UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ CURSO DE ENGENHARIA CIVIL CRISTIANO DIEGO POERSCH LUAN MARLON BUENO SANTOS

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UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

CRISTIANO DIEGO POERSCH

LUAN MARLON BUENO SANTOS

REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO - ESTUDO COMPARATIVO DA

INFLUÊNCIA EM CONCRETOS ARMADO E PROTENDIDO

CURITIBA

2015

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CRISTIANO DIEGO POERSCH

LUAN MARLON BUENO SANTOS

REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO - ESTUDO COMPARATIVO DA

INFLUÊNCIA EM CONCRETOS ARMADO E PROTENDIDO

Trabalho de conclusão de curso apresentado ao curso de Engenharia Civil da Faculdade de Ciências Exatas e de Tecnologia da Universidade Tuiuti do Paraná, como requisito parcial para obtenção de grau de Engenheiro Civil.

Orientador (a) Msc. : Eliane Pereira de Lima

CURITIBA

2015

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AGRADECIMENTOS

Agradecemos ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Tuiuti do Paraná, е às pessoas com quem convivemos nesses espaços ао longo desses anos. А experiência de υmа produção compartilhada na comunhão com amigos nesses

espaços foram а melhor experiência de nossa formação acadêmica. Agradeço а Deus pois sem Ele não teríamos forças pаrа essa longa jornada,

agradecemos aos professores е аоs colegas qυе ajudaram na conclusão da monografia.

À nossa orientadora Eliane Peireira de Lima, por seus ensinamentos, paciência е confiança ао longo das supervisões das nossas atividades. É um prazer tê-la na

banca examinadora.

Аоs familiares que mesmo longe, torcem e dão todo o apoio e incentivo necessário para conclusão dessa jornada tão importante.

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RESUMO

A reação álcali-agregado é uma reação química causada entre os hidróxidos presentes no cimento, e minerais reativos presentes nos agregados, os quais dão origem a um gel sílico-alcalino que na presença de água acaba expandindo, desenvolvendo um quadro de fissuração deletéria que serve de porta para ocorrência de outras patologias. Embora esta reação seja conhecida por mais de 70 anos, e apesar dos diversos estudos e análises já realizadas onde vários autores a classificam como extremamente prejudicial a durabilidade do concreto, sua ocorrência ainda não foi totalmente controlada e abolida, causando problemas estruturais até os dias de hoje. Em virtude dos problemas causados pela reação álcali-agregado em grandes estruturas, visualizou-se a necessidade da realização de um estudo comparativo dos impactos causados pela reação a resistência mecânica do concreto armado e protendido. O presente trabalho empregou a utilização de dois traços de concreto, no intuito de comparar estruturas de concreto de armadura passiva e ativa com a moldagem de vigas e corpos de prova que tiveram as mesmas condições de aceleração de idade fictícia, para analisar a influência da reação na resistência final da estrutura de um dos traços. Como resultado pode-se visualizar a importância da caracterização dos agregados utilizados para fabricação do concreto, onde com o desenvolvimento da reação podemos visualizar uma perda de resistência acentuada, devido a reação deletéria e influência da granulometria dos agregados.

Palavras-Chave: Patologia do concreto; Reação álcali-agregado; Ensaio acelerado de vigas de concreto; Vigas Protendidas; Granolometria; Vidro Pyrex.

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LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 – PONTE PROTENDIDA SOBRE AÇÃO DA RAA ... 17

FIGURA 2- GRÁFICO COMPORTAMENTO ELÁSTICO ... 19

FIGURA 3 - RELAÇÃO ENTRE O CONSUMO DE CIMENTO NO CONCRETO E O EQUIVALENTE ALCALINO DO CIMENTO ... 21

FIGURA 4 - INFLUÊNCIA DA GRANULOMETRIA NA EXPANSÃO ... 22

FIGURA 5 - REATIVIDADE POTENCIAL SEGUNDO O MÉTODO NBR PARA DIFERENTES TIPOS DE BASALTO ... 23

FIGURA 6 - COMPORTAMENTO DE FISSURAS EM DORMENTES PROTENDIDOS ... 27

FIGURA 7 – PONTE PROTENDIDA AFETADA PELA RAA ... 27

FIGURA 8 – ARMADURA PASSIVA ... 35

FIGURA 9 – ARMADURA ATIVA ... 35

FIGURA 10 - VIGA DE ARMADURA PASSIVA ... 36

FIGURA 11 - VIGA DE ARMADURA ATIVA ... 36

FIGURA 12 - FORMAS DE CORPOS DE PROVA ... 37

FIGURA 13 - CORPO DE PROVA CILÍNDRICO ... 37

FIGURA 14- VIGA DE ARMADURA PASSIVA ... 38

FIGURA 15 - VIGA DE ARMADURA ATIVA ... 39

FIGURA 16 – VIDRO PYREX ... 40

FIGURA 17 - PROCESSO DE MOAGEM ... 40

FIGURA 18 - VIDRO MOIDO ... 40

FIGURA 19 - PESAGEM DO VIDRO ... 40

FIGURA 20 - PENEIRAS UTILIZADAS ... 40

FIGURA 21 - PESAGEM DO MATERIAL CONTAMINANTE ... 42

FIGURA 22 - CAIXA PARA CONTROLE DE VOLUME ... 43

FIGURA 23 - CAIXA PARA CONTROLE DE VOLUME ... 43

FIGURA 24 - MISTURA DO AGREGADO AREIA ... 44

FIGURA 25 - MOLDAGEM DAS VIGAS ... 44

FIGURA 26 - MISTURA DO AGREGADO VIDRO PYREX ... 44

FIGURA 27 - MOLDAGEM DAS VIGAS ... 45

FIGURA 28 - MOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA ... 45

FIGURA 29 - SLUMP TEST ... 45

FIGURA 30 - DESFORMA DAS VIGAS ... 46

FIGURA 31 – ACUNHAMENTO DAS VIGAS PARA PROTENSÃO ... 47

FIGURA 32 - PROTENSÃO DAS VIGAS ... 48

FIGURA 33 – ACOMPANHAMENTO DE REPROTENSÃO DAS VIGAS ... 49

FIGURA 34 – REPROTENSÃO DAS VIGAS ... 49

FIGURA 35 - ALONGAMENTO REAL DA CORDOALHA ... 50

FIGURA 36 - CORTE DAS CORDOALHAS ... 50

FIGURA 37 – ENSAIO ACELERADO ... 51

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FIGURA 39 – CORPO DE PROVA 1587 ... 52

FIGURA 40 – CORPO DE PROVA 1587 ... 53

FIGURA 41 – IDENTIFICAÇÃO E DEMARCAÇÃO ... 53

FIGURA 42 – VIGAS E CORPOS DE PROVA IDENTIFICADOS ... 54

FIGURA 43 – PESAGEM DO HIDRÓXIDO DE SÓDIO ... 54

FIGURA 44 – ARMAZENAGEM EM ESTUFA ... 55

FIGURA 45 – TEMPERATURA UTILIZADA... 55

FIGURA 46 – CORPOS DE PROVA RETIRADOS DA IMERSÃO ... 56

FIGURA 47 – IDENTIFICAÇÃO VISUAL PÓS IMERSÃO ... 56

FIGURA 48 – PRENSA PARA ROMPIMENTO CORPOS DE PROVA ... 57

FIGURA 49 – PRENSA PARA ENSAIO DE FLEXÃO NAS VIGAS ... 58

FIGURA 50 – PRIMEIRA PESAGEM ... 59

FIGURA 51 – MEDIÇÃO DO NIVEL CAPILAR ... 59

FIGURA 52 – FISSURA PRIMÁRIA EM FORMA DE MAPA ... 60

FIGURA 53 – FISSURA MAPEADA EM ESTÁGIO AVANÇADO EM BLOCO DE FUNDAÇÃO ... 61

FIGURA 54 – FISSURA LONGITUDINAL (VIGA PROTENDIDA) ... 61

FIGURA 55 – TRINCAS EM DORMENTES DE CONCRETO PROTENDIDO ... 62

FIGURA 56 – FISSURA NA VIGA PROTENDIDA ENSAIADA ... 62

FIGURA 57 – COLUNA LEVEMENTE PROTENDIDA COM FISSURA ... 62

FIGURA 58 – VIGA V1 - AREIA ... 66

FIGURA 59 – VIGA V2 - AREIA ... 66

FIGURA 60 – VIGA V3 - VIDRO ... 66

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LISTA DE GRÁFICOS

GRÁFICO 1 – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ... 63 GRÁFICO 2 – CARGA X DEFORMAÇÃO ... 65

