Marcelo Medeiros Eliana Barreto Monteiro Paulo Helene
.
Estações de Tratamento de
água, Dessalinização e
Tratamento de Resíduos
Prevenção de Problemas
Patológicos em
Construções Específicas
Colaboración Interamericana en Materiales (CIAM)Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología Proyecto CIAM/ 54826: Prevención de problemas patológicos en estructuras de concreto.
Raúl Husni (Coordinador)
Oladis Troconis (Co-coordinadora)
Autores:
Marcelo Medeiros, Eliana Cristina Barreto Monteiro,
Paulo Roberto do Lago Helene
Capítulo 13
PAZINI, 2003
INTRODUÇÃO
MEIO AMBIENTE E SUA AÇÃO SOBRE A ESTRUTURA a. Ataque por sulfatos
b. Ataque ácido c. Ataque por ácido biogênico d. Ataque por cloretos
IMPACTO DA SOLUÇÃO AQUOSA EM MOVIMENTO REQUISITOS DE FUNCIONALIDADE E DURABILIDADE a. Ataque por aguas servidas
b. Ataque por cloretos c. Ataque por águas sulfatadas
CONTROLE DE QUALIDADE DOS MATERIAIS, PROJETOS E PROCESSOS DE CONSTRUÇÃO
UTILIZAÇÃO E MANUTENÇÃO REFERÊNCIAS
INTRODUÇÃO
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Os sistemas de tratamento de água potável, dessalinização e de águas residuais são
altamente agressivos ao concreto,
MEIO AMBIENTE E SUA AÇÃO SOBRE A
ESTRUTURA
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A ação agressiva de águas de esgotos, sistemas de dessalinização e tratamento de água, a ação de ataque com ácido, cloretos e sulfatos, entre outros. Estes tipos de agentes podem dar origem a produtos solúveis ou insolúveis, que também podem ser expansivos dando origem ao surgimento de fissuras. A Figura ao lado mostra um fluxograma que fornece uma visão geral dessas possibilidades. Dentro deste contexto, são abordadas a seguir os principais tipos de mecanismos de degradação que podem estar presentes em estruturas de concreto armado expostos ao contato com substâncias altamente agressivas.
Esquema da ação das águas de esgotos na degradação do concreto (BENITEZ,2007).
ATAQUE POR SULFATOS
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Expansiva
Hidratação da alumina + C
3
A
etringita
FOSROC, 2002
ATAQUE POR SULFATOS
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Reação com o Hidróxido de Cálcio
gesso
O ataque por Sulfato de Magnésio
tem a particularidade de formar, em primeiro lugar, gesso e hidróxido de magnésio[Mg(OH)2]amedida que o hidróxido de cálcio é consumido, ele reage com o
C-S-H e em seguida se tranforma em gesso,sílica e hidróxido de
magnésio. Por esta razão, o ataque por sulfato de magnésio é um
ATAQUE ÁCIDO
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Ácido Fórmula Ocorrência Ácido
cloridrico
HCl Industria química
Ácido nítrico HNO3 Industria de fertilizantes
Ácido acético CH3CO2H Industria de fermentação
Ácido fórmico H.CO2H Industria de alimentos e pigmentos
Ácido lático C2H4(OH).CO2
H Industria de leite Ácido tânico C76H52O46 Industria de tanino, águas pantanosas
Ácido fosfórico
H3PO4 Industria de fertilizantes
Ácido tartárico [CH(OH).CO2
H]12
Industrias de vinho
Origem do ataque ácido ao concreto As deficiências podem ser geradas a partir de estações de tratamento de águas industriais, entre outros. Em termos gerais, os ácidos orgânicos e minerais podem atacar o concreto.
ATAQUE ÁCIDO
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A vulnerabilidade do concreto ao ataque químico depende:
Porosidade
Alcalinidade
Reatividade dos compostos
Estas reações, muitas
vezes são associadas a
formação e remoção
de solúveis.
