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CURITIBA

2017

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

RAQUELL DA SILVA LIMA

EFEITO DO CICLO DE MOLHAGEM E SECAGEM NA RESISTIVIDADE

ELÉTRICA SUPERFICIAL E NA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO

CONCRETO: SIMULAÇÃO DA AGRESSIVIDADE MARINHA

CURITIBA

2017

RAQUELL DA SILVA LIMA

EFEITO DO CICLO DE MOLHAGEM E SECAGEM NA RESISTIVIDADE

ELÉTRICA SUPERFICIAL E NA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO

CONCRETO: SIMULAÇÃO DA AGRESSIVIDADE MARINHA

Trabalho de conclusão de curso

apresentado à disciplina de Trabalho

de Final de Curso de Engenharia Civil,

Setor de Tecnologia da Universidade

Federal do Paraná.

Orientador: Prof. ° Dr. Ronaldo A. de

Medeiros Junior.

“Eu quase nada sei, mas desconfio de muita coisa. ”

Graciliano Ramos

AGRADECIMENTOS

Ao longo da vida passamos por diversos momentos em que temos que fazer

escolhas, decisões, as quais podem mudar por completo o rumo de tudo. No entanto

a certas escolhas que somos guiadas a elas e por mais difíceis e confusas que elas

possam parecer, podemos descobrir muitas coisas valiosas que até então não se

enxergava.

Escolhendo o curso de Engenharia Civil, consegui descobrir muito mais do

que aquelas perguntas que me incomodavam, descobri pessoas, muitas conheci

muito bem ao longo dos anos em que passei na faculdade, outras rapidamente e

outras que sempre estiveram presentes na minha vida.

Por isso venho a agradecer a possibilidade de ter conhecido pessoas

maravilhosas dentro da universidade, amigos queridos, que tenho orgulho de

compartilhar a amizade. Os quais que mesmo nos piores momentos estavam ao

meu lado para me dar suporte, que por mais rápido que fosse o momento, ou mais

banal, me faziam rir e mais no que tudo por me ensinarem a dar valor a amizade.

Agradeço os meus pais, José e Rosa, que com todas as felicidades, tristezas,

certezas e incertezas, sempre me apoiaram em meus sonhos e minhas realizações,

e que me ensinaram a dar valor a tudo que tenho, e que me ensinaram a ter força e

nunca desistir. As minhas irmãs pelo apoio, e pelos momentos de descontração, que

tornaram muitos mais leves na minha vida.

Ao Cleverson, que me ensinou a ter fé e esperança, que tudo é possível

quando acreditamos em nós mesmos.

Ao professor Ronaldo pela paciência, dedicação e brilhante orientação deste

trabalho.

Agradeço a Universidade Federal do Paraná, por me tornar humana, e me

fazer perceber que como humanos possuímos falhas, mas que nem sempre essas

falhas se tornam defeitos, mas sim qualidades que nos diferenciam dos demais.

E por fim agradeço a Deus por me proporcionar ter conhecido todas essas

pessoas, e por iluminar a minha vida.

5

RESUMO

Para uma análise eficiente de uma estrutura de concreto, deve-se considerar, além da resistência e da estabilidade, aspectos de durabilidade, principalmente quando exposta a presença de agentes agressivos, como os íons sulfatos e cloretos, pois a presença destes modifica as propriedades e a microestrutura do concreto e acarreta em gastos com reparos. Portanto, há uma necessidade de se criar parâmetros para melhor compreender e quantificar os aspectos da durabilidade e vida útil do concreto. Sendo assim, a resistividade elétrica superficial (RES) vem como um dos principais parâmetros para se quantificar e monitorar a durabilidade do concreto, sendo um ensaio não destrutivo e de fácil execução. A correlação entre os ensaios de resistência à compressão e RES são importantes, pois, proporcionam ao fabricante estimar a resistência mecânica do concreto nas primeiras idades. O presente trabalho visa dar continuidade ao estudo de Medeiros Junior et al. (2014), o qual analisou a influência da RES para diferentes tipos de cimento. No entanto, para este trabalho será analisada a influência de ciclos de molhagem e secagem com água e solução combinada de cloreto de sódio e sulfato de sódio, comparando esses resultados com a condição de imersão em água, simulando a zona de respingos e variação de maré. Para isto, foram moldados corpos de prova utilizando CP IV 32 RS, traço 1:1,4:2,1 (cimento:areia:brita) em materiais secos e 4 (quatro) relações água/cimento: 0,42, 0,48, 0,54 e 0,60 para cada condição de exposição. Realizaram-se ensaios de resistência à compressão e resistividade elétrica aos 28 dias na condição de cura em câmara úmida, e para as idades de 42, 91 e 140 dias as demais condições. Os resultados permitiram observar que a resistência à compressão e a resistividade elétrica possuem boa correlação. Conforme os resultados obtidos, para o ciclo de molhagem e secagem com solução combinada de cloreto de sódio e sulfato de sódio, a RES pouco varia ao longo do tempo, denotando que a redução está relacionada com o aumento de íons e da umidade. Portanto, através destes resultados e outras analises, é possível obter uma estimativa de resistência à compressão para as primeiras idades utilizando-se o ensaio de resistividade elétrica, para as condições analisadas no presente estudo.

Palavras – chave: durabilidade, ciclos de molhagem e secagem, agressividade marinha, ataque por cloretos, ataque por sulfatos.

6

ABSTRACT

For an efficient analysis of a concrete structure, it is necessary to consider, in addition to compressive strength and stability, durability aspects, especially when exposed to the presence of aggressive agents, such as sulfate ions and chlorides, since the presence of these ions modifies the properties and the microstructure of concrete. Therefore, there is a need to create parameters to better understand and quantify aspects of the durability and service life of the concrete. Thus, surface electrical resistivity (SER) comes as one of the main parameters to quantify and monitor the durability of the concrete, being a non destructive test. The correlation between compressive strength and SER tests is important because they allow the manufacturer to estimate the mechanical strength of the concrete at the earliest ages. The present work aims to continue the study of Medeiros Junior et al. (2014), which analyzed the influence of SER for different types of cement. However, for this work the influence of wetting and drying cycles with water and combined solution of sodium chloride and sodium sulfate will be analyzed, comparing these results with the condition of immersion in water, simulating the splashes and variation of tide zones. For this, samples were prepared using CP IV 32 RS, 1: 1.4: 2.1 (cement: sand: crushed) in dry materials and 4 (four) water / cement ratios: 0.42, 0, 48, 0,54 and 0,60, for each exposure condition. Tests of compressive strength and electrical resistivity were carried out at 28 days in the wet chamber cure condition, and at the ages of 42, 91 and 140 days in the other conditions. The results allowed to observe that the compressive strength and the electrical resistivity have a good correlation. According to the results obtained, for the wetting and drying cycle with a combined solution of sodium chloride and sodium sulfate, the SER does not change over time, indicating that the reduction is related to the increase of ions and humidity. Therefore, through these results and other analyzes, it is possible to obtain an estimate of compressive strength for the first ages using the electrical resistivity test, for the conditions analyzed in the present study.

Key words: durability, wetting and drying cycles, marine aggressiveness, chloride attack, sulfate attack.

7

LISTA DE TABELAS

TABELA 2.1 - PRINCIPAIS MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE

CONCRETO ARMADO .............................................................................................................. 19

TABELA 2.2 - RELAÇÃO ENTRE PERMEABILIDADE E RELAÇÃO ÁGUA/CIMENTO PARA

PASTAS COM 93% DO CIMENTO HIDRATADO ...................................................................... 28

TABELA 3.1 - CLASSES DE AGRESSIVIDADE AMBIENTAL PARA ESTRUTURAS DE

CONCRETO ...............................................................................................................................35

TABELA 3.2 - CORRELAÇÃO DA CLASSE DE AGRESSIVIDADE AMBIENTAL E O

COBRIMENTO NOMINAL ......................................................................................................... 48

TABELA 3.3 - FRENTE DE PENETRAÇÃO DOS ÍONS CLORETO DOS CONCRETOS

EXPOSTOS A UMA SOLUÇÃO DE 3, 5% DE NACL ................................................................. 49

TABELA 3.4 - FRENTE DE PENETRAÇÃO DOS ÍONS CLORETO DOS CONCRETOS

EXPOSTOS A UMA SOLUÇÃO DE 10% DE NACL ................................................................... 50

TABELA 3.5 - REQUISITOS PARA O CONCRETO EXPOSTO À SOLUÇÕES CONTENDO

SULFATOS ................................................................................................................................ 52

TABELA 3.6 - GRAU DE AGRESSIVIDADE DA ÁGUA CONTENDO SULFATOS ................... 53

TABELA 3.7 - MUDANÇA DO PH EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA ..................................... 53

TABELA 3.8 – COEFICIENTES DE PENETRAÇÃO DOS ÍONS SULFATO PARA OS

CONCRETOS E MICRO AMBIENTES PESQUISADOS ............................................................ 56

TABELA 4.1 - CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO DA RESISTIVIDADE ELÉTRICA DO CONCRETO

.................................................................................................................................................... 58

TABELA 4.2 - INFLUÊNCIA DA RELAÇÃO ÁGUA/CIMENTO E DA DURAÇÃO DA CURA ÚMIDA

SOBRE A RESISTIVIDADE DA PASTA DE CIMENTO ............................................................. 64

TABELA 4.3 - TRAÇOS UNITÁRIOS EM MASSA ..................................................................... 68

TABELA 4.4 - PROBABILIDADE DE PENETRAÇÃO DE ÍONS CLORETO NO CONCRETO

.................................................................................................................................................... 75

TABELA 4.5 - RELAÇÕES ÁGUA/AGLOMERANTE E RESISTIVIDADES ELÉTRICAS OBTIDAS

.................................................................................................................................................... 77

TABELA 5.1 - PROPRIEDADES QÚIMICAS DO CPIV 32 RS.................................................... 82

TABELA 5.2 - PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS DO CP IV 32 RS ............................ 82

TABELA 5.3 - RESULTADOS DOS ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO MIÚDO

.................................................................................................................................................... 83

TABELA 5.4 - DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DOS AGREGADOS MIÚDOS ................ 83

TABELA 5.5 - RESULTADOS ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO AGREGADO GRAÚDO ..... 85

TABELA 5.6 - CONSUMO DE CIMENTO, AREIA E BRITA EM KG/M³ E FCK

.................................................................................................................................................... 87

TABELA 5.7 - ABATIMENTO DO CONCRETO PARA CADA RELAÇÃO A/C ANALISADA

.................................................................................................................................................... 88

8

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 2.1 – MODELO DE EQUILÍBRIO DE UMA ESTRUTURA EM QUE ATUAM OS

FATORES RELATIVOS À DURABILIDADE ............................................................................... 18

FIGURA 2.2 – CONDIÇÕES PARA A OCORRÊNCIA DA CORROSÃO.................................... 22

FIGURA 2.3 – ESQUEMA DE CORROSÃO ELETROQUÍMICA EM CONCRETO ARMADO

.................................................................................................................................................... 22

FIGURA 2.4 – ESFORÇOS PRODUZIDOS QUE LEVAM À FISSURAÇÃO DO CONCRETO

DEVIDO À CORROSÃO DA ARMADURA.................................................................................. 23

FIGURA 2.5 – EVOLUÇÃO ESQUEMÁTICA DA DETERIORAÇÃO DE ESTRUTURAS DE

CONCRETO POR CORROSÃO DE ARMADURA ..................................................................... 24

FIGURA 2.6 – CONCEITUAÇÃO DE VIDA ÚTIL DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO

TOMANDO POR REFERÊNCIA O FENÔMENO DE CORROSÃO DE ARMADURAS ............. 24

FIGURA 2.7 – FORMAS DE PENETRAÇÃO DE CLORETOS EM CONCRETO ...................... 33

FIGURA 3.1 – ZONAS DE AGRESSIVIDADE ÀS ESTRUTURAS DE CONCRETO

ARMADO.................................................................................................................................... 38

FIGURA 3.2 – TEOR DE CLORETOS NA ZONA DE VARIAÇÃO DE MARÉ – COMPARAÇÃO

ENTRE COSTADOS .................................................................................................................. 39

FIGURA 3.3 - TEOR DE CLORETOS NA ZONA DE RESPINGOS – COMPARAÇÃO ENTRE

COSTADOS ............................................................................................................................... 39

FIGURA 3.4 - TEOR DE CLORETOS NA ZONA DE RESPINGOS – COMPARAÇÃO ENTRE

COSTADOS ............................................................................................................................... 40

FIGURA 3.5 - GRÁFICO DOS COEFICIENTES DE PENETRAÇÃO DE ÍONS CLORETO NAS

ZONAS DE AGRESSIVIDADE MARINHA ................................................................................. 41

FIGURA 3.6 - EFEITOS ISOLADOS DA RELAÇÃO A/C E DO TIPO DE CIMENTO SOBRE O

COEFICIENTE EFETIVO DE DIFUSÃO DE CLORETOS ......................................................... 43

FIGURA 3.7 - INFLUÊNCIA DA RELAÇÃO A/AGL NO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE

DOS CONCRETOS ................................................................................................................... 43

FIGURA 3.8 - INFLUÊNCIA DA RELAÇÃO A/C NO TEOR DE CLORETOS TOTAIS

.................................................................................................................................................... 44

FIGURA 3.9 - EFEITO DO CONTEÚDO DE (C3A) DO CIMENTO NO TEMPO DE INICIAÇÃO DA

CORROSÃO DA ARMADURA DO CONCRETO ....................................................................... 45

FIGURA 3.10 - INFLUÊNCIA DO TIPO DE CIMENTO NA PROFUNDIDADE DE PENETRAÇÃO

DE CLORETOS NO CONCRETO CONSIDERANDO UM FCK = 30 MPa ................................ 46

FIGURA 3.11 - PROFUNDIDADE DE PENETRAÇÃO DE CLORETOS PARA 120 CICLOS DE

MOLHAGEM E SECAGEM ........................................................................................................ 51

FIGURA 3.12 - ESTRUTURA DO CAIS E LOCALIZAÇÃO DOS PONTOS PESQUISADOS .... 55

9

FIGURA 3.13 - PERFIS DOS TEORES DE ÍONS SULFATO SOLÚVEIS EM ÁGUA EM

RELAÇÃO AO PESO DE CONCRETO PARA FCK DE 23,5 MPA (PS E PI) E 19 MPA (ES E EI)

.................................................................................................................................................... 55

FIGURA 3.14 - ESTIMATIVA DA EVOLUÇÃO DA FRENTE DE CONTAMINAÇÃO DE

SULFATOS EM FUNÇÃO DO TEMPO DE EXPOSIÇÃO (T) PARA OS PONTOS ES E EI ...... 56

FIGURA 4.1 - ESQUEMA DO MÉTODO DOS 4 ELETRODOS PARA A MEDIDA DE

RESISTIVIDADE ELÉTRICA: I – AMPERÍMETRO, V- VOLTÍMETRO DE ALTA IMPEDÂNCIA

DE ENTRADA, E a – DISTANCIA ENTRE OS ELETRODOS .................................................... 60

FIGURA 4.2 - INFLUÊNCIA DAS DIMENSÕES DO CORPO-DE-PROVA SOBRE A

RESISTIVIDADE ELÉTRICA ..................................................................................................... 61

FIGURA 4.3 - RESISTIVIDADE SUPERFICIAL EM FUNÇÃO DA CORRENTE (µA) ............... 62

FIGURA 4.4 - RESISTIVIDADE SUPERFICIAL EM FUNÇÃO DA FREQUENCIA (Hz) ............ 62

FIGURA 4.5 - RESISTIVIDADE ELÉTRICA DE PASTAS DE DIFERENTES TIPOS DE

CIMENTOS, À TEMPERATURA DE 22º C E UMIDADE RELATIVA DE 100% ......................... 65

FIGURA 4.6 - RELAÇÃO ENTRE A RESISTIVIDADE ELÉTRICA E A RELAÇÃO

ÁGUA/CIMENTO E TEOR DE CIMENTO .................................................................................. 65

FIGURA 4.7 - VALORES DE RESISTIVIDADE ELÉTRICA DO CONCRETO PARA DIFERENTES

TIPOS DE CIMENTO ................................................................................................................. 66

FIGURA 4.8 - RESULTADOS MÉDIOS DE RESISTIVIDADE ELÉTRICA SUPERFICIAL PARA

DIFERENTES TEORES DE ADITIVO SUPERPLASTIFICANTE ............................................... 68

FIGURA 4.9 - CORRELAÇÃO ENTRE TEOR DE ADITIVOS E RESISTIVIDADE ELÉTRICA

.................................................................................................................................................... 69

FIGURA 4.10 – EVOLUÇÃO DA RESISTIVIDADE ELÉTRICA DO CONCRETO COM RELAÇÃO

A/CCORRELAÇÃO ENTRE TEOR DE ADITIVOS E RESISTIVIDADE ELÉTRICA ................... 70

FIGURA 4.11 - RESISTIVIDADE ELÉTRICA VERSUS TEMPERATURA .................................. 71

FIGURA 4.12 - RESISTIVIDADE ELÉTRICA EM FUNÇÃO DA UMIDADE E CONCENTRAÇÃO

DE CL−......................................................................................................................................... 73

FIGURA 4.13 - RESISTIVIDADE ELÉTRICA EM FUNÇÃO DA UMIDADE E CONCENTRAÇÃO

DE CL− PARA UM TEOR DE SO4− DE 7,2 KG/M³ NO CONCRETO ........................................... 74

FIGURA 4.14 - DESENVOLVIMENTO DA RESISTIVIDADE ELÉTRICA DURANTE O

PROCESSO DE ENDURECIMENTO ........................................................................................ 76

FIGURA 4.15 - RELAÇÃO DA RESISTÊNCIA Á COMPRESSÃO E RESISTIVADE ELÉTRICA

PARA UM DADO TIPO DE CIMENTO ....................................................................................... 76

FIGURA 4.16 - RESISTIVIDADE ELÉTRICA VERSUS RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AOS

91 DIAS ...................................................................................................................................... 77

FIGURA 4.17 - CORRELAÇÃO DA RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO E RESISTIVIDADE

ELÉTRICA – CP IV 32 ................................................................................................................ 78

FIGURA 4.18 - CORRELAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO E RESISTIVIDADE

ELÉTRICA – CP III 40 RS ........................................................................................................... 79

10

FIGURA 5.1 - CURVA GRANULOMÉTRICA DO AGREGADO MIÚDO .................................... 84

FIGURA 5.2 - CURVA GRANULOMÉTRICA DO AGREGADO GRAÚDO ................................. 85

FIGURA 5.3 - MISTURA DOS MATERIAS NA BETONEIRA E PREPARAÇÃO DOS MOLDES

.................................................................................................................................................... 89

FIGURA 5.4 - MISTURA DOS MATERIAS NA BETONEIRA E PREPARAÇÃO DOS MOLDES

.................................................................................................................................................... 90

FIGURA 5.5 - CORPOS-DE PROVA APÓS A MOLDAGEM E ENVOLTOS POR FILME

PLÁSTICO ................................................................................................................................. 89

FIGURA 5.6 - CORPOS-DE-PROVA NA CÂMARA ÚMIDA ...................................................... 89

FIGURA 5.7 - CORPOS-DE-PROVA EM IMERSÃO EM SOLUÇÃO AGRESSIVA ................. 90

FIGURA 5.8 - FLUXOGRAMA DAS CONDIÇÕES E ENSAIOS ANALISADOS ........................ 91

FIGURA 5.9 - ENSAIO DE COMPRESSÃO AXIAL NA PRENSA HIDRÁULICA ....................... 92

FIGURA 5.10 - ENSAIO DE RESISTIVIDAADE ELÉTRICA COM O APARELHO RESIPOD .... 93

FIGURA 6.1 - RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO PARA A CONDIÇÃO DE IMERSÃO EM

ÁGUA.......................................................................................................................................... 94

FIGURA 6.2 - RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO PARA CICLO DE M/S COM

ÁGUA.......................................................................................................................................... 95

FIGURA 6.3 - RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO PARA CICLO DE M/S COM SOLUÇÃO

COMBINADA DE CLORETO DE SÓDIO E SULFATO DE SÓDIO ........................................... 95

FIGURA 6.4 - RESISTIVIDADE ELÉTRICA PARA CONDIÇÃO DE IMERSÃO

.................................................................................................................................................... 97