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LISTA DE QUADROS

QUADRO 1 – ROCHAS, MINERAIS E SUBSTÂNCIAS SINTÉTICAS REATIVAS

COM CIMENTOS ALCALINOS. ... 25

QUADRO 2 - RESUMO DE CORPOS DE PROVA ... 38

QUADRO 3 - TABELA DE ARMADURA ... 39

QUADRO 4 - GRANULOMETRIA DO VIDRO PYREX ... 41

QUADRO 5 - CONSUMO POR M³ DE CONCRETO ... 41

QUADRO 6 - TABELA VOLUME DE MATERIAIS ... 46

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LISTA DE SIGLAS

µm Micrômetro

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ASTM American Society for Testing and Materials BAR Unidade de pressão

CA Característica do Aço Cm Centímetro

CP 190 RB Cordoalha Protendida Categoria de Resistência 190 Relaxação Baixa CPV-ARI Cimento Portland de Alta Resistência Inicial

DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes FC3 Resistência característica do concreto ao terceiro dia g Grama

g/cm² Grama por centímetro quadrado K Potássio

K2O Óxido de Potássio

Kg Quilograma

Kg/m³ Quilograma por metro cúbico kN Quilonewton

LCI Laboratório de Concreto Itaipu m Metro m³ Metro cúbico mL Mililitro mm Milímetro mm² Milímetro quadrado MPa Megapascal Na Sódio

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Na2O Hidróxido de sódio

NBR Norma Brasileira Regulamentadora ºC Grau Celsius

pH Potencial hidrogeniônico RAA Reação álcali-agregado RAC Reação álcali-carbonato RAS Reação álcali-silica

Slump test Ensaio para quantificar o abatimento do concreto Tf Toneladas-força

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LISTA DE SÍMBOLOS % Porcentagem Ø Diâmetro + Soma - Subtração º Grau

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SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 12 1.2 OBJETIVOS ... 14 1.2.1 OBJETIVO GERAL ... 14 1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 14 2 REFERENCIAL TEÓRICO ... 15 2.1 UTILIZAÇÃO DO CONCRETO ... 15 2.2 CONCRETO PROTENDIDO ... 17 2.3 MÓDULO DE ELASTICIDADE ... 19

2.4 CIMENTO (OS ÁLCALIS NO CIMENTO) ... 20

2.5 AGREGADO ... 21

2.6 VIDRO ... 22

2.7 PATOLOGIAS DO CONCRETO ... 24

2.8 REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO ... 25

2.8.1 Tipos de reação álcali-agregado ... 28

2.8.1.1 Reação Álcali-Sílica ... 28

2.8.1.2 Reação Álcali-Silicato ... 29

2.8.1.3 Reação Alcali-Carbonato ... 29

2.8.2 Fatores que influenciam a reação álcali agregado ... 29

2.8.3 Adições inibidoras e controle das reações álcali-sílica e álcali-silicato ... 31

2.8.4 Diagnósticos de reatividade Álcali-Agregado ... 32

2.8.4.1 Análise Petrografica do agregado ... 32

2.8.4.2 Expansão em barras de argamassa pelo Método Acelerado ... 33

2.8.4.3 Determinação de expansão em prismas de concreto ... 33

2.8.5 Estruturas acometidas por reação álcali-agregado ... 34

3 MATERIAIS E MÉTODOS ... 35

3.1 IDENTIFICAÇÃO E SELEÇÃO DOS ENSAIOS: ... 35

3.1.1 Viga ... 35

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3.2 DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS: ... 38

3.3 ESCOLHA DO CONCRETO E AGREGADO REATIVO: ... 39

3.4 MOLDAGEM E PROPORÇÕES DO AGREGADO ... 41

3.5 MOLDAGEM ... 42

3.6 CURA ... 46

3.7 PROTENSÃO ... 47

3.8 TRATAMENTO DA ANCORAGEM ATIVA ... 50

3.9 ENSAIO ACELERADO PARA REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO ... 51

3.9.2 Preparação dos protótipos para ensaio ... 53

3.9.3 Solução de Hidróxido de Sódio ... 54

3.9.4 Armazenamento e ensaio em estufa ventilada ... 55

3.9.5 Ensaios para determinação de resistência ... 56

3.9.5.1 Compressão direta dos corpos de prova ... 57

3.9.5.2 Flexão direta das vigas de concreto ... 57

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 60

4.1 INSPEÇÃO VISUAL PÓS ENSAIO ... 60

4.2 ENSAIO A COMPRESSÃO DOS CORPOS DE PROVA CILÍNDRICOS ... 63

4.3.1 Deformação em decorrência da aplicação de carga ... 64

4.4 Ensaio de capilaridade do concreto ... 69

5 CONCLUSÃO ... 71

5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 72

6 REFERÊNCIAS... 73

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1 INTRODUÇÃO

O uso do concreto de cimento Portland vem sendo uma das atividades mais praticadas no mundo no ramo da construção civil. Suas várias vantagens o torna um material único quanto a suas características e funções, e portanto tornando viável inúmeros projetos devido a sua moldagem e aplicação em diversas estruturas

Segundo Mehta e Monteiro (2014) atualmente o índice de consumo de concreto tem sido muito maior do que 50 anos atrás, onde se estima que no mundo a ordem de consumo seja de 19 bilhões de toneladas métricas por ano.

No intuito de melhorar e diversificar este sistema já difundido foi criado o concreto protendido, que ampliou ainda mais a gama de possibilidades da utilização do concreto. Com a aplicação de protensão, pode se explorar de forma mais expressiva uma das características mais importantes do concreto: a compressão. Este sistema consiste na utilização de armaduras ativas, que recebem certa carga de protensão, comprimindo o concreto de forma a ampliar sua capacidade de resistir a esforços de flexão.

De acordo com Hanai J. B. (2005), a protensão é utilizada de certa forma a criar tensões de compressão prévias nas regiões onde o concreto seria tracionado em função das ações sobre a estrutura, solidarizando partes menores de concreto armado para compor sistemas estruturais mais eficientes.

Porém, apesar do seu uso frequente e diversos estudos já realizados para melhorar a sua utilização, existem vários fenômenos patológicos que podem afetar a durabilidade do concreto e que ainda merecem total atenção para evitar possíveis problemas futuros. Estas patologias podem ocorrer por diversos fatores, dentre eles destacam-se os fenômenos químicos que podem ocorrer no uso de materiais de má qualidade, intervenções climáticas com a presença excessiva de umidade e até mesmo a má execução e aplicação.

Conforme Mehta e Monteiro (2014), os principais fatores que influenciam a durabilidade do concreto são o desgaste da superfície, fissuração devido a cristalização de sais nos poros, exposição a altas temperaturas e a presença de água, presente em todo tipo de deterioração e causando efeitos químicos deletérios, como reações expansivas envolvendo o ataque por sulfato, reação álcali agregado e corrosão da armadura.

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Uma das patologias mais conhecidas é a reação álcali agregado, que ocorre através de uma reação química entre os agregados e os álcalis do cimento (K e Na) utilizados na fabricação do concreto, e na presença excessiva de água. Esta reação ocorre quando empregamos materiais de má qualidade, que com a adição de cimento pode reagir com os álcalis presentes no mesmo produzindo um gel expansivo, que por sua vez causa reações internas no concreto já curado, ocasionando fissuras e até mesmo a eflorescência de alguns agregados presentes na estrutura.

Em geral estas reações ocorrem em estruturas que possuem contato excessivo com a água e umidade, pois a presença de água é um dos fatores indispensáveis para o início da reação química, fazendo com que estruturas como pontes, barragens e até mesmo blocos de fundação sejam os mais afetados pela reação.

Estruturas de concreto como barragens, pontes, fundações de edifícios e outras, quando em contato com água desenvolvem patologias como a reação álcali agregado, apresentando um quadro patológico irreversível caracterizado por expansões indesejáveis causadoras de deformações, fissuras, perda de resistência e rigidez. (SILVA, C. S. 2009. p. 26 apud POOBLE, 1992, HASPARYK, 1999; METHA e MONTEIRO, 2008).

