantes

  de

  acidez encontrados

  na

  neblina.

  E m

  de z e m bro

  d e 1 9 8 2 , a

  ne bl ina

  qu e

  cobriu

  o

Conda do  de  O ra nge a t ingiu  a  menor medida  de  todos  os  t e m pos . . .  u m p H d e 1 . 7 e m C o -

rona

  d e i M a r .

  [Mesmo

  a

  neblina coste ira

  q u e

  cobre

  a

  ponte GoJden Gate

  e m S a n

  Fra n-

cisco teve registrado xirn

  p H t ã o

 ba ixo qua nto

  3 . 5 ] . D e

  acordo

  c o m o D r .

  Michael Hoffman

do

 Ca l i fórn ia Ins t i tu t e

  de

  Pa s a de na ,

  a

  neblina próxima

  à s

  á r e a s urba na s ro t ine i r a m e nte

r e gi s t r a

  p H

  e nt r e

  2 .5 e 3 .0 e

  está carregada

  de

  poluentes , como  sulfato,  nitra t o. íons

  d e

amónia , chumbo, cobre , níquel, vanádio

  e

  a ldeídos.

Fonte:  Re la tór io

  d e K .

  Patrick Conner.

Publ i c a do

  no  San

  Francisco Chronide,

  3 de

  j u n h o

  d e 1 9 8 4 .

A

  chuva ácida

  é

  provocada pelo homem;

  n ã o é u m

  f e nóm e no na tura l , s e ndo

  q u e 9 0 %

dessa poluição [Região norte

  do s

  Estados Unidos]

  v é m d a

  c om bus tã o indus t r i a l

  e

  a uto-

m ot iva

  dc

  combustíveis fósseis . Esses poluen tes [cujo compo nente prin cipal

  é o

  dióxido

d e

  enxofre ,

  c o m o

 óxido

  de

  n i t r ogé nio t a m bé m de s e m pe nha ndo

  u m

  papel importante]

  s ã o

t r a ns por ta dos a t r a vé s

  d a

  vumosieva

  a t é b e m

  longe

  d e

  s ua s fonte s

  . . .

  Mi lha re s

  de

  lagos

e

  r ios

  . . . vém

  sendo acidif icados, extinguindo

  ou

  r e duz indo

  a

  vida neles . [Entre outros

f a tor e s ]

  a

  chuva ácida pode

  v i r a

 c ont r ibui r pa r a

  a

 de te r ior a ç ã o

  d a s

  florestas.  Edificações,

monumentos  e outras estruturas feitas pelo homem estão sendo erodidas pela poluição  do

ar e a

  questão fundamental pode estar

  no

  problema

  da

  chuva ácida  d i s s e

  o D r . J .

Christopher Bernabo, dire tor executivo

  do

  p r o g r a m a

  de.

  avaliação nacional.

Fonte:  Re la tór io

  de

  Philip Shabecoff .

Publ i c a do

  no  San

  Francisco Chronicle.

  2 4 d e

  fevereiro

  de 1985 .

Copyr ight

  1 9 S 5 b y t h e N e w

  Y ork T im e s Com pa ny. Re produz ido

  so b

  permissão.

Durabilidade  1 6 7

a

:

  i í .

A

Figura

  5 - 1 7

  A ta que

  po r

  sulfa to

  no con-

creto

 n a

  Barragem

  de

 Fort Peck,

  1 9 7 1 ( F o -

tografias cedidas

  p o r T . J .

  Reading,

ex-Engenheiro

  de

  Materia is

  do

  Missouri

River Division

  U . S .

 Corps

  of

 Engineers) .

Nos

  estados

  das

  Grandes Planícies,

  ao

norte (Daliota

  e

 Moníana),

  e s e

 estendendo

até as

 províncias

  de

 pradarias

  do

  Canadá,

a

  água subterrânea pode conter

  de 1.000 a

10.000

  m g/l de SO-i nas

  áreas

  de

  pouca

drenagem. Entre

  1935  e  1966. o U.S.

  Corps

of

  Engineers construiu seis barragens

  de

terra cruzando

  a

  parte superior

  do Rio

Missouri; entretanto,

  há

  grandes estrutu-

ras

  auxiliares

  de

  concreto, como túneis,

uma

  bacia

  de

  dissipação, casa

  de

  força

  e

vertedouro. Quatro

  dos

  seis projetos, inclu-

sive

  a

  Barragem

  de Ft.

  Peck (Montana),

contém mais

  de 750 mil

  metros cúbicos

  de

concreto cada. Avaliado pela resistência

  à

compressão

  (48 a 60 MPa) de

  amostras

  ob-

tidas

  a

  partir

  de

  testemunhos

  de 20

  anos

de

  idade,

  o

 concreto

  de Ft.

  Peck confeccio-

nado

  com

  cimento Portland Tipo

  I  (com 7

a 9 de

  C:tA),

 u ma

  relação água/cimento

de 0,49 e um

  consumo

  de

  cimento

  de

335

  kg/m',

  é

  considerado

  de boa

  quali-

dade (baixa permeabilidade).

Inspeções

  nas

  estruturas

  de

  concreto reali-

zadas entre

  1957 e 1958,

  após

  20

  anos

  de

uso,

  mostraram

  que as

  condições gerais

  do

concreto

  em Ft.

  Peck estavam muito boas.

Entretanto, consideráveis ataques

  por sul-

fato foram identificados

  em

  duas áreas:

n a s

  lajes

  do

  conduto

  da

  turbina

  e no

  final

do

  Túnel

  1, à

 jusante,

  e na

  parede

  de des-

carga

  de

  água (mostrado

  na

  fotografia).

  O

concreto deteriorado estava pastoso

  e de-

sintegrando-se facilmente.

  A

 concentração

de

  sulfato

  da

  água subterrânea, devida

quase

  que

  totalmente

  ao

  sulfato

  de

  sódio,

estava

  em

  cerca

  de

  10.000

  mg/l.

  Entre

1953 e 1971, a

  área deteriorada

  na

 parede

de

  descarga

  de

  água

  se

  ampliou, aumen-

tando

  sua

  profundidade para cerca

  de

200 mm.

  Análises mineralógicas

  da

 pasta

de

  cimento

  em

  amostras

  do

  concreto dete-

riorado revelaram

  que

  grandes quantida-

des de gipsita haviam  se  formado  a  custa

do C-S-H e hidróxido  de  cálcio.

Page 25: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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1 6 8  M i c r oe s t r u tu r a  e  P r op r i e d ad e s  d o  C on c r e to En d u r e c i d o

Le ge n d a

Q

-  Quartzo

E

Etringita

G

-  Gipsita

Amostra

d o  muro  ^

Amostra

d a  íaje

23 21

11

F i gu r a  5 - 1 8  AnáJise

d e

  d i f r a ç ã o

  d e

  r a i o s

  X d o

c o n c re t o d e t e r i o ra d o  d a

B a r r a g e m  d e  Fort Peck .

19 17 15 13

Graus

  20 , C u Ka

A  técnica  de  difração  de  raios X(DKX) oferece  uma  forma prática par a determinar  a aná-

lise mineralógica  de  sólidos cristalinos.  Se um  mineral cristalino  é  exposto  aos  raios  X

de um  determinado comprimento  de  onda,  as  camadas  de  átomos difratam  os  raios  e

produzem  um  padrão  de  picos  que é característico  do  mineral  A  escala horizontal  (ân-

gulo  de  difração)  de um  padrão típico  de DRX  fornece  o espaçamento  do  arranjo crista-

lino, enquanto  a  escala vertical (altura  do  pico) fornece  a  intensidade  do  raio difratado.

Quando

  uma

  amostra submetida

  à

  análise

  por

  raios

  X

  contém mais

  do que um

  mine-

ral, a

  intensidade

  dos

  picos característicos

  dos

  minerais individuais

  são

  proporcionais

às   suas quantidades.

Os   difratogramas referentes  às amostras  de pasta  de cimento  do  concreto  de Ft.  Peck apre-

sentados for am obtidos usando radiação  de  cobre  ka.  Grandes quantidades  de  etringita

e gipsita foram encontradas  nas  amostras  em. vez do  C-S-H, Ca(OH):,  e  monossulfato  hi-

dratado,  que  normalmente estão presentes  em  concretos  de  cimento Portland  bem  desen-

volvidos. Essa  é uma  prova inconte stável  de  forte ataque  por  sulfato  no  concreto.  0  pico

de  quartzo  no  difratograma refere-se  à  contam inação  da pasta  de  cimento pelo agregado.

5.13.4 Controle  d o  a t a q u e  p o r  sulfato

D e acordo  com o BR E  Digest

: f;

,  os fatores  que  influenciam  o ataque  por  sulfato  são:

(1) a  quantidade  e natureza  do sulfato presente,  (2) o nível  d a  água  e su a variação

sazonal,  (3) o fluxo de água subterrânea  e a porosidade  do solo, (4) a forma d e cons-

trução  e (5) a qualidade  do concreto.  Se não se pode impedir  a água  co m sulfato d e

atingir  o concreto,  a única defesa contra  o ataque  po r sulfato está  no  controle  do

fator  (5), como  se  discute  a  seguir.  A  taxa  de  ataque  à  es trutura  do concreto  com

todas suas superfícies expostas  à  água  co m  sulfato é menor  do que quando  a u m i -

dade pode  se r  perdida pela evaporação  e m u m a o u  mais superfícies. Assim,  po -

rões, galerias, muros

  de

  arrimo

  e

  lajes sobre

  o

  solo

  sã o

  mais vulneráveis

  do que

fundações e estacas.

Durabi l idade

  1 6 9

120,-

C o n s u mo  d e  cimento

\  Cinza

C3A

%

ipo  d e e

o 6

c

\  volante

\

a

  %

C3A

%

cimento'0

íü

0

1 \

\ (1) 40

'0

7

TO

\ 2 \

  (2 )

  20 9

S* 4

- \ \ \ ( a )

  0

11

o*1C0 \ \ \ (b) 0 5,1

1/3

c

\ \

  h

  \ w

  0

2,2

2 4 6

Teor médio  de C^ A %

(a)

2 -

100 150 200 250 300

C o n s u mo  d e  cimento, kg/m

3

(b)

Figura

  5 - 1 9  E fe i t o s  do  t ipo  e  c o n s u mo  d e  c i me n t o  e d a  a d i ç ã o  d e  c inzas vo lan tes sobre

o  a t a q u e  p o r  s u l f a t o  ao  c o n c re t o  [ (a )  Ve rb e c k .  G . J . . Performance  of  Concrete.  Swe n s o n ,

E . G . . e d . , Un i v e r s i t y o f T o ro n t o P re s s . T o ro n t o ,  p p .  1 1 3 -1 2 4 . 1 9 6 8 :  (b ) B ro wn ,  G . E . ;  Oates,

D. B. ,  Concr.  Int..  v . 5 , p p .  36-39. 19S3].

A

  deterioração

  do

  concreto devida

  a

  ataque

  por

  sulfato pode

  ser

  controlada pelo consumo

de

  cimento (a/c), tipo

  de

  cimento,

  e

  aditivos  mi n e ra i s .

  Os

  resultados

  de um

  estudo

  de

  longo

prazo

  com

  corpos-de-prova

  de

  concreto expostos

  a

  solo sulfatado (contendo

  10 de

  NasSO-i)

em   Sacramento, Califórnia, revelaram (figura  à  esquerda)  que a  baixa per meabilidade

do   concreto (alto consumo  de  cimento)  era  mais importante  na  redução  da  taxa  de  dete-

rioração  do que o  teor  de CA no  cimento.  A  figura  à  direita mostra  que, no  caso  de um ci-

mento Portland  com  alto teor  de CA, a  adição  dc  aditivos minerais (cinzas volantes)

oferece  uma  alternativa  pra  controlar  o  ataque  por  sulfato, reduzindo  o  teor efetivo  de CA

no   material cimentício total.

A  qualidade  do  concreto,  especificamente  a  baixa permeabilidade,  é a  melhor

proteção contra  o ataque  po r  sulfato. Espessura adequada  do  concreto, alto  con-

sumo

 d e

  cimento, baixa relação água/cimento

  e

  adensamento adequado,

 b e m

 como

cura  do  concreto  no estado fresco apropriados estão entre  os  fatores importantes

qu e  contribuem para  a  baixa permeabilidade. Para mitigar  o efeito  da  fissuração

devida  à  retração  de secagem, ação d e congelamento, corrosão d a a rmadura  ou ou-

tras causas, pode-se fornecer segurança adicional  com o uso de cimentos Portland

resistentes  a sulfato  ou  compostos.

O

  cimento Portland contendo menos

  do que 5% de CnA

 (ASTM Tipo

  V) é

  sufi-

cientemente resistente  ao s sulfatos s ob condições moderadas  de ataque  po r sulfato

(isto  é, quando  a única consideração  são as reações  de  formação d e  etringita).  En -

tretanto, quando altas concentrações

  de

 sulfato,

  da

  ordem

  de 1 .500 mg/l ou

 maio-

re s estão envolvidas (normalmente associadas  à presença  de cátions  de  magnésio

e de  álcalis),  o cimento Portland Tipo V mencionado pode  n ão se r eficiente contra

a s

 reações

  de

  troca catiônica

  qu e

 resultam

  n a

  formação

  de

 gipsita, especialmente

Page 26: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

http://slidepdf.com/reader/full/durabilidade-das-estruturas 26/39

17 0

  Microestrutura

  e

  Propriedades

  d o

  Concreto Endurecido

se o teor  de C?S do cimento  é alto

32

.  So b essas condições,  a experiência mostra  que

cimentos contendo potencialmente pouco  ou  nenhum hidróxido  de  cálcio  n a h i -

dratação

 t ê m

  desempenho muito melhor;

 p or

 exemplo, cimentos

  co m

 alta concen-

tração  de alumina, cimentos Portland  co m escória  de alto-forno, co m mais  de 50% de

escória, e cimentos Portla nd pozolânicos co m pelo menos 25% de pozolanas (pozolana

natura l, argila calcinada

  ou

 cinzas volantes

  co m

 baixa concentração

 d e

 cálcio).

C om   base  em  normas originalmente desenvolvidas pelo  U . S .  Bureau  of Recla-

mation,  a  exposição  ao  sulfato  é classificada  em 4 graus  de  severidade  n o A C I

Building Code  318 , que  apresenta  a s segu intes recomendações:

b

  Ataque negligenciável  Quando

  o

 teor

  de

 sulfato está abaixo

  de 0,1% no

 solo,

 o u

abaixo  de 150 ppm  (mg/l) n a  água,  n ã o deve haver restrição  ao tipo d e cimento

e relação água/cimento.

a  Ataque moderado.  Quando  o teor  de  sulfato  é de 0,1 a 0,2% no solo,  ou de 150 a

1500 ppm na  água,  o cimento Portland ASTM Tipo  II ou  Portland pozolânico o u

Portland  co m escória deve  se r  usado,  co m u m a relação água/cimento menor  q u e

0, 5  para  u m  concreto  de  peso normal.

a  Ataque severo.  Quando  o  teor  de  sulfato  é de 0,2 a 2,0% no  solo  ou 1 .500 a

10.000  p p m n a água,  um cimento Portland ASTM  do Tipo V , co m u m a  relação

água/cimento menor

  que 0 ,45 ,

  deve

  se r

  usado.

a

  Ataque muito severo.  Quando  o teor  de  sulfato está acima  de 2% no  solo,  ou

acima  de  10.000  p p m n a  água,  o cimento ASTM Tipo V mais  u m a adição pozo-

lânica devem  se r usados,  co m u m a relação água/cimento menor  que 0 ,45 . Para

u m  concreto  co m  agregado leve, o A C I  Building Code especifica u m a  resistên-

ci a  mínima  aos 28  dias  d e 2 9 M P a  (4.250  psi)  para  a s  condições  de  ataque  se -

vero  ou  muito severo.

