REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO E CORROSÃO DE ARMADURAS: UMA REVISÃO E ESTUDO DE CASO

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1 REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO E CORROSÃO DE ARMADURAS: UMA REVISÃO E ESTUDO DE CASO ALCANTARA, Paloma; LIMA, Rafaella; SORAIA, Carla; AGRA, Tiago Faculdade Maurício de Nassau, +55 (81) , palomaalcantara_@hotmail.com; Faculdade Maurício de Nassau, rafaellal@gmail.com; Faculdade Maurício de Nassau, carlasoraia1@gmail.com; UFPE, tiagoagraengenharia@gmail.com. RESUMO A crescente preocupação com a qualidade e durabilidade das estruturas de concreto vem desenvolvendo estudos cada vez mais avançados contra os mecanismos de deterioração da estrutura. Dentre os inúmeros processos que aceleram a decomposição do concreto estão a Reação Álcali-agregado (RAA) e a corrosão de armaduras por oxidação. A RAA é um fenômeno químico complexo que acontece internamente ao concreto, provocando fissuras e afetando a resistência e a rigidez dos elementos estruturais. É frequentemente presente em obras de pontes e barragens, devido à presença da água, que é agente condicionante da reação, mas pode ocorrer também em edifícios e até pavimentos. A oxidação das armaduras é um processo ainda mais invasivo, pois afeta o aço presente no concreto armado, diminuindo gradativamente sua seção, podendo levar elementos estruturais à ruptura. O presente artigo tem o objetivo de apresentar e discutir a ocorrência desses mecanismos que prejudicam a durabilidade da estrutura. O referencial teórico apresenta situações de ocorrência da RAA, discutindo medidas de interferência na estrutura com ensaios destrutivos e não destrutivos, previstos em normas. É possível observar que em casos de RAA, os ensaios de prevenção são os mais potencialmente eficazes, pois avaliam a possibilidade de agregados serem mais reativos na presença de sílicas do cimento, podendo eventualmente evitar o aparecimento de RAA. Por fim, é exibido um caso referente a armaduras expostas devido à oxidação, descrevendo procedimentos de intervenção para sua recuperação. Palavras-chave: Patologia. Reação álcali-agregado. Corrosão de armaduras. ABSTRACT The growing concern with the quality and durability of concrete structures has been developing advanced studies against the mechanisms of deterioration of the structure. Among many processes that accelerate the decomposition of concrete are Alkali-aggregate reaction (AAR) and corrosion of reinforcement by oxidation. AAR is a complex chemical phenomenon that occurs internally in concrete, causing cracks and affecting the strength and rigidity of the structural elements. It is often present in of bridges and dams, due to the presence of water, conditioning agent of the the reaction, but may also occur in buildings and even floors. Oxidation of reinforcement is an invasive process as it affects the steel present in the concrete, gradually decreasing its section, which may lead to break of structural elements. This article aims to present and discuss cases of occurrences of these mechanisms that prejudice the durability of the structure. The theoretical framework presents occurrence of AAR situations, discussing measures interference in the structure with destructive and non-destructive tests, provided for in standards. It can be seen that in cases of AAR, the prevention tests are potentially more effective because the possibility of evaluate aggregates are more reactive in the presence of silica cement, and may possibly prevent the onset of AAR. Finally, a case is shown referring to the exposed reinforcement due to oxidation, depicting intervention procedures for its recovery. Keywords: Building pathology. Alkali-aggregate reaction. Reinforcement oxidation.

