Mestrado Thomas

THOMAS GARCIA CARMONA

MODELOS DE PREVISO DA DESPASSIVAO DAS

ARMADURAS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO SUJEITAS

CARBONATAO

Dissertao apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo como requisito para obteno do Ttulo de Mestre em Engenharia.

So Paulo 2005

ii

THOMAS GARCIA CARMONA

MODELOS DE PREVISO DA DESPASSIVAO DAS

ARMADURAS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO SUJEITAS

CARBONATAO

Dissertao apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo como requisito para obteno do Ttulo de Mestre em Engenharia. rea de Concentrao: Engenharia de Construo Civil e Urbana Orientador: Prof. Titular Dr. Paulo Helene

So Paulo 2005

iii

Aos que entendem...

iv

AGRADECIMENTOS

A meus pais, pela dedicao e pacincia interminveis.

A meus irmos, em quem me espelho e nos quais sempre encontrarei inspirao.

A toda a minha famlia.

A Cristiane Mano e famlia, pela alegria, experincia e compreenso.

Aos artistas, cujo fruto do trabalho o alimento de minha alma.

A Fernando Jos Relvas.

Aos professores e amigos da Faculdade de Engenharia da Fundao Armando

lvares Penteado.

Ao meu orientador Dr. Paulo Helene.

Dra. Carmen Andrade e ao Dr. Peter Tanner, pela oportunidade.

A todos os meus amigos do CEMCO 2004.

A Carolina Martinez.

A Carlos Arcila.

Aos amigos, funcionrios e professores da Escola Politcnica.

A Humberto Benini, Gerusa Aguiar, Tatiana Tuchiya, Manuel Grullon e Marcos

Mitre.

turma da rua".

A Kawai Sensei e todos os amigos e professores da arte do Aikido.

A Yuriko Yoshioka, Kazuo Ishikawa e Yassussi Nagao.

Aos meus companheiros msicos e todas as "novas criaturas".

A Carmen Diaz Periaez.

A todas as pessoas do Instituto Eduardo Torroja e seu fundador, ainda que invisvel.

v

CARMONA, THOMAS G. Modelos de Previso da Despassivao das Armaduras em Estruturas de Concreto Sujeitas Carbonatao. So Paulo, Universidade de So Paulo PCC.USP, 2005 (Dissertao Mestrado)

RESUMO

Este trabalho iniciado apresentando os conceitos tericos necessrios para o bom

entendimento do tema tratado, incluindo corroso de armaduras, passivao,

despassivao, vida til e tambm conceitos de anlise de riscos e teoria da

confiabilidade.

No terceiro captulo feita a reviso bibliogrfica das variveis que influem na

carbonatao do concreto, apresentando um panorama do conhecimento atual sobre o

tema, tanto no Brasil como no exterior.

No quarto captulo so apresentados e discutidos os modelos de previso da

carbonatao sendo tambm feitas comparaes entre os resultados obtidos pelos

modelos principais.

No captulo cinco apresentado o trabalho experimental que objetiva contribuir com

o conhecimento sobre a variabilidade da carbonatao e dos cobrimentos por meio de

um estudo de caso real. A estrutura estudada foi o subsolo de um edifcio residencial

na zona central da cidade de So Paulo, no qual foram feitas diversas medidas de

profundidade de carbonatao, cobrimentos de armaduras, concentrao de CO2

ambiente e umidade relativa do ar.

Os resultados foram tratados por meio de anlise de varincia e os valores de

profundidade de carbonatao foram comparados com os valores previstos

empregando modelos de previso.

Foi realizado o clculo terico da probabilidade de despassivao que foi comparada

com a incidncia real de despassivao observada. Os coeficientes de variao

encontrados tambm foram comparados com os resultados de outras pesquisas

atuais.

apresentado o desenvolvimento de um programa computacional para previso do

perodo de iniciao por mtodos deterministas e probabilistas.

vi

CARMONA, THOMAS G. Prediction Models of the Despassivation of Reinforcement Steel in Concrete Structures due to Carbonation. So Paulo, So Paulo University PCC.USP, 2005 (Master Degree)

ABSTRACT

This work starts presenting the theoretical concepts needed for a good understanding

of its contents, including corrosion of steel in concrete, passivation, despassivation,

service life and concepts of risk analysis and reliability theory.

In chapter three its discussed the several variables that have influence in concrete

carbonation, presenting a general view of the knowledge concerning the topic in

Brasil and other countries.

Chapter four presents and discuss the prediction models of carbonation and

comparisons are made between the results of the main models.

In chapter five it is presented the experimental work that intends to contribute with

the knowledge about the carbonation and concrete covers variability by means of a

case study. The studied structure was the parking garage of a 30 years residential

building, located in the central zone of So Paulo city in Brasil, in witch were made a

several number of measurements of carbonation depth, concrete cover, CO2

concentration and air relative humidity.

The collected data was analyzed using variance analysis and the values of

carbonation depth were compared with that estimated using prediction models.

The theoretical calculation of the despassivation probability was compared with the

real despassivation incidence.

The variation coefficients obtained were almost compared with the results of other

recent investigations.

It is still presented the development of a computer program for predicting the

initiation period using deterministic and probabilistic methods.

vii

SUMRIO

AGRADECIMENTOS

RESUMO

ABSTRACT

SUMRIO

LISTA DE FIGURAS

LISTA DE TABELAS

1. INTRODUO ......................................................................................................................... 1

1.1. IMPORTNCIA E JUSTIFICATIVA DO TEMA............................................................................ 1 1.2. CENTROS DE PESQUISA E PESQUISADORES DE REFERNCIA................................................. 2 1.3. OBJETIVOS ........................................................................................................................... 5 1.4. CONTEDO DESTA DISSERTAO ........................................................................................ 5

2. CONCEITOS .............................................................................................................................. 7

2.1. PASSIVAO DAS ARMADURAS................................................................................................... 7 2.2. DESPASSIVAO.......................................................................................................................... 8 2.3. VIDA TIL................................................................................................................................. 10 2.4. DIFERENAS ENTRE DESPASSIVAO E CORROSO .................................................................. 15 2.5. ANLISE DE RISCOS E TEORIA DA CONFIABILIDADE ................................................................. 16

3. VARIVEIS QUE INFLUEM NA CARBONATAO DOS CONCRETOS DE CIMENTO PORTLAND................................................................................................................... 20

3.1. RELAO GUA/CIMENTO........................................................................................................ 20 3.2. TIPO DE CIMENTO E ADIES.................................................................................................... 21 3.3. CONCENTRAO DE CO2 NO AMBIENTE.................................................................................... 22 3.4. CURA E COMPACTAO DO CONCRETO..................................................................................... 22 3.5. UMIDADE .................................................................................................................................. 22 3.6. TEMPERATURA .......................................................................................................................... 23 3.7. FISSURAO.............................................................................................................................. 23

4. MODELOS DE PREVISO DA CARBONATAO............................................................... 25

4.1. TUUTTI (1982) ........................................................................................................................ 25 4.2. SENTLER (1984) ..................................................................................................................... 28 4.3. PARROT (1987)....................................................................................................................... 29 4.4. BAKKER (1988) ...................................................................................................................... 30 4.5. SCHIESSL (1988) .................................................................................................................... 31 4.6. PAPADAKIS ET AL. (1989, 1991A, 1991B, 1992).................................................................... 33

viii

4.7. THOMAS & MATHEWS (1992)............................................................................................. 37 4.8. CEB (1996)............................................................................................................................... 38 4.9. HELENE (1997) ....................................................................................................................... 39 4.10. IZQUIERDO (2003)............................................................................................................... 42 4.11. ANDRADE (2004) ................................................................................................................. 44 4.12. OUTROS MODELOS.................................................................................................................. 45 4.13. COMENTRIOS SOBRE OS MODELOS DE CARBONATAO....................................................... 46

5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ................................................................................. 52

5.1. DESCRIO DA ESTRUTURA ...................................................................................................... 52 5.2. PLANO DE AMOSTRAGEM .......................................................................................................... 56 5.3. METODOLOGIA DE MEDIDA....................................................................................................... 58

6. RESULTADOS ......................................................................................................................... 61

7. DISCUSSO DOS RESULTADOS ........................................................................................ 62

7.1. PROFUNDIDADE DE CARBONATAO ........................................................................................ 62 7.2. COBRIMENTOS........................................................................................................................... 66 7.3. UMIDADE RELATIVA DO AR ...................................................................................................... 66 7.4. CONCENTRAO DE CO2 AMBIENTE ......................................................................................... 67 7.5. PROBABILIDADE DE DESPASSIVAO........................................................................................ 67 7.6. CLCULO TERICO DA PROFUNDIDADE DE CARBONATAO.................................................... 70

8. SISTEMA COMPUTACIONAL............................................................................................. 73

9. CONSIDERAES FINAIS................................................................................................... 78

9.1. CONCLUSES............................................................................................................................. 78 9.2. TRANSFERNCIA DOS CONHECIMENTOS ADQUIRIDOS ............................................................... 79 9.3. SUGESTES PARA CONTINUIDADE DOS ESTUDOS ...................................................................... 80

10. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS............................................................................... 81

ANEXO 1 ANLISE DE VARINCIA........................................................................................ 89

ix

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1: Diagrama de equilbrio termodinmico do metal ferro em meio aquoso a

25 C (POURBAIX, 1974, ampliado por CASCUDO, 1997)................... 7

Figura 2.2: Representao do avano da frente de carbonatao (TULA, 2000). ....... 9

Figura 4.1: Coeficiente de difuso do O2 em funo da relao gua cimento para

cimento Portland comum (TUUTTI, 1982). ........................................... 26

Figura 4.2: Influncia da umidade relativa do ar no coeficiente de difuso de O2 para

algumas relaes gua cimento. .............................................................. 26

Figura 4.3: Nomograma para previso do coeficiente de carbonatao kCO2

(THOMAS & MATTHEWS, 1992)........................................................ 37

Figura 4.4: baco para obteno da espessura de cobrimento com relao

carbonatao em funo do tipo de concreto (C10 a C50) e da vida til de

projeto desejada (1 a 100 anos). .............................................................. 39

Figura 4.5: Relao entre o tipo de concreto e KCO2 em funo do tipo de concreto de

acordo com HELENE (1997).................................................................. 40

