Efeitos de Agentes Agressivos Marinhos Em Estruturas Portuárias de Concreto Armado No Brasil Estudo de Caso

DEPARTAMENTO DE CONSTRUÇÃO CIVIL

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

FELIPE LIMA DA COSTA

[email protected]

EFEITOS DE AGENTES AGRESSIVOS MARINHOS EM ESTRUTURAS PORTUÁRIAS DE CONCRETO ARMADO NO BRASIL: ESTUDO DE CASO

São Luís

2016

http://br.bing.com/images/search?q=ifma&FORM=HDRSC2%23view=detail&id=05E0E34DB36D82F783501406D830F99AFB847774&selectedIndex=0

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Monografia apresentada ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.

Orientador: Prof. Dr. Rodrigo de Azevedo Neves

Coorientadora: Profª. Drª. Ariela da Silva Torres

São Luís

2016



Monografia apresentada ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.

Aprovada em: / /

BANCA EXAMINADORA

_______________________________________

Prof. Dr. Rodrigo de Azevedo Neves (Orientador)

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão

_______________________________________

Prof. Dr. Antonio Jorge Parga da Silva (Examinador)


_______________________________________

Prof. Dr. Conceição de Maria Pinheiro Correia (Examinadora)


Agradecimentos

À família que, desde o princípio de minha vida, sempre deu grande valor aos

estudos e que sempre fez o possível para que eu pudesse alcançar meus objetivos.

Aos colegas da Vale, em especial Jerffson Santos pela sugestão da temática

para estudo de caso. A Fabio Aguiar pela ajuda na coleta das informações. A Luis

Exner, Wesley Cruz, Flavio Barrionuevo e Alberto Martins pelas orientações e

propostas no decorrer do trabalho. A Andre Andrade e Camila Quero, pela

aprovação da publicação do trabalho e também pelo saudável incentivo à pesquisa

implantado na supervisão de engenharia e planejamento de projetos correntes da EFC.

Aos professores do IFMA, em especial ao meu orientador Rodrigo Neves. Este

que sempre apresentou valiosos ensinamentos no decorrer do trabalho e durante as

aulas no curso de graduação. Também aos professores Parga, Conceição, Aluísio

Muchacho e Fábio Sales, que tanto incentivam a pesquisa no Departamento de

Construção Civil.

Ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão, pelos

conhecimentos adquiridos para a vida e na jornada profissional.

À professora Ariela Torres que, de pronto, aceitou a coorientação do trabalho e

também pelas valiosas orientações e contatos fornecidos.

Ao professor Vito Alencar que, por diversas vezes, ajudou a conseguir realizar

nossos projetos de pesquisa, sempre com muita boa vontade e disposição.

Ao programa Ciência Sem Fronteiras, pela visão de mundo que me foi

fornecida e, principalmente, por me fazer perceber que a qualidade do aluno não

depende de suas origens.

To Dr Lutze, Dr Gong and Dr Xu, who oriented me during my summer

internship in The Catholic University of America and influenced me to continue

conducting researches and also to apply for the master’s degree.

À Duilia de Mello, pela ajuda e incentivo durante o programa Ciência sem

Fronteiras e cujas ideias me fizeram sonhar mais alto.

Aos meus colegas de turma, por termos superados as dificuldades juntos e

com isso termos aprendido princípios para toda a vida. Em especial João Pedro,

Kathleen Guimarães, Rafaella Resende e Wellington Sousa, com os quais fui

próximo desde o começo.

Aos integrantes do Centro Acadêmico, pelas importantes lições aprendidas e

pela oportunidade de, juntos, melhorarmos e deixarmos um legado no Departamento

de Construção Civil do IFMA.

À Monique Wesz que, além do carinho incondicional, sempre me apoiou e me

ajudou, do início ao término do trabalho.

Resumo

O uso do concreto armado como material para execução de estruturas em obras

civis das mais diversas finalidades está amplamente consolidado no mundo inteiro já

há algumas décadas. Mesmo sendo um material ainda pouco conhecido no início do

século XX, as incontáveis vantagens e facilidades da associação entre concreto

endurecido e aço fizeram com que as suas aplicações se alastrassem pelo mundo

de forma exponencial. Porém, mesmo com a enorme quantidade de vantagens,

dentre algumas desvantagens do material está a suscetibilidade de alteração de

suas propriedades físicas e mecânicas em virtude da presença de certas

substâncias químicas. A essas alterações chamamos de Patologias Estruturais.

Patologia mais conhecida, a corrosão do aço não ocorre na maior parte dos casos

em estruturas comuns porque a elevada alcalinidade do cimento presente na mistura

forma uma película de óxido estável (passivação) e impede a sua progressão.

Porém, em casos específicos, as possíveis patologias do material causam

problemas que podem trazer consequências catastróficas para as estruturas.

Problemas de execução, especificações inadequadas e presença de agentes

agressivos são os principais fatores intervenientes nesse processo que aumentam a

vulnerabilidade do material.

Nesse sentido, ressalta-se que a atmosfera marinha se caracteriza como um dos

ambientes mais agressivos às estruturas de concreto armado, pois os sais presentes

na água do mar se depositam em forma de pequenas gotas de água e umidade nas

construções próximas. Dessa maneira, com o intuito de estudar um dos piores

ambientes para o concreto armado, as estruturas situadas em ambiente marinho são

o objeto deste trabalho, pois inúmeras patologias estruturais acontecem nesse

ambiente. Dentro desse cenário, foi realizado o estudo de caso de um Píer

localizado no Nordeste Brasileiro, construído na década de 80. O estudo mostra a

identificação das patologias em locais específicos do píer e uma avaliação de suas

consequências, usando como base os resultados de inspeções e ensaios

específicos (descritos no texto) para identificação e tratamento dos fenômenos

patológicos, realizados por empresa reconhecida a nível nacional. Como resultados

são apresentadas recomendações técnicas sobre a manutenção preventiva,

avaliação sobre o estado global do píer e a criticidade das patologias encontradas.

Palavras-chave: Patologia do concreto, Píer, Porto.

ABSTRACT

The use of reinforced concrete as a construction material of structures for civil works

of various purposes is widely consolidated worldwide for some decades now. Even

as a little known material in the early twentieth century, the countless advantages

and the easiness association between hardened concrete and steel have made their

applications spread around the world exponentially. Yet, even with the huge amount

of advantages, among some disadvantages of the material is the susceptibility to

change their physical properties and mechanical properties due to the presence of

certain chemicals. To these changes we call structural pathologies.

The most known pathology, steel corrosion does not occur in most cases in common

structures because the high alkalinity of the cement present in the mixture forms a

stable oxide film (passivation) and prevents its progression. However, in specific

cases, possible pathologies of the material cause problems that can bring

catastrophic consequences for the structures. Problems during the execution,

inadequate specifications and the presence of aggressive agents are the main

factors involved in the process that increase the vulnerability of the material.

In this sense, it should be emphasized that the marine environment is characterized

as one of the harshest environments on reinforced concrete structures, since the

salts present in seawater are deposited in the form of small droplets of water and

moisture in nearby buildings. Thus, in order to study one of the worst environments

for reinforced concrete, the structures situated in the marine environment are the

subject of this work, as numerous structural pathologies end up going in that

environment. In this scenario, we performed a case study of a pier located in

Northeast Brazil, built in the 80’s. The study shows the identification of pathologies in

specific pier locations and an assessment of its consequences, using as a basis the

results of inspections and specific tests (described in the text) for identification and

treatment of pathological phenomena, performed by a company nationally

recognized. As results, technical recommendations on preventive maintenance,

assessment of the overall state of the pier and the criticality of the conditions found

are presented.

Keywords: Concrete Pathology, Pier, Port.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Estruturas que compõem o Píer ............................................................................................ 15 Figura 2 - Aspecto de detalhe do concreto – Dolfim 3 no qual se observa o gel da reação desenvolvendo-se na borda do agregado graúdo. Microscópio de luz transmitida - ampliação 50x. . 20 Figura 3 - Fissuras, em formato de mapa, decorrentes da RAA em uma fundação.............................. 20 Figura 4a - Reação álcali-sílica em um bloco de pilar GGG ................................................................... 21 Figura 4b - Reação álcali-sílica em um piso de concreto .....................................................................21 Figura 5 - Aparência superficial da corrosão generalizada desencadeada pela carbonatação do concreto (a) e da corrosão puntiforme desencadeada pela ação dos íons cloreto (b) ........................ 27 Figura 6 - Processo de rompimento da película passivadora ................................................................ 27 Figura 7 - Efeitos da concentração de cloreto de sódio na taxa de corrosão ....................................... 28 Figura 8 - Efeitos da relação água/cimento na penetração de cloretos ............................................... 32 Figura 9 - Efeito da cura e da relação água/cimento na profundidade de alcance dos cloretos .......... 33 Figura 10 - Efeito da temperatura no ingresso de cloretos em concretos de cimento Portland comum (a) e resistente a sulfatos (b) ................................................................................................................. 35 Figura 11 - Influência da deposição de partículas de sódio nas superfícies de ferro. (1) UR 58%; (2) UR 70%; (3) UR 80%; (4) UR 89%; (5) UR 94%; (6) UR 97%......................................................................... 36 Figura 12 - Gradiente de pH na frente de carbonatação ...................................................................... 39 Figura 13 - Fatores intervenientes na carbonatação do concreto ........................................................ 41 Figura 14 - Representação esquemática de um processo efetivo de carbonatação do concreto, estando os poros parcialmente preenchidos com água (concreto com U.R. normal do ambiente) .... 42 Figura 15 - Grau de carbonatação em função da umidade ................................................................... 43 Figura 16 - Influência da relação a/c e da condição de cura na profundidade carbonatada do concreto ............................................................................................................................................................... 44 Figura 17 - Relação entre o teor de cimento e a profundidade carbonatada ...................................... 45 Figura 18 - Influência do teor de adições e da cura úmida na permeabilidade do concreto ............... 46 Figura 19 - Ilustração do efeito da fenolftaleína ................................................................................... 47 Figura 20 - Ilustração do efeito da fenolftaleína com relação à frente de carbonatação..................... 47 Figura 21 - Aferição da profundidade da carbonatação por meio de testemunhos extraídos em campo ............................................................................................................................................................... 49 Figura 22 - Aglomerações de agulhas de etringita ................................................................................ 50 Figura 23 - Pequenas agulhas de gipsita ............................................................................................... 51 Figura 24a - Deterioração visível de placas de concreto expostas aos sulfatos Na- e Mg- presentes nas águas subterrâneas ............................................................................................................................... 51 Figura 24b - Meio-fio deteriorado devido ataque de sulfatos .............................................................. 56 Figura 25 - Lixiviação ocorrendo na ponte de acesso ........................................................................... 60 Figura 26 - Formação do ânodo e cátodo na armadura ........................................................................ 61 Figura 27 - Áreas anódicas e catódicas de uma armadura em processo de corrosão .......................... 62 Figura 28 - Fases da instalação do processo de corrosão em uma barra de armadura ........................ 62 Figura 29 - Corrosão por contato de diferentes metais ........................................................................ 65 Figura 30 - Formação da macropilha ..................................................................................................... 66 Figura 31 - Zonas de corrosão ............................................................................................................... 67 Figura 32 - Nível de degradação relacionado a cada uma das zonas de corrosão ................................ 68 Figura 33 - Exemplo da atuação das zonas de corrosão nas camisas metálicas das estacas do Dolfim 1 ............................................................................................................................................................... 70

Figura 34 - Embarcação para o transporte de pessoas ......................................................................... 71 Figura 35 - Exemplo de mapeamento das estruturas do píer - desgaste superficial da estaca do píer dos rebocadores .................................................................................................................................... 71 Figura 36 - Exemplo de mapeamento das estruturas do píer - Corrosão por placas em camisa metálica da Casa de Transferência do Pivot ......................................................................................... 72 Figura 37 - Extração do pó de concreto através de furadeira elétrica e dispositivo de captação. ....... 73 Figura 38 - Identificação do ponto de extração do pó para análise do teor de cloretos em laboratório. ............................................................................................................................................................... 73 Figura 39 - Medição da espessura de carbonatação, após a aspersão da solução de fenolftaleína. ... 75 Figura 40 - Medição da espessura de carbonatação, após a aspersão da solução de fenolftaleína. ... 75 Figura 41 - Extração do pó de concreto através de furadeira elétrica e dispositivo de captação ........ 76 Figura 42 - Preparo do substrato através de lixamento para execução do ensaio. .............................. 76 Figura 43 - Marcação das malhas para realização do ensaio para a determinação do cobrimento. ... 76 Figura 44 - Execução do ensaio com o pacômetro digital ..................................................................... 77 Figura 45 - Ensaio de potencial de corrosão no piso superior do Dolfim 03 ........................................ 78 Figura 46 - Ensaio do potencial de corrosão no piso superior do dolfim 2 ........................................... 78 Figura 47 - Execução de ensaio de resistividade elétrica superficial do concreto, no piso superior do dolfim 03. .............................................................................................................................................. 79 Figura 48 - Estalactites formadas devido ao acúmulo de hidróxido de cálcio no dolfim 1. .................. 80 Figura 49 - Lixiviação do concreto devido a percolação de água no interior da estrutura da viga do carregador. ............................................................................................................................................ 81 Figura 50 - Peça de concreto disgregada da estrutura do dolfim 2, onde pode ser observado o contorno nos agregados graúdos que dão indícios de reação álcali–agregado. .................................. 81 Figura 51 - Estaca de concreto do píer dos rebocadores que sofreu abrasão devido ao contato com os detritos da maré .................................................................................................................................... 82 Figura 52 - Detalhe da figura anterior ................................................................................................... 82 Figura 53 - Desplacamento do concreto devido à expansão da armadura no dolfim 3 ...................... 83 Figura 54 - Desplacamento do concreto devido à expansão da armadura na estaca da plataforma de serviços .................................................................................................................................................. 83 Figura 55 - Estado avançado de corrosão das camisas metálicas e das escadas de acesso no dolfim 10 ............................................................................................................................................................... 84 Figura 56 - Comparação entre a parte corroída e não corroída da camisa metálica de uma estaca da plataforma de serviços .......................................................................................................................... 85 Figura 57 - Visão geral da amostra de concreto.................................................................................... 87 Figura 58 - Aspecto de detalhe da amostra do dolfim 3 no qual se observa uma borda de reação ao redor do agregado graúdo (G) associada a deposição de material branco na superfície de quebra. Microscópio Estereoscópico - ampliação 12x ....................................................................................... 88 Figura 59 - Detalhe de um poro na argamassa contendo o gel expansivo resultantes da reação álcali agregado - Microscópio Eletrônico de Varredura – 1500x. .................................................................. 90 Figura 60 - Aspecto de detalhe da interface pasta com o agregado graúdo na qual se observam cristais lancetados resultantes da reação álcali agregado - Microscópio Eletrônico de Varredura – 1500x. .................................................................................................................................................... 90 Figura 61 - Resultados referentes ao dolfim 01 .................................................................................... 91 Figura 62 - Resultados referentes ao dolfim 02 .................................................................................... 92 Figura 63 - Resultados referentes ao dolfim 03 .................................................................................... 92 Figura 64 - Resultados referentes ao píer dos rebocadores ................................................................. 93

Figura 65 - Resultados referentes à ponte de serviço ........................................................................... 93 Figura 66 - Teor de sulfatos na ponte de serviço .................................................................................. 96 Figura 67 - Resultados referentes ao dolfim 1 ...................................................................................... 98 Figura 68 - Resultados referentes ao dolfim 2 ...................................................................................... 98 Figura 69 - Resultados referentes ao dolfim 3 ...................................................................................... 99 Figura 70 - Resultados referentes à Ponte de Serviço .......................................................................... 99 Figura 71 - Avaliação da velocidade de corrosão no pontos estudados ............................................. 100

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Teor limite de cloretos para diversas normas ...................................................................... 29 Tabela 2 - Fatores que influenciam o limite crítico de cloretos ............................................................ 29 Tabela 3 - Quantidade de cloretos em relação a diversos teores de C3A ............................................. 30 Tabela 4 - Coeficiente de difusão de cloretos ....................................................................................... 31 Tabela 5 - Relação entre a abertura máxima das fissuras e a classe ambiental ................................... 34 Tabela 6 - Concentraçao volumétrica de CO2 no ar em relação a alguns tipos de ambiente .............. 42 Tabela 7 - Principais indicadores de pH utilizados para avaliação da carbonatação no concreto ........ 48 Tabela 8 - Requisitos para concreto exposto a soluções contendo sulfatos ........................................ 56 Tabela 9 - Categorias e classes de exposição ........................................................................................ 57 Tabela 10 - Requerimento do concreto por classe de exposição ......................................................... 57 Tabela 11 - Correspondência entre a classe de agressividade e a qualidade do concreto ................... 64 Tabela 12 - Limites de íons de cloreto no concreto endurecido ........................................................... 74 Tabela 13 - Critérios de avaliação ......................................................................................................... 78 Tabela 14 - Critério de avaliação da resistividade do concreto. ........................................................... 79 Tabela 15 - Características gerais dos concretos .................................................................................. 86 Tabela 16 - Características gerais do agregado graúdo ........................................................................ 88 Tabela 17 - Síntese das características petrográficas dos agregados graúdos ..................................... 89 Tabela 18 - Síntese das características do agregado miúdo ................................................................. 89 Tabela 19 - Profundidade de carbonatação - Ponte de serviço ............................................................ 94 Tabela 20 - Profundidade de carbonatação - Dolfins de atracação ...................................................... 95 Tabela 21 - Cobrimento das barras na ponte de serviço ...................................................................... 97 Tabela 22 - Cobrimento das barras nos dolfins de amarração ............................................................. 97 Tabela 23 - Resultados referentes ao dolfim 01 ................................................................................ 110 Tabela 24 - Resultados referentes ao dolfim 02 ................................................................................ 110 Tabela 25 - Resultados referentes ao dolfim 03 ................................................................................ 110 Tabela 26 - Resultados referentes ao píer dos rebocadores .............................................................. 110 Tabela 27 - Resultados referentes à ponte de serviço ........................................................................ 111 Tabela 28 - Teor de sulfatos na ponte de serviço ............................................................................... 111 Tabela 29 - Potencial elétrico de corrosão da face superior do dolfim 1 .......................................... 111 Tabela 30 - Potencial elétrico de corrosão da face sudeste do dolfim 1 ........................................... 112 Tabela 31 - Potencial elétrico de corrosão da piso superior do dolfim 2 .......................................... 112 Tabela 32 - Potencial elétrico de corrosão da piso superior do dolfim 3 ........................................... 113 Tabela 33 - Potencial elétrico de corrosão do bloco da ponte de serviço .......................................... 113 Tabela 34 - Potencial elétrico de corrosão da viga longarina da ponte de serviço............................. 114 Tabela 35 - Potencial elétrico de corrosão da viga longarina da ponte de serviço............................. 114 Tabela 36 - Resistividade elétrica dos pontos estudados entre dos dolfins 1,2 e 3. .......................... 115

LISTA DE SIGLAS

°C: graus Celsius

ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas

a/c: relação água/cimento

ACI: American Concrete Institute

ASTM: American Society for Testing and Materials

C3A: aluminato tricálcico

CaCO3: carbonato de cálcio

Ca(OH)2: Hidróxido de cálcio

C-S-H: Silicato de cálcio hidratado

Fe2O3: Óxido de ferro

MPa: Mega Pascal

NBR: Norma Brasileira Regulamentada

pH: potencial de hidrogênio

RAA: Reação álcali-agregado

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................ 15

1.1 Considerações iniciais ........................................................................................................... 15

1.2 Objetivos ............................................................................................................................... 16

1.2.1 Objetivo geral .................................................................................................................... 16

1.2.2 Objetivo específico ............................................................................................................ 16

1.3 Estrutura do trabalho ............................................................................................................ 16

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..................................................................................................... 17

2.1 Endurecimento do concreto ................................................................................................. 17

2.1.1 Componentes do cimento ................................................................................................. 17

2.1.1.1 Cal ...................................................................................................................................... 17

2.1.1.2 Sílica ................................................................................................................................... 18

2.1.1.3 Alumina ............................................................................................................................. 18

2.1.1.4 Óxido de ferro ................................................................................................................... 18

2.1.2 Endurecimento do cimento ............................................................................................... 18

2.2 Reação álcali-agregado ......................................................................................................... 19

2.2.1 Processo álcali-agregado ................................................................................................... 22

2.2.2 Análise da reação álcali-agregado ..................................................................................... 24

2.3 Ação dos íons de cloreto ....................................................................................................... 25

2.3.1 Fontes de íons de cloreto .................................................................................................. 25

2.3.2 Rompimento da película passivadora e aceleração do processo corrosivo ..................... 26

2.3.3 Limite crítico de cloretos ................................................................................................... 28

2.3.4 Fatores influentes na velocidade de propagação e penetração dos íons de cloreto ....... 30

2.3.4.1 Tipo de cimento e adições................................................................................................. 30

2.3.4.2 Fator Água/cimento, adensamento e cura ....................................................................... 31

2.3.4.3 Fissuras .............................................................................................................................. 33

2.3.4.4 Carbonatação .................................................................................................................... 34

