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1 Técnicas de Inspeção e Patologia TC 034 Materiais de Construção III José Marques Filho

Técnicas de Inspeção e Patologia©cnicas_de_Inspeção... · Identificação dos minerais formadores de rochas (transparentes); • Identificação de minerais deletérios;

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Técnicas de Inspeção e Patologia

TC 034 Materiais de Construção III

José Marques Filho

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Estrutura Interna do Concreto

Recordação

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Microscópio Eletrônico de Varredura

Técnicas de Inspeção e Patologia

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Estrutura Heterogênea

Complexa

Composição depende de Inúmeros Fatores

Concreto

Agregados

PastaMacro Estrutura

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Estrutura Heterogênea

Complexa

Composição depende de Inúmeros Fatores

Concreto

Agregados

PastaMacro Estrutura

Micro Estrutura

Agregados

Pasta

Vazios + Água

Zona de Transição

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Importância do Estudo

O estudo da Microestrutura permite entender o

comportamento do concreto

Ferramenta para análise de patologias do concreto e

análise de durabilidade

Desenvolvimento de novos aditivos e suas

conseqüências

Ensaio não-destrutivo Eficiente

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Microscópio Eletrônico de Varredura

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Microestrutura – Estruturas Principais

1: C-S-H

2: Ca(OH)2 ou (C-H)

3: Vazio Capilar

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Magnitude dos Estudos

0.001 µ m 0.01 µ m 0.1 µ m 1 µ m 10 µ m 100 µ m 1 mm 10 mm

1 nm 10 nm 100 nm 1000 nm 104 nm 105 nm 106 nm 107 nm

(a)

1 m 10 m 100 m 1000 m 104 m 105 m 106 m 107 m

(b) Técnicas de Inspeção e Patologia

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Hidratação dos Aluminatos

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Hidratação dos Silicatos

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Ca(OH2)

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Exsudação

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Zona de Transição

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Zona de Transição

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Zona de Transição

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Zona de Transição

Sujeita à Microfissuração

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Magnitude

200 x

2000 x

5000 x

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Vazios e Presença da Água

Água interlamelar

Água Fisicamente Adsorvida

Água Capilar

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Vazios

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Presença da água

Capilares: vazios maiores que 50 A. Cuidado

com efeitos da tensão capilar

Adsorvida: próxima à superfície do sólido

Interlamelar: Associada à estrutura do C-S-H

Quimicamente combinada; faz partes dos

produtos de hidratação

Técnicas de Inspeção e Patologia

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Instrumentos Especiais de Análise

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Petrografia

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O QUE ANALISAR:

• Identificação dos minerais formadores de rochas (transparentes);

• Identificação de minerais deletérios;

• Modo de ocorrência dos minerais;

• Textura da rocha;

• Estrutura da rocha;

• Inter-relacionamento com outras rochas, etc.

MICROSCOPIA ÓTICA POR LUZ TRANSMITIDA -PETROGRAFIA

Objetivo: estudo e classificação das rochas

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marca ZEISS

Microscópio ótico de luz transmitida

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PETROGRAFIA

Preparação das Lâminas Delgadas

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Análise petrográfica

de rocha - Exemplo

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Registro: 1.1896.2002C

Procedência Referência Natureza Classificação:

SEDIMENTAR CALCÁRIO

EXAME MACROSCÓPICO

Cor: cinza claro a escuro Estrutura: maciça

EXAME MICROSCÓPICO

Composição Mineralógica Estimada:

Agregado graúdo: Calcário: carbonato: 95-97%; opacos/matéria orgânica: 2%; quartzo: 1%.

Agregado miúdo: quartzo: 90%; carbonato: 5%; muscovita: 3%; opacos/hidróxido-óxido de ferro:

2%; feldspato: traços.

1. Agregado graúdo: Aspecto geral do calcário. 2.

Microfissuras no contato argamassa/agregado e

propagando pela argamassa; 3. Argamassa. Imagem ao

microscópio ótico com nicóis paralelos.

1. Calcário com grãos de carbonato recristalizado (2); 3.

Argamassa. Imagem ao microscópio ótico com nicóis

cruzados.

DESCRIÇÃO

Agregado graúdo apresenta fragmento de rocha de granulação fina a média e textura granular. Em

algumas partes da lâmina o carbonato encontra-se bem cristalizado, desenvolvido e em outros,

microcristalinos. Onde encontra-se o carbonato mais desenvolvido, ocorre a maior concentração de

quartzo. Ocorrem veios irregulares preenchidos com minerais opacos, matéria orgânica e

carbonato. Alguns fragmentos apresentam-se fraturados. No agregado miúdo, encontra-se areia

mal selecionada, grão de quartzo subangulosos a subarredondados, fragmentos de, provavelmente,

quartzito, finas palhetas de muscovita, alguns fragmentos da rocha citada acima. A maioria dos

grãos de quartzo apresentam extinção ondulante (ângulo de extinção menor do que 20º,

encontrando na minoria, maior do que 25º, na maioria), encontram-se quartzo microcristalino, com

óxido/hidróxido de ferro e fraturados e alguns, com suas bordas pouco corroídas pelo

óxido/hidróxido de ferro. A argamassa tem coloração acastanhada, na maioria apresenta boa

adesão com o agregado, porém em algumas porções encontra-se fraturada e sem adesão com o

agregado.

