Fissuração. José Marques Filho. TC 034 Materiais de Construção III

Transcrição

1 Fissuração TC 034 Materiais de Construção III 1

2 Fissuração em Concreto Agradecimento especial ao Eng. Rubens Bittencourt de FURNAS 2

3 As fissuras fazem com que as obras percam a finalidade a que se destinam, sejam elas para: contenção de água; resistirem a meios agressivos; resistirem a esforços mecânicos devendo portanto serem reparadas. Os procedimentos para reparos destas fissuras são de difícil execução e de elevado custo. 3

4 É de suma importância um criterioso estudo de dosagens para definição dos consumos de materiais. Deverá ser determinado o consumo de cimento, levando-se em consideração a mínima consistência (slump) necessária ao lançamento. 4

5 As fissuras podem aparecer antes ou após o endurecimento da massa de concreto. 5

6 Fissuras Anteriores ao Endurecimento Fissuras anteriores ao endurecimento, isto é, durante o estado plástico da massa de concreto, são causadas principalmente: assentamento do concreto; movimentação de fôrma e assentamento de fundação; concretagens em rampa; pela retração plástica; erros no acabamento do concreto; pela soma de mais de uma delas. 6

7 Fissuras Anteriores ao Endurecimento Assentamento do concreto Algum tempo após o lançamento do concreto os materiais mais finos do concreto começam a assentar, provocando a expulsão de água e ar. A água vem a superfície como exsudação. Esse assentamento continua até o concreto endurecer. Os agregados maiores e armadura oferecem restrição a este deslocamento da massa, provocando a fissuração. A utilização de concretos muito plásticos provoca uma maior exsudação e, portanto, dando origem à fissuração. 7

8 Fissuras Anteriores ao Endurecimento Assentamento do concreto 8

9 Fissuras Anteriores ao Endurecimento Assentamento do concreto Cuidados Necessários: Correta vibração do concreto e revibração do concreto se houver fissuras; Uso de uma dosagem adequada, empregando o mínimo de água, para obter a consistência necessária ao lançamento. Se necessário utilizar aditivos redutores de água 9

10 Fissuras Anteriores ao Endurecimento Movimentação de Fôrma e/ou Assentamento de Fundação 10

11 Fissuras Anteriores ao Endurecimento Movimentação de Fôrma eassentamento de Fundação Cuidados Necessários: Preparação adequada da fundação; Projeto e preparo adequado de fôrmas. 11

12 Fissuras Anteriores ao Endurecimento Concretagens em Rampa 12

13 Retração Plástica Este tipo de fissuração é causada pela perda rápida da água na superfície do concreto, seja por evaporação, por absorção do agregado, da fôrma ou fundação. Alta temperatura ambiente e baixa umidade relativa do ar provocam perda rápida de água e, consequentemente, fissuração na superfície do concreto. 13

14 Fissuras Anteriores ao Endurecimento Retração Plástica 14

15 Fissuras Anteriores ao Endurecimento Retração Plástica a retração plástica em argamassas é sempre muito elevada; um aumento da consistência ou na quantidade de água de uma dosagem provoca um aumento da retração plástica; para uma mesma relação água/cimento, a retração aumenta com o aumento do consumo de cimento. 15 Simulação de CCR em Laboratório

16 Cuidados Necessários: Fissuras Anteriores ao Endurecimento Retração Plástica Utilizar água fria ou gelada para o amassamento do concreto; Estocar os agregados na sombra e também resfriá-los com água fria ou gelada; Conservar as formas e a base da concretagem protegidas do sol; Concretar em horários menos quentes, como durante a noite ou de manhã cedo; Revibração do concreto; Aplicar cura química imediatamente após o lançamento; Iniciar a cura com água o mais cedo possível; Antes da cura, usar nebulização contínua de água; Proteger a superfície do concreto da ação do vento e dos raios solares. 16 Simulação de CCR em Laboratório