2.3.4.5 Temperatura e umidade.................................................................................................... 35

2.4 Carbonatação ........................................................................................................................ 36

2.4.1 Fenômeno da carbonatação ............................................................................................. 37

2.4.2 Efeitos da carbonatação .................................................................................................... 37

2.4.3 Difusão de CO2 .................................................................................................................. 38

2.4.4 Frente de carbonatação .................................................................................................... 39

2.4.5 Fatores que influenciam a carbonatação .......................................................................... 40

2.4.5.1 Teor de CO2,temperatura e umidade relativa .................................................................. 41

2.4.5.2 Relação água/cimento e cura ............................................................................................ 43

2.4.5.3 Consumo de cimento ........................................................................................................ 44

2.4.5.4 Adições no cimento ........................................................................................................... 45

2.4.6 Análise da carbonatação ................................................................................................... 46

2.5 Ataque de sulfatos ................................................................................................................ 49

2.5.1 Fontes de sulfatos ............................................................................................................. 51

2.5.1.1 Fontes internas .................................................................................................................. 52

2.5.1.2 Fontes externas ................................................................................................................. 52

2.5.2 Tipos de ataques de sulfatos ............................................................................................. 53

2.5.2.1 Formação de etringita ....................................................................................................... 53

2.5.2.2 Formação de gipsita .......................................................................................................... 53

2.5.2.3 Formação de etringita tardia ............................................................................................. 54

2.5.3 Fatores que influenciam o ataque de sulfatos .................................................................. 54

2.5.3.1 Tipo de cimento ................................................................................................................. 55

2.5.3.2 Escolha dos materiais ........................................................................................................ 56

2.5.3.3 Concentração de sulfatos .................................................................................................. 56

2.5.3.4 Difusibilidade dos sulfatos no concreto ............................................................................ 58

2.5.3.5 Ciclos de molhagem e secagem ........................................................................................ 58

2.5.3.6 Carbonatação .................................................................................................................... 59

2.6 Lixiviação ............................................................................................................................... 59

2.7 Corrosão na armadura .......................................................................................................... 60

2.7.1 Condição de formação do meio eletrolítico no concreto ................................................. 64

2.7.1.1 Presença de eletrólitos ...................................................................................................... 64

2.7.1.2 Aeração diferencial ........................................................................................................... 65

2.7.1.3 Contato entre diferentes metais ....................................................................................... 65

2.7.1.4 Diferenças de deformações ou tensões ............................................................................ 65

2.7.1.5 Correntes elétricas ............................................................................................................ 66

2.7.1.6 Macropilha ........................................................................................................................ 66

2.7.2 Zonas de corrosão ............................................................................................................. 67

3 METODOLOGIA ......................................................................................................................... 70

3.1 Estudo de caso ...................................................................................................................... 70

3.1.1 Análise petrográfica - Reação álcali-agregado (RAA) ........................................................ 72

3.1.2 Determinação do teor de cloretos .................................................................................... 73

3.1.3 Determinação da espessura carbonatada ......................................................................... 74

3.1.4 Determinação do teor de sulfatos .................................................................................... 75

3.1.5 Determinação do cobrimento com pacômetro ................................................................ 76

3.1.6 Determinação do potencial de corrosão das armaduras .................................................. 77

3.1.7 Determinação da resistividade elétrica superficial do concreto ....................................... 78

3.2 Análise dos dados e dos resultados ...................................................................................... 79

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................................................. 79

4.1 Levantamento das manifestações patológicas ..................................................................... 80

4.2 Ensaios realizados: ................................................................................................................ 85

4.2.1 Análise petrográfica - Reação álcali-agregado .................................................................. 85

4.2.2 Determinação do teor de cloretos .................................................................................... 91

4.2.3 Determinação da espessura carbonatada ......................................................................... 94

4.2.4 Determinação do teor de sulfatos .................................................................................... 95

4.2.5 Determinação do cobrimento com pacômetro ................................................................ 96

4.2.6 Determinação do potencial de corrosão das armaduras .................................................. 97

4.2.7 Determinação da resistividade elétrica superficial do concreto ....................................... 99

5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .................................. 100

6 REFERÊNCIAS ........................................................................................................................ 103

APÊNDICE A – Dados dos testes realizados ..................................................................................... 109

APÊNDICE B – Estruturas que compõem o píer .............................................................................. 116

15 1 INTRODUÇÃO

1.1 Considerações iniciais

O Brasil possui cerca de 8.500 km de orla marítima e aproximadamente 300

municípios litorâneos que perfazem, segundo o último censo, uma população em

torno de 32 milhões de habitantes (Ministério do Meio Ambiente, 2006). Nesta orla,

estão situados diversos portos e terminais, que escoam a produção para o exterior

e, assim, interferem na economia do País.

O píer estudado foi construído na década de 80, sua estrutura foi executada

conforme as normas vigentes na época, que já estabeleciam um tempo de vida útil

mínimo de 50 anos. Todavia, após 30 anos de uso, é natural a necessidade de

manutenção em certas partes da estrutura. Posto isso, foi executado um

levantamento de seu estado físico.

A Figura 1 apresenta a localização das estruturas que compõem o Píer, no apêndice

B é possível encontrar uma versão ampliada da Figura 1.

Figura 1 - Estruturas que compõem o Píer

FONTE: Empresa operadora (2015)

A zona portuária é considerada um dos ambientes mais severos para a estrutura de

concreto armado, pois possui um alto teor de cloretos e sulfatos. Além disso, os

ciclos de secagem e molhagem propiciam uma maior impregnação dos agentes

agressivos nas estruturas expostas, a zona de respingos potencializa o fenômeno da

corrosão e a presença de navios movidos a diesel fornece o ambiente necessário

para que ocorra a carbonatação.

O local onde o píer está localizado também apresenta características únicas que

potencializam os efeitos agressivos de um ambiente marinho. A região possui altas

16 temperaturas no ano todo, o que acelera processos químicos em comparação com

lugares mais frios. A variação de maré pode chegar a 8 m (DIRETORIA DE

HIDROGRAFIA E NAVEGAÇÃO, 2015), dependendo da época do ano, o que

ocasiona uma maior zona de variação de maré e, consequentemente, o aumento da

superfície da estrutura afetada. A grande variação da altura da água resulta em uma

elevada vazão e, como consequência, a velocidade da água sob o píer é bastante

alta. Este fenômeno, aliado à grande quantidade de detritos provenientes dos rios

que desembocam nas proximidades, resulta em um ambiente que favorece a

abrasão das estruturas expostas à água do mar. Também devido à alta vazão de

água, ocorre uma movimentação do solo argiloso que se encontra no fundo do mar,

fazendo com que aumente a turbidez da água, o que praticamente impossibilita a

realização de inspeções subaquáticas.

A partir destes conceitos, este trabalho propõe uma análise do levantamento das

manifestações patológicas no píer estudado.

1.2 Objetivos

Os objetivos deste trabalho estão listados a seguir:

1.2.1 Objetivo geral

Esta monografia teve como objetivo realizar um estudo no que se refere aos

fenômenos patológicos do concreto em um ambiente marinho.

1.2.2 Objetivo específico

A partir de um levantamento sobre as manifestações patológicas no píer, analisar os

resultados dos ensaios realizados e avaliar as possíveis causas e formas de

prevenção.

1.3 Estrutura do trabalho

O presente trabalho foi estruturado em cinco capítulos, descritos a seguir:

O segundo capítulo contém a revisão bibliográfica sobre as diferentes manifestações patológicas existentes em um ambiente marinho;

17 No terceiro capítulo é apresentada a metodologia com a qual foi realizado o estudo de caso;

No quarto capítulo são apresentados os resultados e discussões, onde são listadas as diferentes patologias encontradas e os dados dos testes realizados;

No quinto capítulo são apresentadas as conclusões provenientes do estudo, juntamente com a análise e discussão das mesmas.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Neste capítulo serão descritas as possíveis manifestações patológicas em estruturas

de concreto armado expostas a um ambiente marinho. São elas: corrosão de

armaduras, reação álcali-agregado, ação dos íons de cloreto, carbonatação e ataque

de sulfatos.

2.1 Endurecimento do concreto

Este tópico se dedica a esclarecer o processo de endurecimento do concreto à base

de cimento Portland, a começar pela descrição dos componentes deste e

posteriormente a explanação de sua composição e processo de endurecimento.

2.1.1 Componentes do cimento

Tendo em vista as propriedades do concreto após o endurecimento, é necessário

entender de quais materiais o mesmo é composto e quais são as reações

responsáveis pelo seu enrijecimento. A seguir serão descritas as origens e a

importância dos componentes usuais do cimento Portland.

2.1.1.1 Cal

O calcário, depois de extraído, selecionado e moído, é submetido a elevadas

temperaturas em fornos industriais num processo conhecido como calcinação, que

dá origem ao CaO, óxido de cálcio, o qual é mais conhecido como a cal, e CO2, gás

carbônico.

18

2.1.1.2 Sílica

A sílica, SiO2, pode ser encontrada em argilas pozolânicas e também é um material

constituinte de diversas rochas naturais. Sua elevada finura Braile, de no mínimo

6000 cm²/g garantem sua reatividade a frio, no caso da sua forma ativa, não

cristalizada. Durante o processo de fabricação do cimento a sílica reage com a cal

formando os silicatos de cálcio, que com a presença da água, conferem o efeito

aglomerante ao concreto. (Fusco, 2012, p. 28)

2.1.1.3 Alumina

A alumina, Al2O3, é proveniente das argilas das quais são estraídas a sílica, ela

reage com a cal formando os aluminatos de cálcio, os quais ao serem hidratados

também resultam no endurecimento do cimento.

Os aluminatos de cálcio endurecem mais rapidamente e, por isso, influenciam no

tempo de pega. Portanto, a quantidade de alumina deve ser controlada conforme o

emprego do cimento. (Fusco, 2012, p. 29)

2.1.1.4 Óxido de ferro

O óxido de ferro, Fe2O3 também é encontrado nas argilas em que são extraídas a

sílica, sua presença confere ao cimento uma coloração escura. Sua função é a de

servir como um fundente para obtenção dos silicatos de cálcio. Devido ao seu baixo

calor específico, o óxido de ferro consegue aumentar de temperatura com uma

menor quantidade de energia, fazendo o papel de fundente, possibilitando o

emprego de temperaturas mais baixas na sinterização do clínquer. (Fusco, 2012, p.

29)

2.1.2 Endurecimento do cimento

Os materiais, descritos no item 2.1.1, são então sinterizados e moídos formando o

chamado clínquer do cimento.

Petrucci (1970), descreve a composição média dos cimentos nacionais:

C3S = 3CaO.SiO2 = Silicato tricálcico - (42 a 60%)

19

C2S = 2CaO.SiO2 = Silicato dicálcico - (16 a 35%)

C3A = 3CaO.Al2O3 = Aluminato tricálcico - (6 a 13%)

C4AF = 4CaO.Al2O3.Fe2O2 = Ferroaluminatotetracálcico - (5 a 10%)

Além destes componentes, também se encontram pequenas frações de Na2O e

K2O.

O endurecimento do cimento hidráulico é basicamente obtido pela formação de um

tipo de C-S-H, silicato de cálcio hidratado, o dissilicato tricálcico hidratado. O

processo de hidratação deste composto é descrito nas equações abaixo.

2(2CaO.SiO2) + 4H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2 (1)

2(3CaO.SiO2) + 6H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2 (2)

Durante o processo de formação do C3S e do C2S é formado também o Ca(OH)2, o

hidróxido de cálcio, o qual confere a característica básica do concreto devido aos

seus íons de hidroxila, OH-.

2.2 Reação álcali-agregado

A NBR 15577-1:2008 - Agregados - Reatividade álcali-agregado Parte 1: Guia para

avaliação da reatividade potencial e medidas preventivas para uso de agregados em

concreto, define a reação álcali-agregado (RAA) como:

Reação química entre alguns constituintes presentes em certos tipos de

agregados e componentes alcalinos que estão dissolvidos na solução dos

poros do concreto. Sua ocorrência está condicionada à presença simultânea

de três fatores: agregado potencialmente reativo, umidade e álcalis. (NBR

15577-1, 2008, p. 2).

Trata-se de uma reação fortemente expansiva, que gera tensões internas no

concreto e, consequentemente, fissuração. Apesar de dificilmente ser a causa de

colapsos, a RAA possibilita a entrada de agentes agressivos que, por sua vez, irão

causar a deterioração da estrutura.

É de conhecimento geral que as principais evidências desta manifestação patológica

são:

20

• Fissuras em forma de mapa;

• Depósito de gel esbranquiçado nos poros do concreto;

• Entorno das bordas dos grãos de agregado com coloração característica;

• Descolamento dos grãos do agregado;

• Queda acentuada da resistência à flexão, podendo haver quedas na

resistência compressão e principalmente no módulo de elasticidade do

concreto, o que poderá ocasionar deformações excessivas.

Abaixo seguem exemplos dos efeitos da RAA no concreto, tanto em nível

microscópico, Figura 2, quanto em nível macroscópico, Figura 3, Figura 4a e Figura 4b.

Figura 2 - Aspecto de detalhe do concreto – Dolfim 3 no qual se observa o gel da reação desenvolvendo-se na borda do agregado graúdo. Microscópio de luz transmitida - ampliação 50x.


Figura 3 - Fissuras, em formato de mapa, decorrentes da RAA em uma fundação

FONTE: (Figuerôa & Tibério, 2007)

21

Figura 4a - Reação álcali-sílica em um bloco de pilar

GGG

FONTE: (U.S. Department of transportation,

2011)

Figura 4b - Reação álcali-sílica em um piso de

concreto

FONTE: (U.S. Department of transportation,

2011)

Existem três tipos de RAA: Reação álcali sílica, reação álcali-silicato e reação álcali-

carbonato. Todavia, de interesse prático real, somente há preocupação com a

reação álcali-sílica, pelo fato de ocorrerem com uma frequência bem maior.

A NBR 15577-1:2008, as define como:

Reação álcali-sílica (RAS): tipo de reação álcali-agregado em que

participam a sílica reativa dos agregados e os álcalis, na presença do

hidróxido de cálcio originado pela hidratação do cimento, formando um gel

expansivo. Constituem exemplos de sílica reativa: opala, tridimita,

cristobalita, vidro vulcânico, e ntre outros. Este é o tipo de reação álcali-

agregado que mais rapidamente se desenvolve. (NBR 15577-1, 2008, p. 2).

Reação álcali-silicato: tipo específico de reação álcali-sílica em que

participam os álcalis e alguns tipos de silicatos presentes em certas rochas.

Os silicatos reativos mais comuns são o quartzo tensionado por processos

tectônicos e os minerais da classe dos filossilicatos presentes em ardósias,

filitos, xistos, gnaisses, granulitos, quartzitos, entre outros. Geralmente, esta

reação é mais lenta do que a RAS. (NBR 15577-1, 2008, p. 2)

Reação álcali-carbonato: tipo de reação álcali-agregado em que participam

os álcalis e agregados rochosos carbonáticos. A forma mais conhecida de

deterioração do concreto é devida à desdolomitização da rocha e

conseqüente enfraquecimento da ligação pasta-agregado. Não há a

formação de gel expansivo, mas de compostos cristalizados como brucita,

carbonatos alcalinos, carbonato cálcico e silicato magnesiano. Como a

reação regenera os hidróxidos alcalinos, a desdolomitização terá

22

continuidade até que a dolomita tenha reagido por completo ou a fonte de

álcalis se esgote. (NBR 15577-1, 2008, p. 2)

2.2.1 Processo álcali-agregado

O mecanismo e alguns aspectos da reação ainda apresentam incertezas. Todavia, o

modelo básico está esclarecido. Segundo Ribeiro e Cunha (2014), a reação álcali

sílica ocorre quando o agregado utilizado no concreto possui sílica em sua

composição, esta sílica reage com os íons alcalinos (Na+ e K+) e os hidroxilos (OH-),

presentes na solução intersticial da parte do cimento, produzindo um gel silicato

alcalino. Os íons de cálcio (Ca2+), provenientes do hidróxido de cálcio, Ca(OH)2,

formado durante a reação água/cimento no concreto, entram em contato com o gel

de silicato alcalino, dando origem a geles de silicatos de cálcio, sódio e potássio.

Esses geles absorvem as moléculas de água e se expandem. Dando origem ao

fenômeno expansivo da RAA.

Essas reações podem ocorrer de maneira muito lenta, geralmente já após o

endurecimento do concreto, de acordo com (Poole, 1992) a deterioração pode

ocorrer em questão de dias, ou após anos, ou até décadas, até que os álcalis do

cimento reajam completamente com o agregado. Estima-se um tempo médio

necessário de 5 a 12 anos para isso se desenvolver.

Os íons do sódio e do potássio são provenientes de impurezas do cimento, e a

concentração máxima recomendada destas substâncias é representada pela

equação abaixo:

(%N2O + 0,658%K2O) ≤ 0,6% do peso do cimento (3)

Ou

≤ 3Kg/m³ de concreto (4)

Se respeitadas essas proporções de álcalis, a reação álcali agregado é prevenida,

independentemente do tipo de agregado utilizado. Todavia, se houver um excesso

de cimento na mistura, esta proporção de 0,6% não é mais válida uma vez que os

teores de álcalis podem ultrapassar os 3kg/m³.

23 O tamanho das partículas de sílica também tem influência sobre a velocidade de

reação, que quando muito pequenas acabam inibindo o fenômeno expansivo da

RAA. Segundo Paulon (1981), agregados reativos de dimensões muito reduzidas

provocam uma reação profunda e total antes que o gel tenha se formado. Grandes

quantidades de materiais finos, devido a sua grande superfície específica, provocam

redução rápida na concentração de álcalis de tal forma que os agregados maiores

não tenham oportunidade de sofrer as reações secundárias, que provocam a

formação do gel expansivo.

Dessa maneira, uma das formas de se impedir a RAA é através da adição de

pozolanas no traço do concreto, em especial a microsílica, devido a sua elevada

finura braile da ordem de 6000 cm²/g, bem maior que a do cimento que é de 2600

cm²/g. Devido a sua elevada área superficial a sílica presente na pozolana reage

com os álcalis do cimento ainda na fase fluida do concreto. Portanto, mesmo que

sejam usados agregados reativos no concreto, os álcalis reativos do cimento já terão

sido consumidos, eliminando a possibilidade de ocorrer a RAA.

Outros fatores determinantes para a ocorrência da RAA são a temperatura e

umidade locais. Quanto maior a temperatura no local, mais rapidamente a reação se

desencadeará e, consequentemente, a RAA se manifestará mais cedo. Todavia,

para que possa ocorrer a reação, é necessária a presença de água. A mesma pode

ser oriunda do contato direto da estrutura com a chuva, água do mar e lençóis

freáticos, no caso de fundações, ou do excesso de água, no caso em que o fator

água/cimento é superior ao necessário para a hidratação do concreto, ou da própria

umidade, quando superior a 85% a 20°C.

Diante disto, podemos estabelecer fatores relevantes para a formação da reação

álcali-agregado, sendo eles:

• Agregado potencialmente reativo;

• Elevada umidade;

• Alcalinidade do cimento (teor de %N2O + 0,658%K2O);

• Temperatura;

• Granulometria do material, quanto mais fino, mais reativo.

24

2.2.2 Análise da reação álcali-agregado

Existem diversos métodos na literatura que procuram caracterizar um agregado

quanto a sua nocividade em relação à RAA. No entanto, a norma cita somente a

análise petrográfica para caracterizá-los através do método de determinação da

mitigação da expansão em barras de argamassa pelo método acelerado, e também

pelo método de determinação da expansão em prismas de concreto.

Através da petrografia é possível identificar a composição química do mineral, assim

como sua textura. Nela, o petrógrafo analisa visualmente o agregado, a fim de definir

suas características geológicas e, assim, consegue determinar se o mesmo possui

algum potencial reativo. No entanto, para um diagnóstico mais preciso,

frequentemente é necessário o uso de testes complementares. Pires (2009), faz

observações importantes quanto as particularidades dos testes:

Cabe ressaltar o caráter subjetivo dessa análise, devendo ser realizada por

um petrógrafo experiente para obtenção de resultados confiantes. É

importante mencionar também que a análise petrográfica classifica a rocha

(agregado) unicamente quanto ao seu potencial reativo. A análise de

expansão deletéria deve ser verificada através de testes que combinem o

agregado com o cimento, por exemplo, os ensaios de reatividade de

prismas de concreto e de barras de argamassa (Pires, 2009).

A Norma responsável por essa análise é a NBR 15577-3:2008 - Agregados -

Reatividade álcali-agregado Parte 3: Análise petrográfica para verificação da

potencialidade reativa de agregados em presença de álcalis do cimento. A mesma

cita que:

Esta parte da ABNT NBR 15577 estabelece os procedimentos de análise

petrográfica por microscopia ótica. Entretanto, pode requerer técnicas

complementares, como coloração seletiva de minerais, análise por difração

de raios-X (DRX), análise termodiferencial (ATD), espectroscopia de

infravermelho, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise de

raios-X por energia dispersiva (EDX), (NBR 15577-3, 2008, p. 3).