Executado: Ana Lívia Zeitune de Paula Silveira

Geóloga do Laboratório de Solos

Responsável: Cláudia H. de Castro

Chefe do Laboratório de Solos

2

1

3

1

3

2

Análise petrográfica

de CP de concreto -

Exemplo

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Microscopia Ótica

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Microscópio de Luz Refletida

34

marca LEICA

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MICROSCOPIA ÓTICA DE LUZ REFLETIDA -

DESCRIÇÃO DOS MINERAIS OPACOS

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Aspecto das Seções Polidas a olho nú

MICROSCOPIA ÓTICA - LUZ REFLETIDA

OBJETIVO:

ESTUDO DOS

MINERAIS

OPACOS

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SULFETOS MAIS COMUNS e PRODUTO FINAL DE

ALTERAÇÃO

PIRROTITA: Fe7S8 - FeS

PIRITA: FeS

MARCASITA: FeS2

LIMONITA

FeO (OH).nH2O

CALCOPIRITA: CuFeS2Outros

sulfetos de

cobre

LIMONITA

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1. Identificação dos minerais opacos, ex: óxidos de Fe e Mn;

sulfetos (pirita, pirrotita, etc); metais nativos (Au,Ag, Pt);

pldpo

cp

pi

pi

Escala = 100 µm Dr. Eike Gierth - 2004

ANÁLISE QUALITATIVA

– apenas identificação mineralógica – 10 a 15 minutos;

MICROSCOPIA ÓTICA - LUZ REFLETIDA

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Agregados

portadores

de sulfetos

Barragem de Graus - Espanha

(MIEZA, 1998)

MICROSCOPIA ÓTICA - LUZ REFLETIDA

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• ANÁLISE SEMIQUANTITATIVA – avaliação percentual dos

minerais presentes, em função de padrões visuais existentes – 20

minutos.

• ANÁLISE QUANTITATIVA – análise modal ou contagem de pontos –

2 a 3 horas contagem de ≥ 2700 pontos ( novo Software de

análise de imagem)

MICROSCOPIA ÓTICA - LUZ REFLETIDA

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Desbaste da superfície em disco

metálico + carbeto de silício

Montagem de SP de areia

natural em moldes com resina

epoxi

Preparação das Seções Polidas

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Polimento em diversas lixas, seguidas por panos e

pastas diamantadas de diferentes granulometrias

Preparação das Seções Polidas

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Microscópio Eletrônico de Varredura

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Introdução

O MEV é um equipamento que usa um feixe de elétrons de alta

energia para análise microscópica de fases sólidas.

É um processo físico de fácil compreensão e o primeiro

equipamento data de 1938

Primeiro equipamento comercial - Cambridge Instruments -

década 60

Furnas: marca Leica, modelo S440i - 1995

Fonte: Nicole Andrade

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Característica

Utiliza incidência de feixe de elétrons em

amostras ao invés de luz (não é ótico)

Permite imagens com até 300.000x de

aumento

Para estudos em Engenharia civil o aumento

utilizado máximo é da ordem de 10.000x

45

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MEV Furnas: marca Leica, modelo S440i - 1995

Fonte: Nicole Andrade

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Introdução

Pelas análises no MEV são fornecidas as seguintes informações:

Topografia: superfície da figura de um objeto, isto é textura; relação direta entre a figura e propriedades do material (dureza, refletância, etc)

Morfologia: A forma e tamanho das partículas que formam um objeto; relação direta entre estrutura e propriedade do material (ductibilidade, resistência, reatividade).

Composição: Os elementos e compostos que compõem o objeto e as relativas quantidades deles, relacionadas diretamente composição e propriedades dos materiais (ponto de fusão, reatividade, dureza, etc)

Informação cristalográfica: como os átomos são ordenados no objeto; relação direta entre ordenação e propriedades do material (conductibilidade, propriedades elétricas, resistência, etc).

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Permite a análise da microestrutura de diversos materiais:

Metais

Polímeros

Concretos

Argamassas

Pastas de cimento

Rochas e solos

Outros

MEV

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Compósitos contendo cimento

Tipos de investigação:

produtos de hidratação

porosidade/compacidade

produtos de reações expansivas

caracterização química/morfológica das

fases presentes

MEV

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Amostras espessas

Alta resolução (30Å)

Grande profundidade de foco (300x melhor do

que microscópio ótico)

Imagens tridimensionais

Obs: 1Å ~ 10 -7 mm

Características

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Funcionamento

O MEV funciona exatamente como os microscópios

óticos, exceto que o primeiro usa feixes de elétrons e

o segundo usa luz para formar a imagem e ganha

informação como estrutura e composição.

Os passos básicos que envolvem o SEM são:

Uma corrente de elétrons é formada por uma fonte de

elétrons e acelerada em direção à amostra, usando um

potencial elétrico positivo.

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Esta corrente é confinada e focalizada, usando

aberturas de metal e lentes magnéticas, a um feixe

monocromático fino e condensado.

Este feixe é focalizado em cima da amostra usando

uma lente magnética.

Interações ocorrem dentro da amostra irradiada,

afetando o feixe de elétrons. Estas interações e

efeitos são detectados e transformados em uma

imagem.

