Durabilidade do concreto exposto a agentes agressivos: estudo de caso de um torre de resfriamento de água

ASSOCIAÇÃO DE ENSINO E CULTURA PIO DÉCIMO

FACULDADE PIO DÉCIMO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

DURABILIDADE DO CONCRETO EXPOSTO A AGENTES AGRESSIVOS: Estudo de

caso de uma torre industrial de resfriamento de água

Diego Moura Silva Guimarães

Aracaju

2010

DIEGO MOURA SILVA GUIMARÃES

DURABILIDADE DO CONCRETO EXPOSTO A

AGENTES AGRESSIVOS: Estudo de caso de uma torre

industrial de resfriamento de água

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à

Faculdade Pio Décimo como um dos pré-

requisitos para a obtenção do grau de bacharel

em Engenharia Civil.

Área de concentração: Patologia

Orientadora: Profª. M.Sc. Fernanda Alves Pinto Góis

Aracaju

2010

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Dedico este trabalho em primeiro lugar a meus pais, e a toda minha família e amigos.

AGRADECIMENTOS

Agradeço a meus pais, que tanto batalharam para me proporcionar uma educação

de qualidade, que de tantos interesses abdicaram para garantir meu bem-estar. Sem eles nada

disso seria possível.

Devo um agradecimento mais que especial a Alessandra, pelo amor, carinho e

apoio que recebi nessa reta final, decisiva para concluir minha graduação.

Agradeço também a minha orientadora Engª. M.Sc. Fernanda Góis, que sempre

esteve à disposição para tirar minhas dúvidas, com colocações muito pertinentes ao longo de

todo o desenvolvimento deste trabalho.

À Engª. Patrícia Martins, da FAFEN-SE, que se dispôs a me ajudar no estudo de

caso da torre de resfriamento, fornecendo informações essenciais ao estudo. A Rodrigo Teles

por sua paciência e compreensão quando me acompanhou durante o estágio curricular na

FAFEN-SE, e a todos que compõem o setor de Otimização, por terem me aturado nos meus

dias mais difíceis.

RESUMO

Estruturas de concreto armado são comumente projetadas para uma vida útil de 50 a 100 anos.

A garantia das características de projeto e dos requisitos mínimos de segurança e usabilidade

ao longo do tempo se dá através de medidas preventivas e da manutenção necessária. A

composição do concreto armado e a interação quase perfeita entre pasta de cimento, agregado

e aço propiciam resistência elevada a intempéries e uma proteção considerável a abrasão e

agentes químicos. Porém, obviamente, essa resistência e proteção estão intrinsecamente

ligadas à classe do concreto, ao tipo de cimento utilizado, à forma de execução, às dimensões

de projeto e ao ambiente ao qual a estrutura estará exposta. O balanceamento entre esses

fatores e o sistema de manutenção empregado determinará se a durabilidade esperada será

comprometida, atingida, ou até ultrapassada.

O presente trabalho objetiva avaliar a influência dos agentes agressivos do ambiente numa

torre de resfriamento de concreto armado, a durabilidade da estrutura e as decorrentes

manifestações patológicas. O estudo foi pautado num levantamento bibliográfico dos

principais mecanismos de deterioração das estruturas de concreto armado e suas ações nos

componentes do concreto de cimento Portland e na armadura de aço, abordando as

classificações básicas de agressividade ambiental em estruturas de concreto armado. A torre

de resfriamento de uma indústria de fertilizantes, construída em 1979, é objeto de avaliação

apenas visual, com caracterização química dos agentes mais agressivos ao concreto armado de

1999 a 2009.

Diversas manifestações patológicas evidenciam o avançado estado de deterioração, cujos

efeitos na durabilidade da estrutura são decorrentes de um sistema precário de manutenção,

prescrições normativas anteriores à NBR-6118:2003, e exposição a água circulante em

grandes volumes com pH agressivo à passivação da armadura e teores elevados de cloreto,

magnésio e sulfato.

Palavras-chave: concreto armado, agressividade, deterioração, torre de resfriamento

ABSTRACT

Reinforced concrete structures are commonly designed for a lifespan of 50 to 100 years. The

guarantee of the design features and minimum safety and usability requirements over time is

given through preventive measures and needed maintenance. The composition of concrete and

the almost perfect interaction between the cement paste, aggregate and reinforcing steel

provide high resistance to weathering and a considerable protection to abrasion and chemical

agents. But obviously, this resistance and protection are inextricably linked to the concrete

resistance class, cement type, execution, design dimensions and structure environmental

exposure. The balance between these factors and the maintenance system utilized determine

whether life expectancy will be compromised, achieved, or even overcome.

This study evaluates the influence of aggressive environment in cooling towers of concrete,

the durability of the structure and the resulting pathologies. The study was guided by a

literature review of the main mechanisms of deterioration on reinforced concrete structures

and their actions in the Portland cement concrete’s components and reinforcing steel,

addressing the basic classifications of environmental aggressiveness in reinforced concrete

structures. The cooling tower of a fertilizer industry, built in 1979, is just object of visual

assessment, with characterization of reinforced concrete’s most aggressive chemical agents

from 1999 to 2009.

Several pathologies demonstrate the advanced deterioration state, whose effects on the

durability of the structure are due to a poor maintenance system, regulatory requirements prior

to the NBR-6118: 2003, and exposure to circulating water in large volumes with aggressive

pH to the reinforcing steel and high levels of chloride, magnesium and sulfate.

Keywords: steel reinforced concrete, aggressiveness, deterioration, cooling tower

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Ilustração 1: Causas físicas da deterioração do concreto. ........................................................ 48

Ilustração 2: Tipos de reações químicas responsáveis pela deterioração do concreto. ............ 48

Ilustração 3: Representação do avanço da frente de carbonatação. .......................................... 60

Ilustração 4: Esquema simplificado da célula de corrosão. ...................................................... 61

Ilustração 5: Esquemático de um sistema de resfriamento. ...................................................... 64

Ilustração 6: Mistura responsável pela redução térmica da água pelo princípio do equilíbrio. 67

Ilustração 7: Enchimento tipo respingo: a) barras de PVC; b) barras de madeira.................... 68

Ilustração 8: Enchimento tipo filme. ........................................................................................ 69

Ilustração 9: Classificação de torres de resfriamento de acordo com o fluxo de ar. ................ 71

Ilustração 10: Torre de resfriamento por borrifamento com ventilação natural. ...................... 72

Ilustração 11: Torre de resfriamento hiperbólica. .................................................................... 73

Ilustração 12: Torre de resfriamento de tiragem forçada. ........................................................ 74

Ilustração 13: Torre de resfriamento de tiragem induzida. ....................................................... 75

Ilustração 14: Componentes de uma torre de tiragem induzida. .............................................. 76

Ilustração 15: Torre de resfriamento de tiragem induzida e contra corrente ............................ 77

Ilustração 16: Torre de resfriamento em corrente cruzada. ...................................................... 78

Ilustração 17: Torres de corrente cruzada de tiragem induzida. ............................................... 78

Ilustração 18: Esquemático dos componentes de projeto de torre de resfriamento de tiragem induzida e corrente cruzada. Detalhe dos componentes internos. .................... 79

Ilustração 19: Esquemático dos componentes de projeto de torre de resfriamento de tiragem induzida e corrente cruzada. Detalhe dos componentes externos. .................... 80

LISTA DE FOTOS

Foto 1: Expansão álcali-agregado no concreto com exsudação de material sílico-alcalino. .... 55

Foto 2: Torre de resfriamento com tiragem natural (1897). ..................................................... 64

Foto 3: Torres de resfriamento hiperbólicas numa usina nuclear. ............................................ 73

Foto 4: Torre de resfriamento com tiragem de ar forçada em contracorrente. ......................... 74

Foto 5: Torre de resfriamento com tiragem de ar forçada em contracorrente. ......................... 75

Foto 6: Torre de resfriamento em tiragem induzida (aspirada) em contracorrente. ................. 76

Foto 7: Torre de resfriamento de tiragem forçada em corrente cruzada. ................................. 76

Foto 8: Vista lateral das venezianas de um conjunto de torre de resfriamento (2 difusores). .. 79

Foto 9: Visão geral da FAFEN-SE. .......................................................................................... 85

Foto 10: Visão geral da área de Utilidades, com a Torre de resfriamento em destaque. ......... 86

Foto 11: Torre de resfriamento com as 5 células do projeto inicial. ........................................ 87

Foto 12: Torre de resfriamento em operação, após revamp de 1998, com 6 células. .............. 88

Foto 13: Região superior de um dos difusores, com desagregação do concreto e exposição da armadura. ................................................................................................................. 105

Foto 14: Parede do difusor A com trincas, infiltração e depósito de sais pela lixiviação. ..... 105

Foto 15: Pilar do lado oeste com desagregação do concreto por expansão da armadura. ...... 106

Foto 16: Detalhe da base de um dos pilares da ponte rolante com danos no concreto e exposição da armadura. ........................................................................................... 106

Foto 17: Detalhe de um dos pilares da ponte rolante com fissuração total do concreto e desagregação de grandes porções. ........................................................................... 106

Foto 18: Viga da base no lado norte com vazamento e escorrimento de óxidos, sob laje em balanço. .................................................................................................................... 107

Foto 19: Viga da base do lado sul com infiltrações e escorrimentos de óxidos com cristalização na superfície........................................................................................ 107

Foto 20: Vazamento entre 2 placas da veneziana no lado leste com formação de limo e escorrimento amarronzado, característico de corrosão do aço da armadura. .......... 107

Foto 21: Venezianas do lado oeste, com deterioração do cobrimento de concreto e exposição de grande parte das armaduras. ............................................................................... 108

Foto 22: Estrutura de suporte à tubulação de água quente com severa deterioração. ............ 108

Foto 23: Venezianas do lado oeste, com grande parte das armaduras expostas ..................... 109

Foto 24: Deterioração no canto do pilar, do lado oeste, próximo à bacia de água quente ..... 109

Foto 25: Desgaste na união entre veneziana e viga ................................................................ 110

Foto 26: Borda superior do difusor A, lado oeste, com armadura exposta. ........................... 110

Foto 27: Detalhe da região cônica do difusor B, lado leste, com desagregação da superfície do concreto, exposição e corrosão das armaduras. ....................................................... 111

Foto 28: Deterioração da face externa da borda superior do difusor E. ................................. 111

Foto 29: Viga inclinada a oeste da célula E, com todo o concreto do bordo inferior desagregando. .......................................................................................................... 111

Foto 30: Encontro viga/pilar na mesma região da foto 24, com exposição da armadura e evidência de corrosão. ............................................................................................. 112

Foto 31: Evolução da degradação do concreto no pilar a oeste da célula A. a) relatório UT-001/1990; b) relatório UT-012/1997. ...................................................................... 112

Foto 32: Vista geral da face oeste. a) células F, A, B, C, D e E da esquerda para direita; b) vista da passarela sobre bacia de água fria e células de A a E. ............................... 113

Foto 33: Balanço da passarela sobre a bacia de água fria. ..................................................... 113

Foto 34: Passarela sobre bacia de água fria, no lado oeste, com 18 cm de espessura e 3 cm de cobrimento. .............................................................................................................. 113

Foto 35: Veneziana da célula F, lado oeste, em corrosão avançada da armadura e lixiviação do óxido de ferro formado na oxidação por pites. ........................................................ 114

Foto 36: Veneziana da célula B, face oeste, com desagregação do concreto e exposição da armadura. ................................................................................................................. 114

Foto 37: Vista leste do vão entre células A (esquerda, parede norte) e F (direita, parede sul). ................................................................................................................................. 114

Foto 38: Parede norte da célula A com lixiviação de compostos resultantes da reação álcali-agregado. ................................................................................................................. 115

Foto 39: Estado avançado da desagregação do concreto da parede norte da célula A resultante da expansão das armaduras oxidadas. ..................................................................... 115

Foto 40: Face norte da célula A, com disgregação do concreto, e exposição de armaduras até a segunda camada. ...................................................................................................... 116

Foto 41: Detalhe da profundidade da deterioração (7 cm) mostrada na Foto 41. .................. 116

Foto 42: Desagregação do concreto no fundo da escada de acesso à plataforma de difusores (entre as células A e F). ........................................................................................... 116

Foto 43: Destacamento do concreto em viga entre células A e F. ......................................... 117

Foto 44: Desagregação do concreto no pilar da face norte da célula A por corrosão e expansão das armaduras. ......................................................................................................... 117

Foto 45: Vista geral da face oeste da torre de resfriamento. .................................................. 118

Foto 46: Exposição da armadura na borda superior do difusor B. ......................................... 118

Foto 47: Pilar sem função estrutural no lado sul da plataforma dos difusores em avançada corrosão das armaduras. .......................................................................................... 118

Foto 48: Pilar do lado leste, com armadura totalmente comprometida, e cobrimento de 1,5 cm. ................................................................................................................................. 119

Foto 49: Destacamento do concreto do lado oeste do difusor D. ........................................... 119

Foto 50: Suporte da tubulação de água quente, do lado oeste da célula F, com corrosão em toda a sua estrutura e desagregação do concreto superficial. .................................. 120

Foto 51: a) Suporte da tubulação de água quente, sobre a bacia de água quente, do lado oeste da célula F; b) Detalhe da desagregação pela oxidação apresentada e cobrimento insuficiente de 2,5 cm. ............................................................................................. 120

Foto 52: Parte inferior da bacia de água quente, sob a plataforma de difusores, sobre a bacia de água quente. ........................................................................................................ 121

Foto 53: Vista geral do lado leste da torre de resfriamento: a) estrutura que compõe células de A a E; b) célula F. .................................................................................................... 121

Foto 54: Corrosão de armaduras na viga e venezianas do lado leste da célula F. .................. 121

Foto 55: Exposição de armaduras em veneziana do lado leste da célula F. ........................... 122

Foto 56: Pilar da estrutura da casa de cloração, ao norte da torre de resfriamento: a) vista do pilar deteriorado; b) detalhe da desagregação com aproximadamente 2,5 cm de profundidade. ........................................................................................................... 122

Foto 57: Pilar da casa de cloração com exposição das armaduras. ........................................ 122

Foto 58: Laje da casa de cloração: a) exposição de armadura oxidada no fundo da laje; b) Lixiviação dos óxido de ferro resultantes da corrosão da armadura da laje. ........... 123

Foto 59: Colapso da torre quarta célula da torre de resfriamento da Usina Nuclear de Vermont Yankee. .................................................................................................................... 129

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1: Conceituação de vida útil de estruturas de concreto com relação à corrosão das armaduras de Tutti (1982), ampliado por Helene (1993). ................................... 46

Gráfico 2: Rochas reativas no concreto de cimento Portland usado em barragens. ................. 56

Gráfico 3: Diagrama da Pourbaix de equilíbrio termodinâmico. Potencial elétrico X pH para o sistema Fe-H2O a 25ºC. ....................................................................................... 59

Gráfico 4: Esquema básico da corrosão do aço no concreto. ................................................... 60

Gráfico 5: Volumes relativos do ferro e de alguns de seus produtos de corrosão. ................... 62

Gráfico 6: Variação do teor crítico de cloretos em função da qualidade do concreto e da umidade relativa. .................................................................................................. 62

Gráfico 7: Diagrama psicométrico para água. .......................................................................... 67

Gráfico 8: Representação gráfica das variáveis de processo de uma torre de resfriamento. .... 70

Gráfico 9: Concentração de íons cloreto (Cl-) na água quente de entrada na torre de resfriamento. ........................................................................................................ 92

Gráfico 10: Variação de pH na água quente de entrada na torre de resfriamento .................... 93

Gráfico 11: Concentração de magnésio na água quente de entrada na torre de resfriamento. . 94

Gráfico 12: Concentração de nitrogênio total na água quente de entrada na torre de resfriamento. ........................................................................................................ 95

Gráfico 13: Concentração de íons sulfato (SO4-2) na água quente de entrada na torre de

resfriamento. ........................................................................................................ 96

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Classificação do concreto de acordo com a massa específica. ................................. 24 Tabela 2: Consumo de materiais em kg/m³ e proporções para as principais classificações do

concreto quanto à resistência. ................................................................................ 25 Tabela 3: Principais compostos do cimento Portland. .............................................................. 27 Tabela 4: Limites usuais de composição de cimentos Portland. .............................................. 27 Tabela 5: calor de hidratação dos diferentes componentes dos cimentos. ............................... 32 Tabela 6: correlação entre a classificação ASTM C 150 e as normas brasileiras da ABNT. A

correspondência entre as normas não é exata em todos os casos. ......................... 33 Tabela 7: composição percentual pela classificação da ABNT. ............................................... 36 Tabela 8: Classificação da agressividade do ambiente segundo a norma brasileira vigente. ... 40 Tabela 9: Classificação de agressividade da Norma L1.007 da CETESB (1988). ................... 41 Tabela 10: Classificação da agressividade do ambiente sobre as armaduras. .......................... 44 Tabela 11: Classificação da agressividade do ambiente sobre o concreto. .............................. 44 Tabela 12: Características da torre de resfriamento ................................................................. 88 Tabela 13: Características do sistema de resfriamento, dados de projeto. ............................... 89 Tabela 14: Especificação técnica para a torre de resfriamento ET-522502-5110-300-MON-

013. ........................................................................................................................ 90 Tabela 15: condições agravantes à classificação da N 1.007 da CETESB (1989). .................. 98 Tabela 16: Histórico de inspeções visuais da torre de resfriamento até 1998. ....................... 102

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas

ACI - American Concrete Institute

ASTM - American Society for Testing and Materials

CEB - Comité Euro-International du Béton

CEN - Comité Européen de Normalisation

CETESB - Companhia Ambiental do Estado de São Paulo

DBO - Demanda bioquímica de oxigênio

EN - European Norm

FIP - Fédération Internationale de la Précontrainte

HVAC - Heating, Ventilating and Air Conditioning

NBR - Norma Brasileira

PRF - Plástico reforçado por fibras

PVC - Cloreto de polivinila

UR - Umidade relativa

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ........................................................................................... 17

1.1 JUSTIFICATIVA ................................................................................................................ 19

1.2 OBJETIVO ........................................................................................................................ 20

1.3 METODOLOGIA E ESTRUTURAÇÃO DO TRABALHO ........................................................ 20

2 REFERENCIAL TEÓRICO ...................................................................... 22

2.1 CONCRETO ...................................................................................................................... 22

2.1.1 Componentes do concreto moderno ......................................................................... 22

2.1.2 Tipos de concreto ........................................................................................................ 24

2.1.3 Cimento ....................................................................................................................... 25 2.1.3.1 Composição química do cimento Portland ............................................................... 26

2.1.3.2 Reatividade dos componentes do cimento ................................................................. 27

2.1.3.2.1 Silicatos de cálcio ................................................................................................................ 28

2.1.3.2.2 Aluminatos de cálcio ........................................................................................................... 29 2.1.3.2.3 Óxido de magnésio e óxido de cálcio .................................................................................. 30 2.1.3.2.4 Compostos alcalinos e sulfatos ........................................................................................... 31

2.1.3.3 Calor de Hidratação ................................................................................................. 32 2.1.3.4 Tipos de cimento Portland ........................................................................................ 32

2.1.4 Agregado ..................................................................................................................... 36 2.1.4.1 Classificação dos agregados ..................................................................................... 37 2.1.4.2 Substâncias prejudiciais ao concreto ........................................................................ 38

2.2 AGRESSIVIDADE .............................................................................................................. 38

2.2.1 Classificação da agressividade segundo a NBR-6118:2003 .................................... 39

2.2.2 Classificação da agressividade segundo a CETESB (1988) .................................... 41

2.2.3 Classificação da agressividade segundo HELENE (1997a, 1997b, 1998) .............. 43

2.3 DURABILIDADE ............................................................................................................... 44

2.3.1 Deterioração do concreto armado ............................................................................ 46

2.3.2 Deterioração do concreto ........................................................................................... 47 2.3.2.1 Causas físicas ............................................................................................................ 49 2.3.2.2 Causas químicas ........................................................................................................ 50 2.3.2.2.1 Carbonatação ....................................................................................................................... 50

2.3.2.2.2 Hidrólise dos componentes da pasta de cimento ................................................................. 51 2.3.2.2.3 Ataques químicos por soluções contendo sais de magnésio ............................................... 51

2.3.2.2.4 Ação dos sais a base de cloreto ........................................................................................... 52 2.3.2.2.5 Ataques por sulfatos ............................................................................................................ 53

2.3.2.2.6 Reação álcali-agregado ....................................................................................................... 54

2.3.3 Corrosão da armadura .............................................................................................. 57 2.3.3.1 Passivação ................................................................................................................. 58 2.3.3.2 Corrosão da armadura .............................................................................................. 59

2.4 TORRE DE RESFRIAMENTO ............................................................................................. 63

2.4.1 Princípio de funcionamento ....................................................................................... 65

2.4.2 Variáveis de processo e especificação da torre de resfriamento ............................ 69

2.4.3 Classificação de torres de resfriamento ................................................................... 71 2.4.3.1 Tiragem natural ......................................................................................................... 72 2.4.3.1.1 Torre de resfriamento por borrifamento com ventilação natural ......................................... 72

2.4.3.1.2 Torre de resfriamento hiperbólica ....................................................................................... 72

2.4.3.2 Tiragem mecânica ..................................................................................................... 74 2.4.3.2.1 Torre de resfriamento de tiragem forçada ........................................................................... 74 2.4.3.2.2 Torre de resfriamento de tiragem induzida ......................................................................... 75 2.4.3.2.3 Torre em contra corrente (counter-flow) ............................................................................. 77 2.4.3.2.4 Torre em corrente cruzada (cross-flow) .............................................................................. 77

2.4.4 Aspectos operacionais ................................................................................................ 80 2.4.4.1 Problemas em sistema de resfriamento de circuito semi-aberto, com recirculação de água ................................................................................................................................... 81

2.4.4.1.1 Depósitos ............................................................................................................................. 81

2.4.4.1.2 Crostas ................................................................................................................................. 82

2.4.4.1.3 Fouling ................................................................................................................................ 82

2.4.4.1.4 Depósitos metálicos............................................................................................................. 82 2.4.4.1.5 Borras ou lamas de fosfato .................................................................................................. 82 2.4.4.1.6 Contaminações nos permutadores de calor ......................................................................... 83

3 ESTUDO DE CASO .................................................................................... 84

3.1 LOCALIZAÇÃO ................................................................................................................ 84

3.2 LEVANTAMENTO DE DADOS ............................................................................................ 87

3.2.1 Informações gerais de projeto ................................................................................... 88

3.2.2 Informações construtivas ........................................................................................... 89

3.3 AGENTES AGRESSIVOS DO AMBIENTE ............................................................................ 90

3.3.1 Cloreto ......................................................................................................................... 92

3.3.2 pH ................................................................................................................................. 92

3.3.3 Magnésio ..................................................................................................................... 94

3.3.4 Amônia ........................................................................................................................ 95

3.3.5 Sulfato .......................................................................................................................... 96

3.3.6 Classificação do ambiente .......................................................................................... 97 3.3.6.1 Enquadramento conforme a NBR-6118:2003 ........................................................... 97

3.3.6.2 Enquadramento conforme norma L 1.007 da CETESB (1988) ................................. 97

3.3.6.2.1 Alcalinidade ........................................................................................................................ 98

3.3.6.2.2 Magnésio ............................................................................................................................. 99

3.3.6.2.3 Amônia ................................................................................................................................ 99

3.3.6.2.4 Sulfato ................................................................................................................................. 99

3.3.6.3 Enquadramento na classificação proposta por Helene (1997a) ............................. 100

3.3.6.3.1 pH ...................................................................................................................................... 101

3.3.6.3.2 Magnésio ........................................................................................................................... 101

3.3.6.3.3 Amônia .............................................................................................................................. 101

3.3.6.3.4 Sulfato ............................................................................................................................... 101

3.4 EFEITOS DA DETERIORAÇÃO ........................................................................................ 102

3.4.1 Histórico de inspeções .............................................................................................. 102

3.4.2 Relato fotográfico ..................................................................................................... 105 3.4.2.1 Relatório UT-001 de março/1990 ........................................................................... 105 3.4.2.2 Relatório UT-009 de maio de 1992 ......................................................................... 108 3.4.2.3 Relatório UT-012 de maio de 1997 ......................................................................... 110 3.4.2.4 Visita realizada no dia 16 de novembro de 2010 .................................................... 113

4 CONSIDERAÇÕES FINAIS E CONCLUSÃO ..................................... 124

4.1 A PARTIR DA BIBLIOGRAFIA ......................................................................................... 124

4.2 A PARTIR DO ESTUDO DE CASO ..................................................................................... 125

4.3 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................... 127

4.4 RECOMENDAÇÕES CONSTRUTIVAS .............................................................................. 128

4.5 RECOMENDAÇÕES DE ESTUDOS FUTUROS ................................................................... 130

17

1 INTRODUÇÃO

O presente momento econômico nacional impulsionou o setor de infra-estrutura e

grandes obras, com investimentos maciços na área industrial e estruturas de suporte ao

crescimento do país. Construções desse porte necessitam de vida-útil de projeto mais longa do

que edificações mais usuais, como nos setores residencial e comercial.