Figura 4.6: Profundidade de carbonatao em 50 anos, em funo do tipo de

concreto segundo os modelos de TUUTTI, PAPADAKIS, CEB,

HELENE e THOMAS para as condies ambientais definidas. ............ 50

Figura 4.7: Perodo de iniciao estimado para um concreto classe 25 em funo dos

cobrimentos e do tipo de cimento. .......................................................... 51

Figura 5.1: Esquema estrutural em planta do nvel trreo do Condomnio Edifcio

Flvia....................................................................................................... 54

Figura 5.3: Vista geral da garagem. ........................................................................... 55

Figura 5.4: Posicionamento tpico das medidas nos prticos transversais. ............... 57

Figura 5.5: Vista de um dos pilares durante a realizao dos ensaios. ...................... 57

Figura 7.1: Distribuio da profundidade de carbonatao nas vigas. ...................... 63

Figura 7.2: Anlise de resduos da profundidade de carbonatao............................ 64

Figura 7.5: Incidncia de passivao nas vigas. ........................................................ 69

Figura 7.6: Incidncia de passivao nos pilares. ...................................................... 70

Figura 7.8: Disperso da profundidade de carbonatao obtida em campo e

comparao com os valores calculados pelo modelo de HELENE. ....... 72

Figura 8.1: Tela principal do programa CARAMBOLA........................................... 74

x

Figura 8.2: Tela com os resultados da simulao empregando dados do trabalho

experimental. ........................................................................................... 77

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1: Categorias de vida til de projeto para edificaes (BSI, 1992)............. 13

Tabela 4.1: Grau de hidratao aproximado do cimento portland (BYFORS 1980

apud TUUTTI 1982). .............................................................................. 27

Tabela 4.2: Parmetros dos constituintes majoritrios do cimento portland. ............ 36

Tabela 4.3: Volumes diferenciais molares V x 106 (m3/mol). ............................... 36

Tabela 4.2: Valores dos coeficientes de cura e exposio K1 x K2. ....................... 38

Tabela 4.3: Valores do fator de idade "n" em funo da exposio. ......................... 39

Tabela 4.4: Proposta de IZQUIERDO (2003) para caracterizao estatstica do

modelo de carbonatao. ......................................................................... 43

Tabela 4.5: Proposta de IZQUIERDO (2003) de caracterizao estatstica dos

cobrimentos. ............................................................................................ 43

Tabela 4.6: Valores recomendados para do ndice de confiabilidade referente ao Estado Limite de Durabilidade (IZQUIERDO, 2003). ........................... 44

Tabela 4.7: Comparao da profundidade de carbonatao em 50 anos a partir dos

modelos de TUUTTI, PAPADAKIS, CEB, HELENE e THOMAS....... 50

Tabela 6.1: Resultados de profundidade de carbonatao. ........................................ 61

Tabela 6.2: Resultados de cobrimentos...................................................................... 61

Tabela 6.3: Resultados de Umidade relativa do Ar.................................................... 61

Tabela 6.4: Resultados de Concentrao de CO2 ambiente. ...................................... 61

Tabela 7.1: Resultados de profundidade de carbonatao obtidos pelos modelos para

o cenrio do estudo experimental............................................................ 71

1

1. INTRODUO

1.1. Importncia e Justificativa do Tema

O concreto armado apesar de ser uma associao inteligente de materiais, ser verstil

e durvel, est sujeito a vrios tipos de deteriorao, que podem ser causados por um

grande nmero de mecanismos.

Dentre eles a corroso de armaduras tem se mostrado o de maior incidncia e que

maiores prejuzos econmicos tem trazido aos pases.

Segundo ANDRADE & GONZALES (1978) os custos econmicos diretos da

corroso so estimados entre 1,25 e 3,5% do produto interno bruto dos pases

desenvolvidos.

CARMONA & MAREGA (1988), DAL MOLIN (1988) e NINCE (1996)

encontraram para o problema da corroso de armaduras em edificaes uma

incidncia da ordem de 30%.

As armaduras no interior do concreto esto protegidas da corroso por estarem em

um pH alcalino, em torno de 13. Essa condio denominada de passivao pode ser

alterada por ao de agentes agressivos como o CO2 atmosfrico ou a presena de

ons cloreto.

s reaes qumicas entre os componentes do cimento hidratado e o CO2 se d o

nome de carbonatao. Essas reaes provocam a reduo do pH da soluo

intersticial dos poros do concreto e quando atingem a profundidade da armadura a

deixam em condies de desenvolver um processo corrosivo.

Nas grandes cidades a corroso de armaduras induzida pela carbonatao um

problema frequente, a exemplo o resultado de inspees detalhadas realizadas em 27

escolas pblicas na cidade de So Paulo que mostrou que 96% dessas estruturas

apresentavam danos relacionados com a carbonatao do concreto (LEVY &

HELENE, 2000).

2

Existem muitos trabalhos que buscam explicar os fatores intervenientes na

carbonatao e tambm desenvolver modelos matemticos para a previso do

fenmeno (HAMADA, 1968; SMOLCZIK, 1968; HELENE, 1981; TUUTTI, 1982;

ANDRADE, 1992).

A tendncia atual para a previso do tempo at a despassivao, ou seja, o tempo

necessrio at que a carbonatao atinja a armadura no interior da estrutura

combinar os modelos matemticos decorrentes dos mecanismos de transporte com

mtodos probabilistas, sendo necessrio conhecer os parmetros estatsticos da

carbonatao e tambm dos cobrimentos de armadura para uma anlise mais profcua

do problema (HELENE, 1997).

1.2. Centros de Pesquisa e Pesquisadores de Referncia

1.2.1. No Brasil

O primeiro trabalho nacional a ser publicado sobre corroso de armaduras no

concreto se deve a HELENE (1981).

Desde ento esse pesquisador tem sido responsvel por inmeras publicaes

importantes na rea, incluindo o primeiro livro nacional sobre o tema

(HELENE, 1986).

Outros trabalhos importantes no campo da durabilidade das estruturas de concreto

tem sido realizados pelo Instituto de Pesquisas Tecnolgicas de So Paulo IPT,

como por exemplo o trabalho de CINCOTTO (1972) que se tornou referncia para a

anlise de agressividade da gua ao concreto e culminou na norma CETESB

L 1007 (1978).

A seguir se apresenta uma relao com alguns dos mais importantes pesquisadores e

centros de pesquisa nacionais e que tem desenvolvido estudos sobre corroso de

armaduras e durabilidade das estruturas de concreto:

3

Profa. Dra. Ins JOEKES (1983) UNICAMP

Prof. Dra. Idalina Vieira AOKI (1988) EPUSP

Prof. Dr. Jefferson LIBRIO (1989) EESC USP

Prof. Dr. Carlos Eduardo TANGO (1990) Instituto de Pesquisas Tecnolgicas - IPT

Prof. Dr. Mrio Morio ISA (1990) - UNESP

Profa. Dra. Zehbour Panossian KAJIMOTO (1991) - Instituto de Pesquisas Tecnolgicas - IPT

Prof. Dr. Antnio NEPOMUCENO (1992) e Prof. Dr. Elton BAUER (1995) Universidade de Braslia - UnB.

Prof. Dr. Luiz R. PRUDNCIO (1993) Universidade Federal de Santa Catarina-UFSC

Prof. Dr. Enio FIGUEIREDO (1994) Universidade Federal de Goinia-UFG

Prof. Dr. Cludio KAZMIERCZAK (1995) Centro de Cincias Tecnolgicas do Ncleo de Pesquisa e Apoio Indstria da UNISINOS RS

Profa. Dra. Denise Carpena DAL MOLIN (1995) Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Prof. Dr. Geraldo ISAIA (1995) Universidade Federal de Santa Maria-RS

Profa. Dra. Maryangela Geimba de LIMA (1996) ITA/CTA em So Jos dos Campos

Prof. Dra. Silvia Maria SELMO (1997) EPUSP

Prof. Dr. Wellington REPETTE (1997) UFSC

Prof. Dr. Antonio CARMONA (1998) Universidade Mackenzie.

Prof. Dr. Leonel TULA (2000) Instituto Brasileiro do Concreto IBRACON

Prof. Dr. Osvaldo CASCUDO (2000) - UFG

Dra. Isolda COSTA (2003) Instituto de Pesquisas Energticas e Nucleares - IPEN

1.2.2. No Exterior

At a dcada de 1960 os trabalhos sobre corroso de armaduras eram segundo

CUNHA (2001) esparsos e de divulgao limitada, principalmente devido a entraves

polticos e idiomticos.

No que se refere carbonatao HAMADA (1968), MEYER (1968) e SMOLCZIK

(1968) publicam importantes trabalhos no 5th International Symposium on the

Chemistry of Cement.

4

Em 1970 a Portland Cement Association PCA dos Estados Unidos da Amrica

publica um importante estudo sistemtico sobre corroso de armaduras.

Em 1976 publicado o resultados do trabalho do grupo denominado Corrosion

Reinforcing Steel in Concrete CRC e que foi iniciado em 1961, pela Reunion

Internationale de Laboratories Dessais et Materiaux RILEM.

Na dcada de 1970 foram publicados trabalhos significativos sobre a utilizao de

tcnicas eletroqumicas para avaliao da corroso, como por exemplo STRATFUL

(1973) e ANDRADE (1973).

No ano de 1982 publicado o trabalho de TUUTTI pelo Swedish Cement and

Concrete Research e que introduz os conceitos de vida til de estruturas de concreto

armado sujeitas corroso de armaduras e prope modelos de previso do perodo de

iniciao por carbonatao e penetrao de cloretos bem como do perodo de

propagao da corroso.

Em 1985 publicado pelo American Concrete Institute ACI o relatrio do comit

222 contendo informaes sobre os mecanismos bsicos da corroso.

Na dcada de 1990 publicado o CEB-FIP Model Code (1993) que introduz

conceitos de durabilidade no projeto estrutural. Atualmente o CEB - Comit Euro-

International du Bton e a FIP - Fdration Internationale de la Prcontrainte se

fundiram em uma nica instituio denominada FIB - Fdration Internationale du

Bton.

O ACI 365 publicou em 2000 o seu relatrio de estado da arte sobre previso de vida

til de estruturas novas e existentes.

5

Um centro de pesquisa de destaque e que deve ser mencionado o Instituto

Eduardo Torroja de Ciencias de la Construccin IETCC da Espanha e que tem

contribudo com importantes trabalhos sendo mundialmente reconhecida a

pesquisadora Carmen Andrade membro desse instituto.