Já o método da expansão em barras de argamassa pelo método acelerado, consiste

na imersão de barras de argamassa, contendo o agregado a ser estudado, em uma

solução de hidróxido de sódio, NaOH, com concentração de 1N e temperatura de 80

25 °C por um período de 14 dias. Se o resultado obtido nesse ensaio indicar expansão

menor que 0,19% aos 30 dias, o agregado pode ser considerado potencialmente

inócuo para uso em concreto.

Caso a expansão obtida no ensaio acelerado seja maior ou igual que 0,19% aos 30

dias, o agregado é considerado potencialmente reativo nesse ensaio. Nesse caso,

pode ser feito o ensaio em prismas de concreto para confirmar o resultado.

O Método de prismas de concreto necessita de um tempo maior para a execução,

mas oferece uma maior precisão no resultado. Ele consiste em expor prismas de

argamassa, contendo o agregado ao qual se deseja testar, em ambiente saturado

com água à temperatura de 38 ºC por 365 dias. Se a expansão for inferior a 0,04% o

agregado é considerado potencialmente inócuo, e se superior a 0,04% o agregado é

considerado potencialmente reativo.

2.3 Ação dos íons de cloreto

Os íons de cloreto têm a capacidade de romper a película passivadora, que protege

a armadura no interior do concreto, e também de acelerar o processo de corrosão.

Dentre os agentes agressivos, o íon de cloreto é o mais comum, podendo estar

presente em qualquer localidade, não somente em ambiente marinho.

O íon cloreto é um dos piores agentes agressivos, pois quando atinge a armadura

pode desencadear a sua corrosão mesmo em meios de elevado pH.

2.3.1 Fontes de íons de cloreto

Os cloretos podem estar presentes no concreto através de diversos canais de

entrada. Em regiões marinhas, a principal forma de contato é através da água do

mar, no caso de regiões próximas à ambientes marinhos, este contato se dá através

de ventos que podem carregar sais na forma sólida ou como gotas de solução

salina.

Outras maneiras são através de agregados extraídos de locais que no passado

estavam cobertos por água do mar, aditivos aceleradores de pega que contenham

CaCl2, ambientes industriais, e também materiais de limpeza, como por exemplo os

que contém ácido muriático (HCl).

26 Nas zonas de respingos de estruturas localizadas em ambiente marinho, ocorrem

ciclos alternados de umidificação e secagem devido à variação de marés. Nos ciclos

de umidificação, os cloretos penetram no concreto através da sucção da água do

mar pelos poros e vasos capilares. Uma vez infiltrados, ocorre sua difusão devido à

diferença de concentração, distribuindo assim os íons de cloreto no interior do

concreto.

Nos ciclos de secagem, evapora-se somente a água. Com isso, no decorrer do

tempo, há o acúmulo progressivo de cloreto na superfície do concreto, agravando as

condições de corrosão.

2.3.2 Rompimento da película passivadora e aceleração do processo

corrosivo

Os ânions de Cl- podem destruir a película passivadora que protege a armadura no

interior do concreto. O processo de formação da película passivadora é explicado no

capítulo que fala sobre corrosão, no item 2.6. O processo ocorre conforme as

seguintes reações:

Fe2++ 2Cl− → FeCl2 (5)

FeCl2 + 2OH− → 2Cl− + Fe(OH)2 (6)

Como pode ser observado, o ânion funciona como catalisador, mas não são

consumidos na reação, portanto, pequenas quantidades de cloreto podem ser

suficientes para iniciar o processo corrosivo.

O efeito da presença de íons agressivos é o de baixar o pH em pontos

discretos da película passivadora, destruindo-a totalmente. Nesses pontos,

formam-se zonas anódicas de pequenas dimensões, e o restante da

armadura constitui uma enorme zona catódica, ocorrendo uma intensa

corrosão nesses pontos anódicos (Fusco, 2012)

A Figura 5 Ilustra a diferença entre a corrosão do tipo generalizada no concreto,

neste caso, ocasionada pela carbonatação, e a corrosão puntiforme desencadeada

pela ação dos íons de cloreto.

27 Figura 5 - Aparência superficial da corrosão generalizada desencadeada pela carbonatação do concreto (a) e

da corrosão puntiforme desencadeada pela ação dos íons cloreto (b)

FONTE: Figueiredo & Meira (2011)

Sem a presença do cloreto, a película passivadora só poderia ser rompida devido a

algum fenômeno físico ou devido à redução do pH para índices inferiores a 9. O

esquema do fenômeno químico é ilustrado na Figura 6.

Figura 6 - Processo de rompimento da película passivadora

FONTE: Treadaway (1988)

Por se tratar de um eletrólito forte, a presença do cloreto gera um aumento da

condutividade, a qual é fundamental ao processo de corrosão.

28 Na Figura 7 Ribeiro e Cunha (2014) descrevem os efeitos da concentração de

cloretos no caso do ferro em água saturada de ar, em temperatura ambiente.

Figura 7 - Efeitos da concentração de cloreto de sódio na taxa de corrosão

FONTE: Ribeiro & Cunha (2014, p. 108)

A taxa relativa de corrosão atinge seu grau máximo quando a concentração de

cloreto de sódio chega a 3% e depois decresce até um teor de 26% (Ribeiro &

Cunha, 2014).

2.3.3 Limite crítico de cloretos

A chegada dos cloretos às proximidades da armadura, por si só, não garante o início

do processo de corrosão. É necessária uma quantidade mínima que irá depender de

uma série de fatores relacionados ao concreto e ao ambiente à sua volta.

Pesquisas sugerem que a quantidade mínima necessária está ligada à proporção de

cloretos com relação aos íons de hidróxido [Cl-/OH-]. Quando está proporção

ultrapassa 0,6, a película passivadora dissolve-se.

Para facilitar o cálculo dessa quantidade, estabeleceu-se um padrão relacionado à

quantidade de cimento. A Tabela 1 mostra os limites de cloretos estabelecidos por

diversas normas. Vale ressaltar que apesar da NBR 6118:2014 não fazer referência

ao teor de cloretos, mas a NBR 12655:2015 - Concreto de cimento Portland -

Preparo, controle e recebimento – Procedimento, cita os teores de cloretos

máximos, conforme Tabela 12 no item 3.1.2.

29

Tabela 1 - Teor limite de cloretos para diversas normas

FONTE: Figueiredo E. P. (2011)

Mesmo não estabelecendo teores máximos de cloretos, a NBR 6118:2014, proíbe o

uso de aditivos acelerados de pega que contenham cloretos em sua composição.

Outros fatores, como os relacionados ao concreto, os fatores externos e a interface

com o aço, podem influenciar nesses valores estabelecidos pelas normas. A Tabela

2 lista estes fatores.

Tabela 2 - Fatores que influenciam o limite crítico de cloretos

FONTE: Figueiredo E. P. (2011)

As variáveis relacionadas à interface do aço com o concreto dizem respeito ao

acúmulo pontual de cloreto em um local específico devido às falhas de fabricação do

aço e também devido às falhas de formação da película passivadora. Os fatores

relacionados ao concreto dizem respeito à sua permeabilidade, sua basicidade e a

capacidade de difusão dos coretos no entorno da armadura. As variáveis

relacionadas aos fatores externos dizem respeito a fatores potenciadores da

corrosão.

NORMA PAÍS ANO TEOR DE CLORETOS RECOMENDADONBR 6118 Brasil 2007 Não se reporta ao teor de cloretos

≤ 0,15% em relação à massa de cimento, em ambiente com cloretos

≤ 0,3% em relação à massa de cimento, em ambiente normal

≤ 1% em relação à massa de cimento, em ambiente seco

≤ 0,6% em relação à massa de cimento, concreto protendido

CEB Europa 1991NP EM 206-1 Portugal 2007

BS 8110:1 Inglaterra 1985JCSE-SP2 Japão 1986 ≤ 0,60 Kg/m³ de concreto

0,40% em relação à massa de cimento

ACI 318S-05 USA 2005

30

2.3.4 Fatores influentes na velocidade de propagação e penetração dos íons

de cloreto

Alguns dos fatores que influenciam a velocidade de propagação e o grau de

penetração dos íons cloretos são os mesmos que contribuem para a carbonatação.

Todavia, cada um dos parâmetros pode influenciar de uma maneira diferente.

O cloreto pode se apresentar de 3 formas no concreto: quimicamente ligado

ao aluminato tricálcico (C3A), formando cloro-aluminato de cálcio ou sal de

Friedel (C3A.CaCl2.10H2O); adsorvido na superfície dos poros; e sob a

forma de íons livres, (Ribeiro & Cunha, 2014, p. 110).

Todavia, os cloretos que se encontram ligados ao C3A e adsorvidos na superfície

dos poros são quimicamente inertes, sendo os que estão na forma de íons livres os

que causam preocupação.

2.3.4.1 Tipo de cimento e adições

O aluminato tricálcico (C3A), é capaz de se combinar com os íons de cloreto e

transforma-los em um sal insolúvel, anulando os possíveis efeitos deletérios que

poderiam causar. Este composto é formado durante as fases de hidratação do

cimento e está presente na maioria dos cimentos comerciais.

Rasheeduzzafar (1990), verificou que cimentos com teores mais elevados de C3A

possuem um desempenho superior com relação à absorção dos íons de cloreto,

como mostra a Tabela 3.

Tabela 3 - Quantidade de cloretos em relação a diversos teores de C3A

Teor de C3A % de cloretos livres Acréscimo de tempo para iniciar a corrosão

2% 86% Referência 9% 58% 1,75 vezes

11% 51% 1,93 vezes 14% 33% 2,45 vezes

FONTE: Rasheeduzzafar (1990)

Todavia, altos teores de C3A no cimento podem vir a causar o aumento de

fenômenos patológicos relacionados ao ataque de sulfatos e a reação álcali-

agregado. Sendo aconselhável sua utilização juntamente com aditivos pozolânicos,

como cinzas volantes, escórias de alto forno e microsílica.

31 O cimento com adições é um cimento cuja formulação foi incrementada com

materiais pozolânicos, em geral metacaulim e sílica ativa. Os materiais pozolânicos

têm como característica um elevado teor de sílica em sua composição química, a

qual serve como um material aglomerante que vem a complementar a resistência do

concreto e também outros aspectos.

A maioria dos materiais pozolânicos possui uma granulometria muito fina. Devido a

esta característica, eles conseguem diminuir a porosidade do concreto, o que pode

vir a dificultar a penetração e difusão dos íons de cloreto. Outros tipos de materiais

pozolânicos muito utilizados são as, já mencionadas, escórias de alto forno e cinzas

volantes.

Na Tabela 4, Meira (2004) descreve a influência do tipo de cimento e da adição no

coeficiente de difusão dos cloretos.

Tabela 4 - Coeficiente de difusão de cloretos

Tipo de cimento Coeficiente de difusão x 10-9 (cm²/s)

Cimento Portland comum 44,7 Cimento com 30% de cinza volante 14,7

Cimento com 65% de escória 4,1 Cimento resistente à sulfatos

(baixo teor de C3A) 100

FONTE: Meira (2004)

2.3.4.2 Fator Água/cimento, adensamento e cura

O fator água/cimento influencia na porosidade do concreto. O concreto necessita de

uma quantidade mínima de água para iniciar o processo de hidratação do cimento,

no entanto, é necessária uma quantidade extra de água para que o concreto adquira

uma maior fluidez. Durante o processo de cura, uma parte dessa água extra

evapora, criando caminhos no interior do concreto que mais tarde se tornarão

espaços vazios, os quais irão diminuir a resistência do concreto e também servir

para o alojamento de substâncias agressivas, como os íons de cloreto e outras mais.

Uma outra parte dessa água extra, que não evapora durante o processo de cura,

permanece no concreto depois de ele já endurecido, vindo a evaporar no decorrer

de anos.

32 Na Figura 8 Jaegermann (1990) ilustra os efeitos da relação a/c na penetração de

cloretos.

Figura 8 - Efeitos da relação água/cimento na penetração de cloretos

FONTE: Jaegermann (1990)

O adensamento contribui diretamente com a penetração de cloretos no concreto.

Um adensamento insuficiente pode contribuir para uma maior porosidade do

concreto, além de que, em casos extremos, pode ocasionar o surgimento de ninhos

de concretagem, onde a armadura pode entrar em contato direto com o meio

externo ou ter um cobrimento menor que o especificado.

A cura, quando executada de forma inadequada, pode ocasionar fissuras devido aos

esforços internos de retração do concreto. Tais fissuras podem se tornar o meio de

entrada para agentes agressivos, incluindo os íons de cloreto.

Na Figura 9, Jaegermann (1990) ilustra o efeito do tempo de cura e do fator

água/cimento sobre a profundidade de alcance dos cloretos:

33

Figura 9 - Efeito da cura e da relação água/cimento na profundidade de alcance dos cloretos

FONTE: Jaegermann (1990)

2.3.4.3 Fissuras

A velocidade com que os cloretos penetram no concreto depende da abertura das

fissuras existentes. A NBR 6118:2014 estabelece limites para a abertura máxima

das fissuras de acordo com o tipo de concreto estrutural e a classe de agressividade

ao qual está inserido, como pode ser visto na Tabela 5.

34

Tabela 5 - Relação entre a abertura máxima das fissuras e a classe ambiental

FONTE: NBR 6118 (2014, p. 80)

2.3.4.4 Carbonatação

Como já dito anteriormente, o cloreto pode estar presente no concreto ligado

quimicamente ao aluminato tricálcico (C3A), formando cloro-aluminato de cálcio ou

sal de Friedel (C3A.CaCl2.10H2O). Quando ocorre a carbonatação, o CO2 consegue

desprender estes íons de cloreto e passa-los à condição de livres, aumentando a

quantidade total de ânions de cloreto nessa situação. Desta forma, o efeito de

corrosão é potencializado, uma vez que os íons livres de cloreto são os

responsáveis pelos efeitos deletérios nas armaduras.

O local onde o píer está localizado recebe navios diariamente, sendo estes movidos

por motores a diesel. Portanto, neste ambiente existe a presença do gás carbônico

e, possivelmente, a carbonatação.

35

2.3.4.5 Temperatura e umidade

De acordo com Figueiredo (2011),

O aumento da temperatura estimula a mobilidade das moléculas,

favorecendo o seu transporte através da microestrutura do concreto. Por

outro lado, quando a temperatura diminui, pode ocorrer condensação no

concreto, ocasionando um aumento da umidade do material. (Figueiredo E.

P., 2011)

Al-Khaja (1997), na Figura 10, demonstra a importância da temperatura na

penetração dos cloretos no concreto. Nela, ele também compara os

comportamentos do cimento Portland comum e o cimento resistente à sulfatos, que

contém baixos teores de C3A.

Figura 10 - Efeito da temperatura no ingresso de cloretos em concretos de cimento Portland comum (a) e resistente a sulfatos (b)

FONTE: Al-Khaja (1997)

A umidade, por sua vez, favorece o efeito corrosivo por possibilitar que moléculas de

água penetrem no interior do concreto.

O píer em estudado recebe uma alta incidência solar e, por isso, está sujeito a

elevadas médias de temperatura no decorrer do ano. Além disso, por ser tratar de

um ambiente marinho, a umidade ambiente está sempre alta.

Na Figura 11, Gentil (1996) evidencia a influência da deposição de partículas de

cloreto de sódio na superfície de ferro em diferentes valores de umidade relativa.

36 Figura 11 - Influência da deposição de partículas de sódio nas superfícies de ferro. (1) UR 58%; (2) UR 70%; (3)

UR 80%; (4) UR 89%; (5) UR 94%; (6) UR 97%

FONTE: Gentil (1996)

2.4 Carbonatação

O CO2 presente na atmosfera, na presença de umidade, reage com o cimento

hidratado presente no concreto, de forma a interagir quimicamente com o hidróxido

de cálcio, Ca(OH)2, e transforma-lo em carbonato. A carbonatação, no entanto, não

apresenta nenhum efeito deletério ao concreto no que diz respeito a suas

propriedades intrínsecas, com exceção do consumo do hidróxido de cálcio, que faz

com o que o concreto perda sua basicidade, que normalmente é em torno de 12,5,

aumentando o grau de acidez do mesmo, podendo chegar a valores próximos ao 9,

o que pode gerar a remoção da película passivadora, possibilitando a ocorrência da

corrosão.

A carbonatação ocorre, principalmente, nos ambientes das grandes cidades, onde

existe a emissão de CO2 pelo escapamento dos carros, podendo ocorrer com maior

intensidade em garagens subterrâneas e em túneis. No lugar onde o píer está

localizado trafegam navios com motores movidos à diesel, portanto, existe a

presença de CO2 na atmosfera, podendo existir a carbonatação.

37

2.4.1 Fenômeno da carbonatação

Com relação às concentrações necessárias para a ocorrência da carbonatação,

Neville cita que:

A ação do CO2 ocorre mesmo com pequenas concentrações, como as

presentes no ambiente rural, onde o teor de CO2 é cerca de 0,03% em

volume. Em um laboratório não ventilado, esse teor pode chegar a mais de

0,1%, e em cidades grandes, o valor médio é 0,3% e, excepcionalmente,

chega a 1%. (Neville, 2016, p. 518)

Segundo Taylor (1997) o mecanismo do processo químico tem como uma das

etapas a dissolução do dióxido de carbono:

𝐶𝐶𝐶𝐶2 + 2𝐶𝐶𝑂𝑂− → 𝐶𝐶𝐶𝐶32− + 𝑂𝑂2𝐶𝐶 (7)

Paralelamente os íons de OH- e Ca2+ são obtidos através da dissolução dos

hidróxidos originados da reação água/cimento:

𝐶𝐶𝐶𝐶(𝐶𝐶𝑂𝑂)2 → 𝐶𝐶𝐶𝐶2+ + 2𝐶𝐶𝑂𝑂− (8)

Posteriormente, os íons de 𝐶𝐶𝐶𝐶32− reagem com o Ca2+, formando o carbonato de

cálcio:

𝐶𝐶𝐶𝐶2+ + 𝐶𝐶𝐶𝐶32− → 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶3 (9)

No caso anterior, foi citado a carbonatação através do hidróxido de cálcio. Este é o

mais solúvel dentre os produtos da hidratação do cimento, além de ser o que reage

mais rapidamente com o CO2. De acordo com Neville (2016, p. 518), quando ocorre

sua diminuição, também é possível ocorrer a carbonatação do silicato de cálcio

hidratado, o C-S-H.

2.4.2 Efeitos da carbonatação

A carbonatação não é a causa da deterioração do concreto. No entanto, ela

consome o hidróxido de cálcio presente na água dos poros do concreto, o qual é

responsável por garantir sua basicidade. Seu consumo faz com que o pH do mesmo

diminua, até chegar ao ponto de extinguir a película passivadora e ,assim,

desproteger a armadura contra a corrosão.

38 Como o CaCO3 produzido possui um volume cerca de 11% maior do que o do

CA(OH)2, o qual substitui, a porosidade do concreto carbonatado diminui. Além

disso, a água gerada durante o processo de carbonatação reage com o cimento

ainda não hidratado, aumentando a resistência do concreto naquele local. Estes dois

efeitos são benéficos ao concreto, uma vez que ocorre a diminuição da

permeabilidade, o que dificulta a entrada de agentes agressivos, e também um

aumento da dureza e da resistência superficial.

A carbonatação também ocasiona a retração do concreto. Este fenômeno pode

parecer divergente ao fato de que os carbonatos possuem um volume maior do que

os hidróxidos de cálcio. Todavia, ele pode ser explicado pelo hidróxido de cálcio, que

participa do fenômeno químico, estar localizado em zonas de alta tensão, enquanto

que a precipitação dos carbonatos ocorre em espaços vazios do concreto e que não

estão sujeitos a tensões.

Estes resultados da retração, na prática, não são significativos para o concreto. Este

fenômeno ocorre somente na frente de carbonatação, e a mesma não possui

dimensões significantes diante do volume total do concreto.

A carbonatação acaba por favorecer a ação dos íons de cloreto. Segundo Figueiredo

(2011, p. 897), “Um concreto carbonatado não possui a mesma capacidade de

combinar cloretos que um concreto não-carbonatado”.

Considerando um concreto que possui certa quantidade de cloretos combinados e

outra livre, embora inferior à necessária para despassivar a armadura, quando esse

concreto começa a carbonatar, a redução de pH promove a quebra de ligações entre

o C3A e os cloretos, fazendo com que parte dos cloretos combinados passem à

condição de livres. Dessa forma, a quantidade de íons livres pode atingir o limite

crítico de rompimento da camada passiva da armadura, mesmo com uma

quantidade total de cloretos mais baixa.

2.4.3 Difusão de CO2

A carbonatação se espalha no interior do concreto através de difusão nos poros de

concreto. Ela ocorre progressivamente a partir do meio externo do concreto e em

39 uma velocidade decrescente, uma vez que, à medida que vai penetrando, sua

velocidade de propagação vai se reduzindo.

Quando não existe água, a carbonatação não ocorre porque o CO2 não consegue

reagir com o cimento hidratado. Quando o ambiente está totalmente saturado,

haverá muito pouca carbonatação, devido à baixa difusidade do CO2 em meios

totalmente saturados, Neville (2016, p. 519) assinala que “a difusão do CO2 em água

é quatro ordens de grandeza mais lenta do que no ar”. Finalmente, se os poros

estiverem parcialmente saturados, a frente de carbonatação consegue avançar para

o interior do concreto. Conforme pode ser visto na Figura 14.