Em ambientes industriais e marítimos, o concreto armado está exposto às mais

severas condições de agressividade à sua composição. Segundo Balanchandran e Vipulandan

(s.d.), como a demanda por construções em ambientes agressivos cresce, também cresce a

preocupação com uma longa vida-útil dessas estruturas. Tipicamente, estruturas de concreto

são projetadas para serem utilizadas, mesmo em ambientes agressivos, de 50 a 100 anos com

uma manutenção mínima.

Decorrente do grande número de incidência de manifestações patológicas nas

edificações, a questão da durabilidade das estruturas de concreto vem ganhando destaque nos

últimos anos, tanto no meio científico quanto junto aos construtores e proprietários (LIMA,

2000).

Paradoxalmente, as manifestações patológicas em estruturas de concreto deveriam tender a diminuir, haja vista o grande avanço tecnológico que vem ocorrendo em todos os campos científicos. Tome-se como exemplo a construção civil onde estão surgindo novas técnicas e ferramentas para cálculo, técnicas construtivas, novos materiais e, embora muito timidamente, a implantação de programas de capacitação de mão-de-obra e cursos de especialização para engenheiros projetistas e construtores (LIMA, 2000, p. 2).

A norma brasileira (NBR-6118:2003 – Projeto de estruturas de concreto), assim

como a norma européia (EN 206-1 – Concrete part 1: Specification, performance, production

and conformity), prevêem mecanismos mitigadores de acordo com a classe de agressividade

do ambiente onde se localizará o elemento estrutural. As indústrias químicas e os ambientes

marinhos compõem o quadro mais negativo à durabilidade do concreto, embora as normas

dividam as zonas agressivas de forma diferente.

18

As estruturas de concreto devem atender aos requisitos mínimos de qualidade

classificados quanto à estrutura: capacidade resistente, desempenho em serviço e durabilidade

(NBR-6118, 2003).

Em relação às exigências de durabilidade as estruturas de concreto devem ser

projetadas e construídas de modo que, sob as condições ambientais previstas na época do

projeto, e quando utilizadas conforme preconizado em projeto, conservem suas segurança,

estabilidade e aptidão em serviço durante o período correspondente à sua vida útil (NBR-

6118, 2003).

Seguindo o conceito da norma, a 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 (LOPES, 2010).

Numa indústria química, ou até mesmo no meio urbano, verificam-se várias

situações em que o concreto tem suas características aquém das propriedades previstas, em

virtude de agentes agressivos, sejam eles naturais ou não, como afirma Neville (1997).

A durabilidade inadequada se manifesta por uma deterioração que pode ser originada por fatores externos ou por causas internas no interior do próprio concreto. As diferentes formas de ação podem ser físicas, químicas ou mecânicas (NEVILLE, 1997).

Segundo Girardi (2009), a norma européia, cuja divisão em 6 classes de exposição

e outras sub-classes, apresenta como classe mais preocupante aquelas onde estruturas de

concreto são expostas a ataques químicos de sulfatos e cloretos, e outros agentes agressivos

(como CO2, H+, NH4

+, Mg+).

Durabilidade do concreto não significa vida indefinida, nem significa suportar

qualquer tipo de ação. Além disso, hoje em dia se considera, embora não fosse bem assim no

passado, que em muitas situações, seja necessária uma manutenção de rotina do concreto

(CARTER, 1989 apud NEVILLE, 1997).

19

As condições do ambiente aos quais as estruturas de concreto armado estão

sujeitas devem ser previstas nas fases de projeto e medidas proativas para evitar redução da

durabilidade devem ser tomadas.

1.1 JUSTIFICATIVA

O material mais largamente usado em construção é o concreto, normalmente feito com a mistura de cimento Portland com areia, pedra e água. (...) O homem não consome nenhum outro material em tal quantidade, a não ser a água (BRUNAUER e COPELAND, 1964 apud MEHTA e MONTEIRO, 2008).

A atenção no que norteia a durabilidade das estruturas de concreto armado é

recomendação em diversas normas regulamentadoras, nacionais e internacionais. Os grandes

volumes de concreto empregados no crescimento e desenvolvimento de um país mantêm sob

constante atenção esse material, ou melhor, mistura de materiais, nos mais diversos níveis

acadêmicos.

A fim de garantir o cumprimento da vida útil do concreto exposto a ambientes

agressivos é necessária a caracterização dos agentes nocivos às vulnerabilidades do concreto,

assim como a ação. Dessa forma é possível desenvolver medidas e tecnologias capazes de

minimizar seus efeitos, criar barreiras protetoras e alongar cada vez mais o tempo de

funcionamento das estruturas com o mínimo de dispêndio na sua manutenção.

Uma torre de resfriamento de água de uma indústria de fertilizantes sofre os mais

diversos ataques químicos, entre os mais severos de acordo com a bibliografia estudada, dessa

forma pode-se constatar os efeitos ao longo do tempo em um projeto da década de 70, e

verificar se nas premissas de projeto foram consideradas as deteriorações provenientes da

exposição da estrutura a essa condição.

A importância deste trabalho dá-se pelo fato de que se identificando os agentes

agressivos ao concreto presentes neste ambiente, e seus mecanismos de degradação nas

estruturas, será possível projetar, construir e também estabelecer metodologias de manutenção

preventiva e orientar os usuários destas unidades à sua correta utilização.

20

1.2 OBJETIVO

O foco principal deste trabalho é estudar as condições ambientais a que estão

sujeitas as estruturas de concreto armado numa indústria de fertilizantes, particularmente na

torre de resfriamento de água, e os efeitos na sua durabilidade, a fim de verificar se foram

atendidas as recomendações normativas.

O desconhecimento da existência e da localização desses agentes agressivos, ou mesmo de sua influência na durabilidade do concreto armado, têm levado a se projetarem e a se construírem obras com desempenho muito abaixo do esperado em relação à vida útil. Tal fato tem resultado em elevados gastos com a recuperação das referidas obras e também com inevitáveis interferências com o processo produtivo destas indústrias (LIMA, 2000 p. xvii).

Não faz parte dos objetivos aqui presentes o de exaurir o tema, ou perseguir o

aprofundamento em teorias de microestrutura do concreto e reologia, por não fazer parte dos

interesses dessa pesquisa, como também não adentrar em detalhes mais avançados

academicamente, pela falta de recursos temporais e materiais.

As informações ao longo desta monografia, acerca da durabilidade em ambientes

agressivos, espera também contribuir com futuros estudos sobre o tema com informações de

diversas obras da engenharia civil e de materiais de autores renomados e das principais

normas sobre o tema.

1.3 METODOLOGIA E ESTRUTURAÇÃO DO TRABALHO

Este trabalho está dividido em quatro seções, as quais são brevemente descritas a

seguir. A Seção 1 apresenta uma breve introdução, abordando os objetivos do trabalho e a

estruturação do trabalho.

A Seção 2 constitui-se da revisão teórica iniciando pelo material de estudo, o

concreto e sua composição, abordando os tipos, classificações, vulnerabilidades e principais

propriedades.

21

Em seguida a agressividade será comentada, inclusive as principais classificações

internacionais e seus efeitos na durabilidade das estruturas de concreto. Dando continuidade

serão comentados os principais conceitos da durabilidade do concreto, com visões um tanto

divergentes.

Por fim, é apresentado o funcionamento de uma torre de resfriamento, de uma

forma mais abrangente, sem as particularidades do caso sob estudo, o qual será abordado no

capítulo posterior. Finalizando o referencial teórico, seguem a deterioração do concreto

armado e as patologias decorrentes do ambiente. Tanto as que atingem o concreto em si, como

as que atingem a estrutura através da deterioração da armadura.

Na Seção 3, será apresentado o estudo de caso, no qual, será feito o elo entre a

durabilidade e os agentes agressivos para a estrutura de concreto armado na torre de

resfriamento. O enfoque principal será dado ao ambiente provocado por seu funcionamento,

aos dados de projeto, às premissas normativas da época do projeto e execução, e a outros

detalhes que se fazem necessários para o estudo.

Na Seção 4 são elencadas as considerações finais e a conclusão, verificando se os

efeitos relatados na revisão teórica são verificados na estrutura analisada, bem como sugestões

para trabalhos subseqüentes.

Apresenta-se ainda uma lista com as referências utilizadas.

22

2 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 CONCRETO

2.1.1 Componentes do concreto moderno

O concreto como material heterogêneo é definido de diversas formas e a

nomenclatura dos componentes do concreto diverge entre os autores na forma e no nível

acadêmico a que se aprofundam. Aqui, por se tratar de monografia de graduação inicial em

engenharia civil, optou-se pela primorosa introdução de Mehta e Monteiro (2008), que passa

por todos os principais componentes de maneira clara e objetiva, no nível a que se pretende

manter neste trabalho.

As seguintes definições são baseadas nas normas ASTM C 125 e no comitê ACI

116:

“O concreto é um material composto que consiste essencialmente de um meio

contínuo aglomerante, dentro do qual estão mergulhadas partículas ou fragmentos de

agregados. No concreto de cimento hidráulico, o meio aglomerante é formado por uma

mistura de cimento hidráulico e água.

O agregado é o material granular, tal como a areia, o pedregulho, a pedra

britada ou escória de alto forno, usado com um meio cimentante, para formar um concreto

ou uma argamassa de cimento hidráulico. O termo agregado graúdo se refere a partículas de

agregado maiores do que 4,8 mm (peneira nº 4) e o termo agregado miúdo se refere a

partículas de agregado menores que 4,8 mm, porém maiores que 75 µm (peneira nº 200).

Pedregulho é o agregado graúdo resultante da desintegração natural e abrasão da rocha ou

do processamento mecânico (britagem) de conglomerados fracamente cimentados.

O termo areia é normalmente usado para o agregado miúdo resultante da

desintegração natural e da abrasão de rochas ou processamento de rochas arenosas friáveis.

23

Pedra britada é o produto resultante da britagem industrial de rochas, seixos rolados ou

pedras arredondadas graúdas. Escória de alto forno, um subproduto da indústria do aço, é o

material obtido pela britagem da escória que solidificou sob condições atmosféricas.

Argamassa é uma mistura de areia, cimento e água. É essencialmente um

concreto sem agregado graúdo. Graute é uma mistura de material aglomerante com

agregado, normalmente miúdo, à qual se adicionou água suficiente para produzir uma

consistência fluida, sem segregação de seus constituintes. Concreto projetado se refere a uma

argamassa ou concreto, transportado pneumaticamente através de uma mangueira e

projetado sobre uma superfície a uma alta velocidade.

Cimento é um material finamente pulverizado, que sozinho não é aglomerante,

mas desenvolve propriedades ligantes, como resultado da hidratação (isto é, de reações

químicas entre os minerais do cimento e água). Um cimento é chamado hidráulico quando os

produtos de hidratação são estáveis em meio aquoso. O cimento hidráulico mais utilizado

para fazer concreto é o cimento Portland, que consiste essencialmente de silicatos de cálcio

hidráulicos. Os silicatos de cálcio hidratados, formados pela hidratação do cimento

Portland, são os principais responsáveis por sua característica adesiva e são estáveis em

meios aquosos.”

O único componente que ainda deve ser julgado como um dos principais não

elencados nessas definições é o aditivo. Hoje ele tem um papel importantíssimo nos novos

tipos de concreto, com fins específicos e que apresentam uma grande diversidade de acordo

com o local a ser empregado, temperatura, resistência inicial, aceleração de pega, duração da

pega, fluidez e transporte do concreto.

O desenvolvimento de aditivos é uma das áreas do estudo do concreto de cimento

Portland que mais apresenta tecnologia e evolução no seu desenvolvimento com players

industriais de grande porte, como BASF e SIKA, que detêm tecnologias de ponta na

engenharia química e desenvolvimento de novos compostos. Existem outros fabricantes

menores com os aditivos mais usuais.

24

2.1.2 Tipos de concreto

Existem diversos tipos de concretos, muitos deles desenvolvidos para situações

específicas, de acordo com as necessidades do projeto, mas os de amplo uso são classificados

de 2 formas mais importantes e bastante representativas.

Uma classificação bem simples segundo Mehta e Monteiro (2008) é através da

massa específica, no qual enquadra em 3 tipos básicos e podem ter utilização geral como

também específicas, sem grandes alterações na composição de seus constituintes.

Tabela 1: Classificação do concreto de acordo com a massa específica.

Tipo Massa específica Utilização Agregados

Concreto de peso normal ou concreto corrente

2400 kg/m³ Peças estruturais de uso geral

Areia natural e seixo rolado ou pedra britada

Concreto leve < 1800 kg/m³ Para alta relação resistência/peso, a fim de vencer grandes vãos ou esbeltez

Agregados naturais ou processados termicamente que possuem baixa densidade

Concreto pesado > 3200 kg/m³ Blindagem de radiações Agregados de alta densidade

Fonte: MEHTA e MONTEIRO (2008, adaptado)

Ainda de acordo com Mehta e Monteiro (2008), outra classificação amplamente

usada em todo o mundo, é pela resistência à compressão aos 28 dias. Essa classificação não é

utilizada nos Estados Unidos, porém para o uso geral do concreto é bastante válida a

utilização dela, a qual divide em três categorias: de baixa, moderada e de alta resistência.

Embora essa classificação tenha caído em desuso na indústria da construção civil

mais específica, como a de infra-estruturas e as de maior controle tecnológico, pelo amplo

leque de possibilidades de tipos de concreto, ainda é bastante utilizada nas áreas residenciais e

no âmbito geral. As proporções típicas para os materiais do concreto de acordo com essa

classificação são englobadas por Mehta e Monteiro (2008) a seguir.

25

Tabela 2: Consumo de materiais em kg/m³ e proporções para as principais classificações do concreto quanto à resistência.

Material Baixa resistência Resistência moderada Alta resistência

Cimento 255 356 510

Água 178 178 178

Agregado miúdo 801 848 890

Agregado graúdo 1169 1032 872

Proporção de pasta

porcentagem em massa 18 22,1 28,1

porcentagem em volume 26 29,3 34,3

Fator água/cimento em massa 0,70 0,50 0,35

Resistência em MPa 18 30 60

Fonte: MEHTA e MONTEIRO (2008).

2.1.3 Cimento

Conforme definido anteriormente nos constituintes do concreto, parcela essencial

para garantir sua estrutura e continuidade, é o meio contínuo aglomerante.

Segundo Neville (1997), o cimento pode ser considerado todo material com

propriedades adesivas e coesivas capaz de unir fragmentos de minerais entre si de modo a

formar um todo compacto. O que abrange diversos materiais. No campo das construções o

cimento se resume ao elemento ligante entre as partículas mais resistentes, como pedras,

areias, blocos, ou outros elementos.

Os cimentos hidráulicos são definidos por Mehta e Monteiro (2008) como os

aglomerantes que não só endurecem através de reações com a água, como também formam

um produto resistente à água. Os não-hidráulicos, derivados da calcinação da gipsita (gesso)

ou de carbonatos como a rocha calcária (cal), têm seus produtos de hidratação não resistentes

à água.

O cimento Portland e suas variações são os principais cimentos usados para a

produção do concreto estrutural porque quando comparados aos aglomerantes gesso e cal, é o

único verdadeiramente hidráulico, não necessitando de adição de materiais pozolânicos para

desenvolver as propriedades de resistência à água.

26

A ASTM C 150 define o cimento Portland como um aglomerante hidráulico

produzido pela moagem do clínquer, que consiste essencialmente de silicatos de cálcio

hidráulicos, usualmente com uma ou mais formas de sulfato de cálcio como um produto de

adição. Os clínqueres são nódulos de 5 a 25 mm de diâmetro de um material sinterizado,

produzido quando uma mistura de matérias-primas de composição pré-determinada é

aquecida a altas temperaturas.

Para Neville (1997), o processo de fabricação do cimento Portland pode ser

simplificado em moer a matéria prima, misturá-la intimamente nas proporções adequadas e

queimar essa mistura em um grande forno rotativo até uma temperatura de cerca de 1450 °C.

Nessa temperatura, o material sofre uma fusão incipiente formando pelotas, conhecidas como

clínquer. O clínquer é resfriado e moído até um pó bem fino com a adição de um pouco de

gesso, resultando o cimento Portland comercial.

A composição química do cimento Portland tem seu estudo de suma importância

nesse trabalho, uma vez que o intuito é analisar as degradações químicas no concreto em

virtude de agente agressivos presentes no ambiente que circunda a estrutura de concreto

armado.

2.1.3.1 Composição química do cimento Portland

Para Neville (1997) a interação das diversas matérias primas utilizadas na

fabricação do Cimento Portland constituídas principalmente de calcário, sílica, alumina e

óxido de ferro forma no fim do processo alguns compostos, sendo que os principais são

quatro: CaO, SiO2, Al2O3, e Fe2O3.

Enquanto que de acordo com Mehta e Monteiro (2008), o cimento Portland

consista essencialmente de vários compostos de cálcio.

Os principais compostos químicos do cimento Portland são agrupados na tabela a

seguir.

27

Tabela 3: Principais compostos do cimento Portland.

Óxido Abreviação Compostos Abreviação

CaO C 3CaO . SiO2 C3S

SiO2 S 2CaO . SiO2 C2S

Al 2O3 A 3CaO . Al2O3 C3A

Fe2O3 F 4CaO . Al2O3 . Fe2O3 C4AF

MgO M 4CaO . 3Al2O3 . SO3 C4A3S

SO3 S 3CaO . 2SiO2 . 3H2O C3S2H3

H2O H CaSO4 . 2H2O CSH2

Fonte: MEHTA e MONTEIRO (200)8; NEVILLE (1997).

O destaque aos quatro primeiros compostos da tabela 3 para Neville (1997) é

merecido pela alta concentração nos cimentos Portland mais usuais, como se verifica na

tabela seguinte, onde os compostos que contêm CaO, SiO2, Al2O3, ou Fe2O3, somados,

representam 90% ou mais da composição.

Tabela 4: Limites usuais de composição de cimentos Portland.

Óxido Teor (%)

CaO 60 – 67

SiO2 17 – 25

Al 2O3 3 – 8

Fe2O3 0,5 – 0,6

MgO 0,5 – 4,0

Álcalis (equivalente em Na2O) 0,3 – 1,2

SO3 2,0 – 3,5

Fonte: NEVILLE (1997).

2.1.3.2 Reatividade dos componentes do cimento

Nas altas temperaturas durante a formação do clínquer, os elementos do sistema

possuem a capacidade de entrar em soluções sólidas com cada um dos principais compostos.

Como no sistema também existem impurezas, como magnésio, sódio, potássio e enxofre,

estas também participam da formação do clínquer (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

O resultado é que os compostos presentes no cimento Portland não é exatamente o

que está na fórmula. Pequenas quantidades de impurezas podem não alterar

28

significativamente a natureza e a reatividade de um composto com a água, porém grandes

quantidades podem.