GENTIL, 2007
ATAQUE POR ÁCIDO BIOGÊNICO
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No caso de um ataque por ácido sulfúrico, existem dois aspectos importantes, pois existe a ação do ataque ácido, associado com a reação dos
Íons sulfato
A degradação do concreto
por
ácido sulfúrico biogênico
inclue a ação de bactérias
O ácido sulfúrico biogênico está sempre presente nos processos que envolvem
águas residuais
. Vários autores estudaram e descrevem este processo. Aatividade bacteriológica cria o ciclo do enxofre, que
conduz à formação de ácido sulfúrico produzida
ATAQUE POR ÁCIDO BIOGÊNICO
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Os
tubos de transporte das águas residuais,
que compõem as
estações de tratamento, são bastante atacados pela formação de
gás sulfúrico biogênico
.
Esquema da ação de águas residuais na degradação do concreto.
ATAQUE POR ÁCIDO BIOGÊNICO
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O sulfureto de hidrogênioexistente no esgoto, tende a causar o acumulo de enxofre nas paredes dos elementos de concreto que estão em contato com o ar.
Este substrato de concreto( concreto em contato com o ar ) impregnado com enxofre é propício para o desenvolvimento de bactérias aeróbiaschamadas de Thiobacillus SP.
Estas bactérias convertem o enxofreem ácido sulfúrico biogênico, o que provoca a dissolução do material à base de cimento, ou seja, disintegra o concreto.
PAZINI, 2003
gesso
(1,2 a 2,2 vezes)
etringita
(2 a 7 vezes)
Diminuição da resistência
ATAQUE POR CLORETOS
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Expansão
ATAQUE POR CLORETOS
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ATAQUE POR CLORETOS
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TEOR DE C3A DO CIMENTO (%)
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RASHEEDUZZADAR et al. (1990)
REQUISTOS DE FUNCIONALIDADE E
DURABILIDADE
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A pesquisa de campo na área em estudo
1. Composição química dos fluídos 2. Taxa de atualização
O ataque por ácido biogênico é:
Vários estudos foram realizados a fim de compreender como e onde as
manifestações patológicas devido ao ataque por ácido sulfúrico biogênico ocorrem. A forma e a localização da produção eram estudos de degradação bastente semelhantes com a degradação máxima bemacima do nível das águas residuais (acima de 20mm). Segundo Mori et al. (1992), isso ocorre porque
REQUISTOS DE FUNCIONALIDADE E
DURABILIDADE
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Com base nesta informação, é bem conhecido que, para satisfazer as necessidades de funcionalidade e durabilidade deve ser aplicado ao concreto, uma:
Se não for possível ou economicamente viável, vedar toda a superfície de concreto em contato com a atmosfera de águas residuais, é importante que seja protegido, pelo
menos, a área sujeita ao umedecimento e a secagem do concreto que não tenha contato direto com água de esgoto, já que estas são as áreas mais afetadas pelo
meio em questão.
Superfície de Proteção
REQUISTOS DE FUNCIONALIDADE E
DURABILIDADE
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No Brasil, para a proteção de estruturas de concreto armado contra o ataque por cloretos em exposição
crítica, é recomendando o uso da
relação a/c
máxima de 0,40
efck
mínimo de45 MPa
23. Nesta mesma situação são consideradas as condiçõescríticas de exposição ou contato com produtos químicos, sais de degelo, água salgada, água do mar ou
salpicos.
ATAQUE POR ÁGUAS SULFATADAS
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Os Documentos UNE 80303 (1996)
e EHE (2008) sugerem que a concentração de sulfato > 3000 mg /
kg de solo e> 600 mg / L em água
implica a necessidade de utilizar cimento de
alta resistência sulfato
Agressividade água (SOSulfato solúvel em4) presente
no solo % em massa
Sulfato (SO4) em
água (ppm) Recomendação
Nivel 0 0,00 a 0,10 0 - 150 Não há limites especificados
Nivel 1 > 0,10 e < 0,20 150 – 1.500 Relação a/c ≤ 0,50Cimento de moderada resistência a sulfatos
Nivel 2 > 0,20 e < 2,0 1.500 – 10.000 Relação a/c ≤ 0,45Cimento de alta resistência a sulfatos
ATAQUE POR ÁGUAS SULFATADAS
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Em situações que há ataque simultaneo de íons sulfatoe
cloreto, é recomendado o uso de cimentos com moderada ressitência aos sulfatos ou que
contenham aditivos minerais ativos, adequados para este tipo
de exposição.
