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UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
CRISTIANO DIEGO POERSCH
LUAN MARLON BUENO SANTOS
REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO - ESTUDO COMPARATIVO DA
INFLUÊNCIA EM CONCRETOS ARMADO E PROTENDIDO
CURITIBA
2015
CRISTIANO DIEGO POERSCH
LUAN MARLON BUENO SANTOS
REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO - ESTUDO COMPARATIVO DA
INFLUÊNCIA EM CONCRETOS ARMADO E PROTENDIDO
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao
curso de Engenharia Civil da Faculdade de
Ciências Exatas e de Tecnologia da Universidade
Tuiuti do Paraná, como requisito parcial para
obtenção de grau de Engenheiro Civil.
Orientador (a) Msc. : Eliane Pereira de Lima
CURITIBA
2015
AGRADECIMENTOS
Agradecemos ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Tuiuti do Paraná, е às
pessoas com quem convivemos nesses espaços ао longo desses anos. А
experiência de υmа produção compartilhada na comunhão com amigos nesses
espaços foram а melhor experiência de nossa formação acadêmica.
Agradeço а Deus pois sem Ele não teríamos forças pаrа essa longa jornada,
agradecemos aos professores е аоs colegas qυе ajudaram na conclusão da
monografia.
À nossa orientadora Eliane Peireira de Lima, por seus ensinamentos, paciência е
confiança ао longo das supervisões das nossas atividades. É um prazer tê-la na
banca examinadora.
Аоs familiares que mesmo longe, torcem e dão todo o apoio e incentivo necessário
para conclusão dessa jornada tão importante.
RESUMO
A reação álcali-agregado é uma reação química causada entre os hidróxidos
presentes no cimento, e minerais reativos presentes nos agregados, os quais dão
origem a um gel sílico-alcalino que na presença de água acaba expandindo,
desenvolvendo um quadro de fissuração deletéria que serve de porta para
ocorrência de outras patologias. Embora esta reação seja conhecida por mais de 70
anos, e apesar dos diversos estudos e análises já realizadas onde vários autores a
classificam como extremamente prejudicial a durabilidade do concreto, sua
ocorrência ainda não foi totalmente controlada e abolida, causando problemas
estruturais até os dias de hoje. Em virtude dos problemas causados pela reação
álcali-agregado em grandes estruturas, visualizou-se a necessidade da realização
de um estudo comparativo dos impactos causados pela reação a resistência
mecânica do concreto armado e protendido. O presente trabalho empregou a
utilização de dois traços de concreto, no intuito de comparar estruturas de concreto
de armadura passiva e ativa com a moldagem de vigas e corpos de prova que
tiveram as mesmas condições de aceleração de idade fictícia, para analisar a
influência da reação na resistência final da estrutura de um dos traços. Como
resultado pode-se visualizar a importância da caracterização dos agregados
utilizados para fabricação do concreto, onde com o desenvolvimento da reação
podemos visualizar uma perda de resistência acentuada, devido a reação deletéria
e influência da granulometria dos agregados.
Palavras-Chave: Patologia do concreto; Reação álcali-agregado; Ensaio acelerado
de vigas de concreto; Vigas Protendidas; Granolometria; Vidro Pyrex.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 – PONTE PROTENDIDA SOBRE AÇÃO DA RAA .................................. 17
FIGURA 2- GRÁFICO COMPORTAMENTO ELÁSTICO .......................................... 19
FIGURA 3 - RELAÇÃO ENTRE O CONSUMO DE CIMENTO NO CONCRETO E O
EQUIVALENTE ALCALINO DO CIMENTO ............................................................... 21
FIGURA 4 - INFLUÊNCIA DA GRANULOMETRIA NA EXPANSÃO ......................... 22
FIGURA 5 - REATIVIDADE POTENCIAL SEGUNDO O MÉTODO NBR PARA
DIFERENTES TIPOS DE BASALTO ........................................................................ 23
FIGURA 6 - COMPORTAMENTO DE FISSURAS EM DORMENTES
PROTENDIDOS ........................................................................................................ 27
FIGURA 7 – PONTE PROTENDIDA AFETADA PELA RAA ..................................... 27
FIGURA 8 – ARMADURA PASSIVA ......................................................................... 35
FIGURA 9 – ARMADURA ATIVA .............................................................................. 35
FIGURA 10 - VIGA DE ARMADURA PASSIVA ........................................................ 36
FIGURA 11 - VIGA DE ARMADURA ATIVA ............................................................. 36
FIGURA 12 - FORMAS DE CORPOS DE PROVA ................................................... 37
FIGURA 13 - CORPO DE PROVA CILÍNDRICO ...................................................... 37
FIGURA 14- VIGA DE ARMADURA PASSIVA ......................................................... 38
FIGURA 15 - VIGA DE ARMADURA ATIVA ............................................................. 39
FIGURA 16 – VIDRO PYREX ................................................................................... 40
FIGURA 17 - PROCESSO DE MOAGEM ................................................................. 40
FIGURA 18 - VIDRO MOIDO .................................................................................... 40
FIGURA 19 - PESAGEM DO VIDRO ........................................................................ 40
FIGURA 20 - PENEIRAS UTILIZADAS ..................................................................... 40
FIGURA 21 - PESAGEM DO MATERIAL CONTAMINANTE .................................... 42
FIGURA 22 - CAIXA PARA CONTROLE DE VOLUME ............................................ 43
FIGURA 23 - CAIXA PARA CONTROLE DE VOLUME ............................................ 43
FIGURA 24 - MISTURA DO AGREGADO AREIA ..................................................... 44
FIGURA 25 - MOLDAGEM DAS VIGAS ................................................................... 44
FIGURA 26 - MISTURA DO AGREGADO VIDRO PYREX ....................................... 44
FIGURA 27 - MOLDAGEM DAS VIGAS ................................................................... 45
FIGURA 28 - MOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA ........................................... 45
FIGURA 29 - SLUMP TEST ...................................................................................... 45
FIGURA 30 - DESFORMA DAS VIGAS .................................................................... 46
FIGURA 31 – ACUNHAMENTO DAS VIGAS PARA PROTENSÃO ......................... 47
FIGURA 32 - PROTENSÃO DAS VIGAS .................................................................. 48
FIGURA 33 – ACOMPANHAMENTO DE REPROTENSÃO DAS VIGAS ................. 49
FIGURA 34 – REPROTENSÃO DAS VIGAS ............................................................ 49
FIGURA 35 - ALONGAMENTO REAL DA CORDOALHA ......................................... 50
FIGURA 36 - CORTE DAS CORDOALHAS .............................................................. 50
FIGURA 37 – ENSAIO ACELERADO ....................................................................... 51
FIGURA 38 – CORPOS DE PROVA ENSAIADOS ................................................... 52
FIGURA 39 – CORPO DE PROVA 1587 .................................................................. 52
FIGURA 40 – CORPO DE PROVA 1587 .................................................................. 53
FIGURA 41 – IDENTIFICAÇÃO E DEMARCAÇÃO .................................................. 53
FIGURA 42 – VIGAS E CORPOS DE PROVA IDENTIFICADOS ............................. 54
FIGURA 43 – PESAGEM DO HIDRÓXIDO DE SÓDIO ............................................ 54
FIGURA 44 – ARMAZENAGEM EM ESTUFA .......................................................... 55
FIGURA 45 – TEMPERATURA UTILIZADA.............................................................. 55
FIGURA 46 – CORPOS DE PROVA RETIRADOS DA IMERSÃO ............................ 56
FIGURA 47 – IDENTIFICAÇÃO VISUAL PÓS IMERSÃO ........................................ 56
FIGURA 48 – PRENSA PARA ROMPIMENTO CORPOS DE PROVA ..................... 57
FIGURA 49 – PRENSA PARA ENSAIO DE FLEXÃO NAS VIGAS ........................... 58
FIGURA 50 – PRIMEIRA PESAGEM ........................................................................ 59
FIGURA 51 – MEDIÇÃO DO NIVEL CAPILAR ......................................................... 59
FIGURA 52 – FISSURA PRIMÁRIA EM FORMA DE MAPA ..................................... 60
FIGURA 53 – FISSURA MAPEADA EM ESTÁGIO AVANÇADO EM BLOCO DE
FUNDAÇÃO .............................................................................................................. 61
FIGURA 54 – FISSURA LONGITUDINAL (VIGA PROTENDIDA) ............................. 61
FIGURA 55 – TRINCAS EM DORMENTES DE CONCRETO PROTENDIDO .......... 62
FIGURA 56 – FISSURA NA VIGA PROTENDIDA ENSAIADA ................................. 62
FIGURA 57 – COLUNA LEVEMENTE PROTENDIDA COM FISSURA .................... 62
FIGURA 58 – VIGA V1 - AREIA ................................................................................ 66
FIGURA 59 – VIGA V2 - AREIA ................................................................................ 66
FIGURA 60 – VIGA V3 - VIDRO ............................................................................... 66
FIGURA 61 – VIGA V4 - VIDRO ............................................................................... 66
LISTA DE GRÁFICOS
GRÁFICO 1 – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ..................................................... 63
GRÁFICO 2 – CARGA X DEFORMAÇÃO ................................................................ 65
LISTA DE QUADROS
QUADRO 1 – ROCHAS, MINERAIS E SUBSTÂNCIAS SINTÉTICAS REATIVAS
COM CIMENTOS ALCALINOS. ................................................................................ 25
QUADRO 2 - RESUMO DE CORPOS DE PROVA ................................................... 38
QUADRO 3 - TABELA DE ARMADURA ................................................................... 39
QUADRO 4 - GRANULOMETRIA DO VIDRO PYREX ............................................. 41
QUADRO 5 - CONSUMO POR M³ DE CONCRETO ................................................ 41
QUADRO 6 - TABELA VOLUME DE MATERIAIS .................................................... 46
QUADRO 7 – RESULTADOS DA CAPILARIDADE .................................................. 69
LISTA DE SIGLAS
µm Micrômetro
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ASTM American Society for Testing and Materials
BAR Unidade de pressão
CA Característica do Aço
Cm Centímetro
CP 190 RB Cordoalha Protendida Categoria de Resistência 190 Relaxação Baixa
CPV-ARI Cimento Portland de Alta Resistência Inicial
DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes
FC3 Resistência característica do concreto ao terceiro dia
g Grama
g/cm² Grama por centímetro quadrado
K Potássio
K2O Óxido de Potássio
Kg Quilograma
Kg/m³ Quilograma por metro cúbico
kN Quilonewton
LCI Laboratório de Concreto Itaipu
m Metro
m³ Metro cúbico
mL Mililitro
mm Milímetro
mm² Milímetro quadrado
MPa Megapascal
Na Sódio
Na2O Hidróxido de sódio
NBR Norma Brasileira Regulamentadora
ºC Grau Celsius
pH Potencial hidrogeniônico
RAA Reação álcali-agregado
RAC Reação álcali-carbonato
RAS Reação álcali-silica
Slump test Ensaio para quantificar o abatimento do concreto
Tf Toneladas-força
LISTA DE SÍMBOLOS
% Porcentagem
Ø Diâmetro
+ Soma
- Subtração
º Grau
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 12
1.2 OBJETIVOS ...................................................................................................... 14
1.2.1 OBJETIVO GERAL ........................................................................................ 14
1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................... 14
2 REFERENCIAL TEÓRICO .................................................................................. 15
2.1 UTILIZAÇÃO DO CONCRETO ......................................................................... 15
2.2 CONCRETO PROTENDIDO ............................................................................. 17
2.3 MÓDULO DE ELASTICIDADE .......................................................................... 19
2.4 CIMENTO (OS ÁLCALIS NO CIMENTO) .......................................................... 20
2.5 AGREGADO ..................................................................................................... 21
2.6 VIDRO ............................................................................................................... 22
2.7 PATOLOGIAS DO CONCRETO ....................................................................... 24
2.8 REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO ........................................................................ 25
