GABRIELLE MELO BURIGO
ESTUDO SOBRE O EFEITO DA DIFUSÃO DE CLORETO NO CONCRETO COM ALTERAÇÃO NA RELAÇÃO ÁGUA/CIMENTO E NO TIPO DE
CIMENTO.
Palhoça 2017
ESTUDO SOBRE O EFEITO DA DIFUSÃO DE CLORETO NO CONCRETO COM ALTERAÇÃO NA RELAÇÃO ÁGUA/CIMENTO E NO TIPO DE
CIMENTO.
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Engenheira Civil.
Dr. Heloisa Regina Turatti Silva
Palhoça 2017
À Deus, à minha família, ao meu namorado e à mim mesma.
AGRADECIMENTOS
Nos momentos de crise procurei não me abater. Procurei suportar e esperar com paciência, pois eu sei que Deus sabe o instante de intervir. Tudo o que tenho, é benção do Senhor. Portanto, o meu primeiro agradecimento é para Ele, que me manteve e me mantém seguindo e confiando.
Agradeço imensamente à minha família por: tudo! Agradeço à eles que me concederam a oportunidade de estudar e acreditaram em mim. Agradeço à eles que suportaram todas as minhas crises infinitas de choro e desespero durante todo o período da faculdade. Eu realmente chorei muito, mas sorri demais também. Agradeço de todo o coração também àqueles que me acolheram e me chamaram de família.
Embora minha irmã ainda não tenha muita noção do que é um Trabalho de Conclusão de Curso, ela tem a noção que isso é estressante e que é necessário abrir mão de muita coisa para realizá-lo, pois me viu muitas vezes longe dela para concluir esta monografia. Desta forma, não tenho como não agradecer a sua paciência e amor quando eu disse que não poderia brincar com você, pois tinha que terminar esse trabalho logo. Você tentou compreender. Te amo, neninha.
Obrigada, Cleiton! Pra você não tenho palavras pra descrever o que significamos juntos. Obrigada por me acompanhar em todos os ensaios, todas as misturas de concretos, todas as aspersões de nitrato. Obrigada por correr comigo pra todos os cantos da cidade. Obrigada pelos sonhos que compartilhamos. Você é e sempre será a peça-chave do meu quebra-cabeça. Seguiremos juntos.
Obrigada Helo e Paola por terem me acolhido em seus laboratórios e em seus corações, pois minha jornada na Universidade não teria sido a mesma sem vocês ao meu lado. Obrigada por todas as oportunidades que a Pesquisa me proporcionou!
“Aguarda as surpresas do tempo, agindo sem precipitação. Se cada noite é uma nova sombra, cada dia é uma nova luz.” (XAVIER, 2013).
RESUMO
Tratando-se de estruturas de concreto, os fenômenos que originam os processos de corrosão possuem como ação principal a migração de cloretos no material. Desta forma, é por este motivo que a inserção de íons cloreto é considerada por muitos pesquisadores uma das mais severas manifestações patológicas que comprometem as estruturas de concreto. Investigar a forma como estes agentes agressivos migram e agem no material é de suma importância quando se trata de durabilidade e vida útil de estruturas, uma vez que o processo de corrosão de armaduras inicia-se quando há uma concentração mínima de cloretos nos concretos.
O presente estudo teve por objetivo investigar o comportamento frente à ação de íons cloretos livres, de concretos compostos por duas diferentes relações água/cimento e por cimentos do tipo CP IV e CP V – ARI. As avaliações de penetrações de íons cloretos nos concretos foram submetidas ao Ensaio de Penetração de Cloretos por Aspersão de Nitrato de Prata (EPCANP) para tempos de ensaio de 7, 14, 28, 56, 63 e 91 dias, e ao Método de Mohr (Titulação). A aplicação do ensaio EPCANP teve como objetivo analisar as medidas de profundidades de penetração de cloretos, bem como calcular o coeficiente “k” de difusão. O emprego do Método de Mohr teve por objetivo abordar a investigação quantitativa do teor de cloreto para concretos de 91 dias.
Por meio das análises dos resultados obtidos, percebeu-se que na condição estudada, a menor relação água/cimento (0,50) apresentou o menor coeficiente “k” de difusão de cloreto e a menor quantidade de cloreto nos corpos-de-prova. Além disso, concretos dosados com o Cimento Portland Pozolânico (CP IV) obtiveram resultados melhores quanto aos corpos-de-prova confeccionados com o Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CP V – ARI), pois apresentaram coeficientes de difusão e teores menores de cloreto. Desta forma, o traço que obteve o melhor resultado em torno das variáveis estudadas e propostas por esta pesquisa experimental foi aquele composto por uma relação água/cimento de 0,50 e com cimento CP IV.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Inter-relacionamento entre conceitos de durabilidade e desempenho... 13
Figura 2 – Representação dos tipos de cimento utilizados (CP IV e CP V – ARI) ... 35
Figura 3 – Representação dos procedimentos de granulometria para agregado miúdo e graúdo ... 37
Figura 4 – Representação da montagem de peneiras para ensaio de granulometria para agregado graúdo ... 38
Figura 5 – Representação do experimento com frasco de Chapman ... 40
Figura 6 – Representação do experimento com pcinômetro ... 40
Figura 7 – Representação da mistura do concreto na betoneira ... 45
Figura 8 – Representação do procedimento de cura em água ... 47
Figura 9 – Representação dos concretos retirados após o tempo de cura com verniz ... 50
Figura 10 – Representação do cloreto de sódio (NaCl) utilizado ... 50
Figura 11 – Representação dos tanques de solução salina com os concretos ... 51
Figura 12 – Representação do procedimento de ruptura diametral ... 51
Figura 13 – Representação do concreto rompido diametralmente ... 52
Figura 14 – Representação da análise de medição com o paquímetro em 7 dias ... 53
Figura 15 – Representação aproximada dos concretos após aspersão de nitrato de prata (AgNO3) em 28 dias ... 53
Figura 16 – Representação aproximada dos concretos após aspersão de nitrato de prata (AgNO3) em 63 dias ... 54
Figura 17 – Representação aproximada dos concretos após aspersão de nitrato de prata (AgNO3) em 91 dias ... 54
Figura 18 – Representação da quebra dos corpos-de-prova para preparação do Método de Mohr ... 56
Figura 19 – Solução em processo de cozimento... 57
Figura 20 – Solução sendo filtrada após seu cozimento ... 57
Figura 21 – Solução sendo titulada ... 58
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 – Análise de penetração média para o Traço nº 01 ... 68
Gráfico 2 – Análise de penetração média para o Traço nº 02 ... 68
Gráfico 3 – Análise de penetração média para o Traço nº 03 ... 69
Gráfico 4 – Análise de penetração média para o Traço nº 04 ... 69
Gráfico 5 – Comparação estabelecida da relação água/cimento entre o Traço nº 01 e nº 02 ... 72
Gráfico 6 – Comparação estabelecida da relação água/cimento entre o Traço nº 03 e nº 04 ... 72
Gráfico 7 – Comparação estabelecida da alteração do tipo de cimento entre o Traço nº 01 e nº 03 ... 73
Gráfico 8 – Comparação estabelecida da alteração do tipo de cimento entre o Traço nº 02 e nº 04 ... 74
Gráfico 9 – Resultados correlacionados dos traços estudados ... 78