2 1 INTRODUÇÃO O concreto à base de cimento Portland é atualmente o segundo material mais consumido no planeta Terra, perdendo apenas para a água (PROVIS e DEVENTER, 2009). Mediante tanto impacto na economia, na engenharia e na sociedade é de suma importância que estudos sejam realizados, bem como técnicas sejam desenvolvidas ou otimizadas a fim de aprimorar cada vez mais esse material em termos de produção, aplicação, propriedades, sustentabilidade e, inclusive, durabilidade. A durabilidade de um material é definida como a capacidade do concreto de resistir à ação das intempéries, ataques químicos, abrasão ou qualquer outro processo de deterioração. O concreto é considerado durável quando conserva sua forma original, qualidade e capacidade de utilização estando exposto ao ambiente e ao uso para o qual foi projetado (MEHTA & MONTEIRO, 2008). Geralmente atribui-se uma correlação direta entre a propriedade de durabilidade com a de resistência à compressão principalmente. Sendo o concreto um sólido poroso, e a permeabilidade a grande porta de entrada para agentes de deterioração; pode-se dizer que, quanto maior a porosidade e permeabilidade do concreto, mais baixa será sua resistência mecânica por consequência direta, bem como menor será sua durabilidade. Quando exposto a certas condições, o concreto sofre algumas agressões que podem ocasionar falhas de desempenho e até a ruína em casos extremos, gerando acidentes e prejuízos financeiros. Assim, patologia é o ramo da engenharia que estuda as causas, mecanismos, tipos, manifestações e as consequências das deficiências das construções (SILVA e JONOV, 2011). As manifestações têm diversas origens, tais como deficiências de projeto, de execução, má qualidade dos materiais ou emprego inadequado dos mesmos, acidentes (incêndios, inundações, etc.), uso inadequado da estrutura, manutenção imprópria ou ausência da mesma (SILVA e JONOV, 2011), manifestando-se principalmente através de fissuras, infiltrações, eflorescências, manchas, deformações, etc.. A prática e estudos mostram que um significativo percentual dos problemas patológicos das edificações tem origem nas fases de planejamento e projeto, superando inclusive as falhas relacionadas aos materiais e aos métodos construtivos (HELENE e FIGUEIREDO, 2003 apud SILVA e JONOV, 2011). Dentre as manifestações patológicas, destacam-se as reações álcali-agregado e a corrosão de armaduras. 2 REFERENCIAL TEÓRICO Segundo Arrais (2011), a reação álcali-agregado (RAA) é uma reação química de origem interna que pode ocorrer no concreto quando alguns constituintes mineralógicos do agregado reagme com hidróxidos alcalinos (proveninentes do cimento, água de amassamento, agregados, pozolanas, agentes externos, etc.) que estão dissolvidos na solução dos poros do concreto. A RAA é mais frequentemente observada em obras de barragens e pontes, devido ao fato de a água ser um dos agentes condicionantes. Segundo Baptista, Höehr e Dal Molin (2013), o produto resultante dessa reação é um gel cristalino expansivo na presença de umidade, podendo originar fissuras, aumento de permeabilidade, diminuição da resistência e consequentemente, a ruptura da

3 estrutura. Arrais (2011 apud Andrade, 2006) apresenta, como pode ser visto na Figura 1, um caso em que a reação provocou trincas e fissuras em um bloco de fundação de um edifício residencial da Região Metropolitana do Recife. Figura 1 Bloco de fundação. Edifício na região metropolitana do Recife. Fonte: Arrais (2011 apud Andrade, 2006) A identificação da reação é difícil, visto que a mesma acontece internamente à estrutura. Só é possível observar seus efeitos após o aparecimento de fissuras, devido à expansão provocada pelo gel com característica viscosa e esbranquiçada. Atualmente não há solução específica para a recuperação de elementos estruturais afetados pela RAA, mas atitudes de prevenção devem ser consideradas. Arrais (2011) lembra que os problemas causados pela RAA atribuíram uma maior importância à investigação prévia dos materiais a serem empregados na construção, no tocante a seu potencial reativo, sugerindo as seguintes ações de prevenção: Seleção adequada de materiais utilizados, agregados e cimento, na confecção do concreto; Correta vibração do concreto, evitando vazios e possível percolação de água, visto que o gel absorve água por osmose, que o faz expandir e provocar fissuras; Ensaios para a verificação da reatividade do agregado, conforme NBR (ABNT, 2008), que estabelece métodos de ensaio para determinar a suscetibilidade de um agregado participar da reação expansiva. Antes do início da construção da obra, durante a escolha dos materiais, é de suma importância a correta seleção dos agregados a serem utilizados. A NBR (ABNT, 2008) traz ações preventivas como medidas de mitigação para a reação álcali-agregado. A norma sugere, dentre outros outros pontos, limitar o teor de álcalis do concreto a valores menores que 3,0 kg/m³de Na2O equivalente - ou ainda a valores menores que 2,4 kg/m³ a depender da intensidade da prevenção -, utilizar cimentos compostos ou com adições (CPII-