Com o aumento da utilização de prontensão na execução de pontes e diversas estruturas que podem estar em contato direto com a umidade, visualizou-se a necessidade do estudo da reação álcali agregado em elementos protendidos. Sendo este o tema deste trabalho de graduação, onde serão analisados os possíveis problemas que podem ocorrer em elementos protendidos, já que com o aparecimento da reação ocorrem diversos efeitos físicos na estrutura, como a expansão e aparecimento de trincas que podem danificá-la por facilitar a corrosão da armadura e também aliviar as tensões.

Este estudo utiliza como princípio a norma NBR 15577, que estabelece os ensaios para determinação da reação álcali-agregado em estruturas de concreto convencional. A partir das especificações da norma para concreto convencional será realizado um estudo comparativo em estruturas protendidas com a realização de ensaios de caracterização.

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1.2 OBJETIVOS

1.2.1 OBJETIVO GERAL

O objetivo geral deste trabalho é estudar a reação álcali agregado e as suas consequências na durabilidade de estruturas de concreto protendido, por meio do estudo comparativo entre vigas protendidas e armadura passiva.

1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Avaliar o possível aparecimento de fissuras;  Analisar o módulo de deformação;

 Comparar a resistência a compressão de concreto com e sem sílica;

 Estimar possíveis riscos da reação álcali agregado em elementos protendidos;  Avaliar a porosidade por meio de ensaio de capilaridade.

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2 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 UTILIZAÇÃO DO CONCRETO

Atualmente o consumo de concreto tem aumentado consideravelmente em relação aos últimos 50 anos e segundo Mehta e Monteiro (2014), existem três motivos principais para o concreto ser tão utilizado na engenharia. São eles:

 Excelente resistência a água em relação aos demais materiais utilizados na construção como a madeira e o aço, tornando o concreto ideal para construção de estruturas para controle, armazenamento e transporte de água;  Consistência plástica que favorece o fluxo e moldagem de diferentes

estruturas e tamanhos a partir de diferentes técnicas e formas;

 Grande disponibilidade aos materiais utilizados para sua fabricação com custo relativamente baixo aos demais métodos, onde seus principais componentes podem ser encontrados em todos os lugares do mundo.

Já para Pinheiro L. M. (2007) o concreto além destas vantagens possui as seguintes características que o fazem tão utilizado:

 Possui boa resistência em relação aos esforços solicitantes a partir de um correto dimensionamento;

 Estrutura monolítica, fazendo com que a estrutura trabalhe em conjunto quando for solicitada;

 Baixo custo de mão de obra por não precisar de elevado nível de qualificação;  Processo construtivo difundido e conhecido;

 Rapidez na execução, possibilitando peças pré-moldadas;

 Alta durabilidade e proteção dos elementos de composição como a armação;  Alta segurança contra fogo, desde que seja obedecido os cobrimentos mínimos;

 Resistência a vibrações e choques térmicos e atmosféricos.

Segundo Helene P. e Andrade T. (2010) os Estados Unidos e Canadá, sendo as duas mais poderosas sociedades atuais, consideram o estudo das estruturas de concreto o investimento mais importante na ciência e tecnologia para liderança de seus parques industriais e qualidade de vida da população.

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Dentre as principais causas da baixa durabilidade dos concretos existentes nas estruturas, pode-se destacar:

 A falta de conhecimento, por parte dos projetistas e construtores, em relação aos processos de degradação, sua origem, mecanismos e evolução;

 Rápido avanço tecnológico no âmbito dos materiais utilizados nas construções, principalmente no que tange aos aglomerantes, adições, agregados e aditivos, na medida em que, sem estarem suficientemente esgotadas as pesquisas sobre a sua influência no comportamento dos concretos e os seus efeitos colaterais, estão sendo usados em grande escala;  A utilização cada vez maior de cimentos especiais, finamente moídos e que por vezes incorporam no seu processo de fabricação diferentes técnicas de queima e diferentes matérias primas;

 A falta de conhecimento por parte daqueles que são os responsáveis pela manutenção e conservação das estruturas. (AGUILAR, J. E. 2006, p. 18) Mehta e Monteiro (2014) ressaltam que algumas considerações gerais são úteis quando discutimos aspectos de durabilidade do concreto, onde a água entra tanto como agente de criação e também como destruição, pois esta presente em todo o tipo de deterioração e costuma ser o principal problema da durabilidade do concreto, pois serve tanto como veículo para transporte de íons agressivos e também como causadora de diversos tipo de processos químicos e físicos da degradação.

Já para Silva (2009, p. 25) “No campo da durabilidade, alguns fatores como cálculo estrutural, os materiais constituintes, a execução e cura do concreto influenciarão diretamente o desempenho das estruturas”. As características de cada material utilizado influenciam diretamente na durabilidade do concreto pois a interação destes materiais é que determina a vida útil do mesmo, por proporcionar determinadas características.

Na construção de obras grandes, em contato direto com a água, como barragens, usinas hidrelétricas e pontes, existe a necessidade de utilizar concretos que atendam as especificações técnicas e econômicas para obter o melhor resultado em longo prazo. Para isso são realizadas diversas pesquisas a fim de evitar patologias decorrentes do contato direto com água, utilizando adições químicas minerais e orgânicas nas dosagens, como sílica ativa, fibras, escória de alto forno,

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resinas poliméricas, borrachas, entro outras. (CARMO, J. B. e PORTELLA, K. F. 2008).

FIGURA 1 – PONTE PROTENDIDA SOBRE AÇÃO DA RAA

FONTE: LOPES, 2004.

2.2 CONCRETO PROTENDIDO

Em função do concreto possuir baixa resistência a tração, foi necessário criar mecanismos para ampliação da capacidade do mesmo resistir a flexão. Conforme HANAI J. B. (2005), foi criada a protensão, no intuito de criar tensões de compressão em regiões onde o concreto seria tracionado, explorando sua capacidade de compressão através de armaduras ativas.

No concreto protendido conforme Fusco (2008), são utilizados aços com resistências de escoamento da ordem de 2000 MPa, que por sua vez são tracionados durante o processo de construção da estrutura por meio de mecanismos adequados, com isso guardam tensões residuais permanentes, que com o tempo podem sofrer pequenas perdas de esforços em função das ações sobre a estrutura.

A partir do estudo de Cauduro E. L. (1995, p. 26) as principais vantagens na utilização do concreto protendido em pós-tração são:

 Melhor aproveitamento de materiais de alta resistência (concreto e aço);  Permite seções mais esbeltas;

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 Aumento das alturas efetivas, por eliminar o sistema de vigas;  Diminui custos de fundação por reduzir o peso da estrutura;  Redução do número de pilares e aumento de vãos;

 Permite o controle de flechas e fissuras;  Custos de manutenção e vida útil reduzidos.

Segundo Schmid, M. T (2009, p. 6) tanto a utilização do sistema de protensão aderente como não aderente se tornam viáveis quando bem executadas. A escolha deve ser feita a partir das características especificas de cada obra, pois ambas possuem vantagens e desvantagens, porém todas são seguras quando atendem todas as exigências das normas técnicas de boa execução.

Conforme Loureiro, G. J. (2006, p.2) o uso de cordoalhas engraxadas e plastificadas se iniciou somente a partir de 1997 pela Belgo Mineira, e conforme ele, este sistema possui vantagens estruturais, construtivas e econômicas como:

Ponto de vista Estrutural

 São capazes de vencer maiores vãos utilizando pequenas espessuras com fissuração e flechas reduzidas;

 Melhor desempenho e maior resistência, utilizando materiais de alta resistência como cordoalha CP 190 RB e concretos acima de 30 MPa;

 Coeficientes de atrito reduzidos em função do uso de cordoalhas engraxadas;

 Minimiza as tensões concentradas e armaduras de fretagem por possuir sistema de ancoragens individual.

Ponto de vista executivo:

 Pés-direitos menores por não utilizar o sistema de vigas;

 Menor número de pilares com maior flexibilidade na utilização dos espaços;

 Possibilidade de execução de pisos de grandes extensões sem necessidade de juntas de dilatação;

 Agilidade e planicidade na execução, reduzindo prazos.

Já para Veríssimo G. S. e Lenz K. M. (1998), o concreto protendido pode apresentar algumas desvantagens como necessidade de maior controle na

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execução, maior proteção contra corrosão do aço, exigência de pessoal especializado e maior equipe técnica.

2.3 MÓDULO DE ELASTICIDADE

Conforme Mehta e Monteiro (2014), o módulo de elasticidade é a “relação entre a tensão aplicada e a deformação instantânea dentro de um limite proporcional assumido” e as características elásticas de cada material podem ser medidas através de sua rigidez.