2.4.4 Frente de carbonatação

A frente de carbonatação é o pedaço do cobrimento do concreto onde o pH foi

reduzido devido à diminuição das moléculas de hidróxido de cálcio. Cascudo e

Carasek (2011) esclarecem o fenômeno:

Uma característica do processo de carbonatação é a existência de uma

“frente” de avanço do processo, que separa duas zonas de pH muito

diferentes: uma com pH em torno de 9 ou menor (carbonatada) e outra com

pH maior que 12 (não carbonatada). (Cascudo & Carasek, 2011, p. 866).

Entre essas duas zonas existe uma terceira que seria a zona parcialmente

carbonatada. Nela, as reações químicas da carbonatação ainda estão em

desenvolvimento, seu pH apresenta valores entre o 9, da zona carbonatada, e o 12

da zona não carbonatada, como observado na Figura 12.

Figura 12 - Gradiente de pH na frente de carbonatação

FONTE: Cascudo & Carasek (2011)

40 Devido à presença do agregado graúdo, a frente de carbonatação não avança como

uma linha reta. A presença de fissuras pode possibilitar um avanço mais rápido da

carbonatação, permitindo que avance localmente em certos pontos do concreto.

A espessura da frente de carbonatação pode ser estimada através da fórmula

abaixo descrita por Neville (2016, p. 520), que decorre da lei de difusão de Fick:

D=Kt0,5 (10)

Onde:

D = Profundidade da carbonatação (mm)

K = Coeficiente de carbonatação (mm/ano0,5)

t = Tempo de exposição (anos)

Os valores de K são, com frequência, maiores que 3 ou 4 mm/ano0,5, para concretos

de baixa resistência.

Existem diversos modelos matemáticos que tentam prever o comportamento da

carbonatação, a maioria deles segue o padrão da lei de Fick, mas acrescentam

outros elementos no coeficiente K, de modo a deixa-lo mais preciso. Todavia, é

importante ter em mente que estes modelos não consideram uma série de fatores,

como as variações sazonais de temperatura, a umidade e também a concentração

de CO2. Portanto, as estimativas feitas por tais modelos geralmente são mais

conservadoras do que a realidade.

2.4.5 Fatores que influenciam a carbonatação

O principal fator que deve ser levado em conta no que diz respeito ao controle de

carbonatação, é a difusidade do concreto. A difusidade irá depender do sistema de

poros que compõe a camada de cobrimento do concreto, que por sua vez dependem

da composição do concreto e de sua execução na obra. A Figura 13 ilustra os

principais fatores que influenciam a carbonatação.

41

Figura 13 - Fatores intervenientes na carbonatação do concreto

FONTE: Cascudo & Carasek (2011, p. 856)

É comum que se diga que a resistência à carbonatação de um concreto, e também a

outros fenômenos patológicos, depende de sua permeabilidade, quando, na

realidade, o fator de real relevância é a difusidade do concreto. A maior parte dos

fatores listados na Figura 13, estão, de fato, relacionados à permeabilidade, no

entanto outros fatores como a humidade, a temperatura e o teor de CO2 na

atmosfera não estão relacionados à mesma, sendo estes fatores cruciais na

penetração do CO2 no concreto, por influenciarem sua difusidade.

2.4.5.1 Teor de CO2,temperatura e umidade relativa

A medida que o teor de CO2 aumenta na atmosfera, o fenômeno da carbonatação

se torna mais agressivo. Conforme já mencionado, Neville (2016, p. 518) ressalta as

diferentes concentrações de CO2 na atmosfera conforme o ambiente:

42

Tabela 6 - Concentraçao volumétrica de CO2 no ar em relação a alguns tipos de ambiente

Concentração de CO2 no ar (em volume) Tipo de ambiente

0,03% Ambiente rural

0,1% Ambiente de laboratório (não ventilado)

0,3% Ambiente urbano 1,0% Ambiente urbano-industrial

FONTE: Neville (2016, p. 518)

A temperatura, por sua vez, influencia na velocidade das reações químicas no

interior do concreto. A mobilidade dos íons da reação é aumentada, o que favorece

a ocorrência de reações químicas mais rapidamente.

Já a umidade relativa do ar, se faz necessária de forma que os poros possuam certa

quantidade de água, de acordo com Ribeiro e Cunha (2014), a melhor condição para

a carbonatação é a na qual se observa a presença de um filme de umidade nas

paredes capilares e livre acesso para a entrada de CO2, conforme Figura 14:

Figura 14 - Representação esquemática de um processo efetivo de carbonatação do concreto, estando os poros parcialmente preenchidos com água (concreto com U.R. normal do ambiente)


Rosenberg, Hansson e Andrade (1989) realizaram testes para saber a umidade

ótima para ocorrência da carbonatação. Os resultados demo straram que a

faixa máxima de percentagem carbonatada acontece nas umidades relativas entre

50% e 70%, conforme Figura 15.

43

Figura 15 - Grau de carbonatação em função da umidade

FONTE: Rosenberg, Hansson, & Andrade (1989)

2.4.5.2 Relação água/cimento e cura

A relação água/cimento influencia diretamente na porosidade do concreto. Quanto

maior a quantidade de água, maior a quantidade de espaços vazios, uma vez que

está água irá evaporar quando finalizado o processo de cura, criando poros e vasos

capilares por onde a carbonatação, e também outros agentes agressivos, podem se

difundir.

Em pastas de cimento, quando a relação a/c aumenta de 0,4 para 0,8, o volume de

poros cresce cerca de cinco vezes (Mehta & Monteiro, 2006, p. 150).

Da mesma forma, a cura também contribui para uma menor porosidade do concreto.

Pois, uma cura bem feita, permite que mais reações químicas entre a água e o

cimento ocorram, diminuindo a presença de água livre e, posteriormente, diminuindo

a quantidade de poros formados no interior do concreto. Além disso, a cura diminui o

efeito de retração plástica do concreto nos primeiros dias de vida, evitando fissuras

decorrentes deste fenômeno.

A Figura 16 demonstra a influência da relação água/cimento e do tipo de cura na

resistência à carbonatação do concreto.

44

Figura 16 - Influência da relação a/c e da condição de cura na profundidade carbonatada do concreto

FONTE: Pina (2009)

A relação água/cimento, o tempo de cura e também o consumo de cimento

influenciam diretamente na resistência à compressão do concreto, por isso é

possível dizer que a resistência à carbonatação é proporcional à resistência à

compressão do concreto. Está afirmação não está errada, mas a sua simplicidade

esconde as reais causas da resistência à carbonatação. Além disso, a resistência do

concreto é um fator muito relativo, uma vez que os valores encontrados em

laboratório geralmente diferem dos encontrados em amostras do campo, tornando

este tipo de comparação pouco precisa.

2.4.5.3 Consumo de cimento

Quanto maior o teor de cimento no concreto, maior será a resistência do mesmo

contra a carbonatação. Isso pode ser explicado pela quantidade de hidróxido de

cálcio que aumentará em proporção à quantidade de cimento, gerando assim uma

“reserva”, que demorará mais tempo para ser consumida.

É importante frisar, no entanto, que o consumo exagerado de cimento pode agravar

outras patologias, como por exemplo, a reação álcali-agregado e também o ataque

de sulfatos. Portanto, é necessário avaliar o fenômeno patológico preponderante em

uma construção, antes de se tomar a decisão de aumentar o teor de cimento do

concreto.

45 Além disso, teores exagerados de cimento podem potencializar a retração do

concreto, podendo ocasionar o aumento da formação de fissuras. Possibilitando,

nestes casos, aumentar o fenômeno da carbonatação.

A Figura 17 ilustra a influência do consumo de cimento e ainda faz um comparativo

com as condições de cura da amostra.

Figura 17 - Relação entre o teor de cimento e a profundidade carbonatada

FONTE: Pina (2009)

2.4.5.4 Adições no cimento

No mundo, e principalmente no Brasil, existe uma tendência de se incorporar

adições no cimento, com o intuito de barateá-lo e também gerar algum uso para

resíduos industriais.

A maior parte dos resíduos utilizados possuem características pozolânicas, sendo

eles, principalmente, a cinza volante e a escória de alto forno. Estes materiais

possuem uma granulometria, e também uma composição química, que pode ser

benéfica ao concreto. Além de que são resíduos industriais ao qual não se possui

muita utilidade.

Em geral, devido à suas baixíssimas granulometrias, a cinza volante e a escória de

alto forno, possuem um efeito benéfico ao concreto, pois conseguem diminuir a

porosidade do mesmo. Estas possuem também características aglomerantes, o que

pode aumentar a resistência do concreto. Por diminuir a porosidade,

46 consequentemente diminuem a difusão do CO2 no concreto, e também de outros

agentes agressivos.

Todavia, os materiais pozolânicos reagem com o hidróxido de cálcio, reduzindo sua

quantidade no interior do concreto. Potencializando, assim, o fenômeno da

carbonatação. Uma vez que o concreto possuirá uma menor reserva de Ca(OH)2 na

água armazenada dentro dos poros do concreto.

Diante destes dois efeitos, um negativo e outro positivo, resta saber qual é o

preponderante. Este resultado dependerá de outros fatores como a relação

água/Aglomerante, o teor de adições e a cura do concreto.

Segundo Pina (2009), o efeito negativo de concreto com adições minerais, no caso

de cinzas volantes, só se faz sentir para concretos com teores de cinzas superiores

a 30% e, no caso de sílica ativa, esse efeito só é notável nos concretos de baixa

resistência.

Para concretos com adições, a cura passa a ser um fator mais predominante no que

diz respeito à permeabilidade e, consequentemente, na resistência à carbonatação.

Sendo necessária especial atenção a este fator, conforme ilustrado na Figura 18.

Figura 18 - Influência do teor de adições e da cura úmida na permeabilidade do concreto


2.4.6 Análise da carbonatação

O ensaio da carbonatação é caracterizado pela aplicação de uma solução de

fenolftaleína, a qual irá reagir com as partes do concreto onde o pH se encontra

47 entre 8,3 e 10 tornando-se incolor, indicando que houve uma perda da basicidade

no local. Nos lugares onde o concreto possui uma basicidade maior que 10, a

solução permanece com a coloração rosa. A Figura 19, ilustra este fenômeno e

mostra que as extremidades do cobrimento do concreto já sofreram perda de

basicidade. A Figura 20, demonstra o fenômeno de maneira didática.

Figura 19 - Ilustração do efeito da fenolftaleína

FONTE: Perdrix (2015)

Figura 20 - Ilustração do efeito da fenolftaleína com relação à frente de carbonatação

FONTE: Perdrix (2015)

48 É necessário, no entanto, ter cuidado ao diagnosticar a causa da perda da

basicidade, pois esta não necessariamente pode estar relacionada à carbonatação.

Além da fenolftaleína, outros tipos de indicadores de pH podem ser utilizados, cada

um com a função de indicar diferentes níveis de basicidade conforme Tabela 7. No

entanto, na maioria dos casos a fenolftaleína, somente, é suficiente para determinar

se houve a carbonatação ou não.

Tabela 7 - Principais indicadores de pH utilizados para avaliação da carbonatação no concreto

Fonte: Castro (2003)

É importante ressaltar que a fenolftaleína só reage quimicamente devido à presença

do hidróxido de cálcio do concreto. Portanto, concretos com outros tipos de

aglomerante, que substituem o cimento, ou cimentos de elevado teor de alumina,

que não possuem cal livre, não poderão ser avaliados com o uso dessa técnica.

A profundidade de penetração da carbonatação pode ser medida de diversas

maneiras. Quando possível, o ideal é extrair um testemunho da estrutura a ser

avaliada, aplicando a fenolftaleína nas bordas laterais do corpo-de-prova e em

seguida medir o comprimento da área incolor onde foi aplicada fenolftaleína. A

Figura 21 ilustra esse procedimento.

Indicador de pHFórmula química

(estrutural) do reagenteIntervalo de mudança de cor Preparo da solução

FenolftaleínaIncolor/Vermelho carmim

Faixa de pH 8,3 - 10

Dissolver 10g do reagente em 700 cm³ de etanol e diluir em

300cm³ de água destilada

TimolftaleínaIncolor/Azul

Faixa de pH 9,3 - 10,5

Dissolver 0,4g do reagente em 600 cm³ de etanol e diluir em


Amarelo de alizarina GG (ácido meta-nitrobenzeno-

azo-salicílico)C.I. 14025

Amarelo claro/Amarelo escuroFaixa de pH 10,1 - 12

Dissolver 1g do reagente em 100 cm³ de etanol e diluir em


Amarelo de alizarina R (ácido para-nitrobenzeno-

azo-salicílico)C.I. 14030

Amarelo/Vermelho alaranjadoFaixa de pH 10,1 - 12

Dissolver 0,5g do reagente em 800 cm³ de etanol e diluir em


49

Figura 21 - Aferição da profundidade da carbonatação por meio de testemunhos extraídos em campo

FONTE: VERIFICA DELLA CARBONATAZIONE (2015)

Caso não seja possível extrair um testemunho, amostras de pó de concreto podem

ser obtidas por meio de perfurações, feitas com brocas, em profundidades

sucessivamente maiores para que, então, possam ser verificadas com fenolftaleína.

É necessário ter cuidado para que o pó de uma área do concreto não contamine o

pó de outra área.

Uma outra maneira é a execução de pequenos buracos na estrutura de tamanho

suficiente a permitir a aplicação da fenolftaleína. A dificuldade, neste caso, é a de

determinar a profundidade correta de penetração, uma vez que a mesma não fica

muito clara, como na Figura 39 e Figura 40.

Além do ensaio colorimétrico, que é o da fenolftaleína, também é possível

determinar a espessura carbonatada através da análise química, da difração de

raios X, da espectroscopia de infravermelho e da análise termogravimétrica. Estes

outros são bem mais precisos, no entanto, necessitam de uma infraestrutura

laboratorial, o que dificulta sua utilização.

Não existem normas no Brasil para a aferição da espessura carbonatada no

concreto. O principal documento de referência é a recomendação CPC 18

Measurement of hardened concrete carbonation depth, 1988, da RILEM.

2.5 Ataque de sulfatos

Skalny et al. (2002) define o ataque de sulfatos da seguinte maneira:

O ataque de sulfatos é um termo usado para descrever uma série de

reações químicas entre os íons de sulfato e os componentes do concreto

endurecido, principalmente a pasta de cimento, causada pela exposição do

50

concreto aos sulfatos e à umidade. (Skalny, Marchand, & Odler, 2002, p. 43,

tradução do autor).

De acordo com ACI 201 (1992), o ataque de sulfatos pode ser caracterizado pela

formação de etringita ou gipsita. Ambas as reações químicas prejudicam o concreto

e causam um aumento de volume, tanto internamente, na microestrutura do

concreto, quanto no volume total da peça.

A etringita, 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, é formada no concreto a partir da reação

do aluminato tricálcico, presente no interior do concreto, com o sulfato de cálcio ou

sódio. Já a gipsita, Ca(SO4)∙2H2O, dependendo do cátion associado à solução de

sulfato (Na+ ou Mg2+), pode ser formada a partir do hidróxido de cálcio ou do C-S-H,

silicato de cálcio hidratado.

Ambas geram uma reação expansiva e possuem o formato de cilindros, como pode

ser visto na Figura 22 e Figura 23. Devido à sua forma, semelhante a de agulhas,

elas rompem os produtos da reação água/cimento, e ao mesmo tempo geram um

aumento do volume e também da porosidade do concreto.

Figura 22 - Aglomerações de agulhas de etringita

FONTE: Gregerová & Pospíšil (2015)

51

Figura 23 - Pequenas agulhas de gipsita

FONTE: Vogado, Costa, Lutze, & Gong (2015)

No trabalho de Vogado, Costa, Lutze e Gong (2015), os cristais de gipsita possuíam,

usualmente, 20 µm. A Figura 24a e Figura 24b demonstram esse fenômeno a nível

macroscópico.

Figura 24a - Deterioração visível de placas de concreto expostas aos sulfatos Na- e Mg- presentes

nas águas subterrâneas

FONTE: Skalny, Marchand, & Odler (2002, p. 6)

Figura 24b - Meio-fio deteriorado devido ataque de sulfatos

FONTE: Skalny, Marchand, & Odler (2002, p. 6)

2.5.1 Fontes de sulfatos

As fontes de sulfatos podem ser divididas em internas e externas. No caso das

fontes internas, podem ser oriundas do cimento utilizado, do agregado, de aditivos e

também da água de amassamento. Para esta última, a NBR 15900-7 - Água para

amassamento do concreto Parte 7: Análise química - Determinação de sulfato

solúvel em água, estabelece um padrão para testes, a fim de se verificar a presença

de sulfatos na água.

52 Já com relação às fontes externas, estas podem ser provenientes da água

subterrânea, do solo, de resíduos industriais, de fertilizantes e também do esgoto.

2.5.1.1 Fontes internas

As fontes internas são aquelas que compõem o concreto, quando ainda fresco.

Skalny Et al. (2002), descreve como os sulfatos podem estar presentes no cimento:

O Sulfato de Cálcio é um importante constituinte de todos os cimentos

Portland. Várias formas de sulfato de cálcio são adicionadas ao clínquer

durante sua moagem para possibilitar o controle das características

desejadas do cimento. Os sulfatos também são conhecidos por acelerar o

processo de hidratação do cimento e também por aumentar a resistência

nos primeiros dias de cura. O sulfato pode ser incorporado na forma natural,

ou industrial, de gipsita ou anidrido. (Skalny, Marchand e Odler, 2002, p.

47, tradução do autor).

Aditivos também podem conter certo teor de sulfatos, sendo necessária a verificação

de sua constituição química. O mercado Brasileiro possui uma variada gama de

marcas, portanto é necessário ficar atento não só ao teor de sulfatos dos aditivos,

mas também, principalmente, ao teor de cloretos.

Mesmo sendo incomuns, também é possível citar a presença de sulfatos nos

agregados utilizados no concreto e também na água de amassamento. Estes fatores

dependerão da localidade onde o concreto será produzido, sendo de difícil detecção,

uma vez que os testes para detecta-los não são tão acessíveis e dificilmente

necessários, por se tratar de um problema não usual.

2.5.1.2 Fontes externas

Sais sólidos não atacam o concreto, mas quando estão na forma de solução. Águas

subterrâneas, em geral, costumam apresentar uma alta concentração de sulfatos de

cálcio, magnésio, sódio e potássio. Estes, geralmente, são de origem natural, mas

também podem ser provenientes de fertilizantes e rejeitos industriais.

Mesmo com a presença de sulfatos no ambiente ao qual o concreto está inserido, é

necessário, ainda, um conjunto de fatores para que estes venham a causar algum

53 dano no concreto. Como exemplo: sua concentração, solubilidade, difusibilidade no

concreto e também fatores ambientais.

2.5.2 Tipos de ataques de sulfatos

Os sulfatos podem interagir com o hidróxido de cálcio, o aluminato tricálcico e

também o silicato de cálcio hidratado. Estes são os produtos da reação

água/cimento e são eles que garantem as propriedades do concreto.

As reações dos diversos tipos de sulfato com a pasta de cimento hidratada são

divididas entre as formadoras de etringita e as formadoras de gipsita.

2.5.2.1 Formação de etringita

O sulfato de cálcio, 3CaSO4, ataca o aluminato tricálcico, C3A, formando a etringita:

3CaO∙Al2O3∙12H2O + 3CaSO4 (aq) →

3CaO∙Al2O3∙3CaSO4∙32H2O (Etringita) (11)

O aluminato tricálcico, por sua vez, também pode ser atacado pelo sulfato de sódio,

formando a etringita:

2(3CaO∙Al2O3∙12H2O) + 3(Na2SO4∙10H2O) →

3CaO∙Al2O3∙3CaSO4∙32H2O (Etringita)+ 2Al(OH)3 + 6NaOH + 17H2O (12)

2.5.2.2 Formação de gipsita

O sulfato de sódio, Na2SO4, reage com o hidróxido de cálcio, produzindo a gipsita:

Ca(OH)2 + Na2SO4∙10H2O → CaSO4∙2H2O (gipsita) + 2NaOH + 8H2O (13)

O sulfato de magnésio, 3MgSO4, também pode reagir com o hidróxido de cálcio:

MgSO4 + Ca(OH)2 + 2H2O → CaSO4∙2H2O (gipsita) + Mg(OH)2 (14)

Além do hidróxido de cálcio, o sulfato de magnésio ataca o silicato de cálcio

hidratado, C-S-H:

54

3CaO∙2SiO2 (aq) + 3MgSO4∙7H2O → 3CaSo4∙2H2O (gipsita) + 3Mg(OH)2 + 2SiO2

(aq) + xH2O (15)

O sulfato de magnésio apresenta um maior risco à estrutura do concreto, uma vez

que também reage com o C-S-H:

No caso do ataque do sulfato de magnésio, a conversão do hidróxido de

cálcio para a gipsita é simultaneamente acompanhada pela formação do

hidróxido de magnésio, que é insolúvel e reduz a alcalinidade do sistema.