FIGURA 6.5 - RESISTIVIDADE ELÉTRICA PARA CICLO DE M/S COM ÁGUA .................... 97

FIGURA 6.6 - RESISTIVIDADE ELÉTRICA PARA CICLO DE M/S COM SOLUÇÃO

COMBINADA DE CLORETO DE SÓDIO E SULFATO DE SÓDIO ........................................... 98

FIGURA 6.7 - RESISTIVIDADE ELÉTRICA AOS 42 DIAS PARA AS CONDIÇÕES ANALISADAS

.................................................................................................................................................... 98

FIGURA 6.8 - CORRELAÇÃO ENTRE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO E RESISTIVIDADE

ELÉTRICA AOS 42 DIAS PARA TODAS AS CONDIÇÕES ANALISADAS

.................................................................................................................................................. 100


ELÉTRICA AOS 91 DIAS PARA TODAS AS CONDIÇÕES ANALISADAS ........................... 101


ELÉTRICA AOS 140 DIAS PARA TODAS AS CONDIÇÕES ANALISADAS

................................................................................................................................................. 101

FIGURA 6.11 - CORRELAÇÃO ENTRE A RESISTIVIDADE ELÉTRICA E A RESISTÊNCIA À

COMPRESSÃO PARA A CONDIÇÃO DE IMERSÃO .............................................................. 102

FIGURA 6.12 - CORRELAÇÃO ENTRE A RESISTIVIDADE ELÉTRICA E A RESISTÊNCIA À

COMPRESSÃO PARA A CONDIÇÃO DE CICLO DE M/S COM ÁGUA

.................................................................................................................................................. 102

11


ELÉTRICA PARA A CONDIÇÃO DE M/S COM SOLUÇÃO COMBINADA DE CLORETO E

SULFATO ................................................................................................................................ 103

12

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 14

1.1 OBJETIVO ........................................................................................................................... 15

1.2 JUSTIFICATIVA ................................................................................................................... 15

2. DURABILIDADE E VIDA ÚTIL DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ................................................. 17

2.1 CONCEITOS DE DURABILIDADE E VIDA ÚTIL ............................................................... 17

2.2 CORROSÃO DAS ARMADURAS DO CONCRETO ........................................................... 19

2.3 MECANISMOS DE TRANSPORTE NO CONCRETO ........................................................ 27

2.3.1 Permeabilidade .......................................................................................................... 28

2.3.2 Absorção capilar ......................................................................................................... 30

2.3.3 Difusão de íons ........................................................................................................... 31

2.3.4 Migração de íons ........................................................................................................ 32

2.3.5 Mecanismos combinados ........................................................................................... 33

3. AGRESSIVIDADE DO AMBIENTE MARINHO E AÇÃO DOS ÍONS CLORETO ............................... 35

3.1 CLASSIFICAÇÃO DA AGRESSIVIDADE DO MEIO AMBIENTE ............................................... 35

3.2 ZONAS DE AGRESSIVIDADE MARINHA .............................................................................. 36

3.3 AÇÃO DA PRESENÇA DE CLORETOS ................................................................................... 42

3.3.1 Fatores que influenciam o ingresso de cloretos no concreto .................................... 43

3.3.2 Concentração de cloretos .......................................................................................... 50

3.4 AÇÃO DOS SULFATOS ........................................................................................................ 52

4. RESISTIVIDADE ELÉTRICA SUPERFICIAL E RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ................................ 58

4.1 RESISTIVIDADE ELÉTRICA SUPERFICIAL ............................................................................. 58

4.1.1 Medida da Resistividade ............................................................................................ 59

4.1.2 Propriedades do concreto relacionadas à resistividade ............................................ 64

4.1.3 Efeitos da Exposição sobre a resistividade ................................................................. 71

4.2 RESISTENCIA À COMPRESSÃO ........................................................................................... 75

4.3 CORRELAÇÕES ENTRE RESISTIVIDADE ELÉTRICA E RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO

CONCRETO............................................................................................................................... 76

5 METODOLOGIA EXPERIMENTAL ............................................................................................... 81

5.1. ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS ............................................................. 82

5.1.1 Cimento ...................................................................................................................... 82

5.1.2. Agregado miúdo ........................................................................................................ 84

13

5.1.3 Agregado graúdo ........................................................................................................ 85

5.1.4 Água ............................................................................................................................ 87

5.2 DEFINIÇÃO DO TRAÇO ....................................................................................................... 87

5.3 MOLDAGEM E CURA DOS CORPOS DE PROVA .................................................................. 87

5.4 CICLOS DE MOLHAGEM E SECAGEM ................................................................................. 91

5.5 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ........................................................................................... 93


6. RESULTADOS ........................................................................................................................... 96

6.1 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ........................................................................................... 96


6.3 CORRELAÇÕES ENTRE A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO E A RESISTIVIDADE ELÉTRICA

SUPERFICIAL .......................................................................................................................... 102

7 CONSIDERAÇÕES FINAIS ......................................................................................................... 107

8. REFERÊNCIAS ......................................................................................................................... 109

14

1. INTRODUÇÃO

A escolha do concreto ao invés de aço e madeira, como material para a

construção, é notória, isto devido a este material proporcionar benefícios, tanto

econômicos, técnicos e ambientais. (MEHTA E MONTEIRO, 2006). Com o intuito

de proteger o aço, em estruturas de concreto armado, o concreto passa a

desempenhar dupla função, ou seja, atua tanto como barreira física (impactos)

quanto barreira química para impedir o ingresso de agentes agressivos e garantir

a durabilidade das estruturas. (CASCUDO, 1997).

Um dos principais problemas das estruturas de concreto armado, é a falta

de monitoramento da durabilidade, constituindo um assunto de grande interesse

para a construção civil, pois, as normas e práticas atuais adotadas, têm

apresentado dificuldade em garantir a durabilidade principalmente em relação a

ambientes agressivos. (ANDRADRE E D’ANDREA, 2010; GJØRV, 2013).

A corrosão das armaduras presentes nas estruturas de concreto armado,

é a manifestação patológica mais comum e ao longo tempo compromete a

segurança estrutural e em significativo impacto econômico. (HELENE, 1997). O

processo de deterioração, pela corrosão, em ambiente marinho é acelerado pela

presença de agentes agressivos como íons cloreto e sulfato, os quais agem

como desencadeadores deste processo. (COSTA, 2001).

De acordo com a localização da obra o processo de deterioração varia,

por exemplo, em estruturas expostas ao processo de ciclo de molhagem e

secagem alternados, há acúmulo de sais nos poros do concreto devido ao

ingresso da água do mar, constituindo uma condição agressiva, pois, a água

evapora e os sais fixam-se e reidratam-se no próximo processo de molhagem e

exercem expansão, este processo ocorre nas zonas de respingo e variação de

maré. (BRANDÃO, 1999; NEVILLE, 2015).

Portanto, além da resistência à compressão é necessário inserir o

elemento de durabilidade no projeto de estruturas de concreto, estimulado o

desenvolvimento de novos métodos para previsão e monitoramento da vida útil

(ANDRADE, 2004). Deste modo ensaios não destrutivos tornam-se atrativos,

como por exemplo, o ensaio de resistividade elétrica, ensaio não destrutivo e de

15

fácil execução, o qual possibilita um monitoramento da qualidade do concreto e

consequentemente inferir na durabilidade.

A correlação entre os ensaios de resistência à compressão e resistividade

elétrica superficial, além da possibilidade de controle da qualidade do concreto,

como para ambientes agressivos, proporciona ao fabricante estimar a resistência

mecânica do concreto nas primeiras idades. (ROSA, 2005; ANDRADE E

D’ANDREA, 2011).

1.1 OBJETIVO

O objetivo do presente trabalho é estudar a correlação entre a resistência

à compressão e a resistividade superficial do concreto para corpos de prova com

diferentes relações a/c, 0,42, 0,48, 0,54 e 0,60, submetidos a condições de

imersão em água e ciclos de molhagem e secagem com água e solução

combinada de cloreto de sódio e sulfato de sódio, para as idades de 28 dias a

140 dias. Deste modo, analisar a possibilidade de se estimar a resistência a

compressão através da inferência da resistividade elétrica superficial.

1.2 JUSTIFICATIVA

Devido a sua multifuncionalidade e baixo custo, em relação ao demais

materiais utilizados na construção civil, o concreto se tornou amplamente

utilizado. No entanto, frequentemente as estruturas de concreto estão sujeitas a

condições de agressividade, seja urbana, marinha, comprometendo a

durabilidade e a funcionalidade deste. Recorrentemente os gastos com reparos

tornam-se dispendiosos em relação ao custo total da construção. (MEHTA e

MONTEIRO, 2006; SANTOS, 2006).

Para se garantir critérios de durabilidade e resistência à compressão são

necessários estudos que visem satisfazer tanto uma quanto a outra propriedade.

A integração dos resultados pode demonstrar que nem sempre a durabilidade

está ligada a concretos com grandes resistências à compressão, por isso a

relação entre as propriedades de durabilidade e resistência, como a resistividade

16

elétrica superficial vêm sendo um tema de diversos estudos realizados. (ROSA,

2005).

Portanto, ao analisar e obter a correlação entre os ensaios de resistência

à compressão e a resistividade elétrica superficial, pode-se estimar a resistência

à compressão do concreto através do resultado de sua resistividade elétrica.

Assim, através de um método fácil e rápido é possível colaborar no

monitoramento da qualidade do concreto. Medeiros-Junior et al. (2014) também

estudaram a correlação entre resistividade elétrica e resistência à compressão

e, concluíram que ambas as propriedades crescem com a idade do concreto e

possuem correlação do tipo logarítmica, com R² próximos a 1, constituindo uma

boa correlação. Embora no estudo de Medeiros-Junior et al. (2014) tenha-se

analisado esta correlação para diferentes tipos de cimento, o presente estudo, o

qual analisa o efeito dos ciclos de molhagem e secagem na resistência à

compressão e na resistividade elétrica do concreto, simulando condições de

agressividade marinha, busca alcançar resultados similares para corroborar a

correlação entre os ensaios, ampliando e complementando os estudos destes

autores.

.

17

2. DURABILIDADE E VIDA ÚTIL DE ESTRUTURAS DE CONCRETO

2.1 CONCEITOS DE DURABILIDADE E VIDA ÚTIL

O concreto é um material amplamente utilizado, devido a sua

multifuncionalidade e baixo custo, se comparado aos demais materiais de

construção. Um concreto durável é aquele que mantém a sua forma original, sua

qualidade e facilidade de manutenção quando exposto ao ambiente para o qual

foi projetado. (MEHTA e MONTEIRO, 2006).

No entanto, segundo Mehta e Monteiro (2006), muitos problemas

relacionados à durabilidade vêm sendo detectados. Assim, há uma crescente

necessidade de que os profissionais envolvidos no processo de elaboração e

execução de uma estrutura de concreto tenham uma consciência geral para

avaliar as características de durabilidade, pois cada vez mais os gastos com

reparos tornam-se parte significativa do orçamento total da construção.

Devido a um conjunto de fatores, nos quais se incluem a falta de

conhecimento sobre as condições em que a estrutura ficará exposta,

inadequadas especificações e má interpretação das normas técnicas, há um

aparecimento ainda maior de problemas de durabilidade. (PEREIRA, 2001).

O conceito de durabilidade é a consequência da combinação entre o

ambiente, as condições de uso, de operação e manutenção, e a estrutura de

concreto. Ou seja, dependendo da forma de utilização, essa estrutura pode

apresentar diferentes comportamentos, resultando numa variação de

durabilidade ao longo do tempo. (MEDEIROS et al., 2011).

Para que uma estrutura em concreto alcance a sua capacidade funcional

de maneira qualitativa é imprescindível que se adote medidas que garantam a

durabilidade. (ROQUE, et al., 2005). A qualidade do concreto está atrelada a

fatores como a relação água/cimento, cura e hidratação adequada do concreto,

indicadores que fundamentam as propriedades de absorção capilar,

permeabilidade, movimentação de íons e difusividade de gases e água, além

das propriedades mecânicas, como a resistência a compressão, à tração, o

módulo de elasticidade, entre outras. (HELENE, 1997).

18

A ABNT NBR 6118:2014, item 5.1.2.3, define que a durabilidade é a

capacidade da estrutura resistir a condições previstas e definidas pelo autor do

projeto e o contratante, no início da elaboração do projeto. E ainda, o item 6.1

preconiza que as estruturas, ao serem projetadas e construídas, devem manter

as condições de segurança, estabilidade e aptidão durante a vida útil.

Segundo Silva (2001), devido a certa proximidade, o conceito de

durabilidade e vida útil são utilizados de maneira errônea, sendo que a vida útil

é a quantificação da durabilidade.

Conforme a ABNT NBR 6118:2014, por vida útil, entende-se como o

período de tempo no qual a estrutura é capaz de desempenhar a função para a

qual foi projetada.

Em síntese, para a análise da vida útil de uma estrutura, deve-se avaliar

o projeto, execução, materiais, uso, operação e manutenção, qualidade,

sustentabilidade e desempenho. E a aplicação destes conceitos ainda está

sujeita ao subjetivismo de cada um dos intervenientes. (MEDEIROS, et al.,

2011).

Segundo Cascudo (2001), para uma completa análise de uma estrutura

de concreto, devem-se considerar aspectos de durabilidade, além da resistência

e estabilidade. As investigações devem contemplar as condições em que a

armadura se encontra passivada ou não, a presença de agentes agressivos,

como sulfatos e cloretos, condições de carbonatação, entre outros.

O concreto está submetido a um conjunto de agentes agressivos e

diferentes fatores destrutivos, dependendo das condições climáticas e

ambientais em que se encontra. Estes agentes podem atuar isoladamente ou em

conjunto, sendo que o resultado destas interações modifica as propriedades e a

microestrutura do concreto. (SILVA e DJANIKIAN, 1993).

Na Figura 2.1 apresenta-se um modelo de uma estrutura em equilíbrio, na

qual atuam os diversos fatores relacionados à durabilidade.

19

FIGURA 2.1 – MODELO DE EQUILÍBRIO DE UMA ESTRUTURA EM QUE ATUAM OS

FATORES RELATIVOS À DURABILIDADE.

FONTE: SILINGER (1992). ADAPTADO PELA AUTORA.

2.2 CORROSÃO DAS ARMADURAS DO CONCRETO

As normas ABNT NBR 6118:2014 e ABNT NBR 12655:2015 descrevem

os principais mecanismos de envelhecimento e degradação das estruturas de

concreto, apresentados a seguir.

- Mecanismos preponderantes de degradação relativos ao concreto:

lixiviação (águas puras e ácidas); expansão (sulfatos, magnésio, reação

álcali-agregado); reações deletérias (superficial, tipo eflorescências).

- Mecanismos de degradação da estrutura: ações mecânicas,

movimentação de origem térmica, impactos, ações cíclicas (fadiga),

deformação lenta (fluência), relaxação, e outros.

- Mecanismos preponderantes de degradação relativos à armadura:

corrosão devido à carbonatação; corrosão por elevado teor de íon

cloreto.

Segundo Brandão (1999), a degradação do concreto começa com a

degradação da pasta, do agregado ou de ambos. Na prática a degradação na

20

pasta é mais severa do que no agregado, pois o agregado possui maior

resistência ao ataque químico.

Geralmente os processos de degradação começam através dos

processos químicos ou pela combinação de fatores mecânicos e físicos. Há

vários tipos de degradação, como, por exemplo, a corrosão de armaduras no

interior do concreto. (BRANDÃO, 1999).

A Tabela 2.1, apresenta uma síntese dos principais mecanismos físico-

químicos de degradação das estruturas de concreto armado.

TABELA 2.1 – PRINCIPAIS MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE

CONCRETO ARMADO. continua

Agressividade do ambiente Consequências sobre a estrutura

Natureza do

processo

Condições

particulares

Alterações

iniciais na

superfície do

concreto

Efeitos a longo prazo

Lixiviação Atmosfera ácida,

águas puras

Eflorescências,

manchas brancas.

Redução do pH,

corrosão de armaduras,

desagregação superficial

Carbonatação UR 60% a 85% Imperceptível Redução do pH,

corrosão da armadura,

fissuração superficial

Retração Umedecimento e

secagem.

Ausência de cura

UR baixa (< 50%)

Fissuras Fissuração, corrosão de

armaduras

Fuligem Partículas em

suspensão na

atmosfera urbana e

industrial

Manchas escuras Redução do pH,

corrosão da armadura

Fungos e

mofo

Temperaturas altas

(> 20°C e < 50°C)

com UR > 75%

Manchas escuras e

esverdeadas

Redução do pH,

desagregação

superficial, corrosão das

armaduras

21

TABELA 2.1 – PRINCIPAIS MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS DE

CONCRETO ARMADO. conclusão

Agressividade do ambiente Consequências sobre a estrutura

Concentração

salina, 𝑪𝒍−

Atmosfera marinha

e industrial

Imperceptível Despassivação e

corrosão de armaduras

Sulfatos Esgotos e águas

servidas

Fissuras Expansão – fissuras,

desagregação do

concreto, corrosão de

armaduras

Álcali-agregado

Composição do concreto, UR >

95%

Fissuras, gel ao redor do agregado

graúdo

Expansão – fissuras, desagregação do

concreto, corrosão de armaduras

FONTE: MEDEIROS, et al. (2011).

Dentre os diversos processos de degradação ao qual a estrutura de

concreto pode estar exposta, conforme apresentado na Tabela 2.1, a corrosão

das armaduras é um dos processos mais agressivos para as estruturas de

concreto armado.

Gentil (2007) define a corrosão como um processo no qual, devido a

ações químicas ou eletroquímicas do meio ambiente, associado a esforços

mecânicos ou não, é provoca a deterioração de um material, comumente

metálico.

Helene (1993) define ainda que a corrosão é uma interação do material

com o meio ambiente de maneira destrutiva, tanto por ação eletroquímica, física,

química ou a combinação destes.

Para as armaduras do concreto armado, de maneira geral, pode-se definir

corrosão como um processo eletroquímico que resulta na deterioração do aço,

tendo como consequência a perda da funcionalidade da estrutura. (TORRES,

2011).

Portanto, o estudo da corrosão é fundamental devido a relação com

aspectos econômicos, pois as perdas econômicas são grandes. Há perdas

diretas relacionadas ao custo de substituição de peças ou equipamentos, custos

de manutenção dos processos de proteção catódica, recobrimentos e pinturas.

As perdas indiretas são difíceis de quantificar, pois são perdas de produto, perda

22

de eficiência, contaminação de produtos, questões de segurança e preservação

de monumentos. (PEREIRA, 2001; GENTIL, 2007).

Segundo Gentil (2007), com o avanço tecnológico, os custos do processo

de corrosão se elevam, sendo um fator fundamental na concepção de projetos

de grandes instalações industriais, evitando ou minimizando futuras corrosões.

A manifestação da corrosão nas estruturas de concreto se dá através de

manchas superficiais, fissuras e destacamentos do concreto de cobrimento,

redução e perda da aderência, redução da seção resistente da armadura e

sucessivo seccionamento de estribos, comprometendo a segurança da

estrutura. (HELENE, 1993).

A corrosão ocorre devido a vários fatores simultâneos que devem ser

analisados com uma visão ampla, sendo que somente com estudo e

entendimento destes fatores será possível reduzir a ocorrência deste fenômeno

em obras novas e também corrigir em estruturas já realizadas. (HELENE, 1993).

No interior do concreto ocorrem reações químicas que envolvem o

transporte de elétrons entre regiões diferentes de um mesmo metal. Numa dada

região há o ganho de elétrons, chamada de região catódica e na outra perda de

elétrons, região anódica. Na solução presente nos poros do concreto há a

movimentação de íons, caracterizando o eletrólito. (GENTIL, 2007).

De acordo com Bohni (2005), para que ocorra o processo de corrosão, é

essencial a diferença de potencial entre dois pontos da armadura, pois possibilita

o fluxo de elétrons. É necessária também uma umidade no concreto para a

formação de um eletrólito, a presença de oxigênio para as reações e o

rompimento da camada passivante da armadura, pela ação da carbonatação ou

de íons cloreto, por exemplo. A Figura 2.2 representa tais fatores.

23

FIGURA 2.2 – CONDIÇÕES PARA A OCORRÊNCIA DA CORROSÃO.

FONTE: BOHNI (2005). ADAPTADO PELA AUTORA.

Em suma, a corrosão é um processo no qual o metal tende a voltar a sua

forma original, a sua forma estável de óxido. (HELENE, 1993).

