DETERMINAÇÃO DA CORRELAÇÃO ENTRE A PROFUNDIDADE DA FRENTE DE CARBONATAÇÃO E A RESISTÊNCIA SUPERFICIAL DO CONCRETO

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1 DETERMINAÇÃO DA CORRELAÇÃO ENTRE A PROFUNDIDADE DA FRENTE DE CARBONATAÇÃO E A RESISTÊNCIA SUPERFICIAL DO CONCRETO G. E. S. de Lima**; R. O. G. Martins**; L. G. Pedroti* **; W. E. H. Fernandes**; J. L. R. Paes**; R. C. da Silva** *Av. Peter Henry Rolfs, s/n - Campus Universitário, Departamento de Engenharia Civil, Viçosa/MG, CEP: leonardo.pedroti@ufv.br **Universidade Federal de Viçosa - UFV RESUMO A obtenção de correlações entre dados de ensaios não destrutivos e a atuação de agentes degradantes das estruturas de concreto armado, tem se mostrado uma valiosa ferramenta para avaliação da durabilidade e vida útil destas estruturas. Neste contexto, o presente verificou a correlação existente entre a profundidade da frente de carbonatação e a resistência superficial do concreto. Para tanto, foram moldados corpos de prova (CP s) com três diferentes relações água/cimento (0,45; 0,55; 0,65), que posteriormente foram submetidos a um processo acelerado de carbonatação, passando inicialmente o período de sazonamento, seguindo depois para uma câmara saturada de CO 2, onde permaneceram por quatorze dias. Os CP s foram retirados da câmara e submetidos ao ensaio Escleriométrico para determinação de sua resistência superficial. Os dados obtidos foram tratados estatisticamente, onde verificou-se a correlação entre a profundidade da frente de carbonatação e a resistência superficial do concreto. Palavras-chave: Carbonatação, Esclerometria, Concreto Armado 1 - INTRODUÇÃO As estruturas de concreto tendem a se deteriorar com o passar dos anos. A carbonatação, provavelmente é o processo de degradação mais freqüente, pois resulta da exposição natural do concreto na atmosfera (1). A carbonatação é um processo químico que ocorre entre o hidróxido de cálcio (CaOH 2 ) presente no cimento e o dióxido de carbono (CO 2 ) presente no ar atmosférico. Uma das suas consequências é a redução do ph do concreto para 3076

2 valores abaixo de 9. Este fato acaba com a camada passivante que envolve as armaduras e propicia o inicio de corrosão do aço (2). As concentrações de dióxido de carbono na atmosfera superaram a marca dos 400ppm desde abril de 2014 (3). Ou seja, as condições de agressividade ambiental tem se agravado aos longos dos anos, consequentemente acelerando o processo de degradação das estruturas de concreto. Assim, cada vez mais é necessário o desenvolvimento de métodos de ensaio de baixo custo que permitam uma avaliação inicial do estado de deterioração de uma edificação. Nesse contexto, os ensaios não destrutivos vêem se destacando por apresentarem uma maneira rápida, econômica e simples de se obter informações sobre algumas propriedades do concreto (4). As técnicas não destrutivas raramente produzem algum dano à estrutura, podendo ser executadas com a estrutura em uso e permitindo a detecção de manifestações patológicas de forma precoce (4). O ensaio de esclerometria é um dos ensaios não destrutivos mais utilizados (4). O método baseia-se na obtenção do índice esclerométrico, que pode ser usado para a obtenção da estimativa de resistência do concreto a partir da construção de curvas de correlação. O processo de carbonatação, em condições naturais de exposição (Até 1% de CO 2 na atmosfera) pode demorar alguns anos até produzir dados possíveis de serem analisados (5). Assim, diversos pesquisadores optam por utilizar câmaras com teores elevados de CO 2 a fim de acelerar o processo de químico. Desta forma, o presente trabalho avaliou, de forma preliminar, a correlação entre a profundidade da frente de carbonatação e o índice esclerométrico. 2 - MATERIAIS E MÉTODOS Para este trabalho foram produzidos concretos com três diferentes relações água/cimento (a/c), utilizando cimento e agregados tipicamente encontrados na cidade de Viçosa/MG, cujas características básicas são apresentadas na tabela 1. Tabela 1 - Características dos concretos utilizados no experimento Concreto A/C Cimento Agregado Miúdo Agregado Graúdo A/C-0,45 0,45 Brita gnaissica - A/C-0,55 0,55 CPII F32 Areia natural média Graduação 1 A/C-0,65 0,