1.3. Objetivos

Os principais objetivos deste trabalho so:

a) Realizar um levantamento bibliogrfico sobre os modelos de previso do

perodo de iniciao da corroso em estruturas de concreto armado sujeitas

carbonatao, discutindo a sua aplicabilidade prtica.

b) Identificar lacunas existentes e que devem ser objeto de pesquisas futuras.

c) Contribuir com o conhecimento sobre a variabilidade da carbonatao e dos

cobrimentos de armaduras necessrios para aplicao de mtodos probabilistas

ou semi-probabilistas de anlise de vida til, por meio de um estudo de caso

prtico.

d) Desenvolver um sistema computacional para previso do perodo de iniciao

por mtodos deterministas e probabilistas.

1.4. Contedo desta Dissertao

O trabalho se inicia com as justificativas do estudo, um resumo do cenrio geral das

pesquisas sobre o assunto no Brasil e no exterior e os objetivos pretendidos.

So apresentados os conceitos tericos necessrios ao bom entendimento do

trabalho, sendo tambm discutidas as variveis que influem na carbonatao do

concreto sob o ponto de vista de diversos pesquisadores nacionais e internacionais.

feita uma reviso dos modelos mais significativos para previso da carbonatao e

tambm uma discusso crtica sobre os mesmos.

O trabalho experimental objetivou dar uma contribuio aos conhecimentos sobre a

variabilidade da carbonatao e dos cobrimentos nas garagens de um edifcio

6

residencial. Esse trabalho detalhado nessa dissertao, incluindo a descrio da

estrutura estudada, o plano de amostragem e a metodologia empregada nas medidas

realizadas.

Os resultados obtidos no trabalho experimental so discutidos e tambm feito o

clculo terico da probabilidade de despassivao supondo distribuies normais

para a carbonatao e cobrimentos e empregando as mdias e coeficientes de

variao obtidas no trabalho experimental. Os resultados desse clculo so

comparados com as incidncias de despassivao reais encontradas. feita tambm a

comparao da profundidade de carbonatao calculada e as obtidas

experimentalmente.

Um sistema computacional para previso do perodo de idespassivao por ao da

carbonatao que emprega mtodos deterministas e probabilistas foi desenvolvido,

sendo todos os conceitos empregados descritos neste trabalho.

Por fim so apresentadas as concluses e a transferncia ao meio tcnico alm de

sugestes para continuidade dos estudos.

7

2. CONCEITOS

2.1. Passivao das Armaduras

Em geral os metais encontram-se na natureza na forma de xidos. Para a extrao do

metal necessrio um processo de reduo com introduo de energia. O processo

inverso e natural de reduo de energia denominado oxidao conhecido por

corroso e representa a destruio paulatina do metal (ANDRADE, 1992).

A corroso metlica em meio aquoso um fenmeno de carter eletroqumico que

supe reaes de oxidao e reduo, com a formao de uma corrente eltrica

atravs do metal e uma corrente inica atravs do eletrlito em um circuito fechado.

A potencialidade da corroso depende do pH do meio j que existe interao entre os

ons formados nas reaes da corroso com os ons do eletrlito. Assim pode-se

estabelecer uma relao entre a diferena de potencial e o pH do meio aquoso

(POURBAIX, 1974).

Figura 2.1: Diagrama de equilbrio termodinmico do metal ferro em meio aquoso a

25 C (POURBAIX, 1974, ampliado por CASCUDO, 1997).

Podem-se distinguir trs zonas: imunidade, passivao e corroso. Na zona de

imunidade, o metal no se corri permanecendo estvel para qualquer valor de pH. A

zona definida como passivao onde o metal se recobre de uma delgada camada de

8

xidos e hidrxidos que atua como uma barreira de proteo impedindo o progresso

da corroso. Na zona de corroso o pH e o potencial eletroqumico do condies

para que os produtos da camada de passivao no sejam mais estveis e a corroso

tenha lugar.

A elevada alcalinidade da soluo dos poros do concreto favorece a formao e

manuteno da camada passivante do ao no interior do concreto.

Essa alcalinidade (pH entre 12,5 e 13,5) obtida principalmente devido formao

da portlandita [Ca(OH)2] durante a hidratao do cimento, mas outros lcalis

presentes na pasta tambm contribuem para essa condio.

2.2. Despassivao

A passivao do ao no concreto descrita em 2.1. pode ser alterada quando algum

agente externo agressivo penetra para o interior do concreto e altera as condies

internas junto armadura.

Os dois agentes agressivos principais e que podem promover a despassivao das

armaduras no interior do concreto so a carbonatao do concreto e a presena de

cloretos, embora outros mecanismos como por exemplo a ao de guas cidas,

fungos, fuligem, fissuras, reaes expansivas com sulfatos e outros tambm podem

atuar (ANDRADE, 1992; SANJUN, 1992).

A carbonatao do concreto faz com que exista uma reduo do pH da soluo para

valores da ordem de 9. As reaes qumicas simplificadas envolvidas na

carbonatao do concreto so as seguintes:

OHCaCOHCOOHCa

HCOHOHCO

233

322

++++++

+

9

O CO2 penetra para o interior de concreto predominantemente por um mecanismo de

difuso. Os mecanismos de absoro capilar e migrao de ons no se aplicam ao

caso e dificilmente haver diferenas de presso que possibilitem a ocorrncia de

mecanismos de transporte do tipo permeabilidade (HELENE, 1993).

Essa penetrao e reao de carbonatao ocorre gradualmente, fazendo com que

exista uma camada carbonatada que aumenta de espessura no decorrer do tempo,

essa camada carbonatada chamada de frente de carbonatao. Isso fica mais claro

com a Fig. 2.2.

Figura 2.2: Representao do avano da frente de carbonatao (TULA, 2000).

A presena de cloretos na profundidade da armadura dentro de determinadas

concentraes crticas tambm pode romper pontualmente a camada passivadora do

ao.

Os cloretos podem estar presentes por diversos motivos, como por exemplo a

contaminao dos materiais constituintes do concreto, o uso de aditivos aceleradores

de pega contendo cloretos ou ainda devido ao agressiva de guas e atmosferas

marinhas ou industriais. Os principais mecanismos de transporte envolvidos na

penetrao de cloretos do meio externo so a difuso, a capilaridade e a

permeabilidade.

O presente trabalho ser focado na carbonatao do concreto.

Camada carbonatada

CO2

Camada Passivadora

Camada Passivadora

CO2

Corroso

Camada carbonatada

10

2.3. Vida til

A primeira conceituao de vida til para o caso particular da corroso de armaduras

foi proposta por TUUTTI (1982) onde pela primeira vez foram definidos o perodo

de iniciao e o perodo de propagao da corroso das armaduras no concreto.

A norma inglesa BS 7543 (1992) d uma srie de conceitos e critrios de projeto

para levar em conta a durabilidade e a vida til das edificaes e segundo consta

nessa norma sua origem o captulo IX do Code of Practice 3 datado de 1950.

O trabalho de HELENE (1997) apresenta uma reviso completa do conhecimento

sobre a vida til das estruturas de concreto e aponta os rumos futuros da pesquisa e

normalizao para projeto de estruturas de concreto armado no que se refere

durabilidade.

Um documento posterior o ACI 365 (2000) que tambm apresenta o estado da arte

na previso de vida til incluindo aspectos econmicos e anlise de custo de ciclo de

vida de estruturas de concreto armado.

Tambm em 2000 publicada a primeira verso da norma ISO 15.686 sobre o

planejamento de vida til e que contempla os mesmos tpicos do ACI 365.

Vida til comumente definida como o perodo de tempo no qual a estrutura ou o

componente estrutural pode cumprir sua funo sem custos importantes de

manuteno, ou seja, dever estar sob manuteno preventiva mas, no dever sofrer

manuteno corretiva durante esse perodo, em outras palavras no poder ser objeto

de intervenes no previstas (CEB, 1990; BS, 1992; ACI, 2000).

De acordo com o modelo de vida til de TUUTTI (1982) e ampliado por HELENE

(1993), a deteriorao por corroso de armaduras das estruturas de concreto pode ser

modelada como um processo que comporta dois estgios (Figura 2.3).

11

O primeiro estgio, ao qual est associado o perodo de tempo to, denominado

perodo de iniciao ou despassivao, corresponde ao perodo de tempo que os

agentes agressivos do ambiente levam para alcanar a armadura. O segundo estgio

denominado perodo de propagao e est associado ao perodo de tempo t (t1, t2, ou

tf) que corresponde ao tempo at a ocorrncia de uma deteriorao significativa,

tanto do ponto de vista esttico quanto de segurana, podendo ser o tempo

correspondente ao aparecimento de manchas de produtos de corroso, ao

aparecimento de fissuras, ocorrncia de destacamentos do concreto de cobrimento

ou at ruptura parcial ou total da estrutura. A definio de t (t1, t2, ou tf) depende

muito da definio do nvel de deteriorao aceitvel e portanto bastante subjetiva.

Assim, a vida til igual a to + t, sendo t definido arbitrariamente, em funo da

importncia da obra e seu estado em (a) construes novas, (b) construes

existentes e em bom estado de conservao ou (c) construes existentes e

deterioradas, sendo possvel distinguir pelo menos os tipos seguintes:

. vida til de projeto

. vida til de servio ou de utilizao

. vida til total

. vida til residual

12

Figura 2.3: Conceituao de vida til das estruturas de concreto com relao

corroso das armaduras de TUUTI (1982), ampliado por HELENE

(1993).

A vida til da estrutura de concreto armado deveria ser estabelecida na fase de

projeto pelo proprietrio e tambm ser convenientemente documentada (BS , 1992).

Na definio da vida til de uma estrutura deveriam ser considerados os aspectos

seguintes:

- Natureza da agressividade ambiental a que o concreto estar sujeito;

- Mecanismos de degradao do concreto;

- Descrio de sua evoluo no tempo;

- Quantificao do grau inaceitvel de degradao.

Desempenho

TempoVida til de projeto (t )

0

Vida til de servio 1 ( t + t )0 1

Vida til de servio 2 ( t + t )0 2

Vida til ltima ou total ( t + t )0 f

Vida til residual total

Vida til residual de servio

Despassivao

ManchasFissuras

Reduo de secoPerda de aderncia

Destacamentos

Mnimo de projeto

Mnimo de servio

Mnimo deruptura

13

A norma BS 7543 (1992) estabelece categorias de vida til a serem adotadas no

projeto de acordo com o tipo de edificao (tabela 1).

