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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SULESCOLA DE
ENGENHARIA
Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil
DISSERTAO DE MESTRADO
AVALIAO DO COEFICIENTE DE DIFUSO DE CLORETOS EM
CONCRETOS:INFLUNCIA DO TIPO DE CIMENTO, DA RELAO A/C, DA
TEMPERATURA E DO
TEMPO DE CURA
VALRIA GOMES LVARES PEREIRA
Orientadora: Prof. Dra. Denise Carpena Coitinho Dal Molin
Porto Alegre2001
-
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SULESCOLA DE
ENGENHARIA
Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil
AVALIAO DO COEFICIENTE DE DIFUSO DE CLORETOS EM
CONCRETOS:INFLUNCIA DO TIPO DE CIMENTO, DA RELAO A/C, DA
TEMPERATURA E DO
TEMPO DE CURA
VALRIA GOMES LVARES PEREIRA
Dissertao apresentada ao Programa dePs-Graduao em Engenharia
civil daUniversidade Federal do Rio Grande do Sul,como parte dos
requisitos para obtenodo ttulo de Mestre em Engenharia
Orientadora: Prof. Dra. Denise Carpena Coitinho Dal Molin
Porto Alegre2001
-
ii
Esta dissertao foi julgada adequada para a obteno do ttulo de
MESTRE EMENGENHARIA e aprovada em sua forma final pelo orientador e
pelo Programa de Ps-Graduao emEngenharia Civil da Universidade
Federal do rio Grande do Sul.
Prof. Denise Carpena Coitinho Dal MolinDr. pela Universidade de
So PauloOrientadora
Prof. Francisco de Paula Simes Lopes GastalCoordenador do
Programa de Ps-Graduao em
Engenharia Civil
BANCA EXAMINADORA:
Prof. Dr. Cludio de Souza KazmierczakDr. pela Universidade de So
Paulo
Prof. Dr. Elton BauerDr. pela Universidade de So Paulo
Prof. Dr. Luiz Carlos Pinto da Silva FilhoDr. pela Universidade
de Leeds
-
iii
DEDICATRIA
Dedico este trabalho minha me, Elza Gomes, aosmeus irmos,
Gustavo Henrique e Vanessa, e a JosLeonardo Guerra por terem me
dado fora e apoiodurante mais esta etapa da minha vida.
-
iv
AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus por seu amor e presena em todos os momentos
da minha vida.
professora Denise Dal Molin pela orientao segura, sugestes e
esclarecimentostransmitidos durante toda a etapa de realizao deste
trabalho.
Ao professor Jos Lus Ribeiro e Giovana Pasa, ambos da Engenharia
de Produo, por todadisponibilidade no desenvolvimento e anlise do
projeto estatstico de experimentos desta pesquisa.
Aos professores ngela Masuero, Carlos Formoso e todos os demais
professores do NORIEpelos ensinamentos transmitidos e
disponibilidade.
s grandes amigas Mnica Batista Leite e Thas da Costa Lago Alves
com quem tive aoportunidade de conviver e dividir todos os
momentos, durante estes dois anos em Porto Alegre. Coma amizade, o
companheirismo, a fora e o exemplo de vocs consegui vencer, esta
etapa da minhavida.
Ao amigo Washington Almeida Moura pelo carinho, amizade,
incentivo e ajuda dados em todosos momentos do desenvolvimento
desta pesquisa, com quem aprendi bastante.
Aos amigos Andra e Barros Neto, Antnio Eduardo Cabral, Erclia
Hirota e Roberto Barbosacom quem pude contar e compartilhar muitos
bons momentos.
Anelise Hoffmann com quem formei uma dupla de trabalho e dividi
todas as alegrias eangstias durante a realizao desta pesquisa.
Aos colegas de turma Andra Yuba, Maki Tokudome, Marcelo
Azambuja, Cristina Wayne,Giane Grigoletti, Rogrio Antocheves.
Aos amigos Maurcio Bernardes, Andra Kern, guida Abreu, Fernanda
Vieira, Jairo Andrade,Adriana Silveira, Adriana Gumieri, Marlova
Kulakowski, Patrcia Pedrozo, Diana, Maurcio Mancio,Tamara, Denise
Pittan, Rosana, Renato das Neves, Ricardo Codinhoto, Dayana, Daniel
Pagnussat,Fabiano e muitos outros com quem convivi durante este
perodo.
Aos auxiliares de pesquisa: Juliana, Rodrigo Pettermann,
Lisandro, Rodrigo Benedeti e, emespecial, Mrcio Borsoi pelo apoio e
empenho na fase experimental.
-
vAo pessoal do LEME: Fontes, Airton, Ederson, Vanderley, Flvio,
Seu Texeirinha, Bueno, LusCarlos, Daniela e Tarso por toda
ajuda.
Lcia Helena e Lus Carlos pela ateno e disponibilidade.
As funcionrias do PPGEC pelo empenho e ateno que dada aos
alunos.
CAPES pelo financiamento da bolsa de estudo para o
desenvolvimento desta pesquisa.
SIKA, Camargo Corra e CIMPOR pela doao de alguns materiais
necessrios para odesenvolvimento deste trabalho.
Aos meus tios, primos, pai e todos da minha famlia, em especial
minha av Elizabete e stias: Aldinha, Edna, Raimunda e Gracinha.
A todos que ajudaram de alguma forma para a realizao deste
trabalho.
-
vi
SUMRIO
LISTA DE
FIGURAS................................................................................................................................X
LISTA DE
TABELAS............................................................................................................................XIII
RESUMO
..............................................................................................................................................XIV
ABSTRACT
...........................................................................................................................................XV
1
INTRODUO...............................................................................................................................
1
1.1 OBJETIVOS DA
PESQUISA..........................................................................................................
3
1.2 ESTRUTURA DA
PESQUISA........................................................................................................
3
1.3 LIMITAES DO
TRABALHO.......................................................................................................
4
2 REVISO BIBLIOGRFICA
.........................................................................................................
5
2.1 DURABILIDADE
............................................................................................................................
5
2.2 VIDA
TIL......................................................................................................................................
6
2.3 MECANISMOS DE TRANSPORTE NO CONCRETO
...................................................................
82.3.1
Permeabilidade.....................................................................................................................
9
2.3.2 Absoro capilar
................................................................................................................
11
2.3.3 Difuso de ons
..................................................................................................................
12
2.3.4 Migrao de
ons................................................................................................................
15
2.3.5 Mecanismos
combinados..................................................................................................
16
2.4 CORROSO DA ARMADURA NO
CONCRETO.........................................................................
17
2.5 AO DOS ONS
CLORETOS....................................................................................................
202.5.1 Fontes de cloretos para o
concreto..................................................................................
23
2.5.2 Tipos de cloreto no concreto
............................................................................................
25
2.5.3 Teor crtico de
cloretos......................................................................................................
27
2.5.4 Fatores que influenciam o ingresso de cloretos no
concreto........................................ 292.5.4.1 Relao
gua/cimento
..................................................................................................
292.5.4.2 Temperatura de cura
....................................................................................................
312.5.4.3 Composio qumica do cimento e
adies..................................................................
332.5.4.4 Tempo de
cura..............................................................................................................
37
-
vii
2.5.5 Mtodos para previso do ingresso de cloretos no
concreto........................................ 392.5.5.1 Ensaio
de penetrao acelerada de
cloretos................................................................
392.5.5.2 Ensaio de Migrao de
cloretos....................................................................................
41
3 PROGRAMA
EXPERIMENTAL...................................................................................................
43
3.1 PLANEJAMENTO DOS ENSAIOS
..............................................................................................
433.1.1 Variveis analisadas
..........................................................................................................
43
3.1.2 Projeto estatstico
..............................................................................................................
44
3.2 CARACTERIZAO DOS MATERIAIS
.......................................................................................