3 Foram moldados corpos de prova (CP`s) cilíndricos 10 x 20cm e após transcorridas 24 horas, os CP s foram colocados em cura por imersão. A resistência a compressão avaliada aos 3, 7 e 28 dias. Também aos 28 dias, o grupo de CP`s que seriam destinado a carbonatação, foram submetidos ao ensaio de esclerometria para obtenção de seu índice esclerométrico inicial. Em seguida, foram colocados em uma câmara (Figura 1A e 1B) para realização do ensaio de carbonatação acelerada, o qual ocorreu em duas fases. Fig. 1A Croqui esquemático da câmara de carbonatação Fig. 1B - Câmara de Carbonatação A primeira fase, com duração de 7 dias, foi o período destinado ao sazonamento, assim buscou-se isentar o interior da câmara da presença de CO 2 com uso de uma solução de hidróxido de potássio (KOH) com concentração de 4M, visando inibir o início do processo de carbonatação. Na segunda etapa, foram adaptados procedimentos utilizados por autores renomados (6). Esta etapa teve duração total de 21 dias, no qual o objetivo foi saturar a atmosfera da câmara com CO 2, realizando fluxos do gás com uma vazão 10L/min, no primeiro dia com 30 minutos de duração e nos demais, para manutenção da atmosfera, fluxos com 10 minutos de duração. Em ambas as etapas, foram coletadas amostras da atmosfera do interior da câmara, para a avaliação das concentrações de dióxido de carbono. Passado este período, a câmara foi aberta e os CP`s retirados. Eles foram pesados, submetidos ao ensaio de esclerometria, resistência à compressão e partidos longitudinalmente para aferição da profundidade da frente de carbonatação, aplicando-se uma solução de fenolftaleína a 1%. Esta solução serviu como indicador 3078

4 ácido/base, na qual as áreas dos CP`s não carbonatadas apresentaram a coloração rosa e as áreas carbonatadas permaneceram incolores (Não alterou a cor natural do concreto), conforme demonstrado na figura 2. Fig. 2 Esquema de avaliação da profundidade da frente de carbonatação 3 - RESULTADOS E DISCUSSÃO Inicialmente foi avaliada a concentração de CO 2 para cada uma das fases do ensaio acelerado de carbonatação, obtendo valores aproximados a 400ppm para o inicio da fase de sazonamento, 10ppm durante o sazonamento e ppm no estágio acelerado de carbonatação. Assim, os corpos de prova inicialmente experimentaram uma redução de 97,5% da concentração inicial de CO 2, praticamente inibindo qualquer reação de carbonatação. Em um segundo momento, a concentração de dióxido de carbono no interior da câmara foi elevada para 2000 vezes da inicial. Os resultados obtidos nos ensaios foram tratados estatisticamente com o objetivo de refutar dados que por ventura poderiam comprometer a validade e integridade das análises. Para o ensaio de esclerometria, foram realizadas cinco leituras em cada corpo de prova antes e depois da carbonatação, sendo adotado o valor médio como índice esclerométrico (IE) da amostra. Conforme apresentado na figura 3, os concretos do tipo A/C-0,45 obtiveram um aumento de 12% no IE, os do tipo A/C-0,55 de 18% e os do tipo A/C-0,65 de 39%. 3079

5 Conforme observado na figura 3, a resistência superficial medida através do IE sofreu um aumento em todos os traços avaliados, sendo que o concreto com maior relação água/cimento foi o que apresentou maior evolução do IE. Como este é um concreto mais poroso, ele permite uma maior difusão do CO 2 em suas camadas superficiais, colmatando seus poros, provocando assim um aumento da resistência superficial e consequentemente do IE. Fig. 3 Evolução do índice esclerométrico Com relação à profundidade da frente de carbonatação (Figura 4), o concreto do tipo A/C-0,45 não apresentou penetração perceptível a olho nu, portanto este não foi considerado na análise de correlação entre a profundidade de carbonatação e o índice esclerométrico. Já o do tipo A/C-0,55 apresentou profundidade média de 2mm e o tipo A/C-0,65 de 5mm. Neste caso, fica evidenciado que para a realização de estudos com concretos com fatores água/cimento baixos, se faz necessário prolongar substancialmente o tempo de permanência na fase de carbonatação. Fig. 4 Profundidade da frente de carbonatação (A/C-0,65; A/C-0,55; A/C-0,45) 3080