Na ausência dos íons de hidróxido no sistema, o C-S-H não é mais estável

e é também atacado pelo sulfato de magnésio. O ataque pelo sulfato de

magnésio é, portanto, o mais severo para o concreto. (Mehta & Monteiro,

2006, pp. 161, tradução do autor).

2.5.2.3 Formação de etringita tardia

Este tipo de ataque de sulfatos ocorre quando existe uma fonte interna de etringita.

Geralmente sua presença está ligada a agregados que contenham etringita ou

cimento contendo uma grande quantidade de sulfatos. No caso deste último, a

etringita será formada ainda no concreto fresco.

Se, durante o período de cura, o concreto atinge temperaturas superiores a 65°C,

seja devido a um processo de cura a vapor ou devido ao calor de hidratação, a

etringita no interior do concreto se decompõe liberando íons de sulfato.

Posteriormente, já com o concreto endurecido, estes sulfatos formam, novamente, a

etringita. Causando o fenômeno expansivo e, consequentemente, o aparecimento de

fissuras no concreto.

É necessário ressaltar que, caso o concreto não ultrapasse a temperatura de 65°C

durante o processo de cura, a etringita no seu interior não trará malefícios. Uma vez

que a mesma estará incorporada no interior do concreto, permanecendo inerte.

2.5.3 Fatores que influenciam o ataque de sulfatos

Os fatores que influenciam no ataque de sulfatos ao mesmo tempo são aqueles que

auxiliam em sua prevenção. Sua grande maioria está relacionada ao estudo do

ambiente ao qual o concreto será exposto, além de seus materiais e de sua

qualidade de execução.

55 Tipo de cimento

Primeiramente, é necessário ressaltar que a escolha do tipo de cimento não é

suficiente, por si só, para combater os efeitos deletérios do ataque de sulfatos.

Skalny (2002), recomenda que o tipo de cimento seja escolhido como um nível

secundário de proteção, em adição à baixa difusibilidade do concreto, a escolha dos

agregados e as demais medidas mencionadas a seguir.

A NBR 5737:1992 - Cimentos Portland resistentes a sulfatos, define o cimento como

resistente a sulfatos quando o mesmo possui uma ou mais das seguintes

características:

a) os cimentos cujo teor de C3A do clínquer seja igual ou inferior a 8% e

cujo teor de adições carbonáticas seja igual ou inferior a 5% da massa do

aglomerante total e/ou;

b) os cimentos Portland de alto-forno (CP III) cujo teor de escória granulada

de alto-forno esteja entre 60% e 70% e/ou;

c) os cimentos Portland pozolânicos (CP IV) cujo teor de materiais

pozolânicos esteja entre 25% e 40% e/ou;

d) os cimentos que tenham antecedentes com base em resultados de

ensaios de longa duração ou referências de obras que comprovadamente

indiquem resistência a sulfatos. (NBR 5737, 1992, p. 2)

A imposição de um limite máximo para a quantidade de aluminatos tricálcicos, C3A,

é devido ao sulfato necessitar desse produto da reação de hidratação do cimento

para a formação da etringita, conforme demostrado no item 2.5.2.1. Reduzindo sua

quantidade, também se reduzirá a formação de agentes expansivos. Vale ressaltar

que, no entanto, a formação de gipsita não ficará prejudicada, uma vez que a

quantidade de hidróxido de cálcio, e também de C-S-H, não diminuirá.

A adição de material pozolânico, seja a escória de alto forno ou a cinza volante ou a

sílica ativa, tem um efeito duplo no concreto no que diz respeito à mitigação do

ataque de sulfatos. A reação pozolânica consome parte do hidróxido de cálcio

presente na pasta hidratada, reduzindo sua quantidade sem prejudicar, quando feita

a dosagem correta, as propriedades do concreto. Além disso, devido à sua elevada

finura, os materiais pozolânicos reduzem a porosidade do concreto,

56 consequentemente melhorando sua resistência aos sulfatos, conforme explicado no

item 2.5.3.3.

2.5.3.1 Escolha dos materiais

Como já mencionado no item 2.5.1.1, é necessário estar atento se os materiais

constituintes do concreto possuem algum tipo de concentração de sulfatos em sua

composição. Além disso, a qualidade dos materiais utilizados influenciará

diretamente nas propriedades do concreto.

2.5.3.2 Concentração de sulfatos

A NBR 12655: Concreto de cimento Portland - Preparo, controle e recebimento –

Procedimento, estabelece valores limites para a o teor água/cimento e valores

mínimos para a resistência do mesmo, dependendo da concentração de sulfatos

(Tabela 8).

Tabela 8 - Requisitos para concreto exposto a soluções contendo sulfatos

FONTE: NBR 12655 (2015, p. 11)

Diferentemente da NBR 12655:2015, a ACI 318M-14 - Buildings code requirements

for structural concrete, estabelece valores menos conservadores no que diz respeito

ao grau de agressividade. Como pode ser observado na Tabela 9 e Tabela 10.

57

Tabela 9 - Categorias e classes de exposição

FONTE: ACI 318M-14 (2014, p. 318)

Tabela 10 - Requerimento do concreto por classe de exposição

FONTE: ACI 318M-14 (2014, p. 323)

Apesar da água do mar, usualmente, conter mais 1500ppm de sulfatos dissolvidos

em sua composição, a norma americana enquadra o ambiente marinho como classe

S1. Isso ocorre porque, além das recomendações de Fck e relação água/cimento, a

ACI 318M-14 também sugere o uso de cimentos específicos para cada uma das

categorias. A norma sugere cimentos com reduzido teor de C3A em sua composição

para as classe S2 e S3. O uso deste tipo de cimento em um ambiente marinho na

realidade iria reduzir a proteção da estrutura, uma vez que os C3A presentes no

concreto previnem o ataque dos íons livres cloreto à armadura. Como neste tipo de

ambiente os estragos causados pelos ataques de cloretos são bem mais

58 importantes que os causados pelos sulfatos, é conveniente dar prioridade ao

primeiro.

Em certas situações, a evaporação da água pode acarretar em um aumento da

concentração de sulfatos. Esse é o caso de respingos de água do mar, onde os

ciclos de secagem e molhagem fazem com que os sulfatos se acumulem na

superfície do concreto.

2.5.3.3 Difusibilidade dos sulfatos no concreto

Para que os sulfatos causem algum efeito nocivo ao concreto, é necessário que eles

estejam dissolvidos em solução aquosa. Para penetrar no concreto, é necessário

que existam um conjunto de porosidades e/ou rachaduras interconectadas. Portanto,

para que seja evitado o ataque de sulfatos, deve-se tomar medidas que diminuam

sua difusibilidade no concreto. Para tanto, é necessário que se diminua sua

permeabilidade, isso pode ser obtido através de uma dosagem adequada, um

processo de cura apropriado e um baixo fator água/cimento.

Os valores máximos para a relação água/cimento apresentados na Tabela 8 e

Tabela 10, são necessários para se controlar a porosidade do concreto. Os valores

mínimos da resistência à compressão também têm esse intuito, mas de maneira

indireta, pois um concreto resistente geralmente é um concreto com pouca

porosidade.

Além de um bom controle da tecnologia do concreto que estará sendo utilizada,

também é necessário ter um bom controle da execução do concreto na obra. Tanto

no momento da aplicação do concreto quanto na cura do mesmo. Quando

realizados de maneira inadequada, é comum o surgimentos de fissuras, que podem

provocar o surgimento de diversos fenômenos patológicos.

2.5.3.4 Ciclos de molhagem e secagem

Como já mencionado, a água do mar contém sulfatos. Estes sulfatos irão interagir de

maneiras diferentes dependendo da zona de maré na qual a estrutura está exposta.

Na zona submersa, praticamente não existe movimentação da água, nesse caso, se

o concreto reagiu quimicamente com os sulfatos produzindo gipsita e/ou etringita,

59 estes produtos da reação permanecerão lá, podendo servir como uma barreira que,

de certa forma, impede que o concreto continue a se deteriorar.

Assim como na zona submersa, a zona de respingos apresenta um comportamento

semelhante. Todavia, é de se esperar um ataque ainda menor por meio dos sulfatos,

uma vez que a oferta dos mesmos não é constante.

A zona de variação de maré é a que apresenta as condições mais propícias para os

efeitos deletérios do ataque de sulfatos. Nesta zona, também se tem a presença,

quase que constante, dos sulfatos presentes na água do mar. Porém, existe uma

particularidade, devido à variação de maré, os produtos do ataque de sulfatos são

“lavados” do concreto exposto, permitindo que novos agentes agressivos penetrem

no concreto e iniciem o processo de formação da etringita e gipsita novamente.

Nesta zona, o ataque de sulfatos age com uma maior severidades que nas demais.

2.5.3.5 Carbonatação

A carbonatação, embora deletéria em diversos aspectos, pode vir a apresentar

efeitos benéficos no caso do ataque de sulfatos. Devido ao CO2 reagir com o

hidróxido de cálcio, Ca(OH)2, a redução deste produto da reação entre o cimento e a

água faz com que se diminua a quantidade de gipsita gerada pelo ataque de sulfatos

e, consequentemente, há uma redução dos efeitos expansivos do mesmo.

2.6 Lixiviação

A lixiviação ocorre quando existe a percolação de água pura no interior da estrutura

de concreto, dissolvendo o cálcio pertencente à cal hidratada. Devido a sua alta

solubilidade, o hidróxido de cálcio é o constituinte da pasta hidratada mais suscetível

à hidrólise. Porém, esta reação só é passível de acontecer na presença de águas

puras, que não contenham sais minerais, como a água da chuva, vapor e neblina.

Com a dissolução do hidróxido de cálcio, o concreto perde resistência à compressão

e também a sua basicidade, ficando vulnerável à corrosão da armadura. O acúmulo

dos cristais de hidróxido de cálcio na superfície gera o fenômeno da eflorescência,

que é uma camada esbranquiçada na superfície do concreto, conforme Figura 25.

60

Figura 25 - Lixiviação ocorrendo na ponte de acesso


Souza e Ripper (2009), descreve o fenômeno da corrosão por lixiviação:

Quanto mais poroso o concreto, maior a intensidade da corrosão. A

dissolução, o transporte e a deposição do hidróxido de cálcio Ca(OH)2 (com

formação de estalactites e de estalagmites) dão lugar à decomposição de

outros hidratos, com o consequente aumento da porosidade do concreto

que, com o tempo, se desintegra. Este fenômeno que ocorre no concreto é

similar à osteoporose do esqueleto humano, e pode levar, em um espaço de

tempo relativamente curto, o elemento estrutural atacado à ruína. É o

processo de corrosão que ocorre com mais frequência. (Souza & Ripper,

2009)

No píer, algumas estruturas apresentavam infiltrações devido à má compactação do

concreto, que geraram fissuras que permitiram a passagem da água, e também

devido a ausência ou instalação indevida das bicas de água, o que fez com que a

água da chuva se infiltrasse no concreto.

2.7 Corrosão na armadura

O processo de corrosão que acontece na armadura do concreto armado é um

processo eletroquímico. Ela ocorre quando agentes oxidantes, como o oxigênio e o

hidrogênio entram em contato com a superfície do metal, passando a receber seus

elétrons.

A armadura então passa a ter o comportamento de uma pilha eletrolítica, onde a

parte em contato com o hidrogênio e o oxigênio passa a ser o cátodo. Os elétrons

consumidos no cátodo são fornecidos pela reação de oxidação do metal, que ocorre

61 no ânodo, sendo estes transferidos para o cátodo através da armadura, que atua

como um eletrodo, conforme exemplificado na Figura 26.

Figura 26 - Formação do ânodo e cátodo na armadura

FONTE: Haddad, Marazzani, & Donadio (2008)

Com o perder de elétrons do ferro, somado à presença de oxigênio e água, ocorre

uma reação que gera a ferrugem, 𝐹𝐹𝐹𝐹2𝐶𝐶3:

𝐹𝐹𝐹𝐹 → 𝐹𝐹𝐹𝐹2+ + 2𝐹𝐹 (16)

𝑂𝑂2𝐶𝐶 + 12 𝐶𝐶2 + 2𝐹𝐹− → 2𝐶𝐶𝑂𝑂− (17)

𝐹𝐹𝐹𝐹2+ + 2𝐶𝐶𝑂𝑂− → 𝐹𝐹𝐹𝐹(𝐶𝐶𝑂𝑂)2 (18)

2𝐹𝐹𝐹𝐹(𝐶𝐶𝑂𝑂)2 + 12 𝐶𝐶2 → 𝐹𝐹𝐹𝐹2𝐶𝐶3 + 2𝑂𝑂2𝐶𝐶 (19)

Além de diminuir a área efetiva da armadura, a ferrugem aumenta seu volume em

até 600% (Gentil, 1996), essa expansão acaba por desagregar o concreto,

provocando fissuras, que por sua vez, irão permitir a entrada de agentes agressivos

em uma área mais profundas do concreto. As fissuras formadas por esse processo

acompanham a armadura do concreto.

É importante ressaltar que a corrosão não acontece na região onde a armadura tem

contato com a água e o oxigênio, mas sim nas regiões vizinhas a esta. O que de

certa forma piora o problema, uma vez que a região anódica, na qual ocorre a

ferrugem, e onde irá ocorrer o processo expansivo, está coberta por uma camada de

62 concreto ainda não degradado. A Figura 27 ilustra a posição das fissuras perante os

pontos de início de corrosão na armadura.

Figura 27 - Áreas anódicas e catódicas de uma armadura em processo de corrosão

FONTE: O Autor (2015)

A Figura 28 demonstra o a maneira como a expansão da armadura pode destruir o

concreto o qual a envolve.

Figura 28 - Fases da instalação do processo de corrosão em uma barra de armadura

FONTE: Gentil (1996)

O concreto produz uma proteção física e química sob as armaduras, essa proteção

é chamada de película passivadora. Ela é formada através da reação química entre

o Fe2O3 e o hidróxido de cálcio, Ca(OH)2. Posto isso, é importante ressaltar que,

para que haja a formação da película passivadora, é necessária a presença da

ferrugem, Fe2O3, na camada externa da armadura no momento em que a mesma

será disposta na forma para a concretagem. Esta ferrugem é formada naturalmente

pelo contato com o ar e no período de tempo entre a fabricação e utilização da

armadura.

Existem três causas principais que resultam na destruição desta película

passivadora. São elas:

63

• A redução do pH para abaixo de 9, resultado da carbonatação ou qualquer

outro agente ácido. Mehta e Monteiro (2006) afirmam ser necessária, em

certos casos, apenas uma redução para abaixo de 11,5;

• A presença de íons de cloreto, que geram um meio eletrolítico;

• Lixiviação do concreto.

O rompimento desta película pode ocorrer em pontos isolados, desde que haja

algum tipo de fissuração que permita a penetração de agentes agressivos que

reduzirão o pH e, com a presença da umidade e oxigênio, irão iniciar o processo de

corrosão. Esta pode aparecer em alguns pontos da armadura (pites) ou na armadura

por completo, dependendo da quantidade de fissuras, ou de poros interconectados,

que permitam a entrada de ar e umidade.

O que permite que o oxigênio e a água penetrem no concreto até chegar à armadura

é a presença de porosidades e/ou rachaduras interconectadas. As mesmas podem

ser resultado de uma séria de fenômenos físicos, mecânicos, químicos ou

biológicos, mas em geral são resultado de uma alta permeabilidade do concreto.

A permeabilidade, por sua vez, é resultante de fatores como a vibração, a cura e a

dosagem do concreto, sendo esta última a que merece maior atenção, uma vez que

os dois primeiros são controlados mais facilmente.

A NBR 6118:2014 especifica a relação água/cimento ideal para cada tipo de classe

de agressividade. Para o ambiente marinho, caracterizado como nível IV, exige um

fator água/cimento máximo de 0,45, e uma classe de concreto maior ou igual à C40

(40 Mpa), conforme Tabela 11:

64

Tabela 11 - Correspondência entre a classe de agressividade e a qualidade do concreto

Fonte: NBR 6118 (2014)

A resistência à compressão do concreto também é um fator importante, pois um

concreto de baixa resistência está mais propício ao surgimento de rachaduras. De

igual importância é o cobrimento da armadura, um cobrimento pequeno, acelera o

processo de corrosão, e portanto, diminui a vida útil da peça, uma vez que será

necessária uma menor quantidade de porosidades e/ou rachaduras interconectadas

para que os agente agressivos atinjam a armadura. Um cobrimento exagerado, por

outro lado, pode facilitar o surgimento de fissuras.

Tecnologias atuais facilitam a redução do fator água/cimento e, consequentemente,

da permeabilidade, através de aditivos que aumentam a trabalhabilidade do

concreto. A quantidade de espaços vazios também pode ser diminuída com o uso de

softwares que definem a melhor proporção entre os agregados. Assim, é possível se

obter um menor índice de permeabilidade e porosidade, e também uma maior

resistência do concreto.

2.7.1 Condição de formação do meio eletrolítico no concreto

São diversas as condições que possibilitam a formação de pilhas eletrolíticas no

concreto, seguem alguns exemplos:

2.7.1.1 Presença de eletrólitos

Os eletrólitos são substâncias que, quando se dissolvem geram uma solução que

conduz eletricidade. O NaCl, o cloreto de sódio, presente na água salgada do

65 ambiente marinho, exerce este efeito a partir da dissociação do Cl- , tornando

possível a migração de elétrons de um meio a outro. (Gentil, 1996, p. 202)

2.7.1.2 Aeração diferencial

A porosidade e a presença de fissuras no concreto permitem que o oxigênio e a

água penetrem em seu interior. A diferença de concentrações de oxigênio e

hidrogênio em diferentes áreas da armadura criam áreas catódicas e anódicas,

conforme já explicado, o que possibilita a formação de pilhas de aeração diferencial.

(Gentil, 1996, p. 202)

2.7.1.3 Contato entre diferentes metais

O contato entre diferentes metais (Figura 29) pode vir a formar pilhas galvânicas,

onde o metal mais eletronegativo, o cátodo, “rouba” elétrons dos metais menos

eletronegativos, os ânodos. Por esse motivo, é importante que não exista o contato

da armadura com metais como o cobre e o estanho. (Engegraut , 2012)

Figura 29 - Corrosão por contato de diferentes metais

Fonte: Engegraut (2012)

2.7.1.4 Diferenças de deformações ou tensões

Em áreas onde existe a concentração de esforços e deformações, tem-se a

corrosão mais acentuada, uma vez que estas funcionam como pequenas áreas

anódicas em relação a grandes áreas catódicas. Como exemplo, podemos citar as

vigas, em que o concreto mais próximo da linha neutra sofre menos tensões do que

o concreto nas extremidades. Se houver uma armadura protendida esse quadro se

agrava, uma vez que existe uma concentração de tensões ainda maior. (Gentil,

1996, p. 202)

66

2.7.1.5 Correntes elétricas

Nos processos anteriores, é necessária a formação de uma pilha eletrolítica para

que haja a circulação de corrente elétrica. No entanto, existem situações em que,

por diferentes motivos, a armadura está ligada à corrente elétrica como, por

exemplo, por uma corrente de fuga. Dessa forma, a região de entrada de corrente

elétrica age como o cátodo, recebendo elétrons, enquanto que a região de saída da

corrente elétrica age como o ânodo, perdendo elétrons e, sendo assim, sofrendo

corrosão. Tal corrosão acontecerá em forma de pites, o que a torna bastante

perigosa, pois age apenas em pontos isolados da armadura, fator que aumenta a

profundidade de corrosão alcançada na mesma. (Gentil, 1996, p. 202)

2.7.1.6 Macropilha

A macropilha ocorre quando uma das fases da peça possui comportamento anódico,

enquanto outra face possui comportamento catódico, como exemplificado na Figura

30. Este tipo de situação pode ocorrer quando uma das faces está sujeita à

intemperismos, enquanto a outra não. Além disso, é necessário que as armaduras

estejam ligadas, entre os dois lados, por estribos, costelas ou qualquer outro tipo de

barra de montagem. O efeito pode ser ainda potencializado pela presença de

eletrólitos no concreto. (Fusco, 2012, p. 54)

Figura 30 - Formação da macropilha

Fonte: Fusco (2012, p. 54)

67

2.7.2 Zonas de corrosão

Em estruturas situadas em ambiente marinho, a variação de maré, e sua

consequente movimentação de água, acarretam em danos ao concreto. Este

fenômeno, que ocorre devido à influência da gravidade da lua sobre o globo

terrestre, se repete duas vezes ao dia, com um período de aproximadamente 6h e

13min de intervalo entre a maré alta e a maré baixa.

O porto no qual o píer é localizado possui características únicas quanto à variação

de maré, podendo esta alcançar até 8 metros (DIRETORIA DE HIDROGRAFIA E

NAVEGAÇÃO, 2015). Além disso, devido a grande movimentação de água, a

velocidade da mesma pode chegar a 8 nós (EMPRESA OPERADORA, 2015). Tais

características potencializam efeitos degradantes como os da lixiviação e o choque

mecânico de partículas nas paredes das estruturas.

As diferentes zonas de corrosão formadas a partir do movimento da maré e seus

efeitos diante das estruturas de concreto armado estão mostradas na Figura 31.

