1. Introdução. 2. Objetivos

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1 Universidade do Minho - Escola de Engenharia MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL Plano de Trabalhos para Dissertação de Mestrado 2015/16 Tema: Análise Comparativa dos Procedimentos Utilizados para o Ensaio Acelerado de Imersão e Secagem Face à Ação dos Iões Cloreto Aluno(a): André Henriques Nunes Coelho Número do Aluno(a): Orientador(a): Aires Camões Co-orientador(a): 1. Introdução O betão, durante um largo período de anos, foi considerado um material com grande durabilidade, considerado com uma vida útil praticamente infinita. Entretanto, em meados do século XX, nomeadamente por volta de 1970, o betão armado começou a apresentar em determinadas condições algumas patologias que podem comprometer o seu aspeto estético e na maioria das vezes comprometem também a capacidade resistente, podendo levar até ao colapso parcial ou total da estrutura. Outro aspeto relevante e, portanto, não menos importante, prende-se com os avultados custos de reparação e reabilitação, que muitas das vezes podem ascender a cerca de 50% dos custos de construção (Polito, 2006). O elevado número de estruturas de betão armado prematuramente degradadas, fez com que os engenheiros civis e a comunidade científica ficassem em alerta, e realçou a importância de projetar as estruturas tendo em conta a durabilidade do betão e não só as suas características mecânicas, nomeadamente a resistência à compressão. Os dois principais mecanismos de degradação ocorrem devido a dois principais fatores, sendo eles a carbonatação e a ação dos iões cloreto (Malheiro, 2008). A carbonatação é importante destacar, sendo que ocorre com maior frequência nos centros urbanos onde a emissão de CO2 é mais elevada (Gustavo, 2015). O transporte dos iões cloreto para o interior do betão é um processo que ocorre apenas em meio líquido, isto é, se os poros não contiverem água não existe penetração, pois é através da estrutura porosa do betão que se processa a penetração. A penetração pode ocorrer através de vários mecanismos de transporte sendo eles a permeação, sucção capilar e difusão (Costa e Appleton, 2001). Vários mecanismos do transporte de iões cloreto têm sido estudados ao longo dos anos, como é o caso de trabalhos de Cerný et al. (2004) e de Wang et al. (2005) que tratam do transporte de iões cloreto no betão. Existem vários ensaios que nos podem ajudar na determinação da profundidade de penetração dos iões cloreto, onde nesta dissertação será elaborado o ensaio cíclico de imersão e secagem. Neste contexto, pretende-se elaborar um trabalho com forte componente experimental cujo enfoque será centrado nos ensaios cíclicos referidos. Estes ensaios, apesar de já ter sido estudados por alguns autores como Costa e Appleton (2001), Malheiro et al. 2014, não estão ainda padronizados o que salienta ainda mais o interesse do estudo. 2. Objetivos Nesta dissertação, pretende-se fazer uma análise à ação dos iões cloreto numa mistura de argamassa, fazendo variar o máximo possível a forma como é feito um ensaio cíclico de imersão e secagem. Durante cerca de dois meses irão ser ensaiados vários cenários, fazendo variar fatores como o período de molhagem, concentração de NaCl, presença ou não de cal na solução aquosa, e por fim a presença de CO2. Passado este período, os provetes ensaiados serão abertos diametralmente e aspergidos com uma solução de nitrato de prata, de forma a medir a profundidade de penetração de cloretos. Quanto ao ensaio em que variamos a presença de CO2 (ensaio E), iremos aspergir, também, com fenolftaleína de forma a medir a profundidade de carbonatação. Para todos os ensaios irão ser avaliados os resultados obtidos. Para os cenários mais interessantes, provavelmente os que incluem carbonatação, prevê-se determinar e traçar os perfis de cloretos totais. 1