6 A figura 5 apresenta a correlação entre a profundidade de carbonatação e o índice esclerométrico. Em sua análise, foi possível observar que para o concreto do tipo A/C-0,65, cada 1mm que a frente de carbonatação avança o IE sofre um acréscimo de 1,64, já a mesma análise para o concreto A/C-0,55 mostra que o incremento de IE é da ordem de 2,43. Assim, nota-se que para cada 1mm que a frente de carbonatação avança, o concreto do tipo A/C-0,55 tem seu IE aumentado em torno de 48% mais que o concreto tipo A/C-0,65. Fig. 5 Profundidade da frente de carbonatação x Índice Esclerométrico 4 - CONCLUSÕES Frente aos resultados apresentados pode-se concluir que concretos mais porosos permitem uma maior difusão do CO 2 para o seu interior, o que propicia um rápido avanço da frente de carbonatação. O processo de carbonatação causa a colmatação dos poros do concreto, aumentando a densidade de suas camadas à medida que a frente de carbonatação avança, consequentemente elevando o IE. Este fato pode conduzir a uma interpretação incorreta dos resultados do ensaio Escleriométrico e levar a uma impressão errônea de elevação da resistência mecânica do concreto. Entretanto, é este mesmo fato que permite estabelecer a correlação analisada por este trabalho, uma vez que quanto mais profunda é a frente de carbonatação, mais densa ficam as camadas do concreto, o que gera um aumento do IE. 3081

7 Para a avaliação da correlação proposta por este trabalho em concreto de baixa relação água/cimento, é necessário prolongar o tempo de permanência dos corpos de prova na câmara de carbonatação, uma vez que estes se mostraram sensivelmente mais resistentes à ação do dióxido de carbono. A avaliação do estado de degradação de estruturas de concreto através do uso de ensaios não destrutivos apresenta-se como um campo promissor, principalmente sob a ótica dos custos e prazos. O uso de um ensaio simples, como o de esclerometria, para estimar a profundidade da frente de carbonatação pode se mostrar uma ferramenta muito útil do ponto de vista da prevenção, auxiliando na obtenção de um diagnostico prematuro de regiões com maior propensão ao inicio do processo de corrosão das armaduras, garantindo assim uma maior vida útil para a edificação. Noutro viés, quando já se tem o problema instalado e existe a necessidade de se extrair testemunhos da estrutura, esta ferramenta pode auxiliar no mapeamento dos pontos mais degradados e por conseqüência reduzir o número de extrações, podendo vir a reduzir consideravelmente o custo da avaliação. O estudo apresentado contempla as análises preliminares que subsidiarão a elaboração de uma programação experimental mais complexa, que buscará o refinamento da correlação estudada neste trabalho. Entretanto, os dados apresentados, já indicam resultados promissores para esta correlação. REFERÊNCIAS 1. DUPRAT, F.; VU, N. T.; SELLIER. A Accelerated carbonation tests for the probabilistic prediction of the durability of concrete structures. Construction and Building Materials, Philadelphia, USA, n.66, pg , BOUCHAALA, F.; PAYAN, C.; GARNIER, V.; BALAYSSAC, J. P. Carbonation assessment in concrete by nonlinear ultrasound. Cement and Concrete Research, Philadelphia, USA, n.41, pg , WORLD METEOROLOGICAL ORGANIZATION. Press Release nº991. Disponível em: Acesso em 15 set

8 4. PEREIRA, E.; MEDEIROS, M. H. F. Ensaio de Pull Off para avaliar a resistência à compressão do concreto: uma alternativa aos ensaios normalizados no Brasil. Revista IBRACON de Estruturas e Materiais, São Paulo, Brasil, vol.5, n.6, pg , PAULETTI, C; POSSAN, E. DAL MOLIN, D. C. C. Carbonatação acelerada: estado da arte das pesquisas no Brasil. Ambiente Construído, Porto Alegre, Brasil, vol.7, n.4, pg. 7-20, CUNHA, A. C. Q.; HELENE, P. R. L. Despassivação das armaduras de concreto por ação da carbonatação. Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP, São Paulo, Brasil, n.283, DETERMINATION OF CORRELATION BETWEEN THE DEPTH OF THE FRONT OF CARBONATION AND RESISTANCE OF CONCRETE SURFACE ABSTRACT Obtaining correlations between data from non-destructive testing and the role of degrading agents of reinforced concrete structures, has proved a valuable tool for evaluating the durability and service life of these structures. In this context, the present inventors have found the correlation between the depth of carbonation and the surface resistance of the concrete. For that were molded specimens (CP's) with three different water / cement ratio (0.45, 0.55, 0.65) relationships, which subsequently underwent an accelerated carbonation process, initially through the period sazonamento, then into a saturated CO2 chamber, where they remained for fourteen days. The CP's were removed from the chamber and subjected to the test of sclerometry for determining its surface resistance. The data were treated statistically, where there was a correlation between the depth of carbonation and surface resistance of concrete. Key-words: Carbonation, sclerometry, Reinforced Concrete 3083