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PATOLOGIAS DAS CONSTRUÇÕES

Durabilidade de uma estrutura de concreto armado: avaliação de uma torre de resfriamento

Guimarães, Diego Moura Silva(1); Góis, Fernanda Alves Pinto(2)

(1) Engenheiro Civil, Faculdade Pio Décimo

email: [email protected]

(2) Professora Mestra, Departamento de Engenharia Civil, Faculdade Pio Décimo email: [email protected]

RESUMO O que se espera de estruturas de concreto armado é uma duração de pelo menos 50 anos sem dispendiosas intervenções. Nesse período, chamado de vida útil, são garantidos requisitos de segurança e usabilidade (limites de ruptura e de utilização), e a deterioração da estrutura é consequência de fatores internos e externos, dos quais merecem destaque: classe do concreto, execução, tipo de cimento e ambiente de exposição. O balanceamento entre essas características e o sistema de manutenção empregado determinará se a durabilidade esperada será comprometida, atingida ou até mesmo ultrapassada. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência dos agentes agressivos presentes no ambiente que circunda uma torre de resfriamento industrial e da sistemática de manutenção empregada através do acompanhamento de manifestações patológicas ao longo do tempo, a fim de verificar o cumprimento da vida útil esperada. O presente estudo foi pautado num levantamento bibliográfico dos principais mecanismos de deterioração das estruturas de concreto armado e suas ações nos componentes do concreto de cimento Portland e na armadura de aço. Foram abordadas as classificações básicas de agressividade ambiental em estruturas de concreto acompanhadas do monitoramento estritamente visual das manifestações patológicas decorrentes da deterioração à qual está sujeita a torre de resfriamento da Fábrica de Fertilizantes Nitrogenados de Sergipe e a caracterização dos agentes químicos que contribuem com esse processo. Diversas manifestações patológicas evidenciam o avançado estado de deterioração, cujos efeitos na durabilidade da estrutura são decorrentes de um sistema precário de manutenção, prescrições normativas anteriores à NBR-6118:2003, e exposição a água circulante em grandes volumes com pH agressivo à passivação da armadura e teores elevados de cloreto, magnésio e sulfato. Palavras-chave: concreto armado, agressividade, deterioração, torre de resfriamento.



1 INTRODUÇÃO O presente momento econômico nacional impulsionou o setor de infraestrutura e grandes obras, com investimentos maciços na área industrial e estruturas de suporte ao crescimento do país. Construções desse porte necessitam de vida-útil de projeto mais longa do que edificações mais usuais, como nos setores residencial e comercial. Em ambientes industriais e marítimos, o concreto armado está exposto às mais severas condições de agressividade à sua composição. Tipicamente, estruturas de concreto são projetadas para serem utilizadas, mesmo em ambientes agressivos, de 50 a 100 anos com uma manutenção mínima. Para tanto, a norma brasileira (NBR-6118:2003 – Projeto de estruturas de concreto), assim como a norma europeia (EN 206-1 – Concrete part 1: Specification, performance, production and conformity), preveem mecanismos mitigadores de acordo com a classe de agressividade do ambiente onde se localizará o elemento estrutural. As indústrias químicas e os ambientes marinhos compõem o quadro mais negativo à durabilidade do concreto, embora as normas dividam as zonas agressivas de forma diferente. Numa indústria química, ou até mesmo no meio urbano, verificam-se várias situações em que o concreto tem suas características aquém das propriedades previstas, em virtude de agentes agressivos, sejam eles naturais ou não (Neville, 1997). Ataques químicos tão considerados os mais preocupantes, principalmente os oriundos de agentes agressivos como CO2, H+, NH4

+, Mg+. Uma torre de resfriamento de água de uma indústria de fertilizantes sofre os mais diversos ataques químicos, entre os mais severos de acordo com as principais publicações na área, dessa forma podem-se constatar os efeitos ao longo do tempo em um projeto da década de 70. A importância deste trabalho dá-se pela identificação visual dos processos de deterioração decorrentes da agressividade oriunda dos agentes químicos presentes no ambiente ao redor de estrutura robusta de concreto armado. 2 REFERENCIAL TEÓRICO 2.1 COMPOSIÇÃO DO CONCRETO ARMADO O concreto como material heterogêneo é definido de diversas formas e a nomenclatura dos componentes diverge entre os autores na forma e no nível acadêmico a que se aprofundam. As principais publicações tendem a considerar o concreto, de forma geral, um material composto por um meio aglomerante que propicia continuidade ao material, contendo partículas de alta resistência à compressão de diversas formas e tamanhos, a depender de sua utilização e qualidade (Mehta e Monteiro, 2008). No concreto largamente empregado ao redor do mundo, o aglomerante utilizado é o cimento Portland, que consiste essencialmente de silicatos de cálcio hidráulicos. O resultado da hidratação desse cimento é um composto estável em meio aquoso que quando seco apresenta resistência característica a compressão bastante elevada.