2.1.3.2.1 Silicatos de cálcio

Os óxidos mais abundantes na composição de cimentos Portland são o óxido de

cálcio (CaO) e o óxido de silício (SiO2), cuja interação forma o silicato tricálcico (C3S) e o

beta-silicato dicálcico (β C2S), os mais comuns nos clínqueres de cimentos Portland. As

formas impuras são conhecidas como alita e belita respectivamente.

De acordo com Lea (1971 apud MEHTA e MONTEIRO, 2008), a alita apresenta

alta energia e reatividade, pois a coordenação dos íons oxigênio em torno do cálcio é

irregular, com a concentração dos íons oxigênio de um lado de cada íon cálcio, o que deixa

grandes vazios estruturais.

Na hidratação do cimento, os silicatos de cálcio formam silicatos de cálcio

hidratados (C3S2H3 ou apenas C-S-H) e libera cal na forma de Ca(OH)2. A suposição ainda

corrente é de que o produto tanto da alita como da belita seja o mesmo, apesar de que

observações físicas indiquem a existência de mais de um produto (ou até de vários)

(NEVILLE, 1997). A expressão que orienta a reação, mas não pode ser levada como equação

estequiométrica exata é:

Para o C3S: 2 C3S + 6 H � C3SsH3 + 3 Ca(OH)2

Para o C2S: 2 C2S + 4 H � C3S2H3 + Ca(OH)2

De acordo com Mehta e Monteiro (2008), é esperado que a resistência final de um

cimento Portland de alto teor de C3S seja menor do que a de um cimento de alto teor de C2S

devido a uma maior formação de C-S-H. 82% na reação da belita e 61% na hidratação da

alita.

Outra característica importante é que um cimento contendo uma proporção maior

de C2S seja mais durável em ambientes ácidos e sulfatados do que outros contendo uma

29

proporção maior de C3S, segundo Mehta e Monteiro (2008), devido à menor presença de

hidróxido de cálcio.

Do ponto de vista da durabilidade a ataques químicos, muitas especificações buscam limitar o teor máximo de C3S e ainda recomendam o uso de pozolanas para remover o excesso de hidróxido de cálcio na pasta de cimento hidratada (MEHTA E MONTEIRO, 2008, pg. 204).

A partir dos dados de calor de hidratação, nota-se que o C3S hidrata mais

rapidamente que o C2S, o que contribui para o tempo final da pega e a resistência inicial da

pasta de cimento. Dessa forma, a hidratação do C3S é um importante fator na composição dos

cimentos Portland de alta resistência inicial.

2.1.3.2.2 Aluminatos de cálcio

O aluminato tricálcico (C3A) é o principal aluminato do clínquer do cimento

Portland. Podem ocorrer vários aluminatos de cálcio no sistema CaO-Al2O3, porém outra

formação numa concentração mais significativa é o ferroaluminato cálcico (C2A-C2F), que

corresponde à composição C4AF.

A quantidade de C3A e C4AF percentualmente é pequena, porém é importante por

seu comportamento com outras fases e sua reatividade.

Da mesma forma que os silicatos, os aluminatos apresentam impurezas em

quantidades significativas, e suas estruturas cristalinas são complexas, caracterizadas por

vazios estruturais responsáveis pela reatividade elevada (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

A reação do C3A com a água é imediata e violenta, por isso também é conhecida

como pega instantânea (NEVILLE, 1997). Resulta no enrijecimento imediato da pasta e é

responsável pelo primeiro pico na liberação de calor de hidratação, ainda nos primeiros cinco

minutos após a adição de água.

A menos que a reação rápida de hidratação do C3A seja de alguma forma desacelerada, o cimento Portland não terá utilidade para a maioria dos propósitos de construção. Isto geralmente é conseguido pela adição de gipsita (MEHTA e MONTEIRO, 2008 pg. 201).

30

O C3A não é útil ao cimento endurecido. Contribui pouco, apenas nas primeiras

idades e, quando no cimento endurecido, é atacado por sulfatos, sofre expansão e pode causar

a desagregação da pasta de cimento (NEVILLE, 1997). Sua presença, porém, faz-se

importante durante o processo de fabricação do cimento, na medida que reduz a temperatura

de queima do clínquer e facilita a combinação dentre a cal e a sílica.

A adição de gesso para retardar esse processo de hidratação tem um limite, pois o

excesso de gesso leva a uma expansão e conseqüente desagregação da pasta de cimento

(NEVILLE, 1997). E um teor ótimo de gesso resulta numa velocidade desejável da reação nos

primeiros estágios e evita a elevada concentração local de produtos de hidratação, o que reduz

a porosidade da pasta de cimento e aumenta a resistência.

A quantidade de gesso necessária aumenta com o teor de C3A e com o teor de álcalis no cimento. Um ensaio para o teor ótimo de SO3 é prescrito na ASTM C 543-84. [...] (NEVILLE, 1997, pg. 38).

Ainda conforme Neville (1997), a norma européia EN 197-1:1992 limita a

quantidade de gesso adicionada ao clínquer através da massa de SO3 presente ao valor

máximo de 3,5%, e em alguns casos permite-se quantidades maiores a depender da

necessidade de maiores resistências iniciais. Assim como os limites estabelecidos pela ASTM

C 150-94, os quais dependem do teor de C3A e são maiores para o cimento de alta resistência

inicial.

Em substituição à gipsita (CaSO4.2H2O) pode ser utilizado outro composto como

fonte de SO3. Os mais usuais nessa função, além da gipsita, são o hemidrato ou gesso de Paris

(CaSO4.½H2O) e anidrita (CaSO4). Segundo Mehta e Monteiro (2008), a vantagem do

hemidrato é a maior solubilidade, mas de qualquer forma já está presente nos cimentos após a

decomposição da gipsita durante o final da moagem.

2.1.3.2.3 Óxido de magnésio e óxido de cálcio

A proporção mal dimensionada das matérias-primas assim como influência das

outras atividades do processo de fabricação do cimento Portland influenciam na presença de

óxido de cálcio livre ou cristalino no clínquer do cimento.

31

A origem do óxido de magnésio é geralmente como impureza da maioria dos

calcários, a partir da dolomita. Uma parte desse óxido pode entrar em solução com os

compostos já descritos (até 2%) ou como MgO cristalino.

Tanto a hidratação do MgO como do CaO cristalino, são reações lentas e

expansivas que sob certas condições podem causar deterioração ou imperfeições no concreto

endurecido (NEVILLE, 1997).

2.1.3.2.4 Compostos alcalinos e sulfatos

Consoante Mehta e Monteiro (2008), a argila presente na mistura de matérias-

primas ou no carvão fornece ao cimento os álcalis, sódio e potássio. A quantidade equivalente

de álcalis é medida na forma da expressão abaixo e seu resultado pode variar entre 0,3 a 1,5%.

Concentração equivalente de álcalis = Na2O + 0,64 K2O

Daí infere-se que óxido de sódio é bastante mais alcalino que o de potássio. A

depender da quantidade de sulfato disponível, esses elementos se fazem presente no clínquer

do cimento Portland como sulfatos solúveis de álcalis a exemplo de langbeinita (2CS.NS) e a

aphthitalita (3NS.KS).

Quando não há sulfatos suficientes para consumir os álcalis solubilizando nas

misturas alcalinas acima descritas, os óxidos de sódio e potássio restantes são consumidos de

preferência pelo C3A e C2S, modificando em compostos do tipo NC8A e KC23S12,

respectivamente.

Da mesma forma, o excesso pode estar no sulfato, adicionado propositadamente a

fim de reduzir a temperatura de calcinação ou para modificar a fase C3A para C4A3S,

composto importante nos cimentos para concreto de alta resistência inicial (MEHTA e

MONTEIRO, 2008).

32

2.1.3.3 Calor de Hidratação

Como as reações de hidratação do cimento Portland são exotérmicas, provocando

o aquecimento da massa de concreto durante o seu endurecimento do núcleo para a periferia,

o calor de hidratação impõe certas restrições de execução. As espessuras das camadas de

concretagem devem ser limitadas e principalmente o lançamento de novo concreto sobre um

concreto endurecido previamente (FUSCO, 2008).

A tabela a seguir, apresenta o calor de hidratação dos principais compostos.

Tabela 5: calor de hidratação dos diferentes componentes dos cimentos.

Componente Calor de hidratação (cal/g)

C3S – silicato tricálcico 120

C2S – silicato dicálcico 62

C3A – aluminato tricálcico 207

C4AF – ferro-aluminato tetracálcico 100

Fonte: CZERNIN (1963) apud FUSCO (2008).

De acordo com Fusco, “a necessidade de redução do calor de hidratação leva

então ao emprego de cimentos com baixo C3A, e com o aumento de C2S em relação ao C3S”

(FUSCO, 2008 pg. 39).

Principalmente quando o emprego é num uso específico com necessidade de se

reduzir onde possível o calor de hidratação gerado. O melhor exemplo é no concreto de uma

barragem, onde as camadas de concretagem são mais espessas e os volumes são de ordem

bem superior, inclusive justifica o uso de agregados refrigerados para compensar o calor de

hidratação.

2.1.3.4 Tipos de cimento Portland

Conhecidas as reatividades relativas aos compostos do cimento Portland assim

como os produtos gerados e suas interações entre si, é possível produzir concretos de uso

específico a partir do balanceamento da proporção de cada composto.

33

Com o objetivo de produzir cimentos com características especiais como os de

alta resistência inicial, de baixo calor de hidratação, de alta resistência ao sulfato, ou de

moderado calor de hidratação, a norma ASTM C 150 classifica diversos tipos de acordo com

a tabela abaixo, e a respectiva correlação com a norma ABNT.

Tabela 6: correlação entre a classificação ASTM C 150 e as normas brasileiras da ABNT. A correspondência entre as normas não é exata em todos os casos.

Denominação Sigla/Tipo Norma Denominação Sigla Norma

Portland I ASTM C 150 Portland Comum CP I NBR-5732

- - - Portland Comum com Adição

CP I-S

Slag-modified Portland I (SM) ASTM C 595 Portland composto com escória

CP II-E

NBR-11578 Pozzolan-modified Portland

I (MP) ASTM C 595 Portland composto com Pozolana

CP II-Z

- - - Portland composto com filler

CP II-F

Portland Blastfurnace Slag

IS ASTM C 595 Portland de alto forno CP III NBR-5735

Portland Pozzolan IP ASTM C 595 Portland pozolânico CP IV NBR-5736

Portland with High Early Strength

III ASTM C 150 Portland de alta resistência inicial

CP V-ARI NBR-5733

Portland with Moderate Sulphate Resistance

II ASTM C 150

Portland with High Sulphate Resistance

V ASTM C 150

Portland resistente a sulfatos

CP I-RS

NBR-5737

Slag-modified Portland moderate sulphate resistance

I (SM) MS

ASTM C 595 CP I-S RS CP II-E RS

Pozzolan-modified Portland – moderate sulphate resistance

I (PM) MS

ASTM C 595 CP II-Z RS CP II-F RS

Portland Blastfurnace slag – moderate sulphate resistance

IS (MS) ASTM C 595 CP III RS

Portland Pozzolan – moderate sulphate resistance

IP (MS) P (MS)

ASTM C 595

Fonte: MEHTA e MONTEIRO (2008).

Segue um breve descritivo de cada tipo de acordo com a ABNT:

Cimento Portland comum (CP-I) é o tipo mais básico de cimento Portland,

indicado para o uso em construções que não requeiram condições especiais e não apresentem

ambientes desfavoráveis, como exposição a águas subterrâneas, esgotos, água do mar ou

34

qualquer outro meio com presença de sulfatos. A única adição presente no CP-I é o gesso

(cerca de 3%, que também está presente nos demais tipos de cimento Portland). O gesso atua

como um retardador de pega, evitando a reação imediata da hidratação do cimento. A norma

brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5732.

Cimento Portland comum com adição (CP I-S) tem a mesma composição do CP I

(clínquer+gesso), porém com adição reduzida de material pozolânico (de 1 a 5% em massa).

Este tipo de cimento tem menor permeabilidade devido à adição de pozolana. A norma


Cimento Portland composto com escória (CP II-E) é dito composto pois

apresentam, além da sua composição básica (clínquer+gesso), a adição de outro material. O

CP II-E, contém adição de escória granulada de alto-forno, o que lhe confere a propriedade de

baixo calor de hidratação. O CP II-E é composto de 94% à 56% de clínquer+gesso e 6% à

34% de escória, podendo ou não ter adição de material carbonático no limite máximo de 10%

em massa. O CP II-E, é recomendado para estruturas que exijam um desprendimento de calor

moderadamente lento. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 11578.

Cimento Portland composto com pozolana (CP II-Z) contém adição de material

pozolânico que varia de 6% à 14% em massa, o que confere ao cimento menor

permeabilidade, sendo ideal para obras subterrâneas, principalmente com presença de água,

inclusive marítimas. O cimento CP II-Z, também pode conter adição de material carbonático

(filler) no limite máximo de 10% em massa. A norma brasileira que trata deste tipo de

cimento é a NBR 11578.

Cimento Portland composto com pozolana (CP II-F) é composto de 90% à 94%

de clínquer+gesso com adição de 6% a 10% de material carbonático (fíler) em massa. Este

tipo de cimento é recomendado desde estruturas em concreto armado até argamassas de

assentamento e revestimento, porém não é indicado para aplicação em meios muito

agressivos. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 11578.

Cimento Portland de alto-forno (CP III) contém adição de escória no teor de 35%

a 70% em massa, que lhe confere propriedades como baixo calor de hidratação, maior

impermeabilidade e durabilidade. É recomendado tanto para obras de grande porte e

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agressividade (barragens, fundações de máquinas, obras em ambientes agressivos, tubos e

canaletas para condução de líquidos agressivos, esgotos e efluentes industriais, concretos com

agregados reativos, obras submersas, pavimentação de estradas, pistas de aeroportos etc.),

como também para aplicação geral em argamassas de assentamento e revestimento, estruturas

de concreto simples, armado ou protendido etc. A norma brasileira que trata deste tipo de

cimento é a NBR 5735.

Cimento Portland Pozolânico (CP IV) contém adição de pozolana no teor que

varia de 15% a 50% em massa. Este alto teor de pozolana confere ao cimento uma alta

impermeabilidade e conseqüentemente maior durabilidade. O concreto confeccionado com o

CP IV apresenta resistência mecânica à compressão superior ao concreto de cimento Portland

comum à longo prazo. É especialmente indicado em obras expostas à ação de água corrente e

ambientes agressivos. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5736.

Cimento Portland de alta resistência inicial (CP V-ARI) assim como o CP-I não

contém adições (porém pode conter até 5% em massa de material carbonático). O que o

diferencia deste último é processo de dosagem e produção do clínquer. O CP V-ARI é

produzido com um clínquer de dosagem diferenciada de calcário e argila se comparado aos

demais tipos de cimento e com moagem mais fina. Esta diferença de produção confere a este

tipo de cimento uma alta resistência inicial do concreto em suas primeiras idades, podendo

atingir 26MPa de resistência à compressão em apenas 1 dia de idade. É recomendado o seu

uso, em obras onde seja necessário a desforma rápida de peças de concreto armado. A norma


Cimento Portland Resistente a Sulfatos (RS) – Qualquer um dos tipos de cimento

Portland anteriormente citados podem ser classificados como resistentes a sulfatos, desde se

enquadrem dentro de uma das características abaixo:

a) Teor de aluminato tricálcico (C3A) do clínquer e teor de adições carbonáticas de no

máximo 8% e 5% em massa, respectivamente;

b) Cimentos do tipo alto-forno que contiverem entre 60% e 70% de escória granulada de alto-

forno, em massa;

c) Cimentos do tipo pozolânico que contiverem entre 25% e 40% de material pozolânico, em

massa;

36

d) Cimentos que tiverem antecedentes de resultados de ensaios de longa duração ou de obras

que comprovem resistência aos sulfatos.

É recomendado para meios agressivos sulfatados, como redes de esgotos de águas

servidas ou industriais, água do mar e em alguns tipos de solos.

Os parâmetros de composição percentual dos diversos tipos segue na tabela

seguinte:

Tabela 7: composição percentual pela classificação da ABNT.

Cimento Portland (ABNT)

Tipo Clínquer +

gesso Escória

siderúrgica Material

pozolânico Calcário

CP I Comum 100 - - -

CP I – S Comum 95-99 1-5 1-5 1-5

CP II – E Composto 56-94 6-34 - 0-10

CP II – Z Composto 76-94 - 6-14 0-10

CP II – F Composto 90-94 - - 6-10

CP III Alto-forno 25-65 35-70 - 0-5

CP IV Pozolânico 45-85 - 15-50 0-5

CP V – ARI Alta resistência inicial 95-100 - - 0-5

Fonte: ECIVIL.NET (2010).

2.1.4 Agregado

Embora ocupem entre 60 e 80 do volume do concreto, os agregados são

freqüentemente considerados elementos inertes no comportamento do concreto durante o

endurecimento, ao contrário do cimento, de acordo com Mehta e Monteiro (2008).

Não se dá a devida atenção aos possíveis efeitos nas propriedades do concreto,

embora eles exerçam considerável influência na resistência, estabilidade e durabilidade. Ele

ainda considera “impróprio serem tratados com menos respeito do que os cimentos” (MEHTA

e MONTEIRO, 2008).

37

Em concordância com Mehta e Monteiro (2008), Neville (1997) afirma que o

agregado não só pode influenciar a resistência do concreto, mas agregados com propriedades

indesejáveis podem comprometer a durabilidade e o desempenho do concreto resultante.

2.1.4.1 Classificação dos agregados

As principais formas de classificação de acordo com Mehta e Monteiro (2008) e

com Neville (1997) são através da dimensão das partículas ou pela massa específica. Ambos

falam ainda quem existem outras formas de classificação, como por exemplo pela reatividade

com os álcalis do cimento, ou pelas propriedades físicas da rocha-mãe.

Através do tamanho da partícula, o agregado se divide em agregado graúdo, para

partículas maiores do que 4,8 mm (retidas na peneira nº 4), ou agregado miúdo, para

partículas menores do que 4,8 mm (NBR-9935:2005).

O agregado miúdo apresenta tipicamente uma distribuição granulométrica entre os

diâmetros de 75 µm (peneira nº 200) a 4,8 mm, e os agregados graúdos, de 4,8 mm a 50 mm.

Com a ressalva de que para concreto massa podem ser utilizados até pedregulhos em diâmetro

de 150 mm (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

A classificação através da massa específica também é bastante simples, pois

apenas divide os agregados em naturais e leves, de acordo com a massa específica, e estão

diretamente ligados à classificação do concreto conforme a massa específica.

Os agregados para produção de concreto normal, de massa específica de

aproximadamente 2400 kg/m³ são os agregados naturais, como areia e pedregulho (também

designado por cascalho a depender da região), conforme Mehta e Monteiro (2008). Para fins

especiais podem ser fabricados concretos leves ou pesados, através de agregados com massa

específica menor do que 1120 kg/m³ para o primeiro, ou com massa específica superior a

2080 kg/m³ para o segundo.

38

2.1.4.2 Substâncias prejudiciais ao concreto

Todas as partículas de agregados naturais foram parte de uma massa de

proporções bem maiores e por fragmentação (natural ou britamento) foram gerados. Muitas

propriedades do agregado graúdo ou miúdo são inteiramente relacionadas às propriedades da

rocha-mãe, como afirma Neville (1997). São as propriedades de origem e formação da rocha,

tais como composição química e mineralógica, densidade, dureza, estabilidade química,

porosidade e cor.

Existem também as propriedades dependentes do processo de fragmentação e

exposição, que não estão presentes na rocha-mãe: forma e tamanho das partículas, aspereza da

superfície, absorção (área específica) (NEVILLE, 1997). Todas essas propriedades

influenciam de alguma forma certas características do concreto, e da mesma forma que podem

influenciar positivamente, de acordo com Cánovas (1988), podem ser inadequados.

Cánovas (1988) na mesma obra afirma ainda que “os agregados empregados na

fabricação de concreto não devem ser reativos com o cimento e ser suficientemente estáveis

diante da ação dos agentes externos com os quais vão estar em contato na obra”. Ou seja, que

a depender das condições de exposição a agentes ambientais nos quais a obra estará inserida,

algumas observações devem ser feitas no agregado a ser utilizado.

Em geral, não devem ser empregados agregados procedentes de rochas brandas,

friáveis, porosas, etc., nem contendo nódulos de pirita, gesso, compostos ferrosos, entre

outros. Os agregados não devem conter também substâncias que apresentem reatividade

potencial com os álcalis do cimento, pois pode ocorrer uma reação bastante expansiva e de

difícil controle.

2.2 AGRESSIVIDADE

O concreto armado pode ser considerado um material durável. Acontece que a sua

durabilidade depende de uma quantidade muito grande de diversos fatores, entre eles, os

39

materiais constituintes, o processo de fabricação, a aplicação e, principalmente, sua adequada

especificação para o uso a que se destina, bem como o ambiente a que será exposto.

Observa-se que o meio ambiente exerce grande influência na durabilidade do

concreto armado. A evolução dos processos de cálculo (estruturas mais esbeltas) e dos

processos construtivos (tempo de execução mais reduzido), aliados ao progresso

(concentração de agentes agressivos nos grandes centros urbanos e industriais), têm resultado

em grandes insucessos em relação à durabilidade das obras.

Pode-se afirmar que a deterioração do concreto é um fenômeno não se deve a

apenas uma causa. A classificação dos processos de deterioração do concreto em categorias

nitidamente separadas, portanto, deve ser tratada com algum cuidado, considerando-se as

interações dos vários agentes que podem estar presentes no processo. Este fato, de grande

importância no estudo e determinação das causas da deterioração das estruturas, geralmente

tende a ser negligenciado (LIMA, 2000 apud MEHTA e MONTEIRO, 2008).