Sugere-se  qu e para  o concreto  de peso normal  u m a  baixa relação água/cimento

(ou   maior resistência  no  caso  de  concreto leve) pode  se r  necessária para estan-

queidade

  ou

 para proteção contra

  a

  corrosão

 d a

  armadura. Para condições

  d e a t a -

qu e  muito severo,  a  BR E  Digest  250  indica  o uso de  cimento Portland resistente

ao   sulfato,  co m u m a  relação água/cimento máxima  de 0 ,45 , um consumo mínimo

de   cimento  de 370 kg/m

3

,  e u m a  camada protetora  no concreto. Camadas proteto-

r a s d e  concreto  nã o  subst i tuem  um  concreto  de  alta qualidade  ou de  baixa  p e r -

meabilidade, pois  é difícil assegur ar  q u e u m a  fina camada  nã o será perfurada  ou

q u e u m a  camada espessa  não i rá fissurar. A s  recomendações  do ACI  Committee

51 5 devem  se r consideradas para camadas  de barreira  de forma  a proteger  o con-

creto

  de

 ata ques químicos externos.

5 1 4

 Reação Álcali Agregado

A expansão  e a  fissuração d o concreto q ue  leva  à perda  de resistência  e módulo  de

deformação também podem resultar  de  reações químicas envolvendo  os  álcalis  e

íons hidroxila  da  pasta  de  cimento Portland  e certos  minerais silicosos reativos

Durabilidade  171

qu e  freqüentemente estão presentes  no  agregado.  N a  literatura recente,  o fenô-

meno

  é

  denominado  reação álcali-sílica  (RAS). Pipoc amento

  e

  exsudação

  de um

fluído viscoso sSlico-alcalino s ão  outras manifestações d o fenômeno, cuja descrição

fo i publicada pela primeira  vez em 1940 por  Stanton

37

,  a part ir  de suas investiga-

ções sobre estru turas fi ssuradas

 d e

 concreto

 n a

 Califórnia

  (Fig.

 5-20). Desde então,

numerosos exemplos  da  deterioração  do concreto  de  outras partes  do  mundo  t êm

sido relatados para mostrar  que a  reação álcali-sílica pode  se r u m a d as causas  de

deterioração

 e m

 estruturas localizadas

 e m

 ambie ntes úmidos, como barrage ns,

  pi -

lares  de  pontes  e quebra-mares .  A s  características  de  cimentos  e  agregados  que

contribuem para essa reação,  os mecanismos associados à expansão,  o histórico d e

casos selecionados  e os métodos  de controle  do fenômeno s ã o discutidos  a  seguir.

(a) (b)

Figura

  5 - 2 0  Fiss uras caus adas peia reação álcal i -sí l ica [Fotograf i as cor tesia  de  Califórnia  De -

p a r t m e n t  of T r an sp o r t a t i o n ] .

Thomas  E.  Stanton  (Visto  na  Figura 5.20a) foiopr i mei .ro  a  ap r esen t a r  u m a  explicação  abrangente

para  os  danos  que  ocorriam  no  sistema Califórnia Highway  no  final  da  década  de 1930. Ele pro-

pôs que a   deterioração  era  causada pela expansão  de  umgelgerado pela sílica reativa  do  agregado

e os   álcalis  do  cimento.  Sua  explicação causou  um  choque  na  indústria  do  cimento Portland

,M

.  A

princípio,  os  fabricantes  de  cimento tentar am defender  seus produto s,  m a s a s  ev i d ên c i a s  de  m u i t a s

estruturas rodoviárias  e grandes barragens  de  concreto deterioradas forçaram  a  comunidade  téc-

nica

  e os

 produtores

  de

  cimento

  a

  desenvolver métodos

  e

  materiais para impedir

  a

  reação álcali-sí-

Uca em  estruturas  de  concreto.

A  equipe  de  pesquisadores  de  Stanton (Figura  5-206) úwjcsí igot í diuersos casos  de  concretos dant-

ficadospela reação álcali-sílica (RAS).   No  concreto massa,  a RAS  gera fissuras  em  forma  de  "mapa"

(Figura 5-20a).  No  entanto,  no  concreto armado,  as  fissuras tendem  a se  formar paralelamente  às

barras

  da

  armadura (Figura 5.20b).

Page 27: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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1 7 2

M i c r o e s t r u t u r a

  e

  P r o p r i e d a d e s

  d o

  C o n c r e t o E n d u r e c i d o

5.14.1 Cimentos

  e

  t i pos

  d e

  a g r e g a d o s

  q u e

  contr ibuem para

  a R A S

A s

  matérias-primas usadas

  n a

  fabricação

  do

  clínquer

  de

  cimento Portland

  são a s

fontes

  de

  álcalis

  no

 cimento

  q u e

 normalmente variam

  de 0,2 a 1,5% de

 Na20 equi-

valente*. Dependendo  do teor  de álcalis  d e u m  cimento,  o p H d a solução  do s poros

e m

  concretos normais geralmente

  é de 12,5 a 13,5.

  Esse

  p H

  representa

  u m a

  solu-

çã o

  fortemente alcalina

  q u e

 contém rochas ácidas, compostas

  de

  sílica

  e

  minerais

silicosos

  q u e n ã o

  permanecem estáveis

  e m

  exposição prolongada.

Dados

  de

  laboratório

  e de

  campo

  d e

 diversos estudos

  n o s

 Estados Unidos reve-

l a ra m

  q u e

  cimentos Portland contendo mais

  do que 0 ,6% de

  Na20 equivalente,

quando usados

  em

  combinação

  co m

  agregado reativo, podem causar grande

  ex -

pansão devido

  à

 reação álcali-agregado (Figur a 5-21).

  A

 ASTM

  C 150 .

 portanto,

classificou

 o s

 cimentos

  co m

  menos

  de 0 .6% de

 NasO equivalente como cimentos

  de

baixa alcalinidade  e com  mais  que 0 ,6% de  NasO equivalente como  cimentos  de

alta alcalinidade.

  N a

  prática,

  o

 teor

  de

  álcalis

  de 0 ,6% ou

  menos normalmente

  é

considerado insuficiente para causar danos devido

  à

  reação álcali-agregado, inde-

pe nde n t e m e n t e

  do

  tipo

  d e

  agregado reativo

  e m

  concretos normais.

  E m

  dosagens

d e

 concreto contendo

 u m

  consumo muito alto

  d e

 cimento, mesmo valores menores

do que 0 ,6% de  álcalis  n o cimento podem  se r danosos. Investigações  n a Alemanha

e

  Ingla terra mostraram

  que , se o

 teor total

  d e

  álcalis

  do

  concreto

  de

  todas

  as fon-

t e s s e

  encontra abaixo

  de 3

 kg/m

3

,

  n ã o

 ocorre expansão deletéria.

Como discutido adiante,

  a

  presença

  d e

 íons hidroxila

  e

  íons metálicos alcalinos

parece

  s e r

  necessária para

  o

 fenômeno

  de

 expansão. Devido

  à

  grande quantidade

d e

  hidróxido

  d e

  cálcio

  n a

  pasta

  d e

  cimento hidratada,

  a

  concentração

  d e

  íons

  hi -

droxila

  n a

  solução

  do s

  poros

  se

 manté m al ta mesmo

  co m

  cimentos

  de

  baixa alca-

linidade. Nesse caso,

  o

  fenômeno expansivo será limitado pela pequena

disponibilidade

  d e

  íons alcalinos,

  a

 menos

  q u e

  esses íons sejam fornecidos

  por a l -

guma outra fonte, como aditivos  e /ou  adições contendo álcalis, agregados conta-

minados

  por sa l e

 água

  d o m a r , o u

  solução

  de

 degelo contendo cloreto

 d e

  sódio

  q u e

possa

  t e r

  penetrado

  no

 concreto.

C om

  relação

  ao s

  agregados reativos

  aos

 álcalis,  dependendo

  do

  tempo,

  d a t e m -

pe ra t u ra  e d a dimensão  d a partícula, todos  os silicatos  ou minerais  de  sílica,  b e m

como

  a

  sílica hidratada (opala)

  ou

  formas amorfas (obsidiana, vidro

  de

  sílica)

podem reagir

  c o m a s

  soluções alcalinas, embora

  u m

  grande número

  de

 minerais

reaja apenas

  e m

  grau insignificante. Feldspatos, piroxênios, anfibólios,

  e

 micas,

q u e s ã o  minerais const i tuintes  do  granito, gnaisse, xisto, arenito  e  basalto,  s ã o

classificados como minerais inócuos. Opala, obsidiana, cristobalita, tridimita.

calcedônia, chert, andesit a. riolito

  e

 quartzo tensionado

  ou

  metamórfico

 t ê m

  sido

considerados reat ivos

  em

  ordem decrescente

  de

  reat ividade.

  U m a

  lista abran-

gente

  d e

  constituintes responsáveis pela deterioração

  do

 concreto

  p or

  reação

  ál -

cal i -agregado

  é

  a p re se n t a da

  n a

  Tabela

  5 - 4 .

  Alguns casos

  de

  reação entre

  os

álcalis

  e

 rochas carbonát icas

  sã o

  também apresentados

  n a

  l i tera tura ,

  m a s n ã o

serão discutidos aqui.

*  Normalmente  são  encontrados  nos  cimentos Portland compostos  de  sódio  e  potássio.  No  entanto,

D u r a b i l i d a d e

  1 7 3

a.

  O wy hee

b.   Coolidge

c.

  Friant

d.

  American Falis

e.

  Buck

f.

  Parker,

G ene , Wa s h .

Copper Basin

Cimento

 d e

  alta

alcalinidade

— — - a , b , c , d . e

i i i

Cimento delsaixa

alcalinidade

I

  I

1 2 1 5 2 0 2 4 2 8

I d a d e ,  m ê s

32

F i g u r a  5 - 2 1  R o c h a s r e a t i v a s  n o  c o n c r e t o  d e c i -

m e n t o P o r t l a n d [ B a s e a d o  e m  B l a n k s ,  R . F . ;

K e n n e d y ,  H . L . .  The  Technology  of  Cement  and

Concrete,  v . 1 ,  W i l e y ,  N e w  Y o r k , 1 9 5 5 ] .

Combinações  de  cimento Portland  de  alta alcali-

nidade (equivalente NasOeq >0.6%)  e  certos agre-

gados silicosos usados

  na

  produção

  do

  concreto

  de

  muitas barragens

  nos

  Estados Unidos mostraram

grandes expansões indesejáveis  em  ensaios  em  prismas  de  argamassa.  Os  mesmos agregados mostraram

apenas pequenas expansões quando   um  cimento  de  baixa alcalinidade  foi  usado  no  ensaio.

A

  Tabela

  5-4

  fornece

  uma

  lista abrangente

  dos

  tipos

  de

  agregados reativos frente

  à RAS.

TABELA 5 -4  Rochas, minerais  e  constituintes sintéticos reativos deletérios.

C o n s t i t u i n t e s R e a t i v o s

O p a l a

C a l c e d ô n i a

C e r t a s f o r m a s  de   q u a r t z o

C r i s t o b a l i t a

T r i d i m i t a

V i d r o p r e s e n t e  e m  r io l i to s .

d a c i t o s . l a t i t o s  ou  a n d e s i t o s

ou   p r o d u t o s  d e  d e v i t r i f i c a ç à o

cr ip to cr i sUi l in o s

Vid r o s s i l i co so s s in té t i co s

C o m p o s i ç ã o q u í m i c a

8 i O ;  n H > 0

S i O

;

S i O ,

S i O ;

S i O .

Si l ico so s .  co m  p r o p o r çõ es

m e n o r e s  de   ALOi. FeuO>

a l c a l i n o s ,  e  a l c a l i n o s t e r r o s o s

Si l i co so s .  co m  p r o p o r çõ es

m e n o r e s  de   á l c a l i s , a l u m i n a .

e ' o u  o u t r a s s u b s t â n c i a s

Car acter í s t i cas f í s icas

A m o r f a

M i c r o c v i s t a l i n a  a  c r i p t o c r i s t a l i n a :

n o r mal men te f ibr osa

M i c r o c r i s t a l i n a   a  c r i p t o c r i s t a l i n a ;

C r i s t a l i n a ,  m a s  i n t e n s a m e n t e

f r a t u r a d a , d e f o r m a d a  e / o u

p r e e n c h i d a s  co m  i n c l u s õ e s

C r i s t a l i n a

C r i s t a l i n a

V i d r o  ou   m a t e r i a l c r i p t o c r i s t a l i n o

c o m o  a  m a t r i z  de   r o c h a s v u l c â n i c a ,

ou   f r a g m e n t o s  e m  tu f o s

Vid r o

As   m a i s i m p o r t a n t e s r o c h a s á l c a l i - r e a t i v a s d e l e t é r i a s ( i s t o  é.  r o c h a s c o n t e n d o q u a n t i d a d e s e x c e s s i v a s  d e u m a o u

m a i s  d as   s u b s t â n c i a s r e l a c i o n a d a s a d i a n t e )  s ã o a s  s e g u i n t e s :

C h e r t o p a l i n o A n d e s i t a s  e  tu f o s

C h e r t c a l c e d ó n k o F o l h e l h o s s i l i c o so s

C h e r t q u a r t z o s o F i l i t o s

Calcár io s s i l i co so s Co n cr e çõ es   de   o p ala

D o l o m i t o s s i l i c o so s Q u a r t z i t o s  e  q u a v t z o s f r a t u r a d o s ,

Rio l i to s  e  t u f o s t e n s i o n a d o s  e  p r e e n c h i d o s

D a c i t o s  e  t u f o s  po r  i n c l u s õ e s

NOTA.  U m a  r o ch a p o d e  se r  c las s i f i c ad a co mo "calcár io s i l i co so ".  po r  ex emp lo ,  e s e r  in ó cu a caso seu s co n s t i tu in tes s i l i co -

s o s n ã o  s e j a m  os  ap o n tad o s acima.  | A C I  C o m m i t t e e  2 0 1 .  ACI Mal. J..  v. SS. n. 5. p. 565.  1991],

Page 28: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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17 4  Microestrutura  e  Propriedades  d o  Concreto Endurecido

5.14.2 Mecanismo s  d e expansão

Dependendo  do grau  de desordem  n a es t ru tura  do cristal  do agregado,  da  porosi-

dade  e da  dimensão  da  partícula, géis silicatos alcalinos  de  composição química

var i ada  se formam  n a presença  de hidroxila  e íons alcalinos. A forma d e ataque  no

concreto envolve depolimerização

  ou

  quebra

  d a

  es t ru tura

  de

  sílica*

  do

  agregado

p or   íons hidroxila seguido pela adsorção d os  íons metálico-alcalinos n a s  superfícies

recém-criadas  do s  produtos  d a reação. D a  mesma forma  qu e ocorre para solos m a -

rinhos

  co m

  sódio

 o u

 potássio adsorvidos

  n a

  superfície, quando

  um gel

  sílico-alca-

l ino entra  e m  contato  com a  água, expande-se pela absorção  d e u m a  grande

quantidade  de água  po r osmose.  Se o grau  de restrição  no  sistema  é baixo,  a pres-

s ã o hidráulica desenvolvida pode s e r suficiente para causar expansão  e fissuração

d a s  part ículas  do  agregado afetado,  e também  da  matriz  da  pasta  de  cimento  em

torno  do agregado.

A  solubilidade  do s  géis  n a  água  é  responsável  p o r su a  mobilidade  do  interior

d a ?

 part ículas

  do

  agregado para

  a s

  regiões microfissuradas tanto dentro

  do

 agre-

gado como  do  concreto. A disponibilidade contínua  de água para  o concreto causa

o aumento  e a  extensão  da  microfissuração,  qu e  acaba atingindo  a  superfície  do

concreto.

 O

 padrão

  de

 fissura

 é

 irregular, atribuindo-se

 o

 termo fissuras mapeadas.