Tabela 2.1: Categorias de vida til de projeto para edificaes (BSI, 1992).

Categoria Descrio

Vida til de Projeto (anos) Exemplos

1 Temporria < 10 Galpes no permanentes e edificaes para exposies temporrias.

2 Vida Curta > 10 Salas de aula temporrias; construes para processos industriais curtos;

3 Vida Mdia > 30 Maioria das edificaes industriais.

4 Vida Normal > 60 Novos edifcios educacionais e de sade.

5 Vida Longa > 120 Edifcios de importncia poltica e outras edificaes de alta qualidade.

A vida til das estruturas de concreto armado pode ser estimada por um dos quatro

mtodos seguintes:

Empiricamente: Procurando garantir a durabilidade pela especificao de

exigncias construtivas baseadas em experincias anteriores. Assim o tratamento

da maioria das normas tcnicas brasileiras e internacionais desde 1903, sendo o

parmetro principal de durabilidade o cobrimento da armadura de concreto. Na

norma nacional a agressividade ambiental e as caractersticas do concreto s passou

a ser levada em conta em 2003. Nesse mtodo no so consideradas as relaes entre

estas variveis e o tempo da vida til previsto da estrutura.

Com base em ensaios acelerados: Este mtodo foi introduzido em 1978 com a

norma ASTM E632 Standard Practice for Developing Accelerated Tests to Aid

Prediction of the Service Life of Building Components and Materials, que embora

se aplique a componentes da construo pode, mediante algumas consideraes de

engenharia, ser aplicada estrutura.

14

Por modelos numricos e deterministas: Este mtodo baseia-se nos mecanismos

fsicos relacionados deteriorao das estruturas e podem considerar particularmente

a corroso da armadura ou a deteriorao do concreto. No caso das armaduras os

modelos de previso esto bastante desenvolvidos. J no caso do concreto ainda no

existem modelos matemticos satisfatrios, sendo apenas possvel fazer

consideraes qualitativas de durabilidade (HELENE, 1997).

O novo Cdigo Tcnico de Edificaes da Espanha (CTE, 2004) que est em fase de

elaborao j apresenta uma metodologia para determinao de cobrimentos e

qualidade do concreto em funo do tipo de exposio por meio de modelos

deterministas, tomando como base a vida til especificada. Caso no seja definida a

vida til o cdigo recomenda adotar uma vida til de servio de 50 anos.

Por modelos probabilistas: Este mtodo o mais moderno para a anlise da

durabilidade no projeto estrutural, isto , para a determinao do cobrimento de

concreto armadura necessrio para uma dada vida til, e seus fundamentos so

similares aos dos princpios de introduo da segurana no projeto das estruturas de

concreto. Nesse tocante houve um considervel avano nos ltimos anos e provvel

que prontamente as normas internacionais j contenham um novo estado limite,

chamado estado limite de durabilidade (HELENE, 1997; IZQUIERDO, 2003).

Como se pode observar existe uma clara tendncia internacional em se definir

explicitamente qual a vida til das construes e seus componentes.

No mbito nacional a norma brasileira de projeto de estruturas de concreto armado

NBR 6118 (ABNT, 2003) ainda omissa quanto vida til de projeto a ser

empregada, muito embora se tenha dado um importante passo em relao s verses

anteriores com a incorporao de um captulo especfico de durabilidade.

Essa norma passou a empregar o mtodo implcito baseado na experincia para

tratamento da durabilidade que h muito tempo consta nas normas internacionais

como por exemplo a espanhola EHE (Ministerio de Fomento, 1993) e a norte

15

americana ACI 318 (ACI, 2002). Empregam-se tabelas de classificao ambiental,

definio de cobrimentos e caractersticas do concreto.

As tabelas da norma brasileira so bastante simplificadas em relao s

internacionais deixando algumas lacunas na classificao da agressividade ambiental

principalmente no que se refere agressividade ao concreto.

O projeto de norma do Comit Brasileiro de Construo: Desempenho de Edifcios

Habitacionais de at Cinco Pavimentos define em sua verso atual que a vida til de

projeto o perodo de tempo no qual o componente deve atender aos requisitos da

norma para o nvel desempenho especificado pelo fornecedor. Para o nvel de

desempenho Mnimo, Intermedirio e Superior so especificadas as seguintes vidas

teis de projeto para a estrutura: 25, 35 e 50 anos respectivamente (COBRACON,

2004).

2.4. Diferenas entre Despassivao e Corroso

Despassivada a armadura a corroso s ir ocorrer se as seguintes condies

estiverem presentes (HELENE, 1986; ANDRADE, 1992).

Eletrlito: deve existir gua suficiente no interior do concreto para atuar como

eletrlito capaz de transportar os ons das reaes de corroso.

Diferena de potencial eltrico: deve existir uma diferena de potencial eltrico

entre regies da armadura.

Segundo HELENE (1986) a diferena de potencial na armadura se deve formao

de clulas diferenciais de umidade, aerao, concentrao salina, tenso mecnica ou

heterogeneidades na constituio do ao.

16

Oxignio: necessrio que exista oxignio para a reao de corroso dada pelas

seguintes equaes:

2H2O + O2 + 4e- 4OH- (Reao catdica) 2Fe 2Fe2+ + 4e- (Reao andica) Fe2+ + 2OH- 2 Fe(OH)2

Existem situaes nas quais uma ou mais condies necessrias corroso no esto

presentes e assim mesmo que a armadura esteja despassivada no existe corroso, ou

existe em velocidades to baixas que pode ser considerada desprezvel.

A existncia de revestimentos ou pinturas que protejam a estrutura do ingresso de

umidade ou oxignio ou climas muito secos so exemplos onde tal situao pode

ocorrer.

Um fator muito importante quanto velocidade de corroso na fase de propagao

a resistividade eltrica do concreto (GONZALEZ; ANDRADE, 1980). Isso se deve

ao fato de que uma elevada resistividade do concreto pode restringir o fluxo de ons

entre as regies andicas e catdicas.

2.5. Anlise de Riscos e Teoria da Confiabilidade

Atualmente as normas da maioria dos pases emprega o procedimento de projeto

conhecido como dos Estados Limite por meio de anlises semi-probabilistas. A

tendncia de emprego do mesmo tipo de enfoque no tratamento da vida til,

conforme apresentado no item 2.3 deste trabalho torna necessrio o entendimento

dos conceitos de anlise de riscos e teoria da confiabilidade.

Estados limites so aqueles estados que uma vez superados supe o no

cumprimento de alguma das condies para as quais foi projetada a estrutura. Dentro

dos estados limite se podem distinguir:

Estado limite ltimo relacionado com a segurana estrutural e que se ultrapassado

supe o colapso total ou parcial da estrutura.

17

Estado limite de servio relacionado com os requisitos de funcionalidade,

durabilidade, conforto ou esttica.

A comprovao de cada um dos estados limite se realiza avaliando de um lado as

solicitaes S e de outro a resposta estrutural ou resistncia R, correspondente

ao estado limite considerado. O estado limite atendido se as solicitaes no

superam a resposta estrutural, ou seja S R.

Cada uma das variveis que intervm na avaliao das solicitaes S e da

resistncia R em um tratamento probabilista so variveis aleatrias que no esto

definidas por um nico valor fixo, seno mediante uma distribuio de

probabilidades. Isso faz com que as solicitaes S e as resistncias R tambm

sejam aleatrias com uma determinada distribuio de probabilidades.

Seja a funo G definida por G = R - S, denominada funo limite, ento a

probabilidade de falha ser:

Pf = P(R < S) = P(R - S < 0) = P(G < 0)

O ndice de confiabilidade tem uma relao direta com a probabilidade de falha (HASOFER, 1974) e definido por:

G

G =

Onde:

G de padro desvioG de mdia

dadeconfiabili de ndice

G

G

==

=

18

Caso R e S sejam definidos por distribuies normais a funo limite G

tambm ser normal e seus parmetros so dados por:

O problema reside em que as funes S e R so normalmente dependentes de

uma srie de outras variveis aleatrias cada uma com suas distribuies de

probabilidade normalmente no gaussianas.

Para a soluo desse problema deve-se recorrer a mtodos matemticos complexos,

como por exemplo os mtodos FORM, SORM e Simulao de Monte Carlo, cada um

deles com suas vantagens e desvantagens para cada caso. Atualmente muitos desses

mtodos se encontram implementados em programas computacionais sofisticados

como por exemplo o pacote STRUREL, COMREL e SYSREL (RCP, 1999).

As normas estruturais fixam valores indicativos para o ndice de confiabilidade, em

funo das consequncias que tem a superao do estado limite correspondente.

A anlise probabilista pode tambm ser empregada para o caso de avaliao de

estruturas existentes. Nesse caso o que se procura otimizar a verificao por meio

de uma coleta de dados planejada de tal forma que se conheam melhor os

parmetros estatsticos de cada varivel, ao que se d o nome de atualizao de

variveis.

O fato de se dispor das variveis atualizadas permite a verificao estrutural

empregando mtodos probabilistas de maneira a constatar se os ndices de

confiabilidade estrutural atendem aos normativos.

R

R G = R-S 0

P(G < 0)

S

S G = (2

R + 2S)1/2

19

Isso bastante diferente de realizar a verificao buscando comprovar se os

coeficientes parciais de segurana indicados pelas normas so atendidos, por que tais

coeficientes levam em conta incertezas que j no existem no caso de estruturas j

executadas e pode levar aceitao de estruturas que seriam condenadas no caso da

verificao pelos coeficientes parciais de segurana.

O emprego dessa tcnica a casos reais vem aos poucos substituindo a abordagem

semi-probabilista j tradicional (TANNER; BASAGOITI, 2000).

20

3. VARIVEIS QUE INFLUEM NA CARBONATAO DOS CONCRETOS

DE CIMENTO PORTLAND

3.1. Relao gua/Cimento

A relao gua cimento controla todas as propriedades relacionadas com a

microestrutura do concreto endurecido. A reduo desta relao provoca uma

alterao significativa na dimenso dos poros e capilares, dificultando a difuso do

gs carbnico atravs do concreto (HELENE, 1993).

Segundo NEVILLE (1997) o fato da relao gua cimento influenciar tambm a

resistncia do concreto faz com que muitas vezes se encontre na literatura que a

carbonatao funo da resistncia do concreto, o que uma simplificao que

pode ser inadequada quando se considera a resistncia obtida em ensaios de amostras

curadas segundo um procedimento padro totalmente diferente da cura em obra.