Entende-se por ambiente agressivo, o conjunto físico de concreto no qual está

inserido. Pode ser um ambiente industrial, região costeira, água do mar entre outros. Cada

ambiente vai expor a estrutura mais ou menos aos diferentes tipos de degradação. (LOPES,

2010). E esse é o principal motivo apontado por Helene (2003) nas considerações durante o

desenvolvimento das diretrizes na NBR-6118:2003, a fim de mitigar o efeito da agressividade

das substâncias do ambiente, ou até mesmo anular essa nocividade.

Ainda segundo Helene (2003), a agressividade do ambiente não se resume ao

comportamento da estrutura decorrente do clima, como as ações mecânicas decorrentes de

variações volumétricas de origem térmica, retração hidráulica e outras previstas no

dimensionamento das estruturas de concreto.

2.2.1 Classificação da agressividade segundo a NBR-6118:2003

A classificação da agressividade do meio ambiente às estruturas de concreto

armado e protendido, pode ser avaliada, simplificadamente para fins de projetos correntes,

40

segundo as condições de exposição da estrutura ou de suas partes, conforme apresentado na

Tabela 8.

Tabela 8: Classificação da agressividade do ambiente segundo a norma brasileira vigente.

Classe de agressividade

ambiental Agressividade

Classificação geral do tipo de ambiente para efeito de projeto

Risco de deterioração da estrutura

I Fraca Rural

Insignificante Submersa

II Moderada Urbana1, 2 Pequeno

III Forte Marinha1

Grande Industrial1, 2

IV Muito forte Industrial1, 3

Elevado Respingos de maré

1. Pode-se admitir um microclima com uma classe de agressividade mais branda (um nível acima) para ambientes internos secos (salas, dormitórios, banheiros, cozinhas e áreas de serviço de apartamentos residenciais e conjuntos comerciais ou ambientes com concreto revestido com argamassa e pintura). 2. Pode-se admitir uma classe de agressividade mais branda (um nível acima) para: obras em regiões de clima seco, com umidade relativa do ar menor ou igual a 65%, partes da estrutura protegidas de chuva em ambientes predominantemente secos, ou regiões onde chove raramente. 3. Ambientes quimicamente agressivos, tanques industriais, galvanoplastia, branqueamento em indústrias de celulose e papel, armazéns de fertilizantes, indústrias químicas.

Fonte: NBR-6118 (2003 tab. 6.1).

Diversas medidas são exigidas pela NBR-6118:2003, de acordo com o nível de

exposição da obra, a fim de se combater a deterioração provocada pela agressividade

ambiental, dentre as quais merecem destaque: menor relação água/cimento, classe superior de

resistência do concreto (resistência à compressão) e maior cobrimento das armaduras.

É salutar lembrar que a NBR-6118:2003 em seu item 6.4.3 mantém a delegação

de observância de níveis mais alarmantes de agressividade ao projetista responsável, uma vez

que diz: “o responsável pelo projeto estrutural, de posse de dados relativos ao ambiente no

qual será construída a estrutura, pode considerar classificação mais agressiva do que a

estabelecida na tabela 6.1”.

Helene (2003) coloca ainda que existem classificações mais rigorosas para

auxiliar os profissionais na definição da classe mais adequada aos níveis de cada ambiente,

com base na concentração efetiva de certas substâncias agressivas no ambiente que envolve a

estrutura ou suas partes.

41

Dessa forma, podem-se também utilizar em casos especiais os limites orientativos

constantes da norma CETESB L 1.007 (1988). Em lugar dessa norma e no caso de

agressividade ao concreto, um outro critério mais rigoroso pode ser a avaliação através de

determinações específicas conforme os valores referenciais propostos pelo CEB / FIP Model

Code, 1990.

2.2.2 Classificação da agressividade segundo a CETESB (1988)

A Norma L1.007 da CETESB (1988) fixa condições para classificar o grau de

agressividade do meio aquoso em contato com o concreto e estabelece, também, os critérios

para caracterização das condições de exposição que influem no grau de agressividade deste

meio aquoso em relação ao concreto, conforme apresentado na Tabela 9 (LIMA, 2000).

Tabela 9: Classificação de agressividade da Norma L1.007 da CETESB (1988).

A B

Fenômeno preponderante de lixiviação incluindo a hidrólise dos compostos

Fenômeno preponderante acompanhado de lixiviação

Carbonatação Troca iônica

Grau

Águas puras

Águas não salinas ácidas

Águas salinas Águas Magnesianas

Águas Amoniacais Ácidas Alcalinas

Sólidos dissolvidos

(mg/L) pH

CO2 agressivo (mg/L)

pH pH (HCO3)

– (mg/L)

(Mg2)+

(mg/L)

(NH4)+ (mg/L)

(NO3)–

<150 mg/L (NO3)

– ≥150 mg/L

Nulo >150 7 - 7 7 - <100 <100 <50

Fraca 150 a 50 >6 <20 >6 - - 100 a 150 100 a 150 50 a 100

Média 150 a 50 6,0 a 5,6 20 a 30 6,0 a 5,6 - - 150 a 250 150 a 250 100 a 150

Forte <50 5,5 a 4,5 >30 5,5 a 4,5 8 a 9 400 250 a 500 250 a 500 150 a 250

Muito Forte

<50 <4,5 - <4,5 >9 >600 >500 >500 >250

Fonte: LIMA (2000).

42

Tabela 9: Classificação de agressividade da Norma L1.007 da CETESB (1988) (continuação).

C

Fenômeno de expansão por formação de gipsita e/ou etringita

acompanhada de lixiviação

Grau

Água do mar, salobra, de esgoto ou poluída industrialmente

(SO4)-2

(Mg2)+<100 mg/L

(NH4)+<100 mg/L (Mg2)

+≥10

0 mg/L (NH4)

+≥10

0 mg/L

Cl- < 1000 mg/L

Cl- ≥ 1000 mg/L

Nulo <200 <250 <100

Fraca 200 a 350

250 a 400

100 a 200

Média 350 a 600

400 a 700

200 a 350

Forte 600 a 1200

700 a 1500

350 a 600

Muito Forte >1200 >1500 >600

Fonte: LIMA (2000).

Segundo a norma CETESB (1988), esta tabela refere-se ao grau efetivo de

agressividade em relação a um concreto nas seguintes condições:

e) Concreto dosado com cimento Portland comum, consumo de cimento de 300 kg/m3 e

relação água/cimento = 0,60;

f) O concreto está enterrado em solo de areia e pedregulho, cujo coeficiente de

permeabilidade é maior ou igual a 10-3 cm/s;

g) Supõe-se o concreto com tempo de cura inferior a 28 dias e em contato com água em

repouso.

O grau de agressividade determinado deve ser aumentado ou diminuído, em

função das condições locais:

Condições atenuantes:

a) A água agressiva ao concreto entra em contato com este após 28 dias de sua execução;

b) A água agressiva ao concreto entra em contato com este algumas vezes por ano;

c) O concreto se encontra envolvido por terreno reconhecidamente coesivo (baixa

permeabilidade), etc.

43

Condições agravantes:

a) A água está em movimento;

b) O nível de água varia com freqüência (molhagem e secagem);

c) Existe uma pressão hidráulica (gradiente hidráulico) unilateral;

d) A temperatura da água é superior a 45° C;

e) A estrutura de concreto é de seção delgada, sendo a menor dimensão de 20 cm

aproximadamente, etc.

Por se tratar de um órgão de saneamento ambiental, a norma da CETESB é mais

empregado em tubulações de concreto enterradas, sujeitas às contaminações do solo, lençóis

freáticos e o próprio esgoto sanitário e efluentes industriais, porém a abrangência se amplia

para qualquer estrutura de concreto.

2.2.3 Classificação da agressividade segundo HELENE (1997a, 1997b, 1998)

Paulo Helene (1997a, 1997b, 1998) é um aclamado acadêmico e autor de várias

publicações na área de estruturas de concreto armado e sua durabilidade. Na classificação

proposta ele destaca a relação que existe entre a agressividade do ambiente e as ações físicas e

químicas que atuam sobre as estruturas de concreto e propõe, na Tabela 10, originada de

síntese das publicações disponíveis, uma classificação de agressividade ambiental relacionada

aos riscos de deterioração da estrutura.

Assim, ele propõe a classificação ambiental do ponto de vista da durabilidade das

armaduras e, na tabela 11, a classificação segundo o ponto de vista da durabilidade do

concreto (LIMA, 2000).

44

Tabela 10: Classificação da agressividade do ambiente sobre as armaduras.


Macroclima Microclima Gás Carbônico CO2

no Ambiente Cloretos Cl- no

ambiente

I Atmosfera rural UR ≤ 60%

interiores secos ≤ 0,3% ≤ 200 mg/l

II Urbana UR de 60 a 95%

UR = 100% (submersa)

≤ 0,3% < 500 mg/l

III Marinha ou industrial

UR entre 65 e 95% (variável)

≥ 0,3% > 500 mg/l

IV Pólos industriais Interiores úmidos de

indústrias com agentes agressivos

> 0,3% > 500 mg/l

Fonte: HELENE (1997a).

Tabela 11: Classificação da agressividade do ambiente sobre o concreto.


pH CO2 agressivo

(mg/l) Amônia

NH4+ (mg/l)

Magnésio Mg2+ (mg/l)

Sulfato SO4

2- (mg/l) Sólidos

dissolvidos

I > 6,0 < 20 < 100 < 150 < 400 > 150

II 5,9 – 5,9 20 – 30 100 – 50 100 – 250 400 – 700 150 – 50

III 5,0 – 4,5 30 – 100 150 – 250 250 – 500 700 – 1500 < 50

IV < 4,5 > 100 > 250 > 500 > 1500 < 50

Notas: 1 No caso de solos a análise deve ser feita no estado aquoso do solo 2 Água em movimento, temperatura acima de 30°C, ou solo agressivo muito permeável conduz a um aumento de

um grau na classe de agressividade 3 Certas combinações de ação física superficial, tais como abrasão e cavitação, aumentam a velocidade de ataque

químico e podem corresponder a um aumento do grau de agressividade

Fonte: HELENE (1997a).

2.3 DURABILIDADE

Não se pode separar inteiramente as definições de durabilidade e as considerações

sobre o ambiente, “uma vez que durabilidade sob um conjunto de condições não significa

necessariamente durabilidade sob outro conjunto” (MEHTA e MONTEIRO, 2008). Assim, o

concreto deve poder suportar o processo de deterioração ao qual se supõe que venha a ser

submetido (NEVILLE, 1997). Caso sejam atendidas as condições de projeto, diz-se que é um

concreto durável.

45

Ou seja, para se obter uma estrutura em concreto durável, tão importante quanto o

dimensionamento estrutural é a definição dos esforços para suplantar a agressividade de

acordo com as condições ambientais, a fim de se garantir a durabilidade da estrutura durante

sua vida útil, também definida previamente.

Dessa forma, a questão da durabilidade está intrinsecamente ligada à vida útil

adotada no desenvolvimento da obra. As estruturas devem ser projetadas, construídas e

utilizadas de modo que sob as condições ambientais previstas e respeitadas as condições de

manutenção preventiva especificadas no projeto, conservem sua segurança, estabilidade,

aptidão em serviço e aparência aceitável, durante um período pré-fixado de tempo, sem exigir

medidas extras de manutenção e reparo (HELENE, 2003).

Helene (2003) faz a divisão em 4 fases ou “vidas úteis”:

a) Período de tempo que vai até a despassivação da armadura, normalmente denominado de

período de iniciação. A esse período de tempo pode-se associar a chamada vida útil de

projeto. Normalmente corresponde ao período de tempo necessário para que a frente de

carbonatação ou a frente de cloretos atinja a armadura. O fato da região carbonatada ou de um

certo nível de cloretos atingir a armadura e teoricamente despassivá-la, não significa que

necessariamente a partir desse momento haverá corrosão importante, apesar de que em geral

ela ocorre. Esse período de tempo, no entanto, é o período que deve ser adotado no projeto da

estrutura, a favor da segurança;

b) Período de tempo que vai até o momento em que aparecem manchas na superfície do

concreto, ou ocorrem fissuras no concreto de cobrimento, ou ainda quando há o destacamento

do concreto de cobrimento. A esse período de tempo associa-se a chamada vida útil de serviço

ou de utilização, muito variável de caso a caso pois em certos locais é inadmissível que uma

estrutura de concreto apresente manchas de corrosão ou fissuras. Em outros casos somente o

início da queda de pedaços de concreto, colocando em risco a integridade de pessoas e bens,

pode definir o momento a partir do qual deve-se considerar terminada a vida útil de serviço;

c) Período de tempo que vai até a ruptura ou colapso parcial ou total da estrutura. A esse

período de tempo associa-se a chamada vida útil última ou total. Corresponde ao período de

tempo no qual há uma redução significativa da seção resistente da armadura ou uma perda

importante da aderência armadura/concreto, acarretando o colapso parcial ou total da

estrutura;

46

d) Nessa modelagem foi introduzido ainda o conceito de vida útil residual, que corresponde

ao período de tempo em que a estrutura ainda será capaz de desempenhar suas funções,

contado neste caso a partir da data, qualquer, de uma vistoria. Essa vistoria e correspondente

diagnóstico podem ser efetuados a qualquer instante da vida em uso da estrutura. O prazo

final, neste caso, tanto pode ser o limite de projeto, o limite das condições de serviço, quanto

o limite de ruptura, dando origem a três vidas úteis residuais: uma mais curta, contada até a

despassivação da armadura, outra até o aparecimento de manchas, fissuras ou destacamento

do concreto e outra longa contada até a perda significativa da capacidade resistente do

componente estrutural ou seu eventual colapso (HELENE, 2003, grifos do autor).

Gráfico 1: Conceituação de vida útil de estruturas de concreto com relação à corrosão das armaduras de Tutti

(1982), ampliado por Helene (1993). Fonte: CARMONA (2005).

2.3.1 Deterioração do concreto armado

O concreto é um material heterogêneo, formado por cimento, agregados, água e,

eventualmente, aditivos. Cada um destes componentes pode influir no comportamento do

conjunto, favorável ou desfavoravelmente, como, por exemplo, nas características mais

importantes do concreto: resistência mecânica, estabilidade e durabilidade (CÁNOVAS,

47

1988). O aço, por sua vez, do ponto de vista da durabilidade, está sujeito ao fenômeno da

corrosão.

Considerando-se o conjunto concreto/armadura, deve-se observar que as

agressões sofridas por um, podem favorecer a deterioração do outro. Uma fissura no concreto,

por exemplo, pode permitir que agentes agressivos atinjam a armadura durante o processo de

deterioração, podendo provocar tensões que afetarão o concreto ou o conjunto concreto

armado (LIMA, 2000).

Em sólidos porosos, como o caso do concreto, a água pode ser a causa de muitos

tipos de processos físicos de degradação. Da mesma forma que ela participa na fabricação

como elemento essencial, pode atuar como veículo no transporte de íons agressivos

ocasionando processos químicos de degradação, ou como agente de lixiviação, carreando em

suspensão elementos do interior do corpo da estrutura para a superfície, em um processo

físico de degradação (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

2.3.2 Deterioração do concreto

A degradação direta do concreto pode ser conseqüência de vários fenômenos

(PEDEFERRI e BERTOLINI, 2000; NEVILLE, 1995; CEB, 1992; COLLEPARDI, 2003 e

2005 apud BERTOLINI, 2010), embora a classificação formal das causas divirja entre eles.

Em geral, colocam-se as principais formas de degradação do concreto, a exemplo das

classificações das causas colocadas por Mehta e Monteiro (2008).

48

Ilustração 1: Causas físicas da deterioração do concreto.

Fonte: MEHTA et al. (1982) apud MEHTA e MONTEIRO (2008 fig. 5-3).

Ilustração 2: Tipos de reações químicas responsáveis pela deterioração do concreto.

Fonte: MEHTA et al. (1982) apud MEHTA e MONTEIRO (2008 fig. 5-14).

A simbologia na Ilustração 2 obedece a legenda A: ataque de água mole no

hidróxido de cálcio e C-S-H presentes nos cimentos Portland hidratados; B(I): solução ácida

formando componentes solúveis de cálcio, como cloreto de cálcio, sulfato de cálcio, acetato

de cálcio ou bicarbonato de cálcio; B(II): soluções de ácido oxálico e seus sais, formando

oxalato de cálcio; B(III): ataque de longa duração de água do mar enfraquecendo o C-S-H

pela substituição de Ca2+ por Mg2+; C: ataque por sulfato formando etringita e gesso, reação

álcali-agregado, corrosão da armadura no concreto, hidratação de MgO e CaO cristalinos.

E ainda que sejam colocadas separadamente as causa físicas e químicas, elas se

combinam e atuam em conjunto no desgaste da estrutura de concreto armado, pois

(...) na prática, as duas freqüentemente se superpõem. Por exemplo, a perda de massa por desgaste superficial e a fissuração aumentam a permeabilidade do

49

concreto, tornando-se a causa primária de um ou mais processos de deterioração química. Da mesma forma, os efeitos nocivos dos fenômenos químicos são físicos; por exemplo, a lixiviação dos componentes da pasta de cimento endurecida por água mole ou fluidos ácidos aumentará a porosidade do concreto, tornando o material mais vulnerável à abrasão e erosão (MEHTA e MONTEIRO, 2008 pg. 130).

E por mais que haja várias formas da erosão do concreto, a conseqüência mais

importante da deterioração do concreto é a vulnerabilidade à corrosão das armaduras (LIMA,

2000).

De acordo com a norma brasileira NBR-6118:2003 são estes os mecanismos

preponderantes de deterioração relativos ao concreto:

a) Lixiviação: por ação de águas puras, carbônicas agressivas e ácidas, que dissolvem e

carreiam os compostos hidratados da pasta de cimento;

b) Expansão por ação de águas e solos que contenham ou estejam contaminados com sulfatos,

dando origem a reações expansivas e deletérias, com a pasta de cimento hidratado;

c) Expansão por ação das reações entre os álcalis do cimento e certos agregados reativos;

d) Reações deletérias superficiais de certos agregados, decorrentes de transformações de

produtos ferruginosos presentes na sua constituição mineralógica (NBR-6118:2003).

Do ponto de vista deste trabalho, como conseqüência da agressividade ambiental,

mostram-se mais importantes nesse contexto as deteriorações por ações químicas. As mais

preponderantes e com mais relevância para o presente trabalho terão mais detalhamento.

2.3.2.1 Causas físicas

De maneira geral, a pasta de cimento endurecida não possui alta resistência ao

atrito. A vida útil do concreto pode ser seriamente diminuída sob condições de ciclos

repetidos de atrito, principalmente quando a pasta possui alta porosidade ou baixa resistência

e é inadequadamente protegida por um agregado que não possui resistência ao desgaste

(VILASBOAS, 2004).

A perda progressiva de massa por abrasão ocorre quando o atrito seco é

responsável pelo desgaste da superfície, como no caso de pavimentos e pisos industriais.

50

A erosão acontece quanto um fluido com sólidos em suspensão é transportado em

velocidade suficientemente abrasiva à superfície do concreto, como em paredes de canais ou

vertedouros de barragens.

Outra possibilidade de dano em estruturas hidráulicas é por cavitação, que se

relaciona à perda de massa pela formação de bolhas de vapor e sua subseqüente ruptura

devido a mudanças repentinas de direção em águas que fluem com alta velocidade

(VILASBOAS, 2004; MEHTA e MONTEIRO, 2008).

A deterioração física por fissuração pode ocorrer por mudanças de volume

(gradientes de temperatura e umidade, e pressões de cristalização de sais nos poros),

carregamento estrutural (sobrecarga e impacto, e carga cíclica) e exposição a extremos de

temperatura (ação do gelo-degelo e fogo) (VILASBOAS, 2004).

2.3.2.2 Causas químicas

2.3.2.2.1 Carbonatação

O gás carbônico presente no ar de quase todos os ambientes aos quais as

estruturas de concreto estão sujeitas pode ser nocivo a depender de sua concentração, da

porosidade do concreto ou da facilitação da penetração do CO2 às camadas menos

superficiais, como por fissuras (NEVILLE, 1997; MEHTA e MONTEIRO, 2008). Um

exemplo de concreto exposto a concentrações muito altas de CO2 é o revestimento de túneis

para veículos, que atingem excepcionalmente até 1% em volume, conforme Neville (1997).

O componente mais susceptível à reação com o gás carbônico é o Ca(OH)2,

resultando em CaCO3. No entanto quando é utilizado um cimento com adição de pozolanas

evita-se essa reação pelo esgotamento do Ca(OH)2, numa reação secundária com a sílica das

pozolanas, e torna possível a carbonatação do C-S-H (NEVILLE, 1997).

Ainda de acordo com Neville (1997 pg. 496), o principal efeito da carbonatação

com relação à durabilidade “reside no fato de que ela reduz o pH da água dos poros da pasta

51

de cimento de valores entre 12,6 e 13,5 para cerca de 9. Quando todo o Ca(OH)2 se carbonata,

o pH é reduzido a 8,3”.

2.3.2.2.2 Hidrólise dos componentes da pasta de cimento

Outro mecanismo predominante nos casos usuais de deterioração do concreto em

ambientes agressivos tem no Ca(OH)2 a vulnerabilidade explorada, pois “o hidróxido de

cálcio é um dos constituintes das pastas de cimento Portland com maior susceptibilidade à

hidrólise em função de sua solubilidade relativamente alta na água pura (1230 mg/l)”

(MEHTA e MONTEIRO, 2008).

Ocorre a lixiviação do hidróxido de cálcio na percolação da água pelos poros ou

microfissuras na pasta de cimento do concreto e dois efeitos são verificados, a perda de

resistência e eflorescência.

A lixiviação reflete em géis de sílica e alumina com pouca ou nenhuma

resistência, pois sem o hidróxido de cálcio (ou a maior parte dele), os constituintes

cimentícios da pasta de cimento endurecida ficam vulneráveis à decomposição química

(BICZOK; TERZAGHI apud MEHTA e MONTEIRO, 2008).