Deve-se destacar  que a evidência  de reação álcali-agregado  em u m  concreto fis-

surado  nã o prova necessariamente  qu e essa reação seja  a  principal causa  da f is-

suração. Entre outros fatores,  o  desenvolvimento  de  tensão interna depende  da

quantidade, dimensão  e  tipo  do  agregado reativo presente  e d a  composição  quí-

mica  do gel  formado. Quando grande quantidade  de material reativo está present e

e m  forma finamente moída (isto  é, abaixo  de 75 ).im), pode haver evidência petro-

gráfica considerável  da  reação álcali-sílica embora  s e m expa nsão significativa. Por

outro lado,  a  maioria  do s casos relatados  de  expansão  e fissuração d o  concreto  nos

quais  se atribui  a  reação álcali-agregado está associada  a  partículas reativas  n a

granulometria

  da

  areia, especialmente

  n a

  faixa

  de 1 a 5 mm. N ão há

  explicações

satisfatórias para essas observações p or causa  da  interação simultânea  de muitos

fatores complexos;  no entanto,  u m a  menor tendência  de adsorção d a água  do s géis

sílico-alcalinos

  co m u m a

  maior relação sílica/álcalis

  e o

 alívio

  da

  pressão hidráu-

lica n a superfície d a partícula reativa quando  se u  tamanho  é muito pequeno podem

explicar parcialme nte essas observações.

5.14.3 Histórico

  d e

  casos selecionados

A part ir  de relatos publicados sobre  a  deterioração  do concreto devido à  reação  ál -

cali-agregado, nota-se  a  grande disponibilidade  de  agregados reativos  no s  Esta-

do s  Unidos, leste  do  Canadá, Austrália, Brasil, Nova Zelândia. África  do Su l ,

Dinamarca, Alemanha, Inglaterra  e  Islândia. Blanks  e  Kennedy

?9

  descrevem  al -

guns  do s primeiros casos  no s Estados Unidos.  D e acordo  com os autores,  de z  anos

depois

  da

 construção,

  em 1922 ,

  pela primeira

  ve z

 observou-se deterioração

  na h i-

drelétrica  de  Buck,  e m N e w  River, Virgínia.  Já em 1935 , R .J .  Holden concluiu,  a

part ir  de estudos petrográficos d o concreto,  que a  expansão  e fissuração eram  cau -

sadas

  p o r u m a

  reação química entre

  o

 cimento

  e a

  rocha filito usada como agre-

* No   caso  de  rochas sedimentares compostas  de  minerais argilosos como fililos, grauvacas  e argili-

tos, a

 esfoliação

  da

  estrutura lamelar devida

  ao

  ataque

  de

  íons hidroxila

  e

 adsorção

  de

  água

  é

 aprin-

^ ^ \>

r

  Jnc

 W/))nvir

  /3 a

  ni^rn

  n r-h/y W

  A/Mvírre

  /-?/?

  ronrnr.

  c o

Durabilidade

  1 7 5

gado. Expansão linear acima  de 0 ,5%, causa da pela reação álcali-agregado,  foi re-

latada.  E m  outro caso,  a  crista  d e u m a  barragem  em  arco  n a Califórnia defletiu

127 mm a  montante  e m  nove anos após  a  construção. Além disso, medições  n a

Barragem Parker (Califórnia-Arizona) apontaram  q u e a  expansão  do concreto

havia aumentado desde  a superfície  a t é u m a  profundidade  de 3 m, e expansões l i-

neares acima  de 0 ,1% foram detectadas.

U m a v ez q u e a s

 reações químicas

  sã o

 função

 d a

 te mperatura, inicialmente

  pen-

sava-se  que a  reação álcali-sílica  nã o  seria problema  e m países mais frios, como a

Dinamarca, Alemanha  e Inglaterra. Experiências mais recentes c om certas rochas

reativas mostraram

  qu e

  essa hipótese estava incorreta.

  P or

  exemplo,

  e m

  1971'°.

descobriu-se  que o concreto  da  barragem  de Val de Ia  Mare,  no Reino Unido  (Fi-

gura 5-22a), estava sofrendo d e  reação álcali-sílica, possivelmente como resultado

d e u m a

  brita

  de

 diorito contendo veios

  de

  sílica amorfa. Medidas corretivas

  ex -

tensivas foram necessárias para garantir  a  segurança  da  barragem.  E m  1981

41

,

evidências  da  deterioração  do  concreto atribuída  à  reação álcali-sílica foram  en -

contradas  em 23  estruturas localizadas  n a  Escócia, Gales, parte central  e em ou-

tras partes  do sudoeste  da  Inglaterra, variando  de 6 a 17 anos  de idade. Muitas  das

estruturas continham concreto feito c om  areia dragada  d o m ar ,  lavada inadequa-

damente.

5.14.4 Controle  d a  expansão

A part ir  d a s descrições vistas  a té  aqui  do s casos d e  deterioração e dos mecanismos

essenciais

  de

 expansão associados

  à

  reação álcali-agregado, pode-se concluir

  que

os   fatores mais importantes  qu e  influenciam  o fenômeno  são: (1) o teor  de  álcalis

do  cimento  e consumo  de cimento  do concreto;  (2) a contribuição  do íon  alcalino  de

outras fontes, como aditivos, adições, agregados contamin ados  com sal , e  pene-

tração  de água  d o m ar o u  solução  de sais  de  degelo  no concreto;  (3) a  quantidade,

dimensão  e  reatividade  do s  constituintes reativos presentes  no agregado;  (4) dis-

ponibilidade  de  umidade para  a es t ru tura  de  concreto;  e (5) a t empera tura  a m -

biente.

Quando  o cimento  é a única fonte d e íons alcalinos  no concreto  e  suspeita-se  da

presença  de  constituintes reativos  no agregado,  a  prática mostra  que o uso de ci-

mento Portland

  de

 baixa alcalinidade (menos

  do que 0 ,6% de

  Na2Ü equivalente)

pode oferecer a melhor proteção contra  o ataque alcalino.*  Se fo r necessário o uso

de   areia  de praia  ou areia  e cascalho dragados  d o m ar ,  estes devem  se r lavados  com

água doce para assegurar

  que o

 teor alcalino total

  do

 cimento

  e

  agregados

  no con-

creto n ã o excedam  3 kg/m

3

.  Se um cimento Portland  de baixa alcalinidade  nã o está

disponível,  o teor total  de álcalis  no  concreto pode  se r reduzid o fazendo-se substi-

tuição parcial

  do

 cimento

  de

  alta alcalinidade

  po r

  adições cimentícias

  ou

  pozolâ-

nicas, como a escória  de alto-forno moída, vidro vulcânico (pumicita moída), argila

calcinada, cinza volante  ou  sílica ativa. Deve-se notar  que, da  mesma forma  que

os

  álcalis

  be m

  ligados

  à

  maioria

  do s

  minerais feldspatos,

  os

 álcalis presentes

  em

escórias  e  pozolanas naturais  sã o  insolúveis  e m  ácido  e provavelmente  n ão  esta-

rã o disponíveis para reagir  com o agregado.

* No

  Brasil,

  não tem

  sido confiável fazer apenas

  o uso de

  cimentos

  de

  baixa alcalinidade,

  com

  teor

  de

álcalis expresso

  em

  Na>Oeq. <0.6%, como única prática

  de

 prevenção

  de

  forma

  a

 garantir

  uma boa pro-

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7/23/2019 Durabilidade das estruturas

http://slidepdf.com/reader/full/durabilidade-das-estruturas 29/39

Microestrutura

  e

  Propriedades

  d o

  Concreto Endurecido

(b) (c)

Figura

  5 - 2 2

  Expansão álcali-agregado  no  concreto [Fotografias cedidas  por (a) J .  Figg.  O ve Arup

Par tne rsh ip ,   U.K., (b )  Mark Desrosiers, Califórnia Department  of T ranspor ta t ion  e (c) U.S.  Navy,

NFESC],

(a)   Parapeito  da  barragem Val-de-Ia-Mare (Ilha  de  Jersey, Reino Unido) mostrando  o desalinha-

mento causado pela movimentação diferencial  dos  blocos adjacentes resultante  da  expansão devida

à

  reação álcali-agregado.

  (b) Os

  elementos principais

  da

  estrutura

  de

  suporte

  e d o

  encontro

  de uma

ponte construída

  na

  encosta leste

  de

  Sierra Nevada foram seriamente danificados pela reação

  ál-

cali-sílica;

  (c)

 Aparte mais baixa

  da

  pista

  do

  campo

  de

 pouso

  da

  Base Aérea Naval dePoint Mugu,

na   Califórnia retém água  de  chuva  e.  como conseqüência,  a RAS é  mais pronunciada  do que em fi-

leiras  de  lajes adjacentes, resultando  em  significativos movimentos diferenciais horizontais egran-

des   fissuras.

Além  da  redução  do  teor efetivo d e álcalis,  o uso de  adições pozolânicas resulta

n a  formação  de produtos menos expansivos  co m  alta relação sílica/álcalis.  N a I s -

lândia, somente rochas vulcânicas reativas s ão encontradas par a produção d e agre-

gado,  e a s  matérias-primas  de  cimento  sã o  tais  qu e  apenas  se  produz cimento

Port land  de  alta alcalinidade.  O  problema  é  resolvido satisfatoriamente mistu-

rando-se todo

  o

 cimento Portland

  co m

  aproximadamente

  8% de

 sílica ativa,

  u m a

pozolana altamente reativa  (ver  Capítulo  8).

Durabilidade

  177

Co m agregados moderadamente reativos, outra opção para reduzir  a  expansão

do   concreto  é  amenizar  a  reatividade  do agregado reativo fazendo-se  uso de 25 a

30% de

 calcário

 o u

 qualq uer outro agregado não-reativo, quando economicamen te

viável. Finalmente, deve-se lembrar  q u e , subseqüente o u s imultaneamente ao p ro -

gresso  da  reação,  a existência  de umidade junto  à  es trutura  é essencial para  que

a

  expansão ocorra. Conseqüentemente,

  se o

 acesso

  d a

  água

  ao

  concreto

  é

 evitado

pelo reparo imediato  de qualquer junta  co m vazamento,  a expans ão deletéria pode

nunca ocorrer.

De   acordo c om  Swamy '

2

:

Excluindo  a  água. pode-se  t e r u m  concreto quase livre  de  problemas mesmo  qu e  contenha

agregados reativos  e álcalis  co m  mobilidade. A  deterioração acentuada devida  à  reação álcali-

sílica ocorre  so b  exposição contínua  á  umidade  e , na  p rá t ica ,  so b  condições ambientais  ú m i -

das. . .  Coisas estranhas podem acontecer  na  rea l idade  - os  pilares internos  d e u m a  ponte,

protegidos  do so l e da  chuva,  nã o ap res en ta ram f is su ração , enquan to  que os  externos desen-

volvem:?: íísrurnçf

1

? extensiva.  O  mesmo elemento e?trutura . parcialmente protegido  e p a r -

cialmente exposto, pela natureza  da  e s t ru tu ra , pode ap resen ta r f i s su ração ex tens iva  n a s

faces expostas  e  pouca  ou  nenh uma fissuração  n as  partes protegidas.

5 1 5

 Hidratação

  de MgO e CaO

 Cristalinos

Muitos relatos, incluindo  u m a  análise crítica  de  Mehta

43

, indicam  q u e o M g O

o u C aO cris tal inos, quando presentes  e m  quantidades expressivas  no  cimento,

hidratam podendo causar expansão  e fissuração n o concreto.  O efeito expansivo

de   alto teor  d e M g O n o  cimento  fo i  identificado pela primeira  v ez em 1 8 8 4 ,

quando várias pontes

  e

 viadutos

  de

  concreto

  n a

  França ruíram dois anos após

a  construção.  N a  mesma época,  a  prefei tura  de Kassel ,  n a Alem anha, precisou

se r  reconstruída como resultado  da  expansão  e  fissuração atribuída  ao M g O

cristalino

  no

 cimento.

  O s

 cimentos franceses

 e

  alemães continham

  de 16 a 30%

e 27% de MgO,  respectivamente. Isto levou  a  restrições  no  teor máximo  d e M g O

permitido  no cimento.  Po r  exemplo,  a  Standard Specificat ion f or Por t l and  Ce -

ment (ASTM

  C 150)

  exige

  u m

  teor máximo

  d e 6 % d e M g O n o

  cimento.

Embora  a expansão devida  à  hidratação  d o C aO  cristalino seja conhecida  h á

muito tempo  no s  Estados Unidos,  o  efeito deletério associado  ao  fenômeno  foi

reconhecido

  no

 anos

  1930 ,

  quando alguns pavimentos

  de

 concreto

  de 2 a 5

 anos

fissuraram. Inicialmente suspeitou-se  q u e a  expansão  e fissur ação ocorriam

devido  ao M g O ;  porém, mais tarde, foram atribuídas  à  presença  d e C a O  calci-

nado

  no

  cimento utilizado

  n a

  execução

  do s

  pavimentos*. Ensaios

  de

 laborató-

ri o  mostram  q ue  pas tas  de  cimento confeccionadas  co m  cimento Port land  de

baixo teor  d e M g O , q u e  continham  2 , 8 % d e C aO  fortemente calcinado, apre-

sentavam expansão considerável . Entretanto,

  co m

  mis turas

  de

  concreto,

  de -

vido  ao efei to res tri t ivo  do  agregado, quantidades relat ivamente grandes  de

C aO   fortemente calcinado  s ã o  necessárias para  se  obter  u m a  expansão s igni-

ficativa. O fenômeno  é virtualme nte desconhecido  n o  concreto moderno porque

controles melhores  de  qualidade  n a fabricação d e cl ínquer  do  cimento Portland

* A

  conversão

  de

  CaCOj para

  CaO

  pode

  o

 correr entre

  900 e

  I000°C. Assim,

  o CaO

  formado pode

hidratar-se rapidamente, sendo denominado  CaO  levemente calcinado.  Uma vez que o clínquer  de

rimpntn Pnrtlnnr r  lermirnmpnti>  de I 40ÍI n 1 500°C Indo  CaO não  rom.binod.o nrp.SP.ntP é de-

Page 30: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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17 8

  Microestrutura

  e

  Propriedades

  d o

  Concreto Endurecido

g a r a n t e m  q u e o  teor  d e C aO  l ivre  o u n ão  combinado  no  cl ínquer raramente

exceda

  1%.

O M g O cristalino, deno minado periclásio,  em u n i clínquer  de cimento Portland

que é exposto  de 1.400 a  1.500°C  é essencialmente inerte  à umidade  e m  tempera-

tura ambiente,  u m a v ez q u e a su a  reatividade  ca i  abruptamente quando  é aque-

cido acima  de  900°C.  N ã o h á  casos relatados  de  problema estrutural devido  à

presença  de  periclásio  em  cimentos Portland modernos  e m  países como  o Brasil,

onde  a s limitações  da  matéria-prima obrigam alguns produtores  de cimento  a fa-

bricar cimentos Portland contendo mais  d e 6 % d e M g O . Diversos casos d e expan-

são e  fissuração  de  es t ru turas  de  concreto foram relatados  em  Oaklancl

(Califórnia), onde  se  descobriu  que o  agregado usado  n a  fabricação  do  concreto

tinha sido contaminado acidentalmente c om tijolos d e dolomita britados contendo

grandes quantidades  de MgO e CaO,  calcinados  a temperatur as muito mais  bai-

xas do que

  1.400°C.

5 1 6

  Corrosão

  do Aço de

 Armadura

  no

 Concreto

A  deterioração  do  concreto contendo metais embutidos, tais como eletrodutos. t u-

bulações  e  armaduras (armado  e protendido),  é  atribuída, geralmente,  a o  efeito

combinado  de mais  d o q u e u m a  única causa; entretanto,  a  corrosão  do metal  em -

butido, invariavelmente,  é u m a d as  principais.  U m  levantamento

44

  em  edifícios

q u e ent ra ram  em  processo  de ru ína  n a  Inglaterra mostrou  que, de 1974 a 1978, a

causa imediata

  do

 colapso

  e m

  pelo menos oito estruturas

  de

  concreto

  foi a

 corro-

são do aço da  es trutura armada  ou pretendida.  As  es truturas t inham  de 12 a 40

anos  de  idade  n a  época  do  desmoronamento,  co m exceção  d e u m a q u e  t inha  ap e -

n a s  dois anos.