473.2.1 Tipos de
cimentos..............................................................................................................
47
3.2.2 Agregado grado
...............................................................................................................
48
3.2.3 Agregado
mido.................................................................................................................
49
3.2.4 Aditivo qumico
..................................................................................................................
49
3.2.5 gua
....................................................................................................................................
50
3.3 DOSAGEM EXPERIMENTAL
......................................................................................................
503.3.1 Ajuste do teor ideal de argamassa
...................................................................................
50
3.3.2 Traos
auxiliares................................................................................................................
50
3.3.3 Obteno dos traos de concreto a serem estudados
................................................... 51
3.4 PRODUO DO CONCRETO
....................................................................................................
553.4.1 Mistura dos materiais
........................................................................................................
55
3.4.2 Moldagem, adensamento e cura dos corpos-de-prova
.................................................. 55
3.5 PROPRIEDADES
AVALIADAS....................................................................................................
563.5.1 Migrao de ons cloretos
.................................................................................................
56
3.5.2 Penetrao acelerada de ons cloretos
............................................................................
60
3.5.3 Resistncia compresso axial
.......................................................................................
63
4 APRESENTAO E DISCUSSO DOS RESULTADOS
........................................................... 65
4.1 MIGRAO DE
CLORETOS.......................................................................................................
664.1.1 Efeitos isolados da relao gua/cimento e do tipo de cimento
sobre a migrao de
cloretos no
concreto..........................................................................................................
67
4.1.2 Efeitos isolados da idade e do tipo de cimento sobre a
migrao de cloretos doconcreto
..............................................................................................................................
68
-
viii
4.1.3 Efeitos isolados da temperatura de cura e do tipo de
cimento sobre a migrao decloretos no
concreto..........................................................................................................
69
4.2 PENETRAO ACELERADA DE CLORETOS
...........................................................................
704.2.1 Efeito isolado da relao gua/cimento sobre a penetrao
acelerada de cloretos no
concreto
..............................................................................................................................
71
4.2.2 Efeitos da idade e do tipo de cimento sobre a penetrao
acelerada de cloretos noconcreto
..............................................................................................................................
72
4.2.3 Efeitos da temperatura de cura e do tipo de cimento sobre
a penetrao acelerada decloretos no
concreto..........................................................................................................
74
4.3 RESISTNCIA COMPRESSO AXIAL
....................................................................................
754.3.1 Efeitos isolados da relao gua/cimento e do tipo de cimento
sobre a resistncia
compresso axial do
concreto..........................................................................................
76
4.3.2 Efeitos isolados da idade e do tipo de cimento sobre a
resistncia compresso axialdo
concreto.........................................................................................................................
77
4.3.3 Efeitos isolados da temperatura de cura e do tipo de
cimento sobre a resistncia compresso axial do
concreto..........................................................................................
79
4.3.4 Efeito da interao relao gua/cimento x temperatura de cura
sobre a resistncia compresso axial do
concreto..........................................................................................
80
4.4 CORRELAO ENTRE A RESISTNCIA COMPRESSO E OS OUTROS PARMETROS.
83
4.5 COMPARAO ENTRE O ENSAIO DE PENETRAO E O DE MIGRAO DE
CLORETOS 85
4.6 PREVISO DA VIDA TIL DOS CONCRETOS ATRAVS DE MODELOS
MATEMTICOS..... 894.6.1 Procedimento
.....................................................................................................................
90
4.6.2
Resultados..........................................................................................................................
92
5 CONSIDERAES
FINAIS.........................................................................................................
97
5.1
CONCLUSES............................................................................................................................
97
5.2 SUGESTES PARA FUTUROS TRABALHOS
.........................................................................
100
6 BIBLIOGRAFIA
.........................................................................................................................
101
ANEXOS..............................................................................................................................................
111
ANEXO 1 RESULTADOS OBTIDOS NO ENSAIO DE RESISTNCIA COMPRESSO
AXIAL... 112
ANEXO 2 RESULTADOS OBTIDOS NO ENSAIO DE PENETRAO ACELERADA DE
CLORETOS
.............................................................................................................................................................
114
-
ix
ANEXO 3 RESULTADOS OBTIDOS NO ENSAIO DE MIGRAO DE CLORETOS
...................... 117
ANEXO 4 RESULTADOS DA ANLISE ESTATSTICA PARA TODAS AS
VARIVEISANALISADAS......................................................................................................................................
135
-
xLISTA DE FIGURAS
Figura 1 Modelo de vida til de TUUTTI (1982)
...................................................................................
7
Figura 2 Atuao simultnea de diversos mecanismos de transporte em
uma estrutura martima(Concrete Society Working Party apud PERRATON
et al., 1992)........................................ 17
Figura 3 Diagrama simplificado de Pourbaix para o sistema Fe-H2O
(GENTIL, 1996)...................... 21
Figura 4 Esquema da corroso por pites com atuao dos ons cloreto
(THOMPSON et al., 1988) . 23
Figura 5 Influncia da relao gua/cimento no coeficiente efetivo
de difuso de cloretos em pastasde cimento (MACDONALD e NORTHWOOD,
1995) ...........................................................
30
Figura 6 Influncia do teor de C3A na quantidade de ons cloreto
livres, a 20 e 70C (HUSSAIN eRASHEEDUZZAFAR, 1993)
................................................................................................
32
Figura 7 Penetrao de ons cloretos versus o tempo de cura em
concretos (PLANTE e BILODEAU,1989)
....................................................................................................................................
38
Figura 8 Projeto de composio central para 3 fatores ou variveis
.................................................. 45
Figura 9 Diagrama de dosagem para os concretos confeccionados
com CP II F .............................. 51
Figura 10 Diagrama de dosagem para os concretos confeccionados
com CP IV ............................ 52
Figura 11 Diagrama de dosagem para os concretos que possuem
relao gua/cimento entre 0,28e 0,35 com CP II F
...............................................................................................................
53
Figura 12 Diagrama de dosagem para os concretos que possuem
relao gua/cimento entre 0,28e 0,35 com CP IV
.................................................................................................................
54
Figura 13 Aspecto do corpo-de-prova embalado em saco plstico
para cura .................................. 56
Figura 14 Realizao do ensaio de migrao de cloretos
................................................................
57
Figura 15 Revestimento do corpo-de-prova de concreto com resina
epxi...................................... 57
Figura 16 Clula positiva utilizada no
ensaio....................................................................................
58
Figura 17 Vedao da clula positiva com poliuretano
....................................................................
58
Figura 18 Medio da concentrao de cloretos atravs do eletrodo de
on seletivo ...................... 59
Figura 19 Forma da curva de evoluo da concentrao de cloretos na
clula positiva (DHIR et al.,1990)
....................................................................................................................................
60
Figura 20 Impermeabilizao das faces laterais do corpo-de-prova
com resina epxi..................... 61
-
xi
Figura 21 Corpos-de-prova submersos na gua
..............................................................................
62
Figura 22 Fixando o corpo-de-prova na meia clula com poliuretano
.............................................. 62
Figura 23 Esquema para realizao do ensaio de penetrao de
cloretos ...................................... 63
Figura 24 Efeitos isolados da relao gua/cimento e do tipo de
cimento sobre o coeficiente efetivode difuso de cloretos
..........................................................................................................
67
Figura 25 Efeitos isolados da idade e do tipo de cimento sobre o
coeficiente efetivo de difuso
decloretos.................................................................................................................................
68
Figura 26 Efeitos isolados da temperatura de cura e do tipo de
cimento sobre o coeficiente efetivode difuso de cloretos
..........................................................................................................