Segundo Helene (1993), o processo de corrosão pode ser acelerado pela

absorção de agentes agressivos ou os já existentes, destacando-se os íons

cloretos (𝐶𝑙−), o gás sulfídrico (𝐻2𝑆), os sulfetos (𝑆−), os nitritos (𝑁𝑂3−), o cátion

amônio (𝑁𝐻4−), entre outros. Esses agentes despassivam o aço e aceleram a

corrosão na estrutura de concreto armado.

A Figura 2.3 apresenta como ocorre o processo de corrosão no interior do

concreto armado.

FIGURA 2.3 – ESQUEMA DE CORROSÃO ELETROQUÍMICA EM CONCRETO ARMADO.

FONTE: HELENE (1986).

24

Na região anódica, os íons de ferro (𝐹𝑒++), com carga elétrica positiva, se

dissociam na solução e há liberação de elétrons (𝑒−), assim estabelecendo um

fluxo que passa para a região catódica. Os elétrons são absorvidos e se

combinam com a água e o oxigênio, formando o íon hidroxila (O𝐻−). (HELENE,

1993; GENTIL, 2007).

Na região anódica, ocorre a dissolução do ferro, a chamada oxidação,

conforme a Equação 2.1. (ANDRADE, 1992).

𝐹𝑒 → 𝐹𝑒+2 + 2𝑒− 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 2.1

De acordo com o pH próximo a superfície do metal e da presença de

oxigênio, ocorrerá a reação catódica. A Equação 2.2 demonstra a redução do

oxigênio e a Equação 2.3 a formação da ferrugem. (ANDRADE, 1992).

𝐻2𝑂 + 1/2𝑂2 + 2𝑒− → 2𝑂𝐻 𝑒− 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 2.2

2𝐹𝑒 + 𝑂2 + 2𝐻2𝑂 → 2𝐹𝑒(𝑂𝐻2) 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 2.3

A corrosão eletroquímica forma óxidos/hidróxidos de ferro, de coloração

amarronzada, denominada ferrugem, de caráter expansivo. (HELENE, 1993).

Mehta e Monteiro (2006) dizem que a transformação do aço metálico em

ferrugem ocasiona um aumento em sua seção, que, dependendo do estado de

oxidação, pode chegar a seis vezes do volume original. (Figura 2.4).

FIGURA 2.4 – ESFORÇOS PRODUZIDOS QUE LEVAM À FISSURAÇÃO DO CONCRETO DEVIDO À CORROSÃO DA ARMADURA.

FONTE: CASCUDO (1997).

25

Há uma definição limitada ao processo de corrosão das armaduras a

respeito da vida útil (HELENE, 1993), conforme apresentado nas Figuras 2.5 e

2.6.

FIGURA 2.5 – EVOLUÇÃO ESQUEMÁTICA DA DETERIORAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO POR CORROSÃO DE ARMADURA.


FIGURA 2.6 – CONCEITUAÇÃO DE VIDA ÚTIL DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO TOMANDO POR REFERÊNCIA O FENÔMENO DE CORROSÃO DE ARMADURAS.


Conforme a Figura 2.6, tem-se:

26

Vida útil de projeto: período que deve ser utilizado no projeto,

normalmente adotado até a despassivação da armadura, ou seja, o tempo

necessário para que os agentes agressivos atinjam a armadura.

Vida útil de serviço: período no qual há visível manifestação de

degradação no concreto, como destacamentos, manchas e fissuras. Este

período é variável, pois em alguns casos se considera terminada a vida

útil de serviço somente quando a estrutura cede, perdendo suas

propriedades, e o deterioramento chega ao ponto que seu uso contínuo

compromete bens, tornando-se antieconômico e colocando em risco o

bem estar das pessoas. (METHA e MONTEIRO, 2006).

Vida útil última ou total: período em que há uma perda considerável da

seção resistente da armadura ou a redução da aderência entre a

armadura e o concreto, acarretando na ruptura ou colapso da estrutura.

Vida útil residual: esse período pode ser classificado em três

possibilidades: uma longa, contada da perda da capacidade resistente até

o colapso; outra até o aparecimento da degradação no concreto; e uma

mais curta, que é contada até a despassivação da armadura.

(MEDEIROS, et al. 2011).

Desde que o concreto seja de qualidade e não apresente fissuras, e que

não tenha suas características modificadas pela ação de agentes agressivos, a

armadura no interior do concreto estará protegida. No entanto, a estrutura do

concreto é porosa, o que propicia a penetração dos agentes agressivos,

desencadeando o processo da corrosão. Portanto o concreto não constitui uma

barreira impenetrável de agentes agressivos. (ANDRADE, 1992).

Segundo Cascudo (2001), para uma avaliação sistemática da corrosão de

armaduras, são necessárias inspeções: uma preliminar e outra detalhada. A

inspeção preliminar é realizada a partir de um exame visual para se caracterizar

todos os sintomas. Com auxílio de ensaios é possível entender melhor o

problema e desenvolver um plano para a inspeção detalhada. O objetivo desta

última é quantificar a degradação, exigindo a realização de mais ensaios. Da

análise visual é possível detectar a presença de manchas dos produtos de

corrosão, aspectos morfológicos (tipo da corrosão, se generalizada ou

27

localizada), a coloração dos produtos, presença de fissuras, entre outros.

Os métodos gravimétricos, segundo Cascudo (2001), são utilizados em

laboratórios para quantificar o processo corrosivo através da perda de massa

dos metais após a corrosão. Constitui uma técnica segura para se obter a

velocidade de corrosão, sendo um parâmetro de referência para outros métodos.

No entanto, este método é destrutivo, pois são extraídos corpos de prova da

estrutura para a obtenção da medida.

Por último, há os métodos eletroquímicos, que são vantajosos devido ao

caráter não destrutivo, sensibilidade e rapidez. Normalmente utilizados em

campo, estes ensaios podem fornecer dados sobre o estado superficial do aço

e das taxas de corrosão. Uma das técnicas, a qual será abordada com maior

profundidade nos capítulos em sequência, é a resistividade elétrica. A

resistividade elétrica é uma característica fundamental no processo

eletroquímico no concreto armado. (CASCUDO, 2001).

Salienta-se a importância do controle da corrosão, pois a resistência de

uma estrutura devido às condições do meio ambiente dependerá da resistência

da armadura e da resistência do concreto, portanto aquele que se deteriorar

primeiro irá comprometer a estrutura como um todo. (HELENE, 1997).

2.3 MECANISMOS DE TRANSPORTE NO CONCRETO

Uma vez analisado o processo de corrosão das estruturas de concreto

armado, é importante compreender como os agentes agressivos podem penetrar

através da rede de poros do concreto.

A interação entre o meio ambiente e as estruturas de concreto armado é

a principal causa da degradação do concreto, sendo que esta se dá através da

penetração de agentes agressivos nos poros do concreto. (NEPOMUCENO,

1992).

Segundo Neville (2015), o que define o mecanismo de transporte de

agentes agressivos no concreto é a maneira em que a água preenche os poros,

dependendo do tipo e distribuição do tamanho dos poros ou microfissuras.

28

A conexão entre os poros determina a porosidade do concreto; se aberta,

permite o transporte dos agentes agressivos. A distribuição dos tamanhos dos

poros por sua vez determina a velocidade do transporte. (CASCUDO, 1997).

A maior parte dos problemas que estão associados à ausência da

durabilidade das estruturas mais novas está na mudança das propriedades do

cimento, os quais são mais finos para proporcionarem maior resistência com

pouca idade e, consequentemente, a retirada precoce das formas, propiciando

a exposição das faces do concreto ao meio ambiente. Somado a esta situação,

há a falta de cura nas faces verticais, tornando a estrutura mais porosa e mais

suscetível à penetração de agentes agressivos. (NEVILLE, 2015).

Segundo Nepomuceno (1992), os mecanismos de transporte dependem

das características físicas e químicas, das condições do meio ambiente, da

concentração superficial dos agentes, da temperatura e do grau de umidificação

do concreto. Na sequência, serão descritos os principais mecanismos de

transporte no concreto.

2.3.1 Permeabilidade

Segundo Mehta e Monteiro (2006), o coeficiente de permeabilidade K, ou

simplesmente permeabilidade, pode ser definido como a facilidade com que um

fluido transcorre um sólido sob pressão externa, sendo determinada pela

continuidade e tamanho dos poros na estrutura do sólido.

A permeabilidade do concreto, tanto para regime estacionário não

turbulento e laminar, pode ser exemplificada pela lei de Darcy, de acordo com a

Equação 2.4 (MEHTA e MONTEIRO, 2006).

𝑑𝑞

𝑑𝑡= 𝐾

𝛥𝐻𝐴

𝐿µ 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 2.4

onde:

dq/dt= taxa de fluxo do fluido

µ = viscosidade do fluido

ΔH= gradiente de pressão da água, em m.c.a

A= área da superfície confinada por onde percola a água em m²

29

L= espessura do sólido

A permeabilidade do concreto para misturas corretamente lançadas,

curadas e adensadas, e preparadas com agregados sãos é definida pela

permeabilidade da pasta de cimento. (HELENE, 1993).

A Tabela 2.2 mostra valores do coeficiente de permeabilidade em diversas

idades de uma pasta de cimento. (MEHTA e MONTEIRO, 2006).

TABELA 2.2 – RELAÇÃO ENTRE PERMEABILIDADE E RELAÇÃO ÁGUA/CIMENTO PARA PASTAS COM 93% DO CIMENTO HIDRATADO.

Idade (dias) Coeficiente de Permeabilidade K (m/s)

Fresco 2.10−6

5 4. 10−10

6 1. 10−10

8 4. 10−11

13 5. 10−12

24 1. 10−12

Final 6. 10−13

FONTE: MEHTA E MONTEIRO (2006).

Durante o processo de hidratação, a continuidade e tamanho dos poros

controlam o coeficiente de permeabilidade, pois há uma pequena redução na

porosidade capilar total associada à distribuição dos poros, reduzindo, portanto,

o tamanho e número de canais de fluxo no interior da pasta (Tabela 2.1). A água

de amassamento é indiretamente responsável pela permeabilidade, pois

determina o espaço total e, posteriormente, o espaço em que água foi consumida

pelas reações de hidratação ou pela evaporação para o meio ambiente. (MEHTA

e MONTEIRO, 2006).

Segundo Helene (1993), o coeficiente de permeabilidade da pasta a 1 dia

de idade é cerca de 104 vezes superior ao valor dos 7 dias, sendo 106 vezes

maior aos 28 dias de idade da pasta sob cura adequada. Em questão de

durabilidade a relação água/cimento é essencial.

De maneira geral, quando a relação água/cimento é elevada e o grau de

hidratação é baixo, a pasta de cimento tem uma porosidade capilar elevada. A

30

descontinuidade da rede capilar é geralmente alcançada quando a porosidade é

cerca de 30%. Em misturas bem curadas, a pasta de cimento não deve ser o

principal fator que contribui para o coeficiente de permeabilidade do concreto.

(MEHTA e MONTEIRO, 2006).

2.3.2 Absorção capilar

Segundo Cascudo (1997), mediante o contato superficial do líquido com

o substrato, há o surgimento de tensões capilares e de absorção pelo concreto

de soluções líquidas e, consequentemente, de agentes agressivos. Portanto, a

absorção capilar está atrelada a porosidade do concreto e se esses poros estão

conectados e permitem o transporte das substâncias para o interior do concreto.

Contudo, a absorção depende ainda das características do líquido, como

viscosidade e tensão superficial, e do tamanho do diâmetro dos poros, pois a

sucção capilar é maior quanto menor o diâmetro dos poros, e,

consequentemente maior a profundidade de concreto alcançada pela água

absorvida. (CASCUDO, 1997; HELENE, 1993).

A Absorção capilar pode ser exemplificada pela lei de Jurin, na qual a

altura de ascensão capilar está relacionada ao tempo de contato com a água

(Equação 2.5). (HELENE, 1993).

ℎ =1

2√

𝑣. 𝑟. 𝑡

𝜂 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 2.5

onde:

h = altura ou penetração da água no capilar, em metros

v = tensão superficial da água, em kg/m (≈ 75.10−4)

r = raio do capilar, em metros

η= viscosidade de água, em kg.s/𝑚2 (≈ 13.10−5)

t = período de tempo para atingir a penetração h, em segundos.

Aos 28 dias de idade, de acordo com determinações experimentais,

observou-se em concretos de cimento Portland comum, alturas ou

31

profundidades de penetração de água por absorção capilar de 2 (dois) cm para

uma relação água/cimento de 0,40 e uma altura de 6 (seis) cm para uma relação

água/cimento de 0,60, em um intervalo de 24 horas. (HELENE, 1993).

2.3.3 Difusão de íons

Segundo Cascudo (1997), a difusão iônica ocorre a partir da absorção

capilar, com o movimento dos cloretos no interior do concreto, onde o teor de

umidade é mais elevado. Este fenômeno ocorre devido a gradientes de

concentração, entre o meio interno, externo do concreto ou dentro do concreto.

A difusão de íons, como cloretos e sulfatos, ocorre pela água contida nos poros

do concreto. (NEVILLE, 2015).

As diferenças de concentração de cloretos provocam o movimento dos

íons em busca do equilíbrio. Portanto, este mecanismo é o principal meio de

transporte dos cloretos no interior do concreto, em que as diferenças de

concentração fundamentam a durabilidade um pouco mais que a

permeabilidade. (CASCUDO, 1997).

A difusão iônica pode ser modelada através das leis de Fick, que definem

que um fluxo de uma substância através do meio pode ser diretamente

proporcional ao produto da difusividade pelo gradiente de concentração,

mensurado na direção perpendicular à seção do fluxo. (TUUTTI, 1982; HELENE,

1993). A primeira lei de Fick está apresentada na Equação 2.6.

𝐽 = −𝐷𝑒𝑓𝑓.𝜕𝑐

𝜕𝑥 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 2. 6

onde:

J = fluxo da substancia, em mol/(𝑐𝑚2. 𝑠)

𝐷𝑒𝑓𝑓 = coeficiente efetivo de difusão, em 𝑐𝑚2/𝑠

𝜕𝑐

𝜕𝑥 = gradiente de concentração na direção do fluxo, em mol/𝑐𝑚4

Na equação 2.6, o sinal negativo se refere ao sentido oposto do fluxo,

conforme o aumento da concentração, e se aplica a estados estacionários, para

o cálculo do coeficiente efetivo de difusão ( 𝐷𝑒𝑓𝑓). Quando esta condição não se

32

aplica adota-se a segunda lei de Fick, para fluxo variável com o tempo e

profundidade de penetração, sendo agora utilizado o coeficiente aparente de

difusão (𝐷𝑎), Equação 2.7.

𝜕𝑐

𝜕𝑥= 𝐷𝑎.

𝜕2𝑐

𝜕𝑥2 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 2.7

Sendo a solução para a Equação 2.7 apresentada pela Equação 2.8.

𝐶 − 𝐶𝑜

𝐶𝑠 − 𝐶𝑜= 1 − 𝑒𝑟𝑓. (

𝑥

2. √𝐷𝑎. 𝑡) 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 2.8

onde:

C = concentração na profundidade considerada

𝐶𝑜 = concentração inicial do agente agressivo que penetrou no interior

do concreto

𝐶𝑠= concentração do agente agressivo na superfície do concreto,

admitida constante

erf = função do erro de Gauss

x = profundidade considerada, geralmente em metros

𝐷𝑎 = coeficiente aparente de difusão, geralmente em 𝑚2/𝑠

t = tempo considerado, geralmente em segundos

2.3.4 Migração de íons

O mecanismo de migração de íons é um processo no qual os íons sofrem

ação de um campo elétrico, o qual é resultante do surgimento de pilhas de

corrosão eletroquímicas ou de uma diferença de potencial produzida por uma

fonte externa. (HELENE, 1993).

O transporte deste mecanismo obedece a lei de Faraday (Equação 2.9).

(HELENE, 1993).

𝑚 = 𝑖. 𝑡. 𝑎

𝑛. 𝐹 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 2.9

33

onde:

m = massa do metal corroído, em g

i = corrente elétrica em A

t = tempo em segundos

a = massa atômica

n = Valencia dos íons do metal

F = constante de Faraday (96.493C)

Segundo Helene (1993), a menor ou maior resistência à movimentação

de íons cloretos está atrelada a fatores que influem na penetração de cloretos.

Como por exemplo, a profundidade de penetração e o teor de cloretos estão

vinculados às condições ambientais onde a estrutura está exposta.

Normalmente as regiões de respingos e variação da maré são as mais

afetadas, pois há água e oxigênio para o início do processo de corrosão.

(HELENE, 1993). Essas zonas serão melhor esclarecidas nos capítulos em

sequência.

2.3.5 Mecanismos combinados

A penetração de agentes agressivos, como íons cloreto, é constatada

onde há maiores concentrações, ou seja, na forma dissolvida em água na

natureza. Portanto, neste meio, os mecanismos clássicos de penetração podem

atuar simultaneamente na estrutura de concreto. Os mecanismos são a

absorção capilar, difusão, permeabilidade e movimentação de íons por campo

elétricos, já mencionados. Cada um destes mecanismos varia de acordo com a

distribuição e tamanho dos poros do concreto. (HELENE, 1993).

A Figura 2.7 demonstra os processos de penetração de íons cloreto de

acordo com a profundidade na estrutura.

34

FIGURA 2.7 – FORMAS DE PENETRAÇÃO DE CLORETOS EM CONCRETO.

FONTE: ADAPTADO DE BARBUDO (1992) E BORGES et al., (1998).

De acordo com Helene (1993), a ação simultânea destes mecanismos é

complexa, portanto prever com margem de segurança até que ponto ocorrerá a

penetração dos cloretos no concreto se torna difícil.

Por exemplo, em pilares de sustentação de uma ponte em região

litorânea, em contato com o solo e lençol freático contaminado por íons cloreto,

a penetração será maior onde todos os mecanismos possam atuar.

Normalmente, a difusão pura ou a permeabilidade ocorrem em estruturas

saturadas, pois as forças capilares não conseguem atuar. No entanto, para o

concreto não saturado, a sucção capilar se sobressai. (GUIMARÃES, 1997).

35

3. AGRESSIVIDADE DO AMBIENTE MARINHO E AÇÃO DOS ÍONS

CLORETO

3.1 CLASSIFICAÇÃO DA AGRESSIVIDADE DO MEIO AMBIENTE

O tipo e intensidade das manifestações patológicas dependem da

condição ao qual a estrutura está exposta. Como se referem a natureza, é

possível determinar os mecanismos e fenômenos envolvidos no processo de

degradação e envelhecimento da estrutura. (HELENE, 1997; COSTA 2001).

Desta forma, as ações físicas e químicas que agem na estrutura de

concreto estão vinculadas a potencialidade da agressividade do meio ambiente.

A classificação da agressividade deve estar baseada no micro e macroclima

atuantes. Na Tabela 3.1 apresenta-se a classificação da agressividade de

acordo com a ABNT NBR 6118:2014.

TABELA 3.1 – CLASSES DE AGRESSIVIDADE AMBIENTAL PARA ESTRUTURAS DE

CONCRETO.

Classe de Agressividade

Ambiental

Agressividade Classificação geral do tipo de ambiente para efeito de

projeto

Risco de deterioração da

estrutura

I Fraca Rural Insignificante

Submersa

II Moderada Urbana (1,2) Pequeno

III Forte Marinha (1) Grande

Industrial (1,2)

Industrial (1,2)

IV Muito Forte Industrial (1, 3) Elevado

Respingos de maré

(1) Pode-se admitir um microclima com uma classe de agressividade mais branda (uma classe 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 (uma classe acima) em: obras em regiões de clima seco, com umidade média relativa do ar menor ou igual a 65%, partes da estrutura protegidas de chuva em ambientes predominantemente secos, ou regiões onde raramente chove. (3) Ambientes quimicamente agressivos, tanques industriais, galvanoplastia, branqueamento em indústrias de celulose e papel, armazéns de fertilizantes, indústrias químicas.

FONTE: ABNT NBR 6118: 2014 – PROJETO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO. (2014).

36

Portanto, de acordo com a tabela 3.1, e os autores Warneck (1988) e

Romano (2009), a durabilidade das estruturas é afetada principalmente quando

as estruturas estão inseridas em um ambiente industrial-marinho, com um clima

de alta umidade e são afetadas não apenas pelo contato direto com o mar, mas

também pela névoa e o transporte dos cloretos.