Funcionamento

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Poder de Resolução

Objeto

resolvido

Objeto não

resolvido

Objeto parcialmente

resolvidoSem Resolução Resolução parcial Com Resolução

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Poder de Resolução

Tipo de observação

Olho nu

MO MEV MET

Resolução 100

m

(0,1 mm)

m

m

(3,0 nm)

m

(0,2 nm)

Nota: 1m = 10-3 mm

1nm = 10 Å

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Microscopia Eletrônica de Varredura

Componentes Básicos do MEV

Coluna ótica-eletrônica

Fonte de elétrons

Lentes

eletromagnéticas

Câmara para amostra

Sistema de vácuo

Bobina de varredura

Coletores

Controle eletrônico de sistema

de imagens

Amplificador

Tubo de

raioscatódicos

F

L 1

L 2

L 3

A

G

AmostraColetor

Fonte: Nicole Andrade

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Interação Feixe-Amostra e Tipos de Sinais

AMOSTRA

elétrons transmitidos

Elétrons Secundários (SE)

Elétrons Retroespalhados (BSE)

FEIXE INCIDENTE(elétrons primários)

Raios X

Elétrons Auger

Catodoluminescência

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Volume Envolvido na Interação Feixe-Amostra

Feixe

Primário

Elétrons Auger

Elétrons Secundários

Elétrons Retroespalhados

Raio-X Característico

Fluorescência

Superfície

da Amostra

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Principais Detetores :

Elétrons secundários (SE)

Formação imagens

Informações topológicas - morfologia dos

produtos

Elétrons retroespalhados (BSE)

Diferentes fases presentes através tons de cinza

Informações sobre o nº atômico médio das fases

Raios X

Identificar e quantificar elementos químicos

presentes

Microscopi

a Eletrônica de

Varredura

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Micr

osc

opia

Eletr

ônic

a de

Varr

edur

a

SEBSE

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BSE - DIFERENTES FASES

SE - MORFOLOGIA

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Microscopia Eletrônica de Varredura

Preparação das Amostras

Amostras condutoras (não necessitam de preparação prévia)

Amostras não condutoras:

Recobrimento da superfície c/ material condutor/contato

metalização

porta amostra aterramento

(amostras polidas ou sup. fratura)

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Detalhe da preparação das amostras para o MEV.

Aterramento com fita de carbono e

revestimento em ouro.

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EDS e WDS

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Microanálise (RX):

Análise química de um volume mínimo de material, na ordem de 1 mm³ , permitindo a identificação dos elementos químicos presentes em uma determinada região de interesse da amostra (ideal => amostra polida)

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Microanálise (RX):

Espectrometria por EnergiaDispersiva de Raios- X - EDS -análise simultânea e rápida (qualitativae semi-quantitativa)

Espectrometria por Dispersão deComprimento de Onda de Raios-X -WDS - análise demorada e maisprecisa (quantitativa)

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K

N

L

Raios-X

L

K

Elétron Retroespalhado

Elétron Secundário

N

Feixe Incidente

Formação dos Raios-X

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Espectro de Raios-X através de EDS

-1 0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

Energia (keV)

cps

Ca

Al

Si

AuMa Ca

Pd

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Difração de Raios-X

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DIFRAÇÃO DE RAIOS-X

• VERIFICAÇÃO DO GRAU DE AMORFICIDADE DA

AMOSTRA

• AVALIAÇÃO SEMI-QUANTITATIVA DOS MINERAIS

PRESENTES ENTRE AMOSTRAS SEMELHANTES

• DETERMINAÇÃO DA ESTRUTURA CRISTALINA DOS

MINERAIS (e de compostos orgânicos e inorgânicos

naturais ou sintetizados)

• AVALIAÇÃO QUANTITATIVA DOS MINERAIS

• IDENTIFICAÇÃO DE FASES MINERAIS

( e de compostos orgânicos e inorgânicos naturais ou

sintetizados)

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José Marques Filho

Difratômetro - Marca Siemens

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José Marques Filho

ANÁLISE DA AMOSTRA

OBS: Limite de Detecção - Método usual 5%

O DETECTOR:

• tubo contendo um gás nobre (argônio ou criptônio);

•Objetivo: transformar os fótons dos Raios-X em

pulsos elétricos.

Pulsos amplificador computador

onde são processados e registrados como

DIFRATOGRAMAS

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José Marques Filho

Difratômetro de Raios-X e Computador com Software para Identificação dos Difratogramas

ANÁLISE DA AMOSTRA

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José Marques Filho

Tipos de amostras:

Solos

Rochas

Materiais cimentícios (cimento; escória AF)

Adições minerais e/ou pozolânicas (ex: sílica

ativa, cinza de casca de arroz, cinza volante,

metacaulim)

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José Marques Filho

PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS

1 - MÉTODO DO PÓ - AMOSTRA NÃO ORIENTADA:

Pulverização em gral de ágata ou pulverização em moinho de disco orbital

Pulverização da amostra em Moinho de Disco Orbital

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José Marques Filho

PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS

1 - MÉTODO DO PÓ - AMOSTRA NÃO ORIENTADA:

montagem direta no porta-amostras do difratômetro, por

pressão;

Colocação no porta-amostras

Pressão para fixação do póAmostra de pó pronta para análise

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José Marques Filho

Difratograma de um Mineral Puro: Gipsita

IDENTIFICAÇÃO DE FASES MINERAIS

GIPSITA

33-0311 (*) - Gypsum, syn - CaSO4∙2H2O - Y: 13.02 % - d x by: 1. - WL: 1.54056 - Monoclinic - I/Ic PDF 1.8 -

Operations: Import

Prog. 665 - Reg. 1.0640.04 - Gesso - File: 1,0640,04.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 3.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.050 ° - Step time: 1. s - T

