Carlos Welligton de Azevedo Pires Sobrinho 1,2 Luciana Vieira de Melo 1

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PERFORMANCE CONCRETE, 2002, RECIFE. THIRD INTERNATIONAL CONFERENCE, 2002

A IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE DE AGRESSIVIDADE DA ÁGUA

DO SOLO NAS ESTRUTURAS DE FUNDAÇÃO EM CONCRETO

CONSTRUIDOAS NA REGIÃO METROPOLITANA DO RECIFE.

Carlos Welligton de Azevedo Pires Sobrinho 1,2 Luciana Vieira de Melo1

1 Pesquisador ITEP- Fundação Instituto tecnológico do Estado de Pernambuco 2 Pref. Assistente Escola Politécnica da Universidade de Pernambuco

INTRODUÇÃO

A ruína do edifício Éricka, localizado no bairro de Jardim Fragoso em Olinda, ocorrido em novembro de 1999 teve como causa o colapso da fundação decorrente principalmente da degradação dos blocos de concreto por ataque de águas sulfatadas aliada a outros fatores inerentes ao caso analisado ( CODECIPE-2000).

Esta constatação, desconhecida do meio técnico até então, desperta preocupações em toda classe de engenharia ligada a construção, principalmente nos engenheiros projetas e construtores que adotaram fundações utilizando este tipo de componentes ou elementos em concreto de dimensões reduzidas e/ou de porosidade elevada(comum em concreto utilizado em fundações).

Este trabalho apresenta um breve resumo sobre os mecanismos de ação deletérias nos concretos porosos sob ação de águas consideradas agressivas, e aplicando este conhecimento ao estudo de caso da ruína do edifício Érica e de outras edificações com características semelhantes.

A dimensão do problema e muito grande, atinge a grande maioria das edificações já construídas nessa região. O entendimento deste problema servirá de orientação técnica para avaliação da capacidade resistente dos elementos/componentes em concreto e como subsídio para o desenvolvimento de projetos de recuperação/terapias no sentido de restaurar a durabilidade das fundações existentes.

ABORDAGEM DA PROPOSIÇÃO

Segundo ACI-91, a durabilidade do concreto de cimento portland é definida como a sua capacidade de resistir à ação das intempéries, ataques químicos, abrasão ou qualquer outro processo de deterioração quando exposto ao seu meio. Segundo HELENE-97, conceituação semelhante está em discussão no CB-2 sobre a revisão da NBR 6118,.

De acordo com METHA-94, a água é o principal agente de degradação do concreto, agindo como veículo de transporte de íons agressivos, e também fonte de processos químicos de degradação. O grau de deterioração está associado a permeabilidade do sólido e a velocidade de degradação está relacionada pelo tipo de concentração de íons na água e pela composição química do concreto.

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Na prática, vários processos químicos e físicos de deterioração atuam ao mesmo tempo e podem até reforçar-se mutuamente. Metha&Gerwick, citado por OLLIVIER-98 identificaram três tipos de reações distintas que provocam deterioração química do concreto, são estas:

a)Reações de troca iônica entre um fluido agressivo e componentes cimentícios da pasta, seguidos da remoção dos íons CA++ , contribuindo para o aumento da porosidade e permeabilidade do concreto;

b)Reações envolvendo hidrólise e lixiviação dos componentes cimentícios da pasta, seguidos pela perda de massa e aumento da porosidade e permeabilidade do concreto; c) Reações envolvendo formação de produtos expansivos, provocando aumento nas tensões internas no concreto.

Segundo SOBRAL-84, a degradação das argamassas e concretos nas águas selenitosas é o resultado da interação dos sulfatos com o hidróxido de cálcio livre e os aluminatos de cálcio hidratados, encontrados nos produtos cimentícios, esquematicamente apresentadas na reações abaixo:

Ca(OH)2 + Na2SO4.10H2O => CaSO4.2H20 + 2 NaOH + 8 H2O . ( I )

3 CaO.Al2O3.12H2O + 3CaSO4.2H2O + 13 H2O2 => 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O (II)

2(3CaO.AL2O3.12H2O) + 3NaSO4.10H2O =>3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O +...

2Al(OH)3 + 6NaOH + 17H2O ...(III)

Como se pode ver, os resultados do ataque dos sulfatos é a formação do gesso e do trisulfoaluminato tricálcico hidratado (etringita). Esses dois compostos cristalizam com a água, num processo que é acompanhado de um aumento de volume e consequentemente expansão e fissuração, que sob exposição continuada poderá provocar deterioração completa da pasta .