Enquanto o hidróxido de cálcio levado à superfície provoca a eflorescência

quando interage com o gás carbônico presente no ar e forma uma crosta esbranquiçada de

carbonato de cálcio (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

2.3.2.2.3 Ataques químicos por soluções contendo sais de magnésio

Soluções de magnésio reagem prontamente com o Ca(OH)2 presente na pasta de

cimento Portland formando sais de cálcio solúveis (MEHTA e MONTEIRO, 2008), da

mesma forma que a carbonatação.

52

De acordo com Neville (1997), a substituição do cálcio pelo magnésio no

hidróxido resulta na formação de Mg(OH)2, conhecido com brucita, a qual precipita nos poros

da superfície do concreto. A brucita nos poros forma um filme de espessura entre 20 e 50 µm,

verificado em muitas estruturas marítimas, e limita outras reações de elementos penetrantes

no concreto.

Caso haja a abrasão desse filme, haverá continuidade na substituição do cálcio

pelo magnésio e corrente prejuízo à resistência dos compostos cimentícios (NEVILLE, 1997).

Aparentemente, no contato prolongado com íons de magnésio, após a substituição

do cálcio no Ca(OH)2, o silicato de cálcio hidratado gradualmente perde íons de cálcio que

são substituídos por íons de magnésio. O produto final da reação de substituição é um hidrato

de silicato de magnésio, cuja formação é associada com perda de características cimentícias

(VILASBOAS, 2004).

Os silicatos e aluminatos de magnésio não têm propriedades ligantes, razão pela

qual a ação do íon Mg2+ contribui também, por este fato, para desagregação do ligante,

segundo Vilasboas (2004).

2.3.2.2.4 Ação dos sais a base de cloreto

Os sais à base de cloreto são perigosos sobretudo porque, penetrando no concreto,

podem induzir a corrosão das armaduras. Em algumas circunstâncias, podem até ter efeitos

negativos diretamente sobre o concreto (BERTOLINI, 2010).

A presença de cloretos na solução dos poros do concreto pode induzir a corrosão

por pites sobre as armaduras (corrosão pontual em diversos pontos da armadura, descontínua

ao longo do aço). Como as normas vigentes limitam a presença de cloretos a quantidades

limites durante a construção, o risco de corrosão está diretamente associado à penetração dos

cloretos através do cobrimento (BERTOLINI, 2010).

A penetração dos cloretos pode ocorrer por difusão, absorção capilar, permeação e

migração, mas também pode ser influenciada pela interação com os produtos de hidratação,

53

pois podem ser fixados ao C-S-H ou reagir quimicamente com os aluminatos da pasta de

cimento. Em geral a penetração e fixação depende da composição do concreto. Segundo

Bertolini (2010), o aumento do teor de aluminato tricálcico no clínquer do cimento Portland,

de pozolanas e escória, aumentam a capacidade de fixar os cloretos. Entretanto, um aumento

no teor de pozolanas e especialmente escória de alto-forno diminuem o coeficiente de difusão

na penetração de cloretos.

O efeito da deterioração por cloretos se dá quando o teor de cloretos ao redor da

armadura atinge um teor crítico e é iniciada a corrosão das armaduras. Porém, “na prática, a

avaliação do tempo de ativação é uma operação complexa, devido a um grande número de

variáveis que influenciam tanto a cinética de penetração dos cloretos como o teor crítico”

(BERTOLINI, 2010 pg. 144).

2.3.2.2.5 Ataques por sulfatos

A presença de íons sulfato no ambiente ao qual uma estrutura de concreto está

exposta pode ser de várias formas, como no solo (gipsita CaSO4.2H2O), em água subterrâneas

(sulfatos de magnésio, sódio e potássio), em terras agrícolas (sulfato de amônia), efluentes de

fornos (combustíveis com altos teores de enxofre), indústria química, decomposição de

matéria orgânica em pântanos e tubulações de esgoto (ácido sulfúrico), torres de resfriamento

(sulfato devido à evaporação), de acordo com Mehta e Monteiro (2008).

O ataque pode se manifestar com a formação de ácido sulfídrico (H2S) devido a

bactérias redutoras de sulfato (anaeróbias), que é posteriormente transformado em ácido

sulfúrico (H2SO4) por bactérias aeróbicas. O ácido sulfúrico produzido pode atacar

severamente o concreto e formar gesso a partir do hidróxido de cálcio e causar a perda de

espessura gradualmente (BERTOLINI, 2010). Essa situação é comumente encontrada em

tubulações e estações de tratamento de esgoto.

Mehta e Monteiro (2008) afirmam que o ataque pode se dar de duas formas, como

expansão e fissuração ou como diminuição progressiva da resistência e perda de massa, a

depender do sal de origem do sulfato e da composição da pasta de cimento no concreto.

54

As expansões no concreto com conseqüente fissuração relacionadas ao sulfato são

devidas ao ataque de íons sulfato sobre as fases de aluminato hidratadas (C3A), formando o

sulfoaluminato de cálcio hidratado (etringita – C3A.3CS.H32) (LOPES, 2010). A pressão

exercida pelo crescimento dos cristais de etringita e a expansão pela fixação de água em sua

composição são as principais hipóteses para o mecanismo de deterioração, ainda bastante

controverso (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

A outra forma, com perda da resistência se dá pela conversão de hidróxidos de

cálcio e silicatos de cálcio hidratados em gipsita. O composto cimentício atacado dependerá

do cátion do sal de sulfato (sódio, potássio ou magnésio).

O mais severo dos ataques é devido ao MgSO4, pois ataca o Ca(OH)2 e o C-S-H,

com formação simultânea de hidróxido de magnésio, insolúvel e reduz a alcalinidade do

sistema (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

Ainda segundo Mehta e Monteiro (2008), a melhor forma de proteção contra os

ataques por sulfato se resumem à qualidade do concreto (baixa permeabilidade) e uma forma

de oferecer segurança adicional é com o uso de cimentos Portland resistentes a sulfato ou

compostos.

2.3.2.2.6 Reação álcali-agregado

Os álcalis presentes nos poros da pasta de cimento Portland podem reagir com

certos minerais silicosos reativos provocando expansão e fissuração, que também podem vir

acompanhadas de pipocamento e exsudação de um fluido viscoso sílico-alcalino (MEHTA e

MONTEIRO, 2008; BERTOLINI, 2010).

Cimentos com menos de 0,6% de Na2O equivalente (%Na2Oeq = %Na2O + 0,659

%K2O) são tidos como de baixa alcalinidade e não representam dano significativo através da

reação com elementos presentes no agregado (MEHTA e MONTEIRO, 2008). Na hidratação

os óxido reagirão com a água a hidróxidos, NaOH e KOH, que em presença de umidade se

dissociará em hidroxilas e íons (BERTOLINI, 2010).

55

A hidroxila provoca a destruição da estrutura sílica e os íons metálicos formam

um gel de silicatos e álcalis que ao absorver água expandem provocando tensões internas no

concreto.

Neville (1997) afirma que a abertura de fissuras provocadas pela reação pode ser

de 0,1 mm a 10 mm e raramente com profundidade maior que 25 mm, não representando um

grande prejuízo à resistência à compressão, mas facilita a entrada de agentes agressivos. Em

contrapartida, Mehta e Monteiro (2008) afirma que a reação entre álcalis do cimento e

silicatos do agregado leva à perda de resistência, e Bertolini (2010) coloca que a dilatação

resultante causa fissuração generalizada e distribuída com possível desagregação de pequenas

porções de concreto (perda de massa).

O mecanismo de expansão é propiciado ou acelerado quando:

a) cimento com percentual equivalente de óxido de sódio acima de 0,6%;

b) umidade no ambiente da estrutura de concreto (pontes, barragens e estruturas em ambiente

marinho);

c) outras origens adicionais de álcalis (como água do mar ou cloretos no ambiente).

O que provoca um efeito generalizado de fissuração, abrindo caminho para outros

agentes agressivos (MEHTA e MONTEIRO, 2008; BERTOLINI, 2010).

Na Foto 1, os elementos principais da estrutura de suporte e do encontro de uma

ponte construída na encosta leste de Sierra Nevada foram seriamente danificados pela realção

álcali-sílica.

Foto 1: Expansão álcali-agregado no concreto com exsudação de material sílico-alcalino.

Fonte: DESROSIERS (s.d.) apud MEHTA e MONTEIRO (2008 fig. 5-22b).

56

Segundo Mehta e Monteiro (2008), o uso de cimento de baixa alcalinidade é

suficiente para evitar os efeitos deletérios da reação álcali-agregado, porém Neville (1997)

ressalva que se outras origens de álcalis estiverem disponíveis, apenas a baixa alcalinidade do

cimento não cessará as reações.

Gráfico 2: Rochas reativas no concreto de cimento Portland usado em barragens.

Fonte: BLANKS; KENNEDY (1955) apud MEHTA e MONTEIRO (2008 fig. 5-21).

No Gráfico 2 fica evidenciada a importância da alcalinidade do cimento na

expansão provocada pela reação álcali-agregado. Combinações de cimento Portland de alta

alcalinidade e certos agregados silicosos usados na produção do concreto de muitas barragens

nos Estados Unidos mostraram grandes expansões indesejáveis em ensaios em prismas de

argamassa. Os mesmos agregados mostraram apenas pequenas expansões quanto um cimento

de baixa alcalinidade foi usado no ensaio.

Dessa forma Neville (1997) sugere como medidas preventivas um teor maior de

sílica reativa, pois a expansão se dá num ponto máximo, ou a adição de material pozolânico,

pois “reduzem a mobilidade dos agentes agressivos tanto os que estão presentes no concreto

como os provenientes do ambiente” (NEVILLE, 1997 pg. 516). No caso da sílica reativa, não

deve ser em pó, mas partículas entre 850 e 300 mm. Como explicação, ele ainda afirma que

“quanto maior a área superficial do agregado reativo, menor a quantidade de álcalis

disponível por unidade de área, e menor a quantidade formada de gel álcali-sílica” (idem).

57

2.3.3 Corrosão da armadura

Da mesma forma que a deterioração do concreto origina um caminho para que

agentes agressivos à armadura penetrem até a superfície do aço ou região circundante, a

oxidação do aço do concreto armado torna o efeito cíclico, pois a decorrente corrosão das

armaduras provocará um dano ao concreto. Por isso, muitas vezes as classificações entre

ataque ao concreto e à armadura se confundem como ataque ao concreto armado.

O dano ao concreto resultante da corrosão da armadura manifesta-se sob forma de expansão, fissuração e, finalmente, destacamento do cobrimento. Não só a perda do cobrimento, como também uma peça de concreto armado pode sofrer dano estrutural devido à perda de aderência entre o aço e o concreto e diminuição da área da seção transversal da armadura, às vezes a tal grau que o colapso da estrutura torna-se inevitável (VILASBOAS, 2004 p. 48).

A NBR-6118:2003 lista as principais mecanismos de deterioração relativos à

armadura:

a) Despassivação por carbonatação, ou seja, por ação do gás carbônico da atmosfera, que

penetra por difusão e reage com os hidróxidos alcalinos da solução dos poros do concreto,

reduzindo o pH dessa solução. A despassivação deletéria só ocorre de maneira significativa

em ambientes de umidade relativa abaixo de 98% e acima de 65%, ou em ambientes sujeitos a

ciclos de molhagem e secagem, possibilitando a instalação da corrosão;

b) Despassivação por elevado teor de íon cloro (cloreto), ou seja, por penetração do cloreto

através de processos de difusão, de impregnação ou de absorção capilar de águas contendo

teores de cloreto que, ao superarem, na solução dos poros do concreto, um certo limite em

relação à concentração de hidroxilas, despassivam a superfície do aço e instalam a corrosão

(NBR-6118:2003; LIMA, 2000).

A corrosão da armadura do concreto é um caso específico de corrosão

eletroquímica em meio aquoso, no qual o eletrólito apresenta uma considerável resistividade

elétrica (CASCUDO, 1997). Segundo Helene (2003), os fatores que levam a este fenômeno

estão associados fundamentalmente às características do concreto, ao meio ambiente e à

disposição das armaduras e dos componentes estruturais afetados.

58

É unanimidade entre os autores pesquisados que a corrosão de armadura é

extremamente danosa à estrutura de concreto.

Os danos por corrosão podem afetar a capacidade estrutural dos componentes estruturais, devido fundamentalmente à diminuição da seção transversal das armaduras, à perda de aderência entre o aço e o concreto e a fissuração deste (HELENE, 2003 p. 45).

2.3.3.1 Passivação

As condições de passividade que se desenvolvem ao redor das armaduras de aço

no concreto são decorrentes da solução alcalina contida nos poros da pasta de compostos de

cimento (BERTOLINI, 2010). Segundo Cascudo (1995, 2005), esta alcalinidade é

essencialmente devida ao hidróxido de cálcio Ca(OH)2. Em idades mais avançadas, o meio

alcalino continua a ser propiciado principalmente por uma solução composta de hidróxido de

sódio (NaOH) e hidróxido de potássio (KOH), oriundos dos álcalis do cimento, cujo processo

de hidratação é mais prolongado.

Segundo Mehta e Monteiro (2008), caso a solução nos poros da pasta de cimento

permaneça acima de 11,5 o filme protetor no aço é considerado estável, desde que esteja na

ausência de íons cloreto, pois, como coloca Bertolini (2010), a penetração de cloretos ou a

carbonatação do concreto pode induzir a corrosão das armaduras.

Considerando um concreto não carbonatado e livre de cloretos, a corrosão das

armaduras segue o diagrama simplificado de Pourbaix (1974) e desenvolve-se então uma

reação lenta, na qual uma película de óxidos de caráter protetor é depositada sobre a

superfície da armadura (POLITO, 2006).

59

Gráfico 3: Diagrama da Pourbaix de equilíbrio termodinâmico. Potencial elétrico X pH para o sistema Fe-H2O a

25ºC. Fonte: FORTES (1995) apud POLITO (2006 p. 65).

Podem-se distinguir três zonas: imunidade, passivação e corrosão. Na zona de

imunidade, o metal não sofre corrosão, permanecendo estável para qualquer valor de pH. A

zona definida como passivação é onde o metal é recoberto por uma fina camada de óxido de

ferro, que atua como uma barreira de proteção impedindo o progresso corrosivo. Na zona de

corrosão o pH e o potencial eletroquímico dão condições para que os produtos da camada de

passivação não sejam mais estáveis e a corrosão tenha lugar (CARMONA, 2005).

2.3.3.2 Corrosão da armadura

Os dois agentes agressivos principais e que podem promover a despassivação das

armaduras no interior do concreto são a carbonatação do concreto e a presença de cloretos,

embora outros mecanismos como por exemplo a ação de águas ácidas, fuligem, fissuras,

reações expansivas com sulfatos e outros meios de deterioração também possam atuar

(ANDRADE, 1992; SANJUÁN, 1992 apud CARMONA, 2005; BERTOLINI, 2010).

60

Ilustração 3: Representação do avanço da frente de carbonatação.

Fonte: TULA (2000) apud CARMONA (2005).

Segundo Mehta e Monteiro (2008), os danos ao concreto resultantes da corrosão

da armadura se manifestam na forma de expansão, fissuração e possível desprendimento do

concreto de cobrimento. O dano estrutural também ocorre com a perda de aderência entre o

aço e concreto, assim como na perda de seção transversal da barra de aço. Às vezes a

combinação de ações deletérias pode tornar o colapso estrutural inevitável.

Gráfico 4: Esquema básico da corrosão do aço no concreto.

Fonte: TUTTI (1982) apud VIEIRA (2003).

A corrosão do aço no concreto é um processo eletroquímico. Os potenciais

eletroquímicos que formam células de corrosão podem ser gerados de duas formas:

61

a) Células de composição podem ser formadas quando dois metais diferentes são embutidos

no concreto ou quando há variações significativas nas características superficiais do aço;

b) Células de concentração podem se formar na vizinhança da armadura devido às diferenças

na concentração de íons dissolvidos, como álcalis e cloretos (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

Ilustração 4: Esquema simplificado da célula de corrosão.

Fonte: CEB 152 (1984) apud VIEIRA (2003).

A transformação do ferro metálico em produto de corrosão (ferrugem) é

acompanhado por um aumento de volume que, dependendo do estado de oxidação, pode ser

até de 600% com relação ao volume original. Atribui-se a fissuração do concreto a essa

expansão da armadura somada à adsorção de água por esses óxidos de ferro formados

(MEHTA e MONTEIRO, 2008).

Dessa maneira, para que haja uma deterioração do concreto causada pela corrosão

da armadura é imprescindível a presença de ar e água na superfície do aço sofrendo corrosão,

pois só assim ocorrerá o fenômeno expansivo.

62

Gráfico 5: Volumes relativos do ferro e de alguns de seus produtos de corrosão.

Fonte: CASCUDO (1997) apud POLITO (2006).

Ainda segundo Mehta e Monteiro (2008), na presença de íons cloreto,

dependendo da relação Cl-/OH-, tem-se que a camada passivadora do aço é destruída mesmo

com pH superior a 11,5. A partir do momento que a passividade da armadura é destruída, a

resistividade elétrica e a disponibilidade de oxigênio passam a controlar a taxa de corrosão.

O CEB (1992) considera que o teor crítico de cloretos depende da qualidade do

concreto e da umidade relativa do meio ambiente, conforme o Gráfico 6.

Gráfico 6: Variação do teor crítico de cloretos em função da qualidade do concreto e da umidade relativa.

Fonte: CEB (1992).

63

O teor crítico de cloretos ainda é sujeito a pesquisas para ser definido com

precisão, uma vez que depende de outros fatores. O limite de cloretos para despassivar a

armadura não pode ser considerado isoladamente, visto que a resistividade elétrica do

concreto e a disponibilidade de oxigênio têm papel fundamental no processo de corrosão das

armaduras (HELENE, 1993 apud VIEIRA, 2003).

2.4 TORRE DE RESFRIAMENTO

Os processos de resfriamento de água estão entre os mais antigos que o homem

conhece, e o abastecimento de água resfriada é um sério problema em plantas industriais.

Tanto do ponto de vista ecológico como do econômico, a água de resfriamento

não pode ser utilizada somente uma vez e descartada ao rio ou esgoto.

Partindo-se deste princípio, a recuperação da água tornou-se condição mandatória

para os processos industriais, surgindo a necessidade de recirculá-la em circuito fechado ou

semi-aberto, dando então lugar a um equipamento que tornasse esta operação possível de ser

realizada, a Torre de Resfriamento de Água.

Há cem anos foram criadas na Europa as primeiras Torres de Resfriamento, em

escala industrial e com fundamentos científicos. Dentre os vários segmentos industriais que

utilizam a torre de resfriamento como meio de refrigeração dos processos que liberam energia

térmica (calor), podem-se citar os seguintes:

a) Usinas termoelétricas e usinas nucleares: na condensação do vapor;

b) Instalações de ar condicionado (comerciais e industriais) e instalações frigoríficas:

refrigeração de equipamento;

c) Usinas de álcool, indústria de bebidas, indústrias alimentícias: processos de fermentação;

d) Indústrias químicas e petroquímicas: processo de compressão de gases (ALPINA, 2010).

64

Foto 2: Torre de resfriamento com tiragem natural (1897).

Fonte: ALPINA (2010).

Em muitos processos, há necessidade de remover carga térmica de um dado

sistema e usa-se, na maioria dos casos, água como o fluido de resfriamento. A água “quente”

que sai desses resfriadores deve ser reaproveitada. Para tanto, ela passa por uma torre de

resfriamento evaporativo (evaporative cooling tower), e retorna ao circuito dos resfriadores de

processo. A Ilustração 5 mostra o esquema típico de um sistema de água de resfriamento,

composto por torre de resfriamento e trocadores de calor:

Ilustração 5: Esquemático de um sistema de resfriamento.

Fonte: CORTINOVIS e SONG (s.d.).

Na prática, há outros sistemas de resfriamento de água. Por exemplo: lagoa de

resfriamento (água quente entra num lado da lagoa e após atravessar a sua extensão, sai

resfriada no outro lado da lagoa), torres de resfriamento não evaporativo (usadas em usinas

nucleares) etc. O sistema mais comum ainda é a torre de resfriamento, a ser apresentada no

presente trabalho. Ela é usada não só em processos industriais, mas também em prédios com

sistema central de ar condicionado, como shopping centers (CORTINOVIS e SONG, s.d.).

65

Basicamente, as torres de resfriamento visam transferir ao ar o calor residual dos

processos industriais, evitando inicialmente a poluição térmica e química dos cursos d'água.

Em segundo lugar, possibilita usar a mesma água em um ciclo quase fechado, economizando

o líquido, que pode ser convenientemente tratado a um custo menor (REIS et al., 2003).

A quantidade de calor que se “perde” nas indústrias é muito grande, ao exemplo

de uma moderna turbina de vapor, cuja eficiência térmica é de 40%, ou seja, mais da metade

do combustível (ou energia térmica) sai como calor sensível. Em uma termoelétrica de

800 MW, isso significa aproximadamente 1,032 x 109 kcal/h a ser dissipado (REIS et al.

2003).

2.4.1 Princípio de funcionamento

A teoria básica de operação de torres de resfriamento foi primeiro proposto por

Walker et al. (1923), que desenvolveram as equações básicas para a transferência total de

massa e energia e consideram cada processo separadamente. Merkel (1925) combina os

coeficientes de transferência de calor sensível e massa num único coeficiente global, baseado

no potencial entálpico como força motora. A teoria proposta por Merkel requer algumas

hipóteses simplificadoras, que têm sido universalmente adotadas para o cálculo do

desempenho de uma torre de arrefecimento (REIS et al., 2003).

Em resumo, a água que sai dos resfriadores de processo é alimentada e distribuída

no topo da torre de resfriamento, constituída de um enchimento interno para melhor espalhar a

água. Ar ambiente é insuflado através do enchimento, em contracorrente ou corrente cruzada

com a água que desce. Por meio desse contato líquido gás, parte da água evapora e ocorre o

seu resfriamento (REIS et al., 2003).