O potencial de corrosão na atmosfera marinha é cerca de 30 a 40 vezes

mais danosa às estruturas se comparada a outros ambientes agressivos, como

por exemplo, ambientes rurais. Portanto, construções realizadas em ambientes

rurais não são convenientes para ambientes marinhos, pois em 2 a 3 meses

pode ocorrer o processo de corrosão, mesmo antes de a obra estar concluída.

(HELENE, 1986).

Os íons cloretos e os sulfatos presentes na água do mar agem como

desencadeadores e aceleradores do processo de degradação das estruturas de

concreto e como causadores do início do processo de corrosão da armadura;

devido a este fato, é necessária atenção a estes agentes agressivos. (COSTA,

2001).

As estruturas, bem como o material que as compõem são destrutíveis, e

a relação entre o ambiente e a microestrutura da pasta de cimento hidratada traz

de maneira progressiva, mudanças nas suas propriedades. (COSTA, 2001).

3.2 ZONAS DE AGRESSIVIDADE MARINHA

Os oceanos compõem cerca de 80% da superfície da Terra, sendo que

grande parte das estruturas estão expostas à água do mar, diretamente ou

indiretamente. (MEHTA e MONTEIRO, 2006).

Devido a vários motivos, as estruturas expostas ao ambiente marinho

merecem certa atenção, visto que estão expostas ao ataque simultâneo de

múltiplos processos de degradação, os quais propiciam um maior entendimento

da complexidade dos problemas relativos à durabilidade do concreto. (MEHTA e

MONTEIRO, 2006).

Neville (2015) complementa dizendo que a água do mar contém diversos

sais dissolvidos, e estes têm ação química no concreto, visto que a salinidade

normal da água do mar é de 3,5%. Para o Oceano Atlântico, as concentrações

37

de íons são: 2% de cloretos; 0,28% de sulfato; 1,11% de sódio; 0,14% de

magnésio; 0,05% de cálcio; e 0,04% de potássio. Há também parcela de CO2

dissolvido na água do mar. (LIMA et al., 2004).

A presença e intensidade dos processos de degradação variam conforme

a localização das estruturas de concreto em relação ao nível da água do mar.

Em regiões de clima quente, esses processos podem ser muito severos.

(BRANDÃO, 1999).

O ataque por sulfatos também pode ocorrer, pois esses íons reagem com

o C3A e CH, tendo como produto a etringita. No entanto, tanto a etringita quanto

a gipsita se dissolvem na presença de cloretos, podendo ser lixiviadas pela água

do mar. Embora a utilização de cimento resistente a sulfatos em condições

marinhas não seja obrigatória, é recomendado o limite de 8% de C3A quando o

teor de SO3 for menor que 3%. Cimentos com um teor de até 10% de C3A podem

ser utilizados somente se o teor de SO3 não for maior que 2,5%. Portanto, em

cimentos com menor teor de C3A, a expansão produzida é menor. (NEVILLE,

2015; BRANDÃO, 1999).

Em suma, a rapidez do ataque por sulfatos está relacionada a vários

fatores, como a permeabilidade do concreto, a concentração de sulfatos na

solução, o tipo de cimento e a quantidade de água disponível para que ocorram

as reações. (BRANDÃO, 1999).

As estruturas de concreto imersas constituem uma exposição

praticamente protegida, pois as condições de saturação e concentração de sais

foram alcançadas; desta forma, a difusão de íons é baixa. O processo de

molhagem e secagem alternados é uma condição muito mais agressiva, pois há

possibilidade de acúmulo de sais no interior do concreto devido ao ingresso da

água do mar, e consequentemente, a evaporação da água pura. (NEVILLE,

2015).

Há outros processos de degradação do concreto, além de ataques por

sulfatos e cloretos, como ações deletérias resultantes de congelamento, ataque

biológico, impacto e abrasão, e corrosão dos metais inseridos no concreto.

(BRANDÃO, 1999). No entanto, este trabalho se restringe ao ataque por cloretos

e sulfatos.

38

Nas regiões marinhas, as estruturas de concreto estão sujeitas à corrosão

através da penetração de agentes agressivos, como os íons cloreto. A névoa

marinha, presente nestas regiões, penetra no concreto de cobrimento,

constituindo assim uma condição característica do ataque de cloretos. Além

desta exposição, há o contato direto das estruturas com a água do mar, ondas e

respingos de maré (PANASSIAN. et. al., 2010)

O ambiente marinho pode ser classificado em quatro zonas de exposição,

sendo que para cada zona há diferentes processos de degradação; a zona

submersa, de variação de maré, respingo, e a zona de atmosfera marinha, as

quais serão apresentadas na sequência. (MEIRA, 2004; MEHTA E MONTEIRO,

2006).

Na Zona Atmosférica, os sais são transportados pelo vento como

partículas ou gotas de solução até chegarem às estruturas de concreto, ou seja,

não há um contato direto destas estruturas com a água do mar. No entanto, a

quantidade de sais se reduz conforme a distância do mar. Para esta zona, os

processos de degradação mais comuns são a corrosão da armadura e

congelamento. (BRANDÃO, 1999; LIMA et al. 2004).

A Zona de Respingos de Maré está imediatamente acima do nível da maré

alta; este trecho é sujeito à molhagem direta e respingos de ondas. Podem

ocorrer nesta zona corrosão do concreto armado, abrasão e congelamento.

(MEDEIROS - JUNIOR e LIMA, 2015).

Entre os níveis de maré encontra-se a Zona de Variação da Maré. Nesta

zona, o concreto fica submerso durante alguns intervalos de tempo. As

degradações mais contínuas são a abrasão, corrosão, congelamento, ataque

químico e biológico. (MEIRA, 2004).

Na Zona Submersa o concreto está abaixo do nível da maré baixa, ficando

totalmente submerso, sendo que as formas de degradação são os ataques

químicos e biológicos. (MEHTA E MONTEIRO, 2006).

A Figura 3.1, demonstra os tipos de exposição marinha.

39

FIGURA 3.1 – ZONAS DE AGRESSIVIDADE ÀS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO.

FONTE: LIMA et al. (2004). Adaptado de DURACRETE. (1999).

De acordo com Lima et al. (2004), as zonas possuem características

específicas, dependendo de diversos fatores. Na Zona Atmosférica e Zona de

Respingos de Maré, por exemplo, há maior probabilidade de ocorrer corrosão

das armaduras inseridas no concreto. No entanto, esta probabilidade diminui na

Zona Submersa, pois o concreto está abaixo da linha de maré baixa e há

pequena concentração de oxigênio presente na água. (BRANDÃO, 1999).

Ao ser repetidamente submetido à molhagem pela água do mar, com

períodos alternados de secagem, a água presente nos poros do concreto

evapora e partes dos sais dissolvidos fixam-se na forma de cristais, os quais se

reidratam e aumentam de tamanho com o próximo processo de molhagem,

exercendo uma expansão na pasta. Esse fato ocorre principalmente quando a

temperatura é alta, tornando este ciclo rápido, ou seja, a área de respingos de

maré e na linha da maré são vulneráveis a este ciclo. (NEVILLE, 2015).

Lima et al. (2004) apresentaram uma análise do comportamento das

zonas de agressividade ambiental, denotando a relação do microclima com a

degradação da estrutura exposta a este meio. Realizaram-se estudos e ensaios

para correlacionar a degradação com o teor de cloretos totais na massa de

concreto.

O local estudado apresentou como temperatura média 27° C, incidência

solar elevada, umidade relativa do ar média anual de 70,8%. Alguns resultados

podem ser observados nas Figuras 3.2, 3.3 e 3.4, sendo que S se refere a costa

40

sul, O costa oeste e S13.1, O19.1, O19.2, O20.1, S13.2, S11.1, L5.1, L6.1, N16.1

e O20.2 são os pontos onde foram realizadas as coletas.

FIGURA 3.2 – TEOR DE CLORETOS NA ZONA DE VARIAÇÃO DE MARÉ – COMPARAÇÃO ENTRE COSTADOS.

FONTE: LIMA et al. (2004).

FIGURA 3.3 - TEOR DE CLORETOS NA ZONA DE RESPINGOS – COMPARAÇÃO ENTRE COSTADOS.


41

FIGURA 3.4 - TEOR DE CLORETOS NA ZONA DE RESPINGOS – COMPARAÇÃO ENTRE COSTADOS.


Conforme os gráficos apresentados, os valores de 𝐶𝑙− (%) apresentam

variação entre os costados e as zonas de agressividade, observando-se uma

tendência de redução de 𝐶𝑙− (%) com a profundidade; considerando a posição

das coletas na estrutura, demonstrando a influência do microclima na

degradação da estrutura. Lima et al (2004) ainda destacam que esta análise

possibilitou visualizar a interferência apenas dos parâmetros ambientais, sendo

que não há estruturas ao redor da analisada. Outras estruturas geram caminhos

de vento, sombras, aquecimentos, entre outros aspectos.

Na Figura 3.5, Guimarães (2000) apresenta um gráfico que relaciona o

coeficiente de penetração de cloretos para as zonas de agressividade citadas.

Sendo ZTN, Zona totalmente de névoa; ZPN, Zona predominante de névoa, com

percentual pequeno de respingos ao longo do tempo; ZPR, Zona

predominantemente de respingos; ZPRM, Zona predominantemente de

respingos e maré; DHN, nível do mar e 𝑘𝐶𝑙−, coeficiente de penetração de íons

cloreto.

Os dados apresentados caracterizam a maior penetração de cloretos nas

regiões com ciclos de molhagem e secagem, logo, zonas de respingo (ZPR) e

de variação de maré (ZPRM). (GUIMARÃES, 2000).

42

FIGURA 3.5 – GRÁFICO DOS COEFICIENTES DE PENETRAÇÃO DE ÍONS CLORETO NAS

ZONAS DE AGRESSIVIDADE MARINHA.

FONTE: GUIMARÃES. (2000).

3.3 AÇÃO DA PRESENÇA DE CLORETOS

A degradação das estruturas de concreto em ambiente marinho ocorre

principalmente pela ação dos cloretos, os quais desencadeiam o processo de

corrosão; para esse caso, a armadura pode ser despassivada mesmo com pH

elevado. Devido a este fato, há diversos estudos acerca da potenciabilidade de

agressão dos íons cloretos e diversos autores concordam que o cloreto é o

agente mais agressor a estrutura. (HELENE, 1993; CASCUDO 1997).

Segundo Andrade (1992), o cloreto pode estar presente nos concretos e

argamassas, nos componentes, seja no agregado, aditivos, água, ou devido ao

meio ambiente a qual a estrutura está exposta; desta forma, esses íons podem

penetrar através da rede de poros do concreto, como é o caso dos ambientes

marinhos.

Os íons cloreto têm a capacidade de degenerar, de maneira localizada, a

película passivante da armadura, e com a presença de água e oxigênio, surge

uma corrosão por pite. Nestes locais há a formação do ânodo da pilha de

corrosão e, dependendo do grau de progressão, pode levar a ruptura da barra

43

de aço. No restante da barra há o catódo e pela relação da área anódica/catódica

ser relativamente pequena, pode ocorrer o início de uma intensa corrosão.

(FORTES, 1995; CASCUDO, 1997; NEVILLE, 2015).

Para Fortes (1995), os cloretos que são considerados potencialmente

danosos as estruturas de concreto armado são aqueles que permanecem livres

na solução dos poros, pois ao se cristalizar geram grandes pressões internas.

Segundo Neville (2015), nenhum material contaminado por cloretos deve

ser incorporado ao concreto armado, sendo que há normas que delimitam o teor

de cloreto no concreto advindos de qualquer fonte. A BS 8110-1:1997 delimita

que o teor total de cloreto presente no concreto armado seja de 0,40% em

relação à massa de cimento, sendo o mesmo limite estabelecido também pela

norma europeia BS EM 206:2000, atualmente chamada de BS EM 1992:2004.

No Brasil, a ABNT NBR 12655:2015 limita a 0,15% da massa de cimento. Não

há diferença nas abordagens, pois os cloretos solúveis são uma parcela do teor

total de cloretos.

3.3.1 Fatores que influenciam o ingresso de cloretos no concreto

Segundo Pereira (2001), há diversos fatores que influenciam na

capacidade do concreto resistir à penetração dos íons cloretos, alguns serão

abordados na sequência.

3.3.1.1 Relação água/cimento

Para Pereira (2001), a relação água/cimento tem influência direta sobre a

microestrutura e distribuição dos poros, e tanto o tamanho quanto a

interconectividade dos poros controlam a penetração dos íons cloreto, e podem

facilitar ou dificultar o transporte de cloretos no interior do concreto.

Há diversos fatores que influenciam na capacidade do concreto resistir a

penetração dos íons cloretos. Estudando o coeficiente de difusão de cloretos

com cimentos CP II F e CP IV, Pereira (2001) observou que conforme a relação

a/c aumenta com o coeficiente efetivo de difusão de cloretos, o que pode ser

observado na Figura 3.6.

44

FIGURA 3.6 – EFEITOS ISOLADOS DA RELAÇÃO A/C E DO TIPO DE CIMENTO SOBRE O COEFICIENTE EFETIVO DE DIFUSÃO DE CLORETOS.

FONTE: PEREIRA. (2001).

Alves (2007) analisou a utilização da relação a/c acima de 0,6 para a

elaboração do concreto e notou que há um aumento nos valores do coeficiente

de permeabilidade, o que caracteriza um concreto com maior porosidade, Figura

3.7.

FIGURA 3.7 – INFLUÊNCIA DA RELAÇÃO A/C NO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE DOS CONCRETOS.

FONTE: ALVES. (2007).

45

O estudo de Moreira (2004) também compara a influência da relação a/c

no teor de cloretos totais, e para esta comparação, utilizou o cimento CP V-ARI,

com relações a/c 0,40 e 0,75 e penetração de cloretos em 3 camadas de

profundidade, a primeira camada com 1 cm, a segunda camada de 2,5 a 3,5 cm

e a terceira de 5 cm. Esse estudo chegou à conclusão de que quanto menor a

relação a/c, menor é concentração de cloretos, de acordo com a Figura 3.8.

FIGURA 3.8 – INFLUÊNCIA DA RELAÇÃO A/C NO TEOR DE CLORETOS TOTAIS.

FONTE: MOREIRA. (2004).

3.3.1.2 Teor de cimento, composição e adições

De acordo com Mehta e Monteiro (2006), as diferenças das composições

do cimento são para se adequarem aos requisitos da indústria da construção,

sendo que uma destas modificações é a adição de minerais. As adições quando

misturadas por alguma necessidade específica ou na fabricação do cimento,

contribuem para as propriedades físicas e químicas do concreto.

Pereira (2001) complementa dizendo que as adições são positivas, pois

aumentam a quantidade de aluminatos disponíveis, refinam os poros do concreto

e aumentam a resistência à penetração dos agentes agressivos.

Há relação entre a penetração dos íons e a composição química do

cimento, pois o silicato tricálcio (C3A) e o ferro aluminato de tetracálcio (C4AF)

combinam-se com os cloretos e formam os cloroaluminatos. Essa reação diminui

o trânsito dos íons cloreto, pois há redução da concentração de íons livres na

solução presente nos poros do concreto. Portanto quanto maior a quantidade de

(C3A) no cimento, em geral, mais tempo será necessário para se iniciar o

46

processo da corrosão. (PAGE et al., 1986; RASHEEDUZZAFAR et al., 1990). Os

resultados da correlação do teor de (C3A) e o início da corrosão estão

apresentados na Figura 3.9. (RASHEEDUZZAFAR et al., 1990).

FIGURA 3.9 – EFEITO DO CONTEÚDO DE (C3A) DO CIMENTO NO TEMPO DE INICIAÇÃO DA CORROSÃO DA ARMADURA DO CONCRETO.

FONTE: RASHEEDUZZAFAR et al. (1990).

De acordo com Monteiro et al. (1999), a relação do tipo de cimento no

controle de penetração de cloretos para altas relações água/cimento, entre 0,8

e 0,9, se evidencia ao longo do tempo. Este fato ocorre devido à reação

pozolânica, reação que lentamente refina os poros do concreto devido a

formação de mais gel C-S-H.

O estudo de Monteiro et al. (1999) utilizou cimentos nacionais (CP II F,

CP II Z e CPV) e verificou que o cimento CP II Z obteve as menores

concentrações de cloretos livres aos 56 dias de idade e mostrou grande

desempenho se comparado aos demais cimentos.

Outro estudo comparando os cimentos CP II F 32, CP II Z 32 e CPIV 32

RS, em relação ao nível de proteção contra a corrosão, obteve como resultado

um bom desempenho do CPIV, pois este cimento apresentou altos teores de

aluminatos e uma melhor capacidade de fixação dos íons cloreto. (MEDEIROS

et al., 1999).

A escolha de um cimento adequado é fundamental, pois, para um

ambiente agressivo, o cimento influencia na menor ou maior capacidade de

fixação dos cloretos. Para Helene (1999), os cimentos mais adequados para este

47

caso são os do tipo CP III, com escória de alto forno e o CP IV, com cinza volante.

Na figura 3.10 pode-se observar o fato destacado.

FIGURA 3.10 – INFLUÊNCIA DO TIPO DE CIMENTO NA PROFUNDIDADE DE PENETRAÇÃO DE CLORETOS NO CONCRETO CONSIDERANDO UM FCK = 30 MPa.

FONTE: ANDRADE. (2001).

Portanto, as adições minerais têm a capacidade de fixarem os íons

cloretos devido ao aumento da quantidade de aluminatos presentes na pasta.

Além disso, a redução do tamanho e da intercomunicação dos poros dificulta a

penetração dos agentes agressivos no concreto. A proteção contra os cloretos

depende da cura, do grau de agressividade do meio ao qual está exposto o

concreto, da idade do concreto, entre outros fatores. (BASHEER, 2002).

3.3.1.3 Temperatura

Segundo Neville (2015), a temperatura é fundamental no processo de

penetração de cloretos no concreto, pois nos processos naturais atua

aumentando a cinética. Este fato confirma-se ao serem observadas estruturas

em regiões quentes, as quais se degradam mais rápido do que estruturas

localizadas em ambientes temperados e frios.

Conforme a temperatura aumenta, o fluxo molecular também aumenta, e

isto favorece o movimento dos íons no interior do concreto. No entanto, quando

a temperatura é reduzida, a condensação e elevação da umidade do material

pode ocorrer. (POLITO, 2006).

48

3.3.1.4 Tempo e cura

De acordo com Neville (2015), conforme o concreto hidrata, a porosidade

diminui, pois, o volume do cimento anidro é 2,1 vezes menor que o volume de

gel formado, e este preenche os espaços onde havia água.

Um estudo realizado por Mota et al. (2010) analisou a penetração de íons

cloretos, submetendo os corpos de prova a um ciclo de molhagem e secagem

na região litorânea do Porto de Galinhas –PE, por cerca de 24 meses. Esse

estudo constatou que há uma influência do tempo de cura do concreto com a

penetração de cloretos.

A idade influencia diretamente na concentração dos íons cloretos no

concreto, pois está intimamente ligada a matriz de cimento hidratada. Portanto,

conforme o concreto hidrata, os vazios são preenchidos pelos compostos,

diminuindo a porosidade. (PEREIRA, 2001).

3.3.1.5 Umidade relativa

Conforme Andrade (1992), quanto menor a umidade presente nos poros

há um aumento da resistividade e o processo eletroquímico será ainda mais

difícil de ocorrer, mesmo o concreto estando carbonatado ou contaminado por

cloretos. De maneira complementar, a água presente nos poros afeta o eletrólito,

bem como a difusão dos gases e íons no concreto.

Nos poros saturados há pouca disponibilidade de oxigênio, minimizando

a ocorrência de corrosão. No entanto, na etapa de iniciação, quanto mais alta a

concentração de umidade do ambiente maior será a quantidade de água no

concreto e mais fácil será o transporte dos cloretos através do cobrimento até as

armaduras inseridas no concreto. (ANDRADE, 1992).

3.3.1.5 Fissuras e Cobrimento

De acordo com Franco (2011), uma parcela da resistência à penetração

de cloretos está relacionada diretamente com a durabilidade do concreto de

cobrimento e a compacidade.

49

A ABNT NBR 6118:2014 estabelece limites para as fissuras em relação a

classe ambiental de agressividade, o tipo de estrutura e estado limites de serviço

e utilização para que a haja proteção contra a corrosão da armadura.