2.8.1 Tipos de reação álcali-agregado .................................................................... 28
2.8.1.1 Reação Álcali-Sílica .................................................................................... 28
2.8.1.2 Reação Álcali-Silicato .................................................................................. 29
2.8.1.3 Reação Alcali-Carbonato ............................................................................ 29
2.8.2 Fatores que influenciam a reação álcali agregado ......................................... 29
2.8.3 Adições inibidoras e controle das reações álcali-sílica e álcali-silicato .......... 31
2.8.4 Diagnósticos de reatividade Álcali-Agregado ................................................. 32
2.8.4.1 Análise Petrografica do agregado ............................................................... 32
2.8.4.2 Expansão em barras de argamassa pelo Método Acelerado ...................... 33
2.8.4.3 Determinação de expansão em prismas de concreto ................................. 33
2.8.5 Estruturas acometidas por reação álcali-agregado ........................................ 34
3 MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................... 35
3.1 IDENTIFICAÇÃO E SELEÇÃO DOS ENSAIOS: ............................................... 35
3.1.1 Viga ................................................................................................................ 35
3.1.2 Corpo de prova cilíndrico ............................................................................... 36
3.2 DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS: ................................................................. 38
3.3 ESCOLHA DO CONCRETO E AGREGADO REATIVO: ................................... 39
3.4 MOLDAGEM E PROPORÇÕES DO AGREGADO ........................................... 41
3.5 MOLDAGEM ..................................................................................................... 42
3.6 CURA ................................................................................................................ 46
3.7 PROTENSÃO .................................................................................................... 47
3.8 TRATAMENTO DA ANCORAGEM ATIVA ........................................................ 50
3.9 ENSAIO ACELERADO PARA REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO ........................ 51
3.9.2 Preparação dos protótipos para ensaio ........................................................ 53
3.9.3 Solução de Hidróxido de Sódio .................................................................... 54
3.9.4 Armazenamento e ensaio em estufa ventilada ............................................. 55
3.9.5 Ensaios para determinação de resistência ................................................... 56
3.9.5.1 Compressão direta dos corpos de prova .................................................. 57
3.9.5.2 Flexão direta das vigas de concreto ......................................................... 57
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ......................................................................... 60
4.1 INSPEÇÃO VISUAL PÓS ENSAIO ................................................................... 60
4.2 ENSAIO A COMPRESSÃO DOS CORPOS DE PROVA CILÍNDRICOS .......... 63
4.3.1 Deformação em decorrência da aplicação de carga ...................................... 64
4.4 Ensaio de capilaridade do concreto .................................................................. 69
5 CONCLUSÃO ...................................................................................................... 71
5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ................................................ 72
6 REFERÊNCIAS.................................................................................................... 73
ANEXOS ................................................................................................................. 78
12
1 INTRODUÇÃO
O uso do concreto de cimento Portland vem sendo uma das atividades mais
praticadas no mundo no ramo da construção civil. Suas várias vantagens o torna um
material único quanto a suas características e funções, e portanto tornando viável
inúmeros projetos devido a sua moldagem e aplicação em diversas estruturas
Segundo Mehta e Monteiro (2014) atualmente o índice de consumo de
concreto tem sido muito maior do que 50 anos atrás, onde se estima que no mundo
a ordem de consumo seja de 19 bilhões de toneladas métricas por ano.
No intuito de melhorar e diversificar este sistema já difundido foi criado o
concreto protendido, que ampliou ainda mais a gama de possibilidades da utilização
do concreto. Com a aplicação de protensão, pode se explorar de forma mais
expressiva uma das características mais importantes do concreto: a compressão.
Este sistema consiste na utilização de armaduras ativas, que recebem certa carga
de protensão, comprimindo o concreto de forma a ampliar sua capacidade de resistir
a esforços de flexão.
De acordo com Hanai J. B. (2005), a protensão é utilizada de certa forma a
criar tensões de compressão prévias nas regiões onde o concreto seria tracionado
em função das ações sobre a estrutura, solidarizando partes menores de concreto
armado para compor sistemas estruturais mais eficientes.
Porém, apesar do seu uso frequente e diversos estudos já realizados para
melhorar a sua utilização, existem vários fenômenos patológicos que podem afetar a
durabilidade do concreto e que ainda merecem total atenção para evitar possíveis
problemas futuros. Estas patologias podem ocorrer por diversos fatores, dentre eles
destacam-se os fenômenos químicos que podem ocorrer no uso de materiais de má
qualidade, intervenções climáticas com a presença excessiva de umidade e até
mesmo a má execução e aplicação.
Conforme Mehta e Monteiro (2014), os principais fatores que influenciam a
durabilidade do concreto são o desgaste da superfície, fissuração devido a
cristalização de sais nos poros, exposição a altas temperaturas e a presença de
água, presente em todo tipo de deterioração e causando efeitos químicos deletérios,
como reações expansivas envolvendo o ataque por sulfato, reação álcali agregado e
corrosão da armadura.
13
Uma das patologias mais conhecidas é a reação álcali agregado, que ocorre
através de uma reação química entre os agregados e os álcalis do cimento (K e Na)
utilizados na fabricação do concreto, e na presença excessiva de água. Esta reação
ocorre quando empregamos materiais de má qualidade, que com a adição de
cimento pode reagir com os álcalis presentes no mesmo produzindo um gel
expansivo, que por sua vez causa reações internas no concreto já curado,
ocasionando fissuras e até mesmo a eflorescência de alguns agregados presentes
na estrutura.
Em geral estas reações ocorrem em estruturas que possuem contato
excessivo com a água e umidade, pois a presença de água é um dos fatores
indispensáveis para o início da reação química, fazendo com que estruturas como
pontes, barragens e até mesmo blocos de fundação sejam os mais afetados pela
reação.
Estruturas de concreto como barragens, pontes, fundações de edifícios e
outras, quando em contato com água desenvolvem patologias como a reação álcali
agregado, apresentando um quadro patológico irreversível caracterizado por
expansões indesejáveis causadoras de deformações, fissuras, perda de resistência
e rigidez. (SILVA, C. S. 2009. p. 26 apud POOBLE, 1992, HASPARYK, 1999;
METHA e MONTEIRO, 2008).
Com o aumento da utilização de prontensão na execução de pontes e
diversas estruturas que podem estar em contato direto com a umidade, visualizou-se
a necessidade do estudo da reação álcali agregado em elementos protendidos.
Sendo este o tema deste trabalho de graduação, onde serão analisados os
possíveis problemas que podem ocorrer em elementos protendidos, já que com o
aparecimento da reação ocorrem diversos efeitos físicos na estrutura, como a
expansão e aparecimento de trincas que podem danificá-la por facilitar a corrosão da
armadura e também aliviar as tensões.
Este estudo utiliza como princípio a norma NBR 15577, que estabelece os
ensaios para determinação da reação álcali-agregado em estruturas de concreto
convencional. A partir das especificações da norma para concreto convencional será
realizado um estudo comparativo em estruturas protendidas com a realização de
ensaios de caracterização.
14
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 OBJETIVO GERAL
O objetivo geral deste trabalho é estudar a reação álcali agregado e as suas
consequências na durabilidade de estruturas de concreto protendido, por meio do
estudo comparativo entre vigas protendidas e armadura passiva.
1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Avaliar o possível aparecimento de fissuras;
Analisar o módulo de deformação;
Comparar a resistência a compressão de concreto com e sem sílica;
Estimar possíveis riscos da reação álcali agregado em elementos protendidos;
Avaliar a porosidade por meio de ensaio de capilaridade.
15
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 UTILIZAÇÃO DO CONCRETO
Atualmente o consumo de concreto tem aumentado consideravelmente em
relação aos últimos 50 anos e segundo Mehta e Monteiro (2014), existem três
motivos principais para o concreto ser tão utilizado na engenharia. São eles:
Excelente resistência a água em relação aos demais materiais utilizados na
construção como a madeira e o aço, tornando o concreto ideal para
construção de estruturas para controle, armazenamento e transporte de água;
Consistência plástica que favorece o fluxo e moldagem de diferentes
estruturas e tamanhos a partir de diferentes técnicas e formas;
Grande disponibilidade aos materiais utilizados para sua fabricação com custo
relativamente baixo aos demais métodos, onde seus principais componentes
podem ser encontrados em todos os lugares do mundo.
Já para Pinheiro L. M. (2007) o concreto além destas vantagens possui as
seguintes características que o fazem tão utilizado:
Possui boa resistência em relação aos esforços solicitantes a partir de um
correto dimensionamento;
Estrutura monolítica, fazendo com que a estrutura trabalhe em conjunto
quando for solicitada;
Baixo custo de mão de obra por não precisar de elevado nível de qualificação;
Processo construtivo difundido e conhecido;
Rapidez na execução, possibilitando peças pré-moldadas;
Alta durabilidade e proteção dos elementos de composição como a armação;
Alta segurança contra fogo, desde que seja obedecido os cobrimentos
mínimos;
Resistência a vibrações e choques térmicos e atmosféricos.
Segundo Helene P. e Andrade T. (2010) os Estados Unidos e Canadá, sendo
as duas mais poderosas sociedades atuais, consideram o estudo das estruturas de
concreto o investimento mais importante na ciência e tecnologia para liderança de
seus parques industriais e qualidade de vida da população.
16
Dentre as principais causas da baixa durabilidade dos concretos existentes
nas estruturas, pode-se destacar:
A falta de conhecimento, por parte dos projetistas e construtores, em relação
aos processos de degradação, sua origem, mecanismos e evolução;
Rápido avanço tecnológico no âmbito dos materiais utilizados nas
construções, principalmente no que tange aos aglomerantes, adições,
agregados e aditivos, na medida em que, sem estarem suficientemente
esgotadas as pesquisas sobre a sua influência no comportamento dos
concretos e os seus efeitos colaterais, estão sendo usados em grande escala;
A utilização cada vez maior de cimentos especiais, finamente moídos e que
por vezes incorporam no seu processo de fabricação diferentes técnicas de
queima e diferentes matérias primas;
A falta de conhecimento por parte daqueles que são os responsáveis pela
manutenção e conservação das estruturas. (AGUILAR, J. E. 2006, p. 18)
Mehta e Monteiro (2014) ressaltam que algumas considerações gerais são
úteis quando discutimos aspectos de durabilidade do concreto, onde a água entra
tanto como agente de criação e também como destruição, pois esta presente em
todo o tipo de deterioração e costuma ser o principal problema da durabilidade do
concreto, pois serve tanto como veículo para transporte de íons agressivos e
também como causadora de diversos tipo de processos químicos e físicos da
degradação.
Já para Silva (2009, p. 25) “No campo da durabilidade, alguns fatores como
cálculo estrutural, os materiais constituintes, a execução e cura do concreto
influenciarão diretamente o desempenho das estruturas”. As características de cada
material utilizado influenciam diretamente na durabilidade do concreto pois a
interação destes materiais é que determina a vida útil do mesmo, por proporcionar
determinadas características.