Quando

  a

  armadura está protegida

  do ar po r uma

  adequada espessura

  de co-

brimento,  co m  concreto  de  baixa permeabilidade,  a expectativa  é de que a corro-

são do aço e  outros problemas associados  a e l a n ão  ocorram. Isso  n ão é

completamente verdadeiro  n a prát ica  e  fica evidente pela alta freqüência com que

es t ru turas

  de

  concreto armado

  e

 protendido começam

  a

  apresentar deterioração

prematura devida  à  corrosão  do aço,  mesmo quando adequadamente executadas.

A incidência  de danos  é especialmente grande  n a s  estruturas expostas  a produtos

químicos usados para degelo o u a  ambientes marinhos. P or  exemplo,  em 1991 , um

relatório  da Federal Highway Administration enviado a o  Congresso  dos EUA des-

tacava

  qu e

  134.000 pontes

  de

 concreto armado

  no s

 Estados Unidos

  (23% do

 total)

requeriam reparo imediato  e 226.000  (39% do  total) também apresentavam  p ro -

blemas.  A  corrosão  d a s  a rmaduras  fo i considerada como  u m a d a s  causas  do dano

estrutural  n a  maioria  do s casos,  e o custo total  de  recuperação f oi estimado  em 90

bilhões

  de

  dólares.

45

O s  danos  ao  concreto resultantes  da  corrosão  da  a rmadura  se  manifestam  n a

forma  de  expansão, fissuração  e  eventual lascamento  do  concreto  de cobrimento

(Figura 5-23a). Além  da  perda  do cobrimento,  um  elemento  de  concreto armado

pode sofrer dano estrutural devido à perda  não só de aderência entre o aço e o con-

Durabiüdade  1 7 9

creto, como também  de  área  de  seção transversal  da  barra  - à s  vezes  a  ponto  de

tornar  o colapso estrutural inevitável.

45

 A  seguir, apresenta-se  u m a  revisão  dos

mecanismos envolvidos

 n a

 deterioração

  do

 concreto decorrente

  da

  corrosão

  da ar-

madura,  u m  histórico  de  casos selecionados  e  medidas para  o controle  do fenô-

meno.

5.16.1 Mecanismos envolvidos

  n a

  deterioração

  d o

  concre to

  p o r

  cor rosão

  d a

  a rmadura

A  corrosão  do aço no  concreto  é u m processo eletroquímico.  Os  potenciais eletro-

químicos  qu e  formam células  de  corrosão  podem  se r  gerados  de duas formas:

1.  células  de composição podem  se r  formadas quando dois metais diferentes  são

embutidos n o concreto, como barra s  de aço e tubulações  de  alumínio,  ou quando

h á

  variações significativas

 n a s

 características superficiais

  do aço;

2.  células d e concentração podem s e formar n a  vizinhança  da  armadura devido à s

diferenças

 n a

 concentração

  de

 íons dissolvidos, como álcalis

  e

  cloretos.

Como resultado,

  u m d o s

 dois metais

  (o u

 algumas partes

  do

 metal, quando

  ap e -

n as u m  tipo  de metal está presente) torna-se anódico  e o outro catódico.  A s  alte-

rações químicas fundamentais  qu e ocorrem  n a s  áreas anódicas  e  catódicas

47

 são

como  se vê a  seguir  (ver també m Figura 5-23b).

Ânodo:  Fe 2e + Fe-

+

(ferro metálico)

Fe0.(H

2

0),

(produto

  de

 corrosão)

  (5-9)

Cátodo:  1/2 0

2

  + H2O + 2e-  -»2(OH)-

A  transformação  do  ferro metálico  em  produto  de  corrosão (ferrugem)  é  acom-

panhada  p o r u m  aumento  de volume  que,  dependendo  do estado d e oxidação, pode

ser da ordem  de 600% em  relação a o metal original (Figura 5-23c). Acredita-se  que

esse aumento

 d e

 volume seja

 a

 principal causa

 d a

 expansão

 e

  fissuração

  do

 concreto.

De   modo similar  à  expansão  da  etringita pouco cristalina,  os  hidróxidos  de  ferro

pouco cristalinos também podem  t e r u m a  tendência  a absorver água  e expandir.

Outro ponto  a ser destacado é que a  reação anódica envolvendo a ionização d o ferro

metálico n ão progride  sem q u e haja u m  fluxo  de elétrons  no  sentido  do cátodo,  que

é mantido p or meio d o consumo d e elétrons n a região catódica. Dessa maneira, para

o  processo catódico,  a presença tanto  do ar  como  da  água  na  superfície  do  cátodo  é

absolutamente necessária.  Os produtos  de ferro comum  e de aço normalmente  são

cobertos  p o r u m a  fina película  de óxido d e ferro,  que se  torna impermeável  e forte-

mente aderente  à  superfície  do aço em u m meio alcalino,  o que faz do aço  um ma-

terial passivo

  no

  tocante

  à corrosão. Isso significa  que o ferro metálico  n ã o  estará

disponível para  a reação anódica  até que a passividade do aço  tenha sido destruída.

Page 31: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

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18 0  Microestrutura  e  Propriedades  d o  Concreto Endurecido

Fe (OH)

^ Fe10Hh 3H,0

0 1 2 3 4 5 6 T

Volume

 cm*

(c)

Figura

  5 - 2 3

  Expa ns ã o

  e

  fissuração

  do

  concreto devidas

  à

  corrosão

  da

  a rm a dura

  [(b), (c).

  Beton-

Bogen. Aalborg Denmark. 1981].

A

  Figura

  (a)

  mostra

  que o

  deterioração

  do

  concreto devida

  à

  corrosão

  da

  armadura

  se

  manifesta

na

  forma

  de

  expansão, fissuração

  e

 perda (destacamento)

  de

  cobrimento.

  A

 perda

  de

  aderência entre

o aço e o

 concreto

  e a

  redução

  da

  seção transuersal

  da

  armadura podem, levar

  a uma

  falha estru-

tural.

  A

  Figura

  (b)

  ilustra

  o

 processo eletroquímico

  de

  corrosão

  do aço em um

  concreto úmido

  e per-

meável.

  A

  célula galvânica

  é

 caracterizada

  por um

  processo anódico

  e um

  processo catódico.

  O

processo anódico

  não

  ocorre

  sem que o

 filme

  de

  óxido

  de

  ferro protetor

  ou

  passivo seja removido

  em

um   ambiente ácido  (por  exemplo, carbonatação  do  concreto)  ou se  torne permeável pela ação  de  íons

Cl. O

  processo catódico

  não

  pode ocorrer

  sem que

  haja quantidades suficientes

  de

  oxigênio

  e de

água

  na

  superfície

  do  a ç o .  A

  resistividade elétrica

  do

  concreto

  é

  também reduzida

  na

  presença

  de

umidade

  e de

  sais.

  A

  Figura

  (c)

  indica

  que,

  dependendo

  do

  estado

  de

  oxidação,

  a

  corrosão

  do

  ferro

metálico pode resultar  no  aumento  do  volume sólido  em até  seis vezes.

Na   ausência  de  íons cloreto  n a  solução, o filme protetor no aço é considerado  es -

tável desde  que o pH da  solução permaneça acima  de 11,5. Como  o cimento Port-

land hidratado contém álcalis

  n a

  solução

  do s

 poros

  e

 cerca

  de 20%, em

  massa,

  de

hidróxido  de cálcio sólido, normalmente  h á  alcalinidade suficiente no sistema para

mante r  o p H  acima  de 12. Sob  certas condições  (por exemplo, quando  o concreto

te m

  alta permeabilidade

  e

  quando

  os

  álcalis

  e a

  maior parte

  do

 hidróxido

  de cál-

cio ou é carbonatada  ou lixiviada),  o pH do concreto junto  ao aço pode s e r reduzido

a  menos  de 11.5.  Isso destrói  a  passividade  do aço e propicia condições para o p ro -

cesso

  de

 corrosão.

Durabilidade

  1 8 1

N a

 presença  de  íons cloreto, dependendo

  da

  relação CF/OH", tem-se

  que o

 filme

protetor  é  destruído mesmo  co m  valores  d e p H  consideravelmente superiores  a

11,5. Sabe-se  que, quando a relação molar C170H" é mais alta  do que 0,6, o aço não

está mais protegido contra

  a

 corrosão, provavelmente porque

  o

  filme

  do

 óxido

  de

ferro se torna permeável o u instável  so b essas condições. Para dosagens d e concreto

normalmente usadas  n a  prática,  o teor limite  de cloreto para  se iniciar  a  corrosão

está entre

  0,6 e 0,9 kg de Cl por m

3

  de

 concreto. Além disso, quando quanti dades

grandes  de cloreto estão presentes,  o concreto tende  a  reter mais umidade,  o que

também aumenta  o risco  de corrosão  do aço pela diminuição  da  resistividade  elé-

trica

  do

 concreto.

 A

 part ir

  do

 momento

  que a

 passividade

  da

 a rmadura

  é

 destruída,

a resistividade elétrica  e a disponibilidade  de oxigênio passa m  a  controlar  a taxa

de   corrosão. D e fato,  n ão se observa corrosão significativa quando  a  resistividade

elétrica  do concreto permanece  acima

  de 50 a

 70xl0

3

 íl.cm. Aditivos, agregado

  con-

taminado  com sal e a  penetração  de  soluções  de sais  de degelo  ou de água  d o m ar

estão entre  as fontes comuns  de  contaminação  de cloreto  no concreto.

5.16.2 Histórico  d e  casos s e l ec ionados

U m  levantamento realizado pelo British Building Research Establishment*

13

, sobre

as  causas diretas  de desmoronamento  de edifícios,  em 1974 , apontou  que o colapso

repentino  da viga principal  d e u m a cobertura  de 12 anos executada  co m vigas  de

concreto protendido pós-tensionadas  fo i provocado  po r  corrosão  da s  cordoalhas.

U m  grauteamento deficiente d a s  bainhas e o uso de aditivo acelerador para  o con-

creto  à  base  de  cloreto  de  cálcio,  e m  teores  de 2 a 4% em  relação  à  massa  do ci-

mento, foram  os fatores diagnosticados como responsáveis pela corrosão  do aço.

U m a  série d e acidentes semelhantes  n a  Grã-Bretanha justificou a emenda feita a o

British Code of Practice  110, em 1979, que  determinou  total restrição  ao uso do clo-

reto  de  cálcio  nos  concretos protendido, armado  ou que  eventualmente contenha

algum metal embutido.

U m a  pesquisa  do Kansas State Transportat ion Department mostrou  que, em

tabuleiros  de  pontes expostos  à  ação  de  sais  de  degelo, havia  u m a  forte relação

entre  a profundidade  do cobrimento  e a  deterioração  do  concreto  n a  forma  de de-

laminações  ou de fissuração horizontal.  E m geral, havia adequada proteção do aço

quando  a  espessura  do cobrimento  e ra  igual  a 50 mm ou  superior (pelo menos três

vezes  o  diâmetro nominal  da s  barras ,  que era de 15 mm).  Porém,  a distribuição

normal  da variação n a  profundidade d o cobrimento  e r a t a l q u e cerca  de 8% do aço

tinha cobrimento igual  ou  inferior  a 3 7 , 5 m m . C o m u m  cobrimento menos  p ro -

fundo, atribuiu-se  à  corrosão  do aço a responsabilidade pelas fissuras horizontais

ou  delaminações verificadas n o concreto.  E m u m  tabuleiro  de ponte e m particular,

a combinação d a  fissuração p or  ação  de gelo-degelo  com a  corrosão do aço ampliou

a  área  de  delaminação  do concreto cerca  de 8 vezes  e m 5 anos,  de forma  que 45%

da  superfície d o  tabuleiro apresentou lascamento  do concreto  a t é a  ponte comple-

ta r  apenas  16 anos  de idade. Relatos t ê m  sido divulgados contempland o históricos

de   casos semelhantes referentes  a  danos  em  tabuleiro  de ponte  de  diversas rodo-

vias, inclusive  os da Pensilvânia (Figuras 5-24a).

Microestrutura

  e

  Propriedades

  d o

  Concreto Endurecido

Durabilidade  1 8 3

Page 32: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

http://slidepdf.com/reader/full/durabilidade-das-estruturas 32/39

A pesquisa  no Kansas,  por f im, relatou  que a corrosão d a  armadura produziu  fis-

suras verticais

  no

 tabuleiro

  de

 concreto,

  qu e

  contribuíram para

  a

 corrosão

 das lon -

garinas  de aço que  sustentavam  o  tabuleiro.  U m  comentário bem-humorado  de

Figura

  5 - 2 4  Dan o s  em   e s t r u t u r as  de  concreto armado  e m v i r t u d e  da   corrosão  do aço [(a) Fotograf ia

cedida  p o r P . D .  Cady.  T h e  Pennsylvania State Universi ty, Universí ty Park, Pennsylvania:  (b)  foto-

g r a f i a  de  Meh t a .  P . K . :  Gerwick.  J r . , B . C . .

  Concr.

  Int.,  v . 4 . pp .  45-51,1982] ,

Quando

  o

  relação Cl'/(OH)~

  do

  ambiente úmido

  em

  contato

  com a

 armadura

  no

  concreto excede

  a um

certo valor limite,

  a

 passividade

  do aço é

  quebrada. Esse

  é o

 primeiro passo necessário para desenca-

dear reações anódicas

  e

 catódicas

  em uma

  célula

  de

  corrosão.

  Em

  climas frios, tabuleiros

  de

 ponte*

  de

concreto armado freqüentemente

  sã o

  expostos

  ã

  aplicação

  de

  produtos químicos para degelo contendo

cloretos.

  A

  penetração progressiva

  de

  cloretos

  em

  concretos permeáveis leva

  ao

  desgaste

  em

  camadas,

  o

formação  de  depressões  e irregularidades  e a delaminações  na  superfície  do concreto,  o que o torna  ina-

dequado para

  o uso. A

  foto

  (a)

  mostra danos típicos

  do

  concreto (desgaste

  em

  camadas

  e

 formação

  de

depressões

  e

 crateras

  na

  superfície

  de um

  pavimento

  de

  concreto

  na

  Pensilvânia) decorrentes

  da com-

binação

  da

  ação

  de

  congelamento, corrosão

  da

  armadura

  e

 outras causas.

  A

  foto

  (b)

  mostra

  uma

  dete-

rioração

  do

  concreto decorrente

  da  corrosão  das

  armaduras

  das

  vigas

  de

  amarração

  da

  ponte

  San

Mateo-Hayward. após

  17

  anos

  de

  vida útil

  de

  serviço. Nesse caso,

  a

  água marinha

  foi a

  fonte

  dou

íons cloreto.

Carl Crumpton  a  respeito  do s  problemas  de  corrosão  em  tabuleiro  de  ponte,

decorrentes

  de

  aplicações

  de

 sais

  de

 degelo,

  é

 destacado

  a

  seguir:

O

  c a s a m e n t o

  do

  co n c r e t o

  e d o a ç o e r a u m a

  união ideal ,

  e

  u sam o s m u i t o co n c r e t o a r m ad a

  em

t ab u l e i r o s  de  p o n t es . I n f e l i zm en t e , co m eçam o s  a  Jogar  sa l  p a r a d e r r e t e r  a  neve  e o gelo.  em

v e z d e  ar roz para  u m a b o a  fer t i l idade. Isso causou ir r i tação, tensões  e  e r o são  n a s  boas rela-

ções conjugais  do  início.  O s  dois  n ã o  podiam mais viver  u m a  união fel iz: a s  sem en t es  d a d e s -

t r u i ção h av i am s i d o p l an t ad as ,  e as   condições haviam sido estabelecidas para  os  p r o b l em as

a t u a i s  de  corrosão  e de  f i s su r ação  no  t ab u l e i r o  d a s  pontes-

15

.