17 Fissuras Anteriores ao Endurecimento Erros no Acabamento (Fissuras em Mapa) Esse tipo de fissura aparece em idades bem baixas, e são causadas por erros no acabamento ou cura do concreto; O excessivo uso de desempenadeira para o acabamento do concreto faz com que a água, o cimento e os agregados finos venham a superfície; Também a prática de jogar cimento e água com brochas na superfície do concreto (queima) causa o aparecimento de fissuras em mapa. 17 Simulação de CCR em Laboratório

18 Congelamento e degelo; Cristalização de sais nos poros; Retração por secagem ou retração hidráulica; Ação mecânica; Reação álcali-agregado; Corrosão da armadura / cloreto; Ataque por sulfato; Cura térmica (etringita retardada); Origem térmica. 18 Simulação de CCR em Laboratório

19 Congelamento e degelo Em climas frios, os ciclos de congelamento e degelo são responsáveis por grandes gastos, causados por danos em pontes, muros de arrimos, pavimentos, dormentes, etc. Os danos causados por este fenômeno são a fissuração e o destacamento. Fissura D ao longo das juntas longitudinais e transversais de um piso de 09 anos (Mehta / Monteiro pág. 135). 19

20 Congelamento e degelo Descascamento de uma superfície de concreto (Mehta / Monteiro pág. 135). 20 Deterioração de um muro de arrimo de concreto, sem ar incorporado, ao longo da linha de saturação (Mehta / Monteiro pág. 135).

21 Congelamento e degelo 21 (fotos cedidas p/monteiro)

22 Congelamento e degelo Dimensão máxima nominal Conteúdo de ar (%) do agregado (mm) Exposição severa Exposição moderada 9 7,5 6 12,5 7 5, ,5 37,5 5,5 4, ,5 3,5 ACI Committe

23 Cristalização de sais nos poros O Committe 201 do ACI mensiona a evidências de que uma ação puramente física (sem envolver ataque químico) da cristalização de sulfatos nos poros do concreto pode ser responsável por danos consideráveis. Por exemplo, quando um lado de um muro de arrimo ou laje de um concreto permeável está em contato com uma solução salina e o outro lado está sujeito a evaporação, o material pode deteriorar por tensões resultantes da pressão de sais que cristalizam nos poros. (Metha/Monteiro pág 132/133). 23

24 Ação Mecânica Esse tipo de fissura ocorre por erros no projeto ou cargas não previstas no projeto estrutural. Cuidados Necessários: Projeto estrutural correto; Re-análise do projeto, com reforços das estruturas para suportar as cargas não previstas. 24

25 Retração por secagem ou retração hidráulica 25 A retração por secagem ocorre por perda de parte da água de amassamento por evaporação para o ambiente. Esta perda é mais lenta do que a ocorrida na retração plástica. A retração será tanto maior quanto maior o teor de água de amassamento. Pastas e argamassas apresentam maior retração que o concreto e, portanto, quanto mais pasta ou argamassa contiver no concreto maior será a retração. Simulação de CCR em Laboratório

26 Retração por secagem ou retração hidráulica Concretos que utilizam cimentos com maior superfície específica apresentam maior retração. Concretos que utilizam adições ao cimentos com maior superfície específica apresentam maior retração. 26 Simulação de CCR em Laboratório

27 Retração por secagem ou retração hidráulica Minimizadas: Utilização de armadura especial; Uso de fibras; Uso de polímeros; Aplicação de concreto com maior resistência à tração; Uso de uma dosagem adequada, empregando o mínimo de água para obter a consistência necessária ao lançamento; Cura do concreto para evitar que ele perca água antes de atingir suficiente resistência à tração; Correto espaçamento de juntas. 27 Simulação de CCR em Laboratório

28 Reação álcali-agregado Alguns tipos de agregados possuem minerais reativos, que em presença dos álcalis do cimento (Na 2 O e K 2 O) geram reações expansivas; que poderão levar o concreto a ruína. Estas reações poderão se processar durante muitos anos, o que torna difícil, caro ou até mesmo impossível sua recuperação. 28