Para Neville e Brooks (2013), alguns dos principais fatores que afetam o módulo de elasticidade são a umidade, a porosidade e as propriedades dos agregados utilizados, onde quanto maior o módulo de elasticidade do agregado, maior será o módulo do concreto.

Diferentemente da pasta de cimento, o agregado e o concreto não são materiais elásticos. Com isso, quando aplicado uma carga instantânea em um corpo de prova de concreto, a deformação resultante não é diretamente proporcional a tensão aplicada, e também não é totalmente recuperada quando ocorre o descarregamento (MEHTA e MONTEIRO, p.89. 2014), conforme apresenta a FIGURA 2.

FIGURA 2- GRÁFICO COMPORTAMENTO ELÁSTICO C1 = AGREGADO; C2 = CONCRETO; C3 = PASTA DE CIMENTO

FONTE: MEHTA e MONTEIRO, 2014.

Além dos fatores já citados, Neville e Brooks (2013) relatam que a idade do concreto está ligada ao módulo de elasticidade, onde quanto maior a idade, maior

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será a elasticidade do concreto. Sendo que apesar de estarem ligadas, o módulo cresce mais rapidamente que a resistência.

2.4 CIMENTO (OS ÁLCALIS NO CIMENTO)

As matérias-primas utilizadas na fabricação do cimento são responsáveis pela presença de álcalis na faixa de 0,2 % a 1,5 % de Na2O equivalente. Dependendo da

quantidade de álcalis de um cimento, o pH da solução dos poros de concreto normais é geralmente de 12,5 a 13,5. (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

De acordo com Vivian (1976, apud THIECER, F. 2006), os álcalis exercem influência no desenvolvimento da resistência da pasta de cimento, na sua permeabilidade, retração e durabilidade, pois inibem a corrosão do aço presente no concreto, mantendo a mistura com pH elevado. Porém, em contato com algumas substâncias presentes nos agregados podem gerar reações expansivas, devido ao teor alcalino.

Dados provenientes de vários estudos nos Estados Unidos, mostram que a presença maior de 0,6% de Na2O, quando combinados com agregados reativos a

álcalis, causam grandes expansões devido a RAA. A ASTM C150, portanto estabeleceu a seguinte classificação para a presença de Na2O equivalente em cimentos:

 0,6% > Baixa alcalinidade  0,6% < Alta alcalinidade

Na prática, os conteúdos alcalinos classificados como “baixa alcalinidade” normalmente são suficientes para impedir danos devidos a RAA independente do tipo de agregado reativo. Quando há um consumo elevado de cimento no concreto, mesmo este cimento possuindo um baixo teor de alcalinidade, menor do que 0,6% ainda pode ser danoso em virtude do alto volume do material. (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

Neste caso Paulon (1981, FURNAS 1997 apud PIRES, K. O. 2009) transcreve que é necessário o estabelecimento de valores limites, não somente do percentual de álcalis no cimento, mas também de cimento no concreto.

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A FIGURA 3 mostra a relação entre consumo de cimento no concreto e o equivalente alcalino do cimento, indicando a potencialidade reativa nessas combinações.

FIGURA 3 - RELAÇÃO ENTRE O CONSUMO DE CIMENTO NO CONCRETO E O EQUIVALENTE ALCALINO DO CIMENTO

FONTE: FURNAS, 1997

Estudos na Alemanha e Inglaterra mostram que se o conteúdo total de álcalis no cimento de todas as fontes estiver abaixo de 3 Kg/m³, a possibilidade de ocorrer danos será reduzida. (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

A NBR 15577-1 (2008), especifica que os álcalis que participam da reação álcali-agregado podem ser originarias de qualquer fonte interna ou externa ao concreto.

2.5 AGREGADO

Por muitas vezes considerado material de enchimento inerte, os agregados possuem grande influência na resistência, estabilidade dimensional e durabilidade do concreto. O agregado ocupa certa de 60 a 80% do volume do concreto, sendo que, conforme a formação mineralógica do agregado, temperatura, umidade e dimensão das partículas, podem reagir com os álcalis do cimento presentes no

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concreto, causando a denominada relação álcali-agregado (MEHTA e MONTEIRO, 2014).

Na reação álcali-agregado, são várias as características dos agregados que contribuem para o desenvolvimento da reação no concreto, entre elas: quantidade de agregado empregado, composição granulométrica e forma dos grãos e principalmente características mineralógicas (PIRES, K. O. 2009)

Quanto à distribuição granulométrica HOBBS (1988, apud PIRES, K. O. 2009), indica que quanto maior a partícula do agregado, menor será a expansão causada. E que quanto menor a partícula presente no concreto, maior é seu potencial de reagir, conforme FIGURA 4.

FIGURA 4 - INFLUÊNCIA DA GRANULOMETRIA NA EXPANSÃO

FONTE: HOBBS, 1988.

2.6 VIDRO

Para Simões, L. J. (2013) o vidro é uma substância inorgânica, amorfa e fisicamente homogênea. Em geral possuem como constituinte principal o óxido de silício.

A utilização do vidro em argamassas pode gerar resultados indesejados em relação à reação álcali-agregado. Segundo Durhan e Maier (2012, apud SIMÕES, L. J. 2013) o tamanho das partículas desempenha um papel muito importante uma vez que influenciam em possíveis reações álcali-sílica, preenchendo melhor os vazios

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impedindo que o gel expansivo de propague pelos poros do concreto, prejudicando assim o desempenho mecânico e durabilidade da composição.

Pesquisadores como Kou e Pon (2009), Park, Lee e Kim (2004), Khmiri, Samet e Chaabouni (2012) e Du e Tan (2013) após estudarem a utilização de vidro em argamassas, verificaram a possível reação álcali-sílica que ocorre quando os álcalis do cimento reagem com a sílica do vidro, formando um gel que expande na presença de água causando danos como fissuras e rupturas das argamassas. (SIMÕES, L. J, 2013)

Segundo Simões (2013), em estudos realizados por Taha e Nounu (2009) mostram que a substituição da areia por vidros em concreto possui alto risco da ocorrência da reação álcali-sílica, o que pode gerar danos a estrutura. Shi e Zeng (2007) também afirmam que para contornar a expansão devido a reação álcali-sílica podem ser utilizados adições minerais e um cimento pozolânico.

Para Oliveira (1997, apud SILVA, P. N. 2007) no ensaio acelerado de barras de argamassa segundo metodologia do NBR-15577/2008-4, a FIGURA 5 exemplifica bem que as expansões ocorrem em escala de tempo e também variam de acordo com o tipo de sílica reativa empregada na dosagem de concreto.

FIGURA 5 - REATIVIDADE POTENCIAL SEGUNDO O MÉTODO NBR PARA DIFERENTES TIPOS DE BASALTO

(26)

Métodos da NBR 12651/1992 que analisam a eficiência de materiais pozolânicos na eficiência de prevenção de reações expansivas excessivas ocasionadas pela reação álcali-agregado, utilizam em testes através da confecção de barras de argamassa o vidro pirex (material altamente reativo).

Também em norma interna da Itaipu Binacional (LCI – 157/76) “Método de ensaio para verificação da eficiência do material pozolânico no combate a reação álcalis-agregado” – (Redução da expansão da argamassa), o vidro Pyrex sendo um material reativo, foi utilizado como componente na verificação da RAA.

2.7 PATOLOGIAS DO CONCRETO

Segundo Araujo J. M. (2002) a deformidade do concreto depende do tempo e tem uma importância considerável na análise estrutural. Estas deformações são normalmente separadas em duas partes: a fluência e a retração.

Conforme a norma DNIT 090 (2006 – ES) as causas das patologias mais encontradas podem ser classificadas em duas categorias, como as físicas (desgaste superficial devido abrasão ou erosão; fissuração devida temperatura e umidade) e as químicas (hidrólise da pasta de cimento por água pura; trocas iônicas entre fluidos agressivos; reações por produtos expansivos como por sulfatos, reações álcali agregado e corrosão da armadura).

A temperatura do ambiente também afeta profundamente o envelhecimento do concreto, onde a exposição de elevadas temperaturas pode acelerar o processo de fluência e envelhecimento do concreto. Sendo que em temperaturas inferiores a 5º C, a fluência praticamente cessa (ARAUJO, J. M. 2002).