Existem vários tipos de cimento Portland, em diversas composições, de acordo com a necessidade de priorizar uma propriedade em detrimento de outras. Uma vez que diferentes proporções entre os diversos constituintes proporcionam diferentes características, pois melhoram determinadas propriedades, enquanto podem aumentar a vulnerabilidade a certos agentes químicos devido à reatividade de alguns elementos presentes no aglomerante. Os constituintes resumem-se basicamente em diversos compostos de cálcio, cujos elementos principais contêm CaO, SiO2, Al2O3, e Fe2O3, pois, somados, representam 90% ou mais da composição total em massa (Mehta e Monteiro, 2008; Neville, 1997). O balanceamento entre estes compostos e outros diversos em menores proporções, mas com uma representatividade significativa, deve acompanhar a finalidade do concreto no qual será utilizado e estar de acordo com o meio ao qual está sujeito. O concreto armado foi concebido para enriquecer ainda mais as propriedades do material de construção, tornando-o um elemento mais nobre e de utilização ainda mais diversificada, já que se tornou possível o emprego desse material para vencer esforços consideráveis de tração. A tecnologia ofereceu peças cada vez mais esbeltas e técnicas construtivas têm proporcionado cronogramas cada vez mais rápidos. O sacrifício de algumas propriedades muito importantes nessa corrida para reduzir custos com materiais (dimensões) e mão-de-obra (prazos) levou a uma grande incidência de manifestações patológicas nas edificações, destacando a questão da redução da durabilidade de estruturas de concreto armado na mídia jornalística e no meio acadêmico. 2.2 AGRESSIVIDADE O concreto armado pode ser considerado um material durável. Acontece que a sua durabilidade depende de uma quantidade muito grande de diversos fatores, entre eles, os materiais constituintes, o processo de fabricação, a aplicação e, principalmente, sua adequada especificação para o uso a que se destina, bem como o ambiente a que será exposto. Observa-se que o meio ambiente exerce grande influência na durabilidade do concreto armado. As características físicas do concreto armado, e os métodos construtivos empregados, aliados ao progresso (concentração de agentes agressivos nos grandes centros urbanos e industriais), têm resultado em grandes insucessos em relação à durabilidade das construções. Entende-se por ambiente agressivo, o conjunto físico no qual o concreto está inserido. Pode ser um ambiente industrial, região costeira, água do mar, entre outros. Cada ambiente vai expor a estrutura mais ou menos aos diferentes tipos de degradação (Lopes, 2010). E esse é o principal motivo apontado por Helene (2003) nas considerações durante o desenvolvimento das diretrizes na NBR-6118:2003, a



fim de mitigar o efeito da agressividade de substâncias presentes nesses ambientes, ou até mesmo anular essa nocividade. Tabela 1: Classificação da agressividade do ambiente segundo a norma brasileira vigente.