NUNES (1998) conclui de seu trabalho experimental sobre concretos de diversos

traos e tipos de cimento que a relao gua cimento que determina a profundidade

de carbonatao fixadas as condies ambientais, de cura e o tipo de cimento. Essa

constatao est de acordo com HELENE (1993) que afirma que, para condies

ambientais e de cura constantes, os parmetros que controlam a carbonatao so a

qualidade da pasta, que funo da relao gua/cimento e a quantidade de Ca(OH)2

na soluo intersticial, funo do tipo de cimento.

HELENE (1993) ressalta que deve-se ter cautela quando se pensa em reserva

alcalina pois o importante no a quantidade de Ca(OH)2 por metro cbico de

concreto e sim a quantidade na soluo intersticial e que dois concretos de consumos

diferentes de um mesmo cimento e mesma relao gua/cimento apresentaro a

mesma profundidade de carbonatao em uma mesma condio de exposio e cura.

Outros trabalhos reforam que a carbonatao muito pouco influenciada pelo

consumo de cimento para uma mesma relao gua cimento e condies de cura e

exposio como por exemplo SIERRA et. al. (1998) e MITRE et. al. (2002).

21

3.2. Tipo de Cimento e Adies

Segundo TUUTTI (1982) a menor reserva alcalina dos cimentos com adies

compensada pela estrutura porosa mais fechada dos concretos de cimentos com

adies.

Esse autor obteve valores experimentais de coeficientes de difuso de O2 para

concretos de cimentos com adio de 70% de escria da ordem de 50% dos

coeficientes obtidos para concretos de cimento Portland comum.

Vrios Pesquisadores tais como RUIZ ANDRS (1989), WOLF & DAL MOLIN

(1989), SIERRA & SOUZA (1998), HAMADA (1969) e tambm LIVTAN &

MEYER (1986) so contrrios previso de TUUTTI (1982) que estudou a

carbonatao indiretamente atravs de penetrao de oxignio e indicam que a

carbonatao em concretos de cimentos com 70% de escoria consideravelmente

maior que em concretos de cimento portland.

Segundo SANJUN (1992) arriscado comparar os diversos resultados existentes

na literatura devido s distintas condies de ensaio e que em geral qualquer tipo de

cimento pode produzir concretos com boa resistncia carbonatao para um

determinado ambiente, o que pode ser conseguido com relao gua/cimento baixa e

perodos de cura mais prolongados, posio que tambm defendida por

HELENE (1993).

BAUER (1995), estudando um concreto de cimento com adio de 24% de escria

constatou um desempenho inferior em relao carbonatao apesar do efeito

benfico de refinamento dos poros.

ISAIA et al. (2000) encontrou que o emprego de adies pozolnicas resulta em

maiores taxas de carbonatao.

22

3.3. Concentrao de CO2 no Ambiente

Por ser um fenmeno regido pela difuso do CO2 para o interior do concreto, quanto

maior a concentrao externa mais veloz ser a carbonatao do concreto.

Considera-se normalmente que a concentrao de CO2 no ar pode variar de 0,03 a

0,05% em atmosferas rurais, de 0,1 a 1,2% em atmosferas de trfego intenso e at

1,8% em atmosferas viciadas (HELENE, 1986).

3.4. Cura e Compactao do Concreto

Esses fatores determinam a qualidade do concreto devido influncia fundamental

que tem sobre a estrutura porosa, sem esquecer a importncia j mencionada da

relao gua cimento.

Uma m compactao ou cura produzem uma elevada porosidade, especialmente na

superfcie externa do concreto e assim um dos parmetros que mais influem na

velocidade de carbonatao (HO & LEWIS, 1987).

3.5. Umidade

As condies climticas determinam a umidade no concreto superficial e portanto a

difuso do dixido de carbono no concreto. A maior velocidade de carbonatao se

consegue entre 50 e 70% de umidade relativa do ar (VERBECK, 1958). Em tais

circunstncias uma pequena camada de gua sobre a parede dos poros permite a

reao qumica de carbonatao sem impedir a difuso do CO2 para o interior do

concreto.

Nos poros secos o dixido de carbono se difunde facilmente mas no reage por

ausncia de gua. Em contrapartida nos poros totalmente cheios de gua a velocidade

de difuso muito menor. A situao intermediria a que promove uma maior

velocidade de carbonatao (TUUTTI, 1982).

23

Em condies de exposio a ambientes externos, a penetrao do dixido de

carbono no concreto depende fortemente dos ciclos e perodos de umidade e secagem

(BAKKER, 1988).

3.6. Temperatura

A temperatura apresenta uma grande influncia sobre os coeficientes de difuso,

sendo que a dependncia do coeficiente de difuso com a temperatura pode ser

expressa pela lei de Arrhenius1 na qual o incremento de temperatura provoca o

incremento da velocidade das reaes qumicas segundo uma lei exponencial

(CALLISTER, 2002).

Segundo SANJUN (1992), como em qualquer processo de difuso o incremento da

temperatura favorece a penetrao do CO2 no concreto.

Em contrapartida PAPADAKIS et al. (1991) no encontrou acelerao na velocidade

de carbonatao para oscilaes de temperatura entre 20 e 45 C.

3.7. Fissurao

TUUTTI (1982) analisando resultados de diversos pesquisadores e os seus prprios

conclui que embora a carbonatao atinja rapidamente as armaduras nas regies

fissuradas os produtos de corroso originados vedam a fissura e tem lugar um

complexo fenmeno de realcalinizao desde que no exista movimentao

estrutural considervel. Assim, dentro dessas condies, este pesquisador afirma que

estruturas fissuradas sujeitas carbonatao podem ser tratadas como estruturas no

fissuradas.

O trabalho de CARMONA & HELENE (1986) faz uma grande reviso bibliogrfica

sobre o tema da fissurao, no que se refere s especificaes normativas, clculo de

abertura de fissuras e tambm a influncia da fissurao na durabilidade das

estruturas. Nesse trabalho os autores concluem que nas pesquisas experimentais

existentes fica comprovado que a abertura de fissuras influi no sentido de aumentar a

1 Svante August Arrhenius (1859 - 1927), fsico, matemtico e qumico sueco, criador da teoria da dissociao eletroltica

24

corroso observada, principalmente nos dois primeiros anos, podendo-se notar a

diferena de desempenho em funo da abertura de fissuras.

Os autores tambm apresentam dados de sua experincia prtica, indicando que a

presena de fissuras transversais pode seccionar totalmente a armadura de lajes de

reservatrios de gua onde h ciclos de molhagem e secagem. Tambm em

marquises onde h falhas de impermeabilizao instala-se a corroso consumindo a

armadura em pequenas extenses.

No trabalho experimental que ser apresentado adiante se pretende averiguar a

influncia desse parmetro, uma vez que sero estudadas peas reais fletidas e

comprimidas em um mesmo ambiente.

25

4. MODELOS DE PREVISO DA CARBONATAO

4.1. TUUTTI (1982)

TUUTTI modelou a carbonatao do concreto recorrendo a uma particularizao do

clculo de difuso com fronteiras mveis equacionado por CRANK (1975):

0CCD

2kg

CC2x

2CO2CO

1x =+

(1)

2CO

2COD4k

2CO

2CO2CO

2COD2

kerf eD2

kD2

kg 2CO

22CO

=

(2)

tke 2CO= (3) Onde:

(s). tempot(m). ocarbonata de erofundidadP X

./s)(m CO do difuso de eCoeficient D

).(m/s ocarbonata de eCoeficient k

).(kg/m material no CO de oConcentraC

).(kg/mar no CO de oConcentraC

).(kg/m idadedescontinu na CO de oConcentraC

22CO2

1/2CO2

322

321

32x

==

==

===

Para aplicar esse modelo TUUTI supe que o coeficiente de difuso efetivo do CO2

igual ao do O2 por ser de mais fcil determinao em laboratrio embora deixe claro

que no existe equivalncia perfeita entre os dois gases, mesmo em se tratando de

difuso na camada j carbonatada.

A figura 4.1. apresenta o coeficiente de difuso do oxignio no concreto em funo

da relao gua cimento:

26

Figura 4.1: Coeficiente de difuso do O2 em funo da relao gua cimento para

cimento Portland comum (TUUTTI, 1982).

O coeficiente de difuso do oxignio no concreto deve ser corrigido em funo da

umidade relativa do ar (Figura 4.2.).

Figura 4.2: Influncia da umidade relativa do ar no coeficiente de difuso de O2 para

algumas relaes gua cimento.

Cimento Portland, a/c = 0,67

Cimento composto, a/c = 0,70

Cimento composto, a/c = 0,40

Cimento Portland, a/c=0,42

27

A influncia no coeficiente de difuso DCO2 em funo da utilizao de cimentos

com 70% de escria de alto forno tambm pode ser observada na figura 4.2.

Em seu trabalho TUUTTI conclui que a relao entre as concentraes x2

1xCCCC

que possibilita o clculo de kCO2 finalmente a relao entre a concentrao de

CO2 ambiente e a quantidade de substncias passveis de sofrerem carbonatao no

concreto.

aC

CCCC s

x2

1x = (4)

Onde:

)(kg/m concreto dem 1 em CaO de teor a

)(kg/mar no CO de oconcentra C33

32s

==

Para o clculo da reserva alcalina a necessrio conhecer o grau de hidratao e o

autor se reporta a BYFORS (1980).

Tabela 4.1: Grau de hidratao aproximado do cimento portland (BYFORS 1980

apud TUUTTI 1982).

a/c Grau de Hidratao (%) 0,4 60 0,6 70 0,8 80

Conhecendo-se o consumo de cimento pode-se calcular o termo a de acordo com a

equao:

28

MCaOMCO

100GH

100CaO%Ca 2= (5)

Onde:

(kg) CaO domolar Massa MCaO(kg) CO domolar MassaMCO4.1) (tabela hidratao deGrau GH(%) cimento no CaO de eort%CaO)(kg/m cimento de Consumo C

)(kg/m concreto dem 1 em CaO de teor a

22

3

33

==

==

==

4.2. SENTLER (1984)

O modelo proposto por SENTLER o seguinte:

.dp.ta

2.De CO2

= (6)

Onde:

(s) tempot )(kg/m CO do presso de parcial diferena dp

)(kg/m carbonatar podem que concreto do tesconstituin dos oconcentra a

/s)(m CO do difuso de eCoeficient D

(m)ocarbonata de deProfundidae

32

3

22CO2

==

==

=

Segundo SENTLER a carbonatao pode ser expressa de maneira estocstica de

acordo com a seguinte equao:

0,52

20,5o

.t2.).te(e

0,50,5o ).t(2.1t);ef(e,

= (7)

Onde f uma funo de densidade normal com mdia eo + .t0,5 e varincia 2.t0,5. O valor inicial da profundidade de carbonatao eo representa a carbonatao mais

rpida que ocorre na superfcie do concreto.