Na construção de obras grandes, em contato direto com a água, como
barragens, usinas hidrelétricas e pontes, existe a necessidade de utilizar concretos
que atendam as especificações técnicas e econômicas para obter o melhor resultado
em longo prazo. Para isso são realizadas diversas pesquisas a fim de evitar
patologias decorrentes do contato direto com água, utilizando adições químicas
minerais e orgânicas nas dosagens, como sílica ativa, fibras, escória de alto forno,
17
resinas poliméricas, borrachas, entro outras. (CARMO, J. B. e PORTELLA, K. F.
2008).
FIGURA 1 – PONTE PROTENDIDA SOBRE AÇÃO DA RAA
FONTE: LOPES, 2004.
2.2 CONCRETO PROTENDIDO
Em função do concreto possuir baixa resistência a tração, foi necessário criar
mecanismos para ampliação da capacidade do mesmo resistir a flexão. Conforme
HANAI J. B. (2005), foi criada a protensão, no intuito de criar tensões de compressão
em regiões onde o concreto seria tracionado, explorando sua capacidade de
compressão através de armaduras ativas.
No concreto protendido conforme Fusco (2008), são utilizados aços com
resistências de escoamento da ordem de 2000 MPa, que por sua vez são
tracionados durante o processo de construção da estrutura por meio de mecanismos
adequados, com isso guardam tensões residuais permanentes, que com o tempo
podem sofrer pequenas perdas de esforços em função das ações sobre a estrutura.
A partir do estudo de Cauduro E. L. (1995, p. 26) as principais vantagens na
utilização do concreto protendido em pós-tração são:
Melhor aproveitamento de materiais de alta resistência (concreto e aço);
Permite seções mais esbeltas;
18
Aumento das alturas efetivas, por eliminar o sistema de vigas;
Diminui custos de fundação por reduzir o peso da estrutura;
Redução do número de pilares e aumento de vãos;
Permite o controle de flechas e fissuras;
Custos de manutenção e vida útil reduzidos.
Segundo Schmid, M. T (2009, p. 6) tanto a utilização do sistema de protensão
aderente como não aderente se tornam viáveis quando bem executadas. A escolha
deve ser feita a partir das características especificas de cada obra, pois ambas
possuem vantagens e desvantagens, porém todas são seguras quando atendem
todas as exigências das normas técnicas de boa execução.
Conforme Loureiro, G. J. (2006, p.2) o uso de cordoalhas engraxadas e
plastificadas se iniciou somente a partir de 1997 pela Belgo Mineira, e conforme ele,
este sistema possui vantagens estruturais, construtivas e econômicas como:
Ponto de vista Estrutural
São capazes de vencer maiores vãos utilizando pequenas
espessuras com fissuração e flechas reduzidas;
Melhor desempenho e maior resistência, utilizando materiais de
alta resistência como cordoalha CP 190 RB e concretos acima
de 30 MPa;
Coeficientes de atrito reduzidos em função do uso de cordoalhas
engraxadas;
Minimiza as tensões concentradas e armaduras de fretagem por
possuir sistema de ancoragens individual.
Ponto de vista executivo:
Pés-direitos menores por não utilizar o sistema de vigas;
Menor número de pilares com maior flexibilidade na utilização
dos espaços;
Possibilidade de execução de pisos de grandes extensões sem
necessidade de juntas de dilatação;
Agilidade e planicidade na execução, reduzindo prazos.
Já para Veríssimo G. S. e Lenz K. M. (1998), o concreto protendido pode
apresentar algumas desvantagens como necessidade de maior controle na
19
execução, maior proteção contra corrosão do aço, exigência de pessoal
especializado e maior equipe técnica.
2.3 MÓDULO DE ELASTICIDADE
Conforme Mehta e Monteiro (2014), o módulo de elasticidade é a “relação
entre a tensão aplicada e a deformação instantânea dentro de um limite proporcional
assumido” e as características elásticas de cada material podem ser medidas
através de sua rigidez.
Para Neville e Brooks (2013), alguns dos principais fatores que afetam o
módulo de elasticidade são a umidade, a porosidade e as propriedades dos
agregados utilizados, onde quanto maior o módulo de elasticidade do agregado,
maior será o módulo do concreto.
Diferentemente da pasta de cimento, o agregado e o concreto não são
materiais elásticos. Com isso, quando aplicado uma carga instantânea em um corpo
de prova de concreto, a deformação resultante não é diretamente proporcional a
tensão aplicada, e também não é totalmente recuperada quando ocorre o
descarregamento (MEHTA e MONTEIRO, p.89. 2014), conforme apresenta a
FIGURA 2.
FIGURA 2- GRÁFICO COMPORTAMENTO ELÁSTICO
C1 = AGREGADO; C2 = CONCRETO; C3 = PASTA DE CIMENTO
FONTE: MEHTA e MONTEIRO, 2014.
Além dos fatores já citados, Neville e Brooks (2013) relatam que a idade do
concreto está ligada ao módulo de elasticidade, onde quanto maior a idade, maior
20
será a elasticidade do concreto. Sendo que apesar de estarem ligadas, o módulo
cresce mais rapidamente que a resistência.
2.4 CIMENTO (OS ÁLCALIS NO CIMENTO)
As matérias-primas utilizadas na fabricação do cimento são responsáveis pela
presença de álcalis na faixa de 0,2 % a 1,5 % de Na2O equivalente. Dependendo da
quantidade de álcalis de um cimento, o pH da solução dos poros de concreto
normais é geralmente de 12,5 a 13,5. (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
De acordo com Vivian (1976, apud THIECER, F. 2006), os álcalis exercem
influência no desenvolvimento da resistência da pasta de cimento, na sua
permeabilidade, retração e durabilidade, pois inibem a corrosão do aço presente no
concreto, mantendo a mistura com pH elevado. Porém, em contato com algumas
substâncias presentes nos agregados podem gerar reações expansivas, devido ao
teor alcalino.
Dados provenientes de vários estudos nos Estados Unidos, mostram que a
presença maior de 0,6% de Na2O, quando combinados com agregados reativos a
álcalis, causam grandes expansões devido a RAA. A ASTM C150, portanto
estabeleceu a seguinte classificação para a presença de Na2O equivalente em
cimentos:
0,6% > Baixa alcalinidade
0,6% < Alta alcalinidade
Na prática, os conteúdos alcalinos classificados como “baixa alcalinidade”
normalmente são suficientes para impedir danos devidos a RAA independente do
tipo de agregado reativo. Quando há um consumo elevado de cimento no concreto,
mesmo este cimento possuindo um baixo teor de alcalinidade, menor do que 0,6%
ainda pode ser danoso em virtude do alto volume do material. (MEHTA e
MONTEIRO, 1994).
Neste caso Paulon (1981, FURNAS 1997 apud PIRES, K. O. 2009) transcreve
que é necessário o estabelecimento de valores limites, não somente do percentual
de álcalis no cimento, mas também de cimento no concreto.
21
A FIGURA 3 mostra a relação entre consumo de cimento no concreto e o
equivalente alcalino do cimento, indicando a potencialidade reativa nessas
combinações.
FIGURA 3 - RELAÇÃO ENTRE O CONSUMO DE CIMENTO NO CONCRETO E O EQUIVALENTE ALCALINO DO CIMENTO
FONTE: FURNAS, 1997
Estudos na Alemanha e Inglaterra mostram que se o conteúdo total de álcalis no
cimento de todas as fontes estiver abaixo de 3 Kg/m³, a possibilidade de ocorrer
danos será reduzida. (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
A NBR 15577-1 (2008), especifica que os álcalis que participam da reação álcali-
agregado podem ser originarias de qualquer fonte interna ou externa ao concreto.
2.5 AGREGADO
Por muitas vezes considerado material de enchimento inerte, os agregados
possuem grande influência na resistência, estabilidade dimensional e durabilidade
do concreto. O agregado ocupa certa de 60 a 80% do volume do concreto, sendo
que, conforme a formação mineralógica do agregado, temperatura, umidade e
dimensão das partículas, podem reagir com os álcalis do cimento presentes no
22
concreto, causando a denominada relação álcali-agregado (MEHTA e MONTEIRO,
2014).
Na reação álcali-agregado, são várias as características dos agregados que
contribuem para o desenvolvimento da reação no concreto, entre elas: quantidade
de agregado empregado, composição granulométrica e forma dos grãos e
principalmente características mineralógicas (PIRES, K. O. 2009)
Quanto à distribuição granulométrica HOBBS (1988, apud PIRES, K. O. 2009),
indica que quanto maior a partícula do agregado, menor será a expansão causada.
E que quanto menor a partícula presente no concreto, maior é seu potencial de
reagir, conforme FIGURA 4.
FIGURA 4 - INFLUÊNCIA DA GRANULOMETRIA NA EXPANSÃO
FONTE: HOBBS, 1988.
2.6 VIDRO
Para Simões, L. J. (2013) o vidro é uma substância inorgânica, amorfa e
fisicamente homogênea. Em geral possuem como constituinte principal o óxido de
silício.
A utilização do vidro em argamassas pode gerar resultados indesejados em
relação à reação álcali-agregado. Segundo Durhan e Maier (2012, apud SIMÕES, L.
J. 2013) o tamanho das partículas desempenha um papel muito importante uma vez
que influenciam em possíveis reações álcali-sílica, preenchendo melhor os vazios
23
impedindo que o gel expansivo de propague pelos poros do concreto, prejudicando
assim o desempenho mecânico e durabilidade da composição.
Pesquisadores como Kou e Pon (2009), Park, Lee e Kim (2004), Khmiri,
Samet e Chaabouni (2012) e Du e Tan (2013) após estudarem a utilização de vidro
em argamassas, verificaram a possível reação álcali-sílica que ocorre quando os
álcalis do cimento reagem com a sílica do vidro, formando um gel que expande na
presença de água causando danos como fissuras e rupturas das argamassas.
(SIMÕES, L. J, 2013)
Segundo Simões (2013), em estudos realizados por Taha e Nounu (2009)
mostram que a substituição da areia por vidros em concreto possui alto risco da
ocorrência da reação álcali-sílica, o que pode gerar danos a estrutura. Shi e Zeng
(2007) também afirmam que para contornar a expansão devido a reação álcali-sílica
podem ser utilizados adições minerais e um cimento pozolânico.
Para Oliveira (1997, apud SILVA, P. N. 2007) no ensaio acelerado de barras
de argamassa segundo metodologia do NBR-15577/2008-4, a FIGURA 5 exemplifica
bem que as expansões ocorrem em escala de tempo e também variam de acordo
com o tipo de sílica reativa empregada na dosagem de concreto.
FIGURA 5 - REATIVIDADE POTENCIAL SEGUNDO O MÉTODO NBR PARA DIFERENTES TIPOS DE BASALTO
FONTE: SALLES; OLIVEIRA, 1997.
24
Métodos da NBR 12651/1992 que analisam a eficiência de materiais
pozolânicos na eficiência de prevenção de reações expansivas excessivas
ocasionadas pela reação álcali-agregado, utilizam em testes através da confecção
de barras de argamassa o vidro pirex (material altamente reativo).
Também em norma interna da Itaipu Binacional (LCI – 157/76) “Método de
ensaio para verificação da eficiência do material pozolânico no combate a reação
álcalis-agregado” – (Redução da expansão da argamassa), o vidro Pyrex sendo um
material reativo, foi utilizado como componente na verificação da RAA.
2.7 PATOLOGIAS DO CONCRETO
Segundo Araujo J. M. (2002) a deformidade do concreto depende do tempo e
tem uma importância considerável na análise estrutural. Estas deformações são
normalmente separadas em duas partes: a fluência e a retração.