Em indústrias químicas e petroquímicas, várias correntes de matérias-primas e

produtos precisam ter suas temperaturas reduzidas utilizando o fluxo de água resfriada

oriunda da torre de resfriamento. Dessa forma, segundo Cortinovis e Song (s.d.), variações na

temperatura da água de resfriamento influenciam diretamente na operação dos aparelhos de

troca térmica (trocador de calor, condensadores, colunas de destilação, reatores). Este é um

exemplo interessante de como a temperatura da água de resfriamento é uma informação

66

decisiva não só na operação de uma planta, mas também na fase de projeto de um

equipamento.

Antes de estudar como funciona uma torre de resfriamento, é fundamental

entender muito bem o conceito das temperaturas de bulbo seco e bulbo úmido do ar.

A temperatura de bulbo seco do ar é a própria temperatura do gás (o bulbo do

termômetro usado na medição está “seco”).

A temperatura de bulbo úmido é medida com o bulbo do termômetro envolto com

uma gaze umidificada com água, com outros cuidados específicos que não serão descritos

aqui. Por definição, é a temperatura atingida, em regime permanente (não de equilíbrio

termodinâmico), por uma pequena porção de água, em contato com uma corrente contínua de

ar, em condições adiabáticas (só há troca térmica entre o ar e essa massa de água),

desprezando-se os efeitos de radiação térmica nessa troca.

A temperatura de bulbo úmido é menor ou no máximo igual em relação à

temperatura de bulbo seco. Isso ocorre porque, exposta a uma corrente de ar não saturado

(umidade relativa menor do que 100 %), parte da água presente na gaze evapora e com isso, a

temperatura abaixa. (CORTINOVIS e SONG, s.d.)

Para entender esse fenômeno de resfriamento devido à evaporação, pode-se

mencionar dois exemplos cotidianos. Quando você sai da piscina, tem uma sensação repentina

de frio, pois vaporiza parte da água impregnada na sua pele. Quando você toma água

guardada numa moringa de barro, ela é mais fresca, pois como o barro é poroso, parte da água

armazenada exsuda (transpira) pelas paredes (a superfície externa da moringa parece

“suada”), evapora no ar e com isso, resfria a água da moringa.

Para a água, é comum relacionar as temperaturas de bulbo úmido, bulbo seco e a

umidade relativa, embora haja fórmulas empíricas e teóricas. O gráfico utilizado é o diagrama

psicométrico, cujas variáveis podem incluir ainda outros parâmetros, como entalpia da

mistura (MSPC, 2010).

67

Gráfico 7: Diagrama psicométrico para água.

Fonte: MSPC (2010).

Numa torre de resfriamento, a principal contribuição para o resfriamento da água

é dada pela evaporação de parte dessa água que recircula na torre. A evaporação da água –

transferência de massa da fase líquida (água) para a fase gasosa (ar) – causa o abaixamento da

temperatura da água que escoa ao longo da torre de resfriamento. Isso ocorre porque a água

para evaporar precisa de calor latente, e esse calor é retirado da própria água que escoa ao

pela torre. Vale lembrar que a transferência de massa da água para o ar ocorre porque as duas

fases em contato tendem a entrar em equilíbrio.

Ilustração 6: Mistura responsável pela redução térmica da água pelo princípio do equilíbrio.


A evaporação de parte da água é responsável por aproximadamente 80% do

resfriamento da água. A diferença de temperatura entre o ar e a água é responsável pelos

outros 20 % do resfriamento. As vazões mais altas de ar e água provocam, até um

68

determinado limite, uma convecção mais intensa, elevando os coeficientes globais de

transferência de calor e massa.

O aumento das vazões de ar e água causa um aumento da turbulência, o que

favorece a transferência de calor e massa. No entanto, a partir de um determinado ponto,

quando as vazões de água e ar tornam-se muito altas, o contato entre a água e o ar torna-se

ineficiente, podendo ocorrer, por exemplo, excessivo arraste de água pela corrente de ar ou a

dificuldade de se formar filmes na superfície do recheio que favorecem a transferência de

massa. As vazões de água e ar da torre são limitadas pelo tipo de recheio empregado

(CORTINOVIS e SONG, s.d.).

Uma torre de resfriamento de água é um equipamento de operação contínua que

utiliza-se de transferência de massa e energia para resfriar a água. Como essas transferências

se processam através de superfícies, conclui-se que em uma torre de resfriamento deseja-se

sempre a formação máxima de superfícies de água expostas ao ar, o que é conseguido através

de: (a) borrifamento - para produzir gotículas; (b) enchimento: criam um filme ou gotas

devido ao efeito do respingo (REIS et al., 2003).

a) b) Ilustração 7: Enchimento tipo respingo: a) barras de PVC; b) barras de madeira.

Fonte: REIS et al. (2003).

69

Ilustração 8: Enchimento tipo filme.

Fonte: REIS et al. (2003).

Os diferentes tipos de enchimento ocasionam diferentes perdas de carga do ar

movimentado pelos ventiladores, aumentando ou diminuindo a potência elétrica necessária

para o motor de acionamento. (REIS et al. 2003) Também contribuem de forma diferente para

a formação da superfície de água exposta ao ar em circulação. Este trabalho não se destina ao

estudo dessas peculiaridades e se propõe nesta seção a expor de formas gerais uma torre de

resfriamento.

2.4.2 Variáveis de processo e especificação da torre de resfriamento

O range de uma torre de resfriamento é definido como a diferença entre a

temperatura da água quente (alimentação da torre) e a temperatura da água fria (saída da

torre). O range de uma torre varia conforme as condições climáticas e a vazão da água de

resfriamento na torre.

O approach de uma torre de resfriamento é a diferença entre a temperatura da

água fria (saída da torre de resfriamento) e a temperatura de bulbo úmido do ar na entrada da

torre. Para torres de resfriamento industriais, o approach gira em torno de 5 °C, sendo

também um critério do projeto.

Fazendo-se uma analogia com trocadores de calor, da mesma forma que seria

necessária uma área infinita de troca térmica para que a temperatura do fluido quente seja a

mesma do fluido frio na saída do trocador, seria necessária uma torre de resfriamento de

altura infinita para que a água atinja a temperatura de bulbo úmido do ar.

70

A vazão de água de resfriamento que recircula na torre, juntamente com o range e

approach, são as variáveis de processo necessárias para o dimensionamento de uma torre de

resfriamento. Outro dado necessário ao dimensionamento da torre é o parâmetro de

desempenho da torre, definido como o produto entre o coeficiente global de transferência de

massa e a área especifica do recheio da torre.

O parâmetro de desempenho da torre depende do tipo de recheio e das vazões de

água e ar empregadas. Nos catálogos dos fabricantes de torres de resfriamento o parâmetro de

desempenho para o dimensionamento não é mostrado de forma explícita, sendo substituído

por gráficos e ábacos que relacionam as demais variáveis necessárias (range, approach e

vazão) (CORTINOVIS e SONG, s.d.).

Gráfico 8: Representação gráfica das variáveis de processo de uma torre de resfriamento.

Fonte: CHE RESOURCES (2010).

Ainda de acordo com Cortinovis e Song (s.d.), o desempenho de uma torre de

resfriamento varia, entre outros fatores, conforme a temperatura do ar ambiente, umidade do

ar, temperatura de bulbo úmido, ou seja, com o clima. No inverno, a temperatura do ar cai e a

temperatura de saída da água também cai, caso a carga térmica seja mantida constante. Para

manter a temperatura da água de saída constante, pode-se diminuir a vazão de água que

recircula no sistema de refrigeração. No verão, ocorre o inverso; a temperatura de saída da

água aumenta, comprometendo

por exemplo. Pode-se aumentar

temperatura. Em países de

desempenho na operação de

2.4.3 Classificação de

Existem alguns

catálogos de fornecedores:

a) De acordo com a utilização:

b) De acordo com o método

a evaporação para redução

e o ar, como um tubo de cobre,

temperatura do fluido) ou mista

c) De acordo com a geração

(WIKIPEDIA, 2010).

A mais importante

de ar:

Ilustração 9: Classificação

comprometendo a operação de um condensador em uma

aumentar a vazão de água no sistema, visando compensar

clima quente como o Brasil, os principais problemas

de torres de resfriamento ocorrem durante o verão.

de torres de resfriamento

alguns tipos de classificação para torres de resfriamento

utilização: ar condicionado (HVAC) ou industrial;

método de transferência de calor: operação úmida

da temperatura), operação seca (com uma superfície

cobre, utiliza a transferência de calor da tubulação

mista;

geração do fluxo de ar: tiragem natural ou

importante em termos de utilização é a classificação

lassificação de torres de resfriamento de acordo com o fluxoFonte: SCRIBD (2010).

71

uma coluna de destilação,

compensar o aumento de

problemas de queda de

verão.

resfriamento utilizadas nos

(mais utilizada, utiliza

superfície entre o fluido

tubulação para redução da

ou tiragem mecânica

classificação com relação ao fluxo

fluxo de ar.

72

2.4.3.1 Tiragem natural

2.4.3.1.1 Torre de resfriamento por borrifamento com ventilação natural

Composta basicamente por uma canalização provida de bicos pulverizadores e um

invólucro dotado de venezianas que orientam e auxiliam a passagem do ar. O movimento do

ar depende das condições atmosféricas (vento) e do efeito de aspersão dos bicos borrifadores.

Ilustração 10: Torre de resfriamento por borrifamento com ventilação natural.

Fonte: SCRIBD (2010).

2.4.3.1.2 Torre de resfriamento hiperbólica

Composta basicamente por um sistema de aspersão de água, associada ou não a

uma superfície de troca de calor, e uma estrutura geralmente hiperbólica que facilita a saída

do ar, pelo “efeito chaminé”.

73

Ilustração 11: Torre de resfriamento hiperbólica.

Fonte: HAMON (2010).

Foto 3: Torres de resfriamento hiperbólicas numa usina nuclear.


O ar quente tem sua densidade diminuída e tende a subir, criando uma zona de

baixa pressão na parte inferior da torre que induz a entrada de nova massa de ar frio.

Esse tipo de torre é geralmente utilizado em usinas nucleares e teve seu uso

erroneamente relacionado com características poluidoras, porém é justamente o contrário.

Pelos grandes volumes utilizados numa indústria nuclear, uma torre de fluxo natural de ar

representa uma economia de energia elétrica de grandes proporções.

74

2.4.3.2 Tiragem mecânica

2.4.3.2.1 Torre de resfriamento de tiragem forçada

Nestas torres aumenta-se a vazão de ar com o auxílio de um ventilador. Quando o

ventilador está instalado na entrada de ar da torre, esta se denomina torre de tiragem forçada.

Ilustração 12: Torre de resfriamento de tiragem forçada.


Foto 4: Torre de resfriamento com tiragem de ar forçada em contracorrente.


75

Foto 5: Torre de resfriamento com tiragem de ar forçada em contracorrente.


2.4.3.2.2 Torre de resfriamento de tiragem induzida

Quando o ventilador é instalado na saída de ar, é chamada de torre de tiragem

induzida.

Ilustração 13: Torre de resfriamento de tiragem induzida.


76

Ilustração 14: Componentes de uma torre de tiragem induzida.

Nota: Fan: ventilador; sprinkler: aspersor; drift eliminator: eliminador de gotas; PVC filling : enchimento tipo filme de PVC; inlet: entrada de ar.

Fonte: HARRISON (2010).

Foto 6: Torre de resfriamento em tiragem induzida (aspirada) em contracorrente.


Foto 7: Torre de resfriamento de tiragem forçada em corrente cruzada.


77

Nos diversos processos industriais, esse o tipo mais utilizado, cujas concepções de

projeto podem ser ainda de dois tipos:

2.4.3.2.3 Torre em contra corrente (counter-flow)

A água cai através do enchimento verticalmente, enquanto o ar usado para o

resfriamento tem fluxo no sentido oposto.

Ilustração 15: Torre de resfriamento de tiragem induzida e contra corrente

Legenda: 01) tubulação de água; 02) enchimento; 03) venezianas de entrada de ar; 04) eliminador de gotas; 05) plenum; 06) ventilador mecânico.

Fonte: ALFACOOL (2010).

2.4.3.2.4 Torre em corrente cruzada (cross-flow)

A água cai através do enchimento verticalmente, enquanto o ar usado para o

resfriamento tem seu fluxo na horizontal a partir das venezianas e tem o fluxo induzido na

vertical quando chega ao plenum.

78

Ilustração 16: Torre de resfriamento em corrente cruzada.

Fonte: COOLTECH (2010).

Ilustração 17: Torres de corrente cruzada de tiragem induzida.

Nota: No sentido horário: a) corrente cruzada, sem enchimento; b) corrente cruzada, com enchimento; c) corrente cruzada simples; d) corrente cruzada dupla

Fonte: COOLING TOWER ONLINE (2010).

79

Foto 8: Vista lateral das venezianas de um conjunto de torre de resfriamento (2 difusores).


Nas Ilustrações 18 e 19 podem-se ver os principais componentes de uma torre de

resfriamento de corrente induzida de corrente cruzada. A fabricação no exemplo da Foto 8 é

feita em perfis de plástico reforçado (PRF), incorrosíveis. (ALPINA).

Ilustração 18: Esquemático dos componentes de projeto de torre de resfriamento de tiragem induzida e corrente

cruzada. Detalhe dos componentes internos. Fonte: ALPINA (2010).

80

Ilustração 19: Esquemático dos componentes de projeto de torre de resfriamento de tiragem induzida e corrente

cruzada. Detalhe dos componentes externos. Fonte: ALPINA (2010).

2.4.4 Aspectos operacionais

Com a contínua evaporação da água que retorna do sistema de permutadores (ou

trocadores) de calor dos processos industriais, a concentração de sólidos suspensos, sais

minerais, matéria orgânica, e as contaminações oriundas de vazamentos nos permutadores vão

sempre aumentando se permanecido o mesmo volume de água em circulação.

A perda de água devida a evaporação deve ser reposta em igual quantidade, e a

fim de evitar uma concentração demasiada de impurezas no sistema, outro volume de água de

reposição (make-up) deve ser complementado para haver a diluição dessas substâncias

prejudiciais.

Além da reposição simples de água, a fim de não se ter um consumo demasiado

de água de reposição, faz-se um tratamento da água, mantendo níveis de concentração de

impurezas relativamente elevados sem que os mesmos sejam prejudiciais. O balanceamento

81

entre a rigidez do tratamento de água e o consumo de água de reposição é resultado da

viabilidade de um maior consumo versus custo de produtos químicos para o tratamento da

água de resfriamento.

2.4.4.1 Problemas em sistema de resfriamento de circuito semi-aberto, com

recirculação de água

A seguir são apresentados os principais problemas que devem ser considerados

em tratamento de água para sistema de resfriamento de circuito semi-aberto, ou seja, a água

que vai para o processo industrial retorna ao resfriamento, porém há a injeção de novos

volumes de reposição no sistema (MANCUSO, 2001).

Os sais dissolvidos, sólidos e matéria orgânica em suspensão dissolvidos na água

de resfriamento são fatores que contribuem para a formação de um meio favorável à

proliferação de algas, bactérias e fungos. A formação de algas e fungos pode provocar a queda

de eficiência, deformação e desprendimento do recheio da torre de resfriamento. O tratamento

químico da água de resfriamento para o controle de dureza, pH, condutividade e DBO é

importante não só para o desempenho da torre de resfriamento, mas também da rede de

trocadores de calor (CORTINOVIS e SONG, s.d.).

Algumas dessas contaminações podem afetar a deterioração do material que

compõe a torre de resfriamento, aumentando as taxas de corrosão ou iniciando um processo

de corrosão localizada.

2.4.4.1.1 Depósitos

Originam-se de uma ou mais causas como:

a) água com decantação deficiente, provocando pós precipitação no sistema;

b) deficiência na filtração, permitindo a passagem de flocos da decantação;

c) absorção de poeira do meio ambiente;

82

d) teores elevados de íons de ferro (II), Fe2+, que pela ação das bactérias ferro-oxidantes são

oxidados, e posteriormente precipitados como tubérculos nas tubulações.

2.4.4.1.2 Crostas

As seguintes condições propiciam a formação de crostas:

a) presença de dureza temporária;

b) presença de silicatos solúveis junto a sais de magnésio.

2.4.4.1.3 Fouling

Consiste num aglomerado de materiais, onde o ligante normalmente é a biomassa

e, em outros casos, óleo mineral ou fluidos de processo com material aglutinado, sólidos

suspensos como silte, lama, produtos de corrosão e outros precipitados inorgânicos.

2.4.4.1.4 Depósitos metálicos

Podem aparecer na superfície de tubos de aço-carbono, decorrentes da redução de

sais metálicos solúveis em água e que nela foram colocados para determinados fins, ou então

como produto de ataque de um meio corrosivo.

2.4.4.1.5 Borras ou lamas de fosfato

São comuns quando no tratamento da água se utilizam tripolifosfatos ou

polimetafosfatos de sódio empregados como inibidores de corrosão, agentes anti-incrustantes

e dispersantes.

83

2.4.4.1.6 Contaminações nos permutadores de calor

A pressão na tubulação de distribuição de água de resfriamento é importante para

que se garanta que todos os consumidores recebam a vazão de água necessária e também do

ponto de vista de segurança operacional. Por exemplo, em um trocador de calor tipo casco-

tubo a água de resfriamento (que geralmente passa nos tubos) está a uma pressão de 5 kgf/cm2

manométrica e o fluído processo, que é tóxico, passa no casco a uma pressão de 2 kgf/cm2

manométrica.

Caso ocorra um furo em um dos tubos do trocador, a água (que está a uma pressão

mais alta) vazará para o lado do casco, contaminando o fluido de processo. Caso a pressão do

fluido de processo fosse mais alta que a da água de resfriamento, ocorreria o inverso, e todo o

sistema de resfriamento estaria contaminado, o que implicaria em riscos maiores do ponto de

vista de segurança operacional e meio ambiente (CORTINOVIS e SONG, s.d.).

84

3 ESTUDO DE CASO

3.1 LOCALIZAÇÃO

O estudo de caso foi realizado na torre de resfriamento da Fábrica de Fertilizantes

Nitrogenados de Sergipe (FAFEN-SE), situada a 25 Km de Aracaju, capital sergipana, mais

precisamente no povoado Pedra Branca, município de Laranjeiras, no período de 01/10/2010

a 23/11/2010.

Unidade fabril da Petrobras com início de suas atividades em 6 de outubro de

1982, a FAFEN faz parte da área de Gás e Energia (transferência completada em dezembro de

2009). Tem como principal atividade a produção de amônia e uréia no Pólo Petroquímico de

Camaçari, na Bahia, e no município de Laranjeiras, em Sergipe.

Resultado da incorporação da Nitrofértil à Petrobras, em 17 de dezembro de 1993,

a FAFEN é considerada a semente do Pólo de Camaçari, onde a Petrobras implantou na

década de 60 o Conjunto Petroquímico da Bahia (COPEB). O objetivo na época era produzir

fertilizantes nitrogenados no Brasil, tendo como principal matéria-prima o gás natural

proveniente dos campos de Bahia e Sergipe. À época, o único fabricante de fertilizantes

nitrogenados era a FOSFÉTIL (Paraná), que utilizava resíduo asfáltico da refinaria de

Araucária-PR como fonte de hidrogênio.

A FAFEN-SE se divide em três unidades: Utilidades, Amônia e Uréia. Na própria

unidade fabril há a produção de amônia e dióxido de carbono utilizados na síntese de uréia,

sendo os excedentes destes produtos comercializados.

85

Foto 9: Visão geral da FAFEN-SE. Fonte: acervo FAFEN-SE (2009).

Na área de Utilidades há as seções de tratamento de água, central elétrica, geração

de vapor e resfriamento de água, que servem aos equipamentos das unidades de Amônia e

Uréia. É nessa área que se situa o objeto de estudo deste trabalho.

86

Foto 10: Visão geral da área de Utilidades, com a Torre de resfriamento em destaque.

Fonte: acervo FAFEN-SE (2007).

Na unidade de Amônia as principais etapas de produção são a reforma a vapor,

conversão do monóxido de carbono, absorção de dióxido de carbono, metanação, síntese de

amônia, refrigeração e separação da amônia líquida, sendo os principais produtos amônia e

gás carbônico. O gás carbônico produzido é encaminhado para unidade de uréia, enquanto que

o excedente é vendido para White Martins. Parte da amônia líquida é encaminhada à unidade

de uréia onde reage com o dióxido de carbono no reator de síntese para a produção de uréia.

A unidade de Uréia está descrita em quatro etapas distintas: síntese da uréia no

reator, decomposição, onde a uréia é separada da mistura de amônia e gás carbônico não

reagidos. Os não reagidos retornam ao processo na fase de absorção. E finalmente, a uréia

líquida concentrada será direcionada para os processos de perolação e granulação

(NASCIMENTO, 2010).

87

3.2 LEVANTAMENTO DE DADOS

Primeiramente, o projeto inicial contemplava uma torre de resfriamento de 5

células, desenvolvido pela PROMON ENGENHARIA S.A. O projeto foi desenvolvido até

1978 com execução em 1979.

Foto 11: Torre de resfriamento com as 5 células do projeto inicial.

Fonte: (NITROFÉRTIL/SEIEQ-SE, 1990).

Em 1998, com o revamp (ampliação da capacidade produtiva) das unidades fabris

da FAFEN-SE, foi necessário ampliar a torre de resfriamento e construída mais uma célula

para atender a elevação das capacidades de produção.

88

Foto 12: Torre de resfriamento em operação, após revamp de 1998, com 6 células.

Fonte: acervo FAFEN-SE/OT (2008).