Gráfico 10 – Análise de penetração de cloretos pelo Método de Mohr ... 84
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Concentração dos principais íons presentes na água do mar ... 19
Tabela 2 – Classes de agressividade ambiental ... 20
Tabela 3 – Teor máximo de íons cloreto para proteção das armaduras do concreto ... 23
Tabela 4 – Correspondência entre a classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal ... 25
Tabela 5 – Correspondência entre a classe de agressividade e qualidade do concreto ... 28
Tabela 6 – Teores dos componentes do Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CP V – ARI) ... 29
Tabela 7 – Teores dos componentes do Cimento Portland Pozolânico (CP IV) ... 30
Tabela 8 – Composição química do Cimento Portland Pozolânico (CP IV)... 33
Tabela 9 – Composição química do Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CP V – ARI) ... 34
Tabela 10 – Propriedades físicas e mecânicas do Cimento Portland Pozolânico (CP IV) ... 34
Tabela 11 – Propriedades físicas e mecânicas do Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CP V – ARI) ... 35
Tabela 12 – Valores aproximados de “m” para a primeira mistura experimental ... 42
Tabela 13 – Valores aproximados de “(p/Ɣg)” para a mistura inicial ... 43
Tabela 14 – Número de camadas para moldagem dos corpos-de-prova ... 46
Tabela 15 – Tolerância de tempo para o ensaio de compressão em função de idade de ruptura ... 48
Tabela 16 – Análise granulométrica do agregado miúdo ... 60
Tabela 17 – Análise granulométrica do agregado graúdo ... 60
Tabela 19 – Traços utilizados nos estudos de penetração de íons cloreto ... 67
Tabela 20 – Resultados para coeficientes médios de difusão de cloretos ... 70
Tabela 21 – Comparações estabelecidas entre os Traços de concreto ... 70
Tabela 22 – Coeficientes de difusão “k” de cloretos pelo EPCANP ... 75
Tabela 23 – Análises de reduções nos coeficientes de difusão ao longo dos dias ... 76
Tabela 24 – Valores para penetração de cloretos pelo Método de Mohr ... 83
LISTA DE ABREVIATURAS
AASHTO ... American Association of State Highway and Transportation Officials
ABNT ... Associação Brasileira de Normas Técnicas
ACI ... American Concrete Institute (Norma Americana)
ASTM ... American Society for Testing and Materials
BS 8110 ... British Standars - Inglaterra. Structural use of concrete (Norma Inglesa)
C.E.B ... Comite Euro-Internacional du Betón
CP II ... Cimento Portland Composto
CP III ... Cimento Portland de Alto Forno
CP IV ... Cimento Portland Pozolânico
CP V - ARI ... Cimento Portland de Alta Resistência Inicial
ENV ... Pré-Norma Europeia
EPCANP ... Ensaio de Penetração de Cloretos por Aspersão de Nitrato de Prata
Fck ... Resistência característica à compressão
PH ... Potencial Hidrogeniônico
PNB ... Produto Nacional Bruto
UNISUL ... Universidade do Sul de Santa Catarina
LISTA DE SÍMBOLOS
atm ... Pressão atmosférica
AgCl ... Cloreto de prata
AgNO3 ... Nitrato de prata
Al2O3 ... Óxido de alumínio
CaO ... Óxido de cálcio total
C3A ... Aluminato tricálcico
C3AF ... Ferroaluminato tetracálcico
C20H14O4 ... Fenolftaleína
C2S ... Silicato dicálcico
C3S ... Silicato tricálcico
CaCl2 ... Cloreto de cálcio
CaCO3 ... Carbonato de cálcio
Cl ... Cloro Cl- ... Cloreto cm ... Centímetro cm³ ... Centímetro cúbico CO2 ... Dióxido de carbono Cr2O2 ... Óxido de cromo Fe ... Ferro Fe2O3 ... Óxido de ferro
Fe(OH) ... Hidróxido de ferro
g ... Grama
g/L ... Grama por litro
g/mol ... Grama por mol
h ... Hora
H2SO4 ... Ácido sulfúrico
kg ... Quilograma
kg/m³ ... Quilograma por metro cúbico
KCl ... Cloreto de potássio
K2CrO4 ... Cromato de potássio
K2O ... Óxido de potássio
ppm ... Partes por milhão
m³ ... Metro cúbico
MgO ... Óxido de magnésio
mg/L ... Miligrama por litro
Mg2+ ... Magnésio
ml ... Mililitro
mm ... Milímetro
mm/semana ... Milímetro por semana
mol/L ... Mol por litro
MPa ... Mega Pascal
MPa/s ... Mega Pascal por segundo
Na+ ... Sódio
NaCl ... Cloreto de sódio
Na2O ... Óxido de sódio
O2 ... Oxigênio
SiO2 ... Dióxido de silício
SO3 ... Trióxido de enxofre
SO₄²⁻ ... Sulfato SO3 ... Trióxido de enxofre
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 1 1.1 OBJETIVOS ... 4 1.2 PROBLEMÁTICA ... 4 1.3 JUSTIFICATIVA ... 5 1.4 DELIMITAÇÃO DO TRABALHO ... 7 1.5 ESTRUTURA DA PESQUISA ... 7 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 9
2.1 CARACTERIZAÇÃO DOS DIFERENTES AMBIENTES EM CONTATO COM AS ESTRUTURAS DE CONCRETO ... 16
2.1.1 Meio ambiente urbano e industrial... 18
2.1.2 Meio ambiente marinho ... 18
2.1.3 Agressividade ambiental segundo a NBR 6118 ... 20
2.2 CLORETOS NO CONCRETO ... 21
2.2.1 Teores limite de íons cloreto ... 23
2.2.2 Cobrimento do concreto ... 24
2.2.3 Leis de difusão de Fick ... 25
2.2.4 Relação água/cimento ... 27
2.2.5 Tipo de cimento ... 28
3 INVESTIGAÇÃO EXPERIMENTAL ... 32
3.1 ESTUDO BIBLIOGRÁFICO ... 32
3.2 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS ... 32
3.2.1 Matérias-primas ... 33
3.2.2 Ensaios de caracterização ... 36
3.3 DOSAGEM EXPERIMENTAL ... 41
3.3.1 Descrição do método ... 42
3.4 PRODUÇÃO DOS CONCRETOS ... 44
3.4.1 Mistura dos materiais ... 44
3.4.2 Moldagem dos corpos-de-prova ... 45
3.4.3 Cura dos corpos-de-prova ... 47
3.4.4 Resistência mecânica à compressão axial ... 48
3.5.1 Método AASHTO T259 ... 49
3.5.2 Método de Mohr ... 54
4 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ... 59
4.1 INTRODUÇÃO ... 59
4.2 ANÁLISE DOS RESULTADOS DE CARACTERIZAÇÃO ... 59
4.2.1 Resultados da Composição Granulométrica... 59
4.2.2 Resultados da Massa Específica Aparente ... 61
4.2.3 Resultados da Massa Unitária ... 62
4.3 ANÁLISE DOS RESULTADOS DE DOSAGEM EXPERIMENTAL PELO MÉTODO DA ABCP PARA AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL ... 63
4.4 ANÁLISE DOS RESULTADOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL ... 66
4.5 VARIAÇÕES DE TRAÇO UTILIZADAS NOS ESTUDOS DE DIFUSÃO DE CLORETO ... 67
4.6 ANÁLISE DOS RESULTADOS DE PENETRAÇÃO DE CLORETOS PELO ENSAIO DE ASPERSÃO DE NITRATO DE PRATA - EPCANP ... 67
4.6.1 Avaliação do coeficiente “k” de difusão ... 75
4.6.2 Efeito isolado da relação água/cimento ... 78
4.6.3 Efeito isolado do uso de diferentes cimentos ... 80
4.6.4 Correlação do uso de diferentes relações água/cimento e tipos de cimentos ... 81
4.7 ANÁLISE DOS RESULTADOS DE PENETRAÇÃO DE CLORETOS PELO ENSAIO DE MÉTODO DE MOHR ... 82
4.8 CORRELAÇÃO DOS RESULTADOS DE PENETRAÇÃO DE CLORETOS ENTRE O EPCANP E MÉTODO DE MOHR ... 86
5 CONCLUSÕES ... 88
5.1 SUGESTÕES ... 91
1 INTRODUÇÃO
Entre todos os materiais disponíveis em meio à área da construção civil, o cimento para a produção de concreto tem sido o escolhido como solução estrutural para a construção de residências, serviços em geral e infraestrutura urbana. Segundo MEHTA et al. (2008), os seus constituintes são relativamente baratos e facilmente encontrados e disponíveis na maior parte do mundo, além do mais, adequa-se às mais variadas formas arquitetônicas, e possui boa resistência mecânica.
