Universidade Federal de Minas Gerais Escola de Engenharia

Departamento de Engenharia de Materiais e Construo Curso de Especializao em Construo Civil

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

Escola de Engenharia Departamento de Engenharia de Materiais e Construo Curso de Especializao em Construo Civil

Monografia

DURABILIDADE DE ESTRUTURAS DE CONCRETO

EM USINAS SIDERRGICAS

Autora: Flvia Spitale Jacques Poggiali

Orientadora: Prof Dr Carmen Couto Ribeiro

Janeiro / 2009

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Flvia Spitale Jacques Poggiali

DURABILIDADE DE ESTRUTURAS DE CONCRETO

EM USINAS SIDERRGICAS

Monografia apresentada ao Curso de Especializao em Construo Civil

da Escola de Engenharia da UFMG

nfase: Durabilidade

Orientadora: Prof. Dr. Carmen Couto Ribeiro

Belo Horizonte

Escola de Engenharia da UFMG

2009

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AGRADECIMENTOS

Agradeo a todos que colaboraram significativamente na execuo deste trabalho, tanto

do ponto de vista prtico (fornecimento de dados, orientaes, sugestes, etc.) como do

ponto de vista psicolgico. Foi essencial contar com o apoio, compreenso, estmulo e

carinho de pessoas to queridas.

Agradeo Prof. Carmen Couto pelo incentivo, dedicao, competncia, amizade e

presena constante durante todo o processo de execuo do trabalho.

Aos professores do Departamento de Materiais de Construo da Escola de Engenharia /

UFMG, pelas valiosas colaboraes na ajuda da pesquisa bibliogrfica e colaboraes

tcnicas.

A toda minha famlia, pela credibilidade e incentivo ao meu trabalho.

Em especial, ao meu marido Guilherme, exemplo de profissional e incentivador do

crescimento da minha carreira.

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SUMRIO

LISTA DE FIGURAS........................................................................................................... 6

LISTA DE TABELAS.......................................................................................................... 8

1. INTRODUO.......................................................................................................... 10

2. OBJETIVO ................................................................................................................ 11

3. ASPECTOS REFERENTES DURABILIDADE NA NBR 6118:2003 .................... 12

4. DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ......................................... 15

4.1 DEFINIO.......................................................................................................... 16

4.2 IMPORTNCIA...................................................................................................... 16

4.3 CONSIDERAES GERAIS.................................................................................... 17

4.4 GUA COMO AGENTE DE DETERIORAO............................................................. 19

4.5 PERMEABILIDADE ................................................................................................ 22

4.5.1 Permeabilidade do concreto....................................................................................... 22

4.6 CLASSIFICAO DAS CAUSAS DA DETERIORAO DO CONCRETO ......................... 23

4.7 DETERIORAO POR DESGASTE SUPERFICIAL ..................................................... 24

4.8 CRISTALIZAO DE SAIS NOS POROS................................................................... 26

4.9 AO DO CONGELAMENTO .................................................................................. 26

4.10 EFEITO DO FOGO ................................................................................................ 27

4.10.1 Efeito da alta temperatura na pasta de cimento hidratada ...................................... 27

4.10.2 Efeito da alta temperatura no agregado................................................................... 28

4.10.3 Efeito da alta temperatura no concreto .................................................................... 28

4.10.4 Efeito do concreto de alta resistncia exposto ao fogo ........................................... 31

4.11 DETERIORAO DO CONCRETO POR REAES QUMICAS .................................... 32

4.11.1 Hidrlise dos componentes da pasta de cimento .................................................... 33

4.11.2 Reaes de troca catinica...................................................................................... 34

4.12 REAES ENVOLVENDO A FORMAO DE PRODUTOS EXPANSIVOS...................... 36

4.12.1 Ataque por sulfato .................................................................................................... 36

5

4.12.2 Reao lcali-agregado ........................................................................................... 40

4.13 CORROSO DO AO DE ARMADURA NO CONCRETO.............................................. 44

4.13.1 Mecanismos de deteriorao do concreto por corroso da armadura .................... 46

4.13.2 Controle da corroso................................................................................................ 52

4.14 CONCRETO EM AMBIENTE MARINHO .................................................................... 56

4.14.1 Concluses sobre a deteriorao devido ao da gua do mar........................... 58

5. AMBIENTE INDUSTRIAL SIDERRGICO .............................................................. 60

5.1 INTRODUO ...................................................................................................... 60

5.2 O PROCESSO DE FABRICAO DO AO................................................................. 61

5.2.1 Matrias primas .......................................................................................................... 61

5.2.2 Alto Forno ................................................................................................................... 63

5.2.3 Aciaria......................................................................................................................... 70

5.3 AGENTES DELETRIOS AO CONCRETO EM AMBIENTE SIDERRGICO ....................... 71

5.3.1 Recebimento, armazenamento e manipulao de matrias primas.......................... 73

5.3.2 Sinterizao e Pelotizao ......................................................................................... 74

5.3.3 Coqueria ..................................................................................................................... 75

5.3.4 Alto Forno ................................................................................................................... 77

5.3.5 Aciaria......................................................................................................................... 78

6. CONCLUSO ........................................................................................................... 79

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................................ 80

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LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1: Lei de evoluo de custos, lei de Sitter. Fonte: HELENE, 2005. ...............17

FIGURA 2: Formao de sais solveis e insolveis atravs dos cidos. Fonte:

HELENE, 2005..............................................................................................................20

FIGURA 3: Influncia da relao gua/cimento e do grau de hidratao sobre a

resistncia e a permeabilidade. Fonte: MEHTA e MONTEIRO, 1994. .........................23

FIGURA 4: Causas fsicas da deteriorao do concreto. Fonte: MEHTA e

MONTEIRO, 2008.........................................................................................................24

FIGURA 5: Influncia da relao gua/cimento e tipo do agregado da deteriorao

por abraso-eroso no concreto. Fonte: MEHTA e MONTEIRO, 1994........................25

FIGURA 6: Efeito do tipo de agregado e condies de ensaio sobre a resistncia

ao fogo. Fonte: MEHTA e MONTEIRO, 2008, citando ABRAMS, M.S.,

Temperature and Concrete, ACI SP-25, pp. 33-58, 1973.............................................30

FIGURA 7: Tipos de reaes qumicas responsveis pela deteriorao do

concreto. Fonte: MEHTA, 2008.....................................................................................33

FIGURA 8: (a) Representao diagramtica da expanso de argamassa ou

concreto causada pela formao de etringita tardia. (b) Micrografia obtida por

microscopia eletrnica de varredura de uma argamassa atacada por DEF. Fonte:

MEHTA e MONTEIRO, 2008. .......................................................................................38

FIGURA 9: Enfoque holstico para expanso e fissurao por formao de

etringita tardia. Fonte: MEHTA e MONTEIRO, 2008. ...................................................38

FIGURA 10: Efeitos do tipo e consumo de cimento e da adio de cinzas volantes

sobre o ataque por sulfato ao concreto. Fonte: MEHTA e MONTEIRO, 2008. ............40

FIGURA 11: Representao esquemtica das patologias tpicas observadas em

vigas de concreto armado afetadas por corroso. Fonte: HELENE, 2005. ..................45

7

FIGURA 12: Expanso e fissurao do concreto devidas corroso da armadura.

Fonte: MEHTA, 2008. ...................................................................................................47

FIGURA 13: Avano do processo de carbonatao. Fonte: FIGUEIREDO, 2005. ......52

FIGURA 14: Esquema de variao do teor crtico de cloretos em funo da

qualidade do concreto e umidade do ambiente. Fonte: FIGUEIREDO, 2005...............53

FIGURA 15: Representao diagramtica dos danos ao concreto por (a) corroso

da armadura, (b) ciclos de congelamento e degelo. (c) reao lcali-slica, (d)

ataque externo por sulfato. Fonte: MEHTA e MONTEIRO, 2008. ...............................54

FIGURA 16: Um modelo holstico de deteriorao do concreto a partir dos efeitos

ambientais mais freqentes. Fonte: MEHTA e MONTEIRO, 2008. ..............................55

FIGURA 17: Representao esquemtica de um cilindro de concreto armado

exposto gua do mar. Fonte: MEHTA e MONTEIRO, 2008. .....................................59

FIGURA 18: Layout atual da Usina Siderrgica Gerdau Aominas. Fonte:

GERDAU, 2008.............................................................................................................60

FIGURA 19: Seo transversal de um alto-forno moderno. Fonte: www.ufsc.br. ........64

FIGURA 20: Seo transversal de uma instalao de alto-forno, incluindo o

equipamento auxiliar principal. Fonte: www.ufsc.br......................................................64

FIGURA 21: Processos pneumticos para produo de ao, a partir do ferro gusa.

Fonte: www.ufsc.br. ......................................................................................................68

FIGURA 22: Fluxo de produo atual da Usina Siderrgica da Gerdau Aominas.

Fonte: GERDAU, 2008..................................................................................................71

FIGURA 23: Balano energia/materiais para sinterizao. Fonte: OLIVEIRA, 2004. ..74

FIGURA 24: Esquema de principais produtos obtidos pela destilao do carvo e

sua distribuio porcentual. Fonte: ARAJO, 2005......................................................76

FIGURA 25: Balano energia/materiais para coqueria. Fonte: OLIVEIRA, 2004.........77

FIGURA 26: Balano energia/materiais para alto forno. Fonte: OLIVEIRA, 2004........77

FIGURA 27: Balano energia/materiais para aciaria. Fonte: OLIVEIRA, 2004. ...........78

8

LISTA DE TABELAS

TABELA 1: Classes de Agressividade Ambiental. .......................................................13

TABELA 2: Correspondncia entre classe de agressividade e qualidade do

concreto. .......................................................................................................................14

TABELA 3: Correspondncia entre classe de agressividade ambiental e

cobrimento nominal para c = 10 mm. .........................................................................14

TABELA 4: Caractersticas do cimento Portland. ........................................................18

TABELA 5: Ataque cido ao concreto..........................................................................21

TABELA 6: Rochas, minerais e constituintes sintticos reativos deletrios. ...............42

TABELA 7: Quantidade de cloretos livres em relao a diversos teores de C3A. .......49

TABELA 8: Principais fatores que condicionam a velocidade de penetrao da

frente de carbonatao. ................................................................................................51

TABELA 9: Teor limite de cloreto para diversas normas. ............................................53

TABELA 10: Desempenho do concreto exposto gua do mar. ................................56

TABELA 11: Emisses em unidades de processos siderrgicos. ...............................73

9

RESUMO

A durabilidade das estruturas de concreto um tema atual e complexo, onde uma

gama enorme de variveis afetar a vida til da construo. Dentre estas

variveis podemos citar a fase de projeto (principalmente arquitetnico e

estrutural), a concepo dos materiais e dos processos construtivos e a utilizao

e manuteno da construo finalizada.