4 E, CPII-Z, CPIII ou CPIV), utilizar materiais inibidores da reação (como sílica ativa e metacaulim) ou, em último caso, substituir o agregado. A NBR (ABNT, 2008) lista ensaios que buscam caracterizar os agregados como reativos ou inócuos. Esses ensaios se baseiam na variação dimensional de barras de argamassa ou de concreto utilizando o agregado em análise e cimento padronizado com alto teor de álcalis, curadas a temperaturas maiores que a ambiente a fim de catalisar as reações. Após o tempo do ensaio, mede-se a deformação das barras, comparando-as com os limites de expansão prescritos na norma. Assim, caso a deformação seja maior que a deformação limite, considera-se o agregado como reativo. Caso contrário, o agregado é dito inócuo. Ainda de acordo com Arrais (2011), embora não exista um consenso e conhecimento completo acerca das ações de intervenção para minimizar os efeitos da RAA, a literatura vigente propõe algumas atitudes possíveis após sua identificação em elementos estruturais: 1. Ensaios de laboratório para verificação do tipo de agregado utilizado na execução. 2. Avaliar a expansão de água ocorrida internamente ao elemento, também através de ensaios. 3. Ensaios não destrutivos, como o ultrassônico, para a verificação da deterioração interna no elemento estrutural. 4. Extração de testemunhos atravessando as trincas, com diferentes diâmetros, para inspeção visual (determinação de manchas, bordas de RAA, fissuras ou poros); e análise laboratorial para a verificação do comportamento de fissuras na deterioração do concreto: ensaios de resistência à compressão, módulo de elasticidade, resistência à tração, permeabilidade e carbonatação, são alguns dos ensaios que podem ser realizados com os corpos de prova a fim de identificar o grau de deterioração da estrutura após a RAA. 5. Injeção de micro cimento após limpeza dos furos. Já a corrosão de armaduras do concreto armado consiste na oxidação das suas barras de aço, formando óxidos e hidróxidos de ferro que são produtos avermelhados, porosos e pulverulentos, denominados ferrugem (RIBEIRO, 2014). A corrosão tem como consequência uma diminuição da seção de armadura e fissuração do concreto e pode ser classificada em: (a) corrosão generalizada, quando ocorre em toda a extensão da armadura; (b) corrosão por pite, quando os desgaste são localizados sob a forma de pequenas cavidas; ou ainda (c) corrosão sob tensão fraturante, quando apresenta fissuras, podendo até fraturar em presença de esforços mecânicos (RIBEIRO, 2014). Basicamente são dois os processos pelos quais se dá a corrosão de armaduras: carbonatação do concreto e presença de íons cloreto. Nesse primeiro processo, quando a peça de concreto está exposta a atmosferas com concentrações significativas de gás carbônico (CO2) geralmente ambientes urbanos, o mesmo penetra nos poros do concreto, reagindo com a água e com a portlandita (hidróxido de cálcio Ca(OH)2 que é produto das reações de hidratação do cimento), formando o carbonato de