70
Figura 27 Efeito isolado da relao gua/cimento sobre a carga
total passante.............................. 71
Figura 28 Efeitos da idade e do tipo de cimento sobre a carga
total passante................................. 73
Figura 29 Efeitos da temperatura de cura e do tipo de cimento
sobre a carga passante ................. 74
Figura 30 Resistncia compresso axial em funo dos efeito isolados
da relao gua/cimento edo tipo de
cimento................................................................................................................
76
Figura 31 Resistncia compresso axial em funo dos efeitos
isolados da idade e do tipo
decimento.................................................................................................................................
78
Figura 32 Resistncia compresso axial em funo dos efeitos
isolados da temperatura de cura edo tipo de
cimento................................................................................................................
79
Figura 33 Resistncia compresso em funo do efeito da interao
relao gua/cimento xtemperatura de cura: a) Grfico de fc
(temperatura de cura) para o CP II F; b) Grfico fc(relao
gua/cimento) para o CP II F; c) Grfico de fc (temperatura de cura)
para o CP IV;b) Grfico fc (relao gua/cimento) para o CP
IV...............................................................
81
Figura 34 Relao entre a carga total passante e a resistncia
compresso: a) para o cimento CPII F; b) para o cimento CP
IV................................................................................................
83
Figura 35 Relao entre o coeficiente de difuso de cloretos e a
resistncia compresso: a) parao cimento CP II F; b) para o cimento
CP IV
.........................................................................
84
Figura 36 Relao entre a carga total passante e o coeficiente de
difuso de cloretos: a) para ocimento CP II F; b) para o cimento CP
IV
............................................................................
85
Figura 37 Visualizao das faces dos corpos-de-prova expostas a
soluo com cloretos............... 87
Figura 38 Visualizao das faces dos corpos-de-prova expostas a
gua deionizada...................... 87
Figura 39 Difratograma da amostra coletada da face dos
corpos-de-prova em contato com asoluo com cloreto de
sdio...............................................................................................
88
-
xii
Figura 40 Evoluo da concentrao de cloretos com a espessura do
cobrimento, nos concretosproduzidos com relaes gua/cimento de 0,28,
0,45 e 0,75 e cimento a) CP II F e b) CP IV
.........................................................................................................................................
92
Figura 41 Evoluo da concentrao de cloretos com o tempo, nos
concretos produzidos comrelaes gua/cimento de 0,28, 0,45 e 0,75 e
cimento a) CP II F e b) CP IV ...................... 93
Figura 42 Evoluo da concentrao de cloretos com a espessura do
cobrimento, nos concretosexpostos a temperaturas de 5, 25 e 40C e
produzidos com cimento a) CP II F e b) CP IV
.........................................................................................................................................
94
Figura 43 Evoluo da concentrao de cloretos no tempo, nos
concretos expostos a temperaturasde 5, 25 e 40C e produzidos com
cimento a) CP II F e b) CP
IV........................................ 95
Figura 44 Evoluo da concentrao de cloretos com o tempo, dos
concretos produzidos no ensaiode migrao de cloretos
.....................................................................................................
120
Figura 45 Evoluo da corrente com o tempo, dos concretos
produzidos no ensaio de migrao
decloretos...............................................................................................................................
127
-
xiii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1Relao entre permeabilidade e relao gua/cimento para
pastas com 93% do cimentohidratado (NEVILLE, 1997)
..................................................................................................
10
Tabela 2Limites normatizados para o teor total de cloretos no
concreto (HELENE, 1993)................ 28
Tabela 3Parmetros de
Processo......................................................................................................
46
Tabela 4Propriedades qumicas, fsicas e mecnicas do CP II F-32
................................................. 47
Tabela 5Propriedades qumicas, fsicas e mecnicas do CP IV-32
................................................... 48
Tabela 6Caractersticas do agregado grado
....................................................................................
49
Tabela 7Caractersticas do agregado
mido......................................................................................
49
Tabela 8Traos em massa para a produo dos concretos e consumo de
cimento/m3 .................... 54
Tabela 9Descrio dos ambientes em que os corpos-de-prova ficaram
expostos ............................ 56
Tabela 10 Ingresso de ons cloreto baseado na carga passante
(ASTM C 1202) ............................ 63
Tabela 11 Nveis codificados de cada uma das variveis
independentes utilizadas......................... 66
Tabela 12 Caractersticas dos concretos utilizados para modelagem
da vida til............................. 91
Tabela 13 Resultados dos ensaios de resistncia compresso
axial........................................... 113
Tabela 14 Resultados dos ensaios de penetrao acelerada de
cloretos....................................... 115
Tabela 15 Temperatura mxima atingida durante a realizao do
ensaio da ASTM ...................... 116
Tabela 16 Resultados dos coeficientes de difuso do ensaio de
migrao, dos concretos produzidoscom CP II F
........................................................................................................................
118
Tabela 17 Resultados dos coeficientes de difuso do ensaio de
migrao, dos concretos produzidoscom CP IV
..........................................................................................................................
119
-
xiv
AVALIAO DO COEFICIENTE DE DIFUSO DE CLORETOS EM
CONCRETOS:INFLUNCIA DO TIPO DE CIMENTO, DA RELAO A/C, DA
TEMPERATURA E DO
TEMPO DE CURA
Valria Gomes lvares Pereira
RESUMO
consenso mundial a importncia de estudos sobre a penetrao de
cloretos nos concretos,devido ao carter deletrio destes ons quanto
corroso das armaduras. Quando os ons cloretosingressam no concreto
em quantidade suficiente causam a despassivao e a corroso das
armaduras,conduzindo diminuio da vida til das estruturas. Os
cloretos podem ser introduzidos no concreto devrias maneiras: como
aditivo, pela contaminao da gua ou da areia, ou podem ingressar
provindosdo meio externo. Os cloretos potencialmente agressivos
geralmente penetram na estrutura dissolvidosem gua, atravs dos
mecanismos de penetrao de gua e transporte de ons, sendo um
dosmecanismos que ocorrem com maior freqncia a difuso. Este
mecanismo de penetrao de onscloretos nas estruturas de concreto
armado influenciado pela relao gua/aglomerante, o tipo decimento, a
presena de adies, a cura, o tempo, a temperatura de exposio, dentre
outros, e seusvalores ainda podem ser utilizados em modelos
matemticos para previso de vida til. Assim, estetrabalho objetiva
avaliar o coeficiente de difuso de cloretos em concretos
confeccionados com doistipos diferentes de cimento (CP II F e CP
IV), cinco distintas relaes gua/cimento (0,28, 0,35, 0,45,0,60 e
0,75), cinco temperaturas de cura (5, 15, 25, 30 e 40C) e cinco
diferentes idades (7, 14, 28, 63e 91 dias). Paralelamente foram
realizados ensaios de resistncia compresso axial e
penetraoacelerada de cloretos. A metodologia utilizada permitiu
avaliar e medir os coeficientes de difuso decloretos nos concretos
confeccionados, tendo sido observados que os coeficientes diminuem
com aelevao da temperatura de cura e da idade, com o uso do cimento
CP IV e com a reduo da relaogua/cimento.
-
xv
AVALIATION THE CHLORIDES DIFFUSION COEFFICIENT IN CONCRETE
MADEWITH DIFFERENTS TYPES OF PORTLAND CEMENT, WATER/CEMENT
RATIO,
TEMPERATUES OF CURING AND AGES OF HYDRATION
Valria Gomes lvares Pereira
ABSTRACT
The importance of the studies about ingress of chloride ions in
concrete structures is increasingfast all over the world, mainly
because the corrosion of steel reinforcement caused by them. The
ingressof chlorides into concrete is responsible for the
destruction of the protective passivity layer on thesurface of
steel and, in presence of water and oxygen, corrosion occurs. As
consequence, there is areduction of structures life service.