29 Reação álcali-agregado Além da reação álcali-sílica poderão ocorrer outras reações como álcalicarbonato e álcali-silicato. Atualmente, os tipos mais conhecidos de ensaios para verificação de possível reação álcali-agregado: Osipov Thermal Method - Albert Osipov - Institute Hydroproject of Moscou; NBRI - Na Accelerated Method for Testing the Potencial Alkali Reactivity of Siliceous Aggregates - National Building Research Institute - Council for Scientific and Industrial Reasearch - Pretoria - South Africa; ASTM C 227/90 - Test Method for Potential Alkali Reactivity of Cement- Aggregate Combinations (Mortar-Bar Method); 29

30 Reação álcali-agregado ASTM C 289/94 - Test Method for Potencial Alkali-Silica Reactivity of Aggregates (Chemical Method); ASTM C 342/90 - Test Method for Potential Volume Change of Cement-Aggregate Combinations; ASTM C 441/89 - Test Method for Effectiveness of Mineral Admixtures or Ground Blast-Furnace Slag in Prenting Excessive Expansion of Concrete Due to the Alkali-Silica Reaction; ASTM C-586/92 - Test Method for Potencial Alkali Reactivity of Carbonate Rocks for Concrete Aggregates (rock Cylinder Method); 30

31 Reação álcali-agregado ASTM C 1105/89 - Test Method for Length Change of Concrete Due to Alkali-Carbonate Rock Reaction; ASTM 1293/95 - Test Method for Concrete Aggregates by Determination of Length Change of Concrete Due to Alkali-Silica Reaction; NBR 9773/87 - Agregado - Reatividade Potencial de Álcalis em Combinação Cimento-Agregado; NBR 9774/87 - Agregado - Verificação da Reatividade Potencial pelo Método Químico; 31

32 Reação álcali-agregado NBR 12651/92 - Materiais Pozolânicos - Determinação da Eficiência de Materiais Pozolânicos em Evitar a Expansão do Concreto Devido à Reação Álcali-Agregado; H. Tamura - A Test Method on Rapid Identification of Alkali Reactivity Aggregate (GBRC Rapid Method); 32

33 Reação álcali-agregado ASTM 1260/01 - Test Method for Potential Alkali Reactivity of Aggregates (Mortar-Bar Method); 33

34 Reação álcali-agregado ASTM 1260/94 - Test Method for Potential Alkali Reactivity of Aggregates 0,50 34 Variação de Comprimento (%) 0,40 Deletério 0,30 0,20 Potencialmente reativo 0,10 Inócuo 0, Idade (dia) Simulação de CCR em Laboratório

35 Reação álcali-agregado ASTM C 295/90 - Guide for Petrographic Examination of Aggregates for Concrete; ASTM C 856/88 - Pratice for Petrographic Examination of Hardened Concrete; 35 Simulação de CCR em Laboratório

36 Reação álcali-agregado Microscopia Ótica Poros na argamassa revestido com produto branco (6,4 X) 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). 36

37 Reação álcali-agregado Microscopia Ótica Poro próximo ao agregado revestido com produto branco (16,0 X) 37 Simulação de CCR em Laboratório

38 6 2 1 Reação álcali-agregado 3 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 Simulação cruzados; de CCR aumento em Laboratório de 25x.

39 Reação álcali-agregado Microscopia Eletrônica de Varredura 39 Simulação de CCR em Laboratório

40 Reação álcali-agregado Microscopia Eletrônica de Varredura Poro Preenchido com Gel Gretado Botrioidal (800 X) Gel Maciço Gretado no Poro (450 X) 40

41 Reação álcali-agregado Microscopia Eletrônica de Varredura Poro com Gel Maciço Próximo ao Agregado (280 X) Poro com Produto na Forma Rendada (2.200 X) 41

42 Reação álcali-agregado Microscopia Eletrônica de Varredura Gel Amorfo no Poro (2.600 X) Produto Cristalizado (C) entre Agregados (A) (6.900 X) 42