Embora haja cuidado com a produção de um concreto de boa qualidade, produzido a partir de um traço estudado, contendo materiais constituintes de qualidade e executado de maneira correta, não é suficiente para garantir que este não sofra ação de agentes desencadeadores de patologias. Desta forma, há uma preocupação constante com os inúmeros problemas referentes às suas principais patologias relacionadas com propriedades de durabilidade e desempenho.
Em função deste contexto, pode-se afirmar que as estruturas de concreto devem ser projetadas e executadas em função das solicitações mecânicas e das condições ambientais em que estão inseridas, desta forma é possível manter condições mínimas de segurança e desempenho deste material. Entretanto, é importante salientar que nenhum material é eternamente durável, sendo assim, suas propriedades vão se modificando conforme o decorrer dos anos, tornando-se fundamental o desenvolvimento de novos estudos sobre agentes agressivos que se transportam para o interior dos meios porosos dos materiais, como é o caso do concreto.
Utilizando o cimento como principal elemento, somado a água e aos agregados, forma-se a massa de concreto, material que possui alta resistência à compressão, mas sua resistência à tração é baixa. Com a presença de aço incorporado na estrutura de concreto produz-se o concreto armado. Este, devido à sua grande capacidade de resistência mecânica (tração e compressão), tem sido utilizado e profundamente aplicado em grandes construções de engenharia. Sendo considerado um grande instrumento para o alcance de alta durabilidade por um longo período de tempo. Entretanto, esta composição disponível para suportar grandes estruturas, possui manifestações patológicas bastante acentuadas em seu arranjo devido aos fatores externos e internos que o cerca. Essas manifestações podem ser físicas, químicas ou biológicas. Segundo SACIOLOTO (2005), dentre as patologias químicas podem ser citados a corrosão das armaduras, a carbonatação, o ataque de sulfatos, o ataque de soluções ácidas e a ação de cloretos.
O autor POLIPO (2006) afirma que são diversos os aspectos tecnológicos e químicos que são determinantes no processo de corrosão do concreto, relacionados à quantidade de cloretos livres, são eles: o tipo de cátion associado aos cloretos, tipo de acessos facilitadores, presença de um ânion (como o sulfato), distribuição granulométrica, composição química dos materiais, relação água/cimento, entre outros. Neste caso, esses aspectos contribuem para a redução (ou aumento quando não determinados de forma correta) do índice de vazios e, consequentemente, da porosidade do concreto, contribuindo para evitar (ou permitir) o transporte de agentes agressivos para o interior da estrutura.
De acordo com TORRES (2011), a partir de levantamentos realizados no exterior (por MEHTA, 1993) e no Brasil (por DAL MOLIN, 1988; ARANHA, 1994; NINCE, 1996; ANDRADE, 1997), é possível afirmar que a corrosão de armaduras é a principal patologia que causa deterioração das estruturas de concreto armado, com índices de ocorrências de deteriorações de 27% a 64% em todo o mundo.
Manifestações patológicas são motivos de preocupações em função de gastos altos e excessivos em âmbito à recuperação de estruturas de concreto armado, necessitando de profissionais especializados e diferentes formas de reabilitação da construção afetada. Segundo CHANDRA et al. (1994), o governo da Suécia gasta em torno de 55 milhões de dólares para manutenção e recuperação de cerca 9.500 pontes de concreto armado afetadas por manifestações patológicas causadas por íons cloreto. Através de estudos realizados ao longo de muitos anos, os autores GU et al. (1996) afirma que até o ano de 1996, o governo dos EUA gastou cerca de 20 bilhões de dólares em estruturas corroídas de pontes ao longo do país. Este valor cresce a cada ano que passa, segundo o estudo realizado por LONG et al. (2001), só nos EUA são gastos 100 bilhões de dólares com recuperação de estruturas de concreto deterioradas.
SWAMY (2000), por entre os diversos levantamentos efetuados no Reino Unido, certifica que 50% do gasto anual da indústria da construção civil é voltado para obras com patologias decorrentes à corrosão de armaduras.
O ataque por íons cloreto às armaduras presente no concreto é considerado, em todo o mundo, a patologia mais estudada pelos pesquisadores da construção civil. Estas pesquisas são cada vez mais elaboradas a fim de buscar uma vida útil maior para a estrutura de concreto que está exposta aos principais agentes agressivos, como o cloreto (Cl-), oxigênio (O2) e o dióxido de carbono (CO2).
Tratando-se de problemas com a corrosão do aço, no Brasil, segundo a Comissão de Estudos de Corrosão de Elementos Metálicos em Concreto da ABNT (Construção, 1991),
esta manifestação patológica no concreto causa um prejuízo anual de 3,5 a 4,0% do Produto Nacional Bruto (PNB).
Através de vistorias constantes em construções como pontes, passarelas e viadutos em responsabilidade pela Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro, LIMA (1989), descreveu que a corrosão de armaduras é o principal fator que contribui para a ruína das estruturas de concreto. Assim sendo, suas causas estão relacionadas com a falta de proteção da armadura no concreto pela falta de cobrimento mínimo utilizado, uso de materiais de construção de má qualidade e, principalmente, pela exposição da estrutura em meio a agentes invasivos.
O autor DAL MOLIN (1988), por entre seus estudos junto a fiscalizações em obras na cidade de Porto Alegre e região, concluiu que 11,89% das fissuras encontradas em estruturas de concreto armado deu-se devido ao fenômeno da corrosão. Além disso, 40% destas fissuras geradas comprometiam a estabilidade estrutural das construções avaliadas.
Segundo ANDRADE (1997), no Estado de Pernambuco, 64% das manifestações patológicas ocorridas em estruturas de concreto armado deu-se por corrosão de armaduras, cujo principal agente agressivo foi o íon cloreto.
Todos estes dados, considerados em conjunto, evidenciam a importância do tema abordado neste estudo, pois trazem consigo a demonstração que a deterioração de estruturas de concreto, por manifestações patológicas geradas por agentes agressivos, é um problema grave na engenharia civil de todo o mundo.
Entre os principais agentes de degradação de estruturas de concreto pela corrosão de armaduras, os íons cloreto são os elementos que mais contribuem para o surgimento deste sério problema, sendo encontrados em ambientes marítimos, urbanos ou mesmo industriais.
Os íons cloreto podem chegar até o interior do concreto por meio de distintas formas, como através do uso de aceleradores de pega que possam conter cloreto de cálcio (CaCl2), por meio de impurezas encontradas nas matérias-primas, pela atmosfera marinha,
processos industriais, pelo uso de sais de degelo, entre outros (ISAIA, 2011).
Para LOPES (1999), o mecanismo de difusão de cloretos no concreto é de tamanha importância quando se trata de durabilidade de estruturas de concreto, já que o mesmo controla a penetração de íons cloreto para o interior dos poros do concreto, tornando-se agentes agressivos que comprometem a estabilidade e o detornando-sempenho das estruturas.
Deste modo, levando em consideração um dos maiores desafios da área da engenharia civil, que é estudar as manifestações patológicas ocorridas em estruturas de concreto, este trabalho possui o intuito de estudar sobre a difusão de cloreto no concreto, considerado por MEDEIROS et al. (1999), LOPES (1999), ROSAROLA (2006), ISAIA
(2011), entre tantos outros autores que serão citados ao longo deste trabalho, um dos principais agentes agressivos causadores de deteriorações em estruturas de concreto.
1.1 OBJETIVOS
GERAL
Investigar o comportamento frente à ação de íons cloreto de concretos compostos com diferentes relações água/cimento e por cimentos do tipo CP IV e CP V – ARI.
ESPECÍFICOS
Avaliar a difusão de íons de cloretos através do Ensaio de Penetração de Cloretos por Aspersão de Nitrato de Prata (EPCANP – AASHTO T259);
Investigar quantitativamente o teor de cloreto presente nas amostras estudadas através do método de Mohr;
Relacionar os estudos sobre a difusão e a penetração de íons cloretos no concreto.