5 cálcio (CaCO3) (RIBEIRO, 2014). O mesmo ocorre com as bases de sódio de potássio, havendo a formação de carbonato de sódio (Na2CO3) e carbonato de potássio (K2CO3). A penetração dos cloretos dissolvidos em água no concreto (por permeabilidade, capilaridade ou difusão) tem como consequência a redução da alcalinidade do betão (redução de ph) e a remoção da película de proteção das armaduras (óxido de ferro) dando origem à corrosão destas. Este processo é cumulativo, ou seja, os íons de cloro são depositados no interior dos poros do concreto quando a água que os transporta evapora, ocorrendo de modo mais acelerado quando a estrutura está sujeita a ciclos seco/molhado. (ROMANO e BRITO, 2012). Assim, o ph da água dos poros cai de 12 para 9; a camada protetora do aço se desestabiliza, ocorrendo a despassivação da armadura e iniciando o processo de corrosão (GENTIL, 2003 apud VARELA, 2010). No segundo processo (presença de cloretos), geralmente os cloretos são adicionados acidentalmente no concreto através de aditivos, areia ou água contaminada por sal (NaCl), agentes anticongelantes, etc.. Peças expostas a atmosfesta marinha também sofrem os ataques de cloretos. Na presença desses íons (Cl-), a corrosão acontece sob qualquer ph, visto que o ânodo formado naturalmente na armadura atrai os íons de cloro, de carga negativa, continuamente para o mesmo ponto, causando uma corrosão localizada e profunda (do tipo pite). Os produtos dessa reação são principalmente o FeCl3 e o Fe(OH)2 (RIBEIRO, 2014). Ribeiro (2014) estima que cerca de 5% da receita de uma nação industrializada são gastos na prevenção da corrosão e manutenção ou substituição de produtos deteriorados por esse problema. Deste modo, percebe-se que a qualidade do concreto no que se refere aos materiais empregados, dosagem, aplicação, uso adequado é essencial para evitar as manifestações patológicas. Uma baixa permeabilidade, por exemplo, conseguida através de uma baixa relação água-cimento e maior resistência característica à compressão, dificulta a entrada de CO2, O2, cloretos, água e demais agentes agressivos. A adição de pozolanas e outros materiais proporciona o refinamento dos poros e retarda reações de formação de géis expansivos. Por fim, manutenções periódicas nas peças de concreto e de acordo os procedimentos de engenharia aumentam a durabilidade das construções, proporcionando conforto, segurança, sustentabilidade e economia para os usuários. O presente trabalho tem por objetivo apresentar um estudo de caso sobre uma manifestação patológica de corrosão num estádio de futebol na cidade de Caruaru-PE. 3 APRESENTAÇÃO DE CASO CORROSÃO O estádio de Futebol Luiz José Lacerda, localizado na cidade de Caruaru, interior do estado de Pernambuco, na Av. Agamenon Magalhães, 425, Maurício de Nassau é uma construção em concreto armado, com juntas de dilatação em todas as arquibancadas, apresentando uma capacidade de pessoas. O campo passou por uma ampliação das arquibancadas e teve sua inauguração oficial em 19 de Outubro de Foi utilizada para o dimensionamento das arquibancadas a norma de concreto vigente na época, a NB 1/78 Projeto de

6 Estruturas de Concreto Procedimento, tendo um perído de vida útil mínima de 50 anos, com classe de agressividade moderada. Porém, desde então, sua estrutura não está passando por manutenções preventivas, pois não há um projeto que determine a periodicidade e a metodologia de serem efetuadas as devidas manutenções. Com o passar dos anos, as armaduras dos pilares do estádio de futebol Luiz José de Lacerda, por estarem expostas, foram afetadas pelo processo de corrosão, Figuras 2 e 3. Figura 2 Exposição e corrosão de armadura Fonte: Autores (2016) Figura 3 Armadura exposta em processo de corrosão Fonte: Autores (2016)

7 3.1 Metodologia de investigação Em Janeiro de 2016 foi feita uma vistoria no estádio in loco, e a construção foi inspecionada por meio fotográfico. Foi verificado, principalmente nos pilares, formação de vazios e nichos de agregados graúdos, formados provavelmente por conta de falhas durante o processo de concretagem através do mau adensamento. 3.2 Metodologia de recuperação Medidas de prevenção e de recuperação devem ser tomadas a fim inibir e eliminar este processo de oxidação. Além do mais, visto que as armaduras quando oxidadas diminuem de seção, isso pode oferecer riscos às pessoas que utilizam o local. Poderia ser adotado o procedimento descrito abaixo com o objetivo de recuperação dos pontos atingidos pelos efeitos da corrosão. 1. A camada superficial da armadura de aço afetada pelo processo de corrosão poderia ser lavada com equipamento de alta pressão de jato a seco a fim de retirar qualquer resíduo solto de concreto. 2. Uso de um ponteiro de aço para remoção do concreto fissurado e trincado ao redor das barras a serem recuperadas. 3. Os pontos que estão com resíduos incrustados de concreto na armação e a camada que estão descamadas pela corrosão poderão ser lixados manualmente com escovas de aço, com cuidado para não danificar o concreto próximo e também para não provocar um aumento na descamação da seção do aço. 4. Com a armadura totalmente exposta, a fim de retardar, reduzir ou mesmo impedir a corrosão do aço, poderá ser aplicado o uso de inibidor de corrosão na forma de primer rico em cromato de zinco de grande aderência. 5. Para os locais que onde, eventualmente, a ferragem estiver apresentando um excessivo processo de corrosão com diminuição de sua seção, será colocada nova ferragem transpassando a ferragem deteriorada de 38 a 60 vezes seu diâmetro, conforme a norma da ABNT 6118/ Poderá ser utilizado um grout em cavidades maiores que 50 mm, que é um composto de argamassa auto adensável, de alta resistência inicial e final, constituída de cimento, areia de quartzo de granulometria controlada e aditivos especiais. Por ser não retrátil evita o aparecimento de fissuras. Isento de cloretos em sua composição, não provoca corrosão das armaduras e isento de limalha de ferro, evita as manchas ou desagregação provocada pela oxidação. Será necessário o uso de formas, pois o grout é bastante fluido. 7. Poderá também ser utilizada argamassa polimérica com reforço de fibras do tipo tixotrópica e bicomponente que podem preencher cavidades com espessuras de até 70 mm. Esse tipo de argamassa pode ser aplicada manualmente, dispensando o uso de formas, tendo uma cura mais rápida, possuindo uma baixa permeabilidade a diversos agentes agressivos, entre eles os íons cloreto, elevando assim, a durabilidade da peça recuperada.