Figura 31 - Zonas de corrosão


A Figura 32, indica o nível de degradação da estrutura, dependendo da zona em que

se encontra. É necessário ressaltar que a figura ilustra a influência dos fenômenos

patológicos como um todo, não estando limitada somente à corrosão.

68

Figura 32 - Nível de degradação relacionado a cada uma das zonas de corrosão

FONTE: Nunes (2015)

Mesmo não estando em contato direto com a água do mar, regiões próximas à

ambientes marinhos ainda sofrem influência de seus fenômenos agressivos. Os

ventos podem carregar sais na forma sólida ou como gotas de solução salina,

dependendo da velocidade do vento e da presença de obstáculos, estas partículas

podem alcançar distâncias de até 200m, como afirma Borba Jr et al. (2014)

As partículas de cloreto se depositam nas porosidades das estruturas e juntamente

com a umidade ou a água da chuva, fornecem as condições necessárias para um

meio eletrolítico ocasionando o processo da corrosão.

A zona de respingo esta localizada acima da maré alta, na região em que pequenas

gotículas de água conseguem atingir superfície do concreto. Ela é caracterizada pela

presença constante de água e ar, tornando-a a área mais propícia à corrosão da

armadura. Nela podem ocorrer fenômenos como os da carbonatação, ataque de

íons de magnésio e ataques por cloreto. Estes fenômenos patológicos, no entanto,

ocorrem com menor intensidade que na zona de variação de marés. Mesmo estando

menos sujeita aos agentes corrosivos químicos do ambiente marinho, a partir do

momento que porosidades/rachaduras interconectadas se formam na estrutura, o

processo de corrosão se inicia e se multiplica rapidamente, uma vez que o ambiente

fornece as condições necessárias permanentemente.

69 A zona de variação de marés se encontra entra a linha da maré alta e a linha da

maré baixa. A estrutura encontra-se alternadamente submersa e/ou exposta à zona

de respingo, portanto, a corrosão da armadura ocorre a uma taxa menor que na

zona de respingo, devido à presença inconstante de oxigênio. A variação de maré,

por sua vez, contribui para que o ataque de sulfatos atue mais intensamente nessa

área, já que a variação do nível d’água acaba por “lavar” seus produtos de reação,

possibilitando a penetração de novos agentes agressivos que irão continuar o

processo de corrosão. Esta área ainda está sujeita a outros fenômenos corrosivos

químicos, como a lixiviação e a reação álcali-agregado. Além disso, está mais

propensa à abrasão física devido ao movimento das marés.

O que caracteriza a zona submersa como uma zona menos agressiva quimicamente

que as demais, é fenômeno protetor exercido pelos produtos de reação do ataques

por sulfatos, que por serem insolúveis, acabam por reduzir a permeabilidade do

concreto, impedindo que mais água salgada penetre e ataque a estrutura interna do

aço. Todavia, até a profundidade de 1m, a zona submersa ainda pode sofrer com a

corrosão, uma vez que o movimento das ondas faz com que este pedaço da

estrutura possa entrar em contato com o oxigênio.

Este fenômeno só pode ser observado em estruturas submersas, uma vez que na

zona de variação de maré a água “lava” estes produtos de reação, permitindo que

ocorram repetidamente.

A Figura 33 ilustra o fenômeno das zonas de corrosão ocorrendo nas camisas

metálicas do dolfim 1. A figura retrata o quão grande é a estrutura, com estacas de

1,6m de diâmetro. É possível observar que, na zona de respingos, o metal se

encontra bem mais corroído que no restante da estrutura, Já na zona de variação de

maré, a camisa se encontra com um quadro de corrosão mais brando e também sem

as “cracas” formadas devido à expansão da ferrugem que, provavelmente, foram

removidas devido ao contínuo atrito com os detritos durante a movimentação da

água. A zona atmosférica praticamente não apresenta sinais de corrosão.

70

Figura 33 - Exemplo da atuação das zonas de corrosão nas camisas metálicas das estacas do Dolfim 1


3 METODOLOGIA

O presente capítulo descreve a metodologia empregada para o desenvolvimento das

etapas deste trabalho.

3.1 Estudo de caso

O local do estudo de caso foi um píer localizado no Brasil. O local foi escolhido

devido à alta agressividade do ambiente marinho, o seu longo tempo de utilização e

suas características únicas que potencializam os efeitos deletérios dos fenômenos

patológicos.

Foram feitas inspeções, por uma empresa contratada, com o intuito de fazer o

levantamento dos fenômenos patológicos presentes no local e assegurar a vida útil

do píer. Estas foram realizadas com o auxílio de uma pequena embarcação, Figura

34, utilizada para o transporte de pessoas.

71

Figura 34 - Embarcação para o transporte de pessoas


As estruturas foram avaliadas detalhadamente, foram mapeadas as posições e a

gravidade dos fenômenos patológicos, os quais foram registrados por uma máquina

fotográfica de alta resolução, a exemplo da Figura 35 e Figura 36.

Figura 35 - Exemplo de mapeamento das estruturas do píer - desgaste superficial da estaca do píer dos rebocadores


72

Figura 36 - Exemplo de mapeamento das estruturas do píer - Corrosão por placas em camisa metálica da Casa de Transferência do Pivot


Foram realizados ensaios para avaliar as características do concreto e, assim,

verificar a atuação dos diversos agentes agressivos presentes no píer. A citar a

análise petrográfica, o teor de cloretos, a espessura carbonatada, o teor de sulfatos,

o cobrimento, o potencial elétrico das armaduras e a resistividade elétrica superficial

do concreto. Os resultados dos testes serão expostos no item 4.2 e no anexo A.

3.1.1 Análise petrográfica - Reação álcali-agregado (RAA)

Para a análise petrográfica, corpos-de-prova foram extraídos com o objetivo de

avaliar sua qualidade e durabilidade, com ênfase na ocorrência de eventuais

reações expansivas.

A norma que orienta com relação ao potencial reativo dos agregados para a RAA é a

NBR 15577-3:2008. A mesma estabelece os procedimentos de análise petrográfica

por microscopia ótica e ainda ressalta que as análises devem ser feitas por um

petrógrafo experiente, devido às dificuldades do processo.

Com o intuito de identificar a ocorrência da RAA, o petrógrafo investigou as

amostras de concreto, primeiramente de maneira visual e posteriormente, quando

necessário, com a ajuda de técnicas complementares conforme já mencionado no

item . Visando verificar a possibilidade de formação da RAA e também de outros

73 agentes agressivos no futuro, foram observadas as características do concreto,

como a porosidade, compacidade, presença de fissuras, entre outros.

Feito isso, os agregados das amostras foram identificados quanto as suas

características mineralógicas, com o objetivo de determinar de qual tipo de rocha se

tratavam e também a sua reatividade potencial, ou seja, se existe ou não a presença

de sílica em sua composição.

3.1.2 Determinação do teor de cloretos

Para a determinação do teor de cloretos, extraíram-se amostras de concreto na

forma de pó, conforme a norma de referência, com auxílio de uma furadeira elétrica,

as quais foram devidamente identificadas, embaladas e encaminhadas para

laboratório, conforme Figura 37 e Figura 38. Os testes consistem no recolhimento do

pó de concreto (aproximadamente 25 g), que se obtém pela realização de furos a

profundidades crescentes (0 a 2 cm, 2 a 4 cm e 4 a 6 cm).

Figura 37 - Extração do pó de concreto através de furadeira elétrica e dispositivo de captação.


Figura 38 - Identificação do ponto de extração do pó para análise do teor de cloretos em laboratório.


Muitas vezes, os primeiros milímetros (de 0 a 10mm) precisam ser descartados

devido ao excesso de sais acumulados na superfície. A primeira vista, isso parece

ter ocorrido no píer dos rebocadores, porém, a análise das demais profundidades da

mesma estrutura demonstra que os resultados são verdadeiros. Na ponte de

serviço, no entanto, esta pode ser uma explicação para a discrepância entre os

resultados das profundidades de 0,00 a 2,00 mm e de 2,00 a 4,00 mm. As amostras

foram retiradas de estruturas que não apresentavam anomalias visíveis a olho nu.

74 As amostras foram submetidas ao ensaio químico, de acordo com a metodologia de

avaliação do teor de cloretos solúveis estabelecida pela norma ASTM

C1218/C1218M - 99 - Standard Test Method for Water-Soluble Chloride in Mortar

and Concrete. A NBR 12655:2015 - Concreto de cimento Portland - Preparo,

controle e recebimento – Procedimento, estabelece os seguintes limites de íons

cloretos no concreto endurecido, de forma a garantir a proteção das armaduras. Em

função da Tabela 12, o teor máximo de íons de cloreto é de 0,15% sobre o teor de

cimento.

Tabela 12 - Limites de íons de cloreto no concreto endurecido

FONTE: NBR 12655 (2015)

3.1.3 Determinação da espessura carbonatada

Para a determinação da profundidade carbonatada foi realizada uma perfuração no

local testado até uma profundidade de 6 cm e depois foi aplicada uma solução de

fenolftaleína, a qual reagiu com as partes do concreto onde o pH se encontrava

entre 8,3 e 10 tornando-se incolor, indicando que houve uma perda da basicidade

no local, conforme indicado nas Figura 39 e Figura 40. Nos lugares onde o concreto

possuía uma basicidade maior que 10, a solução permaneceu com a coloração rosa.

Dessa maneira foi possível determinar até qual profundidade a frente de

carbonatação conseguiu chegar.

75 Figura 39 - Medição da espessura de carbonatação,

após a aspersão da solução de fenolftaleína.


Figura 40 - Medição da espessura de carbonatação, após a aspersão da solução de fenolftaleína.


Não existem normas no Brasil para a aferição da espessura carbonatada no

concreto. O principal documento de referência é a recomendação CPC-18,1988, da

RILEM.

3.1.4 Determinação do teor de sulfatos

Para a determinação do teor de sulfatos foi adotado como referência o decreto

n. 407/71 da República Portuguesa NP 2106:1984 Inertes para argamassas e

betões. Determinação do teor em sulfatos, a qual estabelece o limite de 3,5% sobre

a massa de cimento.

A norma Brasileira não contempla testes envolvendo a concentração de sulfatos in

situ. A NBR 13583:2014 - Cimento Portland - Determinação da variação dimensional

de barras de argamassa de cimento Portland expostas à solução de sulfato de

sódio, descreve o ensaio realizado em laboratório, sendo este aplicável somente ao

cimento quando ainda não misturado no concreto, ou seja, trata-se de um ensaio

preventivo. Cabe ressaltar, no entanto, que o ensaio é aplicável somente para o

sulfato de sódio, podendo haver outros tipos de sulfatos no ambiente onde o

concreto será executado. Os testes consistiram no recolhimento do pó de concreto

(aproximadamente 25 g), que se obtém pela realização de furos a profundidades

crescentes (0 a 2 cm, 2 a 4 cm e 4 a 6 cm), conforme Figura 41. As amostras foram

enviadas para um laboratório credenciado para a determinação do teor de cloretos.

76

Figura 41 - Extração do pó de concreto através de furadeira elétrica e dispositivo de captação


3.1.5 Determinação do cobrimento com pacômetro

O pacômetro é um aparelho que, por meio de ondas eletromagnéticas de baixa

frequência, é capaz de localizar as barras de aço da armadura e estimar sua posição

em relação à superfície de onde está a sonda. Ele consegue detectar a bitola da

armadura e também a qual profundidade no concreto ela se encontra. Também pode

ser utilizado para detectar encanamentos e cabos no interior de paredes.

A espessura do cobrimento é um dos fatores responsáveis por garantir a

durabilidade do concreto. A aferição de sua medida é um bom indicador de que a

obra pode ter sido bem executada. A preparação do ensaio e os resultados são

mostrados na Figura 42, Figura 43 e Figura 44.

Figura 42 - Preparo do substrato através de lixamento para execução do ensaio.


Figura 43 - Marcação das malhas para realização do ensaio para a determinação do cobrimento.


77

Figura 44 - Execução do ensaio com o pacômetro digital


A norma utilizada como referência para este tipo de teste é a BS 1881: Part 204-

Testing concrete. Recommendations on the use of electromagnetic covermeters

(1988). Foram feitas um mínimo de 5 linhas na vertical e na horizontal, o aparelho foi

então disposto no meio da distância entre os encontros das linhas, tanto na direção

vertical quanto na direção horizontal. Depois de aferidos os cobrimentos, foi feita um

média, que foi considerada o cobrimento oficial da estrutura.

3.1.6 Determinação do potencial de corrosão das armaduras

Trata-se de um ensaio semi-destrutivo onde se obtém a diferença de potencial

elétrico entre as armaduras da peça e o eletrodo de referência, utilizando-se um

voltímetro de alta impedância e um eletrodo de cobre-sulfato de cobre.

Primeiramente, a superfície do concreto foi uniformemente umedecida. Em seguida,

o pólo negativo do milivoltímetro foi conectado ao eletrodo de referência e o pólo

positivo a um ponto da armadura, previamente exposta. O eletrodo de referência é

móvel e pode ser colocado em diversos pontos da superfície do concreto, enquanto

o milivoltímetro registra os diferentes potenciais, conforme Figura 45 e Figura 46.

Quanto mais negativo for o potencial elétrico da armadura, mais facilmente os

elétrons irão se movimentar em seu interior, facilitando assim o processo de

corrosão.

78

Figura 45 - Ensaio de potencial de corrosão no piso superior do Dolfim 03


Figura 46 - Ensaio do potencial de corrosão no piso superior do dolfim 2


O teste seguiu as orientações da ASTM C 876/C - 91 - Standard Test Method for

Half-Cell Potentials of Uncoated Reinforcing Steel in Concrete, com os critérios de

avaliação ilustrados na Tabela 13.

Tabela 13 - Critérios de avaliação

FONTE: ASTM C 876/C (1991)

3.1.7 Determinação da resistividade elétrica superficial do concreto

No Brasil, a norma que rege este ensaio é a NBR 9204:2012 - Concreto endurecido -

Determinação da resistividade elétrico-volumétrica - Método de ensaio. A

resistividade do concreto influencia no fluxo de íons que se deslocam através da

solução aquosa presente nos poros do concreto. Portanto, quanto maior a

resistividade, menor será a velocidade de corrosão da armadura.

Sua determinação foi feita através de um ensaio não destrutivo, em que uma sonda

Wenner de 4 eletrodos foi posicionada sobre o concreto. É necessário que o

concreto encontre-se na condição saturado com a superfície seca para a realização

do teste, evitando armaduras com o auxílio de um pacômetro. Ao aplicar uma

corrente elétrica entre os dois eletrodos externos foi formado um campo elétrico ao

Probabilidade IncertaProbabilidade > 90%

Mais positivo que -200Entre - 200 a - 350

Mais negativo que -350

Qualidade do concretoPotencial Elétrico (mV)

Criterio de Avaliação segundo ASTM C876-91

Probabilidade < 10%

79 longo do concreto. Consequentemente, uma tensão captada pelos eletrodos internos

do aparelho (Figura 47).

Figura 47 - Execução de ensaio de resistividade elétrica superficial do concreto, no piso superior do dolfim 03.


O critério de avaliação utilizado segue a Tabela 14.

Tabela 14 - Critério de avaliação da resistividade do concreto. Resistividade

(kΩ x cm) Avaliação da velocidade

de corrosão > 20 Baixa 10 20 Baixa à moderada 5 10 Alta < 5 Muito alta

FONTE: NBR 9204 (2012)

3.2 Análise dos dados e dos resultados

Com a disponibilidade de dados resultantes do presente estudo foi realizada a

análise dos resultados. O Próximo capítulo descreverá os resultados obtidos neste

estudo.

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

O presente capítulo descreve os resultados obtidos neste trabalho de conclusão de

curso.

80

4.1 Levantamento das manifestações patológicas

Como exemplo das manifestações patológicas citadas no item 2, as ilustrações a

seguir demonstram sua ocorrência nas estruturas do píer.

A eflorescência esbranquiçada na face da estruturas das Figura 48 e Figura 49

ocorrem devido à percolação de água, no interior do concreto, decorrente de

infiltração. A passagem da água faz com que ocorra a dissolução do hidróxido de

cálcio do interior do mesmo. O resultado final é o seu acúmulo na face externa da

estrutura.

Figura 48 - Estalactites formadas devido ao acúmulo de hidróxido de cálcio no dolfim 1.


81 Figura 49 - Lixiviação do concreto devido a percolação de água no interior da estrutura da viga do carregador.


No dolfim 2, a retirada de uma camada disgregada de concreto evidenciou a

formação de geles esbranquiçados que indicam o início da formação da reação

álcali-agregado, Figura 50. Neste caso, Não havia a presença de rachaduras nas

bordas dos agregados, portanto, a RAA não havia se desenvolvido o suficiente para

causar algum dano à estrutura.

Figura 50 - Peça de concreto disgregada da estrutura do dolfim 2, onde pode ser observado o contorno nos agregados graúdos que dão indícios de reação álcali–agregado.


82 No píer dos rebocadores, o constante atrito com as ondas, e também com os

detritos encontrados na água, fez com que a estaca de concreto sofresse um

processo de abrasão, diminuindo a espessura de seu cobrimento e expondo a ponta

dos agregados, que anteriormente, estavam no interior do concreto, como mostrado

na Figura 51 e Figura 52.

Figura 51 - Estaca de concreto do píer dos rebocadores que sofreu abrasão devido ao contato com os detritos da maré


Figura 52 - Detalhe da figura anterior


83 No dolfim 3, o processo expansivo decorrente da corrosão das armaduras no interior

do concreto fez com que ocorresse o desplacamento do concreto, expondo ainda

mais as barras de aço, vide Figura 53.

Figura 53 - Desplacamento do concreto devido à expansão da armadura no dolfim 3


O mesmo fenômeno também ocorreu na estaca da plataforma de serviços, ilustrada

na Figura 54. A estaca em questão não possui a proteção da camisa metálica.

Figura 54 - Desplacamento do concreto devido à expansão da armadura na estaca da plataforma de serviços


84 O concreto das estacas com a proteção das camisas metálicas se encontram menos

afetadas pela corrosão, os revestimentos de aço, no entanto, se encontrando em

grau avançado de deterioração, conforme Figura 55 e Figura 56.

Todavia, é necessário ressaltar que as camisas metálicas não possuem nenhum tipo

de função estrutural. As mesmas foram utilizadas apenas como um método

executivo durante a construção do píer e hoje têm apenas uma função de proteção

extra contra a penetração dos agentes agressivos.

Figura 55 - Estado avançado de corrosão das camisas metálicas e das escadas de acesso no dolfim 10


85

Figura 56 - Comparação entre a parte corroída e não corroída da camisa metálica de uma estaca da plataforma de serviços


4.2 Ensaios realizados:

4.2.1 Análise petrográfica - Reação álcali-agregado

As principais características dos concretos dos dolfins 1,2 e 3, identificadas

macroscopicamente e com os microscópios estereoscópico e óptico, encontram-se

sintetizadas na Tabela 15.

86

Tabela 15 - Características gerais dos concretos

Amostra Característica Amostra 01 Dolfim 01

Amostra 02 Dolfim 02

Amostra 03 Dolfim 03

Aspectos Gerais

Cor da argamassa

Cinza esverdeada

Cinza esverdeada

Cinza esverdeada

Distribuição dos constituintes Homogêneo Homogêneo Homogêneo

Proporção dos constituintes

Muito argamassad

o

Muito argamassado

Muito argamassado

Aderência argamassa/ agregado

graúdo

Boa Boa Boa

Porosidade Macroscópica

Pouco poroso Pouco poroso Pouco poroso

Compacidade Compacto Compacto Compacto

Adensamento

Normal com raros vazios

de exsudação


de exsudação


de exsudação

Fraturamentos Não observados

Não observados

Não observados

Aspectos Relativos a

Reação Álcali- Agregado

Bordas de reação

Não observadas

Raras e mal definidas

Raras com gel depositado no

interior dos agregados

Poros preenchidos

Não observadas

Não observadas Presentes

Microfissuras Não observadas

Não observadas

Não observadas


Os aspectos gerais do concreto, evidenciados na Tabela 15, servem para

determinar sua suscetibilidade aos agentes agressivos presentes no ambiente. As

amostras em questão mostraram que o concreto avaliado possui um bom

adensamento, uma boa compacidade e com a ausência de fraturamentos, o que

sugere que o concreto possui uma baixa permeabilidade. Todavia, ainda foi

observada a presença de aspectos relativos à reação álcali-agregado nas amostras

do dolfim 3.

87 Os concretos estudados apresentaram características gerais semelhantes. De um

modo geral, as características macroscópicas dos concretos, permitem inferir

processos de dosagem e adensamento normais. A praticamente ausência de vazios

de exsudação indica adensamento adequado, enquanto a distribuição regular dos

agregados graúdos em meio à argamassa evidencia boa homogeneização da

mistura, Figura 57.