Classe de agressividade

ambiental Agressividade Classificação geral do tipo de ambiente para

efeito de projeto Risco de deterioração da

estrutura

Rural I Fraca

Submersa Insignificante

II Moderada Urbana1, 2 Pequeno

Marinha1

III Forte Industrial1, 2 Grande

Industrial1, 3

IV Muito forte Respingos de maré

Elevado

1 Pode-se admitir um microclima com uma classe de agressividade mais branda (um nível acima) para ambientes internos secos (salas, dormitórios, banheiros, cozinhas e áreas de serviço de apartamentos residenciais e conjuntos comerciais ou ambientes com concreto revestido com argamassa e pintura). 2 Pode-se admitir uma classe de agressividade mais branda (um nível acima) para: obras em regiões de clima seco, com umidade relativa do ar menor ou igual a 65%, partes da estrutura protegidas de chuva em ambientes predominantemente secos, ou regiões onde chove raramente. 3 Ambientes quimicamente agressivos, tanques industriais, galvanoplastia, branqueamento em indústrias de celulose e papel, armazéns de fertilizantes, indústrias químicas. Fonte: NBR-6118 (2003 tab. 6.1). Diversas medidas são exigidas pela NBR-6118:2003, de acordo com o nível de exposição da obra (vide Tabela 1), a fim de se combater a deterioração provocada pela agressividade ambiental, dentre as quais merecem destaque: menor relação água/cimento, classe superior de resistência do concreto (resistência à compressão) e maior cobrimento das armaduras. É salutar lembrar que a NBR-6118:2003 em seu item 6.4.3 mantém a delegação de observância de níveis mais alarmantes de agressividade ao projetista responsável, uma vez que diz: “o responsável pelo projeto estrutural, de posse de dados relativos ao ambiente no qual será construída a estrutura, pode considerar classificação mais agressiva do que a estabelecida na tabela 6.1”. Helene (2003) coloca ainda que existem classificações mais rigorosas para auxiliar os profissionais na definição da classe mais adequada aos níveis de cada ambiente, com base na concentração efetiva de certas substâncias agressivas no ambiente que envolve a estrutura ou suas partes. Dessa forma, podem-se também utilizar em casos especiais os limites orientativos constantes da norma CETESB L 1.007 (1988). Em lugar dessa norma e no caso de agressividade ao concreto, um outro critério mais rigoroso pode ser a avaliação através de determinações específicas conforme os valores referenciais propostos pelo CEB / FIP Model Code, 1990. A Norma L1.007 da CETESB (1988) fixa condições para classificar o grau de agressividade do meio aquoso em contato com o concreto e estabelece, também, os critérios para caracterização das condições de exposição que influem no grau de



agressividade deste meio aquoso em relação ao concreto, conforme apresentado na Tabela 2 (Lima, 2000). A classificação determinada deve ser elevada ou reduzida, em função das condições locais serem atenuantes ou agravantes. Tabela 2: Classificação de agressividade da Norma L1.007 da CETESB (1988).

A B Fenômeno preponderante acompanhado de

lixiviação Fenômeno preponderante de lixiviação incluindo a hidrólise dos compostos Carbonatação Troca iônica

Águas salinas Águas puras Águas não salinas ácidas Ácidas Alcalinas

Águas Amoniacais

Águas Magne-sianas (NH4)+ (mg/L) Grau Sólidos

dissolvidos (mg/L)

pH CO2

agressivo(mg/L)

pH pH (HCO3)–

(mg/L) (Mg2)+ (mg/L)

(NO3)– <150 mg/L

(NO3)–

≥150 mg/L

Nulo >150 7 - 7 7 - <100 <100 <50

Fraca 150 a 50 >6 <20 >6 - - 100 a 150 100 a 150

50 a 100

Média 150 a 50 6,0 a 5,6 20 a 30 6,0 a 5,6 - - 150 a 250 150 a

250 100 a 150

Forte <50 5,5 a 4,5 >30 5,5 a 4,5

8 a 9 400 250 a 500 250 a

500 150 a 250

Muito Forte <50 <4,5 - <4,5 >9 >600 >500 >500 >250

Fonte: LIMA (2000). Tabela 2: Classificação de agressividade da Norma L1.007 da CETESB (1988) (continuação).

C Fenômeno de expansão por formação de gipsita e/ou etringita

acompanhada de lixiviação Água do mar, salobra, de esgoto ou poluída industrialmente

(SO4)-2 (Mg2)+<100 mg/L (NH4)+<100 mg/L

Grau

Cl- < 1000 mg/L Cl- ≥ 1000 mg/L

(Mg2)+≥100 mg/L (NH4)+≥100 mg/L

Nulo <200 <250 <100 Fraca 200 a 350 250 a 400 100 a 200 Média 350 a 600 400 a 700 200 a 350 Forte 600 a 1200 700 a 1500 350 a 600 Muito Forte >1200 >1500 >600

Fonte: LIMA (2000). Tabela 3: Condições de elevação e redução do grau de classificação de agressividade.

Condições atenuantes Condições agravantes a) A água agressiva ao concreto entra em contato com este após 28 dias de sua execução; b) A água agressiva ao concreto entra em contato com este algumas vezes por ano; c) O concreto se encontra envolvido por terreno reconhecidamente coesivo (baixa permeabilidade).

a) A água está em movimento; b) O nível de água varia (molhagem e secagem); c) Existe uma pressão hidráulica unilateral; d) A temperatura da água é superior a 45° C; e) A estrutura de concreto é de seção delgada, sendo a menor dimensão de 20 cm aproximadamente.