43 Reação álcali-agregado 43

44 Reação álcali-agregado Cuidados Necessários: Realizar ensaios de laboratório para verificação de possível reação álcali-agregado; Se os ensaios confirmarem a presença de agregado reativo, utilizar pozolanas ou cimento Portland pozolânico, cimentos Portland de alto forno, sílica ativa ou o próprio agregado pulverizado; Ensaios de laboratório para verificação do teor ideal de pozolana, escória, sílica ativa ou agregado pulverizado a ser adicionado, caso o agregado apresente-se como reativo ou potencialmente reativo em presença dos álcalis do cimento. 44

45 Corrosão da armadura A corrosão pode ser classificada em: química (corrosão seca ou oxidação) eletroquímica 45 Simulação de CCR em Laboratório

46 Corrosão da armadura A corrosão química (corrosão seca ou oxidação) se dá por reação de um gás com o metal. É uma reação lenta e normalmente não provoca grande deterioração no metal e consequentemente, não afeta significativamente a construção civil. 46 Simulação de CCR em Laboratório

47 Corrosão da armadura Por outro lado, a corrosão eletroquímica ou aquosa traz grandes problemas as armaduras das construções. Esta corrosão ocorre em um meio aquoso, resultante de uma pilha ou célula de corrosão, com eletrólito e diferença de potencial entre os trechos da superfície do aço. 47 Simulação de CCR em Laboratório

48 Corrosão da armadura O eletrólito se forma a partir da presença de umidade no concreto. Este tipo de corrosão provoca um movimento de elétrons ao longo de trechos da armadura e um movimento iônico através do eletrólito. 48 Simulação de CCR em Laboratório

49 Corrosão da armadura A corrosão de armadura pode ser classificada em: corrosão generalizada; corrosão por pite (ou pontiforme); corrosão sob tensão fraturante: ocorre eminentemente em estruturas protendidas; podem ocorrer em estruturas de concreto armado; sua ocorrência é grande em ambientes ricos em cloretos e com níveis elevados de tensão. 49 Simulação de CCR em Laboratório

50 Corrosão da armadura Ação dos Cloretos (Cl - ): Os íons cloretos eram introduzidos intensionalmente nas estruturas de concreto como agente acelerador de pega e endurecedor. Aparecem também através de agregado ou água contaminados. Em climas frios, podem vir através dos sais anticongelantes. Fissuras Posteriores ao Endurecimento 50 Também através de salmoras industriais e maresias. Simulação de CCR em Laboratório

51 Corrosão da armadura Fissuras Posteriores ao Endurecimento Mecanismos de transporte dos íons dos cloretos (Cl - ): Absorção capilar; Difusão iônica; Permeabilidade sob pressão; Migração iônica. 51 Simulação de CCR em Laboratório

52 Corrosão da armadura Mecanismos de transporte dos íons dos cloretos (Cl - ): Absorção capilar A absorção capilar é a primeira porta de entrada dos íons cloreto, provenientes, por exemplo, de névoa marítima. Depende da porosidade, viscosidade e tensão superficial do líquido. 52 Simulação de CCR em Laboratório

53 Corrosão da armadura Mecanismos de transporte dos íons dos cloretos (Cl - ): Fissuras Posteriores ao Endurecimento Difusão iônica A absorção capilar ocorre na superfície do concreto, sendo que a difusão iônica é o principal mecanismo de transporte no interior da estrutura, em meio aquoso. 53 Simulação de CCR em Laboratório

54 Corrosão da armadura Mecanismos de transporte dos íons dos cloretos (Cl - ): Permeabilidade A permeabilidade é um dos principais parâmetros de qualidade de um concreto e representa a facilidade ou dificuldade com que um líquido sob pressão penetra no concreto. 54 Simulação de CCR em Laboratório

55 Corrosão da armadura Mecanismos de transporte dos íons dos cloretos (Cl - ): Migração iônica Os íons cloretos por serem cargas negativas, promovem migração iônica, o qual pode se dar pelo próprio campo gerado pela corrente elétrica do processo eletroquímico, como por ação de campos elétricos externos. 55 Simulação de CCR em Laboratório