De acordo com Marino (2015), a durabilidade da estrutura de concreto

armado está atrelada as características do concreto e da espessura do concreto

de cobrimento.

Os íons cloretos livres na solução dos poros do concreto podem penetrar

pelo cobrimento sem agir nos compostos de hidratação do cimento, sendo a pior

forma de ação dos cloretos. (ROMANO, 2009). Segundo a ABNT NBR

6118:2014, é necessário garantir o cobrimento mínimo para cada elemento

construtivo inserido em ambientes agressivos para se garantir a durabilidade. Os

valores mínimos são apresentados na Tabela 3.2.

TABELA 3.2 – CORRELAÇÃO DA CLASSE DE AGRESSIVIDADE AMBIENTAL E O COBRIMENTO NOMINAL.

Componente ou elemento Classe de agressividade ambiental

I II III IV²

Cobrimento nominal (𝐜𝐧𝐨𝐦)

Laje¹ 20 mm 25 mm 35 mm 45 mm

Viga/Pilar 25 mm 30 mm 40 mm 50 mm

Contato com o solo ³ 30 mm 30 mm 40 mm 50 mm

(1) Para a face superior de lajes e vigas que serão revestidas com argamassa de contrapiso, com revestimentos finais secos tipo carpete e madeira, com argamassa de revestimento e acabamento, como pisos de elevado desempenho, pisos cerâmicos, pisos asfálticos e outros, as exigências desta tabela podem ser substituídas pelo cobrimento nominal referente à barra ou feixe (cnom ³ fbarra ou cnom ³ ffeixe), respeitado um cobrimento nominal maior ou igual a 15 mm (cnom ³ 15 mm). (2) Nas superfícies expostas a ambientes agressivos, como reservatórios, estações de tratamento de água e esgoto, condutos de esgoto, canaletas de efluentes e outras obras em ambientes química e intensamente agressivos, devem ser atendidos os cobrimentos da classe de agressividade IV. (3) No trecho dos pilares em contato com o solo junto aos elementos de fundação, a armadura deve ter cobrimento nominal maior ou igual a 45 mm (cnom ³ 45 mm).

FONTE: ABNT NBR 6118:2014.

Uma execução adequada do cobrimento, tanto realizando a espessura

prevista em projeto quanto se preocupando com a qualidade ocasiona em uma

proteção física e química das armaduras inseridas no concreto, contribui para

uma maior proteção contra a corrosão. (SILVA, 2006).

50

3.3.2 Concentração de cloretos

Silva (2006) utilizou 3,5 % de solução de NaCl até 19° mês de exposição,

objetivando reproduzir a concentração do íon presente na água do mar, porém

aumentou essa porcentagem, pois não ocorreram mudanças significativas com

essa concentração, passando para 10%, a partir do 19° mês. Para o estudo

utilizou 4 ciclos de molhagem e secagem.

Na tabela 3.3 e 3.4 pode-se observar os resultados da frente de

penetração dos íons cloreto para a solução de 3,5 % e 10% de NaCl. (SILVA.

2006).

TABELA 3.3 – FRENTE DE PENETRAÇÃO DOS ÍONS CLORETO DOS CONCRETOS EXPOSTOS A UMA SOLUÇÃO DE 3, 5% DE NACL.

Cimento Concretos Frente de penetração (mm)

1 mês 2 meses 5 meses 15 meses 27 meses

CP V ARI

Plus

Sem sílica 3,6 4,3 6,5 12,4 22,1

5% SFS 2,7 3,0 5,2 10,1 133

10% SFS 2,1 2,2 3,9 6,0 8,7

5% SCA 3,1 3,6 6,0 12,5 18,5

10% SCA 2,8 2,9 5,1 11,3 15,7

CP V ARI

RS

Sem sílica 3,1 4,4 6,3 10,6 15,5

5% SFS 2,5 3,1 4,9 8,6 8,6

10% SFS 2,0 2,8 3,4 5,4 7,8

5% SCA 2,6 3,8 5,6 11,4 13,7

10% SCA 2,6 3,1 5,2 10,5 12,4

FONTE: SILVA. (2006).

Portanto, é possível observar que para o acréscimo de cloretos de 3,5 %

para 10 % ocorreu uma maior penetração dos íons cloretos. Ao completar 2

meses, a profundidade atingida, por exemplo para o CP V ARI e sem sílica, foi

de 5,7 mm; para o mesmo concreto exposto a solução de 3,5 % de NaCl foi de

4,3 mm.

51

TABELA 3.4 – FRENTE DE PENETRAÇÃO DOS ÍONS CLORETO DOS CONCRETOS EXPOSTOS A UMA SOLUÇÃO DE 10% DE NACL.

Cimento Concretos Frente de penetração (mm)

1 mês 2 meses

CP V ARI Sem sílica 4,1 5,7

5% SFS 2,9 3,8

10% SFS 2,2 2,7

5% SCA 4,4 5,6

10% SCA 3,8 4,0

CP V ARI RS Sem sílica 4,0 5,5

5% SFS 2,7 3,2

10% SFS 2,2 2,4

5% SCA 3,4 3,9

10% SCA 3,1 3,4

FONTE: SILVA. (2006).

Vasconcelos e Akasaki (2010), através da conclusão de Silva (2006),

optaram por realizar um estudo utilizando a concentração de 10% de cloretos.

Neste estudo, os autores procuraram analisar a durabilidade de concretos de

alto desempenho com a substituição de componentes no concreto por cinza de

casca de arroz, resíduo de borracha e pneu, frente a processos de degradação,

como a ação da temperatura, da água, de soluções ácidas e de sais. De acordo

com os autores, os corpos de prova após o período de cura foram expostos a

umidade ambiente por 4 dias. Logo após, foram imersos com metade da altura

em uma solução de 0,1 M de NaCl por 3 dias, e após esse período os corpos de

prova passaram por 4 dias de secagem, completando um ciclo. (VASCONCELO

E AKASAKI, 2010).

Na Figura 3.11, são apresentados os resultados para o ensaio de

penetração de cloretos.

52

FIGURA 3.11 – PROFUNDIDADE DE PENETRAÇÃO DE CLORETOS PARA 120 CICLOS DE

MOLHAGEM E SECAGEM.

FONTE: VASCONCELO E AKASAKI. (2010).

Vasconcelos e Akasaki (2010) concluíram que a penetração de cloretos

pode ter sido caracterizada pela transformação da microestrutura do concreto

pela adição de borracha, o que ocasionou caminhos preferenciais da água e

assim os íons se movimentaram com facilidade, embora destaquem que a

diferença é em torno de 2 mm para os traços com e sem borracha.

No estudo de Figueiredo et al. (2014), foram realizadas analises do papel

do metacaulim na proteção dos concretos contra a ação deletéria de cloretos;

utilizou-se 8 ciclos semanais de molhagem e secagem, sendo 3 dias de imersão

e 4 dias de secagem ao ar, com umidade relativa de 10% a 30% e solução de

NaCl de 10%. Este estudo teve como resultado que a resistência a penetração

de cloretos foi superior para concretos com metacaulim podendo ser observado

grande redução da penetração. (FIGUEIREDO et al., 2014).

3.4 AÇÃO DOS SULFATOS

De acordo com Costa (2001), os íons cloretos são muito mais agressivos

que os sulfatos. No entanto, os sulfatos são responsáveis por diversos

mecanismos de degradação que afetam as estruturas de concreto. Neville

(2015) destaca que em alguns ambientes a concentração de sulfatos na água é

realçada pela evaporação, como exemplo a Zona de respingo da água do mar,

sendo fundamental a velocidade com que o concreto é atacado.

53

A ABNT NBR 12.655:2015 apresenta alguns requisitos para o concreto

exposto a soluções de sulfato, como apresentado na Tabela 3.5.

TABELA 3.5 – REQUISITOS PARA O CONCRETO EXPOSTO À SOLUÇÕES CONTENDO SULFATOS.

Condições de exposição em

função da agressividade

Sulfato solúvel em água (SO4) presente no solo (% em

massa)

Sulfato solúvel (SO4) presente na água (ppm)

Máxima relação A/C, em massa, para concreto com agregado

normal*

Mínimo fck (para concreto com

agregado normal ou leve) (Mpa)

Fraca 0,00 a 0,10 0 a 150 - -

Moderada** 0,10 a 0,20 150 a 1500 0,50 35

Severa*** Acima de 0,20 Acima de 1500 0,45 40

*Baixa relação água-cimento ou elevada resistência podem ser necessárias para a obtenção de baixa permeabilidade do concreto, proteção contra a corrosão da armadura ou proteção a processos de congelamento e degelo. **Água do mar. ***Para condições severas de agressividade, devem ser obrigatoriamente usados cimentos resistentes a sulfatos.

FONTE: ABNT NBR 12.655:2015.

Para Lacerda (1988), a principal problemática dos sulfatos é que eles são

higroscópicos e em temperatura ambiente variam entre a solubilidade e a

cristalização. Por exemplo, cristaliza-se a 32,7°C a uma umidade relativa de 75%

e aumenta cerca de 40% de volume. Ciclos de molhagem e secagem com

concentração de sulfatos também resultam em uma rápida degradação, pois

aceleram a cristalização dos sais nos poros do concreto. (NEVILLE, 2015).

Segundo Moura (2000), a degradação ocorre pela formação de

sulfoaluminatos de cálcio e trisulfoaluminato, etringita, pois estes compostos

geram grandes expansões ocasionando fissuras, lascamentos no concreto, de

maneira progressiva até a total degradação da estrutura.

As principais reações de sulfatos com a pasta hidratada de cimento são o

ataque do sulfato de sódio ao Ca(OH)2 do cimento, a reação do sulfato de cálcio

com o C3A , formando a etringita; o ataque do magnésio ao Ca(OH)2; ataque do

sulfato de magnésio ao C-S-H; e, ataque do sulfato de magnésio ao C3A . As

reações dos ataques de sulfatos estão apresentadas nas Equações 3.1, 3.2, 3.3,

3.4 e 3.5. (MOURA, 2000; NEVILLE, 2015).

Na2SO4 + Ca(OH)2 + 2 H2O → CaSO4. 2H2O + NaOH Equação 3.1

54

3CaO. Al2O3. 12H2O + 3CaSO4. 2H2O + 14H2O → 3CaO. Al2O3. 32H2O4

Equação 3.2

MgSO4 + Ca(OH)2 + 2 H2O → CaSO4. H2O + Mg(OH)2 Equação 3.3

3MgSO4 + 3CaO. 2SiO2. 3H2O + 8H2O → 3(CaSO4. 2H2) + 3Mg(OH)2 +

2SiO2. H2O Equação 3.4

3MgSO4 + 3CaO. Al2O3 → 3CaSO4. H2O + 2Al(OH)3 + 3Mg(OH)2 Equação 3.5

Na maioria das equações apresentadas há um aumento do volume, o que

causa expansão e desagregação da parte sólida dos hidratos de silicato e

aluminatos de cálcio do cimento. (GENTIL, 1980).

A norma DIN 4030, segundo Cánovas (1988), apresenta o grau de

agressividade da água contendo sulfatos como apresentado na Tabela 3.6, e o

autor destaca que é fundamental conhecer a temperatura, pois a variação desta

pode modificar os valores do pH, conforme apresentado na Tabela 3.7.

TABELA 3.6 – GRAU DE AGRESSIVIDADE DA ÁGUA CONTENDO SULFATOS.

GRAU DE

AGRESSIVIDADE

pH

𝐍𝐇𝟒− (mg/L) 𝐌𝐠++ (mg/L) 𝐒𝐎𝟒

𝟐− (mg/L)

Fraco 6,5 – 5,5 15 - 30 100 - 300 200 - 600

Forte 5,5 – 4,5 30 - 60 300 - 1500 600 - 3000

Muito Forte 4,5 60 1500 3000

FONTE: CÁNOVAS. (1988).

TABELA 3.7 – MUDANÇA DO PH EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA.

Temperatura °C 0 20 30 100

PH 7,44 7,03 6,86 6,07

FONTE: CÁNOVAS. (1988).

55

De acordo com Costa (2001), os sulfatos podem ser encontrados em

diversos ambientes. No entanto, são encontrados em grande quantidade em

atmosferas urbanas, água subterrânea, esgoto, devido as emissões industriais

e advindas de veículos, e são encontrados nas regiões litorâneas, devido a

presença da névoa marinha.

Em laboratórios pode-se analisar a resistência do concreto frente a ação

de sulfatos, através de corpos de prova submetidos a uma solução de sulfatos

de sódio ou magnésio, ou ainda mistura de ambos, sendo que os efeitos podem

ser estimados pelas alterações no módulo de elasticidade dinâmico, pela

expansão, pela perda de massa e até em inspeção visual. (NEVILLE, 2015).

Guimarães et al. (2000) estudaram a durabilidade de estruturas de

concreto armado inseridas em ambientes marinhos com idade avançada de

construção, sendo que a partir da profundidade de ação dos agentes agressivos,

anidrido carbônico, cloreto e sulfato, elaboram modelos em forma de ábacos

para se obter cobrimentos das barras de aço em função da vida útil da estrutura

para as zonas de névoa, respingo e maré.

Os elementos estruturais são a viga PS e a face vertical da laje PI, dois

pontos do mesmo nível das estacas pranchas, um na face externa ES e outra na

face interna ESF e um nível inferior EI do cais, Figura 3.12.

FIGURA 3.12 – ESTRUTURA DO CAIS E LOCALIZAÇÃO DOS PONTOS PESQUISADOS.

FONTE: GUIMARÃES et al. (2000).

56

Na Figura 3.13 são apresentados os perfis de sulfatos livres no concreto,

que segundo Guimarães et al. (2000), pode-se perceber uma diminuição das

concentrações até o teor de 0,14%, em relação ao peso de concreto. Na Figura

3.14 apresenta-se a estimativa da evolução da frente de contaminação de

sulfatos em função do tempo de exposição para os pontos ES e EI.

As zonas de agressividade analisadas foram: ZTN, zona totalmente de

névoa; ZPN, zona predominantemente de névoa; ZPR, zona

predominantemente de respingo; e ZPRM, zona predominantemente de

respingo e maré. (GUIMARÃES et al. 2000).

FIGURA 3.13 – PERFIS DOS TEORES DE ÍONS SULFATO SOLÚVEIS EM ÁGUA EM

RELAÇÃO AO PESO DE CONCRETO PARA FCK DE 23,5 MPA (PS E PI) E 19 MPA (ES E EI).


FIGURA 3.14 – ESTIMATIVA DA EVOLUÇÃO DA FRENTE DE CONTAMINAÇÃO DE SULFATOS EM FUNÇÃO DO TEMPO DE EXPOSIÇÃO (T) PARA OS PONTOS ES E EI.


57

Utilizando o modelo 𝑐𝑠𝑜4 = 𝑘𝑠𝑜4. 𝑡5, Guimarães et a. (2000), obtiveram

coeficientes de penetração de sulfatos, como apresentado na Tabela 3.8. SL e

ST são as superfícies laterais e topo em relação à concretagem.

TABELA 3.8 – COEFICIENTES DE PENETRAÇÃO DOS ÍONS SULFATO PARA OS

CONCRETOS E MICRO AMBIENTES PESQUISADOS.

Pontos Cota DHN (cm)

Micro ambientes

fck (MPa) 𝐂𝐬𝐨𝟒 (mm) t (anos) 𝐤𝐬𝐨𝟒

(mm. 𝐚𝐧𝐨−𝟏/𝟐)

PI 210 ZPN - SL 23 36,3 22 0,8

ES 170 ZPR - ST 19 43,8 22 1,6

EI 140 SPRM - ST 19 35,0 22 2,5


Guimarães et al. (2000), obtiveram resultados consistentes e dizem que a

aplicação do método é válida para outros ambientes litorâneos e ressaltam a

necessidade de mais estudos de penetração de sulfatos.

58

4. RESISTIVIDADE ELÉTRICA SUPERFICIAL E RESISTÊNCIA À

COMPRESSÃO

4.1 RESISTIVIDADE ELÉTRICA SUPERFICIAL

Barrow (1976) definiu a resistividade elétrica como uma propriedade que

indica o grau de dificuldade dos íons se transportarem no interior do concreto,

podendo ser chamada de resistência específica, na qual, a resistência entre as

faces opostas de um cubo de certo material é igual ao inverso da condutividade

elétrica.

Para Cascudo (1997), a resistividade elétrica do concreto com a presença

de oxigênio determina a rapidez com que a corrosão se propaga na armadura

inserida no concreto. Para Andrade (1992), a velocidade do processo

eletroquímico é determinada pelo teor de umidade, pois este comanda o grau de

oxigênio disponível e, consequentemente, a resistividade elétrica do concreto.

Segundo Helene (1993), a resistividade elétrica do concreto constitui um

dos principais parâmetros para o controle da velocidade do fluxo de íons que são

transmitidos no concreto pela solução aquosa existente nos poros, sendo esta

suscetível ao teor de umidade e à temperatura.

A resistividade elétrica é determinada medindo-se as diferenças de

potencial no concreto, sendo uma propriedade do material a qual indica a

resistência à passagem de cargas elétricas, tal como é apresentada na Lei de

Ohm, Equação 4.1. (MEHTA E MONTEIRO, 2006; ANDRADE E D’ANDREA,

2011).

𝑅 = 𝑉

𝐼= 𝜌

𝐿

𝐴 Equaçã𝑜 4.1

onde:

R: resistência elétrica (V);

i : corrente elétrica (A);

L: distancia entre os eletrodos (cm); e

A: área transversal (cm²).

59

De acordo com Andrade e D’Andrea (2011), o concreto não estando

saturado, a resistividade aumenta, constituindo também uma medida para a

determinação do grau de saturação do concreto.

Segundo Neville (2015), o efeito eletroquímico que o concreto exerce

sobre o aço da armadura advém da alcalinidade do eletrólito no interior do

concreto, sendo que o concreto exposto a condições normais oferece certa

resistência à passagem de corrente elétrica para a armadura.

A análise das propriedades elétricas do concreto é importante para

diversas aplicações, uma delas é a influência desta no desenvolvimento do

processo de corrosão nas armaduras inseridas no concreto, sendo de grande

interesse também nos estudos para o concreto fresco e endurecido. (NEVILLE,

2015).

Cascudo (1997) afirma que para uma resistividade entre 5.000 e 60.000

Ωcm, o processo de corrosão é pequeno e muitas vezes não ocorre. Segundo

Gentil (2007), há critérios de avaliação da resistividade fundamentados pelo CEB

– 192.

4.1.1 Medida da Resistividade

O método mais empregado para medir a resistividade elétrica do concreto

é o método de Wenner ou método dos quatro eletrodos. Este método foi

desenvolvido para se avaliar a resistividade elétrica de solos descrito na norma

ASTM G57- Standard Method for Field Measurement of Soil Resistivity Using the

Wenner Four- Electrode Method (ASTM INTERNACIONAL, 2006). No Brasil,

este ensaio é normatizado pela norma ABNT NBR 7117:1981 – Medição da

resistividade do solo pelo método dos quatro pontos (Wenner). (LUBECK, 2008;

LENCIONI, 2011).

A aplicação deste método tornou-se uma forma fácil para mensurar a

resistividade em concretos de maneira não destrutiva; no entanto, não há

normatização para o uso em concretos no Brasil. (LUBECK, 2008; LENCIONI,

2011).

Segundo Cascudo (2005), esse método foi adaptado para o uso em

concreto através de equipamentos que podem ser utilizados no local de análise.

60

O ensaio é totalmente não destrutivo, pois, o equipamento encosta-se à

superfície do concreto, e ainda oferece de forma rápida as medidas.

O método de Wenner, segundo Gowers e Millard (1999), é aplicado

através de quatro eletrodos espaçados com distancias iguais e posicionados na

superfície do concreto, aplicando-se uma corrente alternada (i) entre os contatos

externos, sendo que a diferença de potencial (V) é medida pelo equipamento. A

resistividade elétrica pode ser medida de acordo com a equação 4.2.

𝜌 =2. 𝜋. 𝑎. 𝑉

𝑖𝑘 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 4.2

onde:

ρ = resistividade elétrica (Ωcm);;

a = distância entre os eletrodos (cm);

V = diferença de potencial (V);

K = parâmetro de correção e,

i = corrente elétrica (A).

Há uma adaptação desta equação realizada por Medeiros Filho (1979),

apresentada na Equação 4.3. No entanto, comumente é utilizada a equação 4.2,

uma vez que o contato elétrico é feito na superfície do concreto. (ABREU, 1998).