Mehta  e  Gerwick

2

  re l a t a ram  q ue  muitas vigas  de  amarração  da  ponte  S an

Mateo-Hayward,  n a Baía  d e S an Francisco, Califórnia, tiveram  de passar  po r caros

reparos  po r  causa  da  séria fissuração  do  concreto associada  à  corrosão  da  arma-

dura (Figura 5-24b). As vigas, densamente armadas,  de dimensões iguais  a 8 m por

3,7 m por 1,8 m,   foram executadas  em 1963 com um  concreto  de  alta qualidade

(370 kg/m

3

 d e cimento e relação água/cimento 0,45).  O s danos ficaram limitados  à

parte inferior e à s faces d e barlavento expostas  à névoa salina  do  ambiente mari-

nho , tendo ocorrido apenas n a s vigas pré-moldadas, curadas  a vapor. Nenhuma  fis-

suração  ou  corrosão ficou evidenciada  n a s  vigas moldadas  in  loco,  curadas

naturalmente, executadas

  ao

 mesmo tempo

  e co m u m

 concreto

  de

  dosagem simi-

lar ao dos elementos pré-moldados. Sugeriu-se, então,  que a combinação  d e u m a

armadur a pesada

  e de

 taxas diferenciais

 d e

  resfriamento (obtidas imediatamente

após  a operação  de cura  a vapor  n a s vigas massivas) pode  te r  resultado  n a  forma-

ção de

 microfissuras

 n o

 concreto,

  as

  quais

  se

 ampliaram  a posteriori

  em

  vista

  d as

condições climáticas severas  no  lado barlavento  d a s  vigas.  N a  seqüência,  a pene-

tração  da água salina  no concreto promoveu  u m  tipo  de reação e m cadeia corrosão-

fissuração-corrosão,  qu e  produziu sérios danos.  U m a  discussão mais aprofundada

da   interação fissuração-corrosão e  históricos  de  casos  de  ataque  po r  água  d o m ar

serão apresentados adiante.

5.16.3 Controle  d a  corrosão

Como a água,  o oxigênio e os cloretos desempenham  u m importante papel  na cor-

rosão  d a s  armaduras  e n a  fissuração d o concreto, fica claro  que a

 permeabilidade

do   concreto  é a  chave para controlar  os  vários processos envolvidos nesses fenô-

menos.  Os  parâmetros  da  dosagem  do  concreto para garantir baixa permeabili-

dade, a  saber, u m a  baixa relação água/cimento,  um consumo adequado d e cimento,

o

 controle

 d a

  dimensão

  do

 agregado

  e su a

  graduação,

  e o uso de

  adições minerais,

sã o  assuntos j á discutidos anteriormen te. Ressalta-se, porém, nessa linha,  a posi-

ção do ACI

  Building Code

  318 , que

  especifica

 u m a

  relação água/cimento máxima

de 0.4 para  o concreto armado  de  peso normal exposto  a agentes químicos  de de-

gelo

 e à

 água

  d o m ar .

 Igu almente essenciais, têm-se

  os

 procedimentos

  de

  adensa-

mento  e cura  do concreto,  qu e devem  se r  adequadamente executados.  Os métodos

de  dosagem devem, também, levar  em  conta  a possibilidade  de  aumento  da per-

meabilidade  do  concreto  so b condições  de  serviço,  em  função  de ações físico-quí-

micas diversas, tais como: gradientes térmicos, ação d e congelamento, ataque  por

sulfato e expansão p or  reação álcali-agregado.

Para  a proteção contra  a corrosão,  o  teor máximo  de  cloreto permitido  n a  dosa-

gem do  concreto também está especificado n o A C I  Building Code  318. Por  exem-

plo. a concentração máxima  de íon Cl (solúvel  em  água)  no  concreto endurecido,

aos 28 dias, levando-se e m conta todos o s constituintes  do concreto (incluindo agre-

gados, materiais cimentícios e aditivos), n ã o deve exceder a  0,06%,  0 ,15% e 0.30%,

em

 relação

  à

  massa

  do

  cimento. Esses teores

  se

 referem, respectivamente,

  ao con-

creto protendido,  ao concreto armado  em serviço exposto  a u m ambiente contendo

cloretos e a outros tipos d e concreto armado.  E permitido  ao s elementos  de concreto

armado  que, em  serviço, permaneçam secos  ou protegidos  da umidade, conter  a t é

1% de Cl e m relação  à  massa  de materi al cimentício d o concreto.

Certos parâmetros

  de

  projeto também influenciam

  a

  permeabilidade.

  A

 Seção

7 .7 do ACI Building Code  31 8 especifica a s exigências d e cobrimento mínimo  para

1 8 4

Microestrutura

  e

  Propriedades

  d o

  Concreto Endurecido

Durabilidade  1 8 5

Page 33: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

http://slidepdf.com/reader/full/durabilidade-das-estruturas 33/39

es t ru turas  de  concreto expostas  a  ambiente corrosivo. Recomenda-se  u m  cobri-

mento  de  concreto  mínimo

  de 50 mm

  para paredes

  e

 lajes

  e de 63 mm

  para

  os ou-

tros elementos estruturais. A  prática corrente  e m  estruturas costeiras  no Mar do

Norte requer  u m mínimo  de 50 mm de cobrimento para  a  armadura convencional

(dest inada  ao concreto armado)  e de 70 mm  para  o aço de  protensão.  O A C I 224R

especifica

  0 , 1 5 m m

  como

  a

  máxima abertura

  de

  fissura permitida

  n a

  face trácio-

nada  de es t ru turas  de  concreto armado sujeitas  a  ciclos  de  molhagem  e  secagem

ou que es tejam  sob a  ação  da  névoa salina  d a  água  d o m ar . O C E B Model Code,

por sua vez,  recomenda limitar  a abertura  de  fissura  a 0 , 1 m m n a superfície do aço

para elementos  de concreto expostos  a  freqüentes carregamentos  de  flexão,  e a

0 , 2 m m

 pa ra

  a s

 d emais situações. Muitos pesquisadores concluíram

  que não há re-

lação direta entre  a aber tura  de fissura n o  concreto  e a corrosão  da a rmadura ;  no

entanto,  é óbvio  q u e ,  pelo aumento  da permeabil idade  do concreto  à  água,  b em

como  ao s  gases  e  íons deletérios,  a  presença  d e u m a  rede  de macrofissuras inter-

conectadas

  e de

  microfissuras internas exporão

  a

  es trutura

  a

 numerosos proces-

so s  físico-químicos d e deterioração.

O s custos  de reparo  e de  substituição referentes a os  tabuleiros  de ponte  de con-

creto deteriorados pela corrosão  da  a rmadura  v êm se tornando  u m  investimento

relevante  e m  termos  de  manutenção. Muitas concessionárias  de rodovias prefe-

r e m ,

  atualmente, assumir

  o

  custo inicial extra

  do uso de uma

  membrana imper-

meável  à água,  ou da  aplicação  d e u m a  fina camada  de concreto impermeáve l  n a s

superfícies recém-construídas  ou , po r f im, da  execução  de reparos  e m  superfícies

inteiras  de  elementos  de concreto armado  e protendido, desde  qu e estes possuam

grandes dimensões

  e

 configuração plana. Membranas impermeáveis

  à

  água,

  nor-

malmente pré-fabricadas  e do  tipo folha, s ão  usadas quando protegidas  de danos

físicos p or meio d o revest imento d e su a  superfície c om concreto asfáltico; portanto,

s u a  integridade superficial fica limitada  à  vida útil  do  concreto asfáltico,  que é

cerca  de 15 anos. A

  cobertura (revestimento superficial)

  com

  concreto estanque

  ou

impermeável,

  co m

 espessura

  de 37 ,5 a 63 mm,

  oferece

 u m a

 proteção mais durável

contra  a  penetração  de fluídos agressivos para  o interior  de elementos  de concreto

a rmado  ou  protendido.  O s concretos especificados para essa camada superficial

possuem, tipicamente,  u m  pequeno abatimento  do tronco  de cone (baixo slump),

u m a

  relação água/cimento m uito baixa (possibilitada pelo emprego

  de um

  aditivo

superplast ificante)  e u m  alto consumo  de  cimento. Argamassas  de cimento Port-

land contendo u m a em ulsão polimérica (látex) também ap resent am excelente i m -

permeabil idade  e t êm  sido usadas para esses objetivos d e revestimento superficial

do  concreto; n o entanto, suspeita-se  qu e emulsões  de látex d o tipo cloreto vinilideno

sejam a causa  de problemas  de corrosão  em alguns casos, o que faz com que, atual-

mente,  se  tenha preferência pelo  uso de  produtos  à base  de estireno-butadieno.

Revestimentos superficiais aplicáveis  à s  barras  de aço e  proteção catódica  são

ações

  qu e

  oferecem outras abordagens para prevenção

  da

  corrosão; elas

  são , no

entanto, mais caras  do que produzir  um concreto d e baixa permeabilidade p or meio

de  efetivos controles  de  qualidade,  do projeto e da  execução. Revestimentos prote-

tores para armaduras  são de  dois tipos: revestimentos anódicos  (por  exemplo,  aço

revestido c om  zinco)  e revest imentos  po r barreira  (por exemplo,  aç o revestido  com

epóxi). Devido  à  preocupação  com a durabil idade  a  longo prazo  de  barras revesti-

das com

 zinco

 n o

 interior

  do

 concreto,

  a U.S .

 Federal Highway Administration,

  e m

1976 , estabeleceu  u m a  moratória temporária  em  relação  ao seu uso em tabuleiros

de   ponte.  O desempenho  de  longo prazo  d a s  barras revest idas  co m  epóxi ainda

está sendo estudado  em muitos países. A s técnicas  de proteção catódica  envolvem

a  supressão  do  fluxo  de corrente  n a  célula  de  corrosão,  que é  obtida pelo supri-

mento externo  d e u m  fluxo d e  corrente n a  direção oposta  ou pelo u so d e ânodos d e

sacrifício. E m  função  d e su a complexidade  e dos  altos custos envolvidos, sistemas

de   proteção catódica  tê m  tido aplicações limitadas.

5 17 Desenvolvimento de um  Modelo Holístico d a Deterioração d o Concreto

A experiência prática most ra  que, e m  ordem decrescente  de  importância,  as princi-

pais causas  de  deterioração  das  estruturas  de  concreto  são  corrosão  da  armadura,

exposição  aos  ciclos  de  congelamento  e  degelo, reação álcali-sílica  e ataque  por sul-

fato.

  E m

  cada

  u m a

  dessas quatro causas

  de

 deterioração

  do

 concreto,

  a

  permeabi-

lidade  e a presença  de água implicam  e m  mecanismos  de  expansão  e  fissuração.  O

concreto adequa damente dosado, lançado, adensado  e curado  é essencialmente i m -

permeável  e,  assim, deveria  t e r u m a  longa vida útil  n a  maioria  d a s  condições.

Porém, como resultado  da exposição ambienta l, fissuras  e microfissuras ocorrem  e

se

 propagam,

  e

 quando

  se

 interconectam,

  a

  es trutura

  de

 concreto perde

  s u a

  estan-

queidade  e se  torna vulnerável  a um ou  mais processos  de  deterioração.

Mehta  e Gerwick

2

  fizeram  u m a  representação diagramática  do processo  de fis-

suração  do concreto resultan te  da corrosão d a  armadura (Figura 5-25a). U m a  ilus-

tração semelhante

  do

  processo

  de

  fissuração devido

  a os

  ciclos congelamento

  e

degelo  foi  apresentada  po r  Moukuwa

50

  (Figura 5-25b). Geralmente,  os vazios  ca -

pilares  em u m a  es trutura  de concreto b e m curado exposto  ao ar não são  saturados.

Assim,  u m  concreto normal  ( sem a r incorporado)  n ã o  deveria expandir  e  fissurar

quando exposto  a ciclos  de  congelamento  e degelo.  O concreto expande porque  a s

condições d e intempérie  e outros efeitos ambientais produze m fissuras e microfis-

suras.  qu e aumentam  a  permeabilidade  do concreto  e o grau  de saturação  dos va-

zios capilares.

Co m base  em u m  relatório d e Swamy

51

, u m a  representação diagramática  da ex -

pansão

  e

  fissuração

  do

 concreto devidas

  às

  reações álcali-agregado

  é

 exibida

  n a

Figura 5-25c. D e  acordo  com o autor,  os cimentos Portland contêm alguns álcalis

solúveis,  e muitos agregados contêm minerais reativos  a os  álcalis; portanto,  a r ea -

çã o  álcali-agregado podè  s e r encontrada  n a  maioria  do s concretos. Swamy relata:

A pe s a r  de a  reação á lcali-agregado ocorrer  e m u m  concreto,  a  e xpa ns ã o  e  f issuração dele té-

r i a n ã o

  ocorrem

  a

  m e nos

  q u e o

  a m bie nte e s t e j a a l t a m e nte s a tur a do. Se le c iona ndo- s e

  a d e -

q u a d a m e n t e

  os

  m a te r i a i s ,

  a

  dosagem,

  o

 proc e s s a m e nto

  e as

  condições

  de

  c ura a de qua da s ,

  é

pos s íve l produz i r e s t ru tur a s

  de

  concreto

  q u e

  pe rm a ne ç a m s uf i c i e nte m e nte s e c a s in te rna -

m e nte dura nte

  su a

  vida útil .

  A

  m ic rof i s s ura ç ã o dura nte in te m pé r i e s

  e sob

  efe itos

  do

  carre-

ga m e nto .

  à s

  vezes, destrói

  a s u a

  e s t a nque ida de

  e

  torna

  o

  concreto permeável.

Microestrutura

  e

  Propriedades

  d o

  Concreto Endurecido

Durabilidade  1 8 7

Page 34: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

http://slidepdf.com/reader/full/durabilidade-das-estruturas 34/39

D e

  acordo

  com a

  representação diagramática

  do

  ataque

  po r

  sulfato

  de

Collepardi (Figura õ-2õd)

30

, a deterioração d a pasta  de cimento hidratada, como re -

sultado  da  interação  co m  íons sulfato  de  fontes externas, exige alta permeabili-

dade  e presença  de água. A s causas típicas  da alta permeabilidade d o concreto são:

alta relação águaicimento, adensamento inadequado  e fissuração devido  a  condi-

ções  de intempéries  e efeitos d e carregamento adversos.

I

  Concreto contendo

i  microfissuras

(b)

1. G/adientes de   umidade e temperatura

2. Impacto d e objeto f lutuantes

3. Ataques químicos e  lixiviação da

pasta  de cimento

,  í.Gdosgelí-dsgelo,sobrecargas»

outros fatores q ue possam aumentar

a  permeabilidade do  concreto

Concreto altamente  I

pen?á«  ^

Agua  do  m a r e a r I

1.Gradientes de   um ida de e

temperatura

2.   Ataque  QUimico

3.  Ciclos d e  gelo-degelo

4.   Cr istalização

[Corrosão da   armadural

( c ) U M   Rea çao álcali-agregado

( d ) A S E : A ta que  por   sulfato externo

P or os c a p i l a r e s

(Elevada relação  ale  3

cura insuf iciente)

Ma c r opor os

( A de ns a m e nto ina de qua do

t i e um  concreto  de  baixa

r e la ç ã o

 a íc

  relacionado

  a

I raDalhabilidade inadequada]

Mic r of i s s ur a s

(Carregamento estrutural,

aquecimento/ resf r iamento

e  ciclos moldagem e

s e c a ge m dur a n ie

a

  vida util)

Figura

  5 - 2 5  Rep r esen t ação d i ag r am át i ca  do s  d an o s  ao  concreto  p o r ( a )  co r r o são  da  a r m a -

d u r a .  íb )  ciclos  de  co n g e l am en t o  e  degelo,  (c)  reação álcal i -sí l ica,  (d)  a t aq u e ex t e r n o  po r  sulfato,

( (a)

  M e h t a .

  P . K . :

  Ger wi ck

  -J r . , B.C. ,

  Concr.

  Int.,  v . 4 . pp .

  45-51,

  1982 , (b )

  Mo u k wa , Mo u k wa .