8 4 CONCLUSÕES O método de recuperação de armadura apresentado acima é comunmente utilizado por profissionais e mostra-se eficiente no trato de armaduras corroídas. Como foi visto, o processo de recuperação da manifestação patológica de corrosão é executado de maneira simples, podendo ter mais de uma opção de reposição de concreto, o que dá mais flexibilidade no ato de escolha de qual tipo de material será escolhido. A corrosão de armaduras é uma das manifestações patológicas mais frequentes, portanto é de suma importância a observação da evolução deste problema, pois com o avanço da corrosão, a seção do aço diminui e a capacidade de carga da peça estrutural é comprometida, oferecendo riscos à integridade civil e patrimonial. A RAA é um problema patológico químico que prejudica a estrutura de maneira lenta e gradual. Inspeções na estrutura através de ensaios destrutivos e não destrutivos podem tornar-se medidas lentas e laboriosas de recuperação. Portanto, ações de prevenção são as mais bem vindas para a determinação dos materiais suscetíveis a reação.

9 REFERÊNCIAS PROVIS, J. L.; DEVENTER, J. S.J. Geopolymer: Structure, processing, properties and industrial applications. Woodhead Publishing in Materials MEHTA, P. K; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: microestrutura, propriedades e materiais. São Paulo, SILVA, A. P., JONOV, C. N. P. Curso de Especialização em Construção Civil. UFMG Disponível em < Acesso em Junho, FIGUERÔA, J. do P. ANDRADE, Tibério. O ataque da Reação Álcali Agregado sobre as estruturas de Concreto: a descoberta pioneira da ocorrência do problema em fundações de pontes e edifícios na Região Metropolitana do Recife Recife: Ed. Universitária da UFPE, ARRAIS, M. S. M. C. Reação Álcali-agregado: avaliação do comportamento de agregados graúdos da Regiâo Metropolitana do Recife frente a diferentes tipos de cimentos f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mineral) Centro de Tecnologia e Geociências, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, Disponível em: Acesso em Junho, BAPTISTA, A. S.; HÖEHR, G. T.; DAL MOLIN, D. C. C. Avaliação da reação álcaliagregado da areia natural da região metropolitana de Porto Alegre, Brasil e do uso de sílica ativa. In: Congresso Internacional sobre Patologia e Recuperação de Estruturas, João Pessoa. Anais... João Pessoa: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 15577: Agregados Reatividade álcali-agregado. Rio de Janeiro, RIBEIRO, D. V. (Cood.). Corrosão em estruturas de concreto armado. 1ª edição. Rio de Janeiro: Elsevier, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6118: Projeto de Estruturas de Concreto ROMANO, P. BRITO, P. S. D. Estudo da degradação de estruturas de concreto armado expostas ao ataque por sulfatos. In: Seminário de I&DT, Centro Interdisciplinar e Investigação e Inovação do Instituto Politécnico de Porto Alegre. Porto Alegra: C3I, Disponível em: Acesso em: Junho, VARELA, R. H. D. Corrosão das Armaduras em Betão Armado: Influência dos Agentes Cloretos e da Carbonatação nas Edificações de Cabo Verde. Monografia (Licenciatura em Engenharia de Construção Civil). Universidade Jean Piaget de Cabo Verde, Cidade da Praia