Chlorides can be incorporated in the mix through the use
ofcontaminated aggregate or of seawater, or by admixtures
containing chlorides. Chlorides usuallypenetrate concrete by
transport of water containing these ions, mainly by diffusion. This
mechanism ofingress of chloride ions into concrete is deeply
influenced by water/cement ratio, type of cement, use ofadmixtures,
methods of curing, age of hydration, temperature of exposure, etc.
The diffusion values canbe used in mathematical models to life
service prediction. Then, the main goal of this work is to
evaluatethe chlorides diffusion coefficient in concrete made with
two types of Portland cement (CP II F and CPIV), five water/cement
ratio (0.28, 0.35, 0.45, 0.60 and 0.75), five temperatures of
curing (5, 15, 25, 30and 40C) and five ages of hydration (7, 14,
28, 63 and 91 days). The compression strength andaccelerated
ingress of chlorides of some concrete specimens were analysed.
Finally, the analysis ofresults showed that the chlorides diffusion
coefficient tend to be lower to higher temperatures of curingand
ages of hydration and lower water/cement ratio when it is using CP
IV, as Portland cement.
-
1 INTRODUOO concreto um material que apresenta vantagens na sua
utilizao, como por exemplo
versatilidade e menor custo, se comparado a outros materiais de
construo, sendo por issolargamente utilizado em todo o mundo (MEHTA
e MONTEIRO, 1994). No entanto, inmeros problemasrelacionados com
seu desempenho, especificamente sua durabilidade, vm sendo
detectados.
At poucos anos atrs, o principal enfoque dos projetistas das
estruturas de concreto armadoera relacionado s propriedades
mecnicas do concreto, com foco na resistncia compresso.Porm,
ultimamente, as preocupaes com os custos de manuteno, reforo e
recuperao dasestruturas tm provocado uma mudana nesse
comportamento, por ter sido constatado que aspectosreferentes
durabilidade das estruturas so mais abrangentes, e envolverem,
inclusive, os aspectosrelativos s propriedades mecnicas dos
concretos (ISAIA e HELENE, 1993).
O aumento do nmero de manifestaes patolgicas um forte indicativo
que as edificaesexistentes esto envelhecendo precocemente. Nos EUA,
segundo dados apresentados por MEHTA(1993), 253.000 pontes e
viadutos mostram algum tipo de deteriorao, sendo 35.000 novos
casosadicionados a este conjunto a cada ano. De acordo com ANDRADE
(1997), este crescimento ocorrepelo emprego inadequado de prticas
executivas durante as diversas etapas do processo
construtivo(planejamento/projeto, materiais, execuo e
utilizao/manuteno) e pelo efeito combinado daagressividade
ambiental com os problemas de ordem estrutural. Constata-se, tambm,
um aumentosignificativo dos gastos com recuperao de edificaes em
funo de manutenes no previstas.
Uma das manifestaes patolgicas mais freqentes em estruturas de
concreto armado acorroso de armaduras, e sua evoluo compromete
significativamente a segurana estrutural dasobras (HELENE, 1997).
GU et al. (1996) citam que, estudos realizados nos Estados Unidos,
peloStrategic Highway Research Program, mostram que at 1996 foram
gastos aproximadamente US$ 20bilhes na recuperao de pontes que
apresentavam corroso de armadura, sendo este valorcrescente a uma
taxa de US$ 500 milhes por ano. Um outro autor (WAYERS, 1998), com
dados de1991, aponta que 32% das 574.671 pontes americanas tm
problemas estruturais e que, pararecuper-las seriam necessrios US$
70 bilhes, dos quais US$ 28 bilhes seriam gastos comrecuperao de
corroso.
Dentro deste contexto e para prevenir problemas, as estruturas
de concreto devem serprojetadas em funo das solicitaes mecnicas e
das distintas condies ambientais, e executadaspara manter condies
mnimas de segurana, estabilidade e funcionalidade ao longo da sua
vida til,
-
2sem custos no previstos de recuperao. Por outro lado, nenhum
material eternamente durvel, e oconcreto no foge regra. Com o
decorrer do tempo, suas propriedades vo mudando, como resultadode
interaes ambientais e da sua estrutura interna (NEVILLE, 1997).
Este fato tem levado aodesenvolvimento de muitos estudos com relao
durabilidade do concreto, que tm evoludo com omaior conhecimento
dos mecanismos de transporte de lquidos e gases agressivos no
interior dosmeios porosos, como o caso do concreto.
De acordo com NEVILLE (1997), o que determina a penetrao e
deslocamento dos agentesagressivos no concreto a estrutura da sua
pasta de cimento hidratada, as suas caractersticasqumicas e fsicas,
a concentrao superficial das substncias agressivas e as condies
ambientais(umidade, temperatura e concentrao de agentes
agressivos). Esta penetrao e deslocamento degases, lquidos e ons no
concreto s possvel por este ser um material poroso, ou seja, nem
todo oseu volume preenchido quando o mesmo encontra-se no estado
endurecido (COUTINHO eGONALES, 1994).
Existem quatro tipos de mecanismos de penetrao e transporte no
concreto: absoro capilar,permeabilidade, migrao inica e difuso. Os
modelos matemticos para previso de vida til dasestruturas so
baseados nos mecanismos de transporte de gua, gases e agentes
agressivos atravsda rede de poros do concreto, como a difuso
(HELENE, 1993).
A penetrao de ons cloreto na estrutura do concreto pode provocar
a despassivao daarmadura e gerar a formao de pilhas eletroqumicas,
deflagrando a corroso da armadura(RODOLPHO e ISA, 1999). O teor de
cloretos livres que ir definir a agressividade destes ons,sendo
determinante para a relao entre cloretos livres e cloretos
combinados as caractersticas doscimentos, a estrutura de poros e a
natureza qumica das substncias agressivas (PAGE et al., 1991a).
De acordo com MEDEIROS et al. (1999), a influncia do tipo de
cimento na penetrao de onscloretos est relacionada composio qumica
deste, pois o C3A e o C4AF se combinam com oscloretos para formar
os cloroaluminatos. Com esta reao, o fluxo de penetrao de cloretos
diminuidevido a menor concentrao de ons livres na soluo aquosa dos
poros do concreto. Portanto,quanto maior o teor de C3A no cimento,
mais tempo levar a corroso das armaduras para se
iniciar(RASHEEDUZZAFAR, 1992).
Apesar da evoluo nos ltimos anos, nesse campo, h necessidade em
se conhecer mais oconcreto e a geometria da sua estrutura,
avaliando e classificando o grau de agressividade doambiente. Desta
forma, pode-se fazer uma estimativa, com maior preciso, da vida til
das estruturas,abordando de forma quantitativa a questo da sua
durabilidade.
-
3Neste trabalho pretende-se estudar a difuso de cloretos no
concreto, pois segundo LOPES(1999), este mecanismo apresenta uma
grande importncia na durabilidade das estruturas de concretoarmado,
j que o mesmo controla a penetrao de ons cloretos e dixido de
carbono nessasestruturas. Esses agentes agressivos podem
comprometer as estruturas de concreto armado porpropiciar a
carbonatao da pasta de cimento hidratado, uma despassivao do ao e
uma possvelcorroso da armadura do concreto, sendo que a maioria dos
problemas de corroso de armaduraspode estar relacionada presena de
ons cloretos (ARYA e XU, 1995). Portanto, pretende-sedeterminar
valores numricos para os coeficientes de difuso, de diferentes
misturas de concretos,frente penetrao de ons cloretos.
1.1 OBJETIVOS DA PESQUISA
Este trabalho tem como objetivo geral determinar os valores dos
coeficientes de difuso decloretos, em concretos confeccionados com
diferentes relaes gua/cimento, tipos de cimentos,temperaturas e
tempo de cura.