Cem.  Concr.  Res..  v . 20 . n . 3 . pp .  439-446,  1990 , (c)  S wam y ,  R . N . ,  ACI, SP  1 4 4 . p p .  305-139,  1 9 9 4 .

(d )  Co l l ep a r d i ,  M. .  Concr.  Int..  v . 21 , n . 1 , pp .  69-74, 1999],

Integrando  os conceitos apresentad os  n a s  Figuras. 5-25a, b, c, e d, Mehta

52

  pro-

pôs um

  modelo holísúco

  da

  deterioração

  ào

 concreto pelos efeitos ambientais mais

comuns (Figura 5-26).  D e  acordo  co m  esse modelo,  um  concreto constituído  por

materiais  be m  selecionados  e adequadamente adensado  e curado  se  mantém  es -

sencialmente impermeável enquanto  a s  microfissuras  e os poros  em seu interior

nã o  formarem  u m a  rede interconectada  de caminhos  qu e cheguem  à superfície do

concreto.  O carregamento estrutural  e os efeitos  d a s  intempéries, como exposição

ao s  ciclos  de aquecimento-resfriamento e molhagem-secagem, facilitam propaga-

ção de microfissuras normalmente pré-existentes n a  zona d e transição n a  interface

entre  a argamassa  de cimento  e a s  partículas  de  agregado graúdo. Isso acontece

durante  o Estágio  1 d a  interação estrutura-ambiente.

Figura

  5 - 2 6  U m  modelo holístico  da  deter ioração  do  concreto  a  p a r t i r  do s  efei tos ambien-

tais mais f reqüentes (Mehta,  P . K . ,  ACI,  SP-144.  pp .  1-34,1994; Concr. Int..,  v . 19 , n . 7, pp . 69-

76 ,  1997).

Pode-se obter  um  ganho substancial  de  durabilidade  do  concreto frente  a  causas  de  deteriora-

ção   cornumente conhecidas, euitando-se  a perda  de  estanqueidade durante  a  vida útil  por  meio

do   controle  do  crescimento  de  microfissuras  que  interligam  as  fissuras superficiais  com os va-

zios  e microfissuras internas.

18 8

  Microestrutura

  e

  Pr opr ie dade s

  d o

  Concreto Endurecido

Durabilidade  1 8 9

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7/23/2019 Durabilidade das estruturas

http://slidepdf.com/reader/full/durabilidade-das-estruturas 35/39

U m a v e z perdida  a  es tanqueidade  do  concreto,  se u  interior pode  se tornar  sa -

turado. Conseqüentemente, água

  e

  íons

  qu e

  desempenham

  u m

  papel ativo

  nos

processos  de deterioração podem, então,  se r transportados prontamente para o in-

terior. Isso marca  o início d o Estágio  2 da  "interação estrutura-ambiente",  durante

o qual  a  deterioração  do concreto  se dá  através  de sucessivos ciclos d e expansão,

fissuração, perda  de massa  e aumento  da  permeabilidade.

Ao   contrário  do s  modelos anteriores  de  deterioração  do concreto, baseados  em

u m a  abordagem resumida,  o modelo holístico n ã o  representa  u m a  "causa especí-

fica",  u m a v ez q u e todas  a s causas primárias  da  deterioração  do concreto  são con-

sideradas  no modelo. Adicionalmente,  ao invés  de  responsabilizar apenas  um dos

componentes

  da

  pasta

  de

  cimento

  ou do

 concreto pelos danos,

  o

  modelo considera

o efeito  de  agentes  de deterioração conjuntamente  e m  todos  os  componentes  da

pas ta  de  cimento  e do  concreto. Além disso,  o modelo reconhece  a  experiência  de

campo  n a  qual  o grau  de saturação  do concreto desempenha  u m  papel preponde-

rante  na  expansão  e fissuração, independentemente  se a  causa primária  fo r  açãn

do   congelamento (ciclos  de  congelamento  e degelo), corrosão d a  armadura, reação

álcali-agregado  ou  ataque  po r sulfato.

Nota-se  qu e  pouco o u  nenhum dano aparente  é  observado durante  o Estágio  1,

q u e  representa perda gradual  d a  es tanqueidade.  O  Estágio  2  marca  o  início  do

dano,

  q u e

  primeiro ocorre lentamente, depois mais rapidamente. Sugere-se

  que,

durante  o segundo estágio,  a pressão hidráulica  do fluído do s poros n o concreto  sa -

turado crescerá devido  a u m o u  mais fenômenos  de  expansão volumétrica  (por

exemplo, congelamento  da  água, corrosão  da  a rmadura  e  expansão  da  etringita

ou do gel da  reação álcali-sílica). A o mesmo tempo,  se os íons hidroxila n a  pasta  de

cimento estão sendo lixiviados e substituídos pelos íons cloreto o u  sulfato, o silicato

de   cálcio hidratado  se decompõe,  e o concreto sofrerá perda  de  aderência  e  resis-

tência. Como resultado desses dois processos deletérios, haverá maior perda   de

estanqueidade  e aceleração  do s danos.

Co m

  base

  no

  enfoque holístico

  da

  deterioração

  do

 concreto, fica claro

  que o pe-

ríodo não-deletério d a  ação ambiental corresponde  ao Estágio  1, e o período  de in-

cremento gradual  de danos  da ação ambiental corresponde  ao Estágio  2 ilustrado

n a  Figura  5 -26 .  Devido  à s  variações microestruturais  e microclimáticas  em  dife-

rentes pontos

  no

  interior

  d e u m a

  dada estrutura

  de

 concreto,

  é

 difícil determ inar

precisamente  a  extensão  de  cada estágio. Entretanto,  o modelo holístico  de  dete-

rioração pode  se r útil para traçar estratégias custo-efetivas e prolongar  a vida útil

do  concreto exposto a ambientes agressivos. P or exemplo, o Estágio  1 pode  ser p ro -

longado  po r  centenas  de  anos  com o uso de  dosagens  de  concreto  qu e  sejam  im -

permeáveis  e  permanecerão livres  de fissuras durante  a su a vida útil.

5 1 8 Concreto  em  Ambiente Marinho

P o r

  diversas razoes,

  o

 efeito

 d a

  água

  d o m ar n o

  concreto merece atenção especial.

E m  primeiro lugar,  a s es t ruturas costeiras  e de  plataformas marítimas estão  ex -

postas  a ataqu es s imultâneos  de vários processos físicos  e  químicos  de  deteriora-

ção ,  proporcionando  u m a  excelente oportunidade para entender  a  complexidade

do s

 problemas

  da

  durabilidade

  do

  concreto

  no

 campo prático.

  E m

  segundo lugar,

os  oceanos ocupam  até 80% da superfície terrestre; assim,  u m  grande número  de

estruturas está exposto  à água d o m a r  direta  ou  indiretamente (ventos,  po r exem-

plo,  podem carregar  a  névoa salina  po r  alguns quilômetros  da  costa para  o inte-

rior). Pilares, estacas, tabuleiros, quebra-mar es  e muros  de contenção d e concreto

sã o amplamente usados  n a  construção  de  portos  e  docas. Para aliviar  a  terra  d as

pressões  do congestionamento e poluição urbanos, estruturas marítimas, como  a s

platafor mas flutuantes, estão sendo consideradas para  a localização d e novos aero-

portos, usinas elétricas  e  depósitos  de  lixo. Muitas plataformas marítimas  de con-

creto para perfuração

  e

  reservatórios

  de

  petróleo foram construídos

  no s

  últimos

30  anos.

A  maior parte  da s águas  d o m ar é razoavelmente uniforme  em su a  composição

química,  q u e se caracteriza pela presença  de cerca  de 3 .5% de sais solúveis  em su a

massa.  A s  concentrações iónicas  d e N a

+

  e Cl são as  mais altas, normalmente

11.000

 e

 20.000

 mg/l ,

 respectivamente. Entretanto,

  do

 ponto

 d e

 vista

  da

 ação agres-

siva  ao s  produtos  de  hidratação  do  cimento, quantidades suficientes  d e M g

2

' e

SO .v  normalmente  1.400 e 2.700 mg/l ,  respectivamente, estão presentes.  O pH da

água  d o m ar  varia entre  7,5 e 8.4; o valor médio  de  equilíbrio  com o CO2 atmosfé-

rico

  é 8,2. Sob

  certas condições, como baías

  e

 estuário s protegidos, valores

  de pH

abaixo  de 7,5 podem  se r encontrados devido à alta concentração  de CO2 dissolvido,

o que  torna  a  água  d o m ar  mais agressiva  ao concreto  de cimento Portland.

O concreto exposto a o ambiente marinho pode  se deteriorar como resultado  dos

efeitos combinados  da ação química  do s constituintes  da  água  d o m a r  sobre  os pro-

dutos  de hidratação  do  cimento, expansão devido à reação álcali-agregado (quando

agregados reativos estão presentes), pressão  de cristalização  de sais dentro do con-

creto  se u m a d e suas faces está sujeita  à molhagem  e outras  a  condições  de  seca-

g em ,  ação d o congelamento e m  climas frios, corrosão  da  a rmadura  no s  elementos

armados

  ou

  protendidos

  e

 erosão física devido

  à

  ação

  de

  ondas

  e

 objetos flutuan-

tes . O ataque  ao concreto devido a qualquer  u m a  dessas causas tende  a  aumentar

a permeabilidad e. Isso n ã o  apenas tornaria  o material cada  ve z  mais suscetível  às

ações continua das pelo mesmo agente destrutivo , como também  a outros tipos  de

ataque. Assim,

  u m a

  rede emaranhada

  de

  causas químicas

  e

  físicas

  de

  deteriora-

ção age quando  u m a  es trutura  de concreto exposta  à água  d o m ar  está  em um es-

tágio avançado  de  degradação. Aspectos teóricos  da  deterioração  do concreto pela

água  d o m ar ,  históricos  de casos selecionados  e  recomendações para  a construção

de   es t ru turas  de  concreto duráveis  e m  ambiente marinho  sã o  discutidas  por

Mehta

5:í

  e  resumidas  a  seguir.

5.18.1 Aspectos teóricos

Co m respeito  ao ataque químico n os  constituintes  da  pasta  de cimento hidratada,

pode-se presumir

  que os

  íons sulfato

  e

  magnésio

  são o s

  constituintes deletérios

presentes  n a  água  d o m ar . Observa-se  que, com águas subterrâneas,  o ataque  por

sulfato é classificado como severo  quando  a concentração  de íon sulfato está acima

19 0

  Microestrutura

  e

  Propriedades

  d o

  Concreto Endurecido

Durabilidade  191

Page 36: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

http://slidepdf.com/reader/full/durabilidade-das-estruturas 36/39

de 1500 mg/l ; de  forma semelhante,  a  pasta  de cimento Portland pode  se  deterio-

r a r  pelas reações  de  troca catiônica quando  a  concentração  do íon magnésio está

acima

  de 500 mg/l , po r

  exemplo.

O  interessante  é que,  apesar  do indesejável alto teor  de  sulfato n a  água  d o m ar .

a  experiência prática mostra  que,  mesmo  q u e u m  cimento Portland  de  alto  C.-sA

tenha sido usado e  quantidades significativas d e etringit a estejam present es como

resultado  do ataque  po r  sulfato à pasta  de cimento,  a deterioração  do concreto  não

acontece

  po r

  expansão

  e

  fissuração;

  em v ez

 disso,

  ela se dá na

  forma

  de

 erosão

  ou

perda  de constituin tes sólidos  da massa. A o q u e parece,  a  expansão  da  etringita  é

suprimida  em am bientes onde ions (OH) tenha m sido substituídos essencialmente

po r  íons  Cl . Isso  é  consistente  com a  hipótese  de que um  ambiente alcalino  é ne-

cessário para  qu e  ocorra  a expansão  da etringita  po r adsorção  de  água. Indepen-

dente

  do

  mecanismo

  ao

  qual

  a

  expansão

  po r

  sulfato associada

  à

  etringita

  é

eliminada  no  concreto  de  cimento Portland  co m  alto  C3A exposto  à  água  do mar.

a  influência  do cloreto  n a  expansão  po r  sulfato demonstra claramente  qu e  miritn

f reqüentemente

  se

  erra

  n a

  modelagem

  do

 comportamento

  do s

  materiais quando,

po r simplificação, faz-se previsão  do efeito de um fato r individual  em u m fenômeno

sem a  devida atenção para  os outros fatores  q ue podem estar presentes, podendo

modificar consideravelmente  o efeito.

D e  acordo  co m o A C I  Building Code  318, a  exposição  ao s  sulfatos  n a  água  do

m a r é

  classificada como  moderada.  Nesse caso,

  o uso de

 cimento Portland Tipo

 I I

ASTM (máximo  de 8% de CaA) é  permitido  c o m u m a  relação água/cimento  m á-

xima  de 0 ,50 em  concreto  de  peso normal.  N a  verdade,  o A C I  31SR-21.  Building

Code Commentary.  estabelece  qu e  cimentos  com até 10% de GA. podem  se r u sa -

dos se a  relação água/cimento máxima  nã o  ul trapassar  0.40.

O  fato  de o hidróxido  de  cálcio  n ã o  combinado  e m u m a  argamassa  ou  concreto

poder causar deterioração pela reação  de troca envolvendo íons magnésio  é bem co-

nhecido desde  1818 . a  part ir  de investigações sobre  a  desintegração  de  concretos

pozolânicos

  com cal

 feitas

 p or

  Vicat,

  q u e ,

 indiscutivelmente, pode

 s e r

 considerado

como  u m d o s  fundadores d a tecnologia  do cimento  e do  concreto modernos. Vicat

fez a profunda observação:

Subm e t ida s

  à

  análise ,

  as

  partes deterioradas exibem muito menos

  c a l q u e a s

  out r a s :

  o que é

defic iente , então,

  fo i

 dissolvido

  e

  e liminado; estava

  e m

  excesso

  no

 composto.

  A

  natureza , como

vemos, trabalha para chegar

  à s

  proporções exatas ,

  e

  para a tingi-las , corrige

  os

  e r ros

  d a m ã o

q u e

  a jus tou

  as

  dosagens. Assim,

  os

  efe itos

 q u e

  a c a ba m os

  de

 descrever,

  e no

 caso re la tado,

  t o r -

na m -s e

  os

  mais marcantes , quanto mais

  no s

  desviamos dessas proporções exatas .

51

Revisões

  do

 estado

 d a

 arte

55

-

56

 sobre

 o

 desempenho

 d a

 es trutura

  no

 ambiente

  m a-

rinho confirmam  que a observação  de Vicat  é igualmente válida para  o concreto  de

cimento Portland.  Com os estudos  de longo prazo  de argamassas  e concretos  de ci-

mento Portland expostos à água  do mar, a evidência  de ataque p or  íons magnésio fica

be m  clara pela presença  de  depósitos brancos  de  brucita  ou  Mg(OH)s  e silicato  de

magnésio hidratado,

 q ue

 pode

 s er

 detectado

 p or

 análise mineralógica.

 E m

  exposição

à  água  d o m ar , u m  concreto b e m curado contendo  u m a  grande quantidade  de escó-

r ia ou  pozolana  no s  materiais cimentícios normalmente supera  o  desempenho  do

concreto contendo apenas cimento Portland.

57

  E m parte, isso acontece porque o pri-

meiro contém menos hidróxido d e cálcio n ão combinado após a cura. A implicação d a

perda

  de

 hidróxido

 d e

 cálcio pela pa sta

  de

 cimento hidratada, ocorrida quer pelo

 a t a -

que de  íons magnésio quer pelo ataque  por CO2, fica evidente  n a  Figura 5-27c.

0 5 10 15 20 25 30 35

Hidróxido

  de

  cálcio dissolvido,

expresso  e m % C a O

(c)

Figura

 5 - 2 7

  Perda

  de

  resistência

  em

  concreto permeável devido

 à

  lixiviação

 d o

 hidróxido

de

  cálcio,

  [(a), (b).