A Figura 4.1 apresenta um esquema do método dos quatro pontos.

𝜌 =4. 𝜋. 𝑑. 𝑉

𝑖. 1 + [

2. 𝑑

√𝑑2 + 4. 𝑏2) − [

𝑑

√𝑑2 + 𝑏2] 𝑘 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 4.3

onde:

ρ = resistividade elétrica (Ωcm);

d = distância média entre o eixo dos eletrodos (cm);

b = profundidade de embutimento dos eletrodos no concreto (cm);

V = diferença de potencial medida (V);

K = parâmetro de correção e,

i = corrente elétrica (A).

61

FIGURA 4.1 – ESQUEMA DO MÉTODO DOS 4 ELETRODOS PARA A MEDIDA DE RESISTIVIDADE ELÉTRICA: I – AMPERÍMETRO, V- VOLTÍMETRO DE ALTA IMPEDÂNCIA

DE ENTRADA, E a – DISTÂNCIA ENTRE OS ELETRODOS.

FONTE: GOWERS E MILLARD (1999). ADAPTADO POR LENCIONI (2011).

Apesar de ser de fácil aplicação, o método dos quatro eletrodos está

sujeito a vários erros e má interpretação, devido à geometria do conjunto,

características do concreto ou mesmo a presença de armaduras. (LUBECK,

2008). Alguns destes aspectos serão abordados brevemente a seguir.

4.1.1.1 Geometria do corpo de prova

De acordo com Gowers e Millard (1999), as medidas de diferença de

potencial e corrente elétrica medidas pelo método dos quatro eletrodos só é

confiável quando se assume que as dimensões da peça de concreto são maiores

se comparada ao espaçamento entre os eletrodos, sendo o concreto de volume

semi-infinito.

A corrente percorre uma região diferente quando as dimensões da peça

de concreto são delgadas ou próximas ao extremo, ocasionando em uma

resistividade elétrica superestimada. (GOWERS E MILLARD, 1999).

4.1.1.2 Contato dos eletrodos com o concreto

Gowers e Millard (1999) dizem que é necessário que ocorra um contato

entre os eletrodos e o concreto para se obter uma medida confiável da

62

resistividade elétrica, pois caso contrário o ensaio pode resultar em análises

errôneas.

A utilização de correntes alternadas de baixa frequência pode reduzir a

polarização do contato entre o eletrodo e o concreto, e assim, reduzir as

distorções encontradas para a medida da resistividade elétrica. (GOWERS E

MILLARD, 1999; WHITING E NAGI, 2003).

4.1.1.3 Presença de armaduras

Segundo Gowers e Millard (1999), as armaduras paralelas ao eixo dos

quatro eletrodos podem resultar na distorção do campo da corrente elétrica,

sendo que para minimizar o efeito que as armaduras provocam é necessário

posicionar o eixo dos eletrodos de maneira perpendicular. Desse modo, pode-se

manter um afastamento lateral entre o eixo e as armaduras.

4.1.3.4 Intensidade de corrente, frequência e tipo de onda

A influência da intensidade da corrente e frequência da onda sobre a

resistividade elétrica é demonstrada nas Figuras 4.2 e 4.3. (MILLARD et al.,

1989).

FIGURA 4.2 – RESISTIVIDADE SUPERFICIAL EM FUNÇÃO DA CORRENTE (µA).

FONTE: MILLARD et al. (1989).

63

FIGURA 4.3 – RESISTIVIDADE SUPERFICIAL EM FUNÇÃO DA FREQUENCIA (Hz).

FONTE: MILLARD et al. (1989).

Millard et al. (1989) concluíram que correntes inferiores a 200 µA e altos

valores de corrente devem ser evitados, pois tendem a erros. Isto devido à

resistência de contato entre o eletrólito e o eletrodo.

Segundo Gentil (2007), em regiões mais porosas e permeáveis ocorrerá

penetração de íons e gases como CO2 e O2, diminuindo a resistividade do

concreto; portanto, um concreto com alta resistividade elétrica pode ser obtido

com uma baixa porosidade.

Em suma, a grande sensibilidade da resistividade elétrica está associada

a diversos fatores intrínsecos e extrínsecos ao concreto, como a relação

água/cimento, o agregado utilizado, o consumo e tipo de cimento, as adições

minerais e aditivos, a temperatura e, se o concreto está submetido a um

ambiente agressivo. Tais fatores interferem na distribuição e tamanho dos poros,

na composição aquosa da solução dos poros, no teor de umidade, no pH, entre

outros fatores. (HOPPE, 2005). Alguns destes fatores serão apresentados

brevemente a seguir.

64

4.1.2 Propriedades do concreto relacionadas à resistividade

4.1.2.1 Relação água/cimento

Segundo Abreu (1998) e Santos (2006), a relação água/cimento afeta

diretamente a porosidade do concreto e, consequentemente, a sua resistência.

Quanto maior esta relação, maior será o volume total de vazios e a quantidade

de poros com grandes diâmetros, a permeabilidade, e menor será a resistividade

elétrica do concreto.

A relação água/cimento rege a maioria das propriedades do concreto, tais

como a trabalhabilidade no estado fresco, a permeabilidade e a resistência

mecânica no estado endurecido. Em relação à resistividade elétrica, a relação

água/cimento age indiretamente, pois as propriedades que são utilizadas para

caracterizar a resistividade são alteradas, como a estrutura e a composição da

solução contida nos poros. (HOPPE, 2005; LUBECK, 2008).

De acordo com Neville (2015), um eventual acréscimo no volume de água

e na parcela de íons contida nos poros do concreto pode diminuir a resistividade

da pasta de cimento, ou seja, há um grande aumento da resistividade do

concreto como a remoção da água. Isto pode ser observado na Tabela 4.1.

TABELA 4.1 – INFLUÊNCIA DA RELAÇÃO ÁGUA/CIMENTO E DA DURAÇÃO DA CURA ÚMIDA SOBRE A RESISTIVIDADE DA PASTA DE CIMENTO.

Resistividade (a 1.000 Hz, 4V; Ωm) na idade de:

Tipo de cimento

Teor equivalente de

𝐍𝐚𝟐𝐎 (%)

Relação água/cimento

7 dias 28 dias 90 dias

Portland Comum

0,19 0,4 10,3 11,7 15,7

0,5 7,9 8,8 10,9

0,6 5,3 7,0 7,6

Portland Comum

1,01 0,4 12,3 13,6 16,6

0,5 8,2 9,5 12,0

0,6 5,7 7,3 7,9

FONTE: NEVILLE. (2015).

Portanto, a influência da concentração de íons na água de amassamento

na resistividade elétrica é maior em relações de água/cimento altas e

65

relativamente menor em concretos de alta resistência. Por exemplo, nas

primeiras horas após a mistura do concreto, a resistividade aumenta

gradualmente, logo após aumenta rapidamente até a idade de um dia. (NEVILLE,

2015).

4.1.2.2 Composição e consumo de cimento

Segundo Hansson e Hansson (1983), pode-se atribuir a resistividade

elétrica do concreto ao quão intercomunicável é a rede de poros e ao grau de

concentração de íons, Na−, K+, Ca++, OH− e Cl−. Em amplo estudo, tais autores

concluíram que em pasta com cimento resistente a sulfatos e cimentos comuns,

a resistividade é mais baixa se comparada a de pastas com cimento de alto

forno, como aponta a Figura 4.4.

A Figura 4.5 apresenta a relação entre a resistividade elétrica e a relação

água/cimento para concretos com agregado de dimensão máxima igual a 40 mm,

produzidos com cimento portland comum (TIPO I), ensaiado aos 28 dias.

FIGURA 4.4 – RESISTIVIDADE ELÉTRICA DE PASTAS DE DIFERENTES TIPOS DE

CIMENTOS, À TEMPERATURA DE 22º C E UMIDADE RELATIVA DE 100%.

FONTE: HANSSON E HANSSON (1983).

66

FIGURA 4.5 – RELAÇÃO ENTRE A RESISTIVIDADE ELÉTRICA E A RELAÇÃO ÁGUA/CIMENTO E TEOR DE CIMENTO.

FONTE: NEVILLE. (2015).

Comparando a resistividade elétrica para quatro tipos de cimento, CP IV

32, CP III 40 RS, CP II F e CP V ARI, Medeiros Junior et al. (2014) notaram que

para o cimento CP III 40 RS, com alto teor de escória de alto forno, os valores

de resistividade elétrica são superiores em relação aos demais cimentos, Figura

4.6.

Pode-se notar na Figura 4.6 que conforme o tempo de cura aumenta, esta

influencia na resistividade elétrica do concreto. Por exemplo, para o CP III 40

RS, a adição de escória de alto forno auxilia no refinamento dos poros do

concreto e, consequentemente reduz, a condutividade elétrica e assim, maiores

valores de resistividade são encontrados. (SANTOR, 2011; MEDEIROS JUNIOR

et al., 2014).

67

FIGURA 4.6 – VALORES DE RESISTIVIDADE ELÉTRICA DO CONCRETO PARA DIFERENTES TIPOS DE CIMENTO.

FONTE: MEDEIROS JUNIOR et al. (2014).

4.1.2.3 Tipo e teor de agregados

Algumas vezes a resistividade elétrica da pasta de cimento é menor do

que a resistividade encontrada no concreto, isto devido ao tipo de agregado

utilizado. Por exemplo, ao variar o tipo de agregado graúdo e seu teor na mistura,

ocorrerá uma variação da resistividade do concreto; quanto maior o teor maior a

resistividade elétrica. (WHITING E NAGI, 2003).

Segundo Gowers e Millard (1999), ao se empregar o método dos quatro

eletrodos para se analisar a resistividade elétrica se pressupõe que o material

seja homogêneo. No entanto, a resistividade elétrica do agregado é maior do

que a pasta de cimento; portanto, a resistividade sofre alterações conforme o

teor e tipo agregado.

Princigallo et al. (2003) dizem que os agregados influenciam a

condutividade elétrica do concreto. Esses autores variaram a porcentagem total

68

de agregados e mantiveram a relação do agregado graúdo e miúdo, em peso,

de 1,2 e 0,37 para a relação água/ aglomerante, utilizando-se sílica ativa ao invés

de cimento. A condutividade elétrica do concreto diminui com o aumento do teor

de agregado utilizado na mistura.

4.1.2.4 Aditivos

Segundo Lubeck (2008), utilizam-se aditivos para aperfeiçoar as

propriedades do concreto, seja no estado fresco ou endurecido para se alcançar

uma maior durabilidade e resistência. Não há relação direta dos aditivos com a

resistividade elétrica do concreto, segundo Whiting e Nagi (2003) e Neville

(2015), no entanto, como os aditivos mudam a microestrutura da pasta e a

solução aquosa dos poros, há uma interferência indireta.

A utilização de plastificantes e superplastificantes reduz a relação

água/cimento e proporcionam uma boa trabalhabilidade, porém a redução da

relação a/c faz com que o concreto seja mais denso e menos permeável, assim

aumentando a resistividade elétrica do concreto. (WHITING E NAGI, 2003).

Real (2015), estudando o efeito de adições pozolânica em concretos

expostos a íons cloretos, utilizou teores diferentes de aditivo superplastificante

para os traços TCPV, TCPII, TCPIV, TSA, TSCA, TM, TCV10, TCV30, para

manter a trabalhabilidade constante. Os traços unitários em massa estão

apresentados na Tabela 4.2.

Na Figura 4.7 apresenta-se para os diferentes teores de aditivos, os

resultados médios de resistividade elétrica e na Figura 4.8 a correlação entre o

teor de aditivo e a resistividade elétrica.

69

TABELA 4.2 – TRAÇOS UNITÁRIOS EM MASSA.

Traço CPV CPII-

Z CPIV AS CCA M CV Areia Brita

1 a/a (1)

Aditivo

TCPV 1,00 - - - - - - 2,25 3,00 0,45 0,018

TCPII - Z - 1,00 - - - - - 2,25 3,00 0,45 0,013

TCPIV - - 1,00 - - - - 2,25 3,00 0,45 0,012

TSA 0,90 - - 0,10 - - - 2,25 3,00 0,45 0,018

TSCA 0,90 - - - 0,10 - - 2,25 3,00 0,45 0,013

TM 0,90 - - - - 0,10 - 2,25 3,00 0,45 0,019

TCV10 0,90 - - - - - 0,10 2,25 3,00 0,45 0,017

TCV30 0,70 - - - - - 0,30 2,25 3,00 0,45 0,020

(1) Relação água/aglomerante (cimento+adições). FONTE: REAL. (2015).

FIGURA 4.7 – RESULTADOS MÉDIOS DE RESISTIVIDADE ELÉTRICA SUPERFICIAL PARA

DIFERENTES TEORES DE ADITIVO SUPERPLASTIFICANTE.

FONTE: REAL (2015).

70

FIGURA 4.8 – CORRELAÇÃO ENTRE TEOR DE ADITIVOS E RESISTIVIDADE ELÉTRICA.

FONTE: REAL (2015).

Conforme as Figuras 4.7 e 4.8, nota-se na variância a influência do teor

de aditivo na resistividade elétrica. No entanto, não foi encontrada uma tendência

de comportamento. Real (2015) constatou através da correlação entre o teor de

aditivos e resistividade elétrica que não é possível identificar um efeito do aditivo

em relação a resistividade elétrica.

4.1.2.5 Adições Minerais

Segundo Lubeck (2008), para melhorar as propriedades mecânicas e a

durabilidade do concreto, além de aditivos pode-se utilizar adições minerais, pois

apresentam um benefício a mais na redução do impacto ambiental gerado pela

fabricação de concreto. Destaca-se o uso da escória de alto forno, cinza volante,

sílica ativa, metacaulim e cinza de casca de arroz.

Para Neville (2015), quando bem empregadas, as adições minerais

aumentam a resistividade elétrica do concreto, podendo diminuir a velocidade do

processo eletroquímico.

A utilização de escória de alto forno faz com que ocorra um aumento

gradativo da resistividade elétrica, em uma ordem maior a de cimento Portland

comum. A escória de alto forno em conjunto à sílica ativa e cinza volante,

conforme já citado, mudam a microestrutura da mistura e assim diminuem a

concentração iônica desta. (WHITING E NAGI, 2003).

71

4.1.3 Efeitos da Exposição sobre a resistividade

4.1.3.1 Cura

A cura do concreto é necessária para garantir a hidratação do cimento.

Para que isso ocorra deve-se controlar a temperatura, o tempo e as condições

de umidade logo após o lançamento do concreto. (MEHTA E MONTEIRO, 2006).

Segundo Whiting e Nagi (2003), conforme há a hidratação do concreto, a

resistividade aumenta gradativamente com esta; no entanto, deve-se garantir a

cura adequada. Por exemplo, para um concreto curado a vapor por cerca de 120

dias, aos 30 dias a resistividade era cerca 90% igual da medida observada aos

120 dias.

Silva (2016), estudando a resistividade elétrica do concreto e a influência

da cura para relação a/c de 0,81, 0,50 e 0,35 (C-0,81, C-0,50 e C-0,35),

constatou que quanto maior a relação a/c, maior será a porosidade do concreto

e assim maior a resistividade elétrica. Na Figura 4.9 apresenta-se os resultados

da evolução da resistividade elétrica do concreto para as três relações a/c em

condições sem cura (SC), cura 7 dias (7d) e 14 dias (14d).

FIGURA 4.9 – EVOLUÇÃO DA RESISTIVIDADE ELÉTRICA DO CONCRETO COM RELAÇÃO A/C CORRELAÇÃO ENTRE TEOR DE ADITIVOS E RESISTIVIDADE ELÉTRICA.

FONTE: SILVA (2016).

72

4.1.3.2 Temperatura

A temperatura influência diretamente na solução aquosa dos poros e

consequentemente na resistividade elétrica do concreto; conforme o aumento da

temperatura a viscosidade da solução diminui, acarretando na maior mobilidade

dos íons e assim na condutividade elétrica. (HELENE, 1993; NEVILLE, 2015).

A resistividade elétrica do concreto depende da temperatura, pois, esta

influência na solução nos poros. Na Figura 4.10 apresenta-se a resistividade

conforme a temperatura. Pode-se notar que a resistividade diminui com o

aumento da temperatura. (WHITING e NAGI, 2003).

FIGURA 4.10 – RESISTIVIDADE ELÉTRICA VERSUS TEMPERATURA.

FONTE: WHITING e NAGI (2003).

4.1.3.3 Teor de umidade e saturação

A variação do teor de umidade do concreto é o que mais influencia a

resistividade elétrica, pois quanto maior a umidade, maior é a quantidade de

solução nos poros, servindo de caminho para a corrente elétrica. (WHITING e

NAGI, 2003; HOPPE, 2005).

O concreto fresco comporta-se como um semicondutor, pois atua

basicamente como um eletrólito de até 100 Ωm, e no estado endurecido tem uma

resistividade cerca de 104 Ωm, e em estufa cerca de 109 Ωm, configurando um

ótimo isolante. Esta característica é em função dos íons presentes na solução

73

dos poros e sua transmissibilidade, pois quando não há conexão entre os

capilares, a corrente passa a ser transmitida pela água do gel. (NEVILLE, 2015).

4.1.3.4 Agentes agressivos - íons cloretos

Segundo Lencioni e Lima (2010), é contraditória a relação dos íons

cloretos com a resistividade elétrica, pois, enquanto alguns autores afirmam que

há diminuição da resistividade elétrica com a elevação do teor dos íons cloretos,

outros, afirmam ser insignificante esta alteração.

Hunkeler (1996) e Andrade (2005) discutem que conforme o aumento da

concentração de cloretos, não há alteração significativa da resistividade elétrica

do concreto, pois para os autores o que mais influencia a resistividade é o teor

de umidade do concreto.

O método AASTHO (Washington/EUA) – American Association of State

Highway and Transportation Officials, chamado de “Standard method of test for

surface resistivity indication of concrete’s ability to resist choride íon penetration”

(AASHTO, 2008), é utilizado para medir a resistividade elétrica superficial

através de uma sonda aplicada a corpos de prova cilíndricos de concreto,

relacionando os valores encontrados com o nível de penetrabilidade dos íons

cloreto no concreto. (LENCIONI, 2011).

Na Tabela 4.3, é indicada a probabilidade de penetração de íons cloreto

para cada dimensão de corpo de prova.

A influência da concentração de cloretos e do teor de umidade sobre a

resistividade elétrica foi objeto de estudo de Sallem et al. (1996), sendo que estes

autores concordam que a diminuição da resistividade está relacionada com o

aumento da concentração de íons e do teor de umidade, sendo observado na

Figura 4.12

74

TABELA 4.3 – PROBABILIDADE DE PENETRAÇÃO DE ÍONS CLORETO NO CONCRETO.

Probabilidade de

penetração dos íons

cloreto

Resistividade elétrica superficial do

concreto (kΩ.cm)

CP’s de 10x20

cm; a=3,81 cm

CP’s de 15x30

cm; a=3,81 cm

Alta < 12 < 9,5

Moderada 12 – 21 9,5 – 16,5

Baixa 21 – 37 16,5 - 29

Muito baixa 37 - 254 29N- 199

Desprezível > 254 >199

a = espaçamento entre as pontas de prova da sonda Wenner.

FONTE: AASHTO. (2008).

FIGURA 4.12 – RESISTIVIDADE ELÉTRICA EM FUNÇÃO DA UMIDADE E CONCENTRAÇÃO DE CL−.

FONTE: SALLEM et al. (1996).

Segundo Sallem et al. (1996), a ação de cloretos e sulfatos resultaram em

uma grande queda da resistividade elétrica quando comparados a misturas

isoladas. Isso pode ser observado na Figura 4.13.

75

FIGURA 4.13 – RESISTIVIDADE ELÉTRICA EM FUNÇÃO DA UMIDADE E CONCENTRAÇÃO DE CL− PARA UM TEOR DE SO4

− DE 7,2 KG/M³ NO CONCRETO.

FONTE: SALLEM et al. (1996).

Conclui-se que para um teor de 1,5% de umidade, o concreto consegue

proteger as armaduras, sendo o critério da resistividade mínima de 10 kohm.cm,

para uma concentração de Cl− de até 19,2 kg/m³. No entanto para a presença

de cloreto e sulfato, o teor passa para 4,8 kg/m³. (SALLEM et al., 1996).