2 3. Metodologia A metodologia proposta para a esta dissertação vai contar com a experiência em laboratório, para além de uma constante e consistente procura e revisão bibliográfica. Este trabalho consiste em 6 principais fases, constituídas por um misto de pesquisa e revisão bibliográfica, e trabalho mais experimental no laboratório. A primeira fase consiste numa revisão bibliográfica que abrange a temática dos mecanismos de corrosão, incidindo mais na parte dos iões cloreto, mas também abrangendo o fenómeno da carbonatação. Estes dois mecanismos vão-me permitir conhecer melhor a realidade da degradação das estruturas de betão, problema este que em muito afeta as estruturas de betão armado. Numa segunda fase serão moldadas 102 amostras, com CEM I 42.5R, razão água/ligante de 0.52 e um volume de L. Estas amostras têm forma cúbica, com dimensões 5x5x5 cm 3 para que seja possível poupar na argamassa e manusear com mais facilidade. Os provetes de argamassa ficarão 24 horas no molde e após o seu desmolde irão para a câmara húmida onde permanecerão 28 dias. Ao fim deste período os provetes serão pintados com uma resina epóxi, exceto uma face para que a penetração dos cloretos seja unidimensional (este procedimento demora cerca de 3 a 4 dias). A terceira parte será a fulcral de toda a dissertação onde serão efetuados os ciclos de imersão e secagem das amostras, fazendo variar quatro indicadores que são o período de molhagem, a concentração de NaCl, a presença ou não de cal e, por último, a presença ou não de concentrações de CO2 elevadas na secagem. Devido a uma pesquisa bibliográfica será testado efetuar três diferentes períodos de ciclos, ou seja, 7, 14 e dias. Relativamente ao período de molhagem, para cada cenário existirão três variações, ou seja, os dias de molhagem e secagem que são apresentados na Tabela 1 em anexo. A concentração de NaCl irá variar de 3.5%, 5% e 10%. Irão ser utilizadas cinco etapas para o estudo, sendo a amostra A de referência e, de seguida, fazer variar os indicadores anteriormente referidos tendo assim as restantes (B, C, D, E). Seguidamente apresento um breve resumo de cada situação: Situação A (referência): Concentração de NaCl de 3.50%, não tem presença de cal e não apresenta CO2 (Tabela 2 em anexo); Situação B: Concentração de NaCl de 5%, não tem presença de cal e não apresenta CO2 (Tabela 3 em anexo); Situação C: Concentração de NaCl de 10%, não tem presença de cal e não apresenta CO2 (Tabela 4 em anexo); Situação D: Concentração de NaCl de 3.50%, tem presença de cal e não apresenta CO2 (Tabela 5 em anexo); Situação E: Concentração de NaCl de 3.50%, não tem presença de cal e apresenta CO2 (Tabela 6 em anexo); Vamos utilizar 3 provetes para cada cenário, onde as situações A, B, C e D possuem 7 cenários cada, sendo que a situação E possui apenas 6 cenários, ou seja, não será considerada a imersão por dias, dando um total de 102 provetes, como referido anteriormente Os ensaios previstos para caracterização do provete no ensaio endurecido serão os seguintes: - Absorção de água por capilaridade (LNEC E 393); - Absorção de água por imersão (LNEC E 394); - Resistência à compressão (NP EN ). A resistência à compressão vai-se realizar aos 7, 28 e 90 dias, sendo que a absorção capilar e a absorção por imersão vão-se iniciar aos 28 dias de idade. Para este ensaio serão utilizados mais 15 provetes cúbicos com 5 cm de aresta, perfazendo um volume de L. Em termos de recursos necessários para a execução das tarefas laboratoriais, para além dos provetes já moldados, serão necessários: Câmara de carbonatação; Recipientes plásticos com tampa para realização do ensaio de difusão por imersão; Berbequim, broca e compressor de ar para a retirada das amostras em pó para a análise química. 2