Conforme a norma DNIT 090 (2006 – ES) as causas das patologias mais
encontradas podem ser classificadas em duas categorias, como as físicas (desgaste
superficial devido abrasão ou erosão; fissuração devida temperatura e umidade) e as
químicas (hidrólise da pasta de cimento por água pura; trocas iônicas entre fluidos
agressivos; reações por produtos expansivos como por sulfatos, reações álcali
agregado e corrosão da armadura).
A temperatura do ambiente também afeta profundamente o envelhecimento
do concreto, onde a exposição de elevadas temperaturas pode acelerar o processo
de fluência e envelhecimento do concreto. Sendo que em temperaturas inferiores a
5º C, a fluência praticamente cessa (ARAUJO, J. M. 2002).
Existem diferentes ensaios para determinação da resistência à tração do
concreto como: ensaio de tração axial, ensaio de compressão diametral ou ensaio
de flexão de vigas (ARAUJO J. M. 2001).
A durabilidade da estrutura do concreto esta associada a capacidade de
resistência do concreto as agressões químicas, físicas, mecânicas e biológicas.
Dentre as reações químicas destacam-se ataques por íons de sulfato e cloreto,
dióxido de carbono, ataques ácidos e reações álcali agregados (MUNHOZ, 2007).
25
2.8 REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO
Segundo Portela, 2006 a reação álcali-agregado, conhecida como RAA, é o
termo geral utilizado para descrever a reação química que ocorre internamente à
estrutura de concreto, envolvendo os hidróxidos alcalinos provenientes,
principalmente, do cimento e de alguns minerais reativos presentes no agregado
utilizado ou da sua circunvizinhança. Neste caso específico, os produtos gerados
podem aumentar de volume sob condições especiais de umidade e temperatura,
criando tensões internas ao concreto e com isso causando posterior fissuração,
perda da monoliticidade e, consequentemente, comprometimento da estrutura.
QUADRO 1 – ROCHAS, MINERAIS E SUBSTÂNCIAS SINTÉTICAS REATIVAS COM CIMENTOS ALCALINOS.
FONTE: RUIZ, 1963, apud PRISZKULNIK, S. 2005.
A importância de uma análise correta para escolha dos agregados do cimento
e da compatibilidade destes materiais é fundamental para inibir as reações químicas
denominadas reações álcali agregado ou álcali-silica, que envolvem íons hidroxila e
certos constituintes silicosos, muitas vezes presentes nos agregados (NORMA DNIT
090/2006 – ES).
A reação álcali agregado requer a atuação conjunta do agregado reativo,
água e álcalis. Sua prevenção pode ser feita a partir da utilização de agregados
26
inertes ou cimento com baixos teores de álcalis ou impedir a difusão da umidade
(MUNHOZ, 2007).
Conforme Mehta e Monteiro (2014), todos os silicatos ou minerais de sílica,
como sílica hidratada ou amorfa, podem reagir com as soluções alcalinas,
dependendo do tempo, temperatura e da dimensão das partículas, embora um
grande número de minerais reaja apenas em grau insignificante.
Segundo Hasparyk (2006), os principais efeitos provocados pela reação
álcali-agregado são:
Desplacamentos na superfície do concreto;
Fissuras na superfície concreto;
Perda de aderência da argamassa junto a superfície dos agregados;
Movimentação de juntas de contração;
Movimentação ou desalinhamento das superfícies livres;
Travamento ou deslocamento de equipamentos e peças móveis.
Em resumo, entende-se por RAA o processo de deterioração do concreto
endurecido, provocando assim a formação do gel expansivo (exceto para a reação
álcali carbonato) a partir de reação química que ocorre em alguns tipos de
agregados reativos ou potencialmente reativos, quando em contato com os álcalis
existentes no cimento, Óxido de Sódio(Na2O) e Óxidos de Potássio(K2O). A
proporção da degradação depende da quantidade de álcalis dispersos no cimento
(HASPARYK, 2006).
A disposição do gel sílico-alcalino na água facilita a mobilidade no interior das
partículas do agregado para as regiões microfissuradas do concreto, e com a
disponibilidade de água continua ocasionando o aumento e a expansão das
microfissuras que atingem a superfície externa do concreto, causando fissuras de
padrão irregular, atribuindo o termo de fissura mapeada. (MEHTA e MONTEIRO,
2014)
Já para estruturas de concreto protendido, Shayan e Quick (1992), mostram
através de experimentos com dormentes de concreto protendido, que o padrão de
fissuras se comporta de maneira diferenciada em função das tensões confinantes
causadas pela força de protensão, onde se propagam somente na direção da
compressão, causando um padrão de fissuras retas, em virtude de a tensão
confinante estar presente em somente uma direção conforme FIGURA 6
(MADUREIRA, 2007).
27
FIGURA 6 - COMPORTAMENTO DE FISSURAS EM DORMENTES PROTENDIDOS
FONTE: MADUREIRA, 2007.
As cordoalhas de protensão, assim como as barras de aço de elementos de
concreto armado, possuem a capacidade de atenuar as expansões por RAA
segundo Madureira (2007), pois possuem a função de conter deformações do
concreto. Porém, existe a possibilidade da perca de aderência do concreto com as
barras de aço devido a RAA, quando submetidos a vários ciclos e molhagem e
secagem, o que pode comprometer essa capacidade.
FIGURA 7 – PONTE PROTENDIDA AFETADA PELA RAA
FONTE: LOPES, 2004.
28
2.8.1 Tipos de reação álcali-agregado
Para saber qual o tipo de reação álcali agregado que afetou a estrutura
Portela (2006), ressalta a importância de conhecer as características das
propriedades químicas e físicas dos agregados. As reações podem ser classificadas
em três tipos: reação álcali-silicato, reação álcali-sílica e reação-carbonato.
2.8.1.1 Reação Álcali-Sílica
Conforme NBR 15577-1 (2008), a reação alcali-sílica é classificada pela
participação da sílica reativa dos agregados com os álcalis, na presença do
hidróxido de cálcio presente na hidratação do cimento. Esta reação se desenvolve
mais rapidamente, principalmente na presença das principais sílicas reativas: opala,
tridimita, cristobalita, vidro vulcânico, entre outros.
A reação álcali-sílica (RAS) é definida como uma reação ácido-base, onde o
reagente ácido é a sílica no estado sólido e os reagentes básicos, os hidróxidos de
potássio e sódio presentes na solução dos poros do concreto, sendo a água dos
poros o meio onde ocorre a reação, formando um gel expansivo. Esta reação ocorre
entre os álcalis e alguns tipos de silicatos eventualmente presentes em certas rochas
sedimentares (argilitos, siltitos e grauvacas), rochas metamórficas (ardósias, filitos,
xistos, gnaisses, granulitos, entre outras) e ígneas (granitos), sendo que neste caso
a reação está, basicamente, ligada à presença de quartzo tensionado (PORTELA,
2006).
Segundo Barbosa e Pires Sobrinho (1997), as propriedades da sílica estão
diretamente relacionadas ao grau de subdivisões ou imperfeições na estrutura
cristalina passando a assumir um papel importante na superfície específica. Tendo a
sílica uma superfície específica baixa, devido à subdivisão da partícula, os ácidos
não são perceptíveis, aumentando a fixação do número de moléculas d’água.
Consequentemente aumenta o número de íons de hidrogênio livres e a reatividade
do material (BARBOSA, PIRES; 1997)
29
2.8.1.2 Reação Álcali-Silicato
A reação álcali-silicato ocorre com a participação de alguns álcalis e silicatos
presentes em certas rochas. Os silicatos mais comuns são quartzo tensionado por
processo tectônico e mineral da classe dos filossilicatos presentes em ardósias,
filitos, xistos, granulitos entre outros. Essa reação geralmente é mais lenta do que a
reação álcali-sílica (MUNHOZ, 2007).
A NBR 15577-1 (2008), caracteriza este tipo de reação como sendo mais
lenta que a álcali-sílica, e ocorre com a presença de álcalis e alguns tipos de
silicatos presentes em certas rochas.
2.8.1.3 Reação Alcali-Carbonato
Neste tipo de reação participam os álcalis e agregados rochosos carbonáticos.
“Não há a formação de gel expansivo, mas de compostos cristalizados como brucita,
carbonatos alcalinos, carbonato cálcico e silicato magnesiano.” (NBR 15511-1, 2008)
Na reação álcali-carbonato (RAC), as rochas dolomíticas são as principais
envolvidas, havendo a desdolomitização, fenômeno no qual há a formação do
hidróxido de magnésio (PORTELA, 2006), onde não ocorre a formação de gel
expansivo, mas de compostos cristalinos como brucita, carbonatos cálcico e
alcalinos, silicato magnesiano (MUNHOZ, 2007).
2.8.2 Fatores que influenciam a reação álcali agregado
Conforme NBR 15577-1 (2008), a ocorrência da reação álcali-agregado
acontece na presença simultânea de três fatores principais, sendo a presença de
agregado potencialmente reativo, umidade e álcalis.
O início da reação acontece quando os hidróxidos alcalinos derivados dos
álcalis do cimento (Na2O e K20) atacam os materiais silicosos dos agregados
formando um gel álcali-silicato que atrai água por absorção ou por osmose, que
tende a expandir mesmo estando confinado pela pasta de cimento, causando
tensões internas que resultam em desagregação da pasta de cimento e fissuras
mapeadas no concreto. A velocidade em que a reação ocorre varia pelas dimensões
30
das partículas silicosas, onde quanto menor suas dimensões, mais rápidas
ocorreram a reação. ( NEVILLE, A. M. e BROOKS J. J. 2013)
A intensidade e velocidade da ocorrência da expansão, estão associadas aos
seguintes fatores complementares (PRISZKULNIK, S. 2005):
Temperatura
Área da superfície específica do material
Tensões confinantes
Contribuição de álcalis externos
Mehta e Monteiro (2014, p. 181) classifica como fatores importantes que
influenciam o fenômeno da reação álcali agregado são:
O teor de álcalis do cimento e consumo de cimento do concreto;
A contribuição do íon alcalino de outras fontes, como aditivos, adições,
agregados contaminados com sal, e penetração de água do mar ou
solução de sais de degelo no concreto;
A quantidade, dimensão e reatividade dos constituintes do concreto;
A disponibilidade de umidade para a estrutura de concreto;
A temperatura ambiente.
Já para Neville e Brooks (2013), “Outros fatores que influenciam na evolução
da reação álcali-agregado são porosidade do agregado, quantidade de álcalis no
cimento, disponibilidade de água na pasta e permeabilidade da pasta de cimento.”
Também relata que a reação ocorre em grande parte no exterior do concreto em
contato constante com umidade ou com alternâncias de molhagem e secagem em
temperaturas elevadas.
A água, assim como em diversas outras patologias, é fundamental para o
mecanismo de inchamento do gel da reação álcali sílica assim como principal
responsável pela dissolução da sílica e transporte de álcalis dentro do concreto. “A
relação água/cimento de um concreto gira em torno de 0,35 a 0,60; entretanto, a
quantidade de água necessária para a hidratação completa do cimento gira em torno
de 0,32”. Com isso, sempre haverá água presente nos poros do concreto
normalmente curado, podendo desencadear a reação álcali-silica (MEHTA e
MONTEIRO, 2014, p. 179).
31
2.8.3 Adições inibidoras e controle das reações álcali-sílica e álcali-silicato
Para a ocorrência da reação álcali-sílica em estruturas de concreto, existem
três fatores essenciais (PRISZKULNIK, S. 2005):
Presença de sílica ativa dos agregados;
Quantidade suficiente de álcalis, principalmente presente no cimento Portland,
e também dos outros materiais presentes no concreto e fontes externas;
Presença de umidade suficiente.