 Fotografias

  de

 Mehta ,

  P . K . ;

  Haynes.

 H .. - J.

 ASCE. Structwr

  Diu.,  v. 101.

n . ST-8 , pp .  1679-1686,1975;  (c),  adaptado  de  Biczok. I .,  Concrete  Corrosion

  and

  Concrele

Proíection.  Chemical Publis hing Company .

 N ew

  York,

  p.

 291,1967],

Blocos

  de

 concreto

  não

  armado (1,75por 1,75por

  1,07

  m)parcialmente submersos

  cm

  água

do mar no

 porto

  de San

  Pedro,

  em Los

  Angeles,

  na

  Califórnia, foram analisados após

  67

anos

 d e

  exposição contínua. Concretos

  cie

 baixa permeabilidade

  se

  «ttcoítírauam

  cm

  excelen-

tes

  condições, independentemente

  da

  composição

  do

  cimento Portland. Concretos

  que

  conti-

nham

  um

  baixo  conswmo

  de

  cimento (alta permeabilidade) mostraram tamanha redução

na

  dureza superficial,

  que um

  cabo

  de aço

 formou sulcos profundos

  nos

  blocos quando foram

içados

  com o

 auxílio

  de um

  guindaste anfíbio [parte

  (a)].

 Testemunhos extraídos mostraram

que o

 concreto estava muito poroso

  e

 fraco,

  com

  poros grandes contendo depósitos

  de uma pre-

cipitação branca [parte (b)jque

  foi

  identificada como Mg(OH)s pela análise

  por

  difração

  de

raios

  X. Os

 produtos originais

  da

  hidratação

  de

  cimento Port land,

  C-S-H e

 Ca(OH)í

  não es-

tavam mais presentes.

Muitos pesquisadores

  têm

  concluído

  que

 pastas, argamassas

  e

 concretos

  de

  cimcnto Portland

perdem resistência quando

  os

 produtos cimentícios

  sã o

 decompostos

  e

  lixiviados como

  re-

sultado

  do

  ataque

  por

  soluções ácidas

  ou

  contendo magnésio.

  A

 severidade

  da

  lixiviação pode

ser

  avaliada

  a

 partir

  do

  teor

  de CaO

  dissolvido.

  Em

  média,

  a

 resistência

  ò

 compressão

  cai

cerca

  de 2

quando

  1%  de CaO é

 removido

  da

 pasta

  de

  cimento Portland [parte

  (c)j.

19 2  Microestrutura  e  Pr opr ie dade s  d o  Concreto Endurecido

Durabilidade

  1 9 3

Page 37: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

http://slidepdf.com/reader/full/durabilidade-das-estruturas 37/39

Como  a s anál ises  d a  água  d o m a r  raramente incluem  o teor  de CO2 dissolvido,

o

  potencia l

  de

  perda

  d e

  m a ssa

  do

  concreto

  p o r

  lixiviação

  do

  hidróxido

  de

cálcio sólido

  d a

  pasta

  de

  cimento hidratada devido

  ao

  ataque pelo ácido carbônico

freqüentemente deixa

  d e s e r

  considerado.

  D e

  acordo

  co m

  Feld

5S

,

  e m 1 9 5 5 ,

  depois

de 21 anos  de uso , a s estacas  e os blocos  de  concreto  do s arcos  d e suporte  d a Ponte

James River Bridge

  em

 Newport News, Virgínia, exigiram

  1, 4

 milhões

  de

  dólares

para reparo

  e

 substituição envolvendo

  70% de

 sua s 2500 estacas.

 D a

 mes ma forma.

75 0

  estacas pré-moldadas

  d e

 concreto próximas

  a

 Ocean City,

  e m N e w

  Jersey,

  c ra -

va da s

  e m 1 9 3 2 ,

  t iveram

  d e s e r

  reparadas

  e m 1 9 5 7 ,

  depois

  d e 2 5

  anos

  de uso ; a l -

gum a s  d a s  estacas t iveram  se u  diâmetro original reduzido  d e 5 5 0 m m  para

3 0 0 m m . N o s

  dois casos,

  a

  perda

  de

  material estava associada

  a u m a

  concentra-

ção de CO2

 dissolvido mais alta

  do que a

 normal

  n a

  água

  d o m a r .

Deve-se destacar

  que , em

  concreto permeável,

  a

 quant idade normal

  de CO2 p re -

sente  n a  á gua  d o m a r é  suficiente para decompor  os produ tos cimentícios.  A p r e -

sença

  d e

  taum.asi.ta  (carbosilicato

  de

  cálcio), hidrocalumita  (carboaluminato

  de

cálcio hidratado )

  e

 aragonita  (carbonato

  de

  cálcio)

  t e m

  sido constatada

  e m

  amos-

t r a s

  de

 pa s t a

  d e

 cimento obtidas

  a

 part i r

  de

  est ruturas

  d e

 concreto deteriorado

 e x-

postas

  à

  água

  d o m a r p o r

  longos períodos.

5.18.2 Histórico

  d e

  c a s o s

  d e

  c on c re t o de t e r i o ra do

Comparado

  a

 outros materia is est rutura is,

  o

 concreto geralmente

  te m

  registrado

u m

  desempenho sa t isfa tório

  e m

  água

  d o m a r . N o

  entanto,

  a

  literatura publicada

contém relatos

  de um

  grande número

  de

 concretos armados

  e n ã o

 armados

  que so -

freram séria deterioração

  e m

  ambiente marinho.

  C o m o

 objetivo

  de se

 obterem

  li-

ções úteis para

  a

  construção

  de

  e s t ru t u ra s m a r i nha s

  d e

  concreto, diversos

históricos

  de

 casos

  d e

 deterioração

 d o

 concreto como resultado

  d e u m

 longo período

de

  exposição

  à

  água

  d o m a r

  estão resumidos

  n a

  Tabela

  5-5 e

  discutidos

  na se -

qüência.

No s

  climas amenos

  do su l da

  França

  e su l da

 Califórnia, corpos-de-prova

  de ar-

gamassa

  e

 concreto não-armado

  se

 mant iveram

  e m

 excelentes condições depois

  de

mais

  de 60

  anos

  so b

  exposição

  à

  água

  d o m a r ,

  exceto quando

  a

  permeabilidade

  do

concreto  e ra  alta.  O s corpos-de-prova  d e  alta permeabilidade apresentaram  con-

siderável perda

  d e

  massa associada

  ao

  a taque

  po r

  íons magnésio, ataque

  p o r C O i

e

  lixiviação

  de

  cálcio. Apesar

  do uso de

  cimentos Portland

  de

  alto

  CsA, a

  expansão

e

 f issuração

  do

  concreto devido

  à

 e t r ingi ta

  n ã o

  foram observadas

  n os

 concretos

  de

baixa permeabilidade. Portanto,

  o

  efeito

  da

  composição

  do

  cimento

  n a

  durabili-

dade frente  à  água  d o m a r  parece  s er  menos significativo  do que o  efeito  d a p e r -

meabi l idade

  do

 concreto.

Elementos

  de

  concreto armado

  em

  clima ameno  (Embarcadouros

  26 e 28 do San

Francisco Ferry Building

  n a

  Califórnia), apesar

  d e

 possuírem

  u m a

  dosagem

  de

concreto  d e  baixa permeabilidade  (390 kg/m

3

  de  consumo  de  cimento),  as  suas  es -

tru tur as most rara m fissuração devida

  à

 corrosão

  da

  armadura depois

  de 46

  anos

d e u s o .

  Porque

  a

  corrosão requer

  a

 penetração

  de

  água

  do mar e de a r na

  arma-

dura, adensamento deficiente

  e

  microfissuração estrutural foram diagnosticados

como

  as

  causas prováveis

  do

 aumento

  d a

  permeabilidade,

  o q u e

  possibilitou

  a cor-

rosão

  do aço.

Nos

  climas frios

  d a

  Dinamarca

  e

 Noruega, dosagens

  de

  concreto

  n ão

 protegidas

p o r a r

  incorporado estavam sujeitas

  à

  expansão

  e

  fissuração pela ação

  de

  conge-

lamento. (Observa-se

  q u e a

 incorporação

  d e a r n ã o e r a

  comum antes

  d a

  década

  d e

1950). Assim,  a  fissuração devida  ao s  ciclos gelo-degelo, provavelmente,  fo i r e s -

ponsável pelo aumen to

  n a

  permeabilidade, seguida

  p o r

 outros processos destruti-

vos ,

  como

  a

 reação álcali-agregado

  e a

 corrosão

  d a

  armadura .

Investigações

  em

  est ruturas

  de

 concreto armado mostrar am

  q u e u m

  concreto

 t o-

talmente imerso

  e m

  água

  d o m a r

  normalmente sofre pequena

  ou

  nenhuma dete-

rioração,

  e u m

  concreto exposto

  a

  sais

  no a r ou na

  névoa sofre certa deterioração,

especialmente quando permeável.

  J á u m

  concreto sujeito

  à

  ação

  de

  maré

  é o que

mais sofre deterioração.

TABELA  5- 5  Desempenho  d o concreto exposto  à  água  do mar .

Histórico

  da s

  e s t ru tur a s

Re s ul t a dos

  da

  análise

Clima Ameno

Cubos

  de

 a r g a m a s s a

  d e 4 0 c m

  expostos

  à

  á gua

  d o m a r

e m L a

  Rochelle .

  s u l d a

  Fra nç a ,

  e m

  1904-1908*.

  p r e -

pa ra dos  co m  diferentes c imentos  e  três diferentes

c ons um os

  de

  c imento,

  a

  saber:

  3 0 0 . 4 5 0 e 6 0 0

  kg/m

3

:

18  blocos  de  concreto  n ã o  a rm a do  de 1 ,75 x 1 .75 x

1 . 0 7 m

  pa rc ia lm e nte s ubm e r s os

  e m

  á gua

  d o m a r n o

por to

  d e L o s

  Angeles,

  e m

  1905' . confeccionados

  c o m

seis diferentes c imentos Portland

  e

  três diferentes

dos a ge ns

  de

  concreto;

E s t r u t u r a s

  de

  concreto

  n o S a n

  Francisco Ferry Build-

i n g .

  c ons t ru ído

  e m 1 9 1 2 ,

  usado c imento Portland

Tipo

  1 com 14 a 17% de C. iA.

  Dosagem

  do

  concreto

  de

1 :5 .

  c onte ndo

  39 0

  kg/m

:)

  de

  c imento.

J a que ta s c i l índr i ca s

  de

  concreto pré-moldado para

  o

Cais  17 .

Cilindros moldados

  in

  loco para

  os

  Ancoradouros

30 e 39 .

Ci l indros  de  concreto moldados  in  loco  e  vigas trans-

versais para

  o

  Cais

  2 6 e 2 8

:

.

A pós

  66

  a nos

  de

  exposição

  à

  á gua

  d o m a r . o s

  cubos

  f e i -

t o s c o m 6 0 0

  kg/m

3

  de

  c im e nto e s t a va m

  e m

  boas

  c o n -

dições. mesmo quando continham

  u m

  c imento Port-

l a nd

  de

  a lto

  C:jÂ

  (14.9%).

O s q u e

  c ont inha m

  30 0

  kg/m

:i

  estavam destruídos.

Assim,

  a

  composição química

  do

  c imento

  fo i

  funda -

m e nta l pa r a

  os

  cubos

  de

  baixo consumo

  de

  c imento.

E m

  gera l, c imentos pozolánicos

  e de

  escória mostra-

r a m

  melhor resis tência

  à

  á gua

  d o m a r d o q u e

  c imen-

to s

  Por t l a nd. Es tudos

  de

  microscopia e le trônica

  de

a m os t r a s de te r ior a da s m os t r a r a m pre s e nç a

  de

aragonita . brucita . e tr ingita , s il ica to

  de

  m a gné s io

  hi -

dra ta do

  e

  t a um a s i t a .

Após  67  a nos  de  exposição,  os  blocos  de  concreto denso

(1:2:4), a lguns confeccionados

  co m

  c imento Portland

contendo

  1 4 % d e C o A .

  e s t a va m a inda

  em

  excelente

condição.  J á  blocos  de  concreto magro (1:3:6) perde

r a m

  a lgum materia l

  e

  f icaram muito mais moles

(Figura 5-27a). Análises

  po r

  d i f r a ç ã o

 d e

  ra ios

  X do

concreto enfraquecido mostraram  a  presença  d e b r u -

cita , gipsita . e tr ingita

  e

 h idroc a lum i ta .

  O s

  consti-

tuintes c imentíc ios,

  g e l C - S - H e

  Ca(OH)-

  nã o

  foram

detectados.

Após

  46

  a nos

  de

  util ização,

  (a )

  e s t a va m

  e m

  excelentes

condições,   e 9 0 % d a s  e s t a c a s pe rm a ne c ia m  (b) em

boas condições.

  D e 2 0 a 3 0 % d a s

  estacas

  (c) .

  foram

a ta c a da s

  n a

  zona

  de

  m a ré .

  e

  cerca

  d e 3 5 % d a s

  vigas

t r a ns ve r s a i s profunda s t inha m  su a  face inferior  e

p a r t e

  da

  face vertica l f issuradas

  ou

  lascadas devido

  à

corrosão

  da

  a r m a d u r a .

  A

  pr e s e nç a

  de

  microfissuras

devido

  à

  f lexão

  so b

  c a r r e ga m e nto pode

  te r

  exposto

  a

a r m a d u r a

  à

  corrosão pela água

  d o m a r . A

  mão-de-

obra ina de qua da

  fo i

  responsabilizada pelas diferen-

ç a s n o

  c om por ta m e nto

  do

  concreto,

  q u e e r a d a

m e s m a qua l ida de

  e m

  toda s

  a s

  e s t ru tur a s .

(continua)

1 9 4  Microestrutura  e  Propriedades  d o  Concreto Endurecido

Durabilidade  1 9 5

Page 38: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

http://slidepdf.com/reader/full/durabilidade-das-estruturas 38/39

TABELA 5 -5 Desempenho  do concreto exposto  à água  do mar.  (continuação)

Hi s t ó r i co  d a s  e s t r u t u r as Resu l t ad o s  da  anál ise

Clima Fr io

Mu i t a s e s t r u t u r as co s t e i r a s  d e 2 0 a 5 0  an o s f o r am  in -

c l u í d as  e m u m a  p e s q u i s a  d e 1 9 5 3 a 1 9 5 5 e m 4 3 1 e s -

t r u t u r a s  de  co n c r e t o  n a  D i n am ar ca

5

. E n t r e  as   e s t r u -

t u r a s s e v e r a m e n t e d e t e r i o r a d as  em   Ju t l an d , e s t a -

v a m a s  seg u i n t e s :

P o n t e Od d esu n d , Ca i s

  7: O

 h i s t ó r i co

  da

  e s t r u t u r a

  in -

dicou  u m a  f i s su r ação i n i c i a l  de  t u b u l õ es d ev i d a  a

t en sõ es t é r m i cas . I s so p e r m i t i u  u m a  i n f i l t r ação  c o n -

s i d e r áv e l  cie  á g u a a t r a v é s  d a s  p a r e d e s  do s  t u b u l õ es  e

da   m a s s a  de  co n c r e t o  d e  p r e e n c h i m e n to  do  inter ior .

O s  r ep a r o s g e r a i s  se  deram após oi to anos  d e u s o .

P o n t e

  d e

  au t o - es t r ad a . No r t h Ju t l an d : F i ssu r ação

  e

l a scam en t o sev e r o

  do

 co n c r e t o

  no

  nível médio

  da

ág u a d e r am f o r m a ca r ac t e r í s t i ca  d e  a m p u l h e t a  à s e s -

t acas .  O  co n c r e t o  n a  áre a estava muito f raco. Havi a

co r r o são  de  t o d a  a  a r m a d u r a  e m  t o d o s  os  locais  e, de

f o r m a m a i s p r o n u n c i ad a ,  n a s  v i g as l o n g i t u d i n a i s .