E tem como objetivos especficos:
determinar a resistncia penetrao de ons cloreto nos concretos
produzidos;
avaliar a influncia de diferentes temperaturas, tempo de cura,
tipos de cimentos erelaes gua/cimento na resistncia compresso axial
dos concretos confeccionados;
fazer uma anlise comparativa entre os mtodos de penetrao de
cloretos da ASTM 1202C / 92 e o proposto por ANDRADE (1993);
prever a vida til dos concretos produzidos atravs de modelos
matemticos;
analisar comparativamente resistncia compresso axial dos
concretos produzidos comos parmetros de durabilidade estudados
neste trabalho.
1.2 ESTRUTURA DA PESQUISA
A apresentao da pesquisa foi estruturada em cinco captulos,
conforme descrito a seguir.
O presente captulo contm a introduo, onde se faz uma
contextualizao do tema,destacando-se os objetivos a serem atingidos
pelo trabalho, suas limitaes e a estrutura da pesquisa.
No segundo captulo feita, atravs da discusso dos resultados de
uma reviso bibliogrfica,uma abordagem de temas julgados importantes
para um completo entendimento deste trabalho.
-
4Apresentam-se inicialmente conceitos bsicos como durabilidade,
vida til, mecanismos de transporteno concreto e corroso de armadura
neste. Enfoca-se ento, especificamente, a ao dos ons cloreto,suas
fontes de ingresso, tipos, teores crticos e os fatores que
influenciam sua penetrao no concreto. fornecida ainda um uma
descrio dos mtodos utilizados, neste trabalho, para medir a
penetraode cloretos no concreto.
O procedimento experimental abordado no captulo 3. Nele
apresenta-se a caracterizaodos materiais, a definio dos ensaios e a
confeco dos corpos-de-prova. Aborda-se ainda ametodologia do ensaio
adotada para a determinao do coeficiente de difuso, bem como a
dosensaios complementares de resistncia compresso axial e penetrao
acelerada de cloretos.
No quarto captulo so apresentados e analisados os resultados
obtidos durante o programaexperimental, e discutidos os mesmos, a
partir de argumentos embasados na reviso bibliogrfica.
O quinto captulo traz, de maneira sucinta, as concluses da
pesquisa, abordando a influnciadas variveis estudadas sobre o
coeficiente de difuso de cloretos, a penetrao destes ons
noconcreto, bem como, na resistncia compresso. Tambm fazem parte
deste captulo sugestes parafuturos trabalhos.
1.3 LIMITAES DO TRABALHO
Por limitaes de tempo e recursos para realizao da pesquisa, no
foi possvel abordar emum nico trabalho mais variveis, como outros
tipos de cimentos, incorporaes de adies aoconcreto, bem como
valores superiores as das variveis estudadas, dentre outras.
Portanto, essesoutros aspectos que influenciam na penetrao de
cloretos no sero abordados.
Para esta pesquisa foram definidos cinco nveis para a relao
gua/cimento, a temperatura eo tempo de cura, como tambm dois tipos
de cimentos, e os resultados limitam-se a estas variveis.Mudanas
nas mesmas podem implicar em resultados diferentes.
Vale a pena ressaltar tambm que um pouco escassa a bibliografia
encontrada, sobre oestudo especfico que se prope a pesquisa.
-
2 REVISO BIBLIOGRFICA
2.1 DURABILIDADE
Segundo o CIB W80/RILEM 71-PSL (1983), a durabilidade a
capacidade que um produto,componente ou construo possui de manter o
seu desempenho acima dos nveis mnimosespecificados, de maneira a
atender s exigncias dos usurios, em cada situao especfica.
De acordo com o Comit do ACI-201 (1991), durabilidade pode ser
entendida como acapacidade para resistir a aes de intempries,
ataques qumicos, abraso ou qualquer outroprocesso de
deteriorao.
As estruturas de concreto armado devem ser construdas para
desempenhar as funes quelhe foram atribudas, durante um perodo de
vida previsto ou, pelo menos, razovel. Assim, segundoNEVILLE
(1997), o concreto considerado durvel.
O concreto, quando comparado a outros materiais estruturais, o
de uso mais difundido e omais verstil pelas caractersticas que
apresenta. Entretanto, apesar das grandes vantagens quepossui,
alguns problemas tm sido detectados com relao sua durabilidade. Nos
ltimos anos,vrios estudos vm sendo realizados sobre patologias de
concretos e deteriorao prematura dasedificaes (ANDRADE, 1997;
NINCE, 1996; ARANHA, 1994; LIBRIO, 1990; DAL MOLIN, 1988,dentre
outros).
Os problemas de durabilidade so freqentemente causados por uma
conjuno de fatoresque incluem a falta de conhecimento do meio
ambiente a que ficaro expostas as estruturas,especificaes
inadequadas e construo executada em desacordo com normas
tcnicas.
Isto importante porque dependendo das condies ambientais e
climticas, o concreto estsubmetido aos efeitos de um conjunto de
agentes agressivos e diferentes fatores destrutivos, quepodem atuar
de maneira isolada ou conjunta, associando-se a cada um deles
efeitos caractersticos. Oresultado das interaes ambientais com a
microestrutura do concreto a mudana de suaspropriedades (SILVA e
DJANIKIAN, 1993). Se as estruturas no so bem projetadas e
executadas asmesmas no resistem a este desgaste ambiental pelo
tempo requerido em projeto.
As aes do meio ambiente so devidas a agentes climticos
(temperatura e umidade,compreendendo aes de alternncias de
temperaturas que provocam o congelamento e o degelo dagua no
interior do material e de molhagem e secagem, da radiao solar,
entre outros), agentesqumicos (presena de ons agressivos no
concreto no meio fluido que o envolve) e agentes biolgicos(como
microorganismos).
-
6De acordo com MEHTA (1993) e SILVA FILHO (1994), a durabilidade
das estruturas deconcreto armado controlada por dois fatores: o
concreto em si, como material compsito, e ascondies do meio
ambiente circundante das estruturas. Como, em geral, no se pode
lidar com amelhoria das condies ambientais e, considerando que,
quanto mais vulnervel for o concreto aotransporte interno de gua,
gases e outros agentes agressivos, maior ser a probabilidade da
suadegradao, a nica sada, para se evitar a degradao dos concretos,
a reduo, ao menor nvelpossvel, da sua porosidade (SOUZA e RIPPER,
1998).
A qualidade do concreto depende, principalmente, da relao
gua/cimento, da cura e do graude hidratao, sendo esses os
principais parmetros que regem as propriedades de absoro capilarde
gua, de permeabilidade, de migrao de ons e de difusividade de gua
ou de gases, bem como amaioria das propriedades mecnicas, como a
resistncia compresso, trao, o mdulo deelasticidade, abraso, dentre
outras (HELENE, 1997). Segundo o mesmo autor, a qualidade
doconcreto na obra deve ser assegurada por procedimentos corretos
de mistura, transporte, lanamento,adensamento, desmoldagem, cura e
por critrios adequados de projeto.
A incorporao de materiais pozolnicos, como adio ou em substituio
do cimento, emgeral, quando em teores adequados, aumenta a
durabilidade de argamassas e concretos, desde queseja efetuada uma
cura adequada. Este fato ocorre devido ao Ca (OH)2, oriundo das
reaes dehidratao do cimento, reagir com a pozolana para formar
produtos de hidratao secundrios (C-S-Hde baixa densidade) que
preenchem os vazios capilares grandes e refinam a estrutura dos
poros. Istoacarreta uma reduo na porosidade e um ganho na
resistncia mecnica. medida que se reduz oingresso de agentes
agressivos, o concreto se torna mais resistente a ambientes
agressivos, desdeque no ocorram alteraes crticas na microestrutura,
como por exemplo uma queda significativa dareserva alcalina. Outro
aspecto positivo da reao pozolnica a reduo do teor de Ca(OH)2
damatriz de cimento, tornando-a mais resistente ao ataque de
sulfatos e ocorrncia da reao lcali-agregado (MEHTA e MONTEIRO,
1994).