Lin

(C

oun

ts)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

12000

2-Theta - Scale

3 10 20 30 40 50 60 70

7,5683

4,2

808

3,8

082

3,0

610

2,8

691

2,7

872

2,6

853

2,5

953

2,2

151

2,0

806

1,9

898

1,8

961

1,8

104

1,7

797

1,6

191

1,4

576

1,3

639

Valores de d em Å

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José Marques Filho

2 - MÉTODO DO PÓ - AMOSTRA ORIENTADA:

Pulverização, seguida de:

PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS

decantação em proveta

(segundo a Lei de Stockes)adição de defloculante

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PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS

Centrifugação

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José Marques Filho

PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS

Montagem em 03 lâminas orientadas / amostra

NATURAL GLICOLADA CALCINADA

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José Marques Filho

Solo com mineral expansivo

IDENTIFICAÇÃO DE FASES MINERAIS

SOLO

Operations: Y Scale Add 1955 | Y Scale Add 1000 | Y Scale Mul 1.95

Prog. 660 - Reg. 3.0002.04 - Amostra calcinada - File: 3.0002.04C.raw

Operations: Y Scale Add 818 | Y Scale Add 1000 | Y Scale Mul 2.000

Prog. 660 - Reg. 3.0002.04 - Amostra glicolada - File: 3.0002.04G.raw

Operations: Y Scale Add 477 | Y Scale Add 500 | Y Scale Mul 1.500 |

Prog. 660 - Reg. 3.0002.04 - Amostra natural - File: 3,0002,04N.RAW -

Operations: Import

Prog. 660 - Reg. 660 - Amostra Integral - File: 3,0002,04I.RAW - Type:

Lin

(C

oun

ts)

0

10000

20000

2-Theta - Scale

20 40 60

17,1

124

14,0034

9,8

973 7,0

580

4,9

864

4,7

069

4,2

334

3,5

502

3,2

385

2,8

861

2,8

065

3,3

360

2,4

902

1,9

903

1,8

184

ES

ME

CT

ITA

CLORITAC

AU

LIN

ITA

/ C

LO

RIT

A

MU

SC

OV

ITA

QU

AR

TZ

O

QUARTZO / MUSCOVITA

CLO

RIT

A

MU

SC

OV

ITA

/ E

SM

EC

TIT

A

CLO

RIT

A /

CA

ULIN

ITA

FE

LD

SP

AT

O

MU

SC

OV

ITA

MU

SC

OV

ITA MU

SC

OV

ITA

/ C

LO

RIT

A /

ES

ME

CT

ITA

QU

AR

TZ

O /

CLO

RIT

A

DO

LO

MIT

A

INTEGRAL

NATURAL

GLICOLADA

CALCINADA

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José Marques Filho

Reg. 2.0967.2003 - Prof. 3,60 a 4,00m

Op erat ion s : Y S cale M ul 1.409 | Y S cale M ul 1 .667 | Y S ca le M ul 2 .0 00 | Im por t

Pr og. 6 86 - R eg . 2.09 67 .0 3 - am os tra calc in ada - F ile: 2 ,096 7,03 _C .R AW - T ype : 2T h /T h l ocke d - S tar t: 3 .0 00 ° - End : 52 .1 50 ° - Step: 0 .0 50 ° - S te p tim e : 1. s - T em p.: 25 °C (R oom ) - T im e Started : 3 s - 2- T heta: 3.0 00 ° - T h e

Op erat ion s : Y S cale M ul 1.400 | Y S cale M ul 1 .542 | Y S ca le M ul 1 .5 42 | Im por t

Pr og. 6 86 - R eg . 2.09 67 .0 3 - -am os tr a g licol ada - Fi le: 2 ,0 96 7,03_ G.R AW - T ype: 2T h /T h l ocked - S tar t: 3 .0 00 ° - E nd : 70 .0 00 ° - Step: 0 .0 50 ° - S te p tim e : 1. s - T em p.: 25 °C (R oom ) - T im e Started: 6 s - 2-T heta: 3.00 0 ° - T h e

Op erat ion s : Y S cale M ul 1.273 | Y S cale M ul 1 .417 | Y S ca le M ul 1 .1 25 | Im por t

Pr og. 6 86 - R eg . 2.09 67 .0 3 - am os tra n atu ral - Fi le: 2 ,0 96 7,03 _N .R AW - T ype: 2 T h/T h lo cked - S tart : 3 .0 00 ° - E nd : 70 .0 00 ° - S tep : 0 .0 50 ° - S tep t im e: 1 . s - T em p .: 25 °C (R oom ) - T im e Started: 3 s - 2-T h eta: 3.00 0 ° - T h eta:

Op erat ion s : Im po rt

Pr og. 6 86 - R eg . 2.09 67 .0 3 - am os tra in te gral - F ile: 2 ,096 7,03 _I.R AW - T yp e: 2T h /T h locked - Start: 3.000 ° - En d: 7 0.00 0 ° - Step: 0.050 ° - Step ti m e: 1. s - T em p.: 2 5 °C (R oo m ) - T i m e S tar ted : 3 s - 2 -T heta: 3 .0 00 ° - T h eta:

Lin

(C

ounts

)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

12000

13000

2-Theta - Scale

3 10 20 30 40 50 60 70

10

,083

9

7,2408

5,0

567

4,8

38

6

4,1

623

3,5898

3,3544

2,6

97

1

2,5

152

2,3

83

9

CAOLINITA

CAOLINITA

CA

OL

INIT

AILITA

ILIT

A

GIB

BS

ITA

ILITA

HE

MA

TIT

A

HE

MA

TIT

A

GIB

BS

ITA

/ C

AO

LIN

ITA

Solo com argilomineral não expansivo

com colapso da estrutura da Caulinita na análise calcinada

IDENTIFICAÇÃO DE FASES MINERAIS

CALCINADA

GLICOLADA

NATURALINTEGRAL

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José Marques Filho

VERIFICAÇÃO DO GRAU DE AMORFICIDADE DA AMOSTRA

Difratograma de Amostra Amorfa: Pozolana - CCACinza de Casca de Arroz

Operations: Import

Prog. 636 - Reg. 1.2622.04 - amostra 2 - File: 1,2622,04_am2.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 3.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.050 ° -

Lin

(C

ounts

)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

2-Theta - Scale

3 10 20 30 40 50 60 70

Totalmente Amorfa

Reg. 1.2622.2004 - Am 19

14-0260 (I) - Tridymite-20H, syn - SiO2 - Y: 50.00 % - d x by: 1. - WL: 1.54056 - Hexagonal - I/Ic PDF 1. - S-Q 50.0 %

03-0267 (D) - Cristobalite - SiO2 - Y: 50.00 % - d x by: 1. - WL: 1.54056 - I/Ic PDF 1. - S-Q 50.0 %

Operations: Import

Prog. 636 - Reg. 1.2622.04 - amostra 19 - File: 1,2622,04_am19.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 3.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.050 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 6 s - 2-Theta: 3.000 ° - Theta:

Lin

(C

ounts

)

0

1000

2000

3000

2-Theta - Scale

3 10 20 30 40 50 60 70

4,7

213

4,2

934

4,0

761

3,2

244

2,6

976

2,4

917

2,0

141

1,8

790

1,6

969

1,4

347

CCA com cristobalita e tridimita

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José Marques Filho83

Zona de Transição

Mais Frágil

Apresenta cristais orientados com planos de clivagem bem caracterizados

Cristais grandes e com vazios

Como já está microfissurada, é necessário menor esforço para ruptura na compressào

Ruptura a tração: Fissuras se propagam mais rapidamente

Resistência Aumenta com a idade

Durabilidade afetada pelo aumento da permeabilidade

Diminuindo o diâmetro máximo pode alterar o filme de água que o envolve

Técnicas de Inspeção e Patologia

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José Marques Filho

REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADORecordação e Identificação

84

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José Marques Filho

Reação Álcali-Agregado (RAA)

85

AGREGADOS INERTES?

Muitos minerais são instáveis em ambiente alcalino.

REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO (RAA)

Reação química que ocorre entre íons alcalinos presentes no

concreto e alguns minerais reativos.

A reação gera produtos expansivos (gel) capazes de

microfissurar o concreto, causando a perda de elasticidade,

resistência mecânica e durabilidade (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

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José Marques Filho 86

JUSTIFICATIVAS

De acordo com Hasparyk (2005), após a instalação da RAA em

uma estrutura de concreto, não se conhece uma medida eficiente e

ao mesmo tempo econômica para combatê-la.

Apesar dos vários estudos desenvolvidos mundialmente, ainda

não foi definido um método rápido e eficaz para avaliar esta reação

RAA (Tiecher, 2006) . Portanto, o conhecimento dos métodos

investigativos mais empregados é imprescindível para a realização

de investigação e diagnóstico da RAA.

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José Marques Filho

Mecanismo do Processo de Reação

87

Fonte: Ferraris (2000) apud Valduga (2002)

Sintomas:

• fissuras em forma de mapa;

• descoloração do concreto;

• deslocamentos estruturais;

• exsudação de gel sílico-alcalino.

(Paulon, 1981)

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José Marques Filho

Tipos de RAA

88

O:

• Reação álcali-sílica (RAS): reação que participam a sílica reativa dosagregados e os álcalis, na presença do hidróxido de cálcio originadopela hidratação do cimento, formando um gel expansivo (NBR 15577-1/2008).

• Reação álcali-silicato (RAS): é um tipo específico de reação álcali-sílicaem que participam os álcalis e alguns tipos de silicatos presentes emcertas rochas (NBR 15577-1/2008).

• Reação álcali-carbonato (RAC): reação em que participam os álcalis eagregados rochosos carbonáticos, não há formação de gel expansivoe a deterioração do concreto ocorre devida à desdolomitização darocha e o consequente enfraquecimento da ligação pasta-agregado.

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José Marques Filho

Fatores Relevantes

89

PRINCIPAIS FATORES INTERVENIENTES :

• Teor de álcalis: consumo e equivalente alcalino do cimento, agregadoscontaminados, fontes externas e aditivos;

• Agregados: composição granulométrica e características mineralógicas(teor de agregados reativos);

• Umidade: requisito para expansão, favorece a migração dos íonsalcalinos;

• Temperatura : catalisador;

• Tensões no concreto: retarda a fissuração e reduz a expansão emdireção ao carregamento;

• Tempo.

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José Marques Filho 90

INSPEÇÃO VISUAL “IN LOCO”É o primeiro passo para a investigação de estruturas de concretoafetadas pela RAA.

Quando há indícios da ocorrência da RAA, é necessário a realizaçãouma inspeção in situ e a extração de testemunhos de concreto paraensaios laboratoriais (ALVES et. al., 1997).

Verifica-se todas as manifestações patológicas visualizáveis, buscandocorrelacioná-las com os sintomas característicos da RAA.