3 Numa quarta fase irá proceder-se à finalização dos ensaios por intermédio da rotura dos provetes e aspersão da secção de rotura com nitrato de prata, indicador da penetração de cloretos. O objetivo será medir a profundidade dos cloretos e não a sua quantidade. De salientar que devido ao facto de na amostra E fazermos variar a presença de CO2, teremos de aspergir uma metade com nitrato de prata e outra com fenolftaleína para que também seja possível medir a profundidade de carbonatação. Como quinta fase serão analisados todos os resultados e será quantificado o efeito das diferentes profundidades dos iões cloreto com todas as variações referidas anteriormente, bem como da profundidade de carbonatação para a amostra E. Para a sexta e última fase e concluídas as frentes de laboratório a metodologia termina com a escrita final da dissertação e produção de artigos científicos, onde serão apresentadas todas as conclusões do estudo realizado. 4. Resultados Esperados Ao nível dos resultados esperados, de uma maneira geral, espera-se poder alcançar os seguintes resultados: inicialmente proceder a uma redação de uma completa e abrangente revisão bibliográfica sobre o tema, que compile, de uma maneira assertiva, a forma como o ensaio de imersão e secagem tem sido executado. Devido ao facto de fazer variar diversos fatores no ensaio acelerado de imersão e secagem face à ação dos iões cloreto, será possível proceder à verificação da influência destes mesmos fatores estudados sobre a penetração de cloretos. Também se pretende determinar a viabilidade do uso deste tipo de ensaio acelerado em situações que contemplem também o uso da carbonatação. Por último, apesar deste ensaio cíclico ser muito utilizado, não há uma padronização do mesmo, portanto pretende-se, através deste estudo, sugerir um ciclo ideal de imersão e secagem, tendo em conta a análise da revisão bibliográfica e os resultados obtidos com os fatores estudados. 5. Faseamento e Calendarização 5.1 Faseamento Tarefa 1: Revisão bibliográfica; Tarefa 2: Moldar Desmoldar; Tarefa 3: Execução em Laboratório da situação A; Tarefa 4: Execução em Laboratório da situação B; Tarefa 5: Execução em Laboratório da situação C; Tarefa 6: Execução em Laboratório da situação D; Tarefa 7: Execução em Laboratório da situação E; Tarefa 8: Execução em Laboratório de todos os provetes para caracterização; Tarefa 9: Análise e Escrita dos Resultados; Tarefa 10: Escrita Final da Dissertação e Produção de Artigos Científicos. 3

4 5.2 Calendarização Semanas Tarefa x x x x x x x x x x x x x x x x 2 x x x 3 x x x x x x 4 x x x x x x 5 x x x x x x 6 x x x x x x 7 x x x x x x 8 x x x x x x x 9 x x x x x x x x 10 x x x x x x x x x x x x x Referências Bibliográficas Malheiro Raphaele, Camões Aires, Ferreira Rui Miguel, Meira Gibson, Amorim Teresa e Reis Rui (2014) Influência da carbonatação no transporte de cloretos em argamassas submetidas à ação combinada destes dois agentes Costa António, Appleton Júlio (2001) Revista Portuguesa de Engenharia de Estruturas Malheiro Raphaele (2008) Dissertação de Mestrado Camacho Gustavo (2015) Dissertação de Mestrado Malheiro Raphaele, Meira Gibson, Lima Munique (2013) Influência da Camada do Revestimento em Argamassa na Penetração de Cloretos em Estruturas de Concreto Polito Giulliano (2006) Dissertação de Mestrado 4

5 Figuras e Tabelas Tabela 1: Variáveis Período de molhagem Concentração NaCl Presença de Cal na solução de molhagem Presença de CO2 na secagem % 5% 5% 2 3,50% 3,50% 3,50% 3 10% 10% 10% 1 Sim Sim Sim 2 1 Sim Sim Tabela 2: SITUAÇÃO PRINCIPAL - A NaCl 3,50% Cal CO2 Tabela 3: SITUAÇÃO B NaCl 5,00% Cal CO2 5

6 Tabela 4: SITUAÇÃO C NaCl 10,00% Cal CO2 Tabela 5: SITUAÇÃO D NaCl 3,50% Cal Sim CO2 Tabela 6: SITUAÇÃO E NaCl 3,50% Cal CO2 Sim CICLO CICLO I (7 dias) II (14 dias) Molhagem Secagem Molhagem Secagem 6