3.2.1 Informações gerais de projeto

Tabela 12: Características da torre de resfriamento

Informações Gerais

Fabricantes GARCIA & BASSI (05 células) 1979

TRA (01 células) 1998

Tipo Tiragem mecânica induzida com fluxo cruzado duplo

Células 06 (seis)

Identificação interna (tag) TR-151001

Material de Construção

Estrutura concreto armado

Recheio (enchimento) barras em V de pvc (01 célula)

ripas de madeira (05 células)

Eliminadores de Gota madeira (04 células)

tipo onda em pvc (02 células)

Ventiladores 6 (seis)

Bombas 05 (01 stand by)

Fonte: PROMON (1977); arquivo FAFEN-SE/OT (2010).

89

Tabela 13: Características do sistema de resfriamento, dados de projeto.

Características do Sistema

Vazão de circulação 24.000 m3/h

Volume do sistema 6.500 m3

Carga Térmica de Projeto 225,9 GCAL/h (262,7 MW/h; 1 cal/h = 1,163 x 10-3 watt)

Gradiente Térmico 9,7°C – diferença entre a água que entra e a água que sai

Temperatura de Água Quente 41,9°C

Temperatura de Água Fria 32,2 °C

Temperatura de Bulbo Úmido 26,7°C – temperatura mínima da água fria se o sistema fosse perfeito

Perdas por Evaporação 321 m³/h

Vazão de ar por célula 690 m³/s

Número de pás por ventilador 8

Ângulo das pás dos ventiladores 18° (ponta)

Bombas 5 (1 em stand by – reserva))

Perdas por Evaporação 321 m³/h

Perdas por Arraste/Respingo 48 m³/h

Perdas por Descarga 7 a 34,5 m³/h

Reposição (make-up) 375 a 400 m³/h

Fonte: PROMON (1977); arquivo FAFEN-SE/OT (2010).

3.2.2 Informações construtivas

Do ponto de vista do projeto civil da estrutura de concreto armado assim como

seu detalhamento, não existe documentação suficiente a respeito de itens imprescindíveis para

uma avaliação mais criteriosa da edificação.

As especificações técnicas gerais do fornecedor do projeto (ET-522502-5110-300-

MON-013) prevêem que os materiais aceitáveis estão listados na tabela 14, sendo que:

a) A madeira utilizada deverá passar por tratamento preservativo;

b) Não é permitido o uso de pregos para fixação de elementos estruturais;

c) Peças não estruturais como enchimento e venezianas não deverão contribuir para a

resistência estrutural da torre;

d) Para toda a estrutura é previsto revestimento de fibro-cimento amianto com espessura

mínima de 6 mm, e não devem ser utilizados pregos para fixação das chapas;

90

e) As plataformas dos ventiladores e as de suporte às tubulações de distribuição de água

deverão ser projetadas para suportar uma carga mínima de 300 kg/m². Deverão ser reforçadas

para suportar cargas concentradas ou distribuídas.

Tabela 14: Especificação técnica para a torre de resfriamento ET-522502-5110-300-MON-013.

Componente Material

Estrutura Madeira tratada Concreto Perfis de aço

Enchimento

Polipropileno Polietileno Madeira tratada Plásticos à base de PVC

Revestimento e Venezianas Placas de cimento amianto PRFV - plástico reforçado com fibra de vidro Madeira com ou sem tratamento

Eliminadores de gotas Madeira Plástico à base de PVC

Pás do ventilador PRFV – plástico reforçado com fibra de vidro

Eixo do ventilador, acoplamentos e parafusos Aço inoxidável

Plataforma do ventilador Madeira Concreto

Difusor do ventilador PRFV – plástico reforçado com fibra de vidro (Concreto – alteração do projeto)

Ancoragens e conectores estruturais PRFV – plástico reforçado com fibra de vidro Aço carbono galvanizado a quente

Parafusos, arruelas Aço carbono galvanizado a quente Aço inoxidável

Suporte dos equipamentos mecânicos e proteções Aço carbono

Nota: Materiais utilizados marcados em negrito.

Fonte: PROMON (1980).

3.3 AGENTES AGRESSIVOS DO AMBIENTE

Com a recirculação de água, a concentração de sais é elevada a cada ciclo de

retorno de água quente para resfriamento. Esta concentração é conseqüência da evaporação de

água nas torres de resfriamento e, sem o controle ou limitação através de descargas, podem

ser 10 ou mais vezes maior do que a concentração original na água que alimenta o sistema

(GARCIA, 2010 apud PINHEIRO, 2010).

91

Supondo como exemplo uma taxa de evaporação de 1% e uma taxa de arraste de

0,05%, se não houvesse descargas o número de ciclos seria igual a 21, ou seja, a concentração

dos sais dissolvidos na água de resfriamento seria 21 vezes maior que a concentração destes

sais na água de reposição. Exemplificando, ele esclarece que se o teor de cálcio na reposição

fosse igual a 50 mg/l, na água de resfriamento alcançaria 1050 mg/l (idem).

Dessa forma, os agentes agressivos estão presentes na água quente, oriundos ou da

elevação de concentração de sais e íons já presentes na água de reposição, ou de

contaminações no sistema de permutação de calor com os fluidos a serem resfriados.

A fonte de origem de água de reposição, responsável pelas concentrações iniciais,

é a água simplesmente decantada e filtrada a partir de captação direta do Rio São Francisco a

partir da mesma adutora que abastece a Grande Aracaju. O volume captado para a FAFEN-SE

é de aproximadamente 500 m³/h.

As principais características utilizadas pelas normas de classificação apresentadas

neste trabalho são o pH, concentração de gás carbônico (CO2) no ar, alcalinidade (HCO3-),

concentração de íons cloreto (Cl-), magnésio (Mg+2), amônia (NH4-), e sulfato (SO4)

-2.

Destas variáveis, para a água que chega à torre de resfriamento estão disponíveis

análises periódicas de pH, concentração de íons cloreto (Cl-), magnésio (Mg+2), amônia

(NH4-), e sulfato (SO4)

-2. Os resultados correspondem ao período de 1999 a 2009 e para a

maioria das variáveis, não apresentam grande mudança de comportamento ao longo do tempo.

92

3.3.1 Cloreto

Gráfico 9: Concentração de íons cloreto (Cl-) na água quente de entrada na torre de resfriamento.

A série de dados correspondente a Agressividade IV refere-se ao limite de 500

mg/L da classificação de agressividade sobre as armaduras segundo Helene (1997a).

A sazonalidade dos picos é decorrente, segundo a engenheira de processamento da

FAFEN-SE/OT, Patrícia Martins, da elevação da concentração de cloreto na água de

reposição, por variação dos períodos chuvosos no Rio São Francisco.

3.3.2 pH

A potencialidade da corrosão depende do pH do meio já que existe interação entre

os íons formados nas reações da corrosão com os íons do eletrólito. Assim pode-se estabelecer

uma relação entre a diferença de potencial e o pH do meio aquoso (POURBAIX, 1974 apud

CARMONA, 2005). O pH ao nível de proteção das armaduras é superior a 12,5, conforme

Carmona (2005).

0

200

400

600

800

1000

1200

01/01/99 15/05/00 27/09/01 09/02/03 23/06/04 05/11/05 20/03/07 01/08/08

(mg

/L)

Cloreto Agressividade IV

93

Quando o pH é reduzido a valores da ordem de 9, pode alterar a condição de

proteção ao aço estrutural do concreto contra corrosão. Essa proteção pode ser interferida

quando algum agente externo agressivo penetra para o interior do concreto e altera as

condições internas junto à armadura (CARMONA, 2005).

Gráfico 10: Variação de pH na água quente de entrada na torre de resfriamento

O pH é geralmente básico, com algumas eventuais quedas ao nível de acidez do

meio, porém mesmo acima da neutralidade (pH 7) o nível de alcalinidade não é suficiente

para colaborar com o alcalinidade natural do concreto e já torna o meio passível de

desproteção à armadura contra outros agentes nocivos.

O limite inferior de 4,5 no Gráfico 10 corresponde ao maior nível de

agressividade de águas ácidas conforme classificação CETESB (1988).

A mesma norma classifica também de acordo com a alcalinidade e classifica

como grau de agressividade forte a água com pH entre 8 e 9, juntamente com concentração de

HCO3- superior a 400 mg/L. E o maior grau de agressividade corresponde a pH maior que 9 e

concentração de HCO3- superior a 600 mg/L.

0

2

4

6

8

10

12

01/05/99 12/09/00 25/01/02 09/06/03 21/10/04 05/03/06 18/07/07 29/11/08

(mg

/L)

pH Agressividade

94

Sem dispor da análise de íon bicarbonato dissolvido, apenas sabe-se que um dos 2

parâmetros para o grau máximo de agressividade é alcançado ocasionalmente, e freqüente na

faixa de agressividade forte, conforme norma L1.007 da CETESB (1988).

3.3.3 Magnésio

Gráfico 11: Concentração de magnésio na água quente de entrada na torre de resfriamento.

O magnésio apresenta grande elevação no período ente março de 2000 a maio de

2004, com relação aos outros períodos. Esse comportamento se deve à fonte de água de

reposição. Durante esse período foi utilizada água de poços da região em parceria com a

DESO – Companhia de Saneamento de Sergipe.

Os níveis de agressividade também de acordo com a classificação da CETESB

(1988) são definidos como:

a) entre 150 e 250 mg/L como médio, o que ocorre freqüentemente nos últimos anos;

b) entre 250 e 500 mg/L como forte, o que ocorreu com predominância durante o período em

que a alimentação da torre era feita com água de poço;

0

100

200

300

400

500

600

700

01/05/1999 12/09/2000 25/01/2002 09/06/2003 21/10/2004 05/03/2006 18/07/2007 29/11/2008

(mg

/L)

Magnésio Agressividade

95

c) acima de 500 mg/L como muito forte, com várias ocorrências durante o uso dos poços,

porém não era a situação mais comum.

Sendo assim, para essa classificação, o magnésio representa uma agressividade

forte atualmente, mas já representou uma agressividade muito forte quando substituído o

abastecimento da água de reposição.

3.3.4 Amônia

Gráfico 12: Concentração de nitrogênio total na água quente de entrada na torre de resfriamento.

A norma L1.007 da CETESB (1988) possui uma classificação para águas

amoniacais, de acordo com os níveis de (NH4+) e (NO3)

-, porém aqui só se tem disponível a

concentração total de nitrogênio dissolvido. Não reflete o mesmo parâmetro, mas a partir do

limite inferior (agressividade média) pode-se descartar a amônia como agente agressivo

característico do ambiente.

0

100

200

300

400

500

600

700

01/01/1999 15/05/2000 27/09/2001 09/02/2003 23/06/2004 05/11/2005 20/03/2007 01/08/2008

(mg

/L)

N2 Agressividade

96

Os picos no Gráfico 11 são referentes aos vazamentos em algum permutador de

calor entre a água de resfriamento e amônia líquida, porém esses casos são pontuais e

escassos, não enquadrando no patamar de agressividade para o concreto.

3.3.5 Sulfato

Gráfico 13: Concentração de íons sulfato (SO4

-2) na água quente de entrada na torre de resfriamento.

Percebe-se, para o mesmo período do abastecimento dos volumes de reposição

uma diferença muito grande nos patamares de concentração média.

A classificação proposta pela CETESB (1988) indica que para níveis de

concentração de magnésio acima de 100 mg/L ou de amônia acima de 100 mg/L, deve-se ter

uma classificação diferenciada para o sulfato. Com esses agravantes, o limiar para o grau de

agressividade muito forte desce de 1500 mg/L (com cloreto maior que 1000 mg/L) e 1200

mg/L (com cloreto menor que 1000 mg/L), para 600 mg/L.

0

200

400

600

800

1000

1200

01/01/1999 15/05/2000 27/09/2001 09/02/2003 23/06/2004 05/11/2005 20/03/2007 01/08/2008

(mg

/L)

Sulfato Limites

97

3.3.6 Classificação do ambiente

Da mesma forma que na seção 2.2 Agressividade foram expostos 3 tipos de

classificação quanto à agressividade do meio, neste estudo de caso enquadraremos o ambiente

em questão nas mesmas classificações.

3.3.6.1 Enquadramento conforme a NBR-6118:2003

Por se tratar de uma classificação bastante subjetiva, tem um enquadramento mais

simplório. A classificação é feita através do ambiente para efeito de projeto.

Para a estrutura sob estudo, uma torre de resfriamento de água para uso industrial,

o tipo de projeto é facilmente classificado como industrial, que se apresenta ainda em 2 níveis

de agressividade ambiental. Neste caso, enquadra-se na nota 3, por se tratar de “ambientes

quimicamente agressivos, tanques industriais, galvanoplastia, branqueamento em indústrias

de celulose e papel, armazéns de fertilizantes, indústrias químicas” (NBR-6118:2003, tabela

6.1).

Em suma, de acordo com a NBR-6118:2003, a classe de agressividade ambiental

para o ambiente ao redor da torre de resfriamento de água é de classe IV – Muito Forte, cujo

risco de deterioração da estrutura é elevado.

Entretanto como o projeto é de 1979, as medidas a favor da durabilidade exigidas

pela norma vigente não foram contempladas.

3.3.6.2 Enquadramento conforme norma L 1.007 da CETESB (1988)

Os parâmetros subdivididos nesta seção do estudo de caso serão enquadrados na

tabela 9 apresentada na seção 2.2.2 Classificação da agressividade segundo a CETESB

(1988).

98

Essa norma é prevista para aplicação em tubulação de concreto enterrada em solo

de areia e pedregulho, cujo coeficiente de permeabilidade é maior ou igual a 10-3 cm/s.

Considerando que as camadas de solo atuam como agente protetor, neste estudo extrapolamos

a abrangência a ambientes com água circulando diretamente na estrutura, em grandes

volumes, o que se torna um agravante ainda maior sobre o grau de agressividade encontrado

diretamente pela tabela.

Além desse primeiro agravante, contribuem também para o aumento da condição

de ameaça à deterioração do concreto armado:

Tabela 15: condições agravantes à classificação da N 1.007 da CETESB (1989).

Condição agravante Aplicação

A água está em movimento Sim. Para toda a estrutura.

O nível de água varia com freqüência (molhagem e secagem)

Sim. Toda a estrutura acima do nível do reservatório de água fria está sujeita a molhagem e secagem, com respingos e vapores para a estrutura externa.

Existe pressão hidráulica unilateral Sim. Aplica-se aos distribuidores de água quente no topo da estrutura; às venezianas, com queda d’água superior; ao tanque inferior de água resfriada.

A estrutura de concreto é de seção delgada, sendo a menor dimensão de 20 cm aproximadamente

Sim. Aplica-se às venezianas e às passarelas.

Fonte: Norma L 1.007 da CETESB (1989) apud LIMA (2000).

3.3.6.2.1 Alcalinidade

A norma indica que para águas salinas alcalinas, o fenômeno preponderante é a

carbonatação, acompanhada de lixiviação. Os parâmetros de níveis de agressividade são

conjuntos entre o pH e a concentração de íons bicarbonato, o que torna esse estudo um pouco

comprometido uma vez que não se dispõe da concentração desse íon.

Considerando apenas o pH, para a água quente que circula na torre até o

resfriamento, os resultados estão distribuídos entre 6 e 9, com diversos pontos na faixa entre 8

e 9. Assim classifica-se como nível forte de carbonatação acompanhada de lixiviação dos

compostos do concreto.

99

3.3.6.2.2 Magnésio

A norma em questão coloca que para águas magnesianas o fenômeno de troca

iônica é preponderante e é também acompanhado de lixiviação, com severidade dividida em 5

graus, conforme a concentração de Mg2+.

Neste parâmetro o ambiente apresenta duas situações bem distintas: quando o

abastecimento de água é feito pela captação direta das águas do Rio São Francisco ou através

de água de poços da região.

Durante o período entre março de 2000 a maio de 2004 ocorreu a condição mais

crítica, com níveis de concentração de magnésio acima do patamar de agressividade muito

forte. Nesses 4 anos, e em outros anteriores à coleta dos dados, com o uso contínuo dos poços,

o magnésio dissolvido permaneceu entre 300 e 600 mg/L, sendo que acima de 500 mg/L é

considerado o grau muito forte de deterioração.

Fora desse período crítico, os níveis de magnésio correspondem à agressividade

de graus fraco e médio, entre 100 e 250 mg/L, com predominância do grau fraco, entretanto

com muitos pontos na classificação média e até mesmo alguns ocasionais na forte.

3.3.6.2.3 Amônia

A caracterização geral segundo a CETESB (1988) coloca a agressividade pela

amônia dissolvida entre nula e fraca, com valores entre 0 e 100. Os casos pontuais em que

houve significativa elevação dessa concentração atingiram até o nível muito forte.

3.3.6.2.4 Sulfato

Essa classificação tem a peculiaridade de analisar a interação entre as

concentrações de sulfato, magnésio, amônia e cloreto para compor os patamares de

100

agressividade do ambiente. Como o magnésio e cloreto apresentaram-se em níveis bastante

agressivos, o nível de sulfato para enquadramento no grau máximo de agressividade é

reduzido.

Assim, para o ambiente estudado, acima de 350 mg/L de concentração de sulfato

já se tem um grau de agressividade forte. Acima dos 600 mg/L, tem-se um grau muito forte.

Esta agressividade foi verificada bastante acima do patamar de classificação durante o período

de utilização dos poços como origem da água, mas em operação normal, com captação das

águas do São Francisco, a agressividade desce para o grau fraco (entre 100 e 200 mg/L).

Dessa forma, atualmente a agressividade do sulfato enquadra-se como fraca nas

condições recentes, porém superou o nível muito forte entre 2000 e 2004.

Houve em outras oportunidades o abastecimento com água proveniente dos poços

desde o início das operações, em 1982, porém não há documentação suficiente acerca dos

períodos, das concentrações de agentes agressivos, ou outras informações substanciais para o

presente estudo.

3.3.6.3 Enquadramento na classificação proposta por Helene (1997a)

Essa classificação separa em 2 tabelas a caracterização da agressividade às

armaduras e da agressividade ao concreto.

Para as armaduras, considera como parâmetros de análise o macroclima

principalmente, relacionando à concentração de gás carbônico e íons cloreto no ambiente.

Para a deterioração direta no concreto, o autor tem no pH e nas concentrações de

gás carbônico, amônia, magnésio, sulfato, e sólidos dissolvidos, os parâmetros para

enquadramento nas classes de agressividade.

101

3.3.6.3.1 pH

A classificação proposta por Helene (1997a) também distingue os níveis de

agressividade sobre o concreto conforme o pH. Para os valores encontrados, o ambiente

consiste em classe de agressividade de grau I, acima de 6,0.

3.3.6.3.2 Magnésio

A classificação de segundo Helene (1997a) segue os mesmos patamares da

CETESB (1989) e nela o magnésio representa agressividade de grau III nos resultados atuais,

e já passou por grau IV entre os anos de 2000 e 2004. A nota 2 da tabela 11 (HELENE,

1997a) eleva ainda em um grau a agressividade quando a “água está em movimento,

temperatura acima de 30°C (...) conduz a um aumento de um grau na classe de

agressividade”.

3.3.6.3.3 Amônia

Segundo a classificação de Helene (1997a), para a agressividade sobre o concreto

o ambiente se enquadra geralmente na classe de agressividade I (inferior a 100 mg/L), com

casos esparsos em que atingiu o grau IV (acima de 250 mg/L).

3.3.6.3.4 Sulfato

Segundo Helene (1997a), o sulfato representa agressividade I para as condições

recentes (concentração inferior a 400 mg/L), e durante o período compreendido entre os anos

de 2000 e 2004 a agressividade elevou-se ao grau III (concentração de 700 a 1500 mg/L). E,

semelhante ao magnésio, a nota 2 da tabela 11 (HELENE, 1997a) eleva ainda em um grau a

102

agressividade quando a “água está em movimento, temperatura acima de 30°C (...) conduz a

um aumento de um grau na classe de agressividade”.

Para este parâmetro as 2 classificações estudadas divergem um pouco, uma vez

que a classificação de Helene (1997a) considera isoladamente o sulfato, enquanto a

classificação da CETESB (1989) observa a interação entre 4 substâncias (sulfato, magnésio,

amônia e cloreto), levando em consideração a condição agravante de mais de um agente

agressivo agindo em conjunto.

3.4 EFEITOS DA DETERIORAÇÃO

3.4.1 Histórico de inspeções

Ao longo dos anos de operação da torre de resfriamento, a equipe de inspeção da

FAFEN-SE documentou as deteriorações encontradas. Porém, como a formação dos técnicos

é voltada para equipamentos metálicos, tubulações, bombas, vazamentos, eles não conseguem

fazer uma análise mais completa da situação encontrada.

Ainda assim, o histórico descrito no relatório de inspeção UT-014 (FAFEN-

SE/SEMOP, 1998) serve como base para a contínua deterioração e a evolução ao longo do

tempo, como também das tentativas de recuperação e reforços realizadas.

Tabela 16: Histórico de inspeções visuais da torre de resfriamento até 1998.

Inspeção Registro

Maio/1983 Detectados pontos com a ferragem exposta na bacia de água quente.

Julho/1984 Verificada a existência de pontos com ferragem exposta tanto na bacia de água quente quanto na de água fria. A impermeabilização das paredes apresentou falhas; na parede leste foram observadas fissuras que possibilitam vazamentos externos. Foram executadas manutenções.

Março/1986 A camada de impermeabilização do concreto encontrava-se totalmente destruída. Os pontos com deterioração do concreto não apresentaram alterações. Manutenção realizada.

Fevereiro/1988 As bacias de água (quente e fria), as vigas, colunas e venezianas apresentaram ferragem exposta. A célula A apresentou uma trinca na parede divisória. A passarela do segundo estágio para o poço de sucção das bombas encontrava-se severamente avariada e sujeita a desmoronamento. Foram observados blocos danificados e falhas no revestimento. Executada recuperação da passarela.

103

Março/1989 Danos na estrutura de concreto, ferragens expostas em vários pontos, veneziana leste da célula A com vazamentos pelo concreto. Sem registro de execução da nota de manutenção.