Fonte: NBR-6118 (2003 tab. 6.1). Por se tratar de um órgão de saneamento ambiental, a norma da CETESB é mais empregada em tubulações de concreto enterradas, sujeitas às contaminações do



solo, lençóis freáticos, o próprio esgoto sanitário e efluente industrial, porém a abrangência se amplia para qualquer estrutura de concreto. Na classificação proposta por Paulo Helene (1997), ele destaca a relação que existe entre a agressividade do ambiente e as ações físicas e químicas que atuam sobre as estruturas de concreto. Assim, propõe na Tabela 4 uma classificação de agressividade ambiental relacionada aos riscos de deterioração da estrutura do ponto de vista da durabilidade das armaduras e, na Tabela 5, a classificação segundo o ponto de vista da durabilidade do concreto (Lima, 2000). Tabela 4: Classificação da agressividade do ambiente sobre as armaduras.

Classe de agressividade Macroclima Microclima Gás Carbônico CO2

no Ambiente Cloretos Cl- no

ambiente

I Atmosfera rural UR ≤ 60% interiores secos ≤ 0,3% ≤ 200 mg/l

II Urbana UR de 60 a 95%

UR = 100% (submersa)

≤ 0,3% < 500 mg/l

III Marinha ou industrial UR entre 65 e 95%(variável) ≥ 0,3% > 500 mg/l

IV Pólos industriais Interiores úmidos de

indústrias com agentes agressivos

> 0,3% > 500 mg/l

Fonte: HELENE (1997). Tabela 5: Classificação da agressividade do ambiente sobre o concreto.

Classe de agressividade pH CO2 agressivo

(mg/l) Amônia

NH4+ (mg/l)

Magnésio Mg2+ (mg/l)

Sulfato SO4

2- (mg/l) Sólidos

dissolvidos I > 6,0 < 20 < 100 < 150 < 400 > 150

II 5,9 – 5,9 20 – 30 100 – 50 100 – 250 400 – 700 150 – 50

III 5,0 – 4,5 30 – 100 150 – 250 250 – 500 700 – 1500 < 50

IV < 4,5 > 100 > 250 > 500 > 1500 < 50

Notas: 1 No caso de solos a análise deve ser feita no estado aquoso do solo; 2 Água em movimento, temperatura acima de 30°C, ou solo agressivo muito permeável conduz a um aumento de

um grau na classe de agressividade; 3 Certas combinações de ação física superficial, tais como abrasão e cavitação, aumentam a velocidade de

ataque químico e podem corresponder a um aumento do grau de agressividade. Fonte: HELENE (1997). 2.3 DETERIORAÇÃO Considerando-se o conjunto concreto/armadura, deve-se observar que as agressões sofridas por um podem favorecer a deterioração do outro. Uma fissura no concreto, por exemplo, pode permitir que agentes agressivos alcancem a armadura durante o processo de deterioração, podendo provocar tensões que afetarão o concreto ou o conjunto concreto armado (Lima, 2000). Em sólidos porosos, como o caso do concreto, a água pode ser a causa de muitos tipos de processos físicos de degradação. Ela pode atuar como veículo no transporte de íons agressivos ocasionando processos químicos de degradação, ou como agente de lixiviação, carreando em suspensão elementos do interior da



estrutura para a superfície, em um processo físico de degradação (Mehta e Monteiro, 2008). E ainda que sejam colocadas separadamente as causas físicas e químicas, elas se combinam e atuam em conjunto no desgaste da estrutura de concreto armado, pois

(...) na prática, as duas frequentemente se superpõem. Por exemplo, a perda de massa por desgaste superficial e a fissuração aumentam a permeabilidade do concreto, tornando-se a causa primária de um ou mais processos de deterioração química. Da mesma forma, os efeitos nocivos dos fenômenos químicos são físicos; por exemplo, a lixiviação dos componentes da pasta de cimento endurecida por água mole ou fluidos ácidos aumentará a porosidade do concreto, tornando o material mais vulnerável à abrasão e erosão (Mehta e Monteiro, 2008 pg. 130).