1.2 PROBLEMÁTICA
Sabe-se que nenhuma estrutura de concreto é eternamente durável devido à sua permanente interação com ambientes agressivos que cercam uma construção, trazendo permanentemente uma preocupação com as manifestações patológicas pela presença do agente cloreto. O íon cloreto contribui, portanto, para a diminuição da durabilidade do concreto pela sua deterioração.
De acordo com SACILOTO (2005), o processo de deterioração de estruturas de concreto por ação do cloreto se estende para todas as regiões do Brasil, principalmente em cidades litorâneas. Segundo o mesmo, é fundamental analisarmos a forma como ocorre o ingresso de cloretos para o interior do concreto, bem como se distribuem na massa, provenientes de exposição à atmosfera marítima e agentes poluidores de grandes metrópoles.
As variáveis utilizadas foram escolhidas em detrimento às análises de estudos posteriores, como de PEREIRA (2001) e SACILOTO (2005).
PEREIRA (2001) afirma que são realizados poucos trabalhos sobre a medição do íon cloreto para o interior do concreto, desta forma, visando aprofundar seu trabalho já realizado no ano de 2001, estenderemos o mesmo através da influência de outro tipo de cimento. Neste trabalho serão empregados os cimentos do tipo CP IV e CP V – ARI, com as relações água/cimento: 0,50 e 0,55.
Sob outro paradigma, segundo ISAIA (1995), cimentos pozolânicos como o CP IV, apresentam boa capacidade de fixação de cloretos pelo fato de possuírem altos teores de aluminatos em sua composição. Desta forma, provocam mudanças nas estruturas dos poros do concreto pela redução da capacidade de penetração dos íons cloreto, reduzindo o teor de cloretos livres no material.
Segundo PEREIRA (2001), concretos elaborados com o uso do cimento Portland CP IV apresentam coeficientes efetivos de difusão de cloretos menores em relação a outros tipos de cimento, devido ao fato da cinza volante presente neste, fornecendo uma melhor composição da pasta de cimento hidratada, e consequentemente, dificultando a movimentação dos íons cloreto.
De acordo SACILOTO (2005), diversas são as técnicas experimentais para investigações do íon cloreto na estrutura de concreto, entretanto, dentre as metodologias abordadas, aplicaremos o ensaio de Penetração de Cloretos por Aspersão de Nitrato de Prata (EPCANP – AASHTO T259) e o Método de Mohr.
Por conseguinte, o assunto abordado é de grande relevância, posto que serão determinadas medidas penetrantes do cloreto no concreto, a quantidade absorvida pelo material em diferentes traços e tempos de imersões, bem como será analisada as variáveis já citadas. Estas análises contribuirão para melhor compreensão da ação de cloretos nas construções civis em meio acadêmico.
1.3 JUSTIFICATIVA
O crescimento de forma exponencial da humanidade provocou a inevitabilidade da aceitação de riscos possíveis pelo uso do concreto em estruturas, pois houve a necessidade da realização de grandes obras em curtos períodos de execução e de planejamento, consequentemente gerando problemas relacionados à durabilidade do material e seu desempenho perante sua composição e ambientes expostos.
Sabe-se que o concreto sempre esteve presente em um grande número de estruturas das mais variadas formas, devido a fatores como seu custo relativamente baixo, suas adequações relacionadas ao seu preparo, benéficas resistências alcançadas para múltiplos tipos de obras desejáveis, trabalhabilidade favorável avançada em meio a projetos arquitetônicos complexos e, principalmente, à disponibilidade dos materiais constituintes desta composição. Entretanto, durante os procedimentos construtivos de projeto estrutural, múltiplas patologias surgem ao longo do tempo estimado. Há uma vasta lista de argumentos justificados a aparição de patologias no concreto, identificados e apresentados quanto as suas insuficiências e limitações prejudiciais às estruturas do mesmo.
Este fato tão ocorrente em nossa área da construção civil vem sendo aprimorado e desenvolvido pela progressão de estudos científicos baseados nas inevitáveis falhas involuntárias do material, cujo desempenho pode ser concluído como insatisfatório quando analisadas sob um ponto de vista crítico à sua finalidade principal.
O contato inevitável do concreto com o meio ambiente em que está exposto traz consigo inúmeras manifestações patológicas que interferem em suas propriedades, principalmente em sua resistência. As mesmas podem ser classificadas entre patologias físicas, químicas ou biológicas, neste sentido, o estudo em análise está vinculado à química do concreto, com foco na difusão do cloreto.
Tratando-se de estruturas de concreto, os fenômenos que originam os processos de corrosão possuem como ação principal a migração de cloretos, desta forma, é importante investigar a forma como estes migram e agem no material do concreto, vindos de diversas exposições e situações que serão abordadas ao longo deste trabalho.
Pretende-se, portanto, estudar a difusão de cloretos no concreto, pois segundo LOPES (1999) este mecanismo é importante quando se trata de durabilidade de estruturas de concreto, já que o mesmo controla a penetração de íons cloreto para o interior dos poros do concreto, tornando-se agentes agressivos que comprometem a estabilidade e o desempenho das estruturas. Pretende-se determinar valores numéricos em detrimento ao alcance do cloreto para o interior do concreto com diferentes tipos de cimentos (CP IV e CP V – ARI) e sua quantidade por métodos que serão abordados ao longo desta pesquisa experimental.
Para RIZZON (2006), a permeabilidade é um dos fatores principais indicadores da qualidade do material, pois se refere à clareza e simplicidade com que uma substância pode atravessar o concreto. Desta forma, as relações água/cimento nos traços de concreto a serem estudados neste projeto estão relacionadas com esta propriedade, ou seja, o quanto estes
parâmetros podem contribuir para a produção de um concreto menos poroso: quanto menor for o fator água/cimento, menos permeável será o concreto.
Sendo assim, é importante ressaltar que esta pesquisa possui foco em estudar a influência de duas diferentes relações água/cimento junto aos diferentes tipos de cimentos (CP IV e CP V – ARI), sobre a difusão de cloreto no concreto. Desta forma, será possível contribuir com diversos estudos publicados por diversos autores, especificamente de PEREIRA (2001) e SACILOTO (2005), como já abordado anteriormente.
Este estudo traz consigo a importância em evidenciar tamanha preocupação perante as patologias surgidas em meio a estruturas de concreto, uma vez que contribuem para o comprometimento total da estrutura nas principais construções de uma cidade. Estas construções, no entanto, são provenientes de ambientes com alta classe de agressividade, como pontes, viadutos, edificações em regiões marítimas, entre outros.
1.4 DEMILITAÇÃO DO TRABALHO
Por limitações de tempo e recursos para realização desta pesquisa, não foi possível abordar em um único trabalho mais variáveis pertinentes, como outros tipos de cimentos, incorporações de adições à massa de concreto, dentre outras. Portanto, esses outros aspectos que influenciam na penetração de íon cloreto não serão abordados.
Para este pesquisa foram definidas duas relações água/cimento, dois tipos de cimento Portland, assim como foram calculados e analisados quatro tipos de traços de concreto, bem como sua resistência aos primeiros 28 dias.
Vale a pena ressaltar de início que possuímos uma bibliografia bastante escassa sobre o estudo específico que será abordado.
1.5 ESTRUTURA DA PESQUISA
A apresentação da pesquisa foi estruturada em cinco capítulos, conforme descrito a seguir:
O presente capítulo contém a introdução, onde se faz uma pequena contextualização do tema em si, destacando dados introdutórios ao assunto que será discutido
ao longo da pesquisa. São destacados também os objetivos a serem atingidos pelo trabalho, suas delimitações e sua estruturação a ser apresentada.
No segundo capítulo se faz uma abordagem mais aprofundada do tema deste estudo, fundamentando-o para completo entendimento deste trabalho.