Existem diferentes ensaios para determinação da resistência à tração do concreto como: ensaio de tração axial, ensaio de compressão diametral ou ensaio de flexão de vigas (ARAUJO J. M. 2001).

A durabilidade da estrutura do concreto esta associada a capacidade de resistência do concreto as agressões químicas, físicas, mecânicas e biológicas. Dentre as reações químicas destacam-se ataques por íons de sulfato e cloreto, dióxido de carbono, ataques ácidos e reações álcali agregados (MUNHOZ, 2007).

(27)

2.8 REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO

Segundo Portela, 2006 a reação álcali-agregado, conhecida como RAA, é o termo geral utilizado para descrever a reação química que ocorre internamente à estrutura de concreto, envolvendo os hidróxidos alcalinos provenientes, principalmente, do cimento e de alguns minerais reativos presentes no agregado utilizado ou da sua circunvizinhança. Neste caso específico, os produtos gerados podem aumentar de volume sob condições especiais de umidade e temperatura, criando tensões internas ao concreto e com isso causando posterior fissuração, perda da monoliticidade e, consequentemente, comprometimento da estrutura.

QUADRO 1 – ROCHAS, MINERAIS E SUBSTÂNCIAS SINTÉTICAS REATIVAS COM CIMENTOS ALCALINOS.

FONTE: RUIZ, 1963, apud PRISZKULNIK, S. 2005.

A importância de uma análise correta para escolha dos agregados do cimento e da compatibilidade destes materiais é fundamental para inibir as reações químicas denominadas reações álcali agregado ou álcali-silica, que envolvem íons hidroxila e certos constituintes silicosos, muitas vezes presentes nos agregados (NORMA DNIT 090/2006 – ES).

A reação álcali agregado requer a atuação conjunta do agregado reativo, água e álcalis. Sua prevenção pode ser feita a partir da utilização de agregados

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inertes ou cimento com baixos teores de álcalis ou impedir a difusão da umidade (MUNHOZ, 2007).

Conforme Mehta e Monteiro (2014), todos os silicatos ou minerais de sílica, como sílica hidratada ou amorfa, podem reagir com as soluções alcalinas, dependendo do tempo, temperatura e da dimensão das partículas, embora um grande número de minerais reaja apenas em grau insignificante.

Segundo Hasparyk (2006), os principais efeitos provocados pela reação álcali-agregado são:

 Desplacamentos na superfície do concreto;  Fissuras na superfície concreto;

 Perda de aderência da argamassa junto a superfície dos agregados;  Movimentação de juntas de contração;

 Movimentação ou desalinhamento das superfícies livres;

 Travamento ou deslocamento de equipamentos e peças móveis.

Em resumo, entende-se por RAA o processo de deterioração do concreto endurecido, provocando assim a formação do gel expansivo (exceto para a reação álcali carbonato) a partir de reação química que ocorre em alguns tipos de agregados reativos ou potencialmente reativos, quando em contato com os álcalis existentes no cimento, Óxido de Sódio(Na2O) e Óxidos de Potássio(K2O). A proporção da degradação depende da quantidade de álcalis dispersos no cimento (HASPARYK, 2006).

A disposição do gel sílico-alcalino na água facilita a mobilidade no interior das partículas do agregado para as regiões microfissuradas do concreto, e com a disponibilidade de água continua ocasionando o aumento e a expansão das microfissuras que atingem a superfície externa do concreto, causando fissuras de padrão irregular, atribuindo o termo de fissura mapeada. (MEHTA e MONTEIRO, 2014)

Já para estruturas de concreto protendido, Shayan e Quick (1992), mostram através de experimentos com dormentes de concreto protendido, que o padrão de fissuras se comporta de maneira diferenciada em função das tensões confinantes causadas pela força de protensão, onde se propagam somente na direção da compressão, causando um padrão de fissuras retas, em virtude de a tensão confinante estar presente em somente uma direção conforme FIGURA 6 (MADUREIRA, 2007).

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FIGURA 6 - COMPORTAMENTO DE FISSURAS EM DORMENTES PROTENDIDOS

FONTE: MADUREIRA, 2007.

As cordoalhas de protensão, assim como as barras de aço de elementos de concreto armado, possuem a capacidade de atenuar as expansões por RAA segundo Madureira (2007), pois possuem a função de conter deformações do concreto. Porém, existe a possibilidade da perca de aderência do concreto com as barras de aço devido a RAA, quando submetidos a vários ciclos e molhagem e secagem, o que pode comprometer essa capacidade.

FIGURA 7 – PONTE PROTENDIDA AFETADA PELA RAA

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2.8.1 Tipos de reação álcali-agregado

Para saber qual o tipo de reação álcali agregado que afetou a estrutura Portela (2006), ressalta a importância de conhecer as características das propriedades químicas e físicas dos agregados. As reações podem ser classificadas em três tipos: reação álcali-silicato, reação álcali-sílica e reação-carbonato.

2.8.1.1 Reação Álcali-Sílica

Conforme NBR 15577-1 (2008), a reação alcali-sílica é classificada pela participação da sílica reativa dos agregados com os álcalis, na presença do hidróxido de cálcio presente na hidratação do cimento. Esta reação se desenvolve mais rapidamente, principalmente na presença das principais sílicas reativas: opala, tridimita, cristobalita, vidro vulcânico, entre outros.

A reação álcali-sílica (RAS) é definida como uma reação ácido-base, onde o reagente ácido é a sílica no estado sólido e os reagentes básicos, os hidróxidos de potássio e sódio presentes na solução dos poros do concreto, sendo a água dos poros o meio onde ocorre a reação, formando um gel expansivo. Esta reação ocorre entre os álcalis e alguns tipos de silicatos eventualmente presentes em certas rochas sedimentares (argilitos, siltitos e grauvacas), rochas metamórficas (ardósias, filitos, xistos, gnaisses, granulitos, entre outras) e ígneas (granitos), sendo que neste caso a reação está, basicamente, ligada à presença de quartzo tensionado (PORTELA, 2006).

Segundo Barbosa e Pires Sobrinho (1997), as propriedades da sílica estão diretamente relacionadas ao grau de subdivisões ou imperfeições na estrutura cristalina passando a assumir um papel importante na superfície específica. Tendo a sílica uma superfície específica baixa, devido à subdivisão da partícula, os ácidos não são perceptíveis, aumentando a fixação do número de moléculas d’água. Consequentemente aumenta o número de íons de hidrogênio livres e a reatividade do material (BARBOSA, PIRES; 1997)

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2.8.1.2 Reação Álcali-Silicato

A reação álcali-silicato ocorre com a participação de alguns álcalis e silicatos presentes em certas rochas. Os silicatos mais comuns são quartzo tensionado por processo tectônico e mineral da classe dos filossilicatos presentes em ardósias, filitos, xistos, granulitos entre outros. Essa reação geralmente é mais lenta do que a reação álcali-sílica (MUNHOZ, 2007).

A NBR 15577-1 (2008), caracteriza este tipo de reação como sendo mais lenta que a álcali-sílica, e ocorre com a presença de álcalis e alguns tipos de silicatos presentes em certas rochas.

2.8.1.3 Reação Alcali-Carbonato

Neste tipo de reação participam os álcalis e agregados rochosos carbonáticos. “Não há a formação de gel expansivo, mas de compostos cristalizados como brucita, carbonatos alcalinos, carbonato cálcico e silicato magnesiano.” (NBR 15511-1, 2008) Na reação álcali-carbonato (RAC), as rochas dolomíticas são as principais envolvidas, havendo a desdolomitização, fenômeno no qual há a formação do hidróxido de magnésio (PORTELA, 2006), onde não ocorre a formação de gel expansivo, mas de compostos cristalinos como brucita, carbonatos cálcico e alcalinos, silicato magnesiano (MUNHOZ, 2007).

2.8.2 Fatores que influenciam a reação álcali agregado

Conforme NBR 15577-1 (2008), a ocorrência da reação álcali-agregado acontece na presença simultânea de três fatores principais, sendo a presença de agregado potencialmente reativo, umidade e álcalis.