Segundo Mehta e Monteiro, (2014) a adição de 25 a 30% de calcário ou
qualquer outro agregado não reativo pode amenizar a expansão de agregado
moderadamente reativos, assim como evitar o acesso de água ao concreto, a
expansão pode nunca ocorrer.
A intensidade e velocidade da ocorrência da expansão, estão associadas aos
seguintes fatores complementares (PRISZKULNIK, S. 2005):
Temperatura: influência no sentido direto;
Área da superfície específica do material: influência no sentido inverso;
Tensões confinantes: influência no sentido inverso;
Contribuição de álcalis externos: influência no sentido direto.
Já para Neville e Brooks (2013), não há uma maneira simples de determinar
se um agregado pode ou não causar expansão excessiva devido a reação com os
álcalis do cimento, mesmo com os conhecimentos já adquiridos sobre agregados
reativos. “Para agregados com histórico de potencialmente seguros, mesmo um teor
tão pequeno como 0,5% de agregados reativos pode causar danos”.
A adição de pozolana ao cimento, assim como a escória de alto-forno e sílica
ativa na minimização da reação álcali agregado, se mostrou eficaz em estudo
realizado por Falcão Bauer et all.(1999, apud PRISZKULNIK, S. 2005).
Os teores necessários de sílica ativa e metacaulim e sua eficácia para auxiliar
na mitigação das expansões decorrentes de reações deletérias devem ser
estabelecidos pelo ensaio prescrito na ABNT NBR 15577-5, atendendo ao limite de
0,10% aos 16 dias, ou pelo ensaio prescrito na ABNT NBR 15577-6, sendo menor
do que 0,04% em dois anos (NBR 15577-1, 2008).
32
A pozolana reage com os álcalis do cimento, causando a reação álcali-silica
imediatamente na preparação do concreto, consumindo os álcalis do cimento ainda
na fase fluida antes mesmo de seu endurecimento, tornando a pozolana um dos
principais agentes inibidores de expansão, de modo que embora possa haver
agregados reativos no concreto, os álcalis do cimento já foram consumidos.
(FUSCO, P. B. 2008).
Conforme NBR 15577-1 (2008) os teores de pozolana e escoria de alto forno
para mitigar as expansões de argamassas com agregados potencialmente reativos
devem ser inferiores a 10% quando ensaiados de acordo com a norma.
2.8.4 Diagnósticos de reatividade Álcali-Agregado
A NBR 15577 (2008) estabelece de forma clara procedimentos para análise e
detecção da reação álcali agregados e seus possíveis riscos de ocorrências de
manifestações patológicas prescrevendo requisitos de avaliação e especificações de
aplicação de ensaios em amostras para um estudo prévio de agregados que possam
ser usados para fabricação de concreto.
Segundo Priszkulnik, S. (2005), a detecção da reação álcali-agregado em
estruturas de concreto ocorre em várias etapas de coleta de informações, inspeção
visual, ensaios laboratoriais em componentes do concreto e de testemunhos
extraídos da estrutura, a auscultação por meios de instrumentação e
acompanhamento do progresso por modelos matemáticos.
O recolhimento de informações contribui a respeito de informações quanto a
condições ambientais do local, vento, temperatura e umidade; registros sobre o
projeto e construção. Já a inspeção visual tem como objetivo mapear o quadro
fissuratório, identificar a presença de gel exsudado pelas fissuras e movimentações
relativo as juntas e travamento (PRISZKULNIK, S. 2005).
2.8.4.1 Análise Petrografica do agregado
A análise petrografica serve para obter características e indicações sobre o
potencial reativo dos agregados graúdos conforme NBR 15577-3, porém especifica
33
que somente a análise petrografica não é suficiente para determinar a expansão
potencial deletéria. (NBR 15577-1, 2008)
Conforme Sanches (2008), a investigação petrografica fornece informações
importantes através de análise visual e microscópica. Este mesmo autor ressalta que
apenas a utilização da análise petrografica não é suficiente para avaliar o potencial
reativo dos agregados (SANCHES, L. F. M. 2008, apud. OBERHOLSTER, 1985).
2.8.4.2 Expansão em barras de argamassa pelo Método Acelerado
Serve como complemento da análise petrografica para determinar o potencial
deletério das expansões causadas por agregados reativos. Neste ensaio são
moldadas barras de argamassa com dimensões padrões onde em sua composição é
adicionado o agregado ao qual deseja analisar seu potencial, caso a expansão aos
30 dias for menor que 0,19% o agregado pode ser considerado potencialmente
inócuo. (NBR 15577-1, 2008).
É o ensaio mais usual para determinação de agregados potencialmente
reativos, consiste na imersão das barras em um composto de água de hidróxido de
sódio a uma proporção de 40g por litro de água, e a utilização de estufa ventilada,
onde mantém os ensaios a uma temperatura de 80º C, situação essa que acelera a
idade dos moldes de argamassa assim como o aparecimento da possível reação
(NBR 15577-4, 2008).
Conforme Sanches (2008), este método foi desenvolvido por Oberholster &
Davies (1986) e vem sendo o método mais difundido e utilizado no Brasil e no
mundo.
Esta NBR 15577, também especifica que se caso as expansões aos 30 dias
for maior ou igual a 0,19%, poderá ser feito ensaio em prismas de concreto para
confirmar ou não sua potencialidade.
2.8.4.3 Determinação de expansão em prismas de concreto
Este ensaio também serve como complemento aos demais ensaios de
caracterização de agregado reativo e é realizado através de uma dosagem
padronizado em um período de 1 ano, onde o limite de expansão é de 0,04%. Após
34
este período se o prima indicar uma expansão maior ou igual a 0,04% pode ser
considerado potencialmente reativo. (NBR 15577-1, 2008).
2.8.5 Estruturas acometidas por reação álcali-agregado
Muitas literaturas já relatam os transtornos que a reação álcali-agregado
acaba acarretando em diversas estruturas. Um exemplo é a barragem em arco de
Drum Afterbay, no rio Bear, na Califórnia, onde o elevado nível de deterioração da
estrutura fez com que a solução técnico-econômica adotada constituiu na construção
de nova barragem de concreto em arco, imediatamente a jusante, e na demolição da
velha. (GITAHY, 1984, apud PRISZKULNIK, S. 2005).
Identificou-se em 1995 a reação expansiva na Usina Elevatória de Tradição,
localizada no canal do rio Pinheiros, na zona urbana de São Paulo. Nesta situação
foram identificados inúmeros problemas como consequentes infiltrações,
desalinhamento de equipamentos mecânicos, aquecimento e problemas nos
mancais de motores geradores, travamento em porta de aço de oficina provocado
por desalinhamento da estrutura de concreto, entre outros. (GUERRA ET ALL. 1997
apud PRISZKULNIK, S. 2005).
Também segundo (GALLETTI ET ALL. 1997 apud PRISZKULNIK, S. 2005)
outros casos como a Usina Mascarenhas de Moraes quando equipamentos
mecânicos tiveram que ser alterados devido a alteração na estrutura civil. Já em
Porto Colômbia, construída entre 1970 e 1973, constataram-se a partir de 1985,
sinais acentuados de roçamento das pás das turbinas, tornando necessária
manutenção em todas as máquinas.
35
3 MATERIAIS E MÉTODOS
Como processo para ensaios e análises do tema, foram seguidos os
seguintes procedimentos:
3.1 IDENTIFICAÇÃO E SELEÇÃO DOS ENSAIOS:
Para os ensaios foram escolhidas vigas de 0,12x0,18x0,70m e corpos de
prova cilíndricos de 0,10m de diâmetro e 0,20m de altura.
3.1.1 Viga
Para este modelo de ensaio, foram moldadas duas vigas de armadura ativa e
duas de armadura passiva aos quais foram utilizadas um modelo para cada traço,
sendo um com concreto usinado e adição de vidro e outro com adição de areia
conforme FIGURA 8 e 9.
FIGURA 8 – ARMADURA PASSIVA FIGURA 9 – ARMADURA ATIVA
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
As vigas vão servir como estruturas para análise dos seguintes
comportamentos:
Deformações;
Comportamento da RAA;
36
Como o elemento protendido vai comprimir a peça, poderá haver
discrepância nos resultados em comparação com a peça dimensionada
com armadura passiva;
Caminhamento das fissuras;
Devido a reação das armaduras (Passiva e ativa), serem diferentes
pretende-se analisar as direções e evoluções das fissuras nas peças;
Expansão.
FIGURA 10 - VIGA DE ARMADURA PASSIVA
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
FIGURA 11 - VIGA DE ARMADURA ATIVA
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
3.1.2 Corpo de prova cilíndrico
Para este modelo de ensaio, foram moldadas 6 corpos de prova cilíndricos de
10cm de diâmetro e 20cm de altura, aos quais foram moldados 3 para cada traço
utilizado conforme FIGURA 13.
37
FIGURA 12 - FORMAS DE CORPOS DE PROVA
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
Para verificar o potencial da reação álcali agregado os Corpos de Prova serão
ensaiados para determinação das seguintes características:
Resistência característica do concreto;
Módulo de elasticidade.
FIGURA 13 - CORPO DE PROVA CILÍNDRICO
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
38
QUADRO 2 - RESUMO DE CORPOS DE PROVA
Protótipo Denominação Quantidade Dimensões (m)
Altura Largura Comprimento
Adição de areia comum
VTP Viga testemunho passiva 1 0,18 0,12 0,7
VTA Viga testemunho ativa 1 0,18 0,12 0,7
CPT Corpo de prova testemunho 4 Ø
0,2 0,1
Adição de vidro pirex
VPP Viga protótipo passiva 1 0,18 0,12 0,7
VPA Viga protótipo ativa 1 0,18 0,12 0,7
CPV Corpo de prova vidro 4 Ø
0,2 0,1
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
3.2 DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS:
As vigas a serem utilizadas no ensaio foram dimensionadas para suportar
uma carga mínima de 21 KN e suas seções foram determinadas a partir de um
cobrimento mínimo de 2,5cm da placa de ancoragem do sistema de protensão de
mono cordoalha engraxada utilizado, adotando um comprimento mínimo para melhor
mensuração do sistema e identificação da reação.
FIGURA 14- VIGA DE ARMADURA PASSIVA
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
39
FIGURA 15 - VIGA DE ARMADURA ATIVA
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
As mesmas foram dimensionadas seguindo a NBR 6118/2014
QUADRO 3 - TABELA DE ARMADURA
Protótipo Área de aço (cm²) Aço Disposição
VTP 1,003 CA - 50
Camada Superior
2 Ø 6,30mm
Camada Inferior
2 Ø 8,00mm
VTA 0,99 CP 190 RB Mono
Cordoalha 1Ø 12,7mm
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
3.3 ESCOLHA DO CONCRETO E AGREGADO REATIVO:
Para realização dos ensaios foi utilizado concreto usinado de alta resistência
inicial (FC3 22,0 MPa) com utilização de brita 1 e slump 12+-2 onde sua resistência
final deve ser igual ou superior a 30,0 MPa.
Este concreto apresenta como característica principal, a resistência adquirida
ao terceiro dia de 22 Mpa, fator importante para a protensão, reduzindo o tempo
necessário para aplicação a força de protensão sem que o concreto sofra
deformações indesejadas devido a compressão.
40
Com referência nas normas NBR 12651/92 e LCI – 157/76, optamos por
utilizar como agregado reativo o vidro pyrex. Este agregado á utilizado como material
reativo na realização de ensaio de verificação de eficiência de materiais para
combater a expansão através da utilização de material pozolânico como solução as
reaçõa álcali-agregado.