Ambientes industriais possuem uma srie de agentes deletrios ao concreto. Em

usinas siderrgicas, tema deste trabalho, o ambiente possui uma srie de agentes

agressivos, como altas temperaturas (at 1500C), gases, impactos, guas

residuais, vapores, entre outros.

Quando estes agentes so desconhecidos ou desconsiderados por parte dos

engenheiros projetistas ou construtores, o resultado so obras que no atendem o

requisito mnimo de durabilidade, qualidade e vida til. Estes fatores, associados

ausncia de manuteno, possuem como conseqncia principal um alto custo

com a recuperao da estrutura.

Primeiramente, ser feita uma reviso bibliogrfica a respeito de durabilidade de

estruturas de concreto. Logo aps, sero identificados os principais agentes

deletrios ao concreto em ambiente siderrgico.

De posse dessas informaes, teremos alguns parmetros para projetar e

construir em usinas siderrgicas com maior qualidade e durabilidade, atingindo a

vida til desejada.

10

1. INTRODUO

Durabilidade de estruturas de concreto pode ser entendida como a vida til para

qual a estrutura foi projetada, sem alterar sua forma original, sua qualidade e

capacidade quando exposta ao meio ambiente.

Nos ltimos anos, alm da preocupao com a resistncia do concreto, a

durabilidade tambm tem sido enfoque de engenheiros e projetistas. Patologias

prematuras vm ocorrendo em estruturas de concreto residenciais, comerciais e

industriais, trazendo riscos, desconforto e altos custos de recuperao. Atravs do

conhecimento dos principais mecanismos de deteriorao do concreto, podemos

diagnosticar a maior parte dos problemas patolgicos das estruturas.

Houve uma reviso na norma NBR 6118/2003, Projeto de Estruturas de Concreto

Procedimento, em funo da durabilidade de estruturas de concreto. Alm de

abordar a segurana estrutural e sua funcionalidade, agora trata tambm da

durabilidade da estrutura.

A gua est sempre envolvida no processo de deteriorao do concreto, por meio

da porosidade do material. Essa permeabilidade do material define o quanto ele

pode se deteriorar. Quanto maior a permeabilidade do concreto, mais sujeito s

aes da gua e de meios agressivos ele estar, e mais rpido se deteriorar.

A durabilidade do concreto poder ser prejudicada atravs de efeitos fsicos

(como desgaste da superfcie, fissuras causadas por presso de cristalizao de

sais nos poros ou exposio s baixas ou altas temperaturas) ou por efeitos

qumicos (lixiviao, reaes lcalis-agregados, corroso das armaduras e

reaes expansivas envolvendo ataques por sulfatos). Ressalta-se que a

deteriorao do concreto est geralmente associada a mais de um fenmeno, o

que nos chama a ateno para no diagnosticar erroneamente uma patologia.

Como a durabilidade afeta diretamente nos custos das construes, a

necessidade de reforo e reparo em estruturas tem feito com que os engenheiros

se conscientizem da importncia do tema. Alm disso, a conscientizao

sustentvel de preservao das matrias-primas resulta em uma menor demanda

de materiais para reposio. Quando materiais durveis so produzidos e

reciclam-se os que j existem, diminui-se o impacto ecolgico. Cada vez mais o

11

concreto exposto a ambientes muito agressivos, tal qual ocorre em usinas

siderrgicas que so o foco do presente trabalho.

Em ambientes siderrgicos, essa agressividade do meio muito mais intensa,

devido presena de impactos na estrutura, vapores, altas temperaturas (at

1500C), guas agressivas (ex. desmineralizada) e outros agentes como o gs

carbnico (CO2), dixido de enxofre (SO2), xidos de nitrognio (NOX), alm da

interao entre esses elementos (sinergia). Por isso uma maior preocupao em

definir o melhor tipo de concreto para resistir ao ataque desses agentes. Quando

eles no so considerados na concepo da estrutura de concreto nas usinas

siderrgicas, estas estruturas no iro atingir a vida til desejvel, resultando em

altos gastos com a recuperao da obra deteriorada.

O seguinte trabalho trata de uma reviso bibliogrfica sobre durabilidade de

estruturas de concreto. Esta durabilidade ser enfocada no ambiente siderrgico

em funo dos efeitos deletrios que ele proporciona, principalmente nos

processos de fabricao de snter, coque, ferro-gusa e ao.

2. OBJETIVO

Este trabalho visa fazer uma anlise a respeito da durabilidade de estruturas de

concreto em espaos siderrgicos, buscando na doutrina os principais

mecanismos de deteriorao do concreto, alm dos principais agentes deletrios

ao concreto presentes em usinas siderrgicas. O principal objetivo obter

parmetros para construir em ambiente siderrgico com maior qualidade,

durabilidade e vida til.

12

3. ASPECTOS REFERENTES DURABILIDADE NA NBR 6118:2003

A Norma Brasileira NBR 6118/2003, Projeto de Estruturas de Concreto

Procedimento abordava, originalmente, a segurana estrutural e sua

funcionalidade. Esta nova verso aborda tambm a durabilidade da estrutura e

trata de algumas diretrizes para a durabilidade e qualidade das estruturas de

concreto.

Alguns fatores justificaram ou motivaram as modificaes feitas nas normas de

concreto, dentre os quais podemos citar: as concepes arquitetnicas mais

esbeltas, a evoluo da tecnologia dos materiais, a utilizao de programas

estruturais mais complexos, a busca da qualidade e segurana das estruturas e a

melhoria e garantia da durabilidade das estruturas, em prol dos direitos do

consumidor.

A maior parte dos problemas que ocorrem nas construes, cerca de 50%, advm

de erros em projetos. A reduo sistemtica desses erros acontece atravs da

utilizao correta de normas tcnicas reconhecidas, que priorizam requisitos de

segurana, durabilidade e funcionalidade da estrutura.

Desde a ltima reviso da Norma Brasileira NBR 6118, vrios autores vm

estudando e avaliando quais os principais impactos que as modificaes da

Norma tiveram na durabilidade das construes. Para o Professor Jos Celso da

Cunha, as principais inovaes da nova norma foram:

a) Garantia da qualidade do projeto e das estruturas e os requisitos para a

sua obteno;

b) Durabilidade das estruturas, com enfoque incisivo sobre essa questo;

c) Limites para dimenses, deslocamentos e aberturas de fissuras,

enfocando razes construtivas, validade das teorias e compatibilidade

de funcionamento;

d) Anlise estrutural, com alerta sobre o campo de validade e condies

especiais de aplicao;

e) Instabilidade e efeitos de segunda ordem, classificando com maior

preciso os fenmenos envolvidos e os procedimentos para cada

situao;

f) Regio e elementos especiais, sinalizando princpios de

dimensionamento e detalhamento das regies de descontinuidade.

(CUNHA, 2004)

Para a definio de alguns parmetros de projeto, deve-se determinar a classe de

agressividade do ambiente a que o material est inserido, de acordo com a

Tabela 1, retirada da Norma NBR 6118/2003:

TABELA 1: Classes de Agressividade Ambiental.

Fonte: NBR 6118/2003.

A agressividade ambiental est relacionada s aes fsicas e qumicas deletrias

ao concreto, no estando relacionada s aes mecnicas, aos efeitos da

temperatura e a retraes hidrulicas.

Atravs da classificao da classe de agressividade ambiental, a Norma NBR

6118/2003 define os requisitos mnimos que o concreto necessita para garantir

uma boa durabilidade, referentes relao gua/cimento e a resistncia

compresso do concreto, de acordo com a Tabela 2.

13

TABELA 2: Correspondncia entre classe de agressividade e qualidade do concreto.

Fonte: NBR 6118/2003.

Tambm definido pela classe de agressividade ambiental, o cobrimento mnimo a

ser adotado para estruturas de concreto armado e protendido esto

exemplificados na Tabela 3, de acordo com a Norma NBR 6118/2003.

TABELA 3: Correspondncia entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal para

c = 10 mm.

Fonte: NBR 6118/2003.

Outras medidas definidas pela Norma NBR 6118/2003 nos proporcionam

diretrizes para um concreto de maior durabilidade, tais como a dimenso mxima

caracterstica do agregado grado e o detalhamento da armadura, por exemplo.

14

15

4. DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO

At a ltima atualizao da NBR 6118/2003, a caracterstica do concreto que os

projetistas julgavam como mais relevante era sua resistncia, pois fornece uma

indicao da qualidade do material, uma vez que est diretamente relacionada

estrutura da pasta de cimento endurecida. Contudo, devido incidncia

sistemtica de problemas patolgicos nas estruturas de concreto, tornou-se

essencial a conscientizao sobre a durabilidade deste material.

O concreto um material constitudo por cimento, areia, brita e aditivos. De

acordo com RIBEIRO, PINTO e STARLING (2000),

A proporo de seus componentes (dosagem ou trao) deve atender

s condies requeridas de resistncia, trabalhabilidade e durabilidade,

que so propriedades fundamentais do concreto.

As caractersticas de cada um dos constituintes do concreto influenciaro

significativamente na durabilidade do material, modificando suas propriedades,

tais como: a compacidade, a porosidade, permeabilidade e capilaridade. O

concreto deve ser produzido de forma homognea, onde os agregados midos e

grados devem ser totalmente envolvidos pela pasta de cimento. Para RIBEIRO,

a falta de homogeneidade acarreta um sensvel decrscimo da resistncia

mecnica e da durabilidade.

O concreto um material no inerte, e est sujeito, ao longo do tempo, s

interaes entre seus elementos constituintes e os agentes externos. Para

RIBEIRO, PINTO e STARLING um concreto durvel aquele que resiste s

condies para o qual foi projetado, sem deteriorao, por muitos anos.

O processo de deteriorao pode resultar em anomalias, podendo comprometer o

desempenho da estrutura, provocar efeitos estticos indesejveis e causar

desconforto psicolgico ao usurio, alm de altos custos para a sua recuperao.