Cabe ressaltar que a resistncia de uma estrutura de concreto ao
do meio ambiente e aouso depender da resistncia do concreto e da
resistncia da armadura, ou seja, qualquer um dos doisque se
deteriore comprometer a estrutura como um todo (HELENE, 1997). Isto
explica a importnciado controle da corroso.
2.2 VIDA TIL
Estimar a vida til das estruturas de concreto armado de
fundamental importncia para quese possa abordar, de forma
quantitativa, a questo da durabilidade das estruturas.
-
7De acordo com ANDRADE (2000a), entende-se por vida til o perodo
de tempo em que aestrutura conserva seus requisitos de projeto como
segurana, funcionalidade e esttica, sem custosinesperados de
manuteno.
HELENE (1997) ressalta que a vida til das estruturas depende do
desempenho dos elementose componentes estruturais propriamente
ditos e dos demais componentes e partes da obra. Essesdemais
componentes, incorporados estrutura, tais como drenos, juntas,
aparelhos de apoio,instalaes, pingadeiras, rufos, chapins,
impermeabilizaes e revestimentos, dentre outros,apresentam vida
til, geralmente, menor que a do concreto, exigindo previses
adequadas para suassubstituies e manutenes, j que esto ali para
proteger a estrutura do concreto. Portanto, oconceito de vida til
pode aplicar-se estrutura como um todo ou s suas partes, sendo
diferente emcada caso.
TUUTTI (1982) prope um modelo simplificado de previso da vida
til para as estruturas deconcreto armado, considerando a degradao
devida ao fenmeno de corroso das armaduras, noqual divide esta vida
til em duas fases: perodo de iniciao e perodo de propagao (Figura
1). Estemodelo puramente qualitativo, sendo muito citado devido sua
simplicidade descritiva.
Figura 1 Modelo de vida til de TUUTTI (1982)
A durao do perodo de iniciao caracterizada por um baixo grau de
corroso, sendodeterminada pela velocidade com que a regio do
cobrimento modificada pela concentrao deagentes agressivos ou reduo
do pH. De acordo com HELENE (1993), o perodo de temponecessrio para
que a frente de cloretos ou a frente de carbonatao atinja a
armadura e a despassive.
Grau mximo aceitvel de corroso
O2, , UR
CO2, Cl-
Iniciao Propagao
Vida til (tempo antes de reparar)
Tempo
Gra
u de
cor
ros
o
-
8No perodo de propagao a corroso da armadura comea a se
desenvolver com a formaoda pilha eletroqumica, at que chega a um
grau de deteriorao inaceitvel, seja do ponto de vista dasegurana,
da funcionalidade ou, ainda, da esttica (ANDRADE, 2000). Neste
perodo, a velocidade dedifuso do oxignio, a temperatura, e a
resistividade da soluo dos poros so fatores que exercemgrande
influncia. A deteriorao avana, sendo os mecanismos de corroso
existentes oscontroladores da durao desta etapa (TEIXEIRA, 1998).
Entretanto, deve-se salientar que a corrosodas armaduras no um
processo contnuo, podendo ser interrompido a qualquer momento,
pelaausncia de qualquer fator necessrio para que o mesmo continue
ocorrendo.
Um grande nmero de pesquisadores (ANDRADE, 2000a; ANDRADE,
2000b; POULSEN,1996 e SILVA, 1998, dentre outros) esto voltados
para modelagem dos fatores que influenciam acorroso das armaduras,
por ser esta uma das manifestaes patolgicas que mais ataca as
estruturasde concreto armado. A corroso devido ao dos ons cloretos,
por sua vez, a pior das corroses,por sua velocidade e portanto se
constitui em uma das principais causas de deteriorao precoce,
deestruturas de concreto armado (SWAMY et al., 1998).
Muitos modelos de previso de vida til de estruturas de concreto
sujeitas ao de cloretostm sido baseados nos princpios da difuso,
que a principal forma de transporte de cloretos emconcretos
saturados. Isto porque a permeabilidade ocorre apenas em situaes
especiais, onde severifica diferena de presso, e a absoro capilar s
permite a entrada de cloretos a profundidadespequenas, em relao
superfcie exposta. Portanto, para que o on cloreto atinja a
armadura, ele semovimenta principalmente por meio de difuso
(WAYERS, 1998). Por isso, a maioria dos modelosmatemticos
disponveis para previso da penetrao de ons cloreto no concreto
baseia-se nasegunda lei de Fick da difuso, definida posteriormente
pelas equaes 2.4 e 2.5.
As medidas necessrias para estimar a vida til das estruturas so
escolhidas levando-se emconsiderao as caractersticas dos materiais,
as condies de exposio e os modelos dedeteriorao. Porm a determinao
da durabilidade e da vida til das estruturas extremamente difcilde
ser realizada devido ao sinergismo existente entre os diversos
fatores que regem as vrias formasde degradao.
2.3 MECANISMOS DE TRANSPORTE NO CONCRETO
Segundo NEPOMUCENO (1992), o principal fator de deteriorao de
estruturas de concretoarmado a interao do meio ambiente com o
concreto. Esta interao ocorre atravs da penetraode agentes
agressivos pelos poros do concreto. O que determina esse mecanismo
de transporte noconcreto a configurao dos poros (tipo e distribuio
do tamanho dos poros ou microfissuras) e o
-
9seu preenchimento com gua (NEVILLE, 1997), bem como as
microfissuras na matriz da pasta decimento hidratado e da interface
pasta-agregado (FIB BULLETINS, 1999).
CASCUDO (1997) tambm considera que a estrutura porosa da pasta
de cimento endurecida o que influencia decisivamente no transporte
de substncias no interior do concreto. Segundo o autor,
ainterconexo dos poros determina a porosidade aberta, que
possibilita o transporte das substnciasdentro do concreto; j a
distribuio do tamanho dos poros interfere na velocidade de
transporte.
Os mecanismos de transporte no concreto dependem ainda das
caractersticas fsicas equmicas e da concentrao superficial das
substncias que penetram no material, das condiesambientais, do grau
de umidificao do concreto e da temperatura (NEPOMUCENO, 1992). Por
outrolado, a capacidade de fixao dos ons agressivos por parte do
concreto, atravs de reaes qumicasou da adsorso fsica, reduz o
potencial agressivo destes.
O ingresso de fluidos (lquidos e gases) e ons agressivos no
concreto ocorre atravs dapermeabilidade (infiltrao ou penetrao sob
presso externa), difuso (gradiente de concentrao),absoro (presso
interna) e da migrao (efeito de um campo eltrico) (FIB BULLETINS,
1999). Estesmecanismos podem atuar simultaneamente, ou
sucessivamente, ao longo do tempo, dependendo dascondies de exposio
(temperatura, umidade, dentre outras) a que o concreto esteja
submetido. Aseguir sero descritos os principais mecanismos de
transporte no concreto.
2.3.1 Permeabilidade
A permeabilidade pode ser definida como a facilidade com que um
fluido pode escoar atravsde um slido, sob um gradiente de presso
externa, sendo determinada pela continuidade e tamanhodos poros na
estrutura do slido (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
O mecanismo de penetrao de gua sob presso se caracteriza pela
existncia de umgradiente hidrulico que fora a entrada da gua no
concreto (FERREIRA, 1999). Este tipo demovimentao est diretamente
relacionado com a porosidade, e sua determinao se constitui em
ummecanismo indireto de medio desta propriedade do concreto.
Os principais fatores que determinam a formao da estrutura de
poros e que portantoinfluenciam a facilidade com que fluidos,
lquidos ou gases penetram e se deslocam pelo concreto, sobos mais
distintos gradientes de presso, so o tipo de cimento, a relao
gua/cimento, o grau dehidratao do cimento, o teor e tipo de adio, a
presena de microfissuras ou fissuras(RASHEEDUZZAFAR, 1992).