Com base nos volumes molares, o hidróxido de cálcio apresenta 33,2 cm3 e quando se transforma em gesso este volume passa para 74,2 cm3, mais que o doblo de volume. Já a relação entre aluminato tricálcico hidratado e a etringita e da ordem de 2,5 vezes.

Além da questão específica dos sulfatos, a ação combinada de outras substâncias como: CO2 livre, ions Cl-, redução do PH e presença de outras íons, podem ser

considerados fatores agravantes ou atenuantes ao processo de degradação.

Em águas selenitosas(águas com sais), com alta concentração de cloretos, há uma tendência a dissolução desses compostos formados e a conseqüente lixiviação, diminuindo de certa forma a pressão interna, porém acarretando perda de massa no produto e aumento da permeabilidade. É também possível que a presença de altas concentrações de cloretos nesta água venham a minimizar a expansão através da dissolução e lixiviação dos compostos formados (Mehta e Monteiro-94, Neville-81).

Também pela mesma Norma, a constatação de teores elevados de magnésio encontrados superior à 150 mg/l s também indica um grau de agressividade considerado forte aos produtos cimentícios. Estes altos teores de Magnésio, associados aos altos teores

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de Cloretos potencializa uma reação lenta como o Hidróxido de Cálcio Segunda a reação abaixo:

Mg.Cl2 + Ca(OH)2 --> Mg.(OH)2 + Ca.Cl2

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Este Cloreto de Cálcio resultante desta reação é altamente solúvel e facilmente removível por lixiviação. Esta ação porém é minimizada pela baixa permeabilidade do produto.

Nesta filosofia de raciocínio o CETESB-88 publicou norma sobre a determinação do grau de agressividade de meio aquoso ao concreto, onde avalia o grau de agressividade em função do PH, das concentrações iônicas e de tipos de resíduos encontrados. CINCOTO-91 apresenta comentários sobre a aplicação desta norma e conclui que o grau de agressividade é atribuído à água por confrontação dos valores dos parâmetros normativos com a os resultados das análises químicas.

Com base na concentração de ions, do PH e sólidos dissolvidos é possível identificar, segundo a norma, o fenômeno de degradação preponderante que atua no material . Análise complementares como caracterização por difratometria de raio X ou por microscopia eletrônica poderá ser um auxílio para completa identificaçào e quantificaçào da degardaçào no material. Outros métodos para avaliação do grau de agressividade ao concreto pode ser encontrado na CEB/FIP-90.

ESTUDO DE CASO

Dos estudos e análises realizadas, relatados no Laudo Técnico Sobre as Causas do Desabamento do Edifício Éricka (CODECIPE-2000), foto 01. Constatou-se que as combinações de íons determinadas na água do solo em contato com o concreto, foram caracterizadas como grau de agressividade forte, conduzindo a formação de etringita acompanhada por lixiviação. A tabela 01 abaixo mostra os resultados dos ensaios em amostras de água e a classificação de agressividade segundo Norma CETESB-88..

Tabela 01- Resultados das análises das amostras de águas coletadas

DETERMINAÇÕES Amostra 01 Amostra 02 Amostra 03

pH 8,7 8,3 7,7

Dióxido de carbono livre(CO mg/l 0,0 0,0 7,7

Cloretos (Cl) mg/l 92,2 193,2 65,6 Sulfatos (SO3) mg/l 460,5 815,0 758,5

Alcalinidade de bicarbonato(CaCO3) mg/l 74,1 51,5 121,9

Magnésio(Mg) mg/l 9,51 2,16 21,94 Cálcio (Ca) mg/l 92,5 63,4 282,2

Para melhor caracterizar o fenômeno foi também realizada ensaios de reconstituição de traço em amostra de blocos e argamassas de assentamento utilizados. Dos ensaios de reconstituição de traço realizado em amostras de blocos retirados da fundação uma proporção de 1:24 em massa o que corresponde a 1:20 em volume, quando usualmente esses blocos são confeccionados na proporção de 1:10 em volume, constatando-se uma

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perda de mais de 50% dos aglomerantes, Já nas amostras de argamassa constatou-se uma proporção de 1:6,5 em massa ou 1:5 em volume, quando o usual é traço na proporção de 1:6 em volume, mostrando uma menor redução. Estes resultados comprovam os efeitos da lixiviação.