FIGURA 16 – VIDRO PYREX
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
FIGURA 17 - PROCESSO DE MOAGEM FIGURA 18 - VIDRO MOIDO
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
FIGURA 19 - PESAGEM DO VIDRO FIGURA 20 - PENEIRAS UTILIZADAS
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
41
QUADRO 4 - GRANULOMETRIA DO VIDRO PYREX
GRANULOMETRIA
QUANTIDADE (g): 1000
PENEIRA
(mm)
QUANTIDADE
RETIDA (g)
%
RETIDA
4,75 0 0
2,36 54 5
1,18 237 24
0,6 163 16
0,3 284 28
0,2 191 19
<0,2 73 7
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
Já para o segundo traço, foi utilizado areia média de uso frequente na obra
onde foi realizado os ensaios, onde para esse material, não foi realizado
caracterização mineralógica e química já que objetivo do trabalho não é identificar a
mineralogia dos materiais utilizados apesar de sua importância, e sim obter os
efeitos da reação em estruturas de concreto.
3.4 MOLDAGEM E PROPORÇÕES DO AGREGADO
Quantidade de materiais por m³ no concreto utilizado:
QUADRO 5 - CONSUMO POR M³ DE CONCRETO
Material Consumo (Kg/m³)
Cimento CPV-ARI 350
Brita 1 1064
Areia 820
Água 186
Aditivo (Mira 120) 2,10
TOTAL 2422,10
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
42
Considerando que a proporção de argamassa do concreto utilizado é de
51,7%, a adição do material contaminante (Vidro Pirex) foi de 10% do volume de
argamassa. A relação água cimento do traço original do concreto foi de 0,551
conforme informações tecnológicas da concreteira.
FIGURA 21 - PESAGEM DO MATERIAL CONTAMINANTE
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
.
Para compensar a alteração no traço com adição de vidro, na outra proporção
dos ensaios sem materiais com potencial para RAA, foi adicionado areia na mesma
proporção para igualar os traços.
3.5 MOLDAGEM
Recebido o concreto na obra, o mesmo foi depositado em uma caixa com
dimensões de (0,5x0,5x0,5m), afim de controlar os volumes a serem utilizados. A
caixa foi preenchida até uma altura de 0,42m e após isso foi retirado para cada
moldagem, camadas de 0,2m (0,05m³) conforme FIGURA 22.
43
FIGURA 22 - CAIXA PARA CONTROLE DE VOLUME
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
FIGURA 23 - CAIXA PARA CONTROLE DE VOLUME
FONTE: OS PROPRIOS AUTORES
A primeira camada foi utilizada para moldagem dos protótipos sem material
contaminante, e neste conteúdo foi adicionada a proporção (%) de areia comum
para controle do traço.
Desta primeira camada foi moldada uma viga com armadura passiva, uma
viga de armadura ativa e três corpos de prova com o intuído de comparar estes
protótipos com os de mesma características, porém com agregado reativo.
2ª Camada
1ª Camada
44
FIGURA 24 - MISTURA DO AGREGADO AREIA
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
FIGURA 25 - MOLDAGEM DAS VIGAS
.
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
Imediatamente foi retirado então a segunda camada, restando na caixa como
descarte 2 cm (0,005m³) de concreto. Nesta segunda camada foi acrescentado o
material contaminante (Vidro Pirex) na proporção de argamassa do concreto.
Desta segunda camada foi possível moldar a mesma proporção de protótipos
da primeira camada, porém com agregado reativo, para poder obter a reação álcali
agregado em um prazo menor a partir do ensaio de barras aceleradas da norma
NBR 15577/2008.
FIGURA 26 - MISTURA DO AGREGADO VIDRO PYREX
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
45
FIGURA 27 - MOLDAGEM DAS VIGAS
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
Os corpos de prova foram moldados conforme procedimento da NBR
5738/1994 onde especifica o número de golpes e camadas empregadas na
moldagem dos mesmos.
FIGURA 28 - MOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
FIGURA 29 - SLUMP TEST
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
46
QUADRO 6 - TABELA VOLUME DE MATERIAIS
Referência Volume
(m³) Peso (Kg)
Proporção de
Argamassa (%)
Peso - Argamassa
(Kg)
Material Acrescentado
Quantidade de Material
(Kg)
Primeira camada
0,05 125 51,70% 64,625 Areia Comum 6,4625
Segunda camada
0,05 125 51,70% 64,625 Vidro Pirex 6,4625
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
3.6 CURA
Após a moldagem de todas as vigas e corpos de prova, foi mantido um
período de cura de três dias para desforma, onde foram rompidos os corpos de
prova do traço original do concreto, obtendo uma resistência teórica de 28,4 Mpa
(ANEXO 1) em função da utilização de concreto FC3 22 MPa, muito utilizado no
sistema de concreto protendido, onde obtém resistência necessária para aplicação
da força de protensão já no 3 dia após concretagem.
FIGURA 30 - DESFORMA DAS VIGAS
.
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
47
3.7 PROTENSÃO
Após o rompimento do traço padrão ao terceiro dia onde foi constatada uma
resistência superior a 22 Mpa (ANEXO 1), pôde-se realizar a protensão das vigas
ensaiadas no sistema de mono cordoalhas engraxadas.
Para isso foi utilizado o sistema padrão, adotado em lajes protendidas em
mono cordoalhas engraxadas em pós tração, onde foi realizado o acunhamento e a
marcação das cordoalhas para verificação de alongamento.
FIGURA 31 – ACUNHAMENTO DAS VIGAS PARA PROTENSÃO
FONTE: OS PROPRIOS AUTORES
Após o acunhamento, limpeza e marcação das cordoalhas foi utilizado
macaco hidráulico para aplicação da força de protensão necessária para esforços
dimensionados.
48
FIGURA 32 - PROTENSÃO DAS VIGAS
FONTE: OS PROPRIOS AUTORES
As vigas foram dimensionadas para suportar a uma carga aproximada de 21
KN, onde a força de protensão necessária para estes esforços foram de 13,43 tf
contando com 2,5% de acomodação das ancoragens e 3,15% de perda imediata do
macaco.
Em função das dimensões reduzidas dos protótipos e a utilização da
cordoalha CP 190 RB, o alongamento obtido pela força de 13,43 tf não foi suficiente
para cravamento das cunhas bipartidas, fazendo com que as vigas não segurassem
a força de protensão empregada, assim não comprimindo o concreto como deveria.
Por conta disso, foi necessário aumentar a força de protensão em 15,6 tf, onde é
possível analisar o cravamento da cunha e um alongamento de aproximadamente
4,8mm, compreendendo 8% do comprimento efetivo da cordoalha protendida,
atendendo os testes de deformação do certificado de qualidade do fabricante.
49
FIGURA 33 – ACOMPANHAMENTO DE REPROTENSÃO DAS VIGAS
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
FIGURA 34 – REPROTENSÃO DAS VIGAS
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
A aplicação da força de protensão é em BAR, unidade a qual leva se em
consideração a área de contato do macaco/ancoragem, onde para o caso, a área de
contato do macaco utilizado é de 31,22 mm². Sendo aplicada uma pressão de 490
BAR a força resultante foi de 15,6 tf.
50
Conforme Anexo 2, a partir da força de protensão de 15,6 tf, a porcentagem
de deformação (alongamento) da cordoalha é de 0,8%, totalizando no caso das
vigas moldadas um alongamento de +/- 4,8mm conforme figuras 34.
FIGURA 35 - ALONGAMENTO REAL DA CORDOALHA
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
3.8 TRATAMENTO DA ANCORAGEM ATIVA
Conforme procedimento já utilizado em lajes do sistema em pós tração, após
a protensão e determinação do alongamento, a cordoalha excedente foi cortada de
modo a possibilitar a proteção das ancoragens através de um tratamento a base de
epóxi e posterior camada de graute para evitar a corrosão.
FIGURA 36 - CORTE DAS CORDOALHAS
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
51
3.9 ENSAIO ACELERADO PARA REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO
3.9.1 Pré-caracterização de reatividade
Com o objetivo de analisar o potencial reativo dos agregados utilizados nas
moldagens, foram submetidos dois corpos de prova (um para cada traço) a um
ensaio acelerado em menor escala em estufa ventilada.
Conforme a figura 36 os corpos de prova ensaiados foram:
CP = 1513 – Vidro Pyrex
CP = 1587 – Areia comum
FIGURA 37 – ENSAIO ACELERADO
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
Tomando como referência o ensaio de barras aceleradas NBR 15577-4, os
protótipos foram submetidos a um banho em solução de Hidróxido de sódio (NaOH)
em estufa ventilada com temperatura fixada a 80º C durante um período de 10 dias.
Após este período foi executado uma análise visual dos corpos de prova, de
forma a identificar possíveis focos de reação álcali-agregado, fundamental para dar
sequência nos demais ensaios de caracterização.
52
FIGURA 38 – CORPOS DE PROVA ENSAIADOS
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
A partir do ensaio pode-se verificar diferentes reações nos corpos de prova,
onde apenas o correspondente ao agregado areia apresentou características de
reatividade conforme ilustrado na FIGURA 39, onde as trincas já existentes se
acentuaram. Notou-se também a presença de exsudação do hidróxido de cálcio,
(estágio avançado da reação álcali agregado).
FIGURA 39 – CORPO DE PROVA 1587
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
53
FIGURA 40 – CORPO DE PROVA 1587
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
3.9.2 Preparação dos protótipos para ensaio
Antes de submeter os protótipos ao ensaio, os mesmos foram identificados
tanto para simples identificação dos mesmos, como também para medição nas
possíveis deformações. Foram então feitas marcações em pontos específicos das
vigas, aonde as medições foram feitas sempre nos mesmos locais.
FIGURA 41 – IDENTIFICAÇÃO E DEMARCAÇÃO
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
54
FIGURA 42 – VIGAS E CORPOS DE PROVA IDENTIFICADOS
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
3.9.3 Solução de Hidróxido de Sódio
A preparação da solução foi feita em laboratório e obedecendo a proporção
de 40,0 g de NaOH para 1000 mL de água. Para o ensaio foram necessários 30
litros de água e, portanto foram necessários 1200,00 g de Hidróxido de Sódio.
FIGURA 43 – PESAGEM DO HIDRÓXIDO DE SÓDIO
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
55
3.9.4 Armazenamento e ensaio em estufa ventilada
Para armazenamento, os protótipos foram armazenados em uma caixa onde
ficaram submersos. A caixa ficou em estufa ventilada a 80º e teve monitoramento
diário.
FIGURA 44 – ARMAZENAGEM EM ESTUFA
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
FIGURA 45 – TEMPERATURA UTILIZADA
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
Apesar dos históricos de reações álcali-agregado já registrados, onde o
aparecimento ocorre a partir de anos de exposição a condições favoráveis a estas
reações, o ensaio foi realizado durante um período de 30 dias, com o intuito de
seguir ao máximo a NBR 15577-4, que especifica a realização do ensaio acelerado
em barras de argamassa. A partir deste período as vigas e corpos de prova foram
retirados da imersão para dar sequência aos ensaios.
56
FIGURA 46 – CORPOS DE PROVA RETIRADOS DA IMERSÃO
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
FIGURA 47 – IDENTIFICAÇÃO VISUAL PÓS IMERSÃO
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
Após a retirada das vigas e corpos de prova da solução em NaOH, conforme
FIGURA 47, foram realizadas análises visuais e verificações de fissuras e
expansões que possam caracterizar como focos de reação álcali agregado conforme
descrito no decorrer do trabalho.