56 Corrosão da armadura Carbonatação: Nas superfícies expostas a alta alcalinidade devido ao Ca(OH) 2 liberado na hidratação pode ser reduzido pela ação do CO 2 do ar e outros como SO 2 e H 2 S. Este processo é chamado carbonatação e geralmente é condição essencial para o início da corrosão das armaduras. 56 Simulação de CCR em Laboratório

57 Corrosão da armadura Carbonatação: Felizmente, o processo de carbonatação é lento, atenuando-se com o tempo devido aos produtos de hidratação e pelos próprios produtos da carbonatação (CaCO 3 ), que colmatam os poros superficiais, dificultando a entrada de CO 2 do ar. 57 Simulação de CCR em Laboratório

58 Corrosão da armadura Cuidados Necessários: Cuidados no uso de aditivos que contenham em sua fórmula o cloreto de cálcio; Cobrimento das armaduras adequado; Cuidados especiais se o concreto estiver sujeito à correntes elétricas; Utilizar dosagem adequada, com o mínimo de água para a hidratação. 58 Simulação de CCR em Laboratório

59 Formação da etringita (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 C 3 A) da pasta. MEV X cristais aciculares de etringita C 3 A (aluminato tricálcico) + CaSO 4 (gesso) + H 2 O => C 6 AS 3 H 32 59

60 Formação da etringita Motivo do uso do gesso (regulador de pega): Retarda pega causada pelo C 3 A e acelera a pega causada pelo C 3 S: reduzir a solubilidade do C 3 A, 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 SO 4 ), acelerando a velocidade de hidratação da fase C 3 S, que contribui para o final da pega. 60

61 Formação da etringita 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. 61

62 ETRINGITA CLÁSSICA - SECUNDÁRIA: Formação da etringita 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 62

63 Formação da etringita ETRINGITA SECUNDÁRIA: Concretos que utilizarem cimentos com elevados teores de C 3 A estão sujeitos a formação de monosulfatos. Alguns dias após a hidratação do cimento, acaba o gesso (CaSO 4 ), fazendo com se processe a reação: C 3 A + etringita (fornece S) => monosulfato (fase instável) C 4 ASH 18 MEV - Finas placas de monosulfato de cálcio 63

64 Formação da etringita ETRINGITA SECUNDÁRIA: O ataque pode ocorrer quando há formação de monosulfato (cimentos c/ elevados teores de C 3 A). O monosulfato C 4 ASH 18 (fase instável) em presença de uma fonte externa à pasta de sulfatos (SO 4 -- ) => etringita C 6 AS 3 H 32 64

65 Origem Térmica 65 Previsão da Temperatura Métodos de Cálculo: diferenças finitas elementos finitos Fluxos de Liberação de Calor: unidirecional bidirecional tridirecional Simulação de CCR em Laboratório

66 Origem Térmica Previsão da Elevação da Temperatura do Concreto No fluxo unidirecional é admitida uma linha imaginaria no centro do bloco e no sentido do fluxo. No centro do bloco porque é onde são encontradas as maiores temperaturas. Esta linha é dividida em pequenos intervalos. No centro dos intervalos são formados os nós onde serão calculadas as temperaturas. 66 Simulação de CCR em Laboratório

67 Origem Térmica 67 Simulação de CCR em Laboratório

68 No caso de fluxo bidirecional, ao invés de uma linha de temperatura é considerado um plano no sentido dos dois fluxos e passando no centro do bloco. Este é o caso de blocos ou vigas, onde duas de suas dimensões são aproximadamente iguais. 68

69 Origem Térmica Fatores que Influenciam na Elevação de Temperatura Consumo de Cimento Um dos fatores que mais influencia na temperatura. 69 É influenciado principalmente pela: consistência relação A/C granulometria dos agregados dimensão máx. do agregado graúdo utilização de aditivos.