4.2 RESISTENCIA À COMPRESSÃO

Segundo Neville (2015), normalmente considera-se a resistência do

concreto a propriedade de mais valia. No entanto, a durabilidade e a

permeabilidade em certos casos podem ser mais importantes. A resistência

oferece uma ideia global da qualidade do concreto, pois está relacionada

diretamente a matriz da pasta de cimento hidratada.

O concreto é considerado um material frágil, embora tenha um leve

comportamento plástico, pois a ruptura sob a carga estática ocorre com uma

deformação total pequena, sendo que como limite do comportamento frágil pode-

se considerar uma deformação entre 0,001 e 0,005 na ruptura. (NEVILLE, 2015).

A relação água/cimento e as propriedades do cimento influenciam no

aumento da resistência à compressão do concreto. Por exemplo, para misturas

de baixa relação água/cimento, há um aumento da resistência. Isto ocorre, pois

os grãos de cimento estão próximos uns dos outros, sendo a relação de

76

gel/espaço estabelecida rapidamente. Para climas quentes a resistência nas

primeiras idades é mais alta do que se comparado a climas frios. (NEVILLE,

2015).

De acordo com Neville (2015), é comumente utilizado o ensaio à

compressão do concreto, pois é de fácil execução. Além disso, a maioria das

propriedades estão relacionadas à resistência. Essa propriedade é importante

para o projeto estrutural.

Os resultados dos ensaios podem sofrer variações de acordo com o tipo

e dimensões do corpo de prova, pela cura, pelo molde, pelo capeamento

executado, pela rigidez da máquina e da velocidade da aplicação da carga.

Devido a estas e outras razões, o ensaio deve atender a requisitos de norma,

sem nenhuma alteração na metodologia descrita. (NEVILLE, 2015).

A resistência à compressão do concreto pode ser obtida mediante ensaios

em corpos de prova ou em testemunhos extraídos dos elementos estruturais. A

Norma Brasileira ABNT NBR 6118:2014 se refere à resistência à compressão

obtida através de ensaios de corpo de prova cilíndricos moldados segundo a

ABNT NBR 5738:2015 e rompidos como estabelece a ABNT NBR 5739:2007.

Não sendo indicada a idade, as resistências se referem à idade de 28 dias.

4.3 CORRELAÇÕES ENTRE RESISTIVIDADE ELÉTRICA E RESISTÊNCIA À

COMPRESSÃO DO CONCRETO

Segundo Andrade e D’Andrea (2011), a pasta de cimento recém-

misturada apresenta uma resistividade baixa, no entanto, ao endurecer, a

resistividade aumenta. Isto pode ser observado na Figura 4.14, na qual

apresenta a curva de resistividade de uma amostra nas primeiras 24 horas.

77

FIGURA 4.14 – DESENVOLVIMENTO DA RESISTIVIDADE ELÉTRICA DURANTE O PROCESSO DE ENDURECIMENTO.

FONTE: ANDRADE E D’ANDREA. (2011). TRADUZIDO PELA AUTORA.

Como demonstrado na Figura 4.15 a evolução da resistividade é paralela

a resistência mecânica. (ANDRADE E D’ANDREA, 2011).

FIGURA 4.15 – RELAÇÃO DA RESISTÊNCIA Á COMPRESSÃO E RESISTIVIDADE ELÉTRICA PARA UM DADO TIPO DE CIMENTO.

FONTE: ANDRADE E D’ANDREA. (2011).

O estudo de Lubeck (2008) mostra a relação da resistividade elétrica e a

resistência à compressão, sendo que a resistividade cresce conforme a

resistência mecânica cresce, Figura 4.15. Uma explicação para este resultado é

que tanto a resistividade quanto a resistência dependem da relação

água/aglomerante e da configuração dos poros. Com isso, pode-se concluir que

quanto menor a relação água/cimento maior será a resistividade e a resistência.

78

Na Figura 4.16 pode-se observar que as resistividades são diferentes para

cada mistura; portanto a durabilidade de uma estrutura não pode ser avaliada

simplesmente pela resistência a compressão. (LUBECK, 2008).

FIGURA 4.16 – RESISTIVIDADE ELÉTRICA VERSUS RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AOS 91 DIAS.

FONTE: LUBECK. (2008).

Segundo Lubeck (2008), os estabelecimentos de patamares de

resistência tiveram como resultado valores diferenciados para a resistividade

elétrica. Por exemplo, para 35 MPa, aos 28 dias, obteve-se uma variação de

7383 ohm.cm para a mistura REF e 6167 ohm.cm para a mistura 70E, podendo-

se concluir que para o traço com 70% de escória de alto forno a resistividade é

8,35 vezes maior que o traço contendo apenas cimento Portland Comum. Os

demais resultados para outros traços e outras idades pode ser observado na

Tabela 4.4.

TABELA 4.4 – RELAÇÕES ÁGUA/AGLOMERANTE E RESISTIVIDADES ELÉTRICAS

OBTIDAS. Traço a/c ρ

(Ω.cm)

Risco a/c ρ (Ω.cm

)

Risco a/c ρ (Ω.cm)

Risco

REF 0,59 7383 Alto 0,39 15894 Baixo 0,40 20572 Desprezível

50E 0,46 44940 Desprezível 0,31 56674 Desprezível 0,35 80457 Desprezível

50A 0,60 40883 Desprezível 0,36 59333 Desprezível 0,33 77148 Desprezível

70E 0,46 61671 Desprezível 0,30 70428 Desprezível 0,29 81231 Desprezível

FONTE: LUBECK. (2008).

79

Como conclusão, Lubeck (2008) obteve que a resistividade elétrica é

dependente da relação água/aglomerante, assim como a resistência à

compressão, seguindo de maneira aproximada uma lei exponencial.

No estudo de Rosa (2005), demonstra-se a correlação da resistividade e

resistência para as idades de 3, 7, 28 e 91 dias. Rosa (2005) também identificou

um aumento da resistividade com a resistência; isso ficou evidente nas idades

de 28 e 91 dias, sendo que, segundo o autor, nas idades iniciais de 3 e 7 dias

não há acréscimo de resistividade elétrica aparente a não ser que a mistura seja

ativada quimicamente.

Medeiros-Junior et al. (2014), também observaram que há uma correlação

da resistência mecânica do concreto à compressão com a resistividade elétrica

superficial. Esses autores mostraram que há alteração nos valores obtidos para

a resistividade de acordo com o tipo de cimento e a idade com que o ensaio foi

realizado. Pode-se observar na Figura 4.16 a correlação da resistência a

compressão e a resistividade elétrica para um cimento CP IV 32, que segundo o

autor foi o que obteve o segundo melhor resultado em termos de resistividade

elétrica, sendo o melhor resultado atribuído ao CP III 40 RS, demonstrado na

Figura 4.17.

FIGURA 4.16 - CORRELAÇÃO DA RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO E RESISTIVIDADE ELÉTRICA – CP IV 32.

FONTE: MEDEIROS – JUNIOR et al.. (2014).

80

FIGURA 4.17 - CORRELAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO E RESISTIVIDADE ELÉTRICA – CP III 40 RS.

FONTE: MEDEIROS – JUNIOR et al. (2014).

Em todos os estudos apresentados, Rosa (2005), Lubeck (2008), Andrade

e D’Andrea (2011) e Medeiros - Junior et al. (2014) concluíram que a

resistividade elétrica superficial aumenta de maneira proporcional ao

crescimento da resistência mecânica a compressão, sendo que isto ocorre

devido ao progresso da hidratação da pasta.

Em suma, a correlação destes dois ensaios é fundamental para se

determinar a durabilidade das estruturas de concreto, facilitando também ao

fabricante prever a resistência mecânica do concreto nas primeiras idades.

(ROSA, 2005; ANDRADE E D’ANDREA, 2011).

81

5 METODOLOGIA EXPERIMENTAL

Este trabalho tem como objetivo analisar a durabilidade do concreto frente

à ação de agentes agressivos marinhos, no qual foi desenvolvido um estudo

experimental que possibilitou a correlação dos ensaios de resistência à

compressão e a resistividade elétrica.

O estudo experimental consiste na análise de 4 (quatro) relações

água/cimento: 0,42, 0,48, 0,54 e 0,60, com a utilização do cimento CPIV 32 RS,

sendo os corpos de prova submetidos a ciclos de molhagem e secagem em

solução combinada de cloreto de sódio e sulfato de sódio, simulando as

condições de agressividade marinha. Além dessa condição agressiva, tendo em

vista obter referências para avaliar o efeito dos agentes agressivos, também

foram estudadas a condições de saturação em água e ciclo de molhagem e

secagem em água.

O planejamento deste estudo foi baseado na bibliografia de referência,

como o trabalho de Medeiros Junior. et al. (2014), de forma a dar continuidade e

complementar estes estudos. A seguir são apresentadas as variáveis

independentes e dependentes deste estudo.

Variáveis independentes

As variáveis independentes são fixas, e influenciam nas variáveis

dependentes. As variáveis independentes são as seguintes:

Cimento CPIV 32 RS;

Diâmetro máximo do agregado graúdo (19 mm);

Diâmetro máximo do agregado miúdo (9,5 mm);

Relações água/cimento em 4 níveis: 0,42, 0,48, 0,54 e 0,60;

Ciclo de molhagem/secagem (4 dias submerso e 3 dias seco);

Geometria dos corpos de prova (cilíndrico Ø 100mmx200mm);

Condições de cura (câmara úmida com 95 % de umidade relativa e 25 ±

2ºC de temperatura por 28 dias).

82

Variáveis dependentes

As variáveis dependentes são influenciadas pelas variáveis

independentes, representado as características do concreto. Para esta pesquisa,

as variáveis dependentes analisadas são:

Resistência à compressão axial,

Resistividade elétrica superficial.

5.1. ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS

Anteriormente à moldagem dos corpos de prova, realizou-se o ensaio de

caracterização dos materiais a serem utilizados no estudo. Estes processos

preliminares são fundamentais para conhecer as propriedades destes materiais.

Com o objetivo de retirar eventuais impurezas e umidade, o agregado

graúdo foi lavado e posteriormente seco em estufa a 105º C. O agregado miúdo

foi comprado e passou somente pelo processo de secagem em estufa.

Portanto, na sequência, serão apresentadas as tabelas e gráficos obtidos

pelos ensaios e as características físicas e químicas dos materiais fornecidas

pelos fabricantes, sendo todos os procedimentos de acordo com as normas

vigentes.

5.1.1 Cimento

Como o estudo foi realizado na região sul, utilizou-se o CPIV 32 RS, pois

é o tipo de cimento mais comum comercializado na região, em comparação ao

CP III. Atrelado a este fato, a utilização deste cimento é ideal para ambientes

agressivos, como é o foco deste trabalho (classe de agressividade ambiental IV

– muito forte), pois a adição pozolânica proporciona maior durabilidade às

estruturas.

Conforme já abordado neste trabalho no Capítulo 3, a escolha de um

cimento adequado é fundamental para a resistência a um ambiente agressivo. A

83

escolha de um cimento do tipo RS foi baseada no fato de o estudo em questão

utilizar solução de sulfato de sódio (NaSO4).

As características físicas, químicas e mecânicas do cimento CP IV 32 RS

estão apresentadas nas Tabelas 5.1 e 5.2, respectivamente.

TABELA 5.1 – PROPRIEDADES QÚIMICAS DO CPIV 32 RS.

Componente Faixa de concentração (%)

Silicato tricálcico 20-70

Silicato dicálcico 10-60

Ferro-aluminato de cálcio 5-15

Sulfato de cálcio 2-10

Aluminato tricálcico 1-15

Carbonato de cálcio 0-5

Óxido de magnésio 0-4

Óxido de cálcio 0-0,2

FONTE: FICHA DE INFORMAÇÕES – FISPQ (NBR14725-4:2012). FORNECIDA PELO FABRICANTE E NBR 5736:1991.

TABELA 5.2 – PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS DO CP IV 32 RS.

Características Unidades Limites

Finura (resíduo na peneira 75 µm) % retida > 8,0

Massa específica Absoluta g/cm³ a 20 °C 2,8 – 3,2

Massa específica Aparente g/cm³ a 20 °C 0,9 – 1,2

Tempo de início de pega H 5

Perda ao fogo % > 4,5

Resistência à Compressão

axial

3 dias MPa 10,0

7 dias MPa 20,0

28 dias MPa 32,0

FONTE: FICHA DE INFORMAÇÕES – FISPQ (NBR14725-4:2012). FORNECIDA PELO FABRICANTE E NBR 5736:1991.

84

5.1.2. Agregado miúdo

O agregado miúdo utilizado no estudo foi uma areia natural. Os resultados

dos ensaios de caracterização são apresentados na Tabela 5.3.

TABELA 5.3 – RESULTADOS DOS ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO MIÚDO.

Ensaio Resultado Norma (NBR)

Massa específica do

agregado 2,470 g/cm³ NBR NM 52:2009

Massa específica aparente

do agregado seco 2,535 g/cm³ NBR NM 52:2009


agregado saturado

superfície seca

2,508 g/cm³ NBR NM 52:2009

Massa unitária 1,477 g/cm³ NBR NM 45:2006

Teor de material

pulverulento 3,15 % NBR NM 46:2003

FONTE: AUTORA.

A distribuição do tamanho dos grãos do agregado miúdo está apresentada

na Tabela 5.4 e a curva granulométrica na Figura 5.1, conforme NBR NM

248:2003.

TABELA 5.4 – DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DOS AGREGADOS MIÚDOS.

Peneiras Massa Porcentagem Retida

% Retida Acumulada

(mm) (g) (%) (%)

6,35 0,92 0,184 0,184

4,76 0,58 0,116 0,116

2,36 7,37 1,478 1,594

1,18 34,79 6,975 8,569

0,6 126,41 25,345 33,914

0,3 142,12 28,495 62,409

0,15 170,61 34,207 96,616

0,01 16,81 3,370 99,986

Total 498,69 99,986 99,986

FONTE: AUTORA.

85

FIGURA 5.1 – CURVA GRANULOMÉTRICA DO AGREGADO MIÚDO.

FONTE: AUTORA.

De acordo coma a Tabela 5.4 e a Figura 5.1, pode-se notar que curva

granulométrica se encaixa na zona utilizável, sendo classificada como areia fina,

com módulo de finura de 2,21 e diâmetro máximo de 9,5 mm.

5.1.3 Agregado graúdo

O agregado graúdo utilizado neste estudo foi pedra britada, lavada e

posteriormente, seca em estufa.

As características físicas e a curva granulométrica são demonstradas na

Tabela 5.5 e Figura 5.2, respectivamente.

86

TABELA 5.5 – RESULTADOS ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO AGREGADO GRAÚDO. continua

Ensaio Resultado Norma (NBR)

Massa específica

aparente do agregado

seco

2,714 g/cm³ ABNT NBR NM 53:2009


agregado saturado

superfície seca

2,720 g/cm³ ABNT NBR NM 53:2009

Massa específica

aparente 2,730 g/cm³ ABNT NBR NM 53:2009

FONTE: AUTORA.

FIGURA 5.2 – CURVA GRANULOMÉTRICA DO AGREGADO GRAÚDO.

FONTE: AUTORA.

87

Os ensaios de granulometria foram realizados de acordo com a NBR NM

248:2003, e conforme a Figura 5.1, pode-se concluir que o diâmetro máximo

para o agregado graúdo é de 19 mm.

5.1.4 Água

A água utilizada para o estudo foi fornecida pelo abastecimento público

efetuado pela Companhia de Saneamento do Paraná (SANEPAR), não sendo

feito tratamento para o uso.

5.2 DEFINIÇÃO DO TRAÇO

O traço 1:1,4:2,1(cimento:areia:brita) em materiais secos foi utilizado com

o objetivo de dar continuidade ao estudo de Medeiros Junior et al. (2014), que

também investigou a relação entre a resistência à compressão e a resistividade

elétrica. A escolha deste traço justifica-se pelo fato de não precisar utilizar

aditivos para a relação a/c mais baixa selecionada neste estudo. A utilização de

aditivos poderia implicar em divergências nos resultados, uma vez que se

desconhece em parte a interferência destes na leitura da resistividade elétrica

superficial.

Utilizou-se para este traço 4 (quatro) relações a/c: 0,42, 0,48, 0,54 e 0,60.

Optou-se pela utilização de 4 (quatro) relações a fim de se variar a porosidade e

a resistência à compressão dos concretos. Além disso, as quatro relações a/c

vão constituir diferentes pontos da curva de correlação entre a resistividade

elétrica e a resistência à compressão. Sendo assim, quanto mais pontos uma

curva possui mais precisa será. Limitou-se a 4 (quatro), pois, mais relações

implicaria em mais corpos de prova e mais recursos a serem utilizados.

5.3 MOLDAGEM E CURA DOS CORPOS DE PROVA

Para o estudo foram moldados 120 corpos de prova cilíndricos

(Ø100mmx200mm), divididos conforme as 4 (quatro) relações água/cimento já

88

mencionadas, 0,42, 0,48, 0,54 e 0,60, sendo 30 corpos de prova para cada

relação.

Para cada relação água/cimento, obteve-se os consumos de cimento em

quilograma por metro cúbico, sendo calculado a partir da Lei de Molinari. Os

valores para cimento, areia e brita em quilograma por metro cúbico para a

moldagem dos corpos de prova são apresentados na Tabelas 5.6.

TABELA 5.6 – CONSUMO DE CIMENTO, AREIA E BRITA EM KG/M³ E FCK.

Relação

água/cimento

Consumo de cimento

(kg/m³) Areia (kg) Brita (kg) fck

0,42 484,9 678,9 1.018,3 49,3

0,48 471,2 659,7 989,5 41,3

0,54 458,3 641,5 962,3 33,9

0,60 445,98 624,4 936,6 27,9

FONTE: AUTORA.

Após o pré-tratamento dos materiais (lavagem e secagem em estufa a

105 °C), realizou-se a imprimação da betoneira, que consiste em colocar uma

nata de cimento no equipamento para evitar que o concreto perca umidade.

Logo após a imprimação, os materiais foram colocados na betoneira em

duas etapas. Na primeira, foram colocados os agregados e metade da

quantidade de água; na segunda, após breve mistura, o cimento e o restante da

água. Na sequência, os materiais foram misturados durante aproximadamente 6

(seis) minutos, conforme Figura 5.3 - a.

Nos moldes, aplicou-se um desmoldante para facilitar o processo de

desmoldagem dos corpos de prova, conforme a Figura 5.3 - b.

89

FIGURA 5.3 – MISTURA DOS MATERIAS NA BETONEIRA E PREPARAÇÃO DOS MOLDES.

(a) (b)

FONTE: AUTORA.

Para o ensaio do abatimento do tronco de cone (Slump Test) e

espalhamento (Flow Test), foi utilizado o tronco de cone padronizado pela NBR

NM 67:1998. O tronco de cone foi preenchido com amostra de concreto em três

camadas de mesma altura, sendo aplicados 25 golpes com haste metálica

padronizada, em cada camada e de forma uniforme. Por fim, é retirado o molde

e o concreto sem suporte abate-se pelo seu próprio peso. O abatimento do

concreto é então medido. Para cada relação água/cimento, obteve-se um

abatimento, conforme Tabela 5.7 e Figuras 5.4 – a e 5.4 - b.

TABELA 5.7 – ABATIMENTO E ESPALHAMENTO DO CONCRETO PARA CADA RELAÇÃO

A/C ANALISADA.

Relação a/c Abatimento (mm) Espalhamento (mm)

0,42 100 -

0,48 210

0,54 - 55

0,60 - 68

FONTE: AUTORA.

90

FIGURA 5.4 – MISTURA DOS MATERIAS NA BETONEIRA E PREPARAÇÃO DOS MOLDES.

(a) (b)

FONTE: AUTORA.

Após o Slump Test e Flow Test, realizou-se a moldagem dos corpos de

prova cilíndricos com as dimensões de 100 mm de diâmetro por 200 mm de

altura.

Os corpos de prova foram moldados em duas camadas, sendo o

adensamento feito com haste metálica. Os corpos de prova foram envoltos por

filme plástico, para evitar a saída da água do concreto durante as primeiras 24

horas, Figura 5.5.

FIGURA 5.5 – CORPOS-DE PROVA APÓS A MOLDAGEM E ENVOLTOS POR FILME PLÁSTICO.

FONTE: AUTORA.

91

Após 24 horas, os corpos de prova (CPs) foram desmoldados e colocados

em câmara úmida com 95 % de umidade relativa e 25 ± 2ºC de temperatura.