A gua um dos principais agentes do processo de deteriorao do concreto. O

ritmo desse processo ser definido pela vulnerabilidade aos agentes externos

(presentes na gua e no ar), ou seja, ser diretamente proporcional sua

permeabilidade. A durabilidade do concreto pode ser afetada por efeitos fsicos

16

(como desgaste da superfcie, fissuras causadas por presso de cristalizao de

sais nos poros ou exposio s baixas ou altas temperaturas) e por efeitos

qumicos (lixiviao, reaes lcalis-agregados, corroso das armaduras e

reaes expansivas envolvendo ataques por sulfatos).

4.1 Definio

A durabilidade abrange o estudo em diversas reas, tais como Engenharia,

Materiais de Construo, Estatstica, Qumica, Fsica, entre outras. Por isso,

definir durabilidade to complexo. Segundo MEHTA e MONTEIRO (2008), uma

vida til longa considerada sinnimo de durabilidade. Esta caracterstica de

estruturas de concreto pode ser entendida como a vida til para a qual a estrutura

foi projetada, perpetuando suas propriedades qumicas e fsicas, sua forma

original, a qualidade do material e a capacidade de utilizao quando exposto ao

ambiente externo.

J o fim da vida til do material pode ser definido como o perodo em que suas

propriedades se deterioram devido ao do meio ao qual ele est inserido,

chegando a um colapso estrutural, economicamente invivel de ser corrigido.

No conceito da Norma NBR 6118/2003,

Durabilidade consiste na capacidade de a estrutura resistir s

influncias ambientais previstas e definidas em conjunto pelo autor do

projeto estrutural e o contratante, no incio dos trabalhos de elaborao

dos projetos.

4.2 Importncia

Atualmente, durabilidade, resistncia e custo das estruturas vm sendo tratadas

com igual importncia. Como a durabilidade afeta diretamente o custo das

construes, a necessidade de reforo e reparo em estruturas tem feito com que

os engenheiros se conscientizem da importncia do tema. Segundo HELENE

(2005), pode-se afirmar que as correes sero mais durveis, mais efetivas,

mais fceis de executar e muito mais econmicas quanto mais cedo forem

executadas.

A lei de Sitter (Figura 1) divide as etapas construtivas em quatro perodos: projeto,

execuo, manuteno preventiva (efetuada nos cinco primeiros anos) e a

manuteno corretiva (efetuada aps surgimento dos problemas). A lei diz que o

impacto dos custos de um erro detectado em cada uma destas etapas

construtivas corresponder a um custo que segue uma progresso geomtrica de

razo cinco.

FIGURA 1: Lei de evoluo de custos, lei de Sitter. Fonte: HELENE, 2005.

Alm disso, a conscientizao sobre a utilizao sustentvel das matrias-primas

resulta em uma menor demanda de materiais para reposio. Quando materiais

durveis so produzidos e reciclam-se os que j existem, diminuem-se os

impactos ambientais.

Por fim, outro aspecto a ser considerado que, cada vez mais, o concreto

exposto a ambientes muito agressivos, como plataformas martimas, usinas

siderrgicas, temperaturas criognicas, recipientes para a manipulao de gases

liquefeitos e cmaras de reao a alta presso na indstria nuclear.

4.3 Consideraes Gerais

A deteriorao do concreto est geralmente associada a mais de um fenmeno.

Entre os principais agentes de deteriorao do concreto, podemos citar:

temperaturas; a gua em todos os seus estados; agentes provenientes do ar;

gases (como, por exemplo, CO2, NO2, O2); agentes qumicos (cloretos e sulfatos);

17

18

ao de sobrecargas na estrutura, abraso, entre outros. importante destacar

que mais de um agente de deteriorao pode atuar simultaneamente no concreto.

A anlise em separado de cada fenmeno de deteriorao impede a percepo

da interao desses fenmenos na estrutura, o que pode levar a um erro de

diagnstico da patologia.

O cimento utilizado na composio do concreto deve ser escolhido de acordo com

o volume a ser concretado, com o ambiente agressivo a que ele vai estar inserido,

entre outros aspectos, de acordo com a Tabela 4:

TABELA 4: Caractersticas do cimento Portland.

CIMENTO CARACTERSTICAS

CP I Cimento Portland comum Pode ser empregado em qualquer elemento estrutural.

CP II Cimento Portland composto

Existem variaes, sendo: CP II-E com escria: baixo teor de hidratao, baixo calor de hidratao, tempo de incio de pega mais tardio, mais durabilidade em meio agressivo. CP II-Z com pozolana: Tempo de incio de pega mais tardio, melhor resistncia aos sulfatos. CP II-F com filer.

CP III Cimento Portland de alto forno

o cimento Portland comum modo com escria de alto forno. - baixo calor de hidratao; - baixa resistncia nas primeiras idades; - aumento da resistncia em idades maiores; - tempo de incio de pega mais tardio; - apresenta boa resistncia a ambientes agressivos.

CP IV Cimento Portland pozolnico

- baixo calor de hidratao; - apresenta boa resistncia a ambientes agressivos; - baixa resistncia nas primeiras idades; - calor de hidratao baixo, indicado para obras.

CP V Cimento Portland de alta resistncia inicial

- no possui adio de escria ou pozolana; - mais fino; - elevada resistncia inicial; - elevado calor de hidratao.

Fonte: OLIVEIRA, C. A. S. 2007.

19

4.4 gua como Agente de Deteriorao

Encontrada em abundncia na natureza sob a forma de gua do mar, lenis

subterrneos, rios, lagos, chuva, neve e vapor, a gua o principal agente de

deteriorao dos materiais. No concreto, a gua pode ser encontrada na gua de

amassamento, de lavagem dos agregados e a utilizada no processo de cura.

A gua utilizada no amassamento deve estar livre de impurezas, como acar

(que atrasa o tempo de pega), matria orgnica (como algas, por exemplo), leos

(que reduz a resistncia) e cloretos e sulfatos (que atacam os silicatos de clcio e

as armaduras). O pH da gua deve estar entre 6 e 9.

A gua utilizada no processo de cura deve apresentar o mesmo padro de

qualidade da gua de amassamento. A cura um processo extremamente

importante para a durabilidade das estruturas, uma vez que evita o fenmeno de

retrao, impedindo que a gua interna ao concreto no evapore antes de ser

completada a hidratao dos gros de cimento. Quando o processo de cura

ineficiente, o material final apresenta uma menor resistncia, aumenta-se a

permeabilidade atravs do aparecimento de trincas e fissuras e,

conseqentemente, a durabilidade diminuda.

importante garantir que a gua de lavagem dos agregados seja eliminada,

dentro do possvel, antes da composio do concreto, uma vez que essa gua ir

alterar o trao previsto em projeto.

Nos solos, podem ser encontradas guas cidas naturais, principalmente em

regies pantanosas ou midas, onde se encontra grande decomposio de

matria orgnica. A acidez destas guas naturais se deve presena de anidrido

carbnico (CO2) dissolvido, encontrado em grande quantidade em guas

minerais, guas do mar e guas subterrneas (com presena de decomposio

de material vegetal e animal). As guas cidas tambm so encontradas em

regies prximas a solos de aterros ou em lugares onde h armazenamento de

resduos de minrios. Lugares onde existam resduos agrcolas e industriais

(principalmente advindos da indstria alimentcia ou de processamento de

animais) podem gerar condies altamente cidas.

Quando a gua cida entra no concreto, pode haver dois tipos de conseqncias.

Primeiramente, se os sais que sero formados forem insolveis e expansivos, o

concreto pode vir a se deteriorar. Para o caso em que os produtos forem solveis,

a porosidade do concreto pode aumentar gradativamente, acelerando o processo

de desgaste do material. (Figura 2)

FIGURA 2: Formao de sais solveis e insolveis atravs dos cidos. Fonte: HELENE, 2005.

BAUER (2000) ensina que

A nocividade dos cidos varia com sua fora. Os cidos minerais

fortes, tais como cido clordrico, cido ntrico, cido sulfrico, pem em

soluo todos os constituintes do cimento com formao de sais de

clcio, de alumnio e de ferro.

Os cidos fracos, como, por exemplo, o cido carbnico, no podem

formar sais seno com a cal, mas no com a alumina e o xido de ferro,

de sorte que os hidrxidos de ferro e de alumnio subsistem.

A Tabela 5 exemplifica cidos que formam sais solveis e insolveis:

20

TABELA 5: Ataque cido ao concreto.

Fonte: HELENE, 2005.

Todas as guas so agressivas ao concreto. Segundo RIPPER e SOUZA (1998),

alguns fatores so determinantes para definir se ela ser mais ou menos

agressiva:

... quando a gua est em movimento, h variao freqente do nvel

da gua, a temperatura da gua superior a 45C, a gua est poluda

com produtos qumicos ou por esgotos residenciais e as peas de

concretos so delgadas. (...)

As guas quimicamente puras, tais como a gua da chuva (exceto a

chuva cida) e a gua de poos em regies silicosas, no contm sais

dissolvidos e, por isto, tendem a agredir o concreto, tornando-o mais

poroso e diminuindo, consequentemente, a sua resistncia.

Como as guas possuem molculas muito pequenas, penetram em poros

extremamente finos. o principal solvente e, devido presena de ons e gases

em algumas guas, estas so capazes de decompor quimicamente um material

slido. MEHTA e MONTEIRO ensinam que a gua possui maior temperatura de evaporao entre os lquidos comuns, por isso ela permanece lquida dentro de materiais

ao invs de evaporar e deixar o material seco.

21

22

4.5 Permeabilidade

A gua essencial para as estruturas de concreto desde o comeo do processo,

onde ela atua hidratando o cimento e dando a trabalhabilidade necessria para

sua confeco. Com o passar do tempo e de acordo com as condies

ambientais, a gua evaporvel do concreto ser perdida, deixando os poros

vazios ou no saturados. Este processo pode criar microfissuras internas ao

concreto, que seria o caminho que a gua percorreu para sua evaporao. Aps a

secagem do concreto, se houver pouca ou nenhuma gua evaporvel no material,

este no ser passvel de fenmenos deletrios relacionados gua.

Permeabilidade, segundo MEHTA e MONTEIRO, definida como a propriedade que governa a taxa de fluxo de um fluido para o interior de um slido poroso.