70 Influência do Tipo de Cimento Origem Térmica Cimento Portland Comum Sigla Classe Clínquer + Sulfato de Cálcio Escória Material Pozolânico CP I 25, 32 e CP I-S 25, 32 e Material Carbonático (*) 70 Cimento Portland Composto Sigla Classe Clínquer + Sulfato de Cálcio Escória Material Pozolânico (C) Material Carbonático (D) CP II-E 25, 32 e CP II-Z 25, 32 e CP II-F 25, 32 e Simulação de CCR em Laboratório

71 Sigla Sigla Fissuras Posteriores ao Endurecimento Classe Classe Clínquer + Sulfato de Cálcio Clínquer + Sulfato de Cálcio Influência do Tipo de Cimento Cimento Portland de Alto-Forno Escória Granulada (A) Cimento Portland Pozolânico Material Pozolânico Material Carbonático (B) CP III 25, 32 e Material Carbonático (*) CP IV Cimento Portland de Alta Resistência Inicial Clínquer + Sulfato de Material Carbonático Sigla Cálcio (A) CP V-ARI Simulação de CCR em Laboratório

72 Influência do Tipo de Cimento Fissuras Posteriores ao Endurecimento Origem Térmica 72

73 Influência da Difusividade Térmica A difusividade térmica do concreto é uma propriedade também de grande influência na elevação de temperatura de uma estrutura. Com o aumento da difusividade térmica há uma maior troca de calor, obtendose elevações de temperatura menores. 73 Simulação de CCR em Laboratório

74 Origem Térmica Influência da Difusividade Térmica Maior dissipação de calor Escolha do agregado Estudo de laboratório e análise térmica 74 Simulação de CCR em Laboratório

75 Influência da Altura das Camadas A altura das camadas de concretagem tem influência acentuada na temperatura a ser atingida pelo concreto na estrutura. 75

76 Origem Térmica Influência da Altura das Camadas Em blocos com grandes dimensões e com grandes alturas de camadas, a elevação de temperatura do concreto poderá atingir valores próximos a elevação adiabática, e mesmo superiores. 76 A altura da camada é um dos fatores que mais contribui para o controle térmico. Simulação de CCR em Laboratório

77 Origem Térmica Influência do Intervalo de Lançamento É inversamente proporcional à elevação de temperatura. É um dos principais fatores para controle da temperatura 77

78 Influência da Dif. de Temperatura Contorno - Concreto Fresco Outro fator de grande influência na temperatura que o concreto irá atingir na estrutura, é a diferença de temperatura entre o contorno (fundação/temperatura ambiente) e o concreto fresco. 78

79 Origem Térmica Temperatura Máxima do Concreto na Estrutura 79

80 Os processos mais usuais de refrigeração do concreto são: Pré-refrigeração do concreto com gelo em escamas; Pré-refrigeração do concreto com água gelada; Pré-refrigeração dos agregados através de aspersão de água gelada; Pós-refrigeração do concreto através de circulação de água, gelada ou não, por condutos deixados na massa do concreto. 80

81 Refrigeração do Concreto Origem Térmica A refrigeração do concreto é um dos critérios mais utilizados para reduzir a temperatura máxima do concreto, sem atrasar o cronograma da obra. Em grandes obras, muitas vezes é mais econômico refrigerar o concreto e aumentar a altura das camadas, diminuindo desta forma o gasto com preparação de superfícies, com montagem de formas, desforma e cura. 81

82 Origem Térmica Pré - Refrigeração do Concreto Através de Gelo em Escama Após a verificação da necessidade de utilização de refrigeração do concreto, uma das hipóteses a ser considerada é a pré-refrigeração do concreto através do uso de gelo em escama em substituição parcial ou total da água de amassamento do concreto. 82 Simulação de CCR em Laboratório

83 Origem Térmica Refrigeração do Concreto 83 Pós-refrigeração do concreto através de circulação de água gelada através de condutos deixados na massa do concreto. Simulação de CCR em Laboratório