A profundidade de carbonatao mdia pode ser estimada pela eq.(6).

29

4.3. PARROT (1987)

O modelo de PARROT dado pelas seguintes equaes:

5,0

ni

4,0

CaOtk ae = (8)

60k mk = (9)

>60%R U 160% UR UR0,0001475- UR00115,06,1m

2 (10)

2 UR0,0001623- UR01785,002536,0n += (11)

Onde:

relativa umidade da funo em tempodoFator n(%)ar do relatira UmidadeUR

)(kg/m cimento no CaO de ContedoCaO

(s) tempot)(m 60% URpara concreto do dadePermeabilik

64 de aproximado valor o tomaque empricofator a(m) ocarbonata de deProfundidae

3

260

===

===

==

Se deve a esse autor a idia de uma reduo dos valores do expoente do tempo em

funo da umidade.

Para umidades em torno de 60 a 70% o modelo proporciona valores da potncia do

tempo aproximadamente iguais a 0,5, ou seja, raiz quadrada do tempo, enquanto que

para umidades superiores esse fator reduzido at 0,18 para umidades prximas de

100%.

30

4.4. BAKKER (1988)

BAKKER em seu modelo, despreza a carbonatao quando o concreto est mido e

portanto o concreto primeiramente ter que se secar para posteriormente se

carbonatar. Assim a frente de evaporao limitar a frente de carbonatao.

A profundidade da frente de evaporao calculada de maneira similar a qualquer

outro processo de difuso, e a profundidade seca dada pelas seguintes equaes:

tBy = (12)

)CC(bD2B 43v = (13)

capgel D GH wD GH C 15,0GHC 25,0wb = (14) Onde:

)(kg/m capilares poros dos guaD

)(kg/m gel de gua D

cimento do hidratao derau GGH)(kg/m cimento de ConsumoC

)(kg/m traodo gua de totalQuantidadew

)(kg/m ar do UmidadeC

)(kg/m evaporao de frente da UmidadeC

(kg) concreto do evaporada gua de Quantidade b)s/(m gua de vapor do difuso de eCoeficientD

(m) seca erofundidadp y

3cap

3gel

3

3

34

33

2v

===

====

==

=

A equao global que reflete a velocidade de carbonatao nos ciclos de umidade e

secagem a seguinte:

21n

N

21

21 BetA ...

BetAtAe

++

+= (15)

)CCs(a

D2A 22CO = (16)

31

)CC(bD2

B 43v = (17)

Onde:

)(kg/mar do UmidadeC

)(kg/m evaporao de frente da UmidadeC

)(kg/m ocarbonata de frente na CO de oConcentraC

)(kg/mar no CO de oConcentraC

)(kg/m concreto do evaporada gua de Quantidade b

)(kg/m concreto do alcalinos compostos de Quantidade a

)s/(m gua de vapor do difuso de eCoeficientD

)s/(m CO do difuso de eCoeficientD

)m( t tempono ocarbonata de deProfundida e(m).t temponoocarbonata de deProfundida e

34

33

322

32s

3

3

2v

22CO2

nn

====

===

==

=

Caso no exista perodo de molhagem o modelo se reduz seguinte equao:

tAe = (18)

4.5. SCHIESSL (1988)

A quantidade de dixido de carbono que atravessa uma seo de concreto vem dada

pela equao:

dte

ccFDd 21902COq

= (19)

Onde:

(s) potemt(m) penetrao de deProfundidae

)(kg/m ocarbonata de frente a ear o entre CO de oconcentra de Diferenacc

)(m al transversSeoF

)s/(m dias 90 aos CO do difuso de eCoeficientD

(kg) difundida CO de Quantidaded

3221

2

2290-CO2

2q

==

==

==

A quantidade necessria de dixido de carbono para neutralizar os componentes

alcalinos do concreto dada por:

32

dV ad q = (20) Onde:

)(m Concreto de VolumedV

)(kg/m difundida CO deQuantidaded3

32q

==

Sabendo que dV igual rea F multiplicada por um incremento de profundidade

e substituindo eq.(14) em eq.(13) vem:

dx F adV adtX

ccFD 21902CO == (21)

Supondo que DCO2 e o gradiente de concentrao so constantes se chega a uma

relao linear da profundidade de penetrao do dixido de carbono com a raiz

quadrada do tempo. Entretanto, normalmente DCO2 no independente do tempo

nem da profundidade.

SCHIESSL introduziu um fator f que descreve a diminuio do valor de DCO2 com

a profundidade e um fator de retardamento da carbonatao b, determinado pela

quantidade de compostos alcalinos que se difundem do interior do concreto at a

frente de carbonatao.

Deste modo a partir do coeficiente de difuso obtido aos 90 dias, DCO2-90, se tem:

dt F bd

dx F ad

dtx

ccF )x f1(Dd

Dq

Dq

21D902COq

B

A

==

= (22)

Integrando, se obtm:

)cc(D fb)cc(D

x21902CO

21902CO+

=

(23)

33

4.6. PAPADAKIS et al. (1989, 1991a, 1991b, 1992)

PAPADAKIS et al. partindo de consideraes fsico qumicas modela a reao do

CO2 com CH, CSH, C3S e C2S.

Para geometria unidirecional a evoluo da posio da frente de carbonatao no

tempo dada por uma simples expresso analtica em funo da difusividade do CO2

no concreto carbonatado, da concentrao ambiente de CO2 e da concentrao total

de CaO no concreto na forma de materiais carbonatveis:

t ]SC[2]SC[3]CSH[3]CH[

]CO[ D2e

02

03

0022CO

+++= (24)

Onde:

)s( Tempot)m/mol( cura da trminoao SC de oConcentra]SC[

)m/mol( cura da trminoao SC de oConcentraS][C

)m/mol( cura da trminoao CSH de oConcentra[CSH]

)m/mol( cura da trminoao CH de oConcentra[CH]

)m/mol( CO de inicial oConcentra][CO

)s/(m ocarbonatad concreto no CO do difuso de eCoeficientD

ocarbonata de deProfundidae

32

02

33

03

30

30

322

222CO

====

===

=

34

Para determinao dos compostos carbonatveis da pasta de cimento hidratado em

funo do tempo os autores recorrem a clculos baseados nas reaes qumicas de

hidratao, conforme descrito a seguir:

in11

ii,Hi ))n1(tk1(1)t(F= (25)

=

)n1(

03

02

ACAC,H

*A3C

33]AC[]HSC[

11)n1(k

1t (26)

P/ 0 t t*

AFC04SC02SC032 423 F]AFC[2F]SC[21F]SC[

23])OH(Ca[ += (27)

P/ t t*

02AC03

AFC04SC02SC032

]HSC[F]AC[-

F]AFC[4F]SC[21F]SC[

23])OH(Ca[

3

423

++=

(28)

SC02SC03 23 F]SC[21F]SC[

21]CSH[ += (29)

)F1(]SC[]SC[ SC033 3= (30) )F1(]SC[]SC[ SC022 2= (31)

++

=agcc/ag

acc/a1MW

)1(cmm]i[

i

arcli0 (32)

++

=agcc/ag

acc/a1MW

)1(cm]HSC[

ge

arge0 (33)

A estimativa do coeficiente de difuso feita pela seguinte equao: 2,2

8,1p

62CO 100

UR11064,1D

= (34)

35

Onde:

(%) relativa UmidadeUR

pasta da Porosidade 2

==p 2

cimento. no gesso de massa em oFra mcimento. noclinquer de massa em oFramcl

clinquer. no composto cada de massa em oFram)HSC,)OH(Ca,CSH,AC,AFC,SC,S(C cimento do compostosi

(kg/mol). i"" composto cada demolar MassaMW. )(mol/m tempono i"" composto cada de ooncentraC]i[

).(mol/m cimento do composto cada de oConcentra[i]

4.2. tabelana dados escoeficientn e k t. tempono hidratada Frao(t)F

ge

i

23423

i

3

30

ii,H

i

===

==

==

==

A porosidade da pasta por sua vez dada por:

+

+=acc/a1

agcc/ag

1)t()t(p (35)

cH0 )t()t( = (36)

ar

ar

0

agcc/ag

acc/a1

)1(acc/a

++

+

= (37)

P/ 0 t t*

S,AFCAFC04S,ACAC03

SCSC02SCSC03H

4433

2233

VF]AFC[VF]AC[

VF]SC[VF]SC[)t(

++++=

(38)

2 Segundo os conceitos fundamentais da tecnologia do concreto o emprego da massa unitria para determinao da porosidade

terica errneo, sendo adequado o emprego da massa especfica. No entanto, os resultados obtidos em termos de profundidade

de carbonatao no foram significativamente diferentes para valores usuais de massa unitria e massa especfica, o que foi

averiguado durante a realizao do presente trabalho.

36

P/ t t*

AFCAFCAFC04

S,AFCAFC04

ACACAC03

S,ACAC03

SCSC02SCSC03H

444

44

333

33

2233

V*))t(FF(]AFC[

VF]AFC[

V*))t(FF(]AC[

V*)t(F]AC[

VF]SC[VF]SC[)t(

+++

++++

++=

(39)

CSHCH2c V]CSH[V])OH(Ca[ += (40) Onde:

o.carbonatad no e ocarbonatad ou hidratado e anidro composto o entremolar ldiferencia VolumeV

oincorporadar oaprisionad Ar)(kg/m agregados dos unitria assaMag

)(kg/m gua da Densidadea)(kg/m cimento do unitria assaMc

cimento agregado Relaob/ccimento gua Relaoa/c

i

ar

3

3

3

=+=

=====

Tabela 4.2: Parmetros dos constituintes majoritrios do cimento portland.

Composto Parmetro C3S C2S C4AF C3A 2HSC

ni 2,65 3,10 3,81 2,41 - kH,i (s-1) 1,17 0,16 1,00 2,46 -

MWi (kg/mol x 103) 228,3 172,22 485,96 270,18 172,17

Tabela 4.3: Volumes diferenciais molares V x 106 (m3/mol).