4.5.1 Permeabilidade do concreto

O concreto necessariamente um material poroso. A interao entre pasta de

cimento e agregados produz uma zona de transio no concreto. A exsudao

ser alterada de acordo com o tamanho e a granulometria dos agregados,

alterando a resistncia nestes pontos. Por exemplo, na fase de hidratao do

concreto, a transio entre os materiais fraca fissurao, devido retrao do

material e s cargas aplicadas. Por isso a permeabilidade maior em materiais

compostos por agregados, do que na pasta de cimento. Estas fissuras da fase de

transio so mais largas que a da pasta de cimento, aumentando a

permeabilidade do concreto como um todo.

Tanto a resistncia do material quanto a sua permeabilidade esto associadas

atravs da porosidade capilar, de acordo com a Figura 3, e so inversamente

proporcionais. Existem vrias formas para reduzir a permeabilidade do concreto:

reduzir a relao gua/cimento, lanar o material de acordo com procedimentos

normativos, controlar o processo de cura rigorosamente, controlar o tamanho e a

granulometria do agregado, impedir aplicao de cargas em fases prematuras,

etc. Todas essas recomendaes previnem o aparecimento de microfissuras

internas na zona de transio, fazendo com que o material possua uma menor

permeabilidade.

FIGURA 3: Influncia da relao gua/cimento e do grau de hidratao sobre a resistncia e a permeabilidade. Fonte: MEHTA e MONTEIRO, 1994.

4.6 Classificao das Causas da Deteriorao do Concreto

As causas fsicas de deteriorao do concreto so classificadas, de acordo com

MEHTA e MONTEIRO, citando GERWICK, pela Figura 4.

De acordo com a Figura 4, as causas qumicas de deteriorao do concreto

podem ser classificadas em trs categorias:

Hidrlise dos componentes da pasta de cimento por gua pura Trocas inicas entre fluidos agressivos e a pasta de cimento Reaes causadoras de produtos expansveis (expanso por sulfatos,

reao lcali-agregado, corroso da armadura do concreto).

23

FIGURA 4: Causas fsicas da deteriorao do concreto. Fonte: MEHTA e MONTEIRO, 2008.

4.7 Deteriorao por Desgaste Superficial

Existem trs processos que provocam o desgaste superficial do material, fazendo

com que ele perca massa:

Por abraso: desgaste por atrito seco (desgaste por trfego de veculos) Por eroso: desgaste pela ao abrasiva de fluidos com partculas slidas

(vertedouros, tubulao para transporte de gua e esgoto, etc.)

Por cavitao: desgaste pela ao de bolhas de vapor. medida que fluem na gua e entram em uma regio de maior de maior presso, elas

implodem com grande impacto pela entrada de gua a alta velocidade nos

espaos antes ocupados pelo vapor, causando severas eroses

localizadas.

O concreto um material sensvel ao desgaste superficial, pois seus constituintes

no possuem alta resistncia ao desgaste. Este processo se agrava quando a

pasta de cimento possui uma baixa resistncia e alta porosidade e o agregado

no resistente ao desgaste. A Figura 5 nos mostra a relao entre fator

gua/cimento e a resistncia do concreto abraso. De acordo com as

concluses do Comit 201 do American Concrete Institute, citadas por MEHTA e

MONTEIRO, para obter resistncia abraso em superfcies de concreto, a

24

resistncia compresso do concreto deve ser no mnimo de 28 MPa. Uma

resistncia adequada pode ser obtida utilizando uma baixa relao gua/cimento,

granulometria apropriada de agregados grados e midos e baixa consistncia

para lanamento e adensamento.

FIGURA 5: Influncia da relao gua/cimento e tipo do agregado da deteriorao por abraso-eroso no concreto. Fonte: MEHTA e MONTEIRO, 1994.

Fluidos com slidos em suspenso, pela ao de coliso, escorregamento ou

rolagem das partculas, causaro o desgaste superficial. O material vai se

desgastar em funo de vrios fatores, como porosidade e resistncia do

concreto, alm de algumas caractersticas dos slidos em suspenso, como sua

velocidade, tamanho, quantidade, massa especfica e dureza. Para condies de

graves eroses, recomenda-se a utilizao de agregados com alta dureza, que o

concreto possua aos 28 dias uma resistncia compresso mnima de 41 MPa,

alm de ser feito o processo de cura correto antes de se colocar a estrutura ativa.

Algumas aes podem ser tomadas para aumentar a durabilidade do concreto

abraso ou eroso. Como o desgaste superficial, o concreto na superfcie deve

ser de alta qualidade, evitando a nata (camada de finos de cimento e agregado).

Os pavimentos e pisos industriais, sujeitos a altos carregamentos, devem ser

devidamente projetados para obterem uma boa camada superficial, feita com uma

baixa relao gua/cimento e agregados de alta dureza. A adio de alguns

materiais nesta camada superior pode melhorar o desempenho ao desgaste,

como endurecedores minerais e/ou qumicos, ou a utilizao de concretos

25

26

especiais (por exemplo, com fibras de ao). Podemos citar como opes, aditivos

de ltex ou superplastificantes e microsslicas.

Um concreto de qualidade, que atenda s condies de durabilidade abraso ou

eroso, no ser eficaz para o desgaste por cavitao. Para solucionar problemas

devido cavitao deve-se optar por remover a causa do desgaste.

4.8 Cristalizao de Sais nos Poros

Algumas estruturas, quando submetidas perda de umidade, por um lado, e que

estiverem em contato, do outro lado, por solues contendo sal, podem se

deteriorar pela cristalizao dos sais nos poros. O grau de deteriorao ser

medido de acordo com a localizao da cristalizao, determinada pela taxa de

gua que evapora e a taxa de sal que entra na microestrutura. Para taxas de

evaporaes menores que as taxas de fornecimento de gua, a cristalizao do

sal ocorrer na superfcie externa, sem causar danos estrutura.

Quando a taxa de migrao da soluo de sal dentro do material mais lenta que

a velocidade de reposio, a cristalizao do sal ocorrer internamente

estrutura, o que pode resultar em uma expanso do material, causando

descamamento ou lascamento.

4.9 Ao do Congelamento

Em lugares onde o clima mais frio, a estrutura de concreto pode sofrer a ao

do congelamento, onde a eventual deteriorao gera um alto custo de reparo. A

deteriorao do concreto por congelamento pode estar associada

microestrutura do material, mas tambm ao de condies ambientais

especficas.

Os danos mais comuns causados pela ao do ciclo gelo-degelo so as fissuras e

lascamento do concreto, oriundos da expanso da pasta de cimento.

27

Uma soluo eficiente para reduzir o congelamento do material tem sido a

incorporao de ar atravs da utilizao de aditivos especficos.

4.10 Efeito do Fogo

Includo nos projetos multidisciplinares de Engenharia, est o projeto de combate

ao incndio. O fogo um agente agressivo e perigoso, e as estruturas de

madeira, ao e plsticos no possuem boa resistncia a grandes incndios. O

concreto, ao contrrio, no combustvel e no emite gases txicos quando

exposto s altas temperaturas, embora seja um compsito, em que cada um de

seus constituintes vai reagir de forma diferente ao do fogo. Estruturas em

concreto suportam temperaturas da ordem de 700 a 800C conservando

resistncia suficiente em um tempo hbil para que os resgates sejam feitos sem o

colapso da estrutura. Essa segurana j no pode ser considerada em estruturas

de ao, por exemplo.

Vrios fatores so responsveis pela resistncia do concreto ao fogo, dentre os

quais se destacam:

A composio do concreto, pois tanto a pasta de cimento quanto o agregado so constituintes que se decompem com altas temperaturas;

A permeabilidade do concreto, o tamanho do elemento e a taxa de aumento da temperatura so importantes, pois determinam as presses

internas geradas pelos produtos de decomposio gasosa.

4.10.1 Efeito da alta temperatura na pasta de cimento hidratada

O aumento de temperatura na pasta de cimento hidratada depende do grau de

hidratao e do estado de umidade. Uma pasta de cimento Portland bem

hidratada formada principalmente por silicatos de clcio hidratados (C-S-H),

hidrxido de clcio e sulfoaluminatos de clcio hidratados. Quando a pasta est

saturada, ela ter grande quantidade de gua livre, gua capilar e gua

adsorvida. Com o aumento da temperatura, os tipos de gua so perdidos

28

rapidamente, e a temperatura do concreto aumentar somente quando toda a

gua evaporvel tiver sido removida.

Quando a taxa de aquecimento for alta e a permeabilidade da pasta de cimento

for baixa, a presena de grande quantidade de gua evaporvel pode causar

danos ao concreto. Estes danos aparecero sob a forma de lascamentos

superficiais, ocasionados pela presso de vapor dentro do material.

4.10.2 Efeito da alta temperatura no agregado

Algumas caractersticas do agregado, como sua porosidade e mineralogia,

exercem uma importante influncia sobre o concreto exposto s altas

temperaturas. Caractersticas como a taxa de aquecimento e dimenso,

permeabilidade e umidade do agregado, implicaro em uma expanso destrutiva

do agregado. Quando eles possuem baixa porosidade, podem ficar livres de

problemas relacionados a movimento da umidade interna.

Os agregados silicosos que contm quartzo (granito ou arenito) podem danificar o

concreto a uma temperatura de 573C, pois, nesta temperatura, a transformao

do quartzo de para resulta em uma expanso da ordem de 0,85%. Para

rochas carbonticas, situao idntica ocorre acima de 700C, resultado da

reao de descarbonatao. A transformao de fase do material, a sua

decomposio trmica e a mineralogia do agregado determinam como o concreto

vai reagir ao fogo. MEHTA e MONTEIRO (2008) exemplificam que a mineralogia

do agregado determina as expanses trmicas diferenciais entre o agregado e a

pasta de cimento e a resistncia ltima da zona de transio na interface.