Apresenta-se um breve histórico do concreto em nossa civilização, bem como seus principais usos em meio à construção civil. São apresentados os principais autores que desde tempos remotos já discutiam sobre o material mais importante para a engenharia civil: o concreto.
São abordadas as principais normas utilizadas em meio à projetos estruturais, normatizadas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT).
Conceitos básicos como durabilidade, vida útil, manifestações patológicas por cloretos, principais ambientes agressivos, entre outros, também são expressos neste capítulo.
Enfoca-se então, ainda neste item, especificamente, a ação de íons cloreto, suas fontes de ingresso, tipos e fatores predominantemente influenciadores para sua penetração nas estruturas de concreto (como a relação água/cimento e o tipo de cimento utilizado).
No terceiro capítulo apresenta-se a investigação experimental, ou seja, todos os procedimentos descritos de forma detalhada: caracterização dos materiais, o desenvolvimento das metodologias aplicadas para definição dos ensaios preparatórios, determinação dos traços utilizados a partir do método da Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP), confecção dos corpos-de-prova, ensaios de avaliação de penetração de cloretos no concreto, entre outros. Nele, apresentam-se todas as etapas que foram realizadas para a concretização e desenvolvimento desta pesquisa experimental.
O quarto capítulo traz os resultados e análises obtidas durante o programa experimental, abordando a influência das variáveis estudadas sobre o coeficiente de difusão de cloretos, através do Ensaio de Penetração por Aspersão de Nitrato de Prata (EPCANP), e as quantidades atingidas nos corpos-de-prova, através do Método de Mohr (Titulação).
No quinto capítulo são apresentadas as conclusões finais obtidas da pesquisa realizada, bem como sugestões para futuros trabalhos.
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
O concreto está presente desde os primórdios da civilização, cujas principais preocupações relacionadas a necessidades habitacionais (residências, edificações, etc.), laborais (indústrias, galpões, etc.) ou mesmo de infraestrutura (estradas, pontes, hidrelétricas, etc.) foram supridas fundamentalmente por este material através do desenvolvimento de tecnologias da construção civil. Atualmente, o mesmo está presente em praticamente todas as estruturas dos mais variados tipos, pois se trata de um material com um custo relativamente baixo, possui alta disponibilidade de acesso dos seus materiais complementares, adequa-se facilmente a diversos tipos de estruturas e dispõe de elevada resistência mecânica. Desta maneira, é bastante difundida em meio científico a informação de que o concreto é considerado o segundo material mais consumido pela humanidade, depois da água, segundo o autor MEHTA et al. (1994).
Segundo NEVILLE (1997), o concreto foi atribuído como um material provido de propriedades de alta durabilidade por um período de tempo ilimitado. Para o mesmo, durante muitos anos, a expansão do meio técnico-científico esteve inteiramente ligada na busca por uma melhor análise da resistência a compressão, considerando-se por muito tempo o concreto resistente como um concreto durável.
O constante crescimento de forma exponencial da humanidade provocou a aceitação de riscos possíveis através do uso do concreto em estruturas, isso porque ocorreu o aumento da necessidade da realização de grandes obras em curtos períodos de execução e de planejamento. Sendo assim, deu-se início diversas patologias relacionadas à durabilidade do material e seu desempenho perante sua composição e ambientes expostos.
Este fato bastante ocorrente em nossa área da construção civil vem sendo aprimorado e desenvolvido pela progressão de estudos científicos baseados nas inevitáveis falhas involuntárias do material, cujo desempenho pode ser concluído como insatisfatório quando analisadas sob um ponto de vista crítico à sua finalidade principal.
É importante ressaltar que, segundo ANDRADE (2005) foi a partir da segunda metade do século XX que a construção civil começou a enfrentar uma série de aumentos de danos causados por deterioração de estruturas. Assim sendo, observou-se que o número de patologias surgidas era significativamente excessivo e acentuado, além disso, havia muitas dúvidas associadas ao tema. Por conseguinte, com o objetivo de ampliar e compatibilizar sugestões de melhoria de tais problemas ocasionados ao longo dos últimos anos, foram realizadas reuniões, congressos e simpósios no nosso país.
No Brasil, podemos citar como um dos eventos de maior repercussão no meio técnico-científico o Congresso Internacional sobre Concreto de Alto Desempenho e Desempenho e Qualidade das Estruturas de Concreto, em junho de 1996. O evento reuniu um grande número de pesquisadores relacionados ao conteúdo (PRUDÊNCIO et al.,1996).
Sendo assim, os principais possíveis fatores que vinham causando deteriorações começaram a ser mais estudados, sendo constantemente ligados a normas e princípios de projetos. Atualmente, atento a esse panorama, diversas normas e regulamentos preveem estabelecer critérios e embasamentos científicos que permitam análises sob diferentes paradigmas sobre a durabilidade e a vida útil das estruturas, como a norma brasileira NBR 6118 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2014) e NBR 12655 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2015), que serão brevemente citadas a seguir.
Historicamente conhecida como NB-1, a norma brasileira NBR 6118 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2014) – Projeto de estruturas de concreto, normatizada pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), foi a primeira norma brasileira de projeto e execução de estruturas de concreto, com foco principal no concreto armado e seus requisitos de projeto, dimensionamento e execução. Em termos de durabilidade dedica-se inteiramente dois capítulos referentes à durabilidade do concreto, definindo conceitos de projetos em função de classes de agressividade do meio em que está inserida a estrutura, o tipo da mesma (seja ela armada ou protendida), e através da apresentação de mecanismos relacionados à corrosão de armaduras. Desta maneira, a NBR 12655 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2015) – Concreto de cimento Portland – Preparo, controle, recebimento e aceitação – Procedimento. Esta norma é aplicável ao concreto de cimento Portland para estruturas moldadas em obra, estruturas pré-moldadas e componentes estruturais pré-fabricados para edificações e estruturas de engenharia. É importante ressaltar que a sua versão atual estabelece o conteúdo de cloretos no concreto para evitar o risco de corrosão, estabelecendo valores e parâmetros, além disso, a norma é considerada um complemento da NBR 6118 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2014), uma vez que encontramos diversas especificações importantes relacionadas ao consumo de cimento mínimo e suas relações água/cimento.
Verifica-se que a durabilidade das estruturas de concreto trata-se de um tema bastante abrangente e de tamanha importância para a Engenharia Civil, uma vez que possui reações de ordem ambiental e econômica. Uma estrutura com elevada durabilidade possui uma menor carência em torno à reforços e manutenções estruturais futuras ao longo de sua
vida útil, demandando menores custos e consumos de materiais e energia aplicada. Portanto, a importância em permanecer sob constante análise científica está fundamentada nas ocorrentes sucessões de diversos processos de degradação nos últimos anos na área da construção.
Os processos de degradação são ocasionados por um conjunto de diversos fatores contribuintes para desintegração das estruturas de concreto, sendo o seu somatório colaborador para originar o que chamamos de patologias das estruturas.
Designa-se genericamente por patologia das estruturas, esse novo campo da engenharia das construções que se ocupa do estudo das origens, formas de manifestação, consequências e mecanismos de ocorrência das falhas e dos sistemas de degradação das estruturas. No entanto, a patologia das estruturas não é apenas um novo campo no aspecto da identificação e conhecimento das anomalias, mas também no que se refere à concepção e ao projeto das estruturas, e, mais amplamente, à própria formação do engenheiro civil. (DE SOUZA et al., 1998, p14.)