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA

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José Marques Filho

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA

Características visuais

– Fissuração em mapa

– Aparecimento de borda de reação nos agregados

– Surgimento de gel na superfície

– Gel no interior dos poros com cor esbranquiçada

a caramelada

Técnicas de Inspeção e Patologia91

Borda de Reação

Gel em poro

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José Marques Filho 92

Reação Álcali Agregado – Fissuração em Mapa

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José Marques Filho 93

Métodos de Investigação Visual

Exsudação de GelExsudação de Gel

Fissuração em Mapa

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José Marques Filho Técnicas de Inspeção e Patologia94

Borda de reaçãoAgregado com fissura

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José Marques Filho 95

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA

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José Marques Filho 96

INSPEÇÃO VISUAL EM TESTEMUNHOS DE CONCRETO – MÉTODO IDC

• Índice de Deterioração do Concreto (IDC) Avalia a deterioração de

concretos afetados pela RAA.

• O índice IDC é determinado sobre a superfície polida de testemunhosde concreto, preparadas a partir de cortes longitudinais.

• O IDC é obtido pela marcação de um quadrado de lado igual a 150mm e Em seguida as amostras são analisadas ao microscópio

estereoscópico atribuindo-se pesos para cada defeitoidentificado

Após soma-se os pesos, obtendo-se o índice de deterioração(ID).

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA

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José Marques Filho

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA

97

ID

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José Marques Filho 98

ANÁLISE PETROGRÁFICA Pode ser utilizada para rocha e para

concreto

POSSIBILITA:

• Obtenção de informações qualitativas;

• Caracterização mineralógica e textura dos agregados (VIEIRA

& OLIVEIRA, 1997);

• Identificação de fases mineralógicas reconhecidamente

instáveis (VALDUGA 2007);

• Investigação de concretos afetados pela RAA.

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA

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José Marques Filho 99

Microscópio Óptico de Luz Transmitida

Fotomicrografias de poro com gel

Lâminas delgadas com 30 μm de espessura

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA

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José Marques Filho 100

MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV) E ESPECTROSCOPIA

DE ENERGIA DISPERSIVA DE RAIOS X (EDS)

POSSIBILITA:

Investigação da morfologia através de produção de imagens com alta

resolução;

Caracterização dos elementos químicos dos produtos da RAA (MARUSIN,

1995).

Identificação precisa dos produtos da RAA, auxiliando no diagnóstico do

concreto afetado.

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA

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José Marques Filho 101

(a) imagem e espectro de superfície de fratura, região da argamassa (ampliação 412 X)

(b) percentual atômico

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA

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José Marques Filho 102

DIFRAÇÃO DE RAIOS X (DRX)

POSSIBILITA:

determinação das fases cristalinas presentes nos materiais, ela é

utilizada para obtenção de informações sobre a estrutura, composição e

estado de materiais (DAL MOLIN, 2007).

caracteriza a presença de silicatos amorfos, confirmando a presença de

géis de RAA.

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA

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José Marques Filho 103

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA

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José Marques Filho 104

MÉTODO ACELERADO DE BARRAS DE ARGAMASSA

Submissão de barras de argamassa à determinadas condições e medição de

expansões.

NBR 15577-4/08

As barras de argamassa (2,5 x 2,5 x 28,5cm) são moldadas com uma relação

água/cimento (padrão) de 0,47 e colocadas em imersão de solução alcalina

(NaOH, 1N, 80 °C).

As leituras de referência são realizadas aos 16 e 30 dias:

Expansão < 0,19% aos 30 dias → considerado potencialmente inócuo;

Expansão > 0,19% aos 30 dias → considerado potencialmente reativo;

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA

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José Marques Filho 105

Disposição das barras de

argamassas dentro do tanque com

a solução (NaOH, 1N a 80 °C)

Leitura de expansão em barras de

argamassa

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA

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José Marques Filho 106

MÉTODO ACELERADO DE BARRAS DE ARGAMASSA

POSSIBILITA:

Determinação do potencial reativo do agregado em análise com objetivo:

1) Preventivo/investigativo: agregado em análise e cimento padrão;

2) Mitigação: agregado reativo, cimentos e adições;

3) Reatividade residual: agregado já em reação e cimento padrão;

4) Pode dar resultados FALSOS POSITIVOS e FALSOS NEGATIVOS

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA

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José Marques Filho 107

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0,450

0,500

2 16 30

Exp

an

são

(%

)

Tempo (dias)

MédiaJazida

MédiaBarragem

0,10% Limite 0,19%

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA

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José Marques Filho 108

MÉTODO DE PRISMAS DE CONCRETO

Submissão de prismas de concreto à determinadas condições e medição

de expansões.

NBR 15577-6/08

Os prismas de concreto (7,5 x 7,5 x 28,5cm) moldados em condições

padronizadas são expostos em ambiente saturado com água à

temperatura de 38 ºC.

Leitura de referência após um anos de ensaio:

Expansão < 0,04% → o agregado é considerado potencialmente inócuo;

Expansão > 0,04% → o agregado é considerado potencialmente reativo;

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA

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José Marques Filho 109

MÉTODO DE PRISMAS DE CONCRETO

POSSIBILITA:

Determinação do potencial reativo do agregado em análise com

objetivo:

1) Preventivo/investigativo: agregado em análise e agregado

reativo;

2) Mitigação: agregado reativo, combinação de materiais

cimentícios.

3) Maior confiabilidade que o acelerado

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA

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José Marques Filho 110

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA

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José Marques Filho 111

DETERMINAÇÃO DE EXPANSÃO RESIDUAL EM TESTUMUNHOS DE

CONCRETO

Metodologias correspondem a adaptações das normas de

determinação da expansão em prismas de concreto e determinação da

expansão em barras de argamassa pelo método acelerado.