O início da reação acontece quando os hidróxidos alcalinos derivados dos álcalis do cimento (Na2O e K20) atacam os materiais silicosos dos agregados formando um gel álcali-silicato que atrai água por absorção ou por osmose, que tende a expandir mesmo estando confinado pela pasta de cimento, causando tensões internas que resultam em desagregação da pasta de cimento e fissuras mapeadas no concreto. A velocidade em que a reação ocorre varia pelas dimensões

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das partículas silicosas, onde quanto menor suas dimensões, mais rápidas ocorreram a reação. ( NEVILLE, A. M. e BROOKS J. J. 2013)

A intensidade e velocidade da ocorrência da expansão, estão associadas aos seguintes fatores complementares (PRISZKULNIK, S. 2005):

 Temperatura

 Área da superfície específica do material  Tensões confinantes

 Contribuição de álcalis externos

Mehta e Monteiro (2014, p. 181) classifica como fatores importantes que influenciam o fenômeno da reação álcali agregado são:

 O teor de álcalis do cimento e consumo de cimento do concreto;

 A contribuição do íon alcalino de outras fontes, como aditivos, adições, agregados contaminados com sal, e penetração de água do mar ou solução de sais de degelo no concreto;

 A quantidade, dimensão e reatividade dos constituintes do concreto;  A disponibilidade de umidade para a estrutura de concreto;

 A temperatura ambiente.

Já para Neville e Brooks (2013), “Outros fatores que influenciam na evolução da reação álcali-agregado são porosidade do agregado, quantidade de álcalis no cimento, disponibilidade de água na pasta e permeabilidade da pasta de cimento.” Também relata que a reação ocorre em grande parte no exterior do concreto em contato constante com umidade ou com alternâncias de molhagem e secagem em temperaturas elevadas.

A água, assim como em diversas outras patologias, é fundamental para o mecanismo de inchamento do gel da reação álcali sílica assim como principal responsável pela dissolução da sílica e transporte de álcalis dentro do concreto. “A relação água/cimento de um concreto gira em torno de 0,35 a 0,60; entretanto, a quantidade de água necessária para a hidratação completa do cimento gira em torno de 0,32”. Com isso, sempre haverá água presente nos poros do concreto normalmente curado, podendo desencadear a reação álcali-silica (MEHTA e MONTEIRO, 2014, p. 179).

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2.8.3 Adições inibidoras e controle das reações álcali-sílica e álcali-silicato

Para a ocorrência da reação álcali-sílica em estruturas de concreto, existem três fatores essenciais (PRISZKULNIK, S. 2005):

 Presença de sílica ativa dos agregados;

 Quantidade suficiente de álcalis, principalmente presente no cimento Portland, e também dos outros materiais presentes no concreto e fontes externas;  Presença de umidade suficiente.

Segundo Mehta e Monteiro, (2014) a adição de 25 a 30% de calcário ou qualquer outro agregado não reativo pode amenizar a expansão de agregado moderadamente reativos, assim como evitar o acesso de água ao concreto, a expansão pode nunca ocorrer.

A intensidade e velocidade da ocorrência da expansão, estão associadas aos seguintes fatores complementares (PRISZKULNIK, S. 2005):

 Temperatura: influência no sentido direto;

 Área da superfície específica do material: influência no sentido inverso;  Tensões confinantes: influência no sentido inverso;

 Contribuição de álcalis externos: influência no sentido direto.

Já para Neville e Brooks (2013), não há uma maneira simples de determinar se um agregado pode ou não causar expansão excessiva devido a reação com os álcalis do cimento, mesmo com os conhecimentos já adquiridos sobre agregados reativos. “Para agregados com histórico de potencialmente seguros, mesmo um teor tão pequeno como 0,5% de agregados reativos pode causar danos”.

A adição de pozolana ao cimento, assim como a escória de alto-forno e sílica ativa na minimização da reação álcali agregado, se mostrou eficaz em estudo realizado por Falcão Bauer et all.(1999, apud PRISZKULNIK, S. 2005).

Os teores necessários de sílica ativa e metacaulim e sua eficácia para auxiliar na mitigação das expansões decorrentes de reações deletérias devem ser estabelecidos pelo ensaio prescrito na ABNT NBR 15577-5, atendendo ao limite de 0,10% aos 16 dias, ou pelo ensaio prescrito na ABNT NBR 15577-6, sendo menor do que 0,04% em dois anos (NBR 15577-1, 2008).

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A pozolana reage com os álcalis do cimento, causando a reação álcali-silica imediatamente na preparação do concreto, consumindo os álcalis do cimento ainda na fase fluida antes mesmo de seu endurecimento, tornando a pozolana um dos principais agentes inibidores de expansão, de modo que embora possa haver agregados reativos no concreto, os álcalis do cimento já foram consumidos. (FUSCO, P. B. 2008).

Conforme NBR 15577-1 (2008) os teores de pozolana e escoria de alto forno para mitigar as expansões de argamassas com agregados potencialmente reativos devem ser inferiores a 10% quando ensaiados de acordo com a norma.

2.8.4 Diagnósticos de reatividade Álcali-Agregado

A NBR 15577 (2008) estabelece de forma clara procedimentos para análise e detecção da reação álcali agregados e seus possíveis riscos de ocorrências de manifestações patológicas prescrevendo requisitos de avaliação e especificações de aplicação de ensaios em amostras para um estudo prévio de agregados que possam ser usados para fabricação de concreto.

Segundo Priszkulnik, S. (2005), a detecção da reação álcali-agregado em estruturas de concreto ocorre em várias etapas de coleta de informações, inspeção visual, ensaios laboratoriais em componentes do concreto e de testemunhos extraídos da estrutura, a auscultação por meios de instrumentação e acompanhamento do progresso por modelos matemáticos.

O recolhimento de informações contribui a respeito de informações quanto a condições ambientais do local, vento, temperatura e umidade; registros sobre o projeto e construção. Já a inspeção visual tem como objetivo mapear o quadro fissuratório, identificar a presença de gel exsudado pelas fissuras e movimentações relativo as juntas e travamento (PRISZKULNIK, S. 2005).

2.8.4.1 Análise Petrografica do agregado

A análise petrografica serve para obter características e indicações sobre o potencial reativo dos agregados graúdos conforme NBR 15577-3, porém especifica

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que somente a análise petrografica não é suficiente para determinar a expansão potencial deletéria. (NBR 15577-1, 2008)

Conforme Sanches (2008), a investigação petrografica fornece informações importantes através de análise visual e microscópica. Este mesmo autor ressalta que apenas a utilização da análise petrografica não é suficiente para avaliar o potencial reativo dos agregados (SANCHES, L. F. M. 2008, apud. OBERHOLSTER, 1985).

2.8.4.2 Expansão em barras de argamassa pelo Método Acelerado

Serve como complemento da análise petrografica para determinar o potencial deletério das expansões causadas por agregados reativos. Neste ensaio são moldadas barras de argamassa com dimensões padrões onde em sua composição é adicionado o agregado ao qual deseja analisar seu potencial, caso a expansão aos 30 dias for menor que 0,19% o agregado pode ser considerado potencialmente inócuo. (NBR 15577-1, 2008).

É o ensaio mais usual para determinação de agregados potencialmente reativos, consiste na imersão das barras em um composto de água de hidróxido de sódio a uma proporção de 40g por litro de água, e a utilização de estufa ventilada, onde mantém os ensaios a uma temperatura de 80º C, situação essa que acelera a idade dos moldes de argamassa assim como o aparecimento da possível reação (NBR 15577-4, 2008).

Conforme Sanches (2008), este método foi desenvolvido por Oberholster & Davies (1986) e vem sendo o método mais difundido e utilizado no Brasil e no mundo.

Esta NBR 15577, também especifica que se caso as expansões aos 30 dias for maior ou igual a 0,19%, poderá ser feito ensaio em prismas de concreto para confirmar ou não sua potencialidade.

2.8.4.3 Determinação de expansão em prismas de concreto

Este ensaio também serve como complemento aos demais ensaios de caracterização de agregado reativo e é realizado através de uma dosagem padronizado em um período de 1 ano, onde o limite de expansão é de 0,04%. Após

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este período se o prima indicar uma expansão maior ou igual a 0,04% pode ser considerado potencialmente reativo. (NBR 15577-1, 2008).

2.8.5 Estruturas acometidas por reação álcali-agregado

Muitas literaturas já relatam os transtornos que a reação álcali-agregado acaba acarretando em diversas estruturas. Um exemplo é a barragem em arco de Drum Afterbay, no rio Bear, na Califórnia, onde o elevado nível de deterioração da estrutura fez com que a solução técnico-econômica adotada constituiu na construção de nova barragem de concreto em arco, imediatamente a jusante, e na demolição da velha. (GITAHY, 1984, apud PRISZKULNIK, S. 2005).