Os problemas patológicos procedentes em estruturas de concreto estão inteiramente ligados aos estudos de vida útil e durabilidade dos componentes constituintes das edificações como um todo. Neste sentido, dentre variados conceitos estabelecidos em estudos científicos sobre o concreto e suas deteriorações, a associação de dois destes é inevitável: durabilidade e vida útil. Ainda que conhecidos, existe uma grande confusão ao tentar defini-los e diferencia-defini-los, pois muitas vezes são usados inadequadamente ou como sinônimos. De maneira geral, entende-se durabilidade do concreto a capacidade do mesmo em suportar condições em meio a fatores de deterioração por um longo período de tempo; Entende-se por vida útil o tempo em que a estrutura de concreto consegue manter um limite mínimo aceito de comportamento, sem obter custos altos de reparo e manutenções periódicas, mantendo suas principais características de projeto em ordem e como planejado desde o início. Assim, para denominações referenciadas, as mesmas podem ser definidas também pela norma brasileira NBR 6118 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2014), cuja definição para durabilidade está baseada na “capacidade da estrutura em resistir às influências previstas e definidas em conjunto pelo autor do projeto estrutural e o contratante, no início dos trabalhos de elaboração do projeto”; Segundo a norma, vida útil é o “período de tempo durante o qual se mantêm as características das estruturas de concreto, desde que atendidos os requisitos de uso e manutenção prescritos pelo projetista e pelo construtor, bem como de execução dos reparos necessários decorrentes de danos acidentais”. Desta forma, podemos
concluir que a norma brasileira NBR 6118 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2014) esclarece as suas descrições sustentadas na ideia de que as estruturas de concreto armado devem ser projetadas e construídas sob condições ambientais previamente analisadas. Sendo assim, define padrões de segurança, estabilidade e competência de serviço. Logo, o concreto é considerado durável quando desempenha a sua função estabelecida pelas suas pré-atribuições, mantendo-se resistente e útil durante todo o período previsto em projeto. Segundo ANDRADE (2005), um concreto durável não necessariamente confere durabilidade à estrutura analisada. Este autor afirma que diversos outros fatores, além da projeção preventiva e sua inserção em meio de atuação, possuem atuações determinantes, dentre os quais podemos citar os detalhes arquitetônicos construídos de forma inadequada, cobrimento da armadura, deformabilidade inesperada, entre outros. Já segundo HELENE (2001), através da chamada regra dos 4C, há elementos que possuem o domínio sob a durabilidade e a vida útil do concreto, são eles:
a) Composição ou traço do concreto;
b) Compactação ou adensamento efetivo do concreto na estrutura; c) Cura efetiva do concreto na estrutura;
d) Cobrimento ou espessura do concreto de cobrimento de armaduras.
Assim sendo, é significativo salientar que um projeto altamente eficaz em detrimento a sua durabilidade e vida útil do concreto, está inteiramente ligado à segurança de suas estruturas perante os cálculos, garantia de desempenho satisfatório de serviço, e processos de construção acompanhados por responsáveis qualificados. Entretanto, é válido ressaltar que diversos são os erros relatados pelos profissionais da área quanto às patologias surgidas durante o processo de construção, ligadas a inúmeras razões.
Durante os procedimentos construtivos de projeto estrutural, múltiplas patologias surgem ao longo do tempo estimado. Há uma vasta lista de argumentos justificados a aparição de patologias no concreto, identificados e apresentados quanto as suas insuficiências e limitações prejudiciais às estruturas do mesmo. No decurso da etapa de construção das estruturas de concreto podem ocorrer diversas falhas relacionadas a inúmeros pretextos, podendo ser identificados durante o estudo preliminar do projeto, execução do anteprojeto ou mesmo durante o levantamento da estrutura em obra. De forma geral, as dificuldades em conter determinadas patologias surgidas estão integralmente ligadas ao descobrimento breve das mesmas, ou seja, quanto mais cedo discernir a falha encontrada e suas prováveis razões,
melhor será a análise posterior para a reparação desta. Uma patologia identificada em um estudo preliminar será muito mais difícil de reparar do que uma patologia decorrida do processo de construção das estruturas em obra, isto posto, é fundamental cuidados em torno a responsabilidade de manter a estrutura de concreto em excelente estado.
A interdependência entre os diversos fatores que podem originar patologias no concreto traz consigo a importância de estudá-los e identificá-los, visto que os mesmos influem na durabilidade e vida-útil das infraestruturas. Esta correlação entre as principais razões para a ocorrência destas, pode ser analisada e resumida na Figura 1 apresentada no Boletim nº 183 do C.E.B (1989) apud DE SOUZA et al (1998), que expõe a influência de cada elemento no processo de deterioração das estruturas de concreto.
Figura 1 – Inter-relacionamento entre conceitos de durabilidade e desempenho
Fonte: Adaptado de Boletim nº 183 do C.E.B (1989) apud DE SOUZA et al. (1998).
Em suma, através da Figura 1 é possível constatar a quantidade de fatores predominantes sob as questões relacionadas à durabilidade e o desempenho das estruturas, além disso, percebe-se a forte inter-relação entre os elementos, pois todos estão ligados entre
si de forma a se manifestarem em aspecto conjunto. Por conseguinte, identificam-se os principais parâmetros relacionados com os critérios de obtenção de uma construção que possui uma pretensão a ser durável.
A combinação dos agentes ambientais (temperatura, umidade, chuva, vento, salinidade e agressividade química ou biológica) transportados para a massa de concreto, assim como a resposta dessa massa a tal ação, constituem os principais elementos do processo de caracterização da durabilidade, sendo a água (ou a umidade) o elemento principal de toda a questão, considerados adequados os mecanismos de resistência. (DE SOUZA et al., 1998, p20.)
Já o autor BRANDÃO (1999) afirma que é através do transporte de calor, umidade e por substâncias químicas, tanto pela troca simultânea com o meio ambiente em que a estrutura está inserida como dentro da própria massa do concreto, que observamos os principais fatores relacionados com a durabilidade e o desempenho destas. Além disso, o autor alega que estas causas estão muito mais ligadas à, por exemplo, a permeabilidade do concreto e sua capacidade de absorção (propriedades condicionadas pela porosidade) do que das propriedades universalmente aceitas, como: resistência, módulo de elasticidade, massa específica, etc.
Ao se deparar com uma estrutura de concreto “doente” é fundamental iniciar um estudo de investigação estrutural quanto às patologias encontradas, buscando desvendar as suas causas e quais aplicações serão utilizadas para garantir a durabilidade e vida útil da construção. Constata-se, de modo geral, que os principais problemas patológicos já identificados são originados por razões como:
a) Escolha de elementos inadequados em projeto, bem como o favorecimento de materiais com propriedade insuficientes, acarretando incapacidade ao concreto por especificações inadequadas, motivadas ao barateamento da construção;
b) Carência e, por diversas vezes, inexistência de compatibilização de projetos, bem como o arquitetônico, hidrossanitário, elétricos, estrutural, entre outros;
c) Erros de dimensionamento de estruturas de concreto; d) Não capacitação de mão-de-obra especializada;
e) Falta de padronização das representações em projeto e seus detalhamentos apresentados;
g) Inexistência de controle de qualidade de execução, e consequentemente, irresponsabilidade técnica juntamente a uma fiscalização deficiente.
Conforme analisado sob diferentes pontos de vista, observa-se a ocorrência dos principais fatores relacionados às estruturas de concreto que influem em sua durabilidade, vida-útil e desempenho perante as suas solicitações impostas. O presente trabalho não tem a pretensão de englobar todos os aspectos que têm influência significativa em tal propriedade, mas sim de apresentar, de início à pesquisa realizada, alguns pontos presentes no estudo do concreto de forma geral. Deste modo, é preciso deixar claro que o foco não será investigar todas as patologias em edificações, entretanto há a necessidade em introduzi-las para melhor aprofundamento, para que posteriormente compreendam-se melhor os comportamentos do concreto em torno aos fundamentos abordados para desenvolvimento desta pesquisa experimental.
O conhecimento das principais causas de deteriorações de estruturas de concreto é fundamental para melhor controle sobre a evolução das patologias encontradas nas mesmas. Deste modo, o estudo das possíveis razões pelo qual iniciou os processos de agravamentos estruturais é bastante complexo e abrange um grande grupo de possibilidades relacionadas às diversos meios.