-
10
De acordo com UCHIKAWA, citado por LOPES (1999), a
permeabilidade aumentaexponencialmente com o aumento da relao
gua/cimento e cai bruscamente com a evoluo dahidratao. NEVILLE
(1997) mostra dados em que o valor do coeficiente de permeabilidade
noconcreto decresce at 4 ordens de grandeza com a diminuio da relao
gua/cimento de 0,75 para0,26, sendo que, no intervalo de variao da
relao gua/cimento de 0,75 a 0,45, a permeabilidadedecresce duas
ordens de grandeza. A Tabela 1 mostra valores do coeficiente de
permeabilidade emdiversas idades de uma pasta de cimento.
Tabela 1 Relao entre permeabilidade e relao gua/cimento para
pastas com93% do cimento hidratado (NEVILLE, 1997)
Idade (dias) Coeficiente de Permeabilidade - K (m/s)Fresco
2.10-6
5 4.10-106 1.10-108 4.10-11
13 5.10-1224 1,10-12
Final 6.10-13
De acordo com NEVILLE (1997), o gel de silicato de clcio
hidratado apresenta, em mdia,uma porosidade de 28%, porm os poros
so muito pequenos e por isso a permeabilidade ocorre emmaior escala
atravs dos poros capilares. Com o decorrer da hidratao do cimento,
os poros capilaresvo sendo preenchidos pelo gel e assim a
permeabilidade diminui, sendo este fenmeno maispronunciado em
concretos com menores relaes gua/cimento. Segundo HELENE (1993),
ocoeficiente de permeabilidade pode variar seis ordens de grandeza
de 1 a 28 dias, conforme seprocessa a hidratao do cimento, devido a
mudanas na estrutura de poros do concreto durante esteperodo.
Esta situao pode ocorrer em estruturas submersas ou parcialmente
submersas.
Para o regime laminar, estacionrio e no turbulento, a
permeabilidade de gua no concretopode ser modelada pela lei de
Darcy, conforme a equao 2.1 (NEVILLE, 1997).
S
Q
x
HkV == (2.1)
Onde:
V velocidade de percolao da gua, em m/sk coeficiente de
permeabilidade da gua no concreto, em m/s
-
11
H gradiente de presso da gua, em m.c.a.x espessura de concreto
percolado pela gua, em mQ vazo de gua percolada, em m3/cS rea da
superfcie confinada por onde percola a gua, em m2.
A penetrao de cloretos no concreto atravs deste fenmeno de
importncia em casosparticulares de estruturas marinhas ou
estruturas com grande presso hidrosttica, como, por
exemplo,reservatrios de gua (KROPP, 1995).
2.3.2 Absoro capilar
De acordo com PETRUCCI (1987), absoro capilar o processo fsico
pelo qual o concretopreenche e retm gua nos poros e condutos
capilares devido tenso superficial atuante nestes.
Como o concreto um material hidrfilo, que tem grande afinidade
com a gua, torna-se difcilcontrolar a absoro capilar da gua no
mesmo. Segundo FERREIRA (1999), a tendncia do concretode adsorver
gua vai ocasionar, se existir disponibilidade suficiente de gua,
uma suco de gua parao interior dos poros. Se estes poros forem
muito pequenos, este fenmeno poder provocar umacrscimo na
profundidade de penetrao, gerando o efeito conhecido como ascenso
capilar.
HO e LEWIS (1987) comentam que uma absoro lenta indica a
existncia de capilares depequenos dimetros, com maior profundidade
alcanada, o contrrio de uma absoro rpida queindica a existncia de
capilares maiores com menor profundidade atingida e maior
quantidade de guaadsorvida. O que demonstra que, nas estruturas
expostas ao ar, a taxa de absoro de gua porabsoro capilar serve
como um indicativo do transporte de gua no concreto. Entretanto,
segundoHELENE (1993), o mais importante a intercomunicabilidade dos
capilares, sendo menos relevante odimetro desses, pois de acordo
com suas constataes, concretos de baixa relao gua/cimento
tmcapilares de menor dimetro e ao mesmo tempo muito menos
intercomunicveis, resultando em menorabsoro de gua e, tambm, menor
profundidade de penetrao dessa gua.
HELENE (1986) observou, em concretos de cimento Portland comum,
a 28 dias de idade,alturas ou profundidades de penetrao de gua por
absoro capilar de 2 cm para relaogua/cimento de 0,40 e de 6 cm para
relao de 0,60, durante um perodo de 24 horas.
De acordo com HELENE (1993), a absoro capilar pode ser modelada
pela lei de Jurin querelaciona a altura de ascenso capilar ao tempo
de contato com a gua (equao 2.2):
-
12
trv
h
=
2
1 (2.2)
Onde:
h altura ou penetrao da gua no capilar, em mv tenso superficial
da gua, em kg/m (75.10-4)r raio do capilar, em m - viscosidade de
gua, em kg.s/m2 (13.10-5)t perodo de tempo para atingir a penetrao
h, em s.
Uma vez que, atingida uma determinada altura de ascenso, pode-se
dizer, quandocomparada difuso, que, a partir da saturao, a absoro
capilar de durao limitada, pois asforas capilares passam a ser
insuficientes para gerar movimentao do fluido, at que as condiesse
alterem (CALADA, 2000). Segundo a mesma autora, h um limite para o
tempo de absoro, apartir do qual a penetrao do lquido pra e o
ingresso continua por difuso.
O ingresso da gua por absoro capilar depende das caractersticas
do lquido, tais comoviscosidade, densidade e tenso superficial, e
das caractersticas do concreto, como estrutura dosporos (raio,
tortuosidade e continuidade dos capilares) e teor de umidade
(BAUER, 1995;NEPOMUCENO, 1992). Deve-se considerar o maior ou menor
grau de hidratao do concreto. No habsoro capilar em concretos
saturados, pois o concreto deve estar com os poros secos
ouparcialmente secos para que seja possvel a absoro de gua por
capilaridade (HELENE, 1993).
A absoro capilar ocorre principalmente em concretos aparentes e
naqueles em contato comsolos midos e ou sujeitos a ciclos de
umedecimento. Com relao penetrao de ons cloreto, oprincipal
mecanismo quando a estrutura est submetida a ciclos de molhagem e
secagem. No perodode molhagem a superfcie absorve rapidamente a
soluo de cloreto e, no perodo de secagem, a guaevapora e o sal se
deposita no concreto. Com os ciclos posteriores h um progressivo
aumento daconcentrao de cloretos na soluo dos poros do concreto.
Dependendo da umidade relativa doambiente, o sal reduz a evaporao,
aumentando a umidade no interior do concreto, devido a
suahigroscopicidade (KROPP, 1995).
2.3.3 Difuso de ons
A difuso pode ser entendida, segundo SILVA FILHO (1994), como o
mecanismo pelo qual ofluido se movimenta em funo da existncia de um
diferencial de potencial qumico (o fluxo dasubstncia que difunde
tende a igualar as concentraes) ou de um gradiente de
temperatura/umidade
-
13
e, ao contrrio dos mecanismos de transporte anteriores, no
depende do fluxo de fluidos. Durante ofenmeno, a substncia se
difunde em uma direo de forma a igualar as concentraes, eliminando
ogradiente. Quando o gradiente se mantm atravs da entrada e sada
contnua da substncia nosentido do extremo de maior concentrao para
o de menor, obtm-se um fluxo contnuo, ou tambmchamado estado
estacionrio.
Este fenmeno ocorre tanto para substncias presentes em meio
lquido como para aquelasem meio gasoso. Os dois principais agentes
agressivos que comprometem as armaduras, o CO2 e osons cloreto, tm
sua penetrao controlada principalmente por este fenmeno.