POSSIBILITA:

determinação de expansão residual

MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETOS AFETADAS PELA RAA

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José Marques Filho

VISUALIZAÇÃO RAA

112

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José Marques Filho

Patologias em Barragens 113

Reação álcali-agregado

Poros na argamassa revestido

com produto branco (6,4 X)

Microscopia Ótica

As análises microscópicas petrográficas

do agregado e das barras de argamassa

são obtidas com auxílio do microscópio

estereoscópico (amostra em superfície

plana semi-polida) e complementado por

análise ao microscópio polarizador de

luz transmitida (em lâmina delgada).

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José Marques Filho 114

Microscopia Ótica

Poro próximo ao agregado

revestido com produto branco

(16,0 X)

Reação Álcali Agregado

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José Marques Filho

Patologias em Barragens 115

Microscopia Ótica

Faixa quartzosa (1) no contato entre o mármore (à esquerda) e o calcário (à direita). Cristais de quartzo estirados com extinção

ondulante (2), calcário arenoso (3); lente de quartzo e mármore calcítico (4) com cristais bem desenvolvidos de calcita (5) e quartzo (6).

Imagem ao microscópio ótico; nicóis cruzados; aumento de 25x.

1

2

4

3

5

6

Reação Álcali Agregado

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José Marques Filho

Patologias em Barragens 116

Microscopia Eletrônica de Varredura

Poro Preenchido com Gel

Gretado Botrioidal

(800 X)

Gel Maciço Gretado no Poro

(450 X)

Reação Álcali Agregado

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José Marques Filho 117

Microscopia Eletrônica de Varredura

Poro com Gel Maciço

Próximo ao Agregado

(280 X)

Poro com Produto na Forma

Rendada

(2.200 X)

Reação Álcali Agregado

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José Marques Filho 118

Microscopia Eletrônica de Varredura

Gel Amorfo no Poro

(2.600 X)

Produto Cristalizado (C)

entre Agregados (A)

(6.900 X)

Reação Álcali Agregado

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José Marques Filho

ETRINGITA TARDIA E SECUNDÁRIA

Recordação e Identificação

119

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José Marques Filho 120

(trisulfoaluminato de cálcio)

ETRINGITA DE HIDRATAÇÃO

A etringita é conhecida como o primeiro

hidrato a se formar quando o cimento

entra em contato com a água, sendo um

produto de hidratação normal de ser

encontrado em concretos.

Este produto é responsável pelo

enrijecimento (perda de consistência) e

início da pega (solidificação dada pela

C3A) da pasta.

MEV- 7.000X – cristais aciculares de etringita

C3A (aluminato tricálcico) + CaSO4 (gesso) + H2O => C6AS3H32

Formação de Etringita Secundária ou Tardia

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José Marques Filho 121

reduzir a solubilidade do C3A, caso

contrário as fases aluminatos se

formariam rapidamente endurecendo o

concreto nas primeiras horas, evitando a

praticidade de sua utilização;

Aumenta a solubilidade dos silicatos

(pela presença do SO4), acelerando a

velocidade de hidratação da fase C3S,

que contribui para o final da pega.

Motivo do uso do gesso (regulador de pega):

Retarda pega causada pelo C3A e acelera a pega causada pelo C3S:

Fissuras Posteriores ao EndurecimentoFormação de Etringita

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José Marques Filho 122

ETRINGITA CLÁSSICA - SECUNDÁRIA:

Uma outra possibilidade, de acordo com

Mehta & Monteiro e Neville, é que este

produto (a etringita) possa ser formado

em concretos, já no estado endurecido,

quando do ataque externo por sulfatos

de cálcio que podem estar presentes em

solos ou águas freáticas.

Fissuras Posteriores ao EndurecimentoFormação de Etringita

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José Marques Filho 123

ETRINGITA CLÁSSICA - SECUNDÁRIA:

Segundo Mehta & Monteiro, há uma

concordância geral que as expansões no

concreto relacionadas aos sulfatos são

associadas à formação da etringita e apesar

dos mecanismos de expansão não estarem

bem definidos, acredita-se que esta expansão

possa estar associada ao crescimento de seus

cristais ou à adsorção de água deste produto

em meio alcalino.

Outro produto que também pode ser

formado e causar expansões a partir de um

ataque por sulfatos é a gipsita. Amostra polida - interface/poro

Fissuras Posteriores ao EndurecimentoFormação de Etringita

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José Marques Filho

Patologias em Barragens 124

ETRINGITA SECUNDÁRIA:

MEV - Finas placas de monosulfato de cálcio

Concretos que utilizarem cimentos com

elevados teores de C3A estão sujeitos a

formação de monosulfatos.

Alguns dias após a hidratação do cimento,

acaba o gesso (CaSO4), fazendo com se

processe a reação:

C3A + etringita (fornece S) => monosulfato

(fase instável) C4ASH18

Fissuras Posteriores ao EndurecimentoFormação de Etringita

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José Marques Filho 125

ETRINGITA SECUNDÁRIA:

MEV - Finas placas de monosulfato de cálcio

Concretos que utilizarem cimentos com

elevados teores de C3A estão sujeitos a

formação de monosulfatos.