Composto C3S C2S S,AFC4 S,AC3 C4AF C3A CH CSH

53,28 39,35 ~220 155,86 ~230 149,82 3,85 15,39

37

4.7. THOMAS & MATHEWS (1992)

Esses pesquisadores propem a adoo de nomogramas ao invs de equaes, para

representar as variveis envolvidas no processo de carbonatao e que atuam

simultaneamente.

O nomograma apresentado na Figura 4.3. utilizado para a predio do coeficiente

de carbonatao kCO2 da eq.(3) no qual se relacionam o perodo inicial de cura, a

umidade relativa do ar aps a desforma, o teor de cinza volante e a resistncia

compresso.

Figura 4.3: Nomograma para previso do coeficiente de carbonatao kCO2

(THOMAS & MATTHEWS, 1992).

38

4.8. CEB (1996)

O modelo apresentado pelo CEB o seguinte:

tt

tken

0CO2

= (41)

aKKCD2

k 21sCOCO 22= (42)

+= 10

f025,07CO

ck

210D (43)

Onde:

(MPa) concreto do ticacaracters sistnciaRef

)(m/s ocarbonata de eCoeficient k

exposio e cura de esCoeficientK Kidade deFator n

cura de Tempot(s) empoTt

)(kg/m concreto dem 1 em CaO deTeor a

)(kg/mar no CO de oConcentra C

/s)(m ocarbonatad concreto no CO do difuso de eCoeficient D

(m) ocarbonata de deProfundida e

ck

1/2CO

21

0

33

32s

22CO

2

2

===

=====

==

Segundo consta nessa referncia o valor 7 x 10-6 pode ser adotado para a relao a

Cs

para concretos normais de cimento portland em ambientes convencionais.

Tabela 4.2: Valores dos coeficientes de cura e exposio K1 x K2.

Tipo de Exposio Cura K1 x K2 Interior Boa 1,0 Interior M 2,0 Exterior Boa 0,5

39

Tabela 4.3: Valores do fator de idade "n" em funo da exposio.

Tipo de Exposio n Interior 0,0

Exterior protegida 0,1 Exterior no protegida 0,4

4.9. HELENE (1997)

HELENE tambm prope a adoo de bacos para a determinao de cobrimentos de

armaduras de estruturas expostas carbonatao em funo da vida til de projeto

desejada (perodo de iniciao).

C50

0.1 0.1

1

espe

ssur

a m

nim

a de

cob

rim

ento

de c

oncr

eto

ar

mad

ura

mai

s ex

post

aem

cm

10 10

Vida t il de p r ojet o da est r u t u r a , em a n os

5

C45

5

0.5

2

501

C40C35

C30C25C20C15C10

10 100

ca r bon a t a o em fa ces ext er n a sdos com pon en tes est r u t u r a is decon cr eto expost os in t em pr ie

AF+20%

P OZ+10%

Figura 4.4: baco para obteno da espessura de cobrimento com relao

carbonatao em funo do tipo de concreto (C10 a C50) e da vida til de

projeto desejada (1 a 100 anos).

Embora o resultado desse baco seja a espessura de cobrimento, os valores de kCO2

podem sem deduzidos para cada tipo de concreto, em funo da vida til de projeto e

do cobrimento indicado utilizando-se a eq.(3).

O ajuste dos valores de KCO2 em funo do tipo de concreto revela uma relao

linear conforme se v na figura 4.5:

40

y = -0,1131x + 6,7882R2 = 1

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

10 20 30 40 50

Tipo de Concreto (MPa)

KC

O2

(mm

/ano

1/2)

Figura 4.5: Relao entre o tipo de concreto e KCO2 em funo do tipo de concreto de

acordo com HELENE (1997).

Assim a previso de KCO2 pode ser feita pela equao:

ckCO f1131,07882,6k 2 = (44)


)(mm/ano ocarbonata de eCoeficientk

:Onde

ck

1/2CO2

==

Ainda segundo este modelo a utilizao de cimentos de alto-forno e pozolnicos leva

a profundidades carbonatadas 20 e 10% maiores respectivamente em relao ao

cimento portland e assim as equaes para estimativa de KCO2 podem ser escritas da

seguinte maneira:

)f1131,07882,6(2,1k ckAF CO2 = (45) )f1131,07882,6(1,1k ckOZP CO2 = (46)


)(mm/ano spozolnico cimentos para ocarbonata de eCoeficient k

)(mm/ano forno auto de cimentos para ocarbonata de eCoeficientk

:Onde

ck

1/2POZ CO

1/2AFCO

2

2

==

=

41

O baco da figura 4.4 foi desenvolvido para uma concentrao de CO2 ambiente de

0,1% e assim a generalizao para outras concentraes dada pela seguinte

equao:

1,0C

)f1131,07882,6(k sckCO2 = (47)

volume)(% CO de ambiente oConcentraC:Onde

2s =

Da mesma forma as equaes eq.45 e eq.46 podem ser reescritas:

1,0C

)f1131,07882,6(2,1k sckAF CO2 = (48)

1,0C

)f1131,07882,6(1,1k sckOZP CO2 = (49)

42

4.10. IZQUIERDO (2003)

IZQUIERDO baseado no modelo do CEB e em funo de um estudo amplo de

resultados de laboratrio e campo de diversos investigadores apresenta o seguinte

modelo estatstico:

tt

ta

KKKCD2e

n0PetsCO2

= (50)

)c/alog(BACO 10D 2

++= (51) Onde:

A = Coeficiente de regresso B = Coeficiente de regresso = Termo de erro Kt = Coeficiente da raiz do tempo KE = Fator de HR KP = Fator geral do modelo n = Fator de idade do concreto Cs = Concentrao superficial de CO2 (kg/m3) a/c = Relao gua cimento a = Reserva alcalina do concreto (kg/m3) t0 = Tempo de cura (s) t = Tempo (s)

Para o clculo da reserva alcalina do concreto, representada pelo termo a o autor

utiliza a eq.(5) proposta por TUUTTI (1982) com a nica diferena que prope uma

equao linear de interpolao do grau de hidratao do cimento (GH), em funo

dos mesmos dados de BYFORS (1980). A equao final para clculo de a fica

sendo ento:

MCaOMCO

100)40c/a50(

100CaO%Ca 2+= (52)

Onde:

(kg) CaO domolar Massa MCaO(kg) CO domolar MassaMCO

cimento agua elaoRa/c(%) cimento no CaO de eorT%CaO

)(kg/m cimento de ConsumoC

22

3

==

==

=

43

A proposta de caracterizao estatstica das variveis do modelo se encontra na

tabela 4.4.

Tabela 4.4: Proposta de IZQUIERDO (2003) para caracterizao estatstica do

modelo de carbonatao.

Varivel Unidade Distribuio Mdia CV* (%) A Coef. de regresso - Normal -15,156 5 B Coef. de regresso - Normal 4,7213 24 Termo de erro - Normal 1 70,10 Kt Coef. da raiz do tempo - Normal 1 15

Fator de HR (70%) - Beta 0,85 14 KE Fator de HR (80%) - Beta 0,52 40 KP Fator geral do modelo - Normal 1 30

n Fator de idade do concreto - Log normal truncada 0,13 80

Cs Concentrao de CO2 no ar kg CO2/m3 Normal 0,00066 15 a/c Relao gua cimento - Normal Nominal 5 C Consumo de cimento kg/m3 Normal Nominal 5 * CV = Coeficiente de Variao

Alm da caracterizao estatstica das variveis intervenientes na carbonatao o

autor tambm apresenta uma proposta de caracterizao estatstica dos cobrimentos,

baseada em dados de campo, possibilitando assim anlises de confiabilidade para

previso de vida til.

Tabela 4.5: Proposta de IZQUIERDO (2003) de caracterizao estatstica dos

cobrimentos.

Tipo de Controle de Qualidade Unidade Distribuio Mdia CV* (%)No rigoroso cm Log-normal nominal 30

Rigoroso (Ex.: industrial) cm Log-normal nominal 15 * CV = Coeficiente de Variao

IZQUIERDO (2003) apresenta os valores da tabela 4.6. com ndices de

confiabilidade recomendados para o projeto referente ao Estado Limite de Durabilidade, calibrados mediante otimizao econmica, considerando os custos

devidos ocorrncia de danos e os custos iniciais decorrentes do incremento da

segurana frente ao dano.

44

Tabela 4.6: Valores recomendados para do ndice de confiabilidade referente ao Estado Limite de Durabilidade (IZQUIERDO, 2003).

Custo Devido Ocorrncia do dano Custo referente Segurana Baixo Mdio Alto Baixo 1,20 2,00 2,50 Mdio 1,00 1,80 2,45 Alto 0,50 1,50 2,40

4.11. ANDRADE (2004)

Segundo ANDRADE (2004) o processo de penetrao de agentes agressivos no

segue uma nica lei e decorrente de diversos fenmenos simultaneamente e que

no se podem modelar pelas leis de difuso.

Segundo a autora com os conhecimentos atuais mais conveniente estabelecer

modelos de vida til baseados em parmetros de medio mais fcil e prope um

modelo baseado na resistividade do concreto, aplicvel tanto penetrao de cloretos

como carbonatao.

Abaixo apresentamos o modelo de resistividade proposto por ANDRADE:

2

2

CO,Cl

CO,Cles2

i krx

t= (53)

Onde:

)m( ambiental. adeagressivid de constante k

(s) combinao de ecoeficient rm)( esperada aderesistivid

(m) cobrimento x (s) iniciao de erodop t

3CO,Cl

CO,Cl

es

i

2

2

==

===

45

4.12. Outros Modelos

Muitos outros modelos existem na literatura, geralmente mais limitados que os aqui

apresentados tanto em abrangncia de utilizao como em aceitao no meio

cientfico.

SANJUN (1992) apresenta uma importante compilao de diversos modelos de

previso da carbonatao, dividindo-os em grupos segundo sejam modelos para

determinao do coeficiente de carbonatao KCO2 da eq.(3), modelos para previso

da carbonatao em funo da resistncia do concreto e um terceiro grupo de

modelos com relaes que levam em conta diversos outros parmetros.