Q u e b r a - m a r  71 .  b a r r e i r a n o r t e ,  L im  Fjord: Blocos  de

co n cr e t o m ag r o  ( 2 2 0  kg/m

H

  cimento) expostos  a  cl ima

de   ventos, ciclos  de  m o l h a g e m  e  secagem, al ta sal ini-

d ad e , co n g e l am en t o

  e

  degelo,

  e

  i m p ac t o sev e r o

  de

casca l h o  e  a r e i a  n a  rebentação. Alguns blocos desa-

p a r e c e r a m  n o m a r a o  longo  d e 2 0  anos.

Ao   longo  da  co s t a  da  No r u eg a ,  71 6  e s t r u t u r a s  d e c o n -

c r e t o f o r am i n sp ec i o n ad as en t r e  1 9 6 2 e 1 9 6 4 .  Cerca

d e 6 0 % d a s  e s t r u t u r a s  de  concreto armado eram cais

co m   pi lares delgados contendo concreto submerso

l an çad o  co m  t r e m o n h a .  A  m a i o r i a  do s  cais t inha  ta -

b u l e i r o s  do  t ipo laje  e  viga.  N a  ép o ca  da  invest igação,

ce r ca

  de

  dois terços

  d a s

  e s t r u t u r as p o ssu í am en t r e

20 e -50  an o s  de  idade. '

D a s  estruturas costeiras, cerca  d e 4 0 %  a p o n t a r a m  de -

t e r i o r ação g en e r a l i zad a ,  e  cerca  d e 3 5 %  ap o n t a r am

desde danos severos  n a  superf ície  a  leve deter ior iaçàn.

i n v es t i g açõ es

  no

  concreto deter iorado

  da

  Ponte

Od d esu n d i n d i ca r am d eco m p o s i ção  do  c i m en t o  e

p er d a  de  r e s i s t ên c i a d ev i d a  ao  a t a q u e  po r  sulfato

ab a i x o  do  nível  de  m ar é - b a i x a  e f i s su r ação d ev i d a  ao

co n g e l am en t o  e  degelo,  b e m  como reação álcal i -agre-

g ad o ac i m a  do  nível  de  m ar é a l t a .  Os   p r o d u t o s  de

r eação  da  decomposição  do  cimento foram aragonita.

e t r i n g i t a , g i p s i t a . b r u c i t a  c j c l  sílico-alcc.lir.c.

A

  an á l i se

  d a s

  e s t acas

  de

  concreto

  d a

  ponte rodoviár ia

mostrou evidências

  de

  b a i x a q u a l i d ad e

  do

  concreto

(al ta  a / c ) .  S i n t o m as  de  decomposição geral  do ci -

m en t o  e  corrosão severa  da  a r m a d u r a  se  sobrepu-

n h a m  n a s  ev i d ên c i a s  do s  p r i n c i p a i s ag en t es d e l e t é -

r ios, como congelamento-degelo  e  reação álcal i -

agregado.

I n v es t i g açõ es  em   blocos  de  concreto severamente dete

r iorados   do  Q u e b r a - m a r  71  m o s t r a r a m  u m a  matr iz

pastosa muito f raca,  co m  p a r t í cu l a s  do  ag r eg ad o  so l -

t a s .

  Além

  do gel

  sí l ico-alcal ino,

  foi

  co n f i r m ad a

  a p r e -

sen ça  de  g i p s i t a  e  bruci ta.

Abaixo  do  níve de   m ar é - b a i x a  e  ac i m a  do  nível  de

m ar é - a l t a ,  os  p i l a r e s  de  concreto geralmente esta-

v a m e m   boas condições.  N a  zona  d e  rebentação, cerca

d e 5 0 % d o s   p i l a r e s av a l i ad o s e s t av am  em   boas condi-

ções:  14 %  t i n h a m  a  á r ea  da  seção t r an sv e r sa l r ed u -

zida  e m 3 0 % o u  m a i s ,  e 2 4 %  t i v e r am  de 10 a 30% da

á r ea

  da

  seção t r an sv e r sa l r ed u z i d a .

  A s

  l a j e s

  do

  t ab u -

leiro  se  ap r esen t av am g e r a l m en t e  em   boas condi-

ções,  m a s 2 0 % d a s  vigas  de  t ab u l e i r o n ecess i t a r am

de   o b r as  de  r ep a r o s  em   f u n ção  de  maiores danos  de -

vidos  à  corrosão  da  a r m a d u r a .  A  d e t e r i o r ação  dos p i -

l a r e s  n a  zona  de  m a r é  fo i  a t r i b u í d a p r i n c i p a l m en t e  à

ação  do  congelamento  em   concreto  de  baixa qual idade.

"Regourcl.  M .. A n n a i e s  de   1 ' In f t i t u t e Techn ique  du   B â t i m e n t  e t d e s  Travaux Pub l i cs .  n . 3 2 9 .  -June  1 9 7 5 . a n d n . 3 5 S . F e b . 1 9 7 S .

í M e h t a .

  P . K :

 H a y n e s .

  H. .

  J.  Slrucl.  Div  A S C E .

  v . 101 . n . S T - S . A ug. 1975.

+Fluss .

  P . J . :

  G o r m a n .

  S . S . .

  •). ACI.  Proc„

  v.

 54 .195S.

§ Idorn .

  G . M . .

  Durab i l i t y

  of

  Concret e St ructu res

  in

  D e n m a r k ,  D. Sc-  dissertation.  Tech . Un iv . , Copenhagen . Denmark .

  1 9 6 .

f

G j o r v .

  O . E . .

  Durability ofReinforced Concrete Wharves  in  Norwegian Harbors.

  T he

  Norweg ian Commi t t ee

  on

  Concret e

  i n S e a

  Water .

1 9 6 S .

5.18.3 Lições  d o s  his tóricos  d e  casos

Para futuras construções  de  es truturas marinhas  de  concreto,  as  lições obtidas  a

part ir  do s históricos d e casos  do concreto deteriorado pela águ a  d o m ar  podem  se r

listadas. Estas lições confirmam a validade  do modelo holístico d a deterioração  do

concreto

 j á

 discutido, conforme apresentado

  a

  seguir.

1.

  Permeabilidade

  é a

  chave

  da

  durabilidade. Interações deletérias

  de

  graves

conseqüências entre constituinte s  de cimento Portland hidratado  e água d o m ar

acontecem quando  n ão h á  precauções contra  a  penetração  de água  do mar no in -

terior  de um  concreto. A s causas típicas d e u m a  estanqueidade insuficiente são :

concretos  m a l proporcionados, ausência  de ar  adequadamente incorporado,  se

a estrutura está localizada  e m clima frio, adensame nto  e cura inadequados,  co-

brimento insuficiente d a armadura, juntas  m a l projetadas o u  executadas  e mi-

crofissuração n o concreto endurecido atribuída  à s  condições  de carregamento  e

outros fatores, como retração térmica, retração  p or  secagem  e  reação álcali-

agregado.

É

  interessante destacar

  qu e

  engenheiros

  da

  tecnologia

  de

  ponta

  do

  concreto

cada  ve z  mais  se conscientizam  da  importância  d a permeabil idade  do concreto

para

  a

  durabilidade

  de

  estruturas expostas

  à s

  águas agressivas.

  Po r

  exemplo,

a s dosagens  de concreto para estruturas  de plataformas marí t imas  n a  Noruega

sã o  agora especificadas para atingir  u m a  permeabilidade máxima permitida

(k  <I0"%g/Pa.in.seg). N os Estado s Unidos,  a s dosagens d e concreto para  a cons-

trução  de  tabuleiros  e  estacionamentos expostos  a  sais  de  degelo estão sendo

especificadas  de  forma  a  l imitar  a s  taxas  de penetração  de  cloretos  a  valores

iguais  ou  menores  qu e  2000 Coulombs,  de  acordo  com a  ASTM Standard Test

Method  C 1202.

2.  Tipo  e  severidade  da deterioração podem  n ão se r  uniformes  na  estrutura.

Conforme ilustrado pela represent ação esquemática  do  cilindro d e  concreto  ar -

mado exposto

  à

  água

  d o m a r

  (Figura 5-28),

  a

  seção

  q ue

  sempre

  se

  mantém

acima d o nível  de maré alta será  a mais suscetível  à ação d e congelamento e cor-

rosão

  da

  armadura.

  A

  seção

  qu e

  está entre

  a s

  linhas

  de

  maré alta

  e

  baixa será

vulnerável  à fissuração e ao lascamento, n ã o apen as pela ação  de congelamento

e  corrosão  da s  armaduras ,  m a s  também pelos ciclos  de  molhagem  e  secagem.

Ataques químicos devidos  à  reação álcali-agregado  e  interação água  d o m ar -

pasta  de cimento também agem nesse ponto.  O concreto enfraquecido pela  m i-

crofissuração e pelos ataques químicos  se desinteg rará pela ação erosiva  e pelo

impacto  da areia, cascalho  e gelo; assim,  a deterioração máxima ocorre junto  à

zona

  de

 maré.

 P o r

 outro lado,

  a

  parte completamente submersa

  d a

  es trutura

  só

estará sujeita  ao ataque químico  da água  d o m ar . P o r n ão estar exposta  a t em -

peraturas abaixo

 d o

 ponto

  de

 congelamento,

  nã o

 haverá risco

 d e

  danos

 por con-

gelamento. Haverá pequena  ou  nenhuma corrosão  n a  armadura devido  à

19 6

  Microestrutura

  e

  Propriedades

  d o

  Concreto Endurecido

Durabilidade

  197

Page 39: Durabilidade das estruturas

7/23/2019 Durabilidade das estruturas

http://slidepdf.com/reader/full/durabilidade-das-estruturas 39/39

ausência  de  oxigênio.

P ar ece  q u e a  deterioração química progressiva  d a  p as ta  d e  cimento pela água

d o m a r , d a

  superf ície para

  o

  in ter ior

  do

  concreto, segue

  u m

  padrão geral

59

.

  A

formação  de  aragonita  e b icarbonato pelo ataqu e  do CO2 normalmente f ica r e s -

t r i t a  à  superfície  do  concreto;  a  formação  de  brucita pelo ataque  de  íons  m a g -

nésio  é  encontrada abaixo  d a  superfície  do concreto,  e a  evidência  de  alguma

Fissuração devida

  à

  corrosão

  d o a ço

Fissuração devida a o  congelamento-degelo

e a o s gradientes normais d e umidade

e

  temperatura

Abrasão física devida

  à

 aç ão

  de

  ondas,

areia, cascalho e  gelo flutuante

Reação álcal i-agregado e  de c omposi ç ão

química  do  cimento hidratado

Armadura

P adr õe s d e  decomposição quimica

1. Ataque  p o r C O2

2. Ataque  por ion Mg

3.

 Ataque

  por

  sulfato

Zona atmosférica

Mafé alta

/ (

  r

  .

, :-r -

Zona submersa

Figura  5 - 2 8  Representaçã o esquemática

  de um

  cilindro

  de

  concreto armado exposto

à

  água

  d o m a r

  (Mehta,

  P . K . ,

  Performance

  of

  Concrete

  in

  Marine Enuironment,

  ACI

S P - 6 5 , p p .  1-20,1980).

O  lipo  e a severidade  do  ataque  em uma  estrutura  de  concreto marítima dependem  das

condições  de  exposição.  As  seções  da  estrutura  que se  mantêm completamente submer-

sas   raramente estão sujeitas  à  ação  de  congelamento  ou à  corrosão  da  armadura.  O

concreto nessa condição  de  exposição estará suscetível  a  ataques químicos.  O padrão

geral  do  ataque químico  do  exterior para  ao  interior  do  concreto  é apresentado.  A  seção

acima  da  marca  de  maré alta estará vulnerável tanto  à  ação  de  congelamento quanto

à  corrosão  da  armadura.  A  deterioração mais severa  é  mais passível  de  ocorrer  na  zona

de  maré, porque nela  a estrutura está. exposta  a  todos  os  tipos  de alagues físicos e  quí-

micos.

formação d e etr ingita  n o  interior indica  q ue  íons sulfato s ão  capazes  de penetrar

a t é  mais p r o f u n d amen te .  A  menos  q u e o  concreto seja muito permeável,  ne -

nhum dano resulta

  d a

  ação química

  da

  água

  d o m a r n a

  p as ta

  de

  cimento,

  p o r -

q u e o s  produtos  de  reação (aragonita, brucita  e  etringita), sendo insolúveis,

t en d em  a  reduzir  a  permeabilidade  e  in ter romper  o ingresso adicional  d a  água

d o m a r n o  in ter ior  do  concreto. Esse tipo  de  ação protetora  n ã o  estará disponí-

ve l sob condições  d e carregamento d inâmico  n a  zona  d e  maré, onde  os  produtos

de   reação seriam lavados pela ação  d a s  ondas assim  q u e s e formassem,

3. A  co r r o são  d a  armadura normalmente  é a  pr incipal causa  d a  deter ioração

e m  es t r u tu r as  d e  concreto armado  e  pro tendido expostas  à  água  d o m a r , m a s

p ar ece

  n ã o s e r a

  pr imeira causa

  d a

  f i s su r ação

  e m

  co n cr e to

  d e

  baixa permea-

bilidade.  C om  base  n os  numerosos casos  de  deterioração,  a s in terações f issura-

ção-corrosão provavelmente seguem  a  ro tina ilustrada  no  d iag r ama  d a  Figura

5-25a.  U m a v e z q u e a  taxa  de corrosão depende  da área cátodo/ ânodo,  n ã o  deve

ocorrer grande expansão acompanhando  a  corrosão  do aço a té que  h a ja  u m a

quantidade suf iciente

  d e

  oxigênio

  n a

  superf ície

  da

  armadura ( is to

  é , u m a u -

mento n a á rea catódica). Isso n ão acontecerá enquanto  o cobrimento  d e concreto

e m  torno  d a  zona  de  interface aço-pasta  de cimento permanecer impermeável.

Poros  e  microf issuras j á  existem  n a  zona  d e  in ter face,  m a s s u a  in tensif icação

a t r av és  d e u m a  var iedade  de fenômenos  q u e n ã o a  corrosão parece necessária

para  qu e ha ja condições  de corrosão significativa n a  a r mad u r a  do  concreto. U m a

ve z estabelecidas  as  condições para corrosão,  u m  ciclo d e  fissuração associado  à

corrosão progressivamente crescente (fissuração-corrosão-fissuração adicional)

se

  inicia

  e

  acaba

  p o r

  levar

  a

  consideráveis danos estruturais.

Teste

 s eu

 Conhecimento

5.1 O qu e  você entende pelo termo

 durabilidade

? Comparada  à s  outras conside-

rações, qual deveria  se r a  impor tância dada  à  durabilidade  no  projeto  e n a  cons-

trução  de  es t r u tu r as  d e  concreto?

5. 2

  Escreva

  u m

  breve texto sobre

  a

  es t r u tu r a

  e a s

 propr iedades

  da

  água,

  no que

di z respeito especialmente  a seu  efeito destrutivo sobre  os mater iais .

5. 3  Def ina  o  coeficiente  d e  permeabilidade. Forneça  os  valores típicos  do  coefi-

ciente para  (a ) p as tas  de cimento n o estado fresco; (b ) p as tas  de cimento  no  estado

endurecido;  (c)  agregados comumente utilizados;  (d) concretos  de  alta resistência;

(e)   concreto massa para barragens.

5. 4

  Como  a  d imensão  do  agregado influencia  o coeficiente  de  permeabilidade  do

concreto? Relacione outros fatores  q ue  determinam  a  permeabilidade  do concreto

e m u m a  estru tura.

5.5   Qual  é a  diferença entre erosão  e abrasão?  D o  ponto  d e v is ta  de durabilidade

à

  abrasão severa,

  q ue

 recomendações você faria

 n a

  especificação

 do

 concreto

 e

 cons-

trução  d e u m  piso industrial?

5 .6 Sob que  condições  a s  soluções salinas podem danificar o concreto  se m  envol-

v er   ataqxie químico  n a  p as ta  de  cimento Portland? Quais  as  soluções salinas  q u e