Penetração de cloretos em estruturas de concreto em zona de atmosfera marinha – resultados de quatro anos de

exposição natural no Nordeste do Brasil

G. R. Meira1, J. C. Borba Jr.1, C. Andrade2, C. Alonso2

1Departamento de Construção Civil, Centro Federal de Educação Tecnológica da Paraíba,

João Pessoa – PB – gibsonmeira@yahoo.com 2Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja, Madri, Espanha

RESUMO: Os cloretos provenientes do mar representam uma importante fonte de degradação das estruturas de concreto em zona de atmosfera marinha. Este trabalho estudou o

transporte de cloretos em elementos de concreto expostos em uma região costeira do Nordeste

do Brasil, a quatro diferentes distâncias em relação ao mar. Perfis de cloretos foram obtidos

periodicamente ao mesmo tempo em que a profundidade de carbonatação era medida. Os

resultados indicam que há uma forte redução nas concentrações de cloretos no concreto, o que

está conectado com a disponibilidade de cloretos na atmosfera. No entanto, este decréscimo

não segue uma relação linear com a disponibilidade de cloretos na atmosfera. A influência do

micro-ambiente é mais pronunciada na superfície do concreto, o que contribui para o efeito

pele e para variações mais acentuadas na concentração superficial de cloretos no concreto.

PALAVRAS-CHAVE: Atmosfera marinha, cloretos, concreto, corrosão, durabilidade.

ABSTRACT: Chlorides from the sea represent an important source of degradation of

concrete structures in marine atmosphere zone. This work studied the penetration of chlorides into concrete specimens exposed in marine atmosphere zone in Northeast of Brazil, at four

different distances from the sea. Periodically, chloride profiles were obtained. At the same time, carbonation front advance was measured. Results show that there is a strong decrease in

chloride penetration into concrete, which is connected with the availability of chlorides in the atmosphere. However, this decrease does not follow a linear relationship with the chlorides

present in the atmosphere. The influence of the surrounding environment is more pronounced in surface concrete, which contributes to the skin effect and to stronger variations of surface

chloride content.

KEYWORDS: Chlorides, concrete, corrosion, durability, marine atmosphere.

1. INTRODUÇÃO

A deterioração de estruturas de concreto em ambiente marinho é um problema que

abrange diversas regiões do mundo, com significativo impacto econômico. Os estudos sobre

esse tema estão focados, em sua maioria, em estruturas inseridas no mar ou muito próximas

do mesmo [1-4]. Portanto, os seus resultados podem ser utilizados apenas em situações que

envolvam condições semelhantes.

O efeito do aerosol marinho sobre estruturas construídas afastadas do mar tem sido menos estudado. Sabe-se que a agressividade devido a salinidade marinha não está limitada a região

de costa, mas se estende na direção do interior [5]. Como conseqüência, estruturas longe do mar são afetadas, em uma área conhecida como zona de atmosfera marinha [5-6]. No Brasil,

um país com uma costa longa e povoada, a zona de atmosfera marinha desempenha um importante papel em relação à agressividade por cloretos sobre estruturas de concreto,

desencadeando problemas de corrosão das armaduras. Os cloretos provenientes do aerosol marinho se depositam na superfície do concreto e

podem penetrar no mesmo através de diferentes processos, dependendo das características dos

materiais e do micro ambiente no qual se insere [1, 8]. A concentração de cloretos na

atmosfera, como uma fonte de sais, influencia significativamente a penetração de cloretos no

concreto [9-10]. Por outro lado, a salinidade do aerosol marinho é principalmente influenciada

pelas características do vento [5,11]. Outros parâmetros ambientais também desempenham um

importante papel neste fenômeno, como temperatura e umidade relativa. A temperatura é um

parâmetro que influencia a taxa de cloretos transportada no concreto [12]. A variação da

umidade relativa tem influência sobre a quantidade de água nos poros do concreto, o que

também é importante no transporte de cloretos [13]. Portanto, o monitoramento dos

parâmetros climatológicos e da salinidade atmosférica pode ajudar a entender a penetração de

cloretos no concreto.

Alguns estudos analisam a influência dos parâmetros climatológicos no comportamento

dos perfis de cloretos no concreto [8, 10], mas a influência da salinidade atmosférica tem sido menos estudada. Observações de longo tempo também são escassas. Este trabalho procura

discutir o comportamento de perfis de cloretos, considerando a influência da salinidade atmosférica e dos parâmetros climatológicos. Esses perfis foram obtidos a partir de elementos

de concreto armado expostos em diferentes micro-ambientes em uma zona de atmosfera de marinha em uma região tropical do nordeste brasileiro, os quais representam resultados de

cerca de quatro anos de exposição.

2. TRABALHO EXPERIMENTAL

O trabalho experimental compreendeu um estágio inicial de caracterização ambiental e um

segundo focado na análise do transporte de cloretos no concreto.

A caracterização ambiental foi realizada através da medida de parâmetros climatológicos e

deposição de cloretos. Os dados climatológicos foram coletados através de uma estação do

Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), localizada na região onde se processou a

pesquisa. Medidas de temperatura, umidade relativa, precipitação, velocidade do vento e

direção dos ventos foram realizadas, seguindo o referencial internacional de medidas

climatológicas. As medidas de deposição de cloretos foram realizadas de acordo com os

procedimentos da ASTM G 140 [14], através da colocação de velas úmidas em pontos

distantes 10, 100, 200 e 500 m do mar (Figura 1). Medidas adicionais de umidade relativa

também foram realizadas periodicamente em cada estação de monitoramento.

Figura 1: Região onde se realizou a pesquisa e localização das estações de monitoramento.

Pilaretes de concreto foram moldados nas dimensões 0,15 x 0,15 x 1,40 m, utilizando

cimento CPIIF (Tabela 1) e relações a/c 0,65, 0,57 e 0,50, para analisar a penetração de cloretos no concreto. Os mesmos foram curados por sete dias em câmara úmida e, em seguida,

expostos nos mesmos pontos onde se localizaram os aparatos de vela úmida.

Tabela 1: Composição química do cimento

SO3 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O C3A RI Perda ao fogo

3.21 18.11 4.13 2.27 59.87 3.81 0.21 1.51 6.81 1.45 5.50

RI= Resíduo insolúvel

A avaliação do transporte de cloretos no concreto se baseou na análise do teor de cloretos

em amostras obtidas a diferentes profundidades, após seis, dez, quatorze, dezoito e quarenta e

seis meses de exposição (Tabela 2). Essas amostras foram analisadas por titulação

potenciométrica, em relação ao teor de cloretos totais, de acordo com os procedimentos

sugeridos pelo RILEM [15]. De forma adicional, também foram realizadas medidas de

carbonatação, com o uso de indicador de fenolftaleína, a cada amostragem realizada para as

medidas de cloretos.

Tabela 2: Profundidade das amostras empregadas nas análises de cloretos.

Tempo de exposição (meses)

Profundidade das amostras (mm)

6 Superfície (0-1), (0-5), (5-10), (10-15), (15-20), (20-25), (25-30)

10 Superfície (0-1), (0-3), (3-6), (6-8), (8-10), (10-13), (13-16), (16-20), (20-25), (25-30)

14 Superfície (0-1), (0-3), (3-6), (6-8), (8-10), (10-13), (13-16), (16-20), (20-25), (25-30)

18 Superfície (0-1), (0-3), (3-6), (6-8), (8-10), (10-13), (13-16), (16-20), (20-25), (25-30)

46 Superfície (0-1), (0-3), (3-6), (6-8), (8-10), (10-13), (13-16), (16-20), (20-25), (25-30), (30-35)

3. RESULTADOS 3.1. Caracterização ambiental

A região onde se realizou o presente estudo é uma região tipicamente tropical, com temperaturas diárias médias ao redor de 27 0C, apresentando pouca variação e umidades

relativas entre 60 % e 80 %, com um pequeno crescimento à medida em que há um

distanciamento do mar (Figura 2a). O período mais chuvoso ocorre entre março e junho, com

um importante crescimento neste último mês. Os ventos predominantes ocorrem dentro do

quadrante S-E e apresentam intensidades médias diárias entre 1 e 4 m/s.

As medidas de deposição de cloretos apresentam um forte decréscimo de salinidade com o

afastamento do mar, com valores médios entre 480 mg/m2.dia a 10 m do mar e 14 mg/m

2.dia a

500 m do mar (Figure 2b). Essa tendência de decréscimo é mais acentuada nos primeiros 200

m em relação ao mar e ocorre como conseqüência do efeito gravitacional sobre as partículas

de sal, quando o aerosol é transportado no sentido do continente.

Figura 2: Umidade relativa (a) e deposição de cloretos (b) nas estações de monitoramento.

3.2 Penetração de cloretos no concreto

Diversos perfis de cloretos foram obtidos ao longo deste estudo experimental. Contudo, apenas alguns perfis típicos são apresentados (Figura 3). Os mesmos mostram que há um claro

crescimento no teor de cloretos com o tempo, como conseqüência de uma contínua exposição ao aerosol marinho. De modo semelhante, os perfis de cloretos mostram uma redução no

transporte de cloretos no concreto com o distanciamento do mar, o que concorda com a

disponibilidade de cloretos na atmosfera em cada posto de exposição. Apesar de não ser

apresentado na Figura 3, um decréscimo típico na concentração de cloretos com a diminuição

da relação a/c também foi observado. Cabe ressaltar que as tendências comentadas aqui

ocorreram para as diversas dosagens empregadas na pesquisa.

Figura 3: Perfis de cloretos para concretos com relação a/c = 0,57, após diferentes tempos de

exposição (a) e com relação a/c = 0,65 a diferentes distâncias do mar (b).

4. DISCUSSÃO

A disponibilidade de cloretos na atmosfera, representada pela deposição de cloretos na vela úmida, é um característica ambiental que tem relação a penetração de cloretos no

concreto em zona de atmosfera marinha. A comparação entre a deposição acumulada de cloretos na vela úmida (Dac) e a concentração superficial de cloretos no concreto (Cs) e a

concentração total média de cloretos no concreto (Ctot) mostra que um crescimento da

salinidade na atmosfera conduz a um acúmulo de cloretos na superfície do concreto e

daqueles que penetram no concreto. No entanto, esta relação não é linear (Figura 4).

Figura 4: Relação entre Cs e Dac para concretos a 100 m do mar (a) e entre Ctot e Dac, para

concretos com relação a/c = 0,57 (b).

O comportamento de Cs mostra importante variação nas primeiras medidas. Isso deve

estar relacionado a outros parâmetros ambientais, como precipitação e carbonatação

superficial do concreto. Outros autores mostram que a tendência de crescimento de Cs se atenua com o tempo [1,3]. Isto significa que uma importante quantidade de cloretos presente

na atmosfera não se deposita na superfície do concreto, o que deve estar relacionado com a interação dinâmica entre as partículas de sal na atmosfera e a capacidade da superfície do

concreto em capturá-las. Um decréscimo na porosidade do concreto superficial, devido à formação de cloroaluminatos também deve ser considerada [16]. No presente caso, são

necessários mais dados para confirmar essa tendência de atenuação no comportamento de Cs.

No caso dos cloretos acumulados no concreto, há uma relação próxima entre os cloretos

presentes na superfície do concreto e o seu transporte para o interior do material. No entanto,

algumas particularidades devem ser consideradas. Há a formação de picos nos perfis de

cloretos (Figura 3), o que corresponde ao efeito pele [17]. Este efeito está relacionado com as

diferenças de porosidade entre o interior e a superfície do concreto, bem como com os ciclos

de umectação e secagem na superfície do concreto, como conseqüência da interação com o

micro-ambiente [8-10].

As medidas de carbonatação não mostram uma coincidência entre a formação dos picos

nos perfis e a profundidade da frente de carbonatação (Figura 3a), o que indica que a

carbonatação não deve ser a única razão para a formação do pico. Contudo, mudanças na

estrutura porosa e na capacidade de transporte do concreto devido à carbonatação, certamente,

afetam o contorno dos perfis nesta zona. O comportamento da superfície do concreto submetido a ciclos de umectação e secagem,

devido à interação com o ambiente, também afeta o teor de cloretos nesta zona [8]. Concretos com elevada relação a/c são afetados pelos ciclos de umectação e secagem em camadas mais

profundas, devido à facilidade de transferência de umidade em poros maiores [18]. Consequentemente, a formação de picos nos perfis deve ocorrer em camadas mais profundas

também (Figura 3a – 3b). Concretos em ambientes com baixa umidade relativa são afetados no mesmo sentido, à medida em que eles podem secar até camadas mais profundas e variar o

teor de umidade em uma zona mais extensa. Com o afastamento do mar, há um decréscimo

nas medidas de umidade relativa (Figura 2), o que contribui para o avanço da frente de

carbonatação e para ciclos de umectação e secagem mais profundos. Como conseqüência, o

mesmo concreto pode apresentar diferentes profundidades para a formação dos picos nos

perfis de cloretos, dependendo das características ambientais. Este comportamento pode ser

percebido suavemente na Figura 3b, quando são comparados os perfis de cloretos em pontos

de exposição extremos (10 e 500 m).

O efeito da chuva é outro aspecto que deve influenciar no comportamento dos perfis de

cloretos e também está conectado com os ciclos de umectação e secagem. No presente estudo,

o período de chuvas está concentrado em quatro meses e, portanto, tem a sua influência

concentrada em um curto período de tempo. Por outro lado, o efeito de lavagem superficial do

concreto devido à precipitação é outro aspecto comentado na literatura [19], apesar da forma

como este efeito ocorre não estar clara. Medidas de cloretos após 18 meses de exposição mostram um decréscimo das concentrações superficiais (Figura 3a – 4a). Como essas

amostras foram extraídas após o período das chuvas mais intensas, estes resultados podem ter sido influenciados por esse efeito.

A influência da temperatura não é analisada neste trabalho, devido a pequena variação desta medida ao longo do tempo de exposição.

Diferenças de porosidade entre o concreto superficial e o concreto interior têm a sua influência sobre a parte mais externa dos perfis. A carbonatação acentua esta influência com o

avanço da frente de carbonatação, o que ocorre ao longo do tempo e, para o que, os ciclos de

umectação e secagem também contribuem. Por outro lado, a salinidade atmosférica parece ser

um efeito preponderante na acumulação de cloretos no concreto, nas condições específicas

deste estudo.

Sob o foco da concentração total média de cloretos no concreto (Ctot), um estudo anterior foi realizado pelos autores [20], o qual mostra que Ctot possui boa correlação com Dac, o que

está em concordância com os materiais analisados neste trabalho (Tabela 3). Considerando que o interior do concreto é menos influenciado por mudanças ambientais de curto prazo [18]

e que mudanças ambientais de longo prazo não são significativas no presente estudo, a relação proposta entre Ctot e Dac pode ser aplicada.

Tabela 3: Relações entre Ctot e Dac para o presente estudo.

a/c Expressão r2 n 0.65 Ctot=0,0465+0,01034.Dac

0.5 0,950 16

0.57 Ctot=0,0456+0,00745.Dac0.5

0,970 16

0.50 Ctot=0,0401+0,00690.Dac0.5 0,963 16

5. CONCLUSÕES

O transporte de sais na zona de atmosfera marinha mostra um forte decréscimo na

deposição de cloretos nas primeiras faixas de terra, o que se reflete na penetração de cloretos

no concreto. Esta relação parece ser preponderante e apresenta boa correlação com a raiz

quadrada da deposição de cloretos acumulada na vela úmida e pode ser aplicável ao total de

cloretos acumulados no concreto. Este comportamento não está totalmente claro em relação à

concentração superficial de cloretos no concreto.

A influência do micro-ambiente é mais pronunciada na superfície do concreto. Ciclos de umectação e secagem devido à mudanças no micro-ambiente e avanço da frente de

carbonatação contribuem para a formação de perfis com duas zonas, com um pico nos primeiros milímetros em relação à superfície do concreto. Este efeito, que também é afetado

pelas diferenças de porosidade entre superfície e interior é mais pronunciado em concretos com maior relação a/c, o que pode provocar mudanças no posicionamento do pico devido à

interação com o ambiente. A concentração superficial de cloretos é fortemente influenciada pelas condições

ambientais. No entanto, ao longo do tempo, espera-se que o comportamento médio prevaleça,

como conseqüência da disponibilidade de cloretos no ambiente e sua interação com a matriz

de concreto, apesar de dados de longo prazo serem necessários para confirmar essa

expectativa.

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