A foto 02, apresentada o estado da fundação de um edifício, com caixão vazio, em blocos de concreto, sob ação de águas servidas, e a foto 03 mostra um comparativo visual entre blocos situados na região sob variação de nível dágua e região seca, foto retirada da fundação de edifício próximo e sob as mesmas condições do edifício em apreço.

Dos resultados das análises de difratometria de raios X mostra a presença da etringita, resultado da lixiviação ocorrida nos blocos de fundação provocada pela percolação das águas do solo .

A fundação em caixão perdido, isto é alvenaria singelas sem aterrro interno apoiando laje de piso, é muito comumente utilizada na produção de edifícios em alvenaria portante em áreas alagadas ou em declive. Este tipo de fundação favorece de sobre maneira o potencial de lixiviação das águas.

A literatura internacional caracteriza que elementos de concreto com menos de 20 cm de espessura apresentam potencial de lixiviação . No caso de blocos premoldados em concreto este potencial é extremamente forte, além do concreto utilizado apresentar porosidade elevada, característica do processo de produção de premoldados, as duplas paredes que definem o blocos tem aproximadamente 2,5cm de espessura, separadas por uma região de vazio interno.

Com estas características dos blocos e considerando que a fundação em arrimo está inserida numa região onde a variação do nível dágua é constante, obedecendo o movimento de maré, existe um potencial de percolação extremamente elevado.

Quando o nível da maré, se eleva proporciona uma elevação do lençol freático na região com isso a água tende a percolar de fora para dentro da fundação. Quando o lencol freático baixa a água tem caminho inverso, provocando uma faixa de variação constante de um ciclo de molhagem e secagem acompanhado de lixiviação constante do material aglomerante.

CONCUSÕES

Das informações levantadas e dos fatos evidenciados pode-se concluir que embora seja de alta relevância e de grande abrangência o processo de degradação apresentado, poucos profissionais da área conheciam o assunto.

As normas que abordam esse assunto foram desenvolvidas em um âmbito específico e não estão incorporadas ou referendadas às normas técnicas de materiais e procedimentos da área de engenharia civil.

Muitas edificações construídas na Região e no País apresentam características semelhantes e necessitam de avaliações e possivelmente intervenções urgentes, sob risco de vir a ruir.

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Ë importante que sejam desenvolvidos estudos mais aprofundados às características regionais de forma a subsidiar e melhor adequar a Norma CETESB, possibilitando a esta uma maior abrangência.

Referências bibliogáficas citadas

ACI-AMERICAN CONCRETE INSTITUTE: Guide to Durable Concrete: reported by ACI Commtte 201. 2R, In:_ACI Manual of Concrete Pratice. Detroit, 1991.Part 1

CEB/FIP- COMITE EURO-INTERNATIONAL DU BETON- Model Code 1990

CETESB- COMPANHIA DE TECNOLOGIA DE SANEAMENTO AMBIENTAL- l1.007-Dterminação do Gráu de agressividade de Meio Aquoso ao Concreto- 1988

CODECIPE- COORDENADORIA DE DEFESA CIVIL DO ESTADO DE

PERNAMBUCO- Laudo Técnico Sobre as Causas do Desabamento do Edifício Éricka- 2000

HELENE, P.R.L- Vida útil das estruturas de concreto. Anais do IV Seminário Iberoamericano de Patologia das Construções, pp 01-30 Porto Alegra 1997

ITEP- Relatório Técnico Nº171.179- Determinação das causas de degradação da estrutura de contenção de solo sob arrecifes da entrada no porto interno de SUAPE.maio 2000

METHA, P. K e MONTEIRO, P.J.M – Concreto- Estrutura, Propriedades e Materiais, editora PINI 1994

OLLIVIER, J.P – Durability of Concrete- BT/PCC/192, USP-1998

CINCOTO, M A – Agressividade do Meio ao Concreto, revista do IBRACON nº03 ano II pp 52-58, São Paulo 1992

SOBRAL, H.S- Proteção das Estruturas de Concreto Armado e Protendido contra as ações agressivas dos ions CL- e SO4-- IBRACON Reunião anual 1984

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Fotos Ilustrativas

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Foto 02- aspecto de uma fundação de um outro edifício, em caixão vazio, com água servida no seu interior

Foto 03- Amostras de blocos retirados da região de fundação (bloco superior) e da região de superestrutura(bloco inferior