Ao longo dos anos, portanto, ocorreu a primordialidade em classificar as causas das deteriorações do concreto conforme as percepções analisadas por estudiosos da área, em:
a) Causas intrínsecas: são referentes aos processos de deterioração inerentes às estruturas de concreto, ou seja, as patologias são originadas durante a construção, concretagem, utilização incorreta dos materiais, etc.;
b) Causas extrínsecas: são as que não estão ligadas de forma direta com as estruturas de concreto, ou seja, não estão ligadas à composição interna ou execução e manuseio das mesmas. Desta forma, podemos afirmar que seus fatores estão inteiramente ligados de forma a atacar as estruturas “de fora para dentro”.
2.1 CARACTERIZAÇÃO DOS DIFERENTES AMBIENTES EM CONTATO COM AS ESTRUTURAS DE CONCRETO
O emprego do concreto na construção civil cresceu de forma exponencial a partir da Segunda Guerra Mundial, devido à sua durabilidade, resistência e versatilidade perante as obras que vinham surgindo. Entretanto, mesmo com uma grande quantidade de vantagens, o concreto possui superfícies que estão expostas a todo o momento a agressões do meio ambiente em que se encontra, ocasionando grandes degradações em sua estrutura. Essas degradações são mais encontradas e pertinentes em obras localizadas em regiões próximas a atmosferas marinhas ou mesmo em centros urbanos.
A vida útil de uma estrutura de concreto está inteiramente ligada à sua durabilidade, ou seja, sua eficiência em resistir às agressões do meio em que se encontra introduzida. Desta forma, de modo a fundamentar, é essencial o conhecimento dos ambientes que podem estar em contato com as estruturas de concreto e suas principais influências.
É de extrema complexidade a avaliação da ação do meio ambiente sobre as estruturas de concreto, uma vez que há uma interdependência entre os fatores que compõem o ambiente em que as mesmas estão inseridas. Entretanto, é importante salientar que, para análise dos ambientes influenciáveis do local em que estão presentes os elementos estruturais, deve-se ter o conhecimento de que as ações ambientais estão ligadas tanto ao macroclima como às condições microclimáticas.
De modo a definir, o macroclima compreende as características climáticas de uma região, analisadas por estações meteorológicas, ou seja, corresponde ao clima médio ocorrente em um território. No microclima são observadas as alterações locais na radiação solar, temperatura do ar, umidade e vento, além disso, o mesmo está relacionado à escala da edificação e de seu entorno, sendo influenciado pelas influências de outras edificações próximas.
Visto que o microclima é determinado como a interação presente entre o meio ambiente (ou chamado de macroclima) e a superfície de concreto exposta, agentes químicos agressivos irão interagir diretamente com a camada de cobrimento do concreto. Isto posto, sendo o microclima mais variável que o macroclima, as estruturas estão mais sujeitas a maior variação de fatores influenciáveis, como a umidade junto à temperatura do ambiente. Todavia, não é somente na parte externa que os elementos estruturais sofrem com a variação do microclima presente, pois também há variação deste fenômeno no interior das mesmas, como
em ambientes úmidos, onde os ciclos de variação de umidade e secagem das áreas internas influenciam o processo de degradação das estruturas de concreto.
Segundo o autor BERTOLINI (2014), a classificação das condições microclimáticas locais em que uma estrutura pode estar presente, dar-se por:
a) Condições de concreto seco: nesta situação o ambiente não é considerado agressivo, uma vez que não entra em contato com fenômenos de degradação como umidade ou presença de íon cloretos;
b) Condições de total e permanente saturação do concreto: neste caso, o ambiente ainda não é considerado agressivo relacionado à corrosão de armaduras pela ação do oxigênio, porém pode sofrer efeitos significativos quando submetidos á ação do gelo-degelo;
c) Condições de umidade intermediária do concreto: nesta circunstância, as estruturas de concreto podem estar sujeitas à degradação direta. De modo geral, os efeitos aumentam conforme a temperatura sobe junto à umidade do concreto, sendo que esses efeitos voltam a diminuir à medida que o concreto se aproxima da saturação, graças à difusão reduzida de oxigênio (O2) e dióxido de carbono (CO2);
d) Condições em que o concreto sofre ciclos de molhagem e secagem: sendo considerada a pior condição para início do processo de corrosão de armaduras, esta classificação está relacionada à penetração de água, sais dissolvidos na água e de substâncias de estado gasoso como o oxigênio (O2) e o dióxido de carbono (CO2).
Como discutido anteriormente, a ação do meio ambiente nos elementos de concreto pode ser classificada em detrimento ao tipo de ambiente onde os mesmos estão estabelecidos. Embora seja fundamental e usual estudar o ambiente urbano e marinho em função de suas ações sobre elementos estruturais, é primordial acrescentarmos mais um ambiente: o ambiente marinho urbano, onde possui as ações de elementos como o dióxido de carbono (CO2) e os íons cloretos. Entretanto, apesar de ser fundamental a análise deste
ambiente, há poucos registros técnicos e acadêmicos a respeito de dados existentes observáveis.
MIRCEA et al. (1994) afirma que, através de um estudo realizado, os elementos de concreto expostos em análise a diversos tipos de ambientes agressivos – como urbano, marinho ou industrial -, em um período aproximado de 10 a 12 anos, apresentou grande influência na degradação da estrutura presente, cuja exposição aos cloretos e sulfatos existentes contribuíram para a diminuição de propriedades como a resistência do concreto. Além disso, os elementos que foram expostos às áreas mais agressivas apresentaram sérios
problemas de corrosão de armaduras. Estes ambientes estavam, predominantemente, expostos à ação de íons cloreto, preferencialmente, em regiões litorâneas.
2.1.1 Meio ambiente urbano e industrial
O meio ambiente urbano e industrial caracteriza-se pela sua alta concentração populacional, que traz consigo a consequência de alterações de seu meio original por elementos que contribuem para a degradação de estruturas de concreto. Esses elementos contribuintes são pontuados pela ocorrência de chuvas ácidas, deposições de partículas sólidas e os lançamentos de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera – sendo responsável pela
carbonatação e posterior corrosão de armaduras.
Além dos agentes já citados, diversos são outros aspectos que contribuem para o aumento da concentração de elementos que contribuem para a degradação do concreto em centros urbanos, entre eles podemos destacar as alterações dos regimes de ventos, através de corredores de ventos criados pelas edificações construídas, aumento de chuva concentrada nos centros urbanos devido à elevação de temperatura nessas regiões populosas, ocorrência de chuva ácida em meios industriais e variações térmicas do ambiente.
É fundamental o conhecimento dos principais agentes agressivos no meio ambiente urbano e industrial, sendo assim, como já apresentada, a carbonatação destaca-se em relação ao predominante ataque químico em estruturas de concreto. Entretanto, é importante ressaltar que este trabalho somente abordará de forma aprofundada os ataques químicos de íons cloreto no concreto.
2.1.2 Meio ambiente marinho
De todos os ambientes a serem estudados neste capítulo, o meio ambiente marinho será o mais abordado, uma vez que possui alta concentração de agentes agressivos com altas velocidades de ataque. Além disso, nesses ambientes são encontrados inúmeros agentes que contribuem para degradação das estruturas de concreto, entre eles os sais dissolvidos como cloretos e sulfatos.
Neste estudo trataremos preferencialmente dos íons cloreto, que são os principais agentes iniciadores de patologias no concreto, como fissuração, desagregação do concreto e, posterior, corrosão de armaduras presentes no concreto armado.
No ambiente marinho a ação da água do mar torna-se nosso foco de estudo, pois a mesma pode agir de forma direta ou indireta sobre o concreto, ocasionando processos químicos e físicos graves como o ataque químicos pelos sais dissolvidos em água, como cloretos e sulfatos.