46

4.13. Comentrios Sobre os Modelos de Carbonatao

Embora os modelos matemticos estudados contribuam muito para o entendimento

do fenmeno da carbonatao muitos deles so incompletos com relao previso,

ou seja, no apresentam as equaes para estimativa de todos os parmetros em

funo das caractersticas do concreto e do ambiente. Aqui se incluem os modelos de

SENTLER (1984), PARROT (1987), BAKKER (1988) E SCHIESSEL (1988).

Apesar de estar corretamente postulado em termos conceituais o modelo de

BAKKER (1988) apresenta um erro em sua formulao matemtica. A idia do

pesquisador calcular o tempo total no qual o concreto no se encontra saturado,

possibilitando a carbonatao e em seguida aplicar o modelo da raiz do tempo.

Assim sendo necessrio realizar o clculo da profundidade de carbonatao

multiplicando-se um fator pela raiz da somatria dos tempos no saturados. A

formulao apresentada a somatria das razes dos tempos o que produz resultados

totalmente diferentes.

O modelo de TUUTTI (1982) bastante completo porm a inexistncia de equaes

para obteno dos coeficientes de difuso torna difcil a sua aplicao prtica. Alm

disso, seus estudos indiretos de carbonatao atravs das medidas de penetrao de

oxignio levaram a concluses errneas nos concretos com adies.

Os modelos de TUUTTI, PAPADAKIS, CEB e IZQUIERDO levam em conta o

consumo de cimento para o clculo da reserva alcalina do concreto, o que errneo

conforme apresentado anteriormente nesta dissertao.

O nico modelo que leva em conta diferentes tipos de cimento de maneira

satisfatria o modelo de HELENE (1997).

O modelo de PAPADAKIS (1989) bastante completo e contempla a influncia de

praticamente todos os parmetros, com exceo dos ciclos de molhagem e secagem

explorado por BAKKER (1988). O mtodo de clculo da reserva alcalina por esse

modelo tambm limitado ao cimento portland comum (CPI).

47

O baco de THOMAS & MATHEWS (1992) embora conceitualmente adequado no

genrico, por que foi elaborado para uma condio especfica de exposio.

Nota-se que os modelos de SENTLER (1984), PAPADAKIS (1989) e CEB (1996)

seguem a mesma formulao geral, variando apenas a maneira de clculo das

variveis.

Embora o modelo do CEB (1996) tenha a desvantagem de no considerar de maneira

explcita os valores de umidade relativa do ar e ciclos de molhagem e secagem. um

nico modelo que contempla todas as variveis exceto o tipo de cimento, sendo que

as condies de cura e exposio so levadas em conta com o uso das tabelas de

coeficientes.

IZQUIERDO (2003) comprovou que os modelos de TUUTTI (1982) e CEB (1996)

so equivalentes e levam a resultados praticamente idnticos para um determinado

coeficiente de difuso fixo e mesmas condies ambientais.

A importante contribuio do modelo de IZQUIERDO (2003) a caracterizao

estatstica das variveis. Esse modelo extremamente complexo e s pode ser

utilizado empregando sistemas computacionais especficos para anlises de

confiabilidade.

O modelo de ANDRADE (2004) bastante interessante pela simplicidade do ensaio

de resistividade do concreto, entretanto esse modelo ainda est muito incipiente e

no esto disponveis no momento os valores de seus coeficientes.

No momento o modelo de ANDRADE (2004) est sendo objeto de calibrao no

projeto espanhol CALIDUR, no qual uma srie de estaes de trabalho esto sendo

instaladas em todo o pas com o objetivo de realizar entre outras aferies a

calibrao do modelo de resistividade do concreto.

48

A seguir se far a comparao entre os modelos de TUUTTI (1982), PAPADAKIS

(1989), CEB (1986) e HELENE (1997) para algumas classes de concreto em uma

condio ambiental estabelecida.

Foram tambm includos para efeito de comparao os valores obtidos pelo baco de

THOMAS & MATHEWS (1992), muito embora seja difcil conseguir uniformidade

nos parmetros de entrada.

Composio qumica do cimento:

%5m%95m

%10m

%10m

%30m

%50m

ge

cl

AC

AFC

SC

SC

3

4

2

3

====

==

CaO = 65%

Caractersticas do concreto e materiais:

Massa unitria do cimento =1.230 kg/m3

Massa unitria dos agregados = 1.500 kg/m3

Ar aprisionado = 5%

Tempo de cura = 1 dia.

Condies ambientais:

Umidade relativa do ar = 85%

Concentrao de CO2 ambiente = 0,05%

Coeficientes de cura (K1 x K2): considerando boa cura e exposio exterior

pode-se adotar K1 x K2 = 0,5.

Fator de idade (n): para desconsiderar os efeitos de molhagem e secagem se adotou

situao exterior protegida com n = 0,1.

49

Uma converso necessria a da concentrao de CO2 ambiente Cs de % em volume

para kg/m3 . Isso se faz por meio da equao de estado de Clapeyron3:

TRnVp = (54) Onde:

ra temperatu Tgases dos universal constante R

moles de nmeronvolumeV

pressop

=====

Supondo:

volumeem %03,0CsKmol

mN 314,8R

m 1V

K 293C 20TN/m 325.101atm 1p

3

2

==

=====

moles 59,41293314,8

1325.101n

314,8Rm 1V

K 293C 20TN/m 325.101atm 1p

3

2

==

==

====

Como a massa molar do CO2 44 o peso de 1 m3 de CO2 nestas condies :

kg 1,83g 830.14459,41 ==

E assim a concentrao superficial Cs :

3kg/m 0005,01000,031,83 =

3 Engenheiro Francs que em 1834 estabeleceu a relao entre as grandezas de um gs.

50

Tabela 4.7: Comparao da profundidade de carbonatao em 50 anos a partir dos

modelos de TUUTTI, PAPADAKIS, CEB, HELENE e THOMAS.

Profundidade de Carbonatao em 50 anos (mm)

fck (MPa) a/c ag/c

C (kg/m3) TUUTTI CEB PAPADAKIS HELENE THOMAS

20 0,75 7,4 250 34 13 16 23 63 25 0,65 6,5 280 30 13 13 20 47 35 0,50 4,9 350 24 12 9 14 30 45 0,40 3,5 470 10 10 6 8 16

0

10

20

30

40

50

60

70

20 25 35 45

Classe de Concreto (MPa)

Espe

ssur

a ca

rbon

atad

a em

50

anos

(mm

)

PAPADAKISCEBTUUTTIHELENETHOMAS

Figura 4.6: Profundidade de carbonatao em 50 anos, em funo do tipo de

concreto segundo os modelos de TUUTTI, PAPADAKIS, CEB,

HELENE e THOMAS para as condies ambientais definidas.

Nota-se que para os dados de entrada utilizados os valores mais prximos so os

obtidos pelos modelos do CEB e PAPADAKIS .

Os modelos coincidem que concretos de maior resistncia apresentam profundidades

carbonatadas muito inferiores a concretos de menor resistncia.

As mximas profundidades foram obtidas pelo modelo de THOMAS & MATHEWS.

51

Pode-se observar que o modelo do CEB apresenta uma variao muito pequena na

profundidade carbonatada em funo da classe de concreto, revelando que o modelo

considera uma influncia maior das condies ambientais.

A crescente utilizao de cimentos com adies e alm disso com teores cada vez

elevados motivo de inquietude no meio tcnico com relao durabilidade das

estruturas.

Na figura 4.5 se apresenta o perodo de iniciao estimado com base no modelo de

HELENE (1997) para um concreto classe 25 utilizando os tipos de cimento CPI,

CPIII e CPIV em funo dos cobrimentos.

13

18

2225

28

3126

30

21

15

34

37

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 10 20 30 40 50 60 70

Perodo de Iniciao (anos)

Cob

rimen

to (m

m)

CPICPIIICPIV

Figura 4.7: Perodo de iniciao estimado para um concreto classe 25 em funo dos

cobrimentos e do tipo de cimento.

52

5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

O procedimento experimental realizado nesta pesquisa objetiva contribuir para o

conhecimento da variabilidade da profundidade de carbonatao e cobrimentos nas

garagens de um edifcio residencial.

5.1. Descrio da Estrutura

O edifcio selecionado foi o Condomnio Edifcio Flvia, situado na Alameda It,

zona central da cidade de So Paulo, com aproximadamente 30 anos de idade. No

foi encontrada nenhuma informao sobre qual foi a construtora do edifcio, projeto

estrutural, projeto arquitetnico etc.

As garagens do edifcio objeto desse estudo, so constitudas por um nico nvel de

vagas situadas a aproximadamente 2 metros abaixo do nvel da rua apresentando

pouca ventilao.

A estrutura em concreto armado pintada com uma caiao. Existe uma pintura

acrlica de sinalizao nos ps dos pilares desde o piso at uma altura de 0,5 m.

O piso apoiado diretamente sobre solo.

Segundo informaes do condomnio houveram problemas de infiltrao de gua na

laje do trreo (teto da garagem) e que foram sanados por meio de uma nova

impermeabilizao do trreo com manta asfltica.

As garagens apresentam alguns pontos de corroso de armaduras, fundamentalmente

nos pontos em que havia infiltrao de gua nas lajes e na base de alguns pilares.

Existem muitos indcios de baixo controle de qualidade na construo e tambm

falhas executivas visveis.

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A estrutura do edifcio composta por duas linhas de seis pilares (P1 a P12) que

seguem ao longo de toda a altura do edifcio. No trreo existem panos de laje

adicionais externos projeo do edifcio que se apiam sobre as cortinas de

conteno existentes (Figuras 5.1 e 5.2).

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Figura 5.1: Esquema estrutural em planta do nvel trreo do Condomnio Edifcio

Flvia.

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Figura 5.2: Corte transversal do subsolo do Condomnio Edifcio Flvia.

Figura 5.3: Vista geral da garagem.

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5.2. Plano de Amostragem

O primeiro passo foi montar um plano de amostragem de forma a negociar com o

representante do condomnio o remanejamento de vagas necessrio durante os

trabalhos de campo e a realizao de reparos nos pontos de medio.

As medidas selecionadas foram:

a) Profundidade de carbonatao.

b) Cobrimento de armaduras.

c) Umidade relativa do ar.

d) Concentrao de CO2 ambiente.

Inicialmente se desejava realizar medidas de umidade superficial do concreto,

medida que infelizmente teve de ser descartada por necessitar de lixamento sobre a

superfcie do concreto para remoo da tinta existente e planificao da superfcie

para a correta colocao do apalpador do equipamento de medida.

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Mestrado Thomas