E por mais que haja várias formas da erosão do concreto, a consequência mais importante da deterioração do concreto é a vulnerabilidade à corrosão das armaduras (Lima, 2000). De acordo com a norma brasileira NBR-6118:2003 são estes os mecanismos preponderantes de deterioração relativos ao concreto:

a) Lixiviação: por ação de águas puras, carbônicas agressivas e ácidas, que dissolvem e carreiam os compostos hidratados da pasta de cimento;

b) Expansão por ação de águas e solos que contenham ou estejam contaminados com sulfatos, dando origem a reações expansivas e deletérias com a pasta de cimento hidratado;

c) Expansão por ação das reações álcali-agregado; d) Reações deletérias superficiais de certos agregados, decorrentes de

transformações de produtos ferruginosos presentes na sua constituição mineralógica (NBR-6118:2003).

A NBR-6118:2003 lista as principais mecanismos de deterioração relativos à armadura:

a) Despassivação por carbonatação, ou seja, por ação do gás carbônico da atmosfera, que penetra por difusão e reage com os hidróxidos alcalinos da solução dos poros do concreto, reduzindo o pH dessa solução. A despassivação deletéria só ocorre de maneira significativa em ambientes de umidade relativa abaixo de 98% e acima de 65%, ou em ambientes sujeitos a ciclos de molhagem e secagem, possibilitando a instalação da corrosão;

b) Despassivação por elevado teor de íon cloro (cloreto), através de penetração de água com teores de cloreto que, ao superarem a concentração de hidroxilas nos poros do concreto, atacam o filme protetor na superfície do aço e instalam a corrosão (NBR-6118:2003; LIMA, 2000).

3 ESTUDO DE CASO 3.1 LOCALIZAÇÃO O estudo de caso foi realizado na torre de resfriamento da Fábrica de Fertilizantes Nitrogenados de Sergipe (FAFEN-SE), situada a 25 Km de Aracaju, capital



sergipana, mais precisamente no povoado Pedra Branca, município de Laranjeiras, no período de 01/10/2010 a 23/11/2010. A unidade fabril se divide nas áreas produtivas de amônia e de ureia, e na área de Utilidades há as seções de tratamento de água, central elétrica, geração de vapor e resfriamento de água. É nessa área apresentada na Foto 1 que se situa o objeto de estudo deste trabalho.

Foto 1: Visão geral da área de Utilidades, com a Torre de resfriamento em destaque.

Fonte: acervo FAFEN-SE (2007). 3.2 LEVANTAMENTO DE DADOS Primeiramente, o projeto contemplava uma torre de resfriamento de 5 células, desenvolvido pela PROMON ENGENHARIA S.A., e foi desenvolvido até 1978 com execução em 1979. Em 1998, com o revamp (ampliação da capacidade produtiva) das unidades fabris da FAFEN-SE, foi necessário ampliar a torre de resfriamento e construída mais uma célula para atender a elevação das capacidades de produção. Tabela 6: Características da torre de resfriamento

Informações Gerais GARCIA & BASSI (05 células) 1979 Fabricantes TRA (01 células) 1998

Tipo Tiragem mecânica induzida com fluxo cruzado duplo Células 06 (seis)

Material de Construção Estrutura concreto armado

barras em V de pvc (01 célula) Recheio (enchimento) ripas de madeira (05 células) madeira (04 células) Eliminadores de Gota tipo onda em pvc (02 células)

Ventiladores 6 (seis) Bombas 05 (01 stand by) Fonte: PROMON (1977); arquivo FAFEN-SE/OT (2010). Tabela 7: Características do sistema de resfriamento, dados de projeto.

Características do Sistema Vazão de circulação 24.000 m3/h Volume do sistema 6.500 m3 Temperatura de Água Quente 41,9°C Temperatura de Água Fria 32,2 °C



Perdas por Evaporação 321 m³/h Perdas por Arraste/Respingo 48 m³/h Perdas por Descarga 7 a 34,5 m³/h Reposição (make-up) 375 a 400 m³/h Fonte: PROMON (1977); arquivo FAFEN-SE/OT (2010). Do ponto de vista do projeto civil da estrutura de concreto armado assim como seu detalhamento, não existe documentação suficiente a respeito de itens imprescindíveis para uma avaliação mais criteriosa da edificação. As especificações técnicas gerais preveem:

a) Peças não estruturais como enchimento e venezianas não deverão contribuir para a resistência estrutural da torre;

b) Para toda a estrutura é previsto revestimento de fibrocimento amianto com espessura mínima de 6 mm, e não devem ser utilizados pregos para fixação das chapas;

c) As plataformas dos ventiladores e as de suporte às tubulações de distribuição de água deverão ser projetadas para suportar uma carga mínima de 300 kg/m². Deverão ser reforçadas para suportar cargas concentradas ou distribuídas.