4.10.3 Efeito da alta temperatura no concreto

Corpos-de-prova de concreto primeiramente com resistncia na faixa de 27 MPa,

submetidos a temperaturas de at 870C com curta durao, so avaliados

segundo a resistncia compresso (Figura 6). A anlise feita segundo o tipo

de agregado (carbontico, silicoso ou leve de argila expandida) e condies de

ensaio, divididas em trs etapas: corpo-de-prova aquecido sem prvio

carregamento e ensaiado quente; aquecido com carregamento equivalente ao

29

nvel de tenso de ruptura de 40% e ensaiado quente; e ensaiado sem

carregamento prvio aps resfriamento em temperatura ambiente. (MEHTA e

MONTEIRO, 2008)

Para os corpos-de-prova aquecidos sem carregamento prvio e ensaiados

quentes (Figura 6a), os que contm agregado de origem carbontica e agregado

arenoso leve (considerando que 60% do agregado mido foi substitudo por areia

natural), conseguem reter mais de 75% da resistncia inicial a temperaturas de

650C. Os corpos-de-prova contendo agregados silicosos, a uma mesma

temperatura, conseguem reter apenas 25% da resistncia inicial e conservam

75% da resistncia original apenas at a temperatura de 427C. Segundo MEHTA

e MONTEIRO (2008),

o melhor desempenho dos concretos contendo agregado carbontico

ou agregado leve frente a uma temperatura mais alta de exposio

pode ser devido zona de transio na interface mais forte quanto

menor diferena nos coeficientes de dilatao trmica entre a matriz

argamassa e o agregado grado.

Para os corpos-de-prova aquecidos com carregamento prvio e ensaiados

quentes (Figura 6b), as resistncias superaram em 25% os valores encontrados

para o ensaio sem o carregamento, mas a superioridade dos concretos

constitudos por agregados carbonticos ou leves ainda est em evidncia.

Corpos-de-prova sem carga, aquecidos a 650C e ensaiados quentes (a), mostram que o concreto que contm agregado de calcrio ou agregado leve mantm 75% da resistncia original, enquanto que o concreto contendo agregado silicoso mantm apenas 25% da sua resistncia. Quando carregados a 40%da sua resistncia (b), uma tendncia semelhante foi observada, embora todas as resistncias tenham ficado cerca de 25% mais altas. No entanto, de acordo com a Figura 4c, independentemente do tipo de agregado, todos os concretos mostraram considervel perda de resistncia no resfriamento. FIGURA 6: Efeito do tipo de agregado e condies de ensaio sobre a resistncia ao fogo. Fonte: MEHTA e MONTEIRO, 2008, citando ABRAMS, M.S., Temperature and Concrete, ACI SP-25, pp.

33-58, 1973.

J o efeito da mineralogia do agregado na resistncia do material (Figura 6c) foi

reduzido significativamente para corpos-de-prova ensaiados aps resfriamento a

21C, provavelmente devido a uma microfissurao da zona de transio na

interface, resultado de uma retrao trmica. Esta microfissurao provoca um

30

31

efeito mais danoso sobre a resistncia flexo e mdulo de elasticidade do que

sobre a resistncia compresso do concreto. (MEHTA e MONTEIRO, 2008)

Para concretos com resistncia entre 23 e 45 MPa, a resistncia inicial do

material no influiu significativamente na porcentagem de resistncia

compresso que o material obtinha aps a exposio de altas temperaturas.

4.10.4 Efeito do concreto de alta resistncia exposto ao fogo

Pesquisas demonstram que o concreto de alta resistncia possui comportamento

diferente do concreto de resistncia normal. O concreto de alta resistncia mais

sensvel a altas temperaturas, possuindo uma maior tendncia de lascamentos

explosivos. As normas existentes para projeto de incndio levam em

considerao o concreto convencional, podendo no ser estas normas adequadas

utilizao do concreto de alta resistncia, pois os procedimentos no

consideram possibilidade desse processo de lascamento explosivo. Pesquisas

demonstram que alguns fatores influenciam nesta caracterstica, como as

condies de carregamento, as dosagens do concreto, a resistncia

compresso original e o teor de umidade.

O lascamento do concreto de alta resistncia pode reduzir a capacidade estrutural

e at prejudicar as atividades de combate ao incndio e resgate. A tendncia ao

lascamento aumenta proporcionalmente com o teor de umidade, com a

impermeabilidade do concreto, com a tenso de compresso por carregamento

externo, com a elevao da temperatura, com a distribuio assimtrica de

temperatura e com a concentrao de armaduras e inversamente proporcional

s sees transversais. Os mecanismos de lascamento esto associados s

presses de vapor, s tenses geradas por cargas trmicas e variaes

volumtricas devido transformao de fase no agregado.

O lascamento explosivo tem como principal agente a alta presso nos poros, j

que no um processo comum em concretos secos. Quando surgem fissuras nos

concretos de alto desempenho, elas diminuem a presso nos poros, pois o vapor

passa a ganhar espao. Os concretos de alto desempenho so mais susceptveis

32

ao desenvolvimento de fissurao frgil e, como conseqncia, ao lascamento

explosivo quando expostos a altas temperaturas.

4.11 Deteriorao do Concreto por Reaes Qumicas

Geralmente a deteriorao qumica do concreto causada pela reao qumica

direta dos agentes externos com os constituintes da pasta de cimento. Mas pode

ocorrer deteriorao qumica internamente ao concreto, como o caso da reao

lcali-agregado (reao entre os lcalis que existem na pasta de cimento com

alguns minerais reativos do agregado), a hidratao tardia do CaO e MgO

cristalinos, quando em excesso no cimento Portland, e a formao de etringita

tardia.

A fase slida de um cimento Portland bem hidratado inclui hidratos de clcio

relativamente insolveis (como o C-S-H, CH e C-A-S-H). Esta fase slida fica em

equilbrio estvel com a soluo dos poros de alto pH. O pH do concreto vai variar

entre 12,5 e 13,5, de acordo com a concentrao de ons de Na+, K+, OH-. Como

um meio bsico, o concreto estar em desequilbrio quando exposto a um meio

cido.

Para o concreto, qualquer ambiente com pH menor que 12,5 ser agressivo, pois

a reduo da alcalinidade da soluo dos poros desestabilizar os produtos de

hidratao dos materiais cimentcios. Por isso, tanto guas naturais ou guas

provenientes de indstrias sero agressivas ao concreto. J a taxa de ataque

qumico ao concreto ser funo da permeabilidade do concreto e do pH do fluido

em questo. Para baixas permeabilidades do concreto com pH do agente

agressivo maior que 6, a taxa de ataque qumico ser muito lenta para ser

considerada. Alguns agentes so nocivos ao concreto e diminuem o seu pH

abaixo de 6: o CO2 livre em guas puras e estagnadas; ons cidos como SO42- e

Cl- presentes em guas subterrneas e marinhas e ons H+ em algumas guas

industriais.

Os ataques qumicos ao concreto se manifestam atravs de efeitos fsicos

nocivos (diminuio da resistncia, fissurao e lascamento, aumento da

porosidade e permeabilidade). Os processos qumicos e fsicos de deteriorao

do concreto podem ocorrer simultaneamente no concreto, podendo um processo

at desencadear o outro. A Figura 7 mostra a diviso dos processos de

deteriorao do concreto por reaes qumicas em trs subgrupos. Os fenmenos

mais comuns so: ataque por sulfato, reao lcali-agregado e corroso das

armaduras, responsveis por grande quantidade de deteriorao em estruturas de

concreto.

A: ataque de gua mole no hidrxido de clcio e C-S-H presentes nos cimentos Portland hidratados; B(I): soluo cida formando componentes solveis de clcio, como cloreto de clcio, sulfato de clcio, acetato de clcio ou bicarbonato de clcio; B(II): solues de cido oxlico e seus sais, formando oxalato de clcio; B(III): ataque de longa durao de gua do mar enfraquecendo o C-S-H pela substituio de Ca2+ por Mg2+; C: ataque por sulfato formando etringita e gesso, reao lcali-agregado, corroso da armadura no concreto, hidratao de MgO e CaO cristalinos. FIGURA 7: Tipos de reaes qumicas responsveis pela deteriorao do concreto. Fonte: MEHTA, 2008.

4.11.1 Hidrlise dos componentes da pasta de cimento

guas subterrneas, chamadas tambm de guas duras, so guas de lagos e

rios que, como contm pequenas quantidades de cloretos, sulfatos e bicarbonatos

de clcio e de magnsio, no atacam o concreto. J a gua pura da condensao

da neblina ou do vapor de gua e a gua mole da chuva ou da neve e do gelo

derretidos no contm quase nenhum on de clcio. Quando em contato com a

pasta de cimento, estas guas tendem a hidrolisar ou dissolver os produtos que

contm clcio. A hidrlise da pasta de cimento ser interrompida quando a

33

34

soluo de contato atingir o equilbrio qumico. Mas no caso de gua corrente ou

de infiltrao sob presso, ocorrer uma diluio da soluo de contato,

favorecendo a continuidade do processo de hidrlise.

Um dos constituintes da pasta de cimento mais susceptvel ao processo de

hidrlise o hidrxido de clcio, pois possui alta solubilidade em gua pura (1230

mg/l). A hidrlise se manter at que grande parte do hidrxido de clcio seja

eliminada do concreto por meio da lixiviao. Sendo assim, a pasta de cimento se

torna mais sujeita decomposio qumica, gerando gis de slica e alumina com

pouca ou nenhuma resistncia.

A lixiviao do hidrxido de clcio no prejudicial somente pela perda da

resistncia do concreto, mas proporciona tambm problemas estticos. Quando o

material lixiviado entra em contato com o ar, interage com o CO2 e forma uma

crosta esbranquiada de carbonato de clcio na superfcie da estrutura,

conhecido como eflorescncia.

4.11.2 Reaes de troca catinica

Existem trs tipos de reaes deletrias desencadeadas pela troca de ctions.

Estas reaes podem ocorrer entre solues qumicas agressivas e componentes

da pasta de cimento:

a) Formao de sais solveis de clcio;

b) Formao de sais de clcio insolveis e no expansivos;

c) Ataques qumicos por solues contendo sais de magnsio.

a) Formao de sais solveis de clcio: As solues cidas contendo nions so

encontradas com grande freqncia em ambientes industriais, responsveis pela

formao de sais solveis de clcio. Podemos citar como exemplos efluentes da

indstria qumica, que contm cido clordrico, sulfrico ou ntrico. cidos actico,

frmico ou ltico so encontrados em muitos produtos alimentcios. guas

naturais com alta concentrao de CO2 e refrigerantes possuem cido carbnico,

H2CO3. A troca de ctions entre os constituintes da pasta de cimento Portland e

as solues cidas desencadeia um aumento de sais solveis de clcio, como o

35

cloreto de clcio, acetato de clcio e bicarbonato de clcio, que so transportados

por lixiviao.