Identificou-se em 1995 a reação expansiva na Usina Elevatória de Tradição, localizada no canal do rio Pinheiros, na zona urbana de São Paulo. Nesta situação foram identificados inúmeros problemas como consequentes infiltrações, desalinhamento de equipamentos mecânicos, aquecimento e problemas nos mancais de motores geradores, travamento em porta de aço de oficina provocado por desalinhamento da estrutura de concreto, entre outros. (GUERRA ET ALL. 1997 apud PRISZKULNIK, S. 2005).

Também segundo (GALLETTI ET ALL. 1997 apud PRISZKULNIK, S. 2005) outros casos como a Usina Mascarenhas de Moraes quando equipamentos mecânicos tiveram que ser alterados devido a alteração na estrutura civil. Já em Porto Colômbia, construída entre 1970 e 1973, constataram-se a partir de 1985, sinais acentuados de roçamento das pás das turbinas, tornando necessária manutenção em todas as máquinas.

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3 MATERIAIS E MÉTODOS

Como processo para ensaios e análises do tema, foram seguidos os seguintes procedimentos:

3.1 IDENTIFICAÇÃO E SELEÇÃO DOS ENSAIOS:

Para os ensaios foram escolhidas vigas de 0,12x0,18x0,70m e corpos de prova cilíndricos de 0,10m de diâmetro e 0,20m de altura.

3.1.1 Viga

Para este modelo de ensaio, foram moldadas duas vigas de armadura ativa e duas de armadura passiva aos quais foram utilizadas um modelo para cada traço, sendo um com concreto usinado e adição de vidro e outro com adição de areia conforme FIGURA 8 e 9.

FIGURA 8 – ARMADURA PASSIVA FIGURA 9 – ARMADURA ATIVA

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

As vigas vão servir como estruturas para análise dos seguintes comportamentos:

 Deformações;

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 Como o elemento protendido vai comprimir a peça, poderá haver discrepância nos resultados em comparação com a peça dimensionada com armadura passiva;

 Caminhamento das fissuras;

 Devido a reação das armaduras (Passiva e ativa), serem diferentes pretende-se analisar as direções e evoluções das fissuras nas peças;  Expansão.

FIGURA 10 - VIGA DE ARMADURA PASSIVA

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

FIGURA 11 - VIGA DE ARMADURA ATIVA

3.1.2 Corpo de prova cilíndrico

Para este modelo de ensaio, foram moldadas 6 corpos de prova cilíndricos de 10cm de diâmetro e 20cm de altura, aos quais foram moldados 3 para cada traço utilizado conforme FIGURA 13.

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FIGURA 12 - FORMAS DE CORPOS DE PROVA

Para verificar o potencial da reação álcali agregado os Corpos de Prova serão ensaiados para determinação das seguintes características:

 Resistência característica do concreto;  Módulo de elasticidade.

FIGURA 13 - CORPO DE PROVA CILÍNDRICO

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QUADRO 2 - RESUMO DE CORPOS DE PROVA

Protótipo Denominação Quantidade Dimensões (m)

Altura Largura Comprimento Adição de areia comum

VTP Viga testemunho passiva 1 0,18 0,12 0,7

VTA Viga testemunho ativa 1 0,18 0,12 0,7

CPT Corpo de prova testemunho 4 Ø 0,2

0,1 Adição de vidro pirex

VPP Viga protótipo passiva 1 0,18 0,12 0,7

VPA Viga protótipo ativa 1 0,18 0,12 0,7

CPV Corpo de prova vidro 4 Ø 0,2

0,1

3.2 DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS:

As vigas a serem utilizadas no ensaio foram dimensionadas para suportar uma carga mínima de 21 KN e suas seções foram determinadas a partir de um cobrimento mínimo de 2,5cm da placa de ancoragem do sistema de protensão de mono cordoalha engraxada utilizado, adotando um comprimento mínimo para melhor mensuração do sistema e identificação da reação.

FIGURA 14- VIGA DE ARMADURA PASSIVA

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FIGURA 15 - VIGA DE ARMADURA ATIVA

As mesmas foram dimensionadas seguindo a NBR 6118/2014 QUADRO 3 - TABELA DE ARMADURA

Protótipo Área de aço (cm²) Aço Disposição

VTP 1,003 CA - 50 Camada Superior 2 Ø 6,30mm Camada Inferior 2 Ø 8,00mm VTA 0,99 CP 190 RB Mono Cordoalha 1Ø 12,7mm

3.3 ESCOLHA DO CONCRETO E AGREGADO REATIVO:

Para realização dos ensaios foi utilizado concreto usinado de alta resistência inicial (FC3 22,0 MPa) com utilização de brita 1 e slump 12+-2 onde sua resistência final deve ser igual ou superior a 30,0 MPa.

Este concreto apresenta como característica principal, a resistência adquirida ao terceiro dia de 22 Mpa, fator importante para a protensão, reduzindo o tempo necessário para aplicação a força de protensão sem que o concreto sofra deformações indesejadas devido a compressão.

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Com referência nas normas NBR 12651/92 e LCI – 157/76, optamos por utilizar como agregado reativo o vidro pyrex. Este agregado á utilizado como material reativo na realização de ensaio de verificação de eficiência de materiais para combater a expansão através da utilização de material pozolânico como solução as reaçõa álcali-agregado.

FIGURA 16 – VIDRO PYREX

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

FIGURA 17 - PROCESSO DE MOAGEM FIGURA 18 - VIDRO MOIDO

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

FIGURA 19 - PESAGEM DO VIDRO FIGURA 20 - PENEIRAS UTILIZADAS

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QUADRO 4 - GRANULOMETRIA DO VIDRO PYREX GRANULOMETRIA QUANTIDADE (g): 1000 PENEIRA (mm) QUANTIDADE RETIDA (g) % RETIDA 4,75 0 0 2,36 54 5 1,18 237 24 0,6 163 16 0,3 284 28 0,2 191 19 <0,2 73 7

Já para o segundo traço, foi utilizado areia média de uso frequente na obra onde foi realizado os ensaios, onde para esse material, não foi realizado caracterização mineralógica e química já que objetivo do trabalho não é identificar a mineralogia dos materiais utilizados apesar de sua importância, e sim obter os efeitos da reação em estruturas de concreto.

3.4 MOLDAGEM E PROPORÇÕES DO AGREGADO

Quantidade de materiais por m³ no concreto utilizado:

QUADRO 5 - CONSUMO POR M³ DE CONCRETO

Material Consumo (Kg/m³) Cimento CPV-ARI 350 Brita 1 1064 Areia 820 Água 186 Aditivo (Mira 120) 2,10 TOTAL 2422,10

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Considerando que a proporção de argamassa do concreto utilizado é de 51,7%, a adição do material contaminante (Vidro Pirex) foi de 10% do volume de argamassa. A relação água cimento do traço original do concreto foi de 0,551 conforme informações tecnológicas da concreteira.

FIGURA 21 - PESAGEM DO MATERIAL CONTAMINANTE

.

Para compensar a alteração no traço com adição de vidro, na outra proporção dos ensaios sem materiais com potencial para RAA, foi adicionado areia na mesma proporção para igualar os traços.

3.5 MOLDAGEM

Recebido o concreto na obra, o mesmo foi depositado em uma caixa com dimensões de (0,5x0,5x0,5m), afim de controlar os volumes a serem utilizados. A caixa foi preenchida até uma altura de 0,42m e após isso foi retirado para cada moldagem, camadas de 0,2m (0,05m³) conforme FIGURA 22.

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FIGURA 22 - CAIXA PARA CONTROLE DE VOLUME

FIGURA 23 - CAIXA PARA CONTROLE DE VOLUME

FONTE: OS PROPRIOS AUTORES

A primeira camada foi utilizada para moldagem dos protótipos sem material contaminante, e neste conteúdo foi adicionada a proporção (%) de areia comum para controle do traço.

Desta primeira camada foi moldada uma viga com armadura passiva, uma viga de armadura ativa e três corpos de prova com o intuído de comparar estes protótipos com os de mesma características, porém com agregado reativo.

2ª Camada 1ª Camada

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FIGURA 24 - MISTURA DO AGREGADO AREIA

FIGURA 25 - MOLDAGEM DAS VIGAS

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Imediatamente foi retirado então a segunda camada, restando na caixa como descarte 2 cm (0,005m³) de concreto. Nesta segunda camada foi acrescentado o material contaminante (Vidro Pirex) na proporção de argamassa do concreto.