A corrosão de armaduras é um processo no qual o aço retorna à forma de óxido de ferro, e no concreto armado é estimulada pela redução de pH devido à carbonatação ou pela presença de cloretos. Em função da extensa costa marítima do Brasil e da concentração populacional brasileira ao longo da costa, a ação de íons cloretos sobre o ambiente construído nacional é significativa, causando a deterioração de estruturas e levando à necessidade de manutenções periódicas e reparos estruturais. (TORRES, 2011, p. 01)
Por RIBEIRO et al. (2015), os mares e os oceanos ocupam quase 80% da superfície terrestre, desta forma, grande parte das cidades estão localizadas em regiões litorâneas, predispondo de um número vasto de estruturas de concreto expostas à ação de cloretos pela água do mar. Segundo o mesmo autor, no Brasil, são 7.367 Km de litoral, com 26,6% da população brasileira habitando em municípios de zona costeira. Desta forma, constantemente observamos estruturas como pilares, estacas, muros de contenção, entre outros, usualmente expostos ao ambiente marítimo. Somando à isso, a presença de cloretos também dá-se pela ação dos ventos, que levam a névoa salina por vários quilômetros afora.
Os teores médios desses íons encontrados no Oceano Atlântico podem ser verificados na Tabela 1.
Tabela 1 – Concentrações dos principais íons presentes na água do mar
ÍONS TEORES MÉDIOS
Sulfato (SO₄²⁻) 2.800 mg/L
Cloreto (Cl⁻) 20.000 mg/L
Magnésio (Mg2+) 1.400 mg/L
Sódio (Na+) 11.000 mg/L
Fonte: RIBEIRO et al. (2015, p.56).
Em suma, através da Tabela 1 é possível afirmar que a quantidade de íons cloreto presentes na água do mar é bastante destacada, chegando a valores médios de 20.000 mg/L, sendo considerado um valor alto comparado aos outros componentes. Desta forma, esta pesquisa traz consigo a importância em abordar a ação destes sob fundamentação de diversos
autores reconhecidos como MEDEIROS et al. (1999), LOPES (1999), ROSAROLA (2006), ISAIA (2011), entre outros apresentados na bibliografia desta, a fim de produzir um estudo com condições de alerta em relação à penetração de cloretos em estruturas de concreto.
2.1.3 Agressividade ambiental segundo a NBR 6118
De modo a definir aos ambientes agressivos em torno às normas técnicas brasileiras, é de suma importância a apresentação das classes de agressividade ambiental prescritas na NBR 6118 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2014).
A agressividade do meio ambiente está relacionada às ações físicas e químicas que atuam sobre as estruturas de concreto, independentemente das ações mecânicas, das variações volumétricas de origem térmica, da retração hidráulica e outras prescritas no dimensionamento das estruturas de concreto. (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 6118 (2014, p. 14)
As classes de agressividade ambiental, segundo a NBR 6118 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2014) são definidas conforme a Tabela 2 apresentada abaixo.
Tabela 2 – Classes de agressividade ambiental
2.2 CLORETOS NO CONCRETO
A ação de íons cloreto no concreto e sua contaminação ocorrem por diversos motivos. Desta forma, tratando-se das fontes de cloreto, segundo ISAIA (2011), estes íons podem inserir-se no concreto através de inúmeras maneiras, entre elas podemos citar as principais:
a) Através do uso de aceleradores de pega que possam conter cloreto de cálcio (CaCl2);
b) Por impurezas contidas nos materiais que irão compor o concreto, como os agregados miúdos, agregados graúdos, a água de amassamento ou mesmo o cimento;
c) Através da atmosfera marinha;
d) Pelo contato direto ou indireto com a água do mar; e) Pelo uso de sais de degelo;
f) Através de processos industriais que contenham em suas etapas a eliminação de íons cloreto ou qualquer outro agente agressivo ao concreto.
Dentre todas as opções que possam vir a surgir quanto ao ataque de cloretos no concreto, a mais preocupante, segundo NEVILLE (1997), é a interação do material com a água do mar. Esta interação pode ser observada na deposição de água marinha sobre a superfície do concreto na forma de gotículas, através do transporte pelo vento, ou mesmo pela interação pela inserção total do concreto em meio salino.
Segundo PEREIRA (2001), os cloretos podem ser encontrados no concreto através de duas formas, como:
a) Cloreto livre, solúvel ou dissociável, na forma de íon na água dos poros;
b) Cloreto combinado ou associado, constituindo parte das fases hidratadas do cimento.
O chamado cloreto livre, solúvel ou dissociável trata-se do tipo de cloreto mais agressivo ao concreto e o cloreto combinado ou associado usualmente se encontra na forma de cloroaluminato, sendo também conhecido como Sal de Friedel. Por conseguinte, a junção do cloreto livre ao cloreto combinado é denominada como cloreto total.
Como citado anteriormente, os cloretos potencialmente agressivos são aqueles encontrados dissolvidos na fase aquosa do concreto, portanto, os cloretos livres. Sendo assim, este presente estudo tem por objetivo analisar a ação de cloretos livres no concreto, analisando seus fatores de influência.
Mesmo que somente os cloretos livres sejam considerados os principais agentes despassivadores de armadura, os cloretos associados podem também tornar-se perigosos quando o concreto for submetido à variação de temperatura ou mesmo em situações de carbonatação. Neste sentido, quando o material estiver exposto a essas variáveis, é necessário avaliar também os teores de cloretos combinados.
CRAUSS (2010) afirma que os cloretos livres são bastante agressivos pois, diferentemente do ataque de dióxido de carbono (CO2) ou mesmo por soluções ácidas, estes
íons não são consumidos ao processo de finalização da corrosão, ou seja, mantém-se disponíveis para novas reações. À vista disso, baixos teores de cloretos livres no concreto já são considerados perigosos às armaduras inseridas no material, podendo provocar alta taxa de corrosão.
Segundo o mesmo autor, CRAUSS (2010), as reações que regem a corrosão por íons cloretos são apresentadas quimicamente a seguir de maneira simplificada:
É possível identificar, através da reação apresentada, que o íon cloreto participa somente como catalizador para a formação do óxido expansivo, sendo liberado para novas futuras reações e progredindo a corrosão de armaduras no concreto.
De acordo com AITCIN (1995), a corrosão de armaduras geradas a partir de íons cloreto tende a gerar microfissuras no concreto, manifestando-se externamente a exposição da armadura corroída. Essas microfissuras aparentes são produzidas devido às forças expansivas da formação da ferrugem, expondo a estrutura à entrada de agentes que possam causar mais deteriorações.
NEVILLE (1997), explica que no início da hidratação do cimento forma-se uma camada protetora de passivação, rica em óxido de cromo (Cr2O2) que auxilia na proteção do
aço na corrosão. Esta camada, ao longo do processo de cura do concreto, adere-se a armadura presente no material. Desta forma, enquanto esta camada for composta por grande quantidade
de óxido de cromo (Cr2O2), o aço permanece intacto. No entanto, os íons cloreto destroem
completamente esta película, dando inicio ao processo de ataque.
2.2.1 Teores limite de íons cloreto
Para que se inicie o processo de deterioração da estrutura de concreto, deve-se haver uma concentração mínima de íons cloreto no material. Apesar de que existem muitos estudos quanto ao limite de íons cloreto no concreto, ainda não existe uma concordância em relação a estes valores. Além disso, os teores limite são apresentados e determinados em porcentagens de cloretos totais, sendo relacionados à massa de cimento ou na solução dos poros.
A norma brasileira NBR 12655 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2015) - Concreto de cimento Portland: Preparo, controle, recebimento e aceitação – afirma, segundo a Tabela 3 apresentada abaixo, que para concreto armado o teor máximo de íons cloreto é de 0,15% sobre a massa de cimento.
Tabela 3 – Teor máximo de íons cloreto para proteção das armaduras do concreto
Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 12655 (2015, p. 11).
Quando o concreto está sujeito à contaminação externa por íons cloreto, o ACI-Committee 222 (ACI 222R, 1998), recomenda que o teor máximo de cloretos seja de 0,08% na massa de cimento para concreto protendido e 0,20% para concreto armado.
Segundo a BS 8110 (BS, 1985) limita o total de íons cloreto, em concreto armado, em 0,40% em relação à massa de cimento. A norma europeia ENV 206 (ENV, 1992) também prescreve o mesmo valor.