A troca de ctions entre o cido carbnico e o hidrxido de clcio presentes na

pasta de cimento Portland hidratada ocorre da seguinte forma:

Ca(OH)2 + H2CO3 CaCO3 + 2H2O (1)

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

Com a precipitao do carbonato de clcio, que insolvel, a primeira reao

termina, a menos que haja CO2 livre na gua. O CO2 vai auxiliar o processo de

hidrlise do hidrxido de clcio, transformando o carbonato de clcio em

bicarbonato solvel. Como a equao reversvel, necessrio que exista certa

quantidade de CO2 para manter a equao em equilbrio. Se a taxa de CO2 tiver

acima do necessrio pra equilibrar a equao, este excesso ser nocivo pasta

de cimento. Este teor de CO2 est relacionado com a dureza da gua, ou seja,

quantidade de clcio e magnsio na gua.

b) Formao de sais de clcio insolveis e no-expansivos: a formao se d

atravs da interao entre nions presentes em gua potencialmente agressivas

e a pasta de cimento. A reao entre o hidrxido de clcio e alguns cidos, como

o oxlico, fosfrico, tartrico, hidroflurico, tnico (C76H52O46) ou hmico, um

exemplo desse produto. Somente causar dano ao concreto quando esse produto

for expansivo ou transportado por gua.

c) Ataques qumicos por solues contendo sais de magnsio: efluentes

industriais freqentemente possuem bicarbonato, cloreto e sulfato de magnsio,

assim como as guas martimas e subterrneas. No contato com a pasta de

cimento, estes reagem com o hidrxido de clcio, originando os sais de clcio

solveis. A soluo MgSO4 age agressivamente na pasta de cimento, atacando os

hidratos contendo alumina. Quando esta soluo de magnsio permanece por um

longo perodo na pasta de cimento, a reao age no silicato de clcio hidratado

(C-S-H), a pasta de cimento vai substituindo o on de clcio pelo de magnsio.

Como produto dessa interao tem-se o silicato de magnsio hidratado, fazendo

com que o material perca suas caractersticas cimentcias.

36

4.12 Reaes Envolvendo a Formao de Produtos Expansivos

Ataque por sulfato, hidratao tardia de CaO e MgO livres, reao lcali-agregado

e corroso da armadura do concreto so as principais reaes qumicas

expansivas. Estas reaes podem, a princpio, no causar nenhum problema

estrutura, mas o aumento das tenses internas pode ocasionar problemas

patolgicos graves estrutura.

4.12.1 Ataque por sulfato

No difcil encontrar guas potencialmente deletrias ao concreto por efeito de

sulfatos. O sulfato est presente em muitos tipos de solo na forma de gipsita

(CaSO4 . 2H2O) em pequenas quantidades, sendo inofensivo ao concreto. A concentrao de sulfatos em guas subterrneas aumenta devido presena

sulfato de magnsio, sdio e potssio. Em guas agrcolas, freqente a

ocorrncia de sulfato de amnia. cido sulfrico pode estar presente em efluentes

de fornos (combustvel com alto teor de enxofre) e de indstria qumica. Atravs

da decomposio de matria orgnica em pntanos, poos de minerao e

tubulao de esgoto, o gs H2S formado e, reagindo com bactrias, forma o

cido sulfrico.

O ataque por sulfato se manifesta na forma de expanso e fissurao do

concreto, ou pela diminuio progressiva de resistncia e perda de massa.

Atravs das fissuras, os agentes deletrios entram no material com uma maior

facilidade, acelerando o processo de deteriorao.

Reaes qumicas no ataque por sulfato

Quando o cimento Portland hidratado possui alumina (C3A), o concreto estar

mais vulnervel ao de sulfatos. Para uma concentrao maior que 5% de C3A

potencial, a alumina estar na forma de monossulfato hidratado (C3A. CS.H18). Se

a concentrao ultrapassar 8%, os produtos hidratados contero C3A. CH.H18.

Quando o hidrxido de clcio da pasta de cimento hidratada entra em contato

com os ons sulfato, os hidratos que contm alumina se transformam em etringita

(C3A. 3CS.H32), de acordo com a equao abaixo:

C3A. CH.H18 + 2CH + 3S + 11H C3A. 3CS.H32 (etringita) (3)

37

C3A. CS.H18 + 2CH + 2S + 12H C3A. 3CS.H32 (etringita) (4)

O efeito de expanso causado pela formao de etringita pode ser conseqncia

da presso exercida pelo crescimento dos cristais oi pela adsoro de gua em

meio alcalino.

O hidrxido de clcio e o C-S-H na pasta de cimento hidratado podem se

transformar em gipsita, variando com os ctions da soluo de sulfato (Na+, K+,

Mg2+), de acordo com a equao abaixo:

Na2SO4 + Ca(OH)2 + 2H2O CaSO4. 2H2O + 2NaOH (5)

(o subproduto hidrxido de clcio garante a alcalinidade necessria para

estabilizar o produto da hidratao, C-S-H)

MgSO4 + Ca(OH)2 + 2H2O CaSO4. 2H2O + Mg(OH)2 (6)

(os subprodutos so a gipsita e hidrxido de magnsio, que insolvel e reduz a

alcalinidade do sistema)

3MgSO4 + 3CaO. 2SiO2. 3H2O + 8H2O 3(CaSO4. 2H2O) + 3Mg(OH)2 + 2SiO2.

H2O (7)

(no contendo ons hidroxila na soluo, o C-S-H tambm atacado pelo sulfato)

Formao de etringita tardia (DEF)

A formao de etringita tardia ocorre quando a fonte de ons de sulfato interna

ao concreto. Esse fenmeno ir ocorrer quando o concreto for confeccionado com

um cimento com alto teor de sulfato ou quando o agregado estiver contaminado

com gipsita. (Figura 8).

A expanso na pasta causada pela formao de etringita tardia origina fissuras na pasta e na interface pasta-agregado. Subseqentemente, a etringita se recristaliza nas fissuras a partir de cristais submicroscpicos dispersos ao longo de toda a pasta de cimento. FIGURA 8: (a) Representao diagramtica da expanso de argamassa ou concreto causada pela formao de etringita tardia. (b) Micrografia obtida por microscopia eletrnica de varredura de uma

argamassa atacada por DEF. Fonte: MEHTA e MONTEIRO, 2008.

A Figura 9 ilustra a formao de etringita tardia, em conseqncia alta

permeabilidade do concreto, por onde o sulfato tardio liberado e transportado

pelo concreto por meio da gua.

FIGURA 9: Enfoque holstico para expanso e fissurao por formao de etringita tardia. Fonte: MEHTA e MONTEIRO, 2008.

38

39

Controle do ataque por sulfato

Os fatores que influenciam o ataque por sulfato so: a quantidade e natureza do

sulfato (sua concentrao); o nvel da gua e sua variao sazonal; porosidade do

solo e o fluxo da gua subterrnea; a forma de construo e a qualidade do

concreto (tipo de cimento empregado). Como impossvel impedir que a gua

com sulfato entre em contato com o concreto, a nica forma de controlar o ataque

de sulfato atuando na qualidade do concreto, ou seja, na permeabilidade do

material.

Segundo HELENE, concretos de baixa permeabilidade, com baixa relao

gua/cimento, bem adensados e bem curados, so pouco suscetveis de serem

atacados por sulfato.

Estruturas de concreto submetidas totalmente ao da gua com sulfato (como

fundaes e estacas) sero menos prejudicadas que estruturas que esto sujeitas

evaporao da gua por pelo menos uma das faces (como muros de arrimo ou

galerias).

Favorecer a baixa permeabilidade do concreto ser primordial para a proteo ao

ataque por sulfeto. Para garantir essa baixa permeabilidade devemos garantir

uma espessura adequada para a pea de concreto, utilizar um alto consumo de

cimento e uma baixa relao gua/cimento, adensar e curar o concreto de acordo

com especificaes tcnicas. A utilizao de cimento resistente ao de sulfato

ou compostos pode amenizar os efeitos advindos de fissuraes devido

retrao, congelamento, corroso da armadura ou outro fenmeno de

deteriorao do concreto. (Figura 10).

A deteriorao do concreto devido a ataque por sulfato pode ser controlada pelo consumo de cimento (A/C), tipo de cimento e aditivos minerais. Os resultados de um estudo de longo prazo com corpos-de-prova de concreto expostos a solo sulfatado (contendo 10% de Na2SO4) em Sacramento, Califrnia, revelaram (figura esquerda) que a baixa permeabilidade do concreto (alto consumo de cimento) era mais importante na reduo da taxa de deteriorao do que o teor de C3A no cimento. A figura direita mostra que, no caso de um cimento Portland com alto teor de C3A, a adio de aditivos minerais (cinzas volantes) oferece uma alternativa pra controlar o ataque por sulfato, reduzindo o teor efetivo de C3A no material cimentcio total. FIGURA 10: Efeitos do tipo e consumo de cimento e da adio de cinzas volantes sobre o ataque por sulfato ao concreto. Fonte: MEHTA e MONTEIRO, 2008.

4.12.2 Reao lcali-agregado

Os lcalis presentes na pasta de concreto, junto com ons hidroxila e alguns

minerais silicosos podem reagir fissurando o concreto devido expanso

provocada, alm da perda de resistncia e mdulo de deformao. Esta reao

qumica conhecida como reao lcali-agregado ou lcali-slica (RAS).

Esta uma patologia muito comum em estruturas de concreto, especialmente

aquelas que se encontram em ambientes midos, como pilares de pontes,

barragens e quebra-mares. A intensidade desta manifestao ser funo da

quantidade dos agentes, do tamanho e tipo dos agregados, da presena de

umidade e da temperatura do ambiente.

40

41

Cimentos e agregados que contribuem para a reao lcali-agregado

Os lcalis presentes no cimento Portland tm origem em sua fabricao. A

quantidade de Na2O presente no cimento varia entre 0,2 e 1,5%, e determina o

pH dos concretos, geralmente entre 12,5 e 13,5, sendo um material alcalino.

Cimentos que contenham mais de 0,6% de Na2O, cimentos de alta alcalinidade,

quando em contato com agregados reativos, podem gerar uma grande expanso

devido reao lcali-agregado. J os cimentos com menos de 0,6% de Na2O

so considerados inofensivos ao concreto em funo da reao lcali-agregado,

independentemente se o agregado reativo ou no. No caso em que a estrutura

utiliza um consumo muito alto de cimento, mesmo valores menores que 0,6% de

Na2O podem desencadear a patologia.