3.3 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO Numa torre de resfriamento, a principal contribuição para o resfriamento da água é dada pela evaporação de parte dessa água que recircula na torre. Em resumo, a água que sai dos resfriadores de processo é alimentada e distribuída no topo da torre de resfriamento, constituída de um enchimento interno para melhor espalhar a água. Ar ambiente é insuflado através do enchimento, em contracorrente ou corrente cruzada com a água que desce. Por meio desse contato líquido gás, parte da água evapora e ocorre o seu resfriamento (Reis et al., 2003). A água fria na saída da torre é levada através de sistema de bombeamento aos trocadores de calor para resfriamento do fluido do qual se deseja reduzir a temperatura e consequente elevação da temperatura da água até um novo ciclo de resfriamento iniciar. A perda de água devida a evaporação deve ser reposta em igual quantidade, e a fim de evitar uma concentração demasiada de impurezas no sistema, outro volume de água de reposição (make-up) deve ser complementado para haver a diluição dessas substâncias prejudiciais. A fim de não se ter um consumo demasiado de água de reposição, faz-se um tratamento da água, mantendo níveis de concentração de impurezas relativamente elevados sem que os mesmos atinjam níveis prejudiciais. 3.4 AGENTES AGRESSIVOS DO AMBIENTE A elevada concentração de sais devido à recirculação de água numa torre de resfriamento pode ser 10 ou mais vezes maior do que a concentração original na água que alimenta o sistema (Garcia, 2010 apud Pinheiro, 2010).



A origem da reposição, responsável pelas concentrações iniciais, é a água simplesmente decantada e filtrada a partir de captação direta do Rio São Francisco a partir da mesma adutora que abastece a Grande Aracaju. O volume captado para a FAFEN-SE é de aproximadamente 500 m³/h. As principais características utilizadas pelas normas de classificação apresentadas neste trabalho são o pH, concentração de gás carbônico (CO2) no ar, alcalinidade (HCO3)-, concentração de íons cloreto (Cl-), magnésio (Mg+2), amônia (NH4)-, e sulfato (SO4)-2. Destas variáveis, para a água quente que chega à torre de resfriamento, apenas não estão disponíveis análises periódicas de CO2. A monitoração de amônia diluída na água não é significativa. Os resultados correspondem ao período de 1999 a 2009 e são apresentados a seguir os mais alarmantes de acordo com as classificações de agressividade. O cloreto diluído na água que circula ou respinga sobre a estrutura estudada representa uma condição bastante crítica, de acordo com a classificação de agressividade proposta por Helene (1997). O Gráfico 1 mostra que o nível de agressividade máximo é ultrapassado diversas vezes e por longos períodos.

Gráfico 1: Concentração de íons cloreto na água quente de entrada na torre de resfriamento.

O cloreto é o principal agente de despassivação das armaduras do concreto, permitindo o processo de corrosão. A deterioração é ainda mais agravada pela umidade do local, pH variante do meio aquoso, e do efeito de molhagem e secagem das peças. A deterioração da estrutura de concreto também ocorre na pasta de cimento, elemento primordial para manter a integridade da resistência. Águas magnesianas provocam o fenômeno de troca iônica e consequente lixiviação dos novos compostos formados. O Gráfico 2 apresenta a concentração de íons Mg2+ na água de resfriamento e seu nível extremamente agressivo durante alguns períodos.



Gráfico 2: Concentração de íons magnésio na água quente de entrada na torre de resfriamento.

O Ca(OH)2 presente na pasta de cimento Portland reage com o magnésio diluído formando sais de cálcio solúveis (Mehta e Monteiro, 2008), da mesma forma que a carbonatação. O que leva à perda das características cimentícias após uma gradual perda de íons de cálcio lixiviados pela água de percolação no interior do concreto. Como agravante a esse processo, o ambiente ainda agride a estrutura avaliada através do sulfato diluído na água, de acordo com sua concentração ao longo do tempo, apresentada no Gráfico 3.

Gráfico 3: Concentração de íons sulfato na água quente de entrada na torre de resfriamento.

O ataque por sulfatos pode se dar de duas formas, como expansão e fissuração ou como diminuição progressiva da resistência e perda de massa, a depender do sal de origem do sulfato e da composição do cimento Portland utilizado. A pior situação se dá pela formação de compostos expansivos (etringita ou gipsita).