Março/1990 Lado leste - veneziana com vazamento entre placas, e entre veneziana e viga de sustentação, com escorrimento de óxido. Lado oeste - ferragens expostas, chapa metálica de fixação entre veneziana e viga oxidada.

Maio/1992 Parada geral para manutenção, com recuperação de vários pontos de deterioração.

Junho/1994 Parada programada para execução de serviços: substituição de bases metálicas dos redutores dos ventiladores A e C e recuperação de algumas vigas deterioradas. Verificado que o concreto das colunas de suporte da tubulação de retorno de água quente estava danificado.

Maio/1997 Verificados danos na estrutura de concreto. Principalmente nos difusores e vigas de sustentação, com desagregação elevada, desprendimento de vários pedaços de concreto, com exposição das armaduras. Alertado para o nível de comprometimento das vigas de sustentação cuja deterioração foi apontada no relatório de UT-001 de março/1990 e não sofreram intervenção. Foi recomendado parecer complementar de especialista em concreto e grande parte da deterioração encontrada foi atribuída ao não atendimento das recomendações do relatório de 1990. Sem registro de manutenção realizada.

Julho/1998 Parada geral de manutenção, na qual verificaram-se nos difusores vários pontos de desagregação do concreto, desprendimento de concreto, grande número de trincas nos difusores e no piso, infiltrações, além de outros pontos de corrosão através da coloração pela corrosão das armaduras internas. Alertado para elevado nível de comprometimento estrutural em algumas vigas de sustentação deterioradas e relacionadas na inspeção de 1990, mas sem manutenção realizada. Nos apoios da tubulação de retorno de água quente foi observada desagregação do concreto com exposição da armadura. Foram realizados vários reparos, principalmente na região dos difusores. Alerta ainda que logo após os reparos, antes da torre ser colocada novamente em operação as regiões reparadas já apresentavam algumas trincas com o mesmo delineamento anterior.

Fonte: FAFEN-SE/SEMOP UT 014/98 (1998)

Como fruto de uma dessas inspeções, em 1991 foi contratado serviço de

recuperação de grande parte das estruturas comprometidas, conforme especificação técnica

ES-11-510-440-NES-01 (NITROFÉRTIL/DITEC/SENGE-SE, 1991).

A especificação tinha por objetivo estabelecer os critérios de recuperação da

estrutura de concreto armado, paredes divisórias de alvenaria estrutural em blocos de

concreto, assim como a devida impermeabilização da torre de resfriamento (TR-151001).

A especificação define a execução da recuperação de toda a estrutura do pórtico

de concreto da parte superior da torre no seguinte procedimento:

a) Promover uma rigorosa limpeza com remoção de todo o concreto segregado ou fissurado,

inclusive das camadas de óxido e hidróxidos das superfícies das ferragens, por meio de

escarificação manual do concreto e lixamento das armaduras.

104

b) Deverá haver a recomposição das armaduras quando constatada a redução de

aproximadamente 40% da seção útil da ferragem original.

c) Na recomposição da seção de concreto deverá ser utilizado produto adesivo a base de

epóxi, para uma perfeita união entre o concreto velho e a nova argamassa de recobrimento no

traço 1:3 (cimento/areia), para compor a seção original.

Também define o procedimento para a recuperação da alvenaria estrutural:

a) A recuperação das paredes divisórias de alvenaria em blocos de concreto será até a altura

de 1,80m, e após a recomposição dos blocos, a parede deve ser rebocada em traço 1:4

(cimento/areia), aditivado com SIKA 1.

b) Toda a alvenaria receberá pintura impermeabilizante a base de alcatrão e asfalto refinado

em 3 demãos.

A recuperação das venezianas tem seu procedimento definido como:

a) As venezianas que tiverem sua armadura exposta deverão ser recuperadas da mesma forma

que o concreto estrutural, porém com a recomposição mínima de 2 cm com argamassa a base

de epóxi.

b) Nos pontos de fixação entre a veneziana e a viga deverá ser feita a recomposição do

concreto de enchimento por meio de argamassa líquida para grauteamento, com remoção do

concreto deteriorado.

105

3.4.2 Relato fotográfico

3.4.2.1 Relatório UT-001 de março/1990

Foto 13: Região superior de um dos difusores, com desagregação do concreto e exposição da armadura.

Foto 14: Parede do difusor A com trincas, infiltração e depósito de sais pela lixiviação.

106

Foto 15: Pilar do lado oeste com desagregação do concreto por expansão da armadura.

Foto 16: Detalhe da base de um dos pilares da ponte rolante com danos no concreto e exposição da armadura.

Foto 17: Detalhe de um dos pilares da ponte rolante com fissuração total do concreto e desagregação de grandes

porções.

107

Foto 18: Viga da base no lado norte com vazamento e escorrimento de óxidos, sob laje em balanço.

Foto 19: Viga da base do lado sul com infiltrações e escorrimentos de óxidos com cristalização na superfície.

Foto 20: Vazamento entre 2 placas da veneziana no lado leste com formação de limo e escorrimento

amarronzado, característico de corrosão do aço da armadura.

108

Foto 21: Venezianas do lado oeste, com deterioração do cobrimento de concreto e exposição de grande parte das

armaduras.

3.4.2.2 Relatório UT-009 de maio de 1992

Foto 22: Estrutura de suporte à tubulação de água quente com severa deterioração.

109

Foto 23: Venezianas do lado oeste, com grande parte das armaduras expostas

Foto 24: Deterioração no canto do pilar, do lado oeste, próximo à bacia de água quente

110

Foto 25: Desgaste na união entre veneziana e viga

3.4.2.3 Relatório UT-012 de maio de 1997

Foto 26: Borda superior do difusor A, lado oeste, com armadura exposta.

111

Foto 27: Detalhe da região cônica do difusor B, lado leste, com desagregação da superfície do concreto,

exposição e corrosão das armaduras.

Foto 28: Deterioração da face externa da borda superior do difusor E.

Foto 29: Viga inclinada a oeste da célula E, com todo o concreto do bordo inferior desagregando.

112

Foto 30: Encontro viga/pilar na mesma região da foto 24, com exposição da armadura e evidência de corrosão.

Nota: Verificam-se traços da argamassa utilizada para recuperação superficial insuficiente ou inapropriada.

a) b) Foto 31: Evolução da degradação do concreto no pilar a oeste da célula A. a) relatório UT-001/1990; b) relatório

UT-012/1997. Nota: A manutenção solicitada no relatório UT-001/1990 não foi realizada.

113

3.4.2.4 Visita realizada no dia 16 de novembro de 2010

a) b) Foto 32: Vista geral da face oeste. a) células F, A, B, C, D e E da esquerda para direita; b) vista da passarela

sobre bacia de água fria e células de A a E.

Foto 33: Balanço da passarela sobre a bacia de água fria.

a) b) Foto 34: Passarela sobre bacia de água fria, no lado oeste, com 18 cm de espessura e 3 cm de cobrimento.

114

Foto 35: Veneziana da célula F, lado oeste, em corrosão avançada da armadura e lixiviação do óxido de ferro

formado na oxidação por pites.

Foto 36: Veneziana da célula B, face oeste, com desagregação do concreto e exposição da armadura.

Foto 37: Vista leste do vão entre células A (esquerda, parede norte) e F (direita, parede sul).

115

Foto 38: Parede norte da célula A com lixiviação de compostos resultantes da reação álcali-agregado.

Foto 39: Estado avançado da desagregação do concreto da parede norte da célula A resultante da expansão das

armaduras oxidadas.

116

Foto 40: Face norte da célula A, com disgregação do concreto, e exposição de armaduras até a segunda camada. Nota: Provável cristalização de carbonato de cálcio na superfície resultante de ataque aos compostos do cimento.

Foto 41: Detalhe da profundidade da deterioração (7 cm) mostrada na Foto 41.

Foto 42: Desagregação do concreto no fundo da escada de acesso à plataforma de difusores (entre as células A e

F).

117

Foto 43: Destacamento do concreto em viga entre células A e F.

Foto 44: Desagregação do concreto no pilar da face norte da célula A por corrosão e expansão das armaduras.

118

Foto 45: Vista geral da face oeste da torre de resfriamento.

Foto 46: Exposição da armadura na borda superior do difusor B.

Foto 47: Pilar sem função estrutural no lado sul da plataforma dos difusores em avançada corrosão das

armaduras. Nota: Anteriormente o pilar fazia parte da ponte rolante para transporte dos equipamentos na fase de instalação.

119

Foto 48: Pilar do lado leste, com armadura totalmente comprometida, e cobrimento de 1,5 cm.

Foto 49: Destacamento do concreto do lado oeste do difusor D.

120

Foto 50: Suporte da tubulação de água quente, do lado oeste da célula F, com corrosão em toda a sua estrutura e

desagregação do concreto superficial.

a) b) Foto 51: a) Suporte da tubulação de água quente, sobre a bacia de água quente, do lado oeste da célula F; b)

Detalhe da desagregação pela oxidação apresentada e cobrimento insuficiente de 2,5 cm.

121

Foto 52: Parte inferior da bacia de água quente, sob a plataforma de difusores, sobre a bacia de água quente.

a) b) Foto 53: Vista geral do lado leste da torre de resfriamento: a) estrutura que compõe células de A a E; b) célula F.

Foto 54: Corrosão de armaduras na viga e venezianas do lado leste da célula F.

122

Foto 55: Exposição de armaduras em veneziana do lado leste da célula F.

a) b) Foto 56: Pilar da estrutura da casa de cloração, ao norte da torre de resfriamento: a) vista do pilar deteriorado; b)

detalhe da desagregação com aproximadamente 2,5 cm de profundidade.

Foto 57: Pilar da casa de cloração com exposição das armaduras.

123

a) b) Foto 58: Laje da casa de cloração: a) exposição de armadura oxidada no fundo da laje; b) Lixiviação dos óxido

de ferro resultantes da corrosão da armadura da laje.

124

4 CONSIDERAÇÕES FINAIS E CONCLUSÃO

Nesta seção serão apresentadas as principais conclusões extraídas desta pesquisa,

obtidas a partir da revisão documental levantada sobre os agentes agressivos do meio

ambiente ao qual estão sujeitas as estruturas de concreto armado, buscando entender quais as

condições ambientais que podem causar a deterioração da estrutura nos mais severos níveis e

as manifestações decorrentes dessa ação numa torre de resfriamento. Serão também

apresentadas sugestões para trabalhos futuros na área de interesse.

4.1 A PARTIR DA BIBLIOGRAFIA

Pela bibliografia consultada foi possível chegar às possíveis conclusões:

� Ficou bem claro que o ambiente exerce influência muito significativa nas ações

degenerativas às quais o concreto e sua armadura estarão submetidos. Portanto, devem ser

consideradas em sua plenitude e com margem de segurança suficiente desde as fases

iniciais de projeto com previsão para toda sua vida útil.

� As normas classificatórias dos fatores agressores divergem quanto aos níveis de

classificação, aos teores químicos de concentração dos elementos agressivos e quanto às

medidas mitigadoras do processo de deterioração.

� Os principais causadores da corrosão de armadura do concreto, por unanimidade dos

autores consultados, são o CO2 e os íons de cloreto. Sendo que o primeiro contribui com a

queda do pH e a conseqüente despassivação da armadura e o segundo contribui com a

diminuição da resistividade do concreto e o ataque a camada passivadora.

� Outro fator, menos preponderante, mas de severo impacto é o ataque por sulfato. Na

condição pior o ataque se dá na forma de ácido sulfúrico após transformação por bactérias

(típico de tubulações de esgoto e estações de tratamento) ou por MgSO4, na troca iônica

125

substituindo o cálcio do Ca(OH)2 e com possível formação de gesso e etringita, com

efeitos bastante nocivos à estrutura.

� De todos os fatores que podem acelerar a degradação de estruturas de concreto, ficou

evidente que, os mais significativos são a qualidade do concreto (permeabilidade e

conseqüente facilitação de acesso dos agentes agressivos) e a espessura de cobrimento.

Embora não haja consenso quanto ao melhor concreto para se proteger a armadura e quais

as espessuras de cobrimento mais adequadas para cada patamar de agressividade.

� Por mais que sejam tomadas medidas mitigadoras desde a fase de projeto, passando pela

construção e execução, o processo de deterioração ocorrerá numa taxa inferior. Se não

houver manutenção preventiva, a velocidade dos processos agressivos aumentará e é

possível que comprometa a vida útil projetada.

4.2 A PARTIR DO ESTUDO DE CASO

Outras conclusões foram decorrentes do estudo de caso realizado:

� Uma torre de resfriamento de indústria de fertilizantes (no caso estudado amônia e uréia)

está sujeita a diversos agentes agressivos, de acordo com as principais normas de aplicação

nacional e autores renomados. Os principais são cloreto, magnésio e sulfato. E embora o

pH não seja ácido, por ser inferior ao da alcalinidade passivadora da armadura, também

exerce uma ação agressiva e acelera o processo provocado pelos outros elementos. O gás

carbônico presente no ambiente também é deteriorante (carbonatação), mas como não se

dispõe de dados da concentração no ambiente da estrutura de concreto, não se considerou

quando o ambiente em questão foi enquadrado nas normas abordadas neste trabalho.

� O período em que foi utilizada água de poço na reposição de água representou severo

aumento da agressividade ambiental, uma vez que os níveis de magnésio e sulfato

chegaram ao topo das classificações da norma L 1.007 CETESB (1988) e a proposta por

Helene (1997a). Além do teor dos elementos presentes no ambiente, as condições de

elevação do grau de agressividade são satisfeitas em ambas as classificações: água em

126

movimento, variações no nível d’água (molhagem/secagem), diferencial de pressão

hidráulica (CETESB, 1988), e temperatura superior a 30°C (HELENE, 1997a).

� A estrutura estudada está sujeita a diversos agentes de agressividade elevada, o que acelera

o desgaste do concreto armado. Porém como não se prevê a agressividade provocada por

ações combinadas por dois ou mais fatores, não se pode definir a partir da bibliografia

considerada, qual o comportamento esperado pela ação conjunta, apenas o efeito de cada

agressão individualmente. Apenas a norma L 1.007 da CETESB (1988) faz considerações

de ação conjunta, quando classifica a ação agressiva conforme os teores combinados de

sulfato, magnésio, amônia e cloreto.

� Os registros fotográficos nos anos de 1990, 1992, 1997 e 2010 evidenciam a condição

alarmante de deterioração do concreto armado da estrutura por diversos processos. Os

efeitos preponderantes se devem à disgregação provocada pela reação álcali-agregado,

lixiviação de compostos da pasta de cimento, perda de massa dos compostos da pasta de

cimento, que podem ser resumidos em aumento da permeabilidade do concreto e acesso

facilitado dos agentes agressivos à armadura. A conseqüente corrosão da armadura leva à

desagregação e fissuração.

� Os relatos evidenciados mostram que os efeitos do desgaste na estrutura foram

documentados ao longo do tempo, iniciados já nos registros fotográficos de 1990 (11 anos

após execução), porém poucas medidas foram tomadas para interromper o processo ou ao

menos minimizá-lo. A falta de manutenção preventiva e corretiva foi fundamental para que

a alarmante condição atual fosse atingida.

� A falta de medidas mitigadoras acelerou ainda mais a deterioração. A NBR-6118:1978

previa cobrimento insuficiente para a classe de agressividade da estrutura, porém outras

condições que evitassem ou reduzissem o processo de deterioração foram previstas em

projeto. A impermeabilização de toda a estrutura e revestimento de fibro-cimento de 6 mm

de espessura (mínima) foram contemplados nas especificações construtivas, entretanto não

foram mantidos e se perderam ainda no início de operação da torre de resfriamento

(março/1986).

127

� A NBR-6118:1978 já exigia um cobrimento mínimo de 40 mm para vigas e pilares

expostos à agressividade muito forte, porém em alguns casos mostrados na Seção 3.4.2

ficou evidenciado que essa exigência não foi atendida.

� A elevada reatividade do agregado empregado no concreto da célula F, pela grande

formação de sais cristalizados após exsudação através das fissuras no cobrimento

(causadas pela expansividade da reação). Embora mais recente (1998), apresenta

deterioração significativa no concreto, decorrente de reação álcali-agregado mais evidente

que nas outras células, e também presente na célula A. Mesmo que o cimento Portland

empregado não apresentasse alcalinidade elevada, ela pode ser oriunda do próprio

ambiente (cloretos e magnésio).

Por falta de documentação técnica relativa aos métodos utilizadas na execução

(lançamento, processo de cura) e à qualidade dos compostos (resistência característica, tipo de

cimento, origem do agregado, relação água/cimento, cobrimento da armadura), não é possível

obter conclusões a partir da qualidade do concreto utilizado e sua correlação com a velocidade

da deterioração.

4.3 CONSIDERAÇÕES FINAIS

O presente trabalho se interessou em apresentar os efeitos dos agentes agressivos

ao concreto armado no estudo de caso apresentado, uma estrutura projetada em 1978 e

concebida em 1979, com expansão em 1998. A norma vigente na época (NB 1/1978 depois

renomeada NBR-6118:1978) mostrou-se ineficiente nas exigências que garantissem a

durabilidade de estruturas em ambiente agressivo.

A revisão desta norma tomou diversas medidas para se garantir ou ao menos

aumentar a durabilidade das estruturas em concreto armado. Ao exemplo do cobrimento

mínimo de vigas e pilares expostos ao grau de agressividade IV ter aumentado de 40 para 50

mm. Porém, de posse dos valores de concentração de agentes agressivos no caso estudado e a

classificação em outras normas que não a NBR-6118:2003, é conveniente enfatizar as

128

medidas que o grau IV de agressividade exige não são suficientes caso não haja uma

manutenção contínua e eficiente durante a vida útil da estrutura.

É, portanto, muito salutar a ressalva feita na NBR-6118:2003:

Em condições de exposição adversas devem ser tomadas medidas especiais de proteção e conservação do tipo: aplicação de revestimentos hidrofugantes e pinturas impermeabilizantes sobre as superfícies do concreto, revestimentos de argamassas, de cerâmicas ou outros sobre a superfície do concreto, galvanização da armadura, proteção catódica da armadura e outros (NBR-6118:2003 seção 7.7).

4.4 RECOMENDAÇÕES CONSTRUTIVAS

As evidências coletadas mostram que a superfície de quase toda a estrutura de

concreto está comprometida, entretanto a condição das camadas mais interiores da armadura

não é conhecida. Pelo avançado grau de corrosão em diversos pontos da torre de resfriamento,

e mais de 40 anos sujeita a agentes agressivos com uma permeabilidade que facilita a

deterioração, é de se esperar que alguns centímetros em direção ao interior da estrutura de

concreto já esteja com a passivação da armadura comprometida.

Dessa forma, recomendam-se de imediato ensaios destrutivos e não-destrutivos

com o intuito de avaliar a condição mais detalhada da permeabilidade do concreto e seu

estado atual de deterioração, como também obter o real estado da corrosão a que está sujeita a

armadura no interior da estrutura.

A partir dessas informações será possível avaliar os serviços de recuperação da

estrutura. Uma vez que a recuperação baseia-se na retirada do concreto comprometido

estruturalmente, substituição de armaduras com perda de seção elevada e recomposição do

concreto removido, faz-se necessário conhecer a condição completa.

Caso a frente corrosiva já tenha atingido níveis mais inferiores do concreto, é

provável que a recuperação da estrutura não apresente viabilidade e seja recomendada uma

nova construção para substituir a edificação existente.

129

Conforme Kinoshita (2008), em se tratando de recuperação estrutural,

particularmente em estruturas de concreto, para obter resultados satisfatórios é preciso aliar

conhecimento teórico, técnica, mão-de-obra qualificada e experiente, e materiais de qualidade

e alto desempenho. Esses atributos tornam o custo do serviço bastante elevado, muitas vezes

justificando sua aplicação a edificações com alta importância histórico-cultural, o que não é o

caso.

É extremamente desaconselhável permitir que o processo corrosivo presente seja

deixado continuar. Colapsos por corrosão de estruturas de concreto armado são conhecidos,

inclusive em construções semelhantes, por decorrência dos mesmos agentes causadores ao

exemplo da Usina Nuclear de Vermont Yankee (Vermont Yankee Nuclear Power Plant) em

21 de agosto de 2007, quando a quarta célula da torre oeste devido à corrosão da estrutura de

aço e apodrecimento das venezianas de madeira (wakethehellup.wordpress.com, 2010; New

York Tymes, 2010), conforme Foto 59.

a) b)

c) d) Foto 59: Colapso da torre quarta célula da torre de resfriamento da Usina Nuclear de Vermont Yankee.

Fonte: a, b, d) ENVY (2010); c) NEW YORK TIMES (2010).

130

4.5 RECOMENDAÇÕES DE ESTUDOS FUTUROS

Ao final do trabalho percebeu-se que a abordagem dada ao assunto não é

conclusiva, apresentando possibilidades de continuidade da pesquisa.

Como o referencial teórico é bastante carente quanto à previsão dos efeitos

decorrentes da ação combinada de vários agentes agressivos, tornando difícil o

comportamento de uma estrutura a ser edificada sob essas condições. Considera-se que as

seguintes sugestões de trabalhos poderiam ser implementadas em estudos posteriores:

� Estudos experimentais a fim de determinar os efeitos dessa ação combinada, em busca de

informações bastante úteis para a área de conhecimentos de estruturas e manifestações

patológicas.

� Avaliar estruturas semelhantes de concreto sujeitas a um patamar de agressividade

semelhante, mas com um sistema de inspeção e manutenção satisfatório.

Sendo assim, vê-se que ainda há muito a percorrer para considerar que todos os

parâmetros estão definidos e este trabalho representa apenas mais um passo a caminho do que

ainda falta a ser estudado.

131

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136

ANEXOS

137

Anexo A – fachadas leste e oeste da torre de resfriamento

138

Anexo B – planta superior

139

Anexo C – corte longitudinal

140

Anexo C – corte transversal

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Durabilidade do concreto exposto a agentes agressivos: estudo de caso de um torre de resfriamento de água