3.9.5 Ensaios para determinação de resistência
Com todas as medições e identificações realizadas, pode-se iniciar a
caracterização do ensaio de resistência a compressão direta dos corpos de prova e
de flexão das vigas armadas e protendidas, onde utilizou-se diferentes prensas para
obtenção dos resultados, em virtude de obter uma melhor precisão dos valores.
57
3.9.5.1 Compressão direta dos corpos de prova
Conforme FIGURA 48 para determinação da resistência dos corpos de prova
ensaiados foi utilizado uma prensa hidráulica com leitura digital do laboratório
técnico da empresa Concrebras. Com a leitura digital desta prensa, podem-se obter
resultados precisos do exato rompimento dos corpos de prova, onde sua leitura é
identificada pela força aplicada em KN e também sua devida resistência em MPa.
FIGURA 48 – PRENSA PARA ROMPIMENTO CORPOS DE PROVA
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
3.9.5.2 Flexão direta das vigas de concreto
Já para realização de ensaio de flexão direta das vigas foi utilizado prensa
hidráulica manual analógica da Universidade Tuiuti do Paraná, onde foi necessária a
realização de adaptações técnicas para realização do ensaio, utilizando de perfil I
metálico para apoio das vigas e dois relógios comparadores de deformação para
analisar as “flechas” das vigas de concreto e possíveis deformações do perfil
metálico conforme FIGURA 49. Para esta prensa a leitura é realizada em
quilogramas e as deformações analisadas nos relógios comparadores possuem
precisão de 0,001 mm, podendo captar pequenas deformações no sistema de
reação.
58
FIGURA 49 – PRENSA PARA ENSAIO DE FLEXÃO NAS VIGAS
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
As vigas foram ensaiadas uma a uma, onde foram realizadas leituras de
carga e deformação a cada tonelada aplicada a partir dos 3000 kg. O critério de
parada da carga aplicada varia a partir das análises visuais e de deformação da
estrutura das vigas.
Para cada leitura realizada, foi analisado o comportamento da estrutura das
vigas, onde cada trinca foi monitorada a partir da força utilizada, de forma a
identificar um possível limite de carga empregada.
3.9.6 Ensaio de capilaridade
Este ensaio visa analisar a porosidade do concreto empregado na moldagem
dos corpos de prova, aonde servirá de base para análise de resultados de
resistência a compressão e a flexão, onde a granulometria dos materiais
empregados influência diretamente na porosidade e na resistência final.
59
Para sua realização, foi utilizado um corpo de prova de cada traço empregado,
visando analisar o comportamento de cada um perante sua imersão parcial em
água. Com isso, foi analisado modo que ocorreu a ascensão capilar conforme NBR
9779/95.
FIGURA 50 – PRIMEIRA PESAGEM
FIGURA 51 – MEDIÇÃO DO NIVEL
CAPILAR
FONTE: OS PROPRIOS AUTORES FONTE: OS PROPRIOS AUTORES
Após o prazo de 24 horas de imersão, os corpos de prova foram submetidos a
aferição do nível capilar e analise visual, conforme figuras acima a fim de determinar
a porosidade do concreto.
Conforme descrito na NBR 9779/1995 os corpos prova foram submetidos a
secagem em estufa e pesados antes e depois de sua imersão, para determinação
do nível de absorção, descrito em g/cm².
60
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 INSPEÇÃO VISUAL PÓS ENSAIO
Observou-se após a retirada das vigas do ensaio acelerado, um quadro
fissuratório inicial nas vigas onde foi acrescentado a areia como agregado. As
fissuras apresentaram comportamento característico de estruturas acometidas pela
RAA, formando a geometria de um mapa e também apresentando descoloração do
concreto.
FIGURA 52 – FISSURA PRIMÁRIA EM FORMA DE MAPA
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
Apesar do baixo tempo de exposição ao ambiente adequado para o
aparecimento da reação, o mapeamento encontrado na viga ensaiada possui
características expressivas da reação álcali-agregado, ainda estando em seu estado
inicial. Conforme podemos verificar na FIGURA 53, a fissuração mapeada é uma das
maneiras mais evidentes de identificar as expansões causadas pela RAA.
61
FIGURA 53 – FISSURA MAPEADA EM ESTÁGIO AVANÇADO EM BLOCO DE
FUNDAÇÃO
FONTE: ANDRADE, 2006, p.5
Verificou-se também a presença de uma fissura longitudinal na viga
protendida com adição de areia, fissura esta que apresenta comportamento de
expansão. Devido ao confinamento provocado pela protensão em apenas uma
direção, quando ocorre a expansão, as fissuras se comportam de forma diferente ao
qual ocorreria no concreto convencional, fazendo com que a peça possa trabalhar
na face aonde está liberada, ou seja, na seção contrária a seção protendida.
FIGURA 54 – FISSURA LONGITUDINAL (VIGA PROTENDIDA)
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
62
Conforme estudos realizados por Shayan e Quick (1992, apud MADUREIRA,
2007), foram realizados experimentos envolvendo dormentes em concreto
protendido que constatam que as expansões causadas pela RAA em elementos
protendidos propagam trincas somente na direção da compressão. Com isso,
comprova a origem das trincas encontradas na viga protendida ensaiada com adição
de areia.
FIGURA 55 – TRINCAS EM DORMENTES DE CONCRETO PROTENDIDO
FONTE: MADUREIRA, 2007.
FIGURA 56 – FISSURA NA VIGA
PROTENDIDA ENSAIADA
FIGURA 57 – COLUNA LEVEMENTE
PROTENDIDA COM FISSURA
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES FONTE: HOBBS, 1997, p.17
Na inspeção visual, foi nítida a diferença entre as vigas e por consequência do
agregado utilizado. O mapeamento das fissuras da viga com armadura passiva, a
63
fissura longitudinal na viga com armadura ativa, e também a mudança no
comportamento da coloração do concreto as tornaram visualmente distintas.
4.2 ENSAIO A COMPRESSÃO DOS CORPOS DE PROVA CILÍNDRICOS
Depois de submetidos ao ensaio acelerado, os corpos de prova foram
retirados da imersão em NaOH e armazenados em temperatura ambiente por
durante um dia. Depois disso, os mesmos foram ensaiados para verificação da
resistência a compressão conforme NBR 5739/2007 e foram então obtidos os
resultados presentes no Gráfico 1.
GRÁFICO 1 – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
Verificou-se então uma notável discrepância de valores entre os traços. A
média de resistência do traço com adição de vidro foi 38,07 MPa, enquanto o traço
com adição de areia comum foi 27,29 MPa. Portanto resultando em uma diferença
de 28,3% entre os traços.
64
Já verificado em outros ensaios, o vidro utilizado como agregado graúdo no
concreto não apresenta resultados satisfatórios, visto que desencadeia perda na
resistência e excessiva expansão devido a reação entre os álcalis do cimento e a
sílica reativa no vidro. Porém em estudos recentes, quando utilizado o vidro com
partículas de no máximo 300 µm, a expansão induzida pela reação álcali-sílica pode
ser reduzida. (SHAO et al., 2000, apud RIGHI, D. et al., 2011)
A significativa resistência do traço com adição de vidro pode ser explicada
com base a estudos anteriores. Resultados obtidos em ensaios mostram que o efeito
do tamanho das partículas de vidro moído no desempenho do concreto é bastante
significativo. Segundo SHAO et all. (2000, apud RIGHI, D. et al., 2011) em ensaios
onde a utilização do vidro moído com partículas menores do que 75 µm
apresentaram um aumento na resistência a compressão, assim como uma menor
expansão quando comparada com o traço padrão.
Após o rompimento dos corpos de prova, a presença visível de sílica no traço
onde teve a adição de areia mostra uma possível causa da menor resistência
adquirida. A presença da sílica do agregado, e também da sua granulometria por ser
maior do que a do vidro á tornou mais suscetível a RAA.
4.3 ENSAIO DE FLEXÃO DAS VIGAS
O ensaio de flexão foi executado com intuito de verificar a resistência, a
deformação no ato da aplicação das cargas e também verificar o comportamento
das mesmas no ensaio. O caminhamento das fissuras e também a relação carga x
deformação, nos mostram uma clara diferença quanto ao tipo de armadura e
também do agregado utilizado em cada uma.
4.3.1 Deformação em decorrência da aplicação de carga
Com auxilio da prensa hidráulica, as vigas foram submetidas a diferentes
esforços e por consequência diferentes deformações. Devido a alta concentração de
65
forças aplicadas, o perfil utilizado como apoio para o ensaio por vezes acabou sendo
deformado, e por conta disso foi então medida esta deformação para ter uma
dimensão exata somente da deformação da viga de concreto. Para chegar ao
resultado exato foi usada a seguinte fórmula:
𝜆 = ∆𝑐 − ∆𝑚
𝜆 = Deformação total da viga de concreto
∆𝑐 = Deformação da viga de concreto
∆𝑚 = Deformação da viga metálica
Portanto com o ensaio e a coleta de dados, obteve-se o resultado presente no
Gráfico 2:
GRÁFICO 2 – CARGA X DEFORMAÇÃO
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
0
1500
3000
4500
6000
7500
9000
10500
12000
13500
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
Car
ga (
Kg)
Deformação (mm)
Carga x Deformação
VIGA - V3 VIGA - V2 VIGA - V4 VIGA - V1
Areia Protendido
LEGENDA Vidro
66
FIGURA 58 – VIGA V1 - AREIA FIGURA 59 – VIGA V2 - AREIA
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
FIGURA 60 – VIGA V3 - VIDRO
FIGURA 61 – VIGA V4 - VIDRO
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
A partir do GRÁFICO 2, foram analisadas as vigas uma a uma conforme
descrição a seguir:
V3 – ARMADURA PASSIVA – VIDRO
o Carga Total: 12500 Kg;
o Deformação Final: 0,92 mm;
o Sua deformação se mostrou de forma linear, dando a entender que o
conjunto (concreto e aço) foi exigido e trabalharam de maneira
uniforme até o fim do ensaio;
o A principal trinca ocorreu em um ângulo de 45º em ambos os lados.
Devido sua angulação, é possível que também tenha exigido o estribo
posicionado. Aparentemente esta foi a mais exigida e responsável pela
deformação final;
67
o Apesar das trincas ao término do ensaio, as mesmas voltaram
próximas ao seu estado inicial, mostrando que a armadura foi exigida
até seu estado elástico.
V2 – ARMADURA PASSIVA – AREIA
o Carga total: 12000 Kg;
o Deformação Final: 1,51 mm;
o As trincas foram maiores e mais distribuídas, e ao término do ensaio as
mesmas se mantiveram com certo desplacamento na face inferior,
mostrando que o aço foi exigido até sua capacidade plástica;
o Como as trincas foram mais distribuídas, a carga também se distribuiu
ao longo do conjunto até chegar ao limite de aplicação de carga
aproximado de 10500 Kg. A partir desta carga ocorreu um pico na
deformação, mostrando uma possível perda de aderência entre o
concreto e a armadura, em função da menor resistência proporcionada
pelo traço e a reação álcali-agregado;
A resistência mecânica do concreto é um dos fatores que influencia de maneira
mais significativa à resistência de aderência. De modo geral, quanto maior a
resistência mecânica do concreto, maiores serão os esforços de aderência que o
concreto poderá suportar na interface aço- concreto. (FRANÇA, V. H. 2004, p. 37).