Entretanto, como oenfoque dado neste trabalho para a penetrao de
cloretos, apenas o fenmeno que ocorre em meiolquido ser
discutido.
No concreto, a difuso ocorre devido ao contato ntimo da soluo
presente nos poros com omeio ambiente, sendo o fenmeno mais intenso
quanto maior a sua concentrao na soluo externa(MONTEIRO, 1996).
Fick foi o primeiro, em 1855, que realizou uma adaptao da equao
emprica de Fourier, deconduo do calor, ao fenmeno da difuso. O
mesmo definiu que o fluxo de uma substncia atravsde um meio
diretamente proporcional ao produto da difusividade pelo gradiente
de concentrao,medido na direo perpendicular seo do fluxo (equao
2.3) (TUUTTI, 1982).
x
cDJ eff
= (2.3)
Onde:J fluxo da substncia, em mol/(cm2.s);Deff coeficiente
efetivo de difuso, em cm2/s;
x
c
gradiente de concentrao na direo do fluxo, em mol/cm4
O sinal negativo indica que o fluxo ocorre no sentido oposto ao
aumento da concentrao. Estaequao chamada de primeira lei de Fick e
se aplica para fenmenos de difuso em estadoestacionrio, para o
clculo do coeficiente efetivo de difuso (Deff). Quando esta condio
no atendida, ou seja, para o estado no estacionrio, que contempla o
fluxo varivel com o tempo e aprofundidade de penetrao, recorre-se
segunda lei de Fick, para o clculo do coeficiente aparentede difuso
(Da) (equao 2.4):
2
2
x
cD
t
ca =
(2.4)
-
14
A soluo para a equao 2.4 dada pela equao 2.5.
=
tD
xerf
CC
CC
as 21
0
0 (2.5)
Onde:
C concentrao na profundidade consideradaC0 concentrao inicial do
agente agressivo que penetrou no interior do concretoCs concentrao
do agente agressivo na superfcie do concreto, admitida constanteerf
funo do erro de Gaussx profundidade considerada, geralmente em mDa
coeficiente aparente de difuso, geralmente em m2/st tempo
considerado, geralmente em s.
Pode-se utilizar esta lei para predizer a vida til de um
elemento de concreto armado pois,conhecendo-se parmetros como C,
C0, Cs e Deff, possvel estimar em quanto tempo (t) os
agentesagressivos alcanaro a armadura. Outra informao importante,
que pode ser obtida, o tempo (t)necessrio para que a concentrao de
cloretos (C) alcance a concentrao limite para que hajacorroso
(ANDRADE, 2000). Segundo CABRAL (2000), existem outras formulaes
mais recentes parase modelar a penetrao de agentes agressivos para
o interior do concreto, mas a segunda lei de Fick utilizada em funo
da sua extrema simplicidade de resoluo matemtica e devido a
suaconsagrao, quando comparada s demais formulaes propostas, que
ainda necessitam devalidaes mais consistentes.
Entretanto, estas leis so vlidas para materiais homogneos, com
poros contnuos, que noreagem com o on em movimento e no mudam com o
tempo (DHIR et al., 1998). Para estudar ofenmeno da difuso em
materiais porosos necessrio conhecer a sua estrutura de poros. No
casodo concreto, um material com estrutura de poros complexa, esse
estudo torna-se difcil. Por isso osestudos da difuso nesse tipo de
material, em geral, sofrem alguma simplificao como, por
exemplo,considerar os poros como simples capilares cilndricos
(FRANCINETE JR. e FIGUEIREDO, 1999).
Para que ocorra a difuso inica no concreto necessrio um certo
teor mnimo de umidade,que permita a movimentao do on, assim quando
o mesmo encontra em seu caminho uma regioseca a difuso
interrompida. A difuso inica mais efetiva quando os poros da pasta
de cimentohidratado esto saturados, mas tambm ocorre em concretos
parcialmente saturados (NEVILLE, 1997).
-
15
Quando os poros do concreto esto totalmente saturados de gua e o
sistema est submetidoa baixas presses, o processo de ingresso
predominante o mecanismo de difuso dos cloretos,podendo-se
considerar neste caso um estado de difuso pura (ANDRADE et al.
citados porGUIMARES, 1997).
Conforme HELENE (1993), as adies aumentam a resistncia do
concreto penetrao decloretos. Outro fator de alterao da
difusividade est relacionado com as caractersticas do
cimento,devido ao fato de parte dos cloretos reagir com certos
compostos da hidratao do cimento, retendo-os. Segundo NEVILLE
(1997), deve-se notar que o coeficiente de difuso varia com a
idade, porque osistema de poros do concreto varia com o tempo,
especialmente com a evoluo de hidratao docimento.
O coeficiente de difuso depende de vrios fatores. Alguns j foram
citados acima, tais como otipo de cimento; a incorporao de adies no
concreto; o grau de saturao dos poros, influenciando ograu de
saturao dos poros, podendo ser citados tambm a porosidade, a
natureza do lquido quedifunde, a temperatura, a relao gua/cimento e
o tipo de ction presente na soluo do poro(HELENE, 1993). De acordo
com NEVILLE (1997), o aumento da relao gua/cimento poderepresentar
um aumento da difusividade, porm esta influncia bem menor no
processo de difusodo que nos outros mecanismos de penetrao de
cloretos.
Outro fator importante que, como os ons so carregados
eletricamente, durante o processode difuso h movimentao de outros
ons para que a neutralidade eltrica seja mantida. Por issopodem
ocorrer trocas inicas entre a soluo dos poros e a superfcie do
concreto. Segundo KROPP(1995), medida que a soluo seja,
respectivamente, de cloreto de sdio, cloreto de clcio ou
cloreto
de magnsio, a taxa de difuso cresce. Para GJRV et al. (1994) a
troca no tipo de ction, porexemplo de sdio para clcio, na soluo
fonte de cloreto, pode aumentar a taxa de penetrao decloreto,
portanto, o coeficiente de difuso obtido de diferentes tipos de
soluo de sal no socomparveis.
2.3.4 Migrao de ons
O mecanismo de migrao um processo de transporte forado de ons
pela ao de umcampo eltrico. Este campo eltrico pode ser oriundo da
deflagrao de pilhas de corrosoeletroqumicas ou de uma diferena de
potencial gerada por uma fonte externa (HELENE, 1993).Durante este
fenmeno, os ons cloreto (com carga eletronegativa) se movem no
sentido da armadura,desde que a mesma esteja polarizada
positivamente (BAUER, 1995).
-
16
O transporte de massa, neste caso, obedecer a lei de Faraday
(HELENE, 1993), descrita naequao 2.6.
Fn
atim
= (2.6)
Onde:
m massa do metal corrodo, em gi corrente eltrica em At tempo em
sa massa atmican valncia dos ons do metalF constante de Faraday
(96.493C)
A maior ou menor resistncia migrao de ons cloretos est vinculada
aos fatores queinfluenciam na penetrao de cloretos.
2.3.5 Mecanismos combinados
Segundo HELENE (1993), as maiores penetraes de cloreto so
observadas onde osmecanismos de penetrao de cloretos podem atuar
simultaneamente. Este autor, citando GALLUPO(1985), apresenta uma
proporo de 1:3:10 para situaes onde ocorre difuso pura, difuso
associada absoro capilar e os trs mecanismos de penetrao em
conjunto, respectivamente.
De acordo com GUIMARES (1997), geralmente a difuso pura ou a
permeabilidade pura sacontecem em estruturas saturadas, onde as
foras capilares no podem atuar. J para o concretoseco ou no
saturado, a suco capilar o fenmeno predominante. A Figura 2 ilustra
como umamesma pea estrