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A MISTERIOSA REAÇÃO

ÁLCALI-AGREGADO

Conceitos atuais

Prof. Dr. Claudio Sbrighi

IBRACON / CPTI/ IPT

junho/ 2009

ABECE – São Paulo

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OBRA INDUSTRIAL

Aspecto macro da estrutura

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RAA Quebec Canadá

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CONCEITOS ATUAIS

VÁRIAS AMOSTRAS DE AGREGADO VÁRIOS LABORATÓRIOS

UMA AMOSTRA VÁRIOS LABORATÓRIOS

RESULTADOS DIFíCEIS DE INTERPRETAR

?

?

??

?

Mistério

Interesses difusos

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Reações químicas entre os álcalis (sódio e potássio) do cimento e agregados com características reativas ( minerais ou texturais)

Geram produtos sílico-cálcico-alcalinos (géis expansivos ou cristais)

Causam fissuração e deslocamentos estruturais

REAÇÕES ÁLCALI-AGREGADO

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Descritas por Stanton (1940) na Califórnia

No Brasil os primeiros estudos são da década de 60, época da construção da Barragem de Jupiá

1985 foi divulgado o primeiro caso de RAA: UHE Apolônio Sales de Oliveira (Moxotó)

REAÇÕES ÁLCALI-AGREGADO: HISTÓRICO

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Historicamente a maior parte das

ocorrências de RAA são verificadas

em barragens mas hoje já há

registros em pontes, pavimentos,

dormentes e edifícios.

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Reação álcali-sílica

Reação álcali-silicato

Reação álcali-carbonato

TIPOS DE REAÇÕES ÁLCALI-AGREGADO

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Agregado Reativo

Álcalis Água

RAA

Condições para a ocorrência da RAA

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Condições Agregado reativo

para Álcalis solúveis (sódio e potássio)

ocorrência Umidade

Temperatura

REATIVIDADE ÁLCALI-AGREGADO

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AGREGADOSAGREGADOSREATIVOSREATIVOS

TIPOS DE REAÇÃO

RochasQuartzo

MilonitizadasTensionado

Álcali-silicato

Álcali-Silica

Cálcários Dolomíticos

Calcários Argilosos

Álcali-Carbonato

Opala

Calcedônia

Cristobalita

Tridimita

Vidros Vulcânicos

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vidro vulcânico

TIPOS DE AGREGADOS REATIVOS

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Minerais finos

TIPOS DE AGREGADOS REATIVOS

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O grão é uniformente “brilhante” (A) e totalmente escuro (B) sob microscópio de luz polarizada quando se gira a platina

(A) (B)

Quartzo não reativo

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exibe extinção ondulante, isto é, áreas claras (A) e escuras (B) num mesmo grão, quando se rotaciona a platina do microscópio sob luz polarizada.

(A)(B)

Quartzo reativo ou tensionado

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Sílica criptocristalina constituída por calcedônia reativa

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Agregado Álcalis Gel de silicato

+ do cálcico alcalino

silicoso cimento

MECANISMO DA REAÇÃO

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Reação mais rápida

Álcalis do cimento + sílica

Na+ e K+

opala, calcedônia, vidro vulcânico

MECANISMO DA REAÇÃO ÁLCALI-SÍLICA

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Álcalis do cimento + rochas carbonáticas compostas por calcita, dolomita e argilominerais

Não há formação de gel

Deterioração ocorre em função da decomposição da dolomita (desdolomitização)

Os argilominerais parecem ser os responsáveis pela expansão

MECANISMO DA REAÇÃO ÁLCALI-CARBONATO

É o tipo de reação mais rara no Brasil

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Reação mais lenta que a álcali-sílica

Álcalis do cimento + sílica

Na+ e K+

quartzo, argilominerais

MECANISMO DA REAÇÃO ÁLCALI-SILICATO

É o tipo de reação mais importante no Brasil

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Gel expansivo nas bordas do agregado e preenchendo os poros

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ESTUDOS DE PREVENÇÃO DA REAÇÃO ÁLCALI - AGREGADO

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O princípio da prevenção se baseia na escolha adequada dos constituintes do concreto (cimentos, agregados e adições) e de seu traço, através da realização de ensaios de caracterização e ensaios específicos de desempenho.

ESTUDOS DE PREVENÇÃO DA REAÇÃO ALCALI – AGREGADO EM LABORATÓRIO

AGREGADOS

ESTUDOS DE PREVENÇÃO DA REAÇÃO ÁLCALI - AGREGADO

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ENSAIO PETROGRÁFICO ( NBR 15 577- Parte 3/ NBR 7389)

Princípio : Observação por microscopia e detecção de fases reativas

Status: Ensaio de avaliação potencial

Principais fases reativas : Opala, calcedônia, vidro vulcânico, silex,

quartzo com extinção ondulante, silicatos com granulação fina tridimita, cristobalita, calcários dolomíticos argilosos.

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ENSAIO NBR 15 577 – Parte 4

Princípio: Variação dimensional de barras de argamassa utilizando o agregado e cimento padronizado com alto teor de álcalis e curadas a 80ºC.

Limites: Máx. 0,19% ( 30 dias )

Status: Ensaio de curta duração

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NBR 15 577 – Parte 6

Principio : Medição da expansão em prismas de concreto à temperatura de 38 oC (75 X 75 X 275 mm)

Status : Avaliação potencial

Limite : 0,04% em 1 ano

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OUTROS ENSAIOS MENOS USADOS (Limitações)

Método OSIPOV

Ensaio químico (ASTM C-289 )

ASTM C-586/Normas canadenses (Rochas carbonáticas)

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ROTEIRO DE ESTUDOS DE PREVENÇÃO DA REAÇÃO ALCALI - AGREGADO

AGREGADOSAGREGADOS

CIMENTOSCIMENTOS

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Conceitos: Causador da reação quando contiver álcalis solúveis e usado com agregado reativo

Conceito antigo: Eq. Alcalino < 0,6%

Conceito novo: Máx. 3kg/m3 (álcalis de todos os componentes do concreto)

Conceito inibidor: Evita expansão com agregado reativo

CIMENTO

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A hidratação do cimento gera Ca(OH)2 e C-S-H

Ca(OH)2 é catalisador da reação álcali-agregado

Escórias, silica ativa e pozolanas reagem com o Ca(OH)2 impedindo a reação

C-S-H absorve os álcalis

Expansão não ocorre mesmo com agregados reativos

MATERIAIS INIBIDORES

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MÉTODO NBR 15 577 – Parte 5: ESCOLHA DO CIMENTO ADEQUADO E OUTRAS AVALIAÇÕES

Princípio:Medir a expansão aos 16 dias Barras de Argamassa

Agregado reativo 80ºC Cimento a ser testado

expansão >0,10% cimento não inibidor ( não deve ser usado com agregados reativos)

expansão < 0,10% cimento inibidor (pode ser usado com agregado reativo)

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ESTUDOS DE DETECÇÃO DA REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO

INVESTIGAÇÕES DE CAMPO

Observação de fissuração (padrão em mapa)

Observação de gel exsudado esbranquiçado na superfície

do concreto

Extração de testemunhos

Uso de instrumentação deslocamento da estrutura

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INVESTIGAÇÃO NO LABORATÓRIO

Nos testemunhos de concreto extraídos:

Análises petrográficas ASTM C-856 (concreto) Microscopia estereoscópica Microscopia eletrônica de varredura

Agregados com fases reativasBordas de reação nos agregados

Feições indicativas MicrofissuraçãoGel nos porosFissuração radialProdutos cristalizados

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Macroscópica a olho nu

Microscópica por meio de microscopia estereoscópica e óptica de luz transmitida

Microscopia eletrônica de varredura

DIAGNÓSTICO NO LABORATÓRIO DA REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO EM CONCRETO POR ANÁLISES PETROGRÁFICAS E MICROSCÓPICAS

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Gel expansivo preenchendo poros e no contorno dos agregados

MICROSCOPIA ESTEREOSCÓPICA

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MICROSCOPIA ESTEREOSCÓPICA

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Gel expansivo em concreto

MICROSCOPIA ESTEREOSCÓPICA

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Microfissura em agregados

MICROSCOPIA ÓPTICA DE LUZ TRANSMITIDA

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Gel gretado em concreto

MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA

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Medidas de Reparo

Tratamento com lítio

- mecanismo de ação não totalmente conhecido

Confinamento mecânico (gaiolas, cinta-mento etc.) + injeções estabilizadoras

- resultados essencialmente físicos

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CONCEITOS ATUAISANÁLISE FINAL - NBR 15577/08

GUIA PARA AVALIAÇÃO

•Avaliação crítica dos ensaios históricos

•Exame cuidadoso da frente de lavra do agregado especialmente quanto a sua homogeneidade

•Coleta de amostras da frente de lavra atual e ensaios de caracterização quanto a RAA

•Vistoria de obras com idades diferentes produzidas com o agregado com vários cimentos e submetidas a condicões de exposição diversas

•Ensaios em argamassa e concreto simulando traços de concretos correntes

•Parecer/Laudo considerando todos estes aspectos