Esses CPs permaneceram na câmara úmida em cura, até a data da realização

dos primeiros ensaios de resistência à compressão e resistividade elétrica, ou

seja, por 28 dias. (Figura 5.6).

FIGURA 5.6 – CORPOS DE PROVA NA CÂMARA ÚMIDA.

FONTE: AUTORA.

5.4 CICLOS DE MOLHAGEM E SECAGEM

Com o intuito de simular as zonas de agressividade marinha, variação e

respingos de maré, conforme descrito neste trabalho no capítulo 3, realizou-se o

ciclo de molhagem e secagem nos corpos de prova.

Após o período de cura, os corpos de prova foram expostos a umidade

ambiente por 4 dias e logo após foram imersos em solução combinada de 3,5 %

de cloreto de sódio (NaCl−) e 5% de sulfato de sódio (NaSO4) por 3 dias. Esses 7

dias (4 dias seco e 3 dias submerso) constituíram um ciclo. A escolha dessa

metodologia para os ciclos de molhagem e secagem foi baseada nos estudos de

Figueiredo et al. (2014), Otieno et al. (2016) e Fioriti et al. (2016), quanto que

para a porcentagem utilizada de cloreto de sódio e sulfato de sódio, Gao et al.

(2013), Gong, Cao e Wang (2016) e Chen et al. (2016), 5 % de sulfato de sódio;

Malheiro et al. (2014), Wang e Gao (2016) e Jiang e Niu (2016), 3,5 % de cloreto

92

de sódio. Estes íons foram escolhidos pois possuem maior representatividade

na água do mar.

A Figura 5.7 demonstra os corpos de prova em imersão na solução

agressiva.

FIGURA 5.7 – CORPOS DE PROVA IMERSOS EM SOLUÇÃO AGRESSIVA.

FONTE: AUTORA.

Além do estudo do concreto para condição agressiva, parte dos corpos de

prova de todas as relações a/c analisadas foram expostas a condições de

imersão permanente em água potável e em ciclos de molhagem e secagem

apenas com água.

Sendo assim, para cada condição e para cada idade, 28 dias (câmara

úmida), 42 dias (2 ciclos), 91 dias (9 ciclos) e 140 dias (16 ciclos), foram

realizados os ensaios de resistência à compressão axial e resistividade elétrica,

os quais os resultados serão discutidos no próximo capítulo deste trabalho.

A Figura 5.8 demonstra um fluxograma para melhor compreensão da

movimentação dos corpos de prova durante os ciclos e para cada condição.

93

FIGURA 5.8 – FLUXOGRAMA DAS CONDIÇÕES E ENSAIOS ANALISADOS.

FONTE: AUTORA.

De acordo com a Figura 5.8, para cada idade, foram realizados os ensaios

de compressão e resistividade elétrica superficial (RES), sendo que para cada

condição foram rompidos 3 (três) corpos de prova.

5.5 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

Os ensaios de resistência à compressão simples foram realizados

segundo a ABNT NBR 5739: 2007 para as idades de 28, 42, 91 e 140 dias.

O ensaio de rompimento de corpos de prova de concreto tem como

principal objetivo a determinação da resistência à compressão, sendo que o

ensaio consiste na utilização de corpos de prova na condição saturada, que

simula a pior condição do concreto em obra, onde os poros estão completamente

94

preenchidos por água. Para a preparação de todos os CPs, foram utilizados

discos de neopreme, com o intuito de nivelar os corpos de prova. A nivelação

dos corpos de prova é fundamental, pois evita que durante a ruptura, a prensa

encoste apenas em parte da face superior do corpo de prova levando a

concentração de tensões.

Logo após, aplicou-se a força axial com velocidade de carregamento

controlada pela prensa com capacidade de 1000 kN. O controle do carregamento

é fundamental, pois pode interferir nos resultados.

A Figura 5.9 demonstra o ensaio de resistência à compressão e o

rompimento dos corpos de prova para a relação de a/c de 0,42 aos 28 dias, ou

seja, após a retirada da câmara úmida.

FIGURA 5.9 – ENSAIO DE COMPRESSÃO AXIAL NA PRENSA HIDRÁULICA.

FONTE: AUTORA.

95


O ensaio de Resistividade Elétrica Superficial (RES) foi realizado pelo

método de Wenner ou dos quatro eletrodos para as idades de 28, 42, 91 e 140

dias, de acordo com a UNE 83988 (2012).

A aplicação deste método tornou-se uma forma fácil para mensurar a

resistividade em concretos de maneira não destrutiva. O aparelho de medição

Resipod foi utilizado e possui quatro eletrodos igualmente espaçados em 50 mm,

os eletrodod são pressionados contra o corpo de prova e é aplicada uma corrente

elétrica nos eletrodos mais externos e a medida da tensão resultante é feita pelos

eletrodos internos.

Portanto, a resistividade elétrica é determinada medindo-se as diferenças

de potencial no concreto, sendo uma propriedade do material a qual indica a

resistência à passagem de cargas elétricas.

Para todos os corpos de prova, foram executadas 3 (três) leituras no

aparelho, com ângulo de aproximadamente 120°. Na Figura 5.10 é demonstrada

uma das leituras de resistividade elétrica superficial realizada em corpo de prova.

A condição adotada é a recomendada pela norma UNE 83988 (2012), saturado

superfície seca. Ainda de acordo com a mesma norma, devido à dimensão

limitada dos CPs, é necessário aplicar um fator de correção de forma de 0,377

nas leituras de RES.

FIGURA 5.10 – ENSAIO DE RESISTIVIDADE ELÉTRICA COM O APARELHO RESIPOD.

FONTE: AUTORA.

96

6. RESULTADOS

Neste capítulo são abordados e discutidos os resultados dos ensaios

realizados conforme a metodologia descrita no capítulo anterior. O objetivo

principal é estabelecer uma correlação entre os ensaios de resistência à

compressão e a resistividade elétrica do concreto submetido a solução

combinada de cloreto de sódio e sulfato de sódio, simulando uma condição de

agressividade que ocorrem nas zonas de variação e respingos de maré.

6.1 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

O ensaio de resistência à compressão foi realizado em 3 corpos de prova

para cada relação água/cimento, nas idades de 28, 42, 91 e 140 dias. O

resultado médio de resistência à compressão para a condição de imersão nas

idades de 28 dias, 42 dias, 91 dias e 140 dias está apresentada na Figura 6.1.

Pela similaridade da condição de exposição, a Figura 6.1 também revela os

resultados para os CPs aos 28 dias após a câmara úmida.

A Figura 6.2 apresenta valores da resistência à compressão para ciclo de

molhagem e secagem com água para as relações analisadas,0,42, 0,48, 0,54 e

0,60 e, para todas as idades. Do mesmo modo, a Figura 6.3 apresenta os valores

da resistência à compressão para ciclo de molhagem e secagem com solução

combinada de cloreto de sódio e sulfato de sódio.

FIGURA 6.1 – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO NA CONDIÇÃO DE IMERSÃO EM ÁGUA.

FONTE: AUTORA.

97

FIGURA 6.2 – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO PARA A CONDIÇÃO DE CICLO DE M/S COM ÁGUA.

FONTE: AUTORA

FIGURA 6.3 – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO PARA A CONDIÇÃO DE CICLO DE M/S COM SOLUÇÃO COMBINADA DE CLORETO DE SÓDIO E SULFATO DE SÓDIO.

FONTE: AUTORA

Como já mencionado, as propriedades ligadas a durabilidade dependem

do tipo de relação a/c, adição, condição ao qual a estrutura está exposta e

principalmente a condições de cura. A norma ABNT NBR 6118:2014, estabelece

para o concreto uma relação a/c menor ou igual a 0,40 e resistência à

compressão igual ou superior a 40 MPa, isto para ambiente industrial-marinho

com classe de agressividade elevada (IV). A partir disto, pode-se notar que para

98

relação 0,42 os valores obtidos para a resistência a compressão são maiores do

que os estabelecidos por norma, ressaltando esta determinação.

Observa-se nos gráficos apresentados que, conforme a relação a/c

aumenta, menor são os valores obtidos para a resistência à compressão, como

por exemplo, para a relação a/c de 0,42, aos 42 dias a resistência à compressão

é de 55,2 MPa, e para a relação a/c de 0,60 de 29,9 MPa, representando um

decréscimo de 54,1 % para este exemplo. Os resultados foram esperados, pois

o consumo de cimento está atrelado a porosidade do concreto, ou seja, quanto

maior a relação a/c, maior será a porosidade do concreto afetando diretamente

na resistência à compressão. Esse comportamento também foi observado para

as demais condições de agressividade analisadas. Autores, como Metha e

Monteiro (2006) e Medeiros Junior et al. (2014), constataram o mesmo

comportamento.

A resistência à compressão aumenta ao longo do tempo, como pode-se

notar nos gráficos, para o exemplo mencionado, a resistência à compressão para

a relação a/c 0,42 passa de 55,2 MPa para 56,9 MPa, para 42 dias e 140 dias

respectivamente. Isto ocorre devido às reações de hidratação do cimento e às

reações pozolânicas, fato observado por diversos autores na literatura, como

Mehta e Monteiro (2006).

Constatou-se que os resultados da resistência à compressão para os

corpos de prova submetidos a ciclos de molhagem e secagem com solução

combinada de cloreto de sódio (NaCl−) e sulfato de sódio (NaSO4), obtiveram

pouco acréscimo de resistência com o tempo. Por exemplo, para a relação a/c

de 0,42, a resistência à compressão passou de 54, 3 MPa, aos 42 dias, para

56,5 MPa, aos 140 dias.

Uma hipótese para a pouca variação na resistência à compressão para

esta condição, seria de que a ação do cloreto de sódio influência no ataque do

sulfato de sódio, pois de acordo com Silveira (1996), o concreto exposto ao

sulfato, a resistência à compressão pode crescer nas primeiras idades, pois, as

reações entre os íons sulfato e os compostos hidratados do cimento transformam

os cristais de monosulfatoaluminato de cálcio em etringita, produto que densifica

a microestrutura do concreto, acarretando em maior ganho de resistência,

99

quanto que analisando somente a penetração de cloretos no concreto, o ganho

de resistência à compressão ao longo do tempo tende a diminuir.

O presente estudo trata da solução combinada com cloreto e sulfato, não

da ação isolada de ambos, portanto como citado acima, o ataque por sulfato

isoladamente tende a aumentar a resistência; No entanto conforme os resultados

obtidos para esta condição, não há grande acréscimo de resistência, reforçando

a hipótese de que a presença de cloretos pode inibir o ataque por sulfatos, Maes

e De Belie (2014) encontraram resultados similares aos analisar a ação de

ambos os íons.


A medida da resistividade elétrica superficial foi obtida pelo método de

Wennner, ou quatro pontos, para cada relação água/cimento e idades de 28, 42,

91 e 140 dias. Os resultados estão indicados nas Figuras 6.4, 6.5, 6.6 e 6,7,

sendo que os ensaios foram realizados para os corpos de prova saturados com

superfície seca.

FIGURA 6.4 – RESISTIVIDADE ELÉTRICA PARA CONDIÇÃO DE IMERSÃO.

FONTE: AUTORA

100

FIGURA 6.5 – RESISTIVIDADE ELÉTRICA PARA CICLO DE M/S COM ÁGUA.

FONTE: AUTORA

FIGURA 6.6 – RESISTIVIDADE ELÉTRICA PARA CICLO DE M/S COM SOLUÇÃO COMBINADA DE CLORETO DE SÓDIO E SULFATO DE SÓDIO.

FONTE: AUTORA

101

FIGURA 6.7 – RESISTIVIDADE ELÉTRICA AOS 42 DIAS PARA AS CONDIÇÕES ANALISADAS.

FONTE: AUTORA

Conforme apresentado nos gráficos, é possível observar o aumento da

RES ao longo do tempo, sendo que para a condição de imersão e para o ciclo

de molhagem e secagem com água, os valores de resistividade praticamente

dobraram dos 42 aos 140 dias. Por exemplo, para a relação a/c 0,42 para ciclo

de molhagem e secagem com água, a resistividade passou de 23,1 kΩ.cm para

2 ciclos (42 dias), para 53,6 kΩ.cm para 16 ciclos (140 dias). Este fato ocorre,

pois, ao longo do tempo há um preenchimento e refinamento dos poros do

concreto devido a hidratação do cimento e das reações pozolânica, fato já

observado por alguns autores como: Santos (2006) e Real (2015).

De acordo com Whiting e Nagi (2003), conforme ocorre a hidratação do

concreto, a resistividade aumenta gradativamente; no entanto, deve-se garantir

a cura adequada.

Observa-se ainda que o concreto com relação a/c de 0,42 possui maiores

valores de resistividade elétrica, aos 140 dias (16 ciclos), em comparação com

as demais relações a/c analisadas, para uma mesma condição de exposição. No

estudo de Medeiros Junior et al. (2014), onde foram utilizadas as relações a/c de

102

0,4, 0,5 e 0,6, os resultados apresentaram a mesma tendência. O aumento da

porosidade é obtido através do aumento da relação a/c, reduzindo a resistividade

elétrica.

Sallem et al. (1996) concordam que a diminuição da resistividade está

relacionada com o aumento da concentração de íons cloretos e sulfatos, fato

observado também no presente trabalho para a solução combinada de 3,5 % de

cloreto e 5% de sulfato, Figura 6.7.

No estudo de Sallem et al. (1996), a comparação dos resultados da ação

de cloretos e sulfatos na queda da resistividade elétrica é feita para misturas

isoladas. Real (2015), analisando somente o efeito dos íons cloretos, obteve 95%

de confiabilidade que tanto a idade quanto o teor de cloretos foram fatores

significativamente influentes na resistividade elétrica.

Analisando os valores de RES, aos 28 dias, e após 2 ciclos de molhagem

e secagem em solução combinada de cloreto de sódio e sulfato de sódio, notou-

se uma redução. Isto ocorre devido ao aumento da concentração de íons

presentes nos poros do concreto, aumentando o fluxo de corrente elétrica. Fato

já observado por Baweja et al. (1997) e Sallem et al. (1996).

6.3 CORRELAÇÕES ENTRE A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO E A

RESISTIVIDADE ELÉTRICA SUPERFICIAL

Neste item serão apresentadas as possíveis correlações entre a

resistência à compressão e a resistividade para todas a relações a/c e as

condições analisadas.

As relações a/c oferecem quatro pontos no gráfico de correlações. Assim

é possível construir linhas de tendência para todas as condições analisadas,

sendo que o R², coeficiente de determinação, auxilia na interpretação dos

resultados. Este pode variar de 0 a 1, onde 1 seria a correlação perfeita.

Nas Figuras 6.8 a 6.10, são apresentados gráficos de correlação entre a

resistência à compressão e a resistividade elétrica para todas as condições.

Nota-se que o menor R², relativo a primeira idade, é para a condição de

molhagem e secagem com solução combinada de cloreto de sódio e sulfato de

sódio. Para a última idade analisada, 140 dias, há redução do R² para esta

103

condição. Como analisado, no item anterior, a RES reduz, comparando com o

valor de referência de 28 dias, estabilizando com o tempo.

FIGURA 6.8 – CORRELAÇÃO ENTRE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO E RESISTIVIDADE

ELÉTRICA AOS 42 DIAS PARA TODAS AS CONDIÇÕES ANALISADAS.

FONTE: AUTORA

FIGURA 6.9 – CORRELAÇÃO ENTRE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO E RESISTIVIDADE ELÉTRICA AOS 91 DIAS PARA TODAS AS CONDIÇÕES ANALISADAS.

FONTE: AUTORA.

104

FIGURA 6.10 - CORRELAÇÃO ENTRE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO E RESISTIVIDADE ELÉTRICA AOS 140 DIAS PARA TODAS AS CONDIÇÕES ANALISADAS.

FONTE: AUTORA

Nas Figuras 6.11 a 6.13, apresenta-se curvas de correlação entre a

resistência à compressão e a resistividade elétrica superficial para as condições

analisadas, no entanto, separando-as para as diferentes relações a/c,

constituindo uma outra análise.

FIGURA 6.11 - CORRELAÇÃO ENTRE A RESISTIVIDADE ELÉTRICA E A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO PARA A CONDIÇÃO DE IMERSÃO.

FONTE: AUTORA

105

FIGURA 6.12 - CORRELAÇÃO ENTRE A RESISTIVIDADE ELÉTRICA E A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO PARA A CONDIÇÃO DE CICLO DE M/S COM ÁGUA.

FONTE: AUTORA

FIGURA 6.13 - CORRELAÇÃO ENTRE A RESISTIVIDADE ELÉTRICA E A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO PARA A CONDIÇÃO DE CICLO DE M/S COM SOLUÇÃO COMBINADA DE

CLORETO E SULFATO.

FONTE: AUTORA

106

Conforme os gráficos apresentados, e as linhas de tendência obtidas, é

possível concluir que a resistência à compressão e a resistividade elétrica

possuem boa correlação. Nota-se que o melhor ajuste, o qual possui o maior

valor para R², foi o logarítmico, assim como também encontrado no estudo de

Medeiros Junior et al. (2014). Para a correlação por condição de agressividade,

o melhor ajuste é o linear, como observado também por Ferreiro e Jalali (2010).

Observa-se que para a condição de imersão e ciclo de molhagem e

secagem com água, a correlação que melhor se ajusta é a por idade, a qual

obteve o maior R².

Com o uso de resultados semelhantes de outros estudos, como o de

Medeiros Junior et al. (2014) e Real (2015), fica evidente a possibilidade da

utilização de ensaios de resistividade elétrica para se estimar a resistência à

compressão para o concreto, ou seja, através da estimativa da RES pode-se ter

uma ideia da faixa de valores de resistência à compressão esperada, e

consequentemente facilitar o monitoramento contínuo do concreto, visto que

este ensaio é de fácil execução e não destrutivo.

107

7 CONSIDERAÇÕES FINAIS

As principais conclusões obtidas com esse estudo são citadas a seguir:

A resistência à compressão e RES aumentam ao longo do tempo, para

as condições analisadas. Uma possível explicação para os resultados

obtidos, é que tanto a resistência quanto à resistividade, dependem da

relação a/c e da distribuição dos poros, portanto, quanto menor a relação

a/c maior será a RES e a resistência, como Lubeck (2008) também

observou.

A resistência à compressão diminui com o aumento da relação a/c;

Há possibilidade dos íons cloretos influenciarem nos resultados obtidos

para a condição de molhagem e secagem com solução combinada de

cloreto e sulfato, pois, como apresentado, há o estudo de Silveira (1996),

que relaciona o ataque de sulfatos com o ganho de resistência à

compressão nos primeiros estágios de ataque.

Os maiores valores de RES são para a relação a/c de 0,42, para todas as

condições analisadas;

A resistência à compressão e a RES diminuem conforme a relação a/c

aumenta. Isto porque, a relação a/c está diretamente relacionada a

porosidade do concreto, portanto, quanto maior esta relação, maior será

a quantidade de vazios e de poros, a permeabilidade, conforme Abreu

(1998) e Santos (2006) também observaram;

Para o ciclo de molhagem e secagem com solução combinada de cloreto

de sódio e sulfato de sódio, a RES pouco varia ao longo do tempo. Sallem

et al. (1996), também observou este aspecto. A diminuição da RES está

relacionada ao aumento de íons e da umidade.

Os valores obtidos para a resistência à compressão e a resistividade

elétrica superficial para a condição de ciclos de molhagem e secagem

com água são superiores aos valores encontrados para a condição de

imersão.

Para a condição de imersão e ciclo de molhagem e secagem com água

obteve-se o melhor valor para R² de 0,9423, aos 42 dias, constituindo a

correlação por idade que melhor se ajustou.

108

O estudo possibilitou ter uma ideia da faixa de valores de resistência à

compressão esperada através da estimativa da RES, deste modo, facilitar

o monitoramento do concreto.

Sugestões para outros trabalhos

Sugere-se realizar:

O monitoramento da resistividade elétrica, por exemplo para corpos de

prova submetidos a diferentes ciclos de molhagem;

Analisara o efeito das adições minerais e aditivos;

Inferir em maiores idades, e diferentes idades os ensaios de resistência à

compressão e resistividade elétrica;

Analisar o efeito de outras condições de agressividades para os ensaios;

Realizar os ensaios para outras soluções agressivas.

109

8. REFERÊNCIAS

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