A concentrao de ons hidroxila, devido grande quantidade de hidrxido de

clcio na pasta de cimento hidratada, permanece alta mesmo para cimentos de

baixa alcalinidade. Conseqentemente, a expanso ser funo da pequena

quantidade de ons alcalinos, a no ser que exista outra fonte de ons, como

aditivos ou adies contendo lcalis, agregado contaminado por gua do mar e

sal, soluo de degelo contendo cloreto de sdio que possa estar presente no

concreto.

O agregado reativo, que contm silicatos, slica hidratada, filitos, quartzitos,

formas amorfas ou minerais de slica, pode reagir com as solues alcalinas em

funo do tempo, da temperatura e do tamanho das partculas. Alguns minerais

so considerados inofensivos reao lcali-agregado, como feldspatos,

anfiblios, micas, quartzo, piroxnios (constituintes do granito, gnaisse, xisto,

arenito e basalto). Outros minerais, como a opala, obsidiana, cristobalita, tridimita,

calcednia, chert, andesita, riolito e quartzo tensionado ou metamrfico, so

considerados reativos ao concreto, em ordem decrescente de reatividade. A

Tabela 6 mostra uma tabela com os constituintes responsveis pela deteriorao

do concreto pela reao lcali-agregado.

TABELA 6: Rochas, minerais e constituintes sintticos reativos deletrios.

Fonte: MEHTA, 2008.

Mecanismos de expanso

De acordo com o grau de desordem na estrutura do cristal do agregado, do

tamanho do gro e da porosidade, formam-se gis silicatos alcalinos na presena

de hidroxila e ons alcalinos. Quando esse gel entra em contato com a gua,

expande-se pela absoro de uma grande quantidade de gua por osmose.

Quando o grau de restrio do sistema baixo, pode-se desenvolver uma

presso hidrulica suficiente para gerar uma expanso e fissurao das partculas

afetadas do agregado e da pasta de cimento em torno do agregado.

Os gis, solveis em gua, se deslocam dentro do agregado e do concreto

atravs de microfissuraes. A gua contnua no concreto faz com que essas

microfissuraes se estendam at a superfcie do concreto, conhecido como

fissuras mapeadas.

Nem sempre a fissurao sintoma somente da reao lcali-agregado. A

principal causa da fissurao deve ser investigada cautelosamente, analisando 42

43

tambm se houve um aumento de tenses internas nos concreto, qual a

dimenso e o tipo de agregado utilizado ou a prpria composio qumica do gel

formado.

Controle de expanso

Os principais fatores que desencadeiam a reao lcali-agregado so:

o teor de lcalis no cimento e o consumo de cimento do concreto; a presena de ons alcalinos devido a outras fontes, como aditivos, adies

e agregados contaminados com sal, alm da penetrao da gua do mar

ou soluo de sais de degelo no concreto;

caractersticas dos constituintes reativos do agregado, como a quantidade, dimenso e reatividade;

presena de gua na estrutura de concreto e a temperatura do ambiente. Se existirem somente ons alcalinos no cimento e houver a suspeita de

constituintes reativos no agregado, a melhor forma de prevenir a reao lcali-

agregado utilizando um cimento Portland de baixa alcalinidade (com menos de

0,6% de Na2O).

Quando houver a necessidade de utilizar no concreto areia de praia ou areia e

cascalho retirados do mar, deve-se ter o cuidado de lav-los com gua doce para

garantir que o teor alcalino total da composio cimento e agregado no exceda

3kg/m3. No caso da indisponibilidade de cimento Portland de baixa alcalinidade,

pode-se reduzir o teor de lcalis no concreto substituindo parte do cimento de alta

alcalinidade por adies cimentcias ou pozolnicas, como a escria de alto forno

moda, slica ativa ou cinza volante. Os lcalis que esto presentes em escrias e

pozolanas naturais so insolveis em cido e provavelmente no vo reagir com

o agregado.

No caso de adies pozolnicas, alm da diminuio do teor efetivo de lcalis, o

resultado um produto menos expansivo com alta reao slica/lcalis.

Outra opo para diminuir a expanso do concreto amenizar a reatividade do

agregado reativo, substituindo parte dele, cerca de 30%, por calcrio ou outro

44

agregado no reativo, quando economicamente vivel. Como a presena de gua

contnua essencial para a expanso deletria do concreto, exclu-la do concreto

pode fazer com que no ocorra a reao lcali-agregado, mesmo na presena de

agregados reativos e alta alcalinidade do cimento.

Hidratao de MgO e CaO cristalinos

A grande quantidade de MgO e CaO no cimento hidrata, podendo expandir e

fissurar o concreto. Esta reao expansiva ocorre quando o xido de magnsio

cristalino estiver na forma de periclcio, para variaes de temperatura do

clnquer abaixo de 1400C. uma hidratao lenta, que pode levar o concreto j

endurecido fissurao. Para o CaO, a reao expansiva ocorre quando a cal

livre hidratada, sendo um fenmeno menos comum devido pequena

porcentagem na composio do cimento.

Por isso, deve ser feito um controle da quantidade destes elementos no cimento.

A Standard Specification for Portland Cement (ASTM C 150), exige um teor

mximo de 6% de MgO no cimento. J o teor de CaO livre ou no combinado no

clnquer raramente excede 1%, de acordo com os controles de qualidade

melhores na fabricao do clnquer do cimento Portland.

4.13 Corroso do Ao de Armadura no Concreto

O processo de corroso s possvel na presena simultnea de um eletrlito,

uma diferena de potencial e do oxignio. O concreto armado, concreto

protendido ou qualquer pea metlica embutida nas estruturas de concreto so

susceptveis corroso, uma das principais causas de deteriorao das

estruturas.

Para HELENE, A corroso de armaduras um processo eletroqumico que provoca a

desagregao (oxidao) do ao no concreto. Os fatores que afetam

este fenmeno esto associados essencialmente s caractersticas do

concreto, ao meio ambiente e disposio das armaduras nos

componentes estruturais afetados.

A durabilidade das estruturas extremamente dependente da qualidade do

concreto e da espessura do cobrimento. Quando o ao estiver protegido por esta

devida camada, definida em projeto, e o concreto for pouco permevel,

esperado que no ocorra a corroso do ao. Na prtica no o que acontece,

pois mesmo executado corretamente, a incidncia de produtos qumicos usados

para degelo ou mesmo o ambiente marinho pode acelerar esse processo de

deteriorao do ao. Alm disso, o controle eficiente da fissurao do concreto

essencial, pois evita a evoluo da corroso do ao por meio dessas pequenas

aberturas. Valores entre 0,2 mm e 0,4 mm so aceitveis, de acordo com

exigncias de durabilidade.

Em atmosferas urbanas e industriais, o ar pode estar contaminado com altos

nveis de agentes agressivos ao concreto, como xido de enxofre (SO2 e SO3),

dixido de carbono (CO2), gs sulfdrico (H2S), gs de amnia (NH3), ons sulfetos

(S--), ons cloreto (Cl-), entre outros. Os ons Cl- e SO4- so agentes que

desencadeiam o processo de corroso, mesmo quando o ao estiver protegido

pela camada de hidrxido de clcio.

Os danos causados pela corroso das armaduras em estruturas de concreto se

manifesta na forma de expanso, fissurao paralela direo do reforo e

eventual lascamento da camada de cobrimento (Figura 11). Em estruturas com

alto teor de umidade, os sintomas da corroso podem apresentar-se atravs de

manchas de xido na superfcie do concreto. Alm disso, pode-se desencadear a

perda de aderncia do ao com o concreto como tambm a perda de seo

transversal da barra de ao, afetando a capacidade portante da estrutura.

FIGURA 11: Representao esquemtica das patologias tpicas observadas em vigas de concreto armado afetadas por corroso. Fonte: HELENE, 2005.

45

46

4.13.1 Mecanismos de deteriorao do concreto por corroso da armadura

O fenmeno de corroso encontrado com freqncia em concreto que tenha

como caractersticas uma baixa qualidade, alta relao gua/cimento e alta

permeabilidade, alm dos componentes estruturais que so afetados pela

umidade e ciclos de molhagem. O concreto protege a armadura atravs de sua

alcalinidade, pH > 12,5, condio conhecida como passividade.

Processo eletroqumico

Um dos processos de corroso se d atravs do processo eletroqumico (onde

ocorre reao de oxi-reduo). um processo que requer pelo menos a presena

de quatro elementos: um nodo (onde ocorre a oxidao do ao), um ctodo

(onde ocorre a reao de reduo), um condutor eltrico (por onde os eltrons

liberados pelos nodos sero conduzidos at os ctodos, onde sero

consumidos) e um eletrlito (onde iro ocorrer as reaes). Este processo de

corroso, que formam clulas de corroso, pode ser gerado de duas formas:

Clulas de composio podem se formar quando existem dois metais diferentes (como o ao e o alumnio) dentro do concreto, ou quando h

variaes significativas na superfcie do ao;

Clulas de concentrao podem se formar em volta da armadura devido diferena de concentrao de ons dissolvidos (como lcalis e cloretos).

A conseqncia disso que uma parte do metal se torna andica e a outra

catdica. As respectivas reaes qumicas que se desenvolvem esto descritas

abaixo e na Figura 12:

nodo: Fe (ferro metlico) 2e- + Fe2+ FeO.(H2O)x (produto de corroso) (8)

Ctodo: o2 + H2O + 2e- 2(OH)- FeO.(H2O)x (produto de corroso) (9)

A corroso do ao um processo bastante expansivo, pois a transformao de

ferro metlico em ferrugem (produto da corroso), pode aumentar o volume do

material da ordem de at 600% em relao ao metal original (Figura 12c). Essa

expanso uma das principais causas de expanso e fissurao do concreto. Os

produtos de ao e ferro comum possuem uma camada fina de xido de ferro, que

se torna impermevel e bem aderente superfcie do ao em um meio alcalino,

tornando o ao passivo corroso. Isso significa que, at que o ao tenha sido

despassivado, no ocorrer a corroso.