No caso de sais sulfato de magnésio o composto cimentício é atacado pela conversão de hidróxidos de cálcio e silicatos de cálcio hidratados em gipsita e formação de hidróxido de magnésio (Mehta e Monteiro, 2008). A melhor forma de se combater esses ataques químicos por magnésio e sulfatos é através de uma correta seleção do tipo de cimento Portland a ser empregado, mais resistente a esses elementos, e da qualidade do concreto (baixa permeabilidade). 3.5 EFEITOS DA DETERIORAÇÃO O relatório de inspeção UT-014 (FAFEN-SE/SEMOP, 1998) serve como evidência da contínua deterioração e seu agravamento ao longo do tempo, como também das tentativas de recuperação e reforços realizadas. Tabela 7: Histórico de inspeções visuais da torre de resfriamento até 1998.

Inspeção Registro Maio/1983 Detectados pontos com a ferragem exposta na bacia de água quente. Julho/1984 Verificada a existência de pontos com ferragem exposta tanto na bacia de água quente

quanto na de água fria. A impermeabilização das paredes apresentou falhas; na parede leste foram observadas fissuras que possibilitam vazamentos externos.

Março/1986 A camada de impermeabilização do concreto encontrava-se totalmente destruída. Os pontos com deterioração do concreto não apresentaram alterações. Manutenção realizada.

Fevereiro/1988 As bacias de água (quente e fria), as vigas, colunas e venezianas apresentaram ferragem exposta. A passarela para o poço de sucção das bombas encontrava-se severamente avariada e sujeita a desmoronamento. Executada recuperação da passarela.

Março/1989 Danos na estrutura de concreto, ferragens expostas em vários pontos, veneziana leste da célula A com vazamentos pelo concreto. Sem registro de execução da nota de manutenção.

Março/1990 Lado leste - veneziana com vazamento nas extremidades com escorrimento de óxido. Lado oeste - ferragens expostas, chapa metálica de fixação entre veneziana e viga oxidada.

Maio/1992 Parada geral para manutenção, com recuperação de vários pontos de deterioração. Junho/1994 Parada programada para execução de serviços: recuperação de algumas vigas

deterioradas. Suporte de concreto da tubulação de água quente estava danificado. Maio/1997 Verificados danos na estrutura de concreto. Principalmente nos difusores e vigas de

sustentação, com desagregação elevada, desprendimento de vários pedaços de concreto, com exposição das armaduras. Alertado para o nível de comprometimento das vigas, cuja deterioração foi apontada no relatório de março/1990 e não sofreram intervenção. Foi recomendado parecer complementar de especialista em concreto e grande parte da deterioração encontrada foi atribuída ao não atendimento das recomendações do relatório de 1990. Sem registro de manutenção realizada.

Julho/1998 Parada geral de manutenção, na qual verificaram-se nos difusores vários pontos de desagregação do concreto, desprendimento de concreto, grande número de trincas nos difusores e no piso, infiltrações, além de outros pontos de corrosão através da coloração pela corrosão das armaduras internas. Elevado nível de comprometimento estrutural em algumas vigas de sustentação deterioradas e relacionadas na inspeção de 1990, mas sem manutenção realizada. Nos suportes da tubulação de água quente foi observada desagregação do concreto com exposição da armadura. Realizados vários reparos. Logo após os reparos, as regiões reparadas já apresentavam algumas trincas com o mesmo delineamento anterior.

Fonte: FAFEN-SE/SEMOP UT 014/98 (1998).



3.6 RELATO FOTOGRÁFICO

Foto 2: Detalhe de um dos pilares da ponte rolante com desagregação completa do concreto (mar/1990).

Foto 3: Desagregação no pilar com cobrimento das armaduras insuficiente (mai/1992).

Foto 4: Parede norte da célula A com lixiviação de compostos

para a superfície pela reação álcali-agregado (nov/2010). Foto 5: Destacamento do concreto de

cobrimento da célula A devido à expansão das armaduras (nov/2010).

a) b) Foto 6: Face norte da célula A, com disgregação do concreto, e exposição de armaduras até a segunda camada.

Em a) vista frontal; em b) detalhe da profundidade da deterioração (7 cm) (nov/2010). Nota: Provável cristalização de carbonato de cálcio na superfície resultante de ataque à pasta de cimento.



a) b) Foto 7: a) Suporte da tubulação de água quente, sobre a bacia de água quente, do lado oeste da célula F; b) Detalhe da desagregação pela oxidação apresentada e cobrimento insuficiente de 2,5 cm (nov./2010).