Agresividade água (SOSulfato solúvel em4) presente
no solo % em massa Sulfato (SOágua (ppm)4) em Máxima relação a/c (para concreto com agregados normais)
Mínimo fck (para concreto com agregados normais ou
leves)
Fraco 0,00 a 0,10 0 – 150 ---
---Moderada > 0,10 e < 0,20 150 – 1.500 0,50 35
Severa > 0,20 >1.500 0,45 40
*Para condições severas de agressividade, se debe utilizar obrigatoriamentecimentosresistente a sulfatos.
Recomendação da NBR 12655 23 para concreto exposto a soluções contendo sulfatos
CONTROLE DE QUALIDADE DOS
MATERIAIS, PROJETOS E PROCESSOS
DE CONSTRUÇÃO
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O concreto tem sido utilizado, em alguns casos, em
ambientes altamente agressivos e isso tem levado à
necessidade de realizar investigações para desenvolver
sistemas de proteção superficial
, que permitam
prolongar o tempo de vida útil
das estruturas de concreto
sujeito as condições ambientais.
CONTROLE DE QUALIDADE DOS
MATERIAIS, PROJETOS E PROCESSOS
DE CONSTRUÇÃO
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Em casos de exposição à águas com um elevado grau
de agressividade contendo:
Sulfatos
Material Ácido
Cloretos
Concreto com baixa relação agua/cemento
Adições de pozolana ou escória de alto fornoCONTROLE DE QUALIDADE DOS
MATERIAIS, PROJETOS E PROCESSOS
DE CONSTRUÇÃO
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Sistemas de Proteção Superficial
Materiais Betuminosos
Poliuretanos
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Silicatos Produtos derivados do
cimento
CONTROLE DE QUALIDADE DOS
MATERIAIS, PROJETOS E PROCESSOS
DE CONSTRUÇÃO
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Sistemas de Proteção Superficial
Estes sistemas de proteção superficial são divididos em três categorias categorías: formadores de película, bloqueadores de poros e hidrofugantes de superficie tal como se apresentam na Figura abaixo:
Grupos de tratamentos de superficie para concreto: (a) formadores de película (b) bloqueadores de poros (c) hidrofugantes de superficie
CONTROLE DE QUALIDADE DOS
MATERIAIS, PROJETOS E PROCESSOS
DE CONSTRUÇÃO
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Sistemas de Proteção Superficial
RESINAS
FORMADORES DE PELÍCULA
• Epoxi • Poliuretano • Fenólicos • Poliéster
BLOQUEADORES DE POROS
Base de cimento Sistemas Minerais
HIDROFUGANTES DE SUPERFÍCIE
São mais adequados para aplicações onde o grau de agressividade é menor do que os casos considerados
CUIDADOS COM O PROJETO
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Um bom projeto Conhecer a forma de ação dos
agentes agressivos presentes
na solução aquosa que estará
em contato com a estrutura.
CUIDADOS COM O PROJETO
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em contato com essas águas de esgoto, é interessante
especificar o sistema de proteção, pelo menos na zona
de variação do nível da solução e da zona interior que não irá estar em contato com a
solução aquosa.
A fim de reduzir os custos de manutenção, e seguindo esta linha de raciocínio, uma solução interessante utilizada em tubos de condução de águas de esgoto, está representada na figura abaixo:
CUIDADOS COM O PROJETO
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Toda especificação dos materiais, processos de execução e critérios de controle devem ser incluídos no projeto
da estrutura que irá está em contato com a solução
agressiva.
CUIDADOS COM O PROCESSO
CONSTRUTIVO
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Produzir um concreto compacto, ou seja, com
baixa porodidade
, para reduzir o transporte de
massa através do material, diminuindo a
degradação.
As operações de
mistura, transporte,
compactação e acabamento do concreto
devem
estar em conformidade com a sua
conssitência para garantir a melhor qualidade da
execução, o que é fundamental para o sucesso da
estrutura.
CUIDADOS COM O PROCESSO
CONSTRUTIVO
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Com relação aos sistemas de
proteção aplicados, vale a pena
recomendar boa técnica de
aplicação da pintura, sendo
interessante prestar uma atenção
especial ao fatores:
a) Condicões de acesso
b) Preparação da superfície
c) Umidade do substrato
d) Número de mãos necessárias
e) Adequação do método de aplicação
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