Figura 57 - Visão geral da amostra de concreto


Os concretos se caracterizaram por possuírem elevada quantidade de argamassa

de coloração cinza a cinza esverdeada, o que sugere o uso de cimentos ricos em

escória de alto forno. Os agregados graúdos observados são constituídos por

fragmentos angulosos de uma rocha de coloração esverdeada e composição

aproximadamente granítica. O agregado miúdo é composto por grãos arredondados

esféricos de areia natural (areia de quartzo). A porosidade macroscópica observada

é baixa sendo constituída por poros milimétricos a submilimétricos de formas

arredondadas.

Com relação à presença de reações expansivas observa-se apenas na amostra do

dolfim 3 evidências claras da instauração de processos expansivos ligados a reação

álcali agregado. De fato, observam-se algumas bordas de reação ao redor do

agregado graúdo associadas à deposição de material branco nas superfícies de

quebra e do agregado graúdo, que possivelmente tratam-se de produtos

cristalizados, conforme evidenciado na Figura 58.

88 Figura 58 - Aspecto de detalhe da amostra do dolfim 3 no qual se observa uma borda de reação ao redor do

agregado graúdo (G) associada a deposição de material branco na superfície de quebra. Microscópio Estereoscópico - ampliação 12x


Os concretos examinados são compostos principalmente por agregados do tipo

pedra britada e areia natural. As observações ao microscópio permitiram identificar

dois tipos principais de rocha compondo os concretos. A Tabela 16, a Tabela 17 e a

Tabela 18 apresentam as características gerais, macroscópicas dos agregados

graúdo e miúdo.

Tabela 16 - Características gerais do agregado graúdo

Tipo Pedra britada Cor Cinza a cinza rosado

Forma Eqüidimensional Grau de arredondamento Angulosos

Dimensão Intervalo de variação 1,5 a 2 cm Dimensão média 1,5 cm

Caracterização físico-mecânica

Quebradiço Não quebradiço Compacidade Compacto

Tenacidade (resistência à quebra) Elevada FONTE: Empresa operadora (2015)

89

Tabela 17 - Síntese das características petrográficas dos agregados graúdos Características Agregado 1 Agregado 2

Min

eral

ogia

Principal Quartzo, feldspatos (microclinio e plagioclásio)

Quartzo e feldspatos (microclinio e plagioclásio)

Subordinada Anfibólio, opacos, sericita epidoto e clorita

Biotita hornblenda, opacos, sericita, clorita e epidoto

Reativa/ Deletéria

Quartzo com extinção ondulante (25º-30º) e

feldspatos alterados (20%)

Quartzo microcristalino (10-20%)

Estrutura Maciça a pouco foliada Foliada Textura Granonematoblástica Milonítica

Granulação Inequigranular - Média a grossa Média

Alteração Moderadamente alterada com feldspatos bastante

sericitizados Sã a fracamente alterada

Deformação do agregado

Agregado deformado com foliação e lineamentos

marcados pela orientação dos anfibólios

Agregado muito deformado com massas de cristais

microgranulares envolvendo cristais

Tipo de rocha Metamórfica Metamórfica Classificação Hornblenda Gnaisse Milonito Reatividade

potencial Potencialmente reativa Potencialmente reativa FONTE: Empresa operadora (2015)

Tabela 18 - Síntese das características do agregado miúdo Grau de arredondamento Arredondado

Impregnações Não observadas Mineralogia principal Quartzo e fragmentos de rocha

Tipo/origem Areia natural Alteração Não alterado

Reatividade potencial Potencialmente inócuo FONTE: Empresa operadora (2015)

O levantamento das características dos agregados serve para ajudar na

identificação da rocha analisada, de forma a determinar se a mesma possui

elementos que venham a propiciar a reação álcali-agregado.

Do ponto de vista físico-mecânico pode-se considerar o agregado utilizado nos

concretos como de boa qualidade. Do ponto de vista mineralógico, deve-se

considerar que o Agregado 1 possui grande quantidade de quartzo com extinção

ondulante (25º a 30º) e feldspatos alterados, enquanto o Agregado 2 apresenta

elevada quantidade de quartzo microgranular. Essas caraterísticas permitem

90 classificar os agregados utilizados na elaboração do concreto como de

potencialmente reativos.

O agregado miúdo é composto principalmente por grãos arredondados e esféricos

de quartzo e alguns fragmentos de rocha quartzitica. Não se observam elementos

deletérios na areia.

Com o objetivo de melhor detalhar a microtextura dos concretos e, em especial,

caracterizar a ocorrência da reação álcali-agregado através de seus produtos, foram

realizadas análises ao microscópio eletrônico de varredura. No caso da Amostra 03

– dolfim - 03, a análise dos locais preferenciais de disposição dos geles e cristais

resultantes da reação álcali-agregado, isto é, as zonas de interface agregado-

argamassa (superfície de descolamento do agregado graúdo) revelaram a presença

de minerais característicos da reação álcali agregado. Os produtos cristalizados da

reação apresentam hábitos principalmente foliares e lancetados, conforme Figura 59

e Figura 60, respectivamente. Estão normalmente agrupados em “tufos” ou em

grandes massas, que se desenvolvem preferencialmente em meio aos grãos de

quartzo ou feldspato que constituem os agregados graúdos ou recobrem a

argamassa.



Figura 59 - Detalhe de um poro na argamassa contendo o gel expansivo resultantes da reação

álcali agregado - Microscópio Eletrônico de Varredura – 1500x.

Figura 60 - Aspecto de detalhe da interface pasta com o agregado graúdo na qual se observam

cristais lancetados resultantes da reação álcali agregado - Microscópio Eletrônico de Varredura –

1500x.

91 Os testes demonstraram que na amostra dolfim 3 observaram-se feições típicas da

instauração da reação álcali agregado do tipo álcali silicato. Essas feições

constituem-se principalmente de tênues bordas escuras ao redor de alguns

agregados graúdos associadas à deposição de material branco de aspecto

porcelânico sobre a superfícies de quebra do concreto. Eventualmente, nota-se a

presença de gel preenchendo poros na argamassa. Ao microscópio eletrônico foi

possível caracterizar os produtos hidratados típicos da reação que possuem formas

“lancetadas” e se depositam nas áreas de interface do agregado graúdo.

Todavia, a reação álcali agregado tem como uma de suas características a

distribuição heterogênea ao longo das estruturas afetadas. Motivo pelo qual é muito

difícil estabelecer seu grau de desenvolvimento e estágio de evolução. Portanto, não

é possível definir se o processo expansivo evidenciado no dolfim 3 ainda continuará

ocorrendo no decorrer dos anos.

4.2.2 Determinação do teor de cloretos

Os testes foram feitos no dolfim 1, dolfim 2, dolfim 3, píer dos rebocadores e na

ponte de serviço, conforme Figura 61, Figura 62, Figura 63, Figura 64 e Figura 65.

Figura 61 - Resultados referentes ao dolfim 01


92





93

Figura 64 - Resultados referentes ao píer dos rebocadores


Figura 65 - Resultados referentes à ponte de serviço


Nos dolfins 1 e 2 e na ponte de serviço, os testes mostraram que as estruturas

possuem um teor de cloretos abaixo dos 0,15% na profundidade de 4 a 6 cm, o que

é considerável aceitável de acordo com os parâmetros estabelecidos pela NBR

12655:2015 - Concreto de cimento Portland - Preparo, controle e recebimento –

Procedimento.

94 Em um dos testes realizados no dolfim 3, encontrou-se ligeiramente acima do valor

limite de 0,15%, sendo necessário o tratamento para que sejam evitados danos em

um futuro próximo.

O píer dos rebocadores foi a estrutura mais afetada pelo ataque de cloretos, tendo

níveis de concentração até quase dez vezes maiores que o limite estabelecido pela

norma, o que sugere que nestes pontos o concreto já sofre de uma deterioração

severa.

A partir dos resultados adquiridos nos ensaios laboratoriais é possível concluir que a

contaminação das estruturas ocorre por impregnação, uma vez que o teor de

cloretos decresce conforme é aumentada a profundidade estudada.

4.2.3 Determinação da espessura carbonatada

Para a determinação da espessura carbonatada das estruturas do píer, foram

realizados buracos nas estruturas da ponte de serviço e dos dolfins 1,2 e 3. Com os

dados obtidos foi possível definir os coeficientes de carbonatação k, conforme

Tabela 19 e Tabela 20.

Tabela 19 - Profundidade de carbonatação - Ponte de serviço


Ponte de Serviço - P1 Bloco Norte 5,6 1,1 30 2,01

Ponte de Serviço - P2 Viga Norte 5,2 1,0 30 1,83

Ponte de Serviço - P3 Viga Norte 5,1 1,0 30 1,83

Cobrimento (cm)

PROFUNDIDADE DE CARBONATAÇÃO

Localização Elemento

Coeficiente de

carbonatação k (mm/ano1/2)

Espessura Carbonatada Máxima (cm)

Face

Período em

trabalho (anos)

95

Tabela 20 - Profundidade de carbonatação - Dolfins de atracação


Os resultados dos testes da ponte de serviço, na Tabela 19, demonstraram que a

espessura da frente de carbonatação chegou até os 1,1cm de profundidade no

cobrimento do concreto, o que indica que a estrutura não sofre danos significativos

deste fenômeno patológico.

Contrastando com os resultados obtidos na ponte de serviço, os dolfins de

amarração não apresentaram carbonatação, como pode ser observado na Tabela 20.

Provavelmente, a pintura do bloco do dolfim contribuiu para uma maior proteção da

estrutura frente a agressividade do ambiente.

O píer possui um grande fluxo diário de navios movidos à diesel, no entanto, essa

quantidade se mostrou insuficiente para provocar algum dano relativo à

carbonatação.

4.2.4 Determinação do teor de sulfatos

No píer, não foram feitos testes para averiguar o nível de concentração de sulfatos

na água do mar. Ocorre que tal verificação seria irrelevante, tendo em vista que

mesmo que se ultrapasse o valor de 1500 ppm, o que é deveras provável, o

ambiente ainda seria considerado como de categoria severa, de acordo com a NBR

12655:2015, e na classe S1, de acordo com a ACI 318M-14.

Por isso, náo é necessário avaliar o teor de sulfatos do ambiente. Porém, é

interessante mensurar o teor de sulfatos presente no interior do concreto, com o

intuito de saber se o mesmo consegue barrar a entrada de sulfatos e também de

outros agentes agressivos.

Parede CA 01 Concreto 5,1 0 30 0Parede CA 02 Concreto 5,4 0 30 0

Piso CA 05 Concreto 7,1 0 30 0Parede CA 03 Concreto 5,8 0 30 0Parede CA 04 Concreto 6,3 0 30 0

Piso CA 06 Concreto 5,8 0 30 0Piso CA 07 Concreto 7,6 0 30 0

Parede CA 08 Concreto 6,6 0 30 0

Dolfin 01

Dolfin 02

Dolfin 03

PROFUNDIDADE DE CARBONATAÇÃO

LOCALIZAÇÃO ELEMENTO Identificação MATERIAL Cobrimento (cm)

Espessura Carbonatada Máxima (cm)

Período em

trabalho (anos)

Coeficiente de carbonatação k

(mm/ano1/2)

96 O ensaio da penetração de sulfatos foi executado nas estruturas da ponte de

serviço, conforme Figura 66.

Figura 66 - Teor de sulfatos na ponte de serviço


Os resultados da Figura 66 se mostraram atípicos uma vez que os dados parecem

indicar que a concentração de sulfatos aumenta quanto maior a profundidade

estudada. Provavelmente, durante o manejo da amostra pode ter ocorrido algum tipo

de contaminação, o que veio a fornecer esse falso resultado. Cabe ressaltar que,

devido à quantidade limitada de amostras, os resultados podem não refletir o

comportamento real da estrutura.

4.2.5 Determinação do cobrimento com pacômetro

O píer está localizado em um ambiente marinho, o qual é considerado um ambiente

de agressividade nível IV, de acordo com a NBR 6118:2014. Para este tipo de

estrutura, é necessário um cobrimento mínimo de 50 mm de espessura, com um

∆c=10 mm. Os ensaios foram realizados somente nas estruturas da ponte de serviço

e dos dolfins 1,2 e 3. Os resultados obtidos são apresentados na Tabela 21 e na

Tabela 22

97

Tabela 21 - Cobrimento das barras na ponte de serviço


Tabela 22 - Cobrimento das barras nos dolfins de amarração


Os resultados apresentados, tanto da ponte de serviço quanto dos dolfins 1, 2 e 3

indicam que as espessuras dos cobrimentos das estruturas estudadas eram em

média maiores ou iguais a 5 cm, estando portanto de acordo com as recomendações

da NBR 6118:2014.

4.2.6 Determinação do potencial de corrosão das armaduras

Os ensaios de potencial elétrico de corrosão foram realizados em locais da estrutura

que ainda não apresentavam anomalias, com isso foi possível realizar uma análise

completa da estrutura, sendo que nas áreas onde houve a constatação da armadura

exposta e corroída através da inspeção visual concluiu-se que já existe corrosão

instalada.

Analisando os resultados, pode-se dizer que nessas áreas não há probabilidade do

desenvolvimento do processo corrosivo no curto prazo. Somente a viga longarina

localizada na ponte de serviço apresentou resultados que demostravam uma

probabilidade de corrosão incerta. Provavelmente, devido ao seu formato e posição,

1º 2º 3º 4º 5º Média

Ponte de Serviço - P1 verticais Bloco Concreto 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6

Ponte de Serviço - P2 horizontais Viga Concreto 5,2 5,2 5,2 5,2 5,2 5,2

Ponte de Serviço - P3 verticais Viga Concreto 5,1 5,1 5,1 5,1 5,1 5,1

COBRIMENTO DE ARMADURASCOBRIMENTO (cm)

LOCALIZAÇÃO Tipo da barra ELEMENTO MATERIAL

1º 2º 3º 4º 5º 6º Média Desvio Padrão CV %

horizontais 5,8 6,3 5,9 6,2 6,2 6,5 6,2 0,3 4%verticais 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 0,0 0%horizontais 5,0 5,8 5,9 5,8 5,4 4,5 5,4 0,6 10%verticais 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 0,0 0%horizontais 5,4 5,6 4,2 4,1 4,2 5,6 4,9 0,8 16%verticais 5,6 5,4 6,4 4,8 5,1 4,9 5,4 0,6 11%horizontais 5,1 5,4 5,9 5,8 5,1 5,6 5,5 0,3 6%verticais 5,0 5,0 5,0 6,0 5,0 5,0 5,2 0,4 8%horizontais 5,8 6,1 6,4 6,7 6,2 6,0 6,2 0,3 5%verticais 7,0 7,0 6,0 6,0 7,0 7,0 6,7 0,5 8%horizontais 5,10 5,40 5,00 5,70 5,10 5,30 5,3 0,3 5%verticais 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,0 0,0 0%

ConcretoDolfin 3

piso Concreto

Parede

Dolfin 01piso Concreto

Parede Concreto

Piso ConcretoDolfin 02

Parede Concreto

COBRIMENTO DE ARMADURAS

LOCALIZAÇÃO Tipo da barra ELEMENTO MATERIALCOBRIMENTO (cm)

98 esta peça sofre uma maior influência dos agentes agressivos que as demais

estudadas.

A baixa probabilidade de corrosão dos locais estudados possivelmente se deve aos

cobrimentos nominais utilizados no píer, que estão de acordo com a NBR

6118:2014, conforme verificado no item 3.1.5.

Os resultados referentes aos ensaios realizados nos dolfins 1, 2 e 3 e também na

Ponte de serviço podem ser apreciados na Figura 67, Figura 68, Figura 69 e Figura

70.





1

2

3

4

5

6A B C D E F

Curvas Equipotenciais Po -03

-0,05-0-0,1--0,05-0,15--0,1

99



Figura 70 - Resultados referentes à Ponte de Serviço


Somente as amostras do dolfim 3, Figura 69, apresentaram pontos com

probabilidade de corrosão acima dos 90%, indicando a necessidade imediata de

reparo das mesmas naquela região, visando evitar gastos maiores no futuro.

Esta estrutura provavelmente já foi afetada pelos agentes agressivos do ambiente,

os quais podem ter favorecido o fenômeno da pilha eletrolítica na armadura no

interior do concreto, aumentando assim o fluxo de elétrons e, consequentemente,

aumentando a chance de ocorrer corrosão.

4.2.7 Determinação da resistividade elétrica superficial do concreto

Os ensaios de resistividade elétrica do concreto foram realizados em locais da

estrutura que ainda não apresentavam anomalias, com isso foi possível realizar uma

análise completa da estrutura, sendo que nas áreas onde houve a constatação da

1

2

3

4

5

6A B C D E F

Curvas Equipotenciais Po -07

-0,10-0,00-0,20--0,10-0,30--0,20

100 armadura exposta e corroída através da inspeção visual concluiu-se que já existe

corrosão instalada. Analisando os resultados, pode-se dizer que nessas áreas não

há probabilidade do desenvolvimento do processo corrosivo em um médio prazo.

Os resultados obtidos nos ensaios de resistividade elétrica apresentados na Figura

71 deixam clara a baixa velocidade de propagação da corrosão nos pontos

estudados, apenas 8% desses pontos apresentaram uma velocidade de corrosão

baixa a moderada e 92% indicam uma baixa velocidade de corrosão.

Figura 71 - Avaliação da velocidade de corrosão no pontos estudados


Desta forma, constata-se que a resistividade elétrica do concreto das estruturas

analisadas proporciona uma boa qualidade na sua compacidade e, portanto, o

cobrimento dificulta a entrada de agentes agressivos.

5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

O tema de interesse deste trabalho, ou seja, causa e formas de prevenção dos

fenômenos patológicos típicos de um ambiente marinho, é um assunto amplo e

certamente existem vários tópicos a estudar.

Uma sugestão para trabalhos futuros seria a avaliação do tempo de vida útil da

estrutura com o auxílio de softwares, a fim de se comparar o efeito do emprego de

diferentes tecnologias e tratamentos do concreto na durabilidade da estrutura. Um

exemplo de programa como este é o Duracon, que interpreta os parâmetros

101 tecnológicos do concreto e, depois, fornece uma estimativa da durabilidade do

mesmo, tendo como base a norma europeia. Outra opção seria o software Life 365,

que faz o mesmo que o primeiro, porém, baseado na norma americana.

Em outra possível pesquisa poderiam ser estudados os possíveis tratamentos para

os fenômenos patológicos apresentados, tendo em vista as características únicas e

sua dificuldade de execução em um ambiente marinho.

Ao se falar de durabilidade do concreto, o principal fator a ser levado em

consideração é a sua difusibilidade. Os efeitos deletérios da interação do ambiente

com os produtos de hidratação do cimento acorrem quando os agentes agressivos

não são impedidos de penetrar no interior do concreto. A difusibilidade irá depender

do sistema de poros e rachaduras interconectados que compõe a camada de

cobrimento do concreto, que, por sua vez, dependem da composição do concreto e

de sua execução na obra. A diferença entre a permeabilidade e a difusibilidade está

no fato de que a primeira leva em consideração apenas as características relativas à

porosidade do concreto, as quais dizem respeito à relação água/cimento, a cura, a

compactação, a dosagem do concreto e também alguns outros fatores. Já a

segunda leva em conta, também, fatores externos, como a temperatura, a umidade

e também a concentração do agente agressivo no ambiente.

Portanto, a difusibilidade é o único fator preventivo comum a todos os fenômenos

patológicos ilustrados nesse trabalho. Muitas vezes um tipo de tratamento para uma

patologia não é adequado para outra, como por exemplo, no caso da escolha do tipo

de cimento para combater a ação dos íons de cloreto. Para esta situação, o cimento

mais adequado é aquele que contenha uma alta quantidade de C3A. Todavia, este

tipo de cimento é prejudicial ao ataque de sulfatos, pois irá potencializar os efeitos

deste.

De uma maneira geral, as normas Brasileiras ainda necessitam de desenvolvimento

no que tange o diagnóstico dos fenômenos patológicos nas estruturas de concreto.

No presente trabalho, a maioria das normas utilizadas nas metodologias dos ensaios

realizados não eram Brasileiras e, portanto, poderiam não estar adaptadas à

realidade local.

102 Em seguida, entende-se que a NBR 6118:2014 estabelece um tempo de vida útil de

no mínimo 50 anos para estruturas de concreto armado. Para isso, a mesma fornece

uma série de requisitos que devem ser atendidos. Porém, é natural que uma

estrutura enfrente problemas durante a fase de execução, de modo que o projeto as

built possa não seguir, em todos os pontos da estrutura, os parâmetros de qualidade

do concreto estabelecidos pelo projetista. A consequência disso será o

aparecimento de certos fenômenos patológicos no decorrer do tempo de vida útil,

em pontos isolados. Posto isso, o projetista, ainda na fase de concepção, deve

estabelecer um plano de manutenção periódico de forma que se evite a evolução

dessas patologias, visando um custo menor para sua recuperação, bem como uma

maior segurança para os usuários.

Por último, diante dos resultados apresentados, é possível concluir que o píer

estudado não apresenta risco de colapso imediado. Fica a recomendação geral de

que quanto mais cedo as estruturas tiverem um plano de manutenção concebido e

executado, menores serão os custos dos tratamentos a realizar. Este custo total ao

longo da sua vida util será, sem sombra de dúvida, muitas vezes menor do que

possíveis intervenções de recuperação ou reforço estrutural necessárias em

situações de emergência.