Diversas patologias são encontradas em várias peças estruturais que compõem a torre de resfriamento, como perda de seção de concreto por fissuração, destacamento, desagregação, seja ela iniciada a partir de ataque químico ao próprio concreto, ou por corrosão da armadura e consequente fissuração causada pela expansão do aço. Há ainda os casos mais localizados, de reação álcali-agregado, perda de massa de concreto por lixiviação de compostos da pasta de cimento para a superfície e disgregação (perda de resistência e esfarelamento) do concreto. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS E CONCLUSÕES 4.1 CONCLUSÕES A PARTIR DO ESTUDO REALIZADO Ficou bem claro que o ambiente exerce influência muito significativa nas ações degenerativas às quais o concreto e sua armadura estarão submetidos. Portanto, devem ser consideradas em sua plenitude e com margem de segurança suficiente desde as fases iniciais de projeto com previsão de ação para toda sua vida útil. Dos principais agentes agressivos presentes no ambiente no qual está inserida a estrutura sob análise destacam-se os íons cloreto pela sua alta concentração e ataque por corrosão das armaduras e os íons magnésio e sulfato por seu ataque conjunto sobre o Ca(OH)2 e C-S-H da pasta de cimento, com possível formação de gesso e etringita, além da reação álcali-agregado que decorre da vulnerabilidade da composição dos agregados empregados com os álcalis presentes no cimento (Na2O e K2O). Os registros fotográficos e os relatórios de inspeção evidenciam o avanço desses processos de agravamento da deterioração do concreto armado da estrutura ao longo do tempo. A falta de manutenção preventiva e corretiva, com raras medidas no intuito de interromper ou minimizar os processos patológicos foi fundamental para que a grave condição atual fosse atingida. Além disso, a falta de medidas mitigadoras acelerou ainda mais a deterioração. A norma vigente em 1978 previa cobrimento insuficiente (40 mm para vigas e pilares) para a classe de agressividade no qual se enquadra, porém em alguns casos apresentados essa exigência não foi atendida.



Infelizmente, por falta de documentação técnica relativa aos métodos utilizados na execução e origem dos materiais, não é possível correlacionar a velocidade de degradação à qualidade do concreto. 4.2 CONSIDERAÇÕES FINAIS A norma vigente na época do projeto (NB1/1978 depois renomeada NBR-6118:1978) mostrou-se ineficiente nas exigências que garantissem a durabilidade de estruturas em ambientes muito agressivos. A revisão desta norma tomou diversas medidas para garantir ou ao menos aumentar a durabilidade das estruturas em concreto armado. É conveniente ainda salientar que a NBR-6118:2003 ressalva que “em condições de exposição adversas devem ser adotadas medidas especiais de proteção e conservação”. 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS HELENE, Paulo. Vida Útil das Estruturas de Concreto. In: CONGRESSO IBEROAMERICANO DE PATOLOGIA DAS CONSTRUÇÕES 4: Anais. Porto Alegre, 1997. ___. A nova nbr-6118 e a vida útil das estruturas de concreto, [2003]. LIMA, Edson de O. Durabilidade do concreto armado em indústrias siderúrgicas: contribuição à identificação e mapeamento dos agentes agressivos. Tese (Pós-graduação em Engenharia Civil)-UFES, Vitória, 2000. LOPES, Felipe S. Degradação do Concreto em Ambiente Agressivo contendo sulfato. Artigo (Graduação em Engenharia de Infraestrutura Aeroportuária)-Instituto Tecnológico da Aeroportuária, São José dos Campos, abr. 2010. MEHTA, P. Kumar; MONTEIRO, Paulo J. M. Concreto: microestrutura, propriedades e materiais. 3. ed. São Paulo: Pini, 2008. NEVILLE, Adam M. Propriedades do Concreto. 2. ed. São Paulo: Pini, 1997. PINHEIRO, Ana P. Uso racional da água em torres de resfriamento In: Climatização & Refrigeração. Disponível em: <http://www.nteditorial.com.br/wp/?p=2450>. Acesso em: 08 nov. 2010. PROMON ENGENHARIA S.A. Folha de dados de projeto básico: FD-973.1-510.440-MON-01. Laranjeiras, 1977. REIS, Joaquim A.; SILVEIRA, José L.; DOMENI, Pérsia E. Economia de energia elétrica em torres de resfriamento. Universidade Estadual de São Paulo, Gratinguetá, 2003.

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