Alguns dias após a hidratação do cimento,

acaba o gesso (CaSO4), fazendo com se

processe a reação:

C3A + etringita (fornece S) => monosulfato

(fase instável) C4ASH18

Fissuras Posteriores ao EndurecimentoFormação de Etringita

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José Marques Filho 126

ETRINGITA SECUNDÁRIA:

O ataque pode ocorrer quando há

formação de monosulfato (cimentos

c/ elevados teores de C3A).

O monosulfato C4ASH18 (fase

instável) em presença de uma fonte

externa à pasta de sulfatos (SO4

--)

=> etringita C6AS3H32

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José Marques Filho

CASOS REAIS – EDIFÍCIOS EM RECIFE – PROF. TIBÉRIO

Técnicas de Inspeção e Patologia127

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José Marques Filho

Introdução

Em setembro de 2005, após uma escavação para

dar acessibilidade do edifício principal para o edifício

anexo, recém construído, foi observado um quadro

fissuratório intenso em um dos blocos de fundação

do edifício principal.

Após a constatação do fato, foram escavados outros

blocos, os quais apresentaram manifestações

patológicas similares.

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José Marques Filho

Características Gerais

Pavimentos : 13

Idade aproximada da fundação: 12 anos;

Fundação profunda, empregando blocos de geometrias diversas, com estacas pré-fabricadas centrifugadas;

Cargas elevadas nos blocos de fundação em função dos vãos existentes;

Resistência característica à compressão da estrutura de concreto de 18 MPa;

Laje armada sobre a maioria dos blocos restringindo a expansão da face superior horizontal;

Alta umidade do solo na época da inspeção.

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José Marques Filho

Características Gerais

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José Marques Filho

Características Gerais

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José Marques Filho

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José Marques Filho

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José Marques Filho

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José Marques Filho

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José Marques Filho

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José Marques Filho

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José Marques Filho

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José Marques Filho

Índice de fissuração

Bloco Expansão

mm/m

Faces

1 2 3 4 Média

01

Vertical 6,39 3,54 6,18 3,38 4,87

Horizontal 1,65 0,77 1,54 1,61 1,39

02

Vertical 13,42 16,15 13,90 11,90 13,84

Horizontal 3,02 4,42 3,53 2,00 3,24

03Vertical 13,62 16,25 13,90 9,56 13,33

Horizontal 3,03 4,42 3,53 2,23 3,30

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José Marques Filho

Ensaios

Extração de testemunhos– Avaliação da profundidade e da direção das fissuras e

trincas no interior dos blocos;

– Análise petrográfica do concreto;

– Resistência à compressão;

– Resistência à tração na compressão diametral;

– Módulo de elasticidade;

Ensaio acelerado das barras de argamassa do agregado graúdo extraído dos testemunhos;

Percentual do teor álcalis solúveis no concreto

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José Marques Filho

Ensaio petrográfico

Agregado graúdo– Tipo de Rocha : Metamórfica

– Class. petrográfica: Milonito

– Textura : Milonítica

– Minerais reativos :

Quartzo deformado com extinção ondulante, quartzo recristalizado e quartzo fino.

– Reatividade Potencial: Ag. reativo

– Provável pedreira:

A mais reativa no estudo de identificação do potencial de reatividade dos agregados da RMR

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José Marques Filho

Fotomicrografia do agregado, onde pode ser vista a textura fina dos grãos

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José Marques Filho

Ensaios mecânicos

Resistência à compressão

Dados Bloco

22

Bloco

12

N° de testemunhos 13 08

Res. Média (MPa) 25,0 23,8

Desvio padrão (MPa) 4,0 4,8

Res. Média estimada aos 28

dias

19,4 18,9

CEB FIP MODEL CODE (1990)

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José Marques Filho

Ensaios mecânicos

Test.

Res. à tração na

compressão

diametral

(MPa)

Res.à tração na

compressão

diametral

estimada

(MPa)

%

F3-A 1,8 2,9 62

F6-A 2,1 2,9 72

F3-B 1,8 2,8 64

DAL MOLIN (1995)

Res. à tração na compressão diametral

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José Marques Filho

Ensaios mecânicos

BLOCOfck

(MPa)

Resistência à

compressão

média (MPa)

Módulo

tangente

médio

(GPa)

BP 12 18,0 23,7 12,8

BP 22 18,0 26,8 14,5

O valor obtido é cerca de 57% do estimadopela NBR 6118/03

Módulo de deformação

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José Marques Filho

Ensaio de expansão (ASTM C 1260)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Dias

Exp

an

são

%

Agregado graúdo extraído dobloco

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José Marques Filho

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José Marques Filho

OUTROS EDIFÍCIOS EM RECIFE

Técnicas de Inspeção e Patologia150

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José Marques Filho

Edifício comercial no

centro da cidade

Idade: 25 anos

abril de 2005

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Edifício residencial

Idade: 10 anos

Setembro de 2005

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Características Gerais

Pavimentos : 24 (projeto);

Edifício paralisado na 10ª laje, apenas com a

alvenaria de periferia;

Estimativa de que apenas 20% da carga total está

solicitando a fundação;

Fundação profunda (18 blocos com estacas Franki);

Armadura inferior dos blocos (tirantes), com

ancoragem até 2/3 da altura dos blocos;

Inexistência de armadura superior (malha);

Não foi observado problemas no dimensionamento

dos blocos;

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José Marques Filho

Características Gerais

Fundação submersa ao longo dos 10 anos de

paralisação (condição crítica);

Resistência do concreto compatível com fck

dos blocos;

Intensidade variada do quadro fissuratório, em

função das datas de concretagem e da usina

concreto.

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José Marques Filho