103 6 REFERÊNCIAS

AL-KHAJA, A. W. Influence of temperature, cement type and level of concrete consolidation on chloride ingress in conventional and high-strength concretes. Construction and Buildings Materials, [S.l.], 11, p. 9-13, 1997.

AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. ACI 201 - Guide to durable concrete. Farmington Hills, 2008.

AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. ACI 318M - Building Code Requirements for Structural Concrete. Farmington Hills, 2014.

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. C 876/C - Standard Test Method for Half-Cell Potentials of Uncoated Reinforcing Steel in Concrete. West Conshohocken, 1999.

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. C 1218/C - Water Soluble Chloride in Mortar and Concrete. West Conshohocken, 1999.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5737 - Cimentos Portland resistentes a sulfatos. Rio de Janeiro, 1992.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118 - Projeto de Estruturas de Concreto - Procedimento. Rio de Janeiro, 2014.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9204 - Concreto endurecido - Determinação da resistividade elétrico-volumétrica - Método de ensaio. Rio de Janeiro, 2012.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12655 - Concreto de cimento Portland - Preparo, controle e recebimento - Procedimento. Rio de

Janeiro, 2015.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13583 - Cimento Portland - Determinação da variação dimensional de barras de argamassa de cimento Portland expostas à solução de sulfato de sódio. Rio de Janeiro, 2014.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15577-1 - Agregados - Reatividade álcali-agregado Parte 1: Guia para avaliação da reatividade

104 potencial e medidas preventivas para uso de agregados em concreto. Rio de

Janeiro, 2008.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15577-3 - Agregados - Reatividade álcali-agregado Parte 3: Análise petrográfica para verificação da potencialidade reativa de agregados em presença de álcalis do concreto. Rio

de Janeiro, 2008.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15900-6 - Água para amassamento do concreto Parte 7: Análise química - Determinação de sulfato solúvel em água. Rio de Janeiro, 2009.

BORBA Jr, J. C.; CALMON, J. L.; MEIRA, G. R.; TRISTÃO, f. A. Agressividade ao

concreto por cloretos em zona de atmosfera marinha na cidade de vitória. in: Anais 1º Congresso Brasileiro de Patologia, Foz do Iguaçu, p. 122-135, mai. 2014.

BRITISH STANDARDS INSTITUTION. BS 1881-204 - Testing concrete. Recommendations on the use of electromagnetic covermeters. London,1988.

CALAVERA R. J. Cálculo, construcción, patología y rehabilitación de forjados de edificación. 5ª ed. Madrid: INTEMAC, 2002. ISBN 8488764149

CÁNOVAS, M. F. Patologia e terapia do concreto armado, Ed. PINI, São Paulo,

1988.

CARMONA, A.; CARMONA, T.; CARMONA, T.;Inspección, diagnóstico y terapiasde un muelle – experiencias valiosas, Conpat 2005

CARMONA, A.; CARMONA, T.; CARMONA, T.; Reparación de Muelles para Garantía de su Seguridad y Durabilidad, Conpat 2005

CARMONA, A.; et al. Durabilidade de anodos de sacrifício incorporados em reparo de estacas de concreto armado em zona de variação de maré, Conpat 2015 CARMONA, A.; MEREGA, A. Retrospectiva da patologia no Brasil – estudo estatístico. Tese (Doutorado) – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo,

1998. Colloquia´88, p. 101-123. Madrid, 1988.

105 CARMONA, F. A. Metodologia para Recuperação, Proteção e Determinação da Vida Útil Residual de Estruturas de Concreto em Meio Fortemente Agressivo.

1998.

CASCUDO, O.; CARASEK, H. Ação da carbonatação no concreto. In: ISAIA, G. C.

Concreto: Ciência e tecnologia, p. 849-885. São Paulo: Arte interativa. 2011.

CASTRO, A. Influência das adições minerais na durabilidade do concreto sujeito à carbonatação. Dissertação (Mestrado em engenharia Civil), Escola de

Engenharia Civil, Universidade Federal de Goiás, 2003.

DIRETORIA DE HIDROGRAFIA E NAVEGAÇÃO. Previsões de marés (máximas e mínimas diárias). Disponível em: <http://www.mar.mil.br/dhn/chm/box-previsao-

mare/tabuas/index.htm/>. Acesso em: 19 de Dezembro de 2015.

EMPRESA OPERADORA. Inspeção estrutural do píer – Relatório de recuperação. 2015.

ENGEGRAUT. Corrosão. Disponível em: <http://www.engegraut.com.br/corrosao.html/>. Acesso em: 15 de Agosto de 2015.

FELIU, S. Principios de corrosión electroquímica y tipo de ataque. In: FERNANDES, J. A. Teoría y práctica de la lucha contra la corrosion. pp. 10-44. Madrid: CSIC, 1984.

FIGUEIREDO, E. P. Ação dos Cloretos no Concreto. In: ISAIA, G. C. Concreto: Ciência e tecnologia, p. 887-902, São Paulo: Arte Interativa, 2011.

FIGUEIREDO, E. P.; MEIRA, G. R. Corrosão das armaduras das estruturas de

concreto. In: ISAIA, G. C. Concreto: Ciência e tecnologia, p. 903 - 931, 2011.

FIGUERÔA, J. D.; TIBÉRIO, A. O ataque da Reação Álcali Agregado sobre as estruturas de Concreto: a descoberta pioneira da ocorrência do problema em fundações de pontes e edifícios na Região Metropolitana do Recife. Recife: Ed.

Universitária da UFPE, 2007.

FUSCO, P. B. Tecnologia do Concreto Estrutural. São Paulo, PINI, 2012.

GENTIL, V. Corrosão. Rio de Janeiro, LTC, 1996.

106 GREGEROVÁ, M.; POSPÍŠIL, P. Thaumasite formation affected by aggregate composition in concrete in the Czech Republic. Disponível em:

<http://petrol.sci.muni.cz/eng/technolitology/thaumasite/thaumasite.htm./> Acesso

em: 7 de Dezembro de 2015.

HADDAD, M.; MARAZZANI, F. W.; DONADIO, M. Proteção das armaduras com

inibidores químicos de corrosão. In: Concreto & construções. 48, p. 34-41, 2008.

HELENE, P. R. L. Contribuição ao estudo da corrosão em armaduras de concreto armado. São Paulo, 231 p. Tese (Livre docência) – Escola Politécnica da Universidade

de São Paulo. 1993.

INSTITUTO PORTUGUÊS DA QUALIDADE. NP 2106 - Inertes para argamassas e

betões. Determinação do teor de sulfatos. Monte de Caparica,1984.

JAEGERMANN, C. Effect of water-cement ratio and curing on chloride penetration

into concrete exposed to mediterranean sea climate. in: ACI Materials Journal, 87,

p. 333 - 339. 1990.

MEDEIROS, M. H. F.; ANDRADE, j. J. O; Helene, P. Durabilidade e Vida Útil das Estruturas de Concreto, cap. 22, São Paulo: Arte Interativa, 2011.

MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. Concrete: Microstructures, Properties, and Materials. USA: McGraw-Hill, 2006.

MEIRA, G. M. Agressividade de cloretos em zona de atmosfera marinha frente ao problema da corrosão em estruturas de concreto armado. Universidade

Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2004.

MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE. Fundamentos para gestão integrada. Brasília,

2006.

NEVILLE, A. M. Propriedades do concreto. 5 ed. Porto Alegre: Bookman, 2016.

NUNES, L. P. Corrosão. Palestra. São Luís, MA, 2015.

PAULON, V. A. Reação Álcali-Agregado em Concreto. São Paulo: Escola

politécnica da Universidade de São Paulo. 1981.

107 PERDRIX, M. D. Modelos de Vida Util en Estructuras con Corrosión de Armadura. In:

57º CONGRESSO BRASILEIRO DE CONCRETO. Palestra. Bonito, MS, 2015.

PETRUCCI, E. G. Concreto de cimento Portland. 2. ed. Porto Alegre: Editora

Globo, 1970.

PINA, F. B. Resistência à carbonatação de argamassas de recuperação para estruturas em betão armado. Lisboa: Universidade técnica de Lisboa. 2009.

PIRES, K. O. Investigação do potencial reativo álcali-agregado residual – um estudo de caso. Dissertação (Mestrado). Universidade Federal do Paraná, 167 p.

2009.

POOLE, A. B. Introduction to Alkali-Aggregate reaction in concrete. In: Swamy, R. N.

The alkali-sílica reaction in concrete. p. 16-44. Glasgow: Blackie and son, 1992.

RASHEEDUZZAFAR, A. Effect of tricalcium aluuminate content of cement on

corrosion of reinforced stell in concrete. In: Cement and Concrete Research. p. 723

- 738, 1990.

RIBEIRO, D. V.; CUNHA, M. T. Deterioração das estruturas de concreto armado. In Corrosão em estruturas de concreto armado: Teoria, Controle e Métodos de Análise. 272 p. Rio de Janeiro: Elsevier, 2014.

RILEM. CPC-18 Measurement of hardened concrete carbonation depth. Bagneux, 1988.

ROSENBERG, A.; HANSSON, C. M.; ANDRADE, C. Mechanisms of corrosion of

steel in concrete. In: SKALNY, j. p. Materials science of concrete I. p. 285-313.

Westerville: The american ceramic society Inc, 1989.

ROSTAM, S. Repair Methods. Lisboa: IABSE, 1989.

SHAW, A. Control of Corrosion of Underwater Piles. 2014.

SKALNY, J.; MARCHAND, J.; ODLER, I. Sulfate Attack on Concrete. New Fetter

Lane: Spon Press, 2002.

108 SOUZA, V. C.; RIPPER, T. Patologia, Recuperação e Reforço de estruturas de concreto armado. São Paulo: PINI, 2009.

STUDIOTEST. VERIFICA DELLA CARBONATAZIONE. Disponível em:

<http://www.studiotest.it/carbonatazione.html/>. Acesso em: 18 de Novembro de

2015.

TAYLOR, H. F. Cement Chemistry. London: Academic press, 1997.

TORRES, A. S. Avaliação da Sensibilidade do Ensaio Caim – Corrosão Acelerada por Imersão Modificada – Frente ao Processo de Corrosão em Armaduras de Concreto Armado. Dissertação (Mestrado), Porto Alegre:

Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2006.

TORRES, A. S. Corrosão por Cloretos em Estruturas de Concreto Armado: uma Meta-Análise. Tese (Doutorado), Porto Alegre: Universidade Federal do Rio Grande

do Sul, 2011.

TREADAWAY, K. Corosion of steel in concrete. New York: Rilem, 1988.

U.S. DEPARTMENT OF TRANSPORTATION. Alkali-Silica Reactivity Field Identification Handbook . Washington, DC: National Technical Information Service.

2011.

VOGADO, M. W.; COSTA, F. L.; LUTZE, W.; GONG, W. Corrosion resistance of ultra-high performance concrete. 2015

109

APÊNDICE A – Dados dos testes realizados

110

Teor de cloretos

Tabela 23 - Resultados referentes ao dolfim 01






Tabela 26 - Resultados referentes ao píer dos rebocadores


PEDIDO DE ENSAIO

PROFUNDIDADE (cm)

TEOR DE CLORETOS (%smc)

TEOR DE CIMENTO (%)

153.867 0,00 a 2,00 0,18 28,4

153.867 2,00 a 4,00 0,08 30,23

153.867 4,00 a 6,00 0,07 27,72

154.179 0,00 a 2,00 0,15 29,26

154.179 2,00 a 4,00 0,12 24,8

154.179 4,00 a 6,00 0,06 26,10

TEOR DE CLORETOS

ESTRUTURA

DOLFIN 01

DOLFIN 01

DOLFIN 01

DOLFIN 01

IDENTIFICAÇÃO

CL 01

CL 01

CL 01

CL 03

FACE

SUPERIOR

SUPERIOR

SUPERIOR

LESTE

LESTE

LESTE

DOLFIN 01

DOLFIN 01smc : sobre a massa de cimento

CL 03

CL 03

PEDIDO DE ENSAIO

PROFUNDIDADE (cm)


TEOR DE CIMENTO (%)

153.867 0,00 a 2,00 0,13 28,57

153.867 2,00 a 4,00 0,05 28,30

153.867 4,00 a 6,00 0,02 27,54

154.179 0,00 a 2,00 0,17 27,41

154.179 2,00 a 4,00 0,11 19,99

154.179 4,00 a 6,00 0,05 22,25

TEOR DE CLORETOS

ESTRUTURA FACE IDENTIFICAÇÃO

DOLFIN 02 LESTE CL 02



DOLFIN 02 SUPERIOR CL 05


DOLFIN 02 SUPERIOR CL 05smc : sobre a massa de cimento

PEDIDO DE ENSAIO

PROFUNDIDADE (cm)


TEOR DE CIMENTO (%)

154.179 0,00 a 2,00 0,41 21,48

154.179 2,00 a 4,00 0,37 17,90

154.179 4,00 a 6,00 0,17 19,63

154.179 0,00 a 2,00 0,33 22,20

154.179 2,00 a 4,00 0,14 20,70

154.179 4,00 a 6,00 0,12 23,24

TEOR DE CLORETOS







DOLFIN 03 SUPERIOR CL 07smc : sobre a massa de cimento

PEDIDO DE ENSAIO

PROFUNDIDADE (cm)


TEOR DE CIMENTO (%)

154.638 0,00 a 2,00 2,46 22,13

154.638 2,00 a 4,00 1,16 24,18

154.638 4,00 a 6,00 0,72 24,03

154.638 0,00 a 2,00 3,21 28,00

154.638 2,00 a 4,00 2,20 27,08

154.638 4,00 a 6,00 1,45 30,04

TEOR DE CLORETOS


PIER DOS REBOCADORES OESTE

CL 08


CL 08


CL 08

PIER DOS REBOCADORES LESTE

CL 09


CL 09


CL 09

smc : sobre a massa de cimento

111

Tabela 27 - Resultados referentes à ponte de serviço


Teor de sulfatos

Tabela 28 - Teor de sulfatos na ponte de serviço


Potencial de corrosão das armaduras

Tabela 29 - Potencial elétrico de corrosão da face superior do dolfim 1


ESTRUTURA FACE IDENTIFICAÇÃO PEDIDO DE ENSAIO PROFUNDIDADE (cm) TEOR DE CLORETOS (%smc) TEOR DE CIMENTO (%)PONTE DE SERVIÇO NORTE CL 01 157.063 0,00 a 2,00 0,12 19,47PONTE DE SERVIÇO NORTE CL 01 157.063 2,00 a 4,00 0,13 20,24PONTE DE SERVIÇO NORTE CL 01 157.063 4,00 a 6,00 0,08 19,82PONTE DE SERVIÇO NORTE CL 02 157.063 0,00 a 2,00 0,28 20,41PONTE DE SERVIÇO NORTE CL 02 157.063 2,00 a 4,00 0,07 19,91PONTE DE SERVIÇO NORTE CL 02 157.063 4,00 a 6,00 0,06 20,76PONTE DE SERVIÇO NORTE CL 03 157.063 0,00 a 2,00 0,38 22,83PONTE DE SERVIÇO NORTE CL 03 157.063 2,00 a 4,00 0,1 19,78PONTE DE SERVIÇO NORTE CL 03 157.063 4,00 a 6,00 0,05 20,11

TEOR DE CLORETOS

A B C D E F

1 -99 -123 -92 -71 -83 -652 -86 -98 -94 -83 -102 -863 -93 -98 -94 -83 -87 -964 -96 -91 -92 -85 -104 -1175 -81 -81 -85 -91 -93 -1156 -82 -78 -88 -102 -101 -128

MAIOR MÉDIA MENOR DP CV% %<-200-65 -93 -128 13,24096 -14% 0

36 100%0 0%0 0%

Probabilidade de corrosão < 10%Probabilidade de corrosão incertaProbabilidade de corrosão > 90%

RESUMO

mV

LocalElemento estruturalMalha (H x V cm):

bloco, Face superiorDolfin 1

15X15

112

Tabela 30 - Potencial elétrico de corrosão da face sudeste do dolfim 1


Tabela 31 - Potencial elétrico de corrosão da piso superior do dolfim 2


A B C D E F

1 -61 -83 -41 -22 -52 -712 -38 -55 -69 -78 -55 -613 -95 -71 -86 -82 -114 -534 -105 -148 -119 -129 -48 -715 -104 -97 -104 -76 -81 -916 -147 -141 -129 -98 -71 -49

MAIOR MÉDIA MENOR DP CV% %<-200-22 -83 -148 32 -38% 0

36 100%0 0%0 0%


Elemento estrutural bloco, Face sudesteMalha (H x V cm): 15X15

mV

RESUMO

Local Dolfin 1

A B C D E F

1 -25 -8 -103 -98 -98 -862 -39 -72 -87 -83 -83 -793 -75 -94 -91 -86 -8 -764 -88 -132 -129 -106 -91 -825 -78 -101 -127 -98 -99 -86 -11 -106 -123 -101 -109 -88


36 100%0 0%0 0%


Elemento estrutural bloco, piso superiorMalha (H x V cm): 15X15

mV

RESUMO

Local Dolfin 2

113

Tabela 32 - Potencial elétrico de corrosão da piso superior do dolfim 3


Tabela 33 - Potencial elétrico de corrosão do bloco da ponte de serviço


A B C D E F

1 -159 -194 -23 -202 -207 -1882 -203 -189 -195 -175 -199 -1883 -19 -201 -167 -232 -171 -1764 -155 -159 -148 -118 -222 -1525 -199 -225 -169 -225 -199 -166 -164 -179 -15 -143 -199 -19


28 78%0 0%8 22%


Elemento estrutural bloco, piso superiorMalha (H x V cm): 15X15

mV

RESUMO

Local Dolfin 3

O

Nome do Ponto: Local Ponte de ServiçoElemento Estrutural:Malha (H x V cm):

A B C D E F

MAIOR MÉDIA MENOR DP CV% %<-200-3 -17 -87 17 -1 0%

Probabilidade de Corrosão < 10% 25 100%Probabilidade de Corrosão Incerta 0 0%Probabilidade de Corrosão >90% 0 0%

Po 01Bloco Face Norte

50x50

-87 -5 -8 -4 -9 -28

-14 -6

-14 -24

-18

-3

-7

-7

--34-6 -21

-21

-23 -

mV

-21

RESUMO

-

2

1

-3

-3

4

3

-3

-19

-15

--22

114

Tabela 34 - Potencial elétrico de corrosão da viga longarina da ponte de serviço


Tabela 35 - Potencial elétrico de corrosão da viga longarina da ponte de serviço


O


A B C D E F

MAIOR MÉDIA MENOR DP CV% %<-200-201 -231 -327 25 0 100%


Face Norte50x50

Po 02Viga Longarina

-261 -5 -238 -235

1

2

mV

-327

-209

-214 -231

-251

-226-215

RESUMO

-232

-214

4 -218

-235 -215

-

--238

-232

-211

-201-201

-

-

-228

-243-251-232

-2193

O


A B C D E F

MAIOR MÉDIA MENOR DP CV% %<-200-11 -117 -255 81 -1 20%


Po 03Viga Longarina Face Norte50x50

RESUMO

-222 -

5 -88 -15 -31 -11 -22 -

4 -255 -91 -152 -157

-

3 -31 -206 -194 -221 -197 -

-164 -214 -133 -54 -87

mV

1 -151 -35 -13 -12 -158 -

2

115

Resistividade elétrica superficial do concreto

Tabela 36 - Resistividade elétrica dos pontos estudados entre dos dolfins 1,2 e 3.


Classificação quanto a

1º 2º 3º 4 5 Média Desvio Padrão CV % velocidade de corrosão

191,0 107,0 106,0 122,0 56,0 116,4 48,6 42% Baixa146,0 197,0 85,0 123,0 110,0 132,2 42,4 32% Baixa50,1 52,2 45,1 119,0 30,4 59,4 34,4 58% Baixa33,3 56,2 34,5 21,2 32,1 35,5 12,8 36% Baixa35,4 134,0 31,1 50,5 40,3 58,3 43,0 74% Baixa

80,3 36,2 48% Baixa


34,2 4,8 15% Baixa


37,9 17,7 47% Baixa

39,4 39,3 39,7 39,5 32,5 38,08 3,12282 8,20% Baixa59,1 30,8 45,5 29,8 27,4 38,52 13,5236 35,11% Baixa28,3 30,3 37,4 29,2 29,7 30,98 3,66292 11,82% Baixa39,7 32,5 32,9 26,6 38,1 33,96 5,1844 15,27% Baixa26 27,1 34,1 38,2 32,6 31,6 5,06014 16,01% Baixa

34,6 6,1 17,28% Baixa

Piso Superior Concreto

Dolfin 1

Dolfin 1

Dolfin 2

Dolfin 3

Piso ConcretoSuperior

Piso ConcretoSuperior

ConcretoSudeste

LOCALIZAÇÃO

Parede

MATERIALMedição

PONTO FACE

RESISTIVIDADE ELÉTRICA DO CONCRETO

116

APÊNDICE B – Estruturas que compõem o píer

117

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Efeitos de Agentes Agressivos Marinhos Em Estruturas Portuárias de Concreto Armado No Brasil Estudo de Caso