A Figura (a) mostra que a deteriorao do concreto devida corroso da armadura se manifesta na forma de expanso, fissurao e perda (destacamento) de cobrimento. A perda de aderncia entre o ao e o concreto e a reduo da seo transversal da armadura podem levar a uma falha estrutural. A Figura (b) ilustra o processo eletroqumico de corroso do ao em um concreto mido e permevel. A clula galvnica caracterizada por um processo andico e um processo catdico. O processo andico no ocorre sem que o filme de xido de ferro protetor ou passivo seja removido em um ambiente cido (por exemplo, carbonatao do concreto) ou se torne permevel pela ao de ons Cl-. O processo catdico no pode ocorrer sem que haja quantidades suficientes de oxignio e de gua na superfcie do ao. A resistividade eltrica do concreto tambm reduzida na presena de umidade e de sais. A Figura (c) indica que, dependendo do estado de oxidao, a corroso do ferro metlico pode resultar no aumento do volume slido em at seis vezes. FIGURA 12: Expanso e fissurao do concreto devidas corroso da armadura. Fonte: MEHTA, 2008.

Quando na ausncia de ons cloreto na soluo, o filme de xido de ferro

considerado estvel em concretos com pH acima de 11,5. Quando alguns fatores

diminuem o pH do concreto (por exemplo, a alta permeabilidade), isso faz com

que os lcalis e boa parte do hidrxido de clcio sejam carbonatados ou lixiviados

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48

e com que a passividade do ao seja destruda, fornecendo condies para a

corroso.

Quando existirem ons cloreto, dependendo da relao Cl-/OH-, o filme protetor do

ao pode ser destrudo mesmo para valores de pH do concreto acima de 11,5. No

caso da presena de grande quantidade de cloretos, o concreto tende a acumular

gua, o que aumenta a probabilidade de corroso do ao pela diminuio da

resistividade eltrica do concreto. Sem a camada de passivao da armadura, a

taxa de corroso ser guiada pela resistividade eltrica e pela disponibilidade de

oxignio.

Podem-se citar como fontes de contaminao de cloretos no concreto os aditivos

e adies contaminadas com sal e a penetrao de solues de sais de degelo ou

de gua do mar. Alm disso, a contaminao por ons cloreto pode levar

desagregao do concreto, acelerao da corroso das armaduras e at

retrao hidrulica do concreto no maduro, levando fissurao interna e

externa.

Ataques por cloreto

Um dos problemas mais crticos referente durabilidade das estruturas de

concreto a corroso da armadura devido ao dos ons cloreto. Uma

concentrao crtica de ons de cloreto, quando em contato com a superfcie da

armadura, desencadeia o processo de despassivao do ao e,

conseqentemente, a corroso do ao. Segundo HELENE, o valor da

concentrao crtica depende de diversos fatores, tais como o pH, o teor de

aluminato triclcico (C3A) no cimento e, em alguns casos, do teor de umidade do

concreto.

O acesso de ons cloreto para o interior do concreto pode ser devido aos

seguintes fontes: impurezas de agregados e da gua de amassamento, utilizao

de aditivos e/ou agregados que contenham estes ons, aceleradores de pega que

contm CaCl2, gua do mar e da maresia, sais de degelo, entre outros. Dentro do

concreto, esses ons cloreto podem estar na forma de cloroaluminatos

(combinados quimicamente), fisicamente adsorvidos na face dos poros capilares

ou livres na soluo dos poros do concreto.

A quantidade de ons cloreto que chega at a armadura, como cloretos livres para

desencadear o processo de corroso, vai variar de acordo com alguns

parmetros, tais quais o tipo de ction associado aos cloretos, a presena de

outro nion (como o sulfato), o estado do concreto quanto carbonatao,

umidade do ambiente, processo de produo e cura do concreto, o fator

gua/cimento e o consumo de cimento por metro cbico.

A quantidade de C3A do cimento fator determinante da combinao dos ons

cloreto. Cimentos com baixo teor de aluminato triclcico possuem baixa

capacidade de imobilizar ons cloreto, pois formam um sal insolvel

(cloroaluminato), que diminui a concentrao de ons cloreto livres nos poros do

concreto. A Tabela 7 mostra a influncia da quantidade de C3A no tempo de incio

da corroso da armadura.

TABELA 7: Quantidade de cloretos livres em relao a diversos teores de C3A.

Fonte: FIGUEIREDO, 2005.

Perda de alcalinidade no concreto

Quando o concreto perde a alcalinidade, com valores de pH inferiores a 9, o ao

despassivado. Este processo pode ser resultado da lixiviao de substncias

alcalinas presentes nos poros do concreto ou devido ao processo de

carbonatao. Para HELENE, a carbonatao ocorre como resultado da reao

qumica entre o hidrxido de clcio, Ca(OH)2, e outros lcalis (sdio e potssio)

presentes na soluo dos poros com o dixido de carbono (CO2) atmosfrico.

49

Gases cidos presentes em atmosferas urbanas e industriais e a maresia

contribuem para reduzir rapidamente a alcalinidade do concreto,

conseqentemente aumentando a velocidade e profundidade de carbonatao.

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Os principais constituintes do ar atmosfrico que podem desencadear o processo

de neutralizao do concreto so o gs carbnico (CO2 maior incidncia), o

dixido de enxofre (SO2) e o gs sulfdrico (H2S). O produto desta reao o

carbonato de clcio (CaCO3), que faz com que o concreto se torne cido.

Os compostos hidratados do cimento que esto mais suscetveis carbonatao

so o hidrxido de clcio (Ca(OH)2), o hidrxido de potssio (KOH) e o hidrxido

de sdio (NaOH), assim como os silicatos alcalinos, de acordo com as equaes

a seguir:

CO2 + Ca(OH)2 + H2O CaCO3 + H2O (10)

CO2 + 2Na . KOH Na2 . K2CO3 + H2O (11)

Ca(OH)2 Ca2+ + 2OH- (na fase aquosa dos poros) (12)

CO2 + 2HO- CO32- + H2O (solubilizao do CO2) (13)

Ca2+ + CO32- CaCO3 (carbonatao) (14)

Ao longo da reao de carbonatao do concreto, o hidrxido de clcio

(Ca(OH)2) que tem origem na hidratao do cimento, e que se encontra nos poros

do concreto, combina-se com gs carbnico do ar atmosfrico (CO2), para formar

o (CaCO3) carbonato de clcio (BAUER). O carbonato de clcio um material

insolvel em gua, que fecha os poros do concreto ao depositar-se neles. A gua

resultante da Equao 10 pode vir a no evaporar, dissolvendo o hidrxido de clcio da pasta do cimento, fazendo com que a reao continue.

A carbonatao ocorre de forma mais acelerada em concretos de baixa qualidade

e em ambientes com umidade relativa variando entre 50 e 70%. Para

FIGUEIREDO (2005), A velocidade e a profundidade de carbonatao dependem

de fatores relacionados com o meio ambiente e com as caractersticas finais do

concreto endurecido. Veja-se a Tabela 8:

TABELA 8: Principais fatores que condicionam a velocidade de penetrao da frente de carbonatao.

Fonte: FIGUEIREDO, 2005.

O processo de carbonatao se inicia na superfcie do concreto, formando uma

frente de carbonatao, separando duas zonas distintas de pH, uma com valores

na faixa de 12 e a outra na faixa de 8. Essa frente avana paulatinamente para o

interior do material e, atingindo a armadura, provoca a sua despassivao,

iniciando o processo de corroso. A Figura 13 ilustra o processo de carbonatao

simplificadamente.

Para armaduras pr ou ps-tracionadas, o processo conhecido como corroso

sob tenso. um processo fsico-qumico caracterizado por uma corroso

concentrada, na presena de tenses sobre material susceptvel e no acarreta

em perda de seo significativa. Este tipo de corroso pode provocar falha de

elementos estruturais, atravs de uma ruptura frgil do material.

51

FIGURA 13: Avano do processo de carbonatao. Fonte: FIGUEIREDO, 2005.

4.13.2 Controle da corroso

Os principais agentes da corroso so: a gua, o oxignio e os cloretos. Para

evitar a ao destes no concreto, a melhor soluo trabalhar com uma baixa

permeabilidade do concreto. Para obter um concreto com essa caracterstica

deve-se controlar o fator gua/cimento, o consumo de cimento, a dimenso dos

agregados e sua graduao e utilizar adies minerais. Alm disso, um controle

do processo de cura do concreto adequado e o adensamento so tambm fatores

importantes na definio de uma boa permeabilidade do concreto. Outros agentes

deletrios podem tambm desencadear uma maior permeabilidade do concreto,

como a reao lcali-agregado e o ataque por sulfato, por exemplo.

Para proteger o ao contra a corroso, pode-se controlar o teor mximo de cloreto

permitido na dosagem do concreto, por exemplo, a concentrao mxima de ons

cloreto Cl- no deve ser maior que 0,06% (para concreto protendido), 0,15% (para

concreto armado em servio, exposto a ambientes que contenham cloretos) e

0,30 a 0,40% (para outros tipos de concreto armado) em relao massa do

cimento. A Figura 14 mostra um grfico que mostra a variao do teor crtico de

52

cloreto em funo da umidade do ambiente e da qualidade do concreto. A Tabela

9 descreve o teor de cloretos recomendado por vrias normas.

FIGURA 14: Esquema de variao do teor crtico de cloretos em funo da qualidade do concreto e umidade do ambiente. Fonte: FIGUEIREDO, 2005.

TABELA 9: Teor limite de cloreto para diversas normas.

Fonte: FIGUEIREDO, 2005.

53

Outro parmetro para controlar a ao de agentes deletrios a definio do

cobrimento adequado, especificado pela NBR 6118/2003 em funo do grau de

agressividade do ambiente. O controle de fissurao do concreto tambm

importante, e pode ser definido no clculo estrutural. Embora no tenha relao

direta com a corroso, as fissuras aumentam a permeabilidade do concreto,

fazendo com que os agentes agressivos entrem em contato com o ao.

Revestimentos superficiais aplicados s barras de ao e a proteo catdica so

outros meios de proteo corroso, mas so processos mais caros em relao

execuo de um concreto com baixa permeabilidade. Os revestimentos para

armaduras podem ser andicos (como o ao revestido com zinco) ou

revestimentos por barreira (ao revestido com epxi). A proteo catdica j um

processo de alto custo, onde pode ser obtida atravs do uso de nodos de

sacrifcio ou pelo suprimento externo de um fluxo de corrente na direo oposta,

onde h a supresso do fluxo de corrente na clula de corroso.

FIGURA 15: Representao diagramtica dos danos ao concreto por (a) corroso da armadura, (b) ciclos de con