Desta segunda camada foi possível moldar a mesma proporção de protótipos da primeira camada, porém com agregado reativo, para poder obter a reação álcali agregado em um prazo menor a partir do ensaio de barras aceleradas da norma NBR 15577/2008.

FIGURA 26 - MISTURA DO AGREGADO VIDRO PYREX

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FIGURA 27 - MOLDAGEM DAS VIGAS

Os corpos de prova foram moldados conforme procedimento da NBR 5738/1994 onde especifica o número de golpes e camadas empregadas na moldagem dos mesmos.

FIGURA 28 - MOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA

FIGURA 29 - SLUMP TEST

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QUADRO 6 - TABELA VOLUME DE MATERIAIS Referência Volume (m³) Peso (Kg) Proporção de Argamassa (%) Peso - Argamassa (Kg) Material Acrescentado Quantidade de Material (Kg) Primeira

camada 0,05 125 51,70% 64,625 Areia Comum 6,4625 Segunda

camada 0,05 125 51,70% 64,625 Vidro Pirex 6,4625

3.6 CURA

Após a moldagem de todas as vigas e corpos de prova, foi mantido um período de cura de três dias para desforma, onde foram rompidos os corpos de prova do traço original do concreto, obtendo uma resistência teórica de 28,4 Mpa (ANEXO 1) em função da utilização de concreto FC3 22 MPa, muito utilizado no sistema de concreto protendido, onde obtém resistência necessária para aplicação da força de protensão já no 3 dia após concretagem.

FIGURA 30 - DESFORMA DAS VIGAS

.

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3.7 PROTENSÃO

Após o rompimento do traço padrão ao terceiro dia onde foi constatada uma resistência superior a 22 Mpa (ANEXO 1), pôde-se realizar a protensão das vigas ensaiadas no sistema de mono cordoalhas engraxadas.

Para isso foi utilizado o sistema padrão, adotado em lajes protendidas em mono cordoalhas engraxadas em pós tração, onde foi realizado o acunhamento e a marcação das cordoalhas para verificação de alongamento.

FIGURA 31 – ACUNHAMENTO DAS VIGAS PARA PROTENSÃO

Após o acunhamento, limpeza e marcação das cordoalhas foi utilizado macaco hidráulico para aplicação da força de protensão necessária para esforços dimensionados.

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FIGURA 32 - PROTENSÃO DAS VIGAS

As vigas foram dimensionadas para suportar a uma carga aproximada de 21 KN, onde a força de protensão necessária para estes esforços foram de 13,43 tf contando com 2,5% de acomodação das ancoragens e 3,15% de perda imediata do macaco.

Em função das dimensões reduzidas dos protótipos e a utilização da cordoalha CP 190 RB, o alongamento obtido pela força de 13,43 tf não foi suficiente para cravamento das cunhas bipartidas, fazendo com que as vigas não segurassem a força de protensão empregada, assim não comprimindo o concreto como deveria. Por conta disso, foi necessário aumentar a força de protensão em 15,6 tf, onde é possível analisar o cravamento da cunha e um alongamento de aproximadamente 4,8mm, compreendendo 8% do comprimento efetivo da cordoalha protendida, atendendo os testes de deformação do certificado de qualidade do fabricante.

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FIGURA 33 – ACOMPANHAMENTO DE REPROTENSÃO DAS VIGAS

FIGURA 34 – REPROTENSÃO DAS VIGAS

A aplicação da força de protensão é em BAR, unidade a qual leva se em consideração a área de contato do macaco/ancoragem, onde para o caso, a área de contato do macaco utilizado é de 31,22 mm². Sendo aplicada uma pressão de 490 BAR a força resultante foi de 15,6 tf.

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Conforme Anexo 2, a partir da força de protensão de 15,6 tf, a porcentagem de deformação (alongamento) da cordoalha é de 0,8%, totalizando no caso das vigas moldadas um alongamento de +/- 4,8mm conforme figuras 34.

FIGURA 35 - ALONGAMENTO REAL DA CORDOALHA

3.8 TRATAMENTO DA ANCORAGEM ATIVA

Conforme procedimento já utilizado em lajes do sistema em pós tração, após a protensão e determinação do alongamento, a cordoalha excedente foi cortada de modo a possibilitar a proteção das ancoragens através de um tratamento a base de epóxi e posterior camada de graute para evitar a corrosão.

FIGURA 36 - CORTE DAS CORDOALHAS

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3.9 ENSAIO ACELERADO PARA REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO

3.9.1 Pré-caracterização de reatividade

Com o objetivo de analisar o potencial reativo dos agregados utilizados nas moldagens, foram submetidos dois corpos de prova (um para cada traço) a um ensaio acelerado em menor escala em estufa ventilada.

Conforme a figura 36 os corpos de prova ensaiados foram:  CP = 1513 – Vidro Pyrex

 CP = 1587 – Areia comum

FIGURA 37 – ENSAIO ACELERADO

Tomando como referência o ensaio de barras aceleradas NBR 15577-4, os protótipos foram submetidos a um banho em solução de Hidróxido de sódio (NaOH) em estufa ventilada com temperatura fixada a 80º C durante um período de 10 dias.

Após este período foi executado uma análise visual dos corpos de prova, de forma a identificar possíveis focos de reação álcali-agregado, fundamental para dar sequência nos demais ensaios de caracterização.

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FIGURA 38 – CORPOS DE PROVA ENSAIADOS

A partir do ensaio pode-se verificar diferentes reações nos corpos de prova, onde apenas o correspondente ao agregado areia apresentou características de reatividade conforme ilustrado na FIGURA 39, onde as trincas já existentes se acentuaram. Notou-se também a presença de exsudação do hidróxido de cálcio, (estágio avançado da reação álcali agregado).

FIGURA 39 – CORPO DE PROVA 1587

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FIGURA 40 – CORPO DE PROVA 1587

3.9.2 Preparação dos protótipos para ensaio

Antes de submeter os protótipos ao ensaio, os mesmos foram identificados tanto para simples identificação dos mesmos, como também para medição nas possíveis deformações. Foram então feitas marcações em pontos específicos das vigas, aonde as medições foram feitas sempre nos mesmos locais.

FIGURA 41 – IDENTIFICAÇÃO E DEMARCAÇÃO

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FIGURA 42 – VIGAS E CORPOS DE PROVA IDENTIFICADOS

3.9.3 Solução de Hidróxido de Sódio

A preparação da solução foi feita em laboratório e obedecendo a proporção de 40,0 g de NaOH para 1000 mL de água. Para o ensaio foram necessários 30 litros de água e, portanto foram necessários 1200,00 g de Hidróxido de Sódio.

FIGURA 43 – PESAGEM DO HIDRÓXIDO DE SÓDIO

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3.9.4 Armazenamento e ensaio em estufa ventilada

Para armazenamento, os protótipos foram armazenados em uma caixa onde ficaram submersos. A caixa ficou em estufa ventilada a 80º e teve monitoramento diário.

FIGURA 44 – ARMAZENAGEM EM ESTUFA

FIGURA 45 – TEMPERATURA UTILIZADA

Apesar dos históricos de reações álcali-agregado já registrados, onde o aparecimento ocorre a partir de anos de exposição a condições favoráveis a estas reações, o ensaio foi realizado durante um período de 30 dias, com o intuito de seguir ao máximo a NBR 15577-4, que especifica a realização do ensaio acelerado em barras de argamassa. A partir deste período as vigas e corpos de prova foram retirados da imersão para dar sequência aos ensaios.

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FIGURA 46 – CORPOS DE PROVA RETIRADOS DA IMERSÃO

FIGURA 47 – IDENTIFICAÇÃO VISUAL PÓS IMERSÃO

Após a retirada das vigas e corpos de prova da solução em NaOH, conforme FIGURA 47, foram realizadas análises visuais e verificações de fissuras e expansões que possam caracterizar como focos de reação álcali agregado conforme descrito no decorrer do trabalho.

3.9.5 Ensaios para determinação de resistência

Com todas as medições e identificações realizadas, pode-se iniciar a caracterização do ensaio de resistência a compressão direta dos corpos de prova e de flexão das vigas armadas e protendidas, onde utilizou-se diferentes prensas para obtenção dos resultados, em virtude de obter uma melhor precisão dos valores.