V1 – ARMADURA ATIVA – AREIA
o Carga Total: 10500 Kg;
o Deformação Final: 4,13 mm;
o Apresentou um padrão de trincas centralizadas nas duas faces até
ultrapassar sua linha neutra;
o Observou-se uma deformação inicial maior devido a baixa resistência
do concreto. Com o acréscimo de carga, apenas a armadura ativa
passou a ser exigida e chegando até um limite onde a face comprimida
superior passou a sofrer um processo de desagregação ao aplicar
68
10000 Kg em virtude a menor resistência do traço e ao aparecimento
da reação álcali-agregado. Após isto, o ensaio prosseguiu, porém
chegando ao seu limite máximo de leitura com valor de 5mm de
deformação total.
V4 – ARMADURA ATIVA – VIDRO
o Carga Total: 11200 Kg;
o Deformação Final: 3,90 mm;
o Apresentou um padrão de trincas centralizadas nas duas faces até
ultrapassar sua linha neutra;
o Esta viga apresentou uma deformação linear durante o ensaio. Devido
a maior resistência do traço utilizado, esta não apresentou
desagregação e por consequência deformou menos. O critério de
parada foi o limite de leitura.
Conforme MADUREIRA (2007), as fissurações causadas no concreto causam
alterações em suas propriedades físicas, incluindo a resistência a compressão,
módulo de deformação e permeabilidade que com o avanço do processo de
degradação da RAA pode evoluir para um quadro drástico, culminando com ruptura
dos elementos estruturais, comprometendo assim, a aderência entre barras de aço e
o concreto.
Realizado o ensaio foi possível verificar que além da disparidade dos traços
utilizados, em virtude da granulometria do material contaminante, também se
verificou que a RAA afetou diretamente a resistência a flexão nas vigas conforme
ilustrado no GRÁFICO 2. Como análise geral dos resultados, podemos concluir que
a areia por conta da reação deletéria apresentada no ensaio acelerado teve parcela
importante na perca de resistência a flexão. Também se pode observar que no traço
com adição de vidro não foi notável a interferência da reação, e com isso, sua
granulometria tornou o concreto mais aderente a armadura.
Como podemos analisar, o traço ao qual foi utilizado vidro obteve maior
resistência ao ensaio de flexão, tanto para a viga maciça quanto para a protendida.
69
Também se pode notar a variação de deformação das vigas, sendo que as vigas
com a utilização de areia, além de resistirem a uma carga menor, também acabaram
mais deformadas que as com utilização de vidro.
As trincas nessa situação se comportaram de maneira diferente para as vigas
maciças e para protendidas, onde nas vigas de concreto protendido, as trincas se
acumularam no meio da viga, iniciando-se pela parte inferior. Já as vigas maciças
ocorreram maior número de trincas e em diversas direções, por conta das barras de
transferência presentes nela.
4.4 Ensaio de capilaridade do concreto
A partir dos ensaios de capilaridade realizados nos corpos de prova de cada
traço, podemos notar certa disparidade entre os traços utilizados.
Após o prazo especificado de imersão parcial, os corpos de prova foram
submetidos a pesagem e a medição dos níveis capilares, onde foram constatados os
seguintes valores:
QUADRO 7 – RESULTADOS DA CAPILARIDADE
Corpo de prova
Agregado Peso Seco
(Kg) Altura
Capilar (cm) Peso Final
(Kg) Peso Retido
(mL)
1557 Areia 3,53609 8 3,55408 17,99
1518 Vidro 3,30013 9,5 3,31553 15,4 FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES
Os resultados obtidos a partir do ensaio de capilaridade dos corpos de prova
mostraram as diferenças de porosidade dos dois traços utilizados. Onde por sua vez,
pode justificar possíveis perdas de resistência devido ao mau preenchimento dos
vazios ou a melhor coesão do traço, através do melhor preenchimento dos vazios,
tornando o concreto “maciço”.
A partir dos resultados expressos no QUADRO 7, podemos visualizar que o
corpo de prova referente ao traço de vidro teve uma altura capilar elevada, porém
reteve uma quantidade menor de água, mostrando assim que possui uma
quantidade menor de vazios em seu interior.
70
Já o corpo de prova referente ao traço de areia comum, mostrou uma
retenção de água maior, o que determina que a granulometria da areia utilizada foi
superior a do vidro, preenchendo uma menor quantidade de vazios.
A disparidade de resultados do ensaio de capilaridade reforça os valores dos
demais ensaios, onde o traço com a utilização de areia, possui maior porosidade, o
que afeta diretamente na resistência final do concreto. Porém, estes valores podem
ter sido acentuados por uma possível reação deletéria causada pelo ensaio
acelerado, onde através da expansão, possibilitou a abertura de vazios.
71
5 CONCLUSÃO
O presente trabalho teve como principal objetivo analisar a influência da
reação álcali-agregado na durabilidade de estruturas de concreto de armadura
passiva e protendida, sendo realizado um estudo comparativo com traços
diferenciados no intuito de simular uma reação deletéria, a fim de estimar possíveis
danos a resistência de estruturas normalmente afetadas por estas reações, por meio
de ensaio em vigas protendidas e de armadura passiva.
Apesar do traço destinado para a ocorrência de reações deletérias não ter
obtido o resultado desejado em função do tempo para realização do ensaio, o
objetivo de possuir dois traços diferenciados para análise da reação álcali-agregado,
sendo um expansivo e outro não expansivo, foi alcançado em virtude do traço
contendo areia ter a ocorrência inesperada da reação álcali-agregado, em virtude de
a areia utilizada possuir um padrão de sílica reativa, possivelmente quartzo
tensionado.
Com a ocorrência da reação em um dos traços pode-se visualizar o
aparecimento de fissuras devido a expansão do concreto. Em virtude disso, os
ensaios de resistência realizados na sequência, mostraram que a reação pode ser
prejudicial para a resistência tanto a compressão, como para flexão de estruturas
protendidas como também para armadura passiva.
Os resultados dos ensaios superaram a expectativa em relação a perda de
resistência dos corpos de prova, assim como as deformações causadas devido a
utilização de cargas sobre o ensaio de flexão direta de vigas de concreto.
Quanto a avaliação quantitativa do aparecimento de fissuras, podemos
constatar o padrão diferenciado de fissuras presentes nas estruturas de armadura
passiva onde ocorrem as fissuras do padrão mapeada, assim como as presentes na
viga protendida, que em função da tensão de compressão devido a protenção, inibe
o aparecimento de trincas no sentido transversal a aplicação da força, porém
acentua o aparecimento de trincas no sentido longitudinal, causando um modelo de
fissura reta.
72
Em relação a deformação das estruturas, podemos analisar que as estruturas
afetadas pela reação álcali-agregado possuem um coeficiente de deformação
elástico menor, onde afeta diretamente a resistência da mesma, com deformações
maiores mesmo com a utilização de cargas menores, onde suas deformações são
irreversíveis.
Comparando a resistência a compressão dos ensaios, podemos constatar
uma perda significativa de 71,7% da resistência a compressão dos corpos de prova,
mostrando a gravidade do aparecimento da reação em virtude da presença
excessiva de sílica no traço do concreto.
Estudando o ensaio de capilaridade, podemos perceber que o traço contendo
o agregado vidro teve maior coesão por se tratar de uma granulometria mais fina
que o da areia, que por consequência reduz o número de vazios, concluindo que,
além das reações causadas no traço de areia, foram classificadas como uma das
causas nas diferenças na resistência a compressão dos corpos de prova ensaiados.
Em virtude do baixo número de ensaios realizados e o curto prazo para sua
realização, não podemos estimar os possíveis riscos da reação álcali agregado,
somente podemos classificá-la como deletéria para os modelos de estrutura
analisados.
5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
A seguir estão relacionadas algumas sugestões para trabalhos futuros,
levantadas através de análises e conclusões retiradas a partir do trabalho realizado,
onde poderão garantir uma maior precisão das informações para realização dos
ensaios.
Realizar caracterização adequada dos agregados utilizados no ensaio a fim
de prevenir de forma segura o aparecimento de reação em um dos traços;
Utilizar vidro pyrex com granulometria maior que a realizada no estudo e mais
adequada conforme NBR 15577;
Utilizar equipamentos com maior precisão de leitura para avaliar possíveis
expansões nas vigas de maior comprimento;
Estabelecer um prazo maior para realização do ensaio acelerado em vigas
armadas e protendidas para garantir maior possibilidade de reação.
73
6 REFERÊNCIAS
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partir de estruturas duráveis. Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil.
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agregados – reatividade álcali-agregado. Parte 2: Coleta, preparação e
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agregados – reatividade álcali-agregado. Parte 3: Análise petrográfica para
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agregados – reatividade álcali-agregado. Parte 4: Determinação da expansão
em barras de argamassa pelo método acelerado. Rio de Janeiro, 2008.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 15577:
agregados – reatividade álcali-agregado. Parte 5: Determinação da mitigação
da expansão em barras de argamassa pelo método acelerado. Rio de Janeiro,
2008.
74
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agregados – reatividade álcali-agregado. Parte 6: Determinação da expansão
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78
ANEXOS
79
ANEXO 1 – RELATÓRIO DE ROMPIMENTO DO TRAÇO PADRÃO
80
ANEXO 2 – CERTIFICADO DE QUALIDADE CORDOALHA CP-190M RB
UTILIZADA
81
ANEXO 3 – RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO DOS CORPOS DE PROVA
CILÍNDRICOS
RESISTÊNCIA CARACTERÍSTICA
AGREGADO CORPO DE PROVA KN MPa
VIDRO
1553 309,53 39,41
1517 287,12 36,56
1518 300,26 38,23
AREIA
1584 229,26 29,19
1589 200,76 25,56
1557 212,99 27,12
82
ANEXO 4 – ENSAIO DE FLEXÃO DAS VIGAS – CARGA X DEFORMAÇÃO
ENSAIO DE FLEXÃO
CARGA APLICADA
(Kg)
DEFORMAÇÃO TOTAL (mm)
DEFORMAÇÃO DO APOIO
METÁLICO (mm)
DEFORMAÇÃO REAL (mm)
VIG
A -
V3
3000 0,20 0,20 0,00
4000 0,42 0,40 0,02
5000 0,58 0,48 0,10 6000 0,70 0,55 0,15
7000 0,90 0,57 0,33
8000 0,98 0,60 0,38
9000 1,20 0,62 0,58
10000 1,43 0,66 0,77 11000 1,50 0,70 0,80
12000 1,63 0,74 0,89
12500 1,70 0,78 0,92
VIG
A -
V2
3000 0,19 0,15 0,04
4000 0,28 0,22 0,06 5000 0,40 0,35 0,05
6000 0,57 0,50 0,07
7000 0,66 0,55 0,11
8000 0,81 0,58 0,23
9000 0,92 0,61 0,31
10000 1,16 0,67 0,49
11000 1,39 0,63 0,76
12000 2,40 0,89 1,51
VIG
A -
V4
3000 0,34 0,28 0,06
4000 0,43 0,36 0,08
5000 0,80 0,42 0,38
6000 1,20 0,47 0,73
7000 1,86 0,52 1,34
8000 2,58 0,64 1,94
9000 3,25 0,73 2,52
10000 4,18 0,73 3,45
11000 4,92 0,91 4,01
VIG
A -
V1
3000 0,97 0,26 0,71
4000 1,14 0,29 0,85
5000 1,93 0,37 1,57
6000 2,24 0,45 1,79 7000 3,10 0,55 2,55
8000 3,60 0,63 2,97
9000 4,50 0,74 3,76
10000 4,80 0,86 3,95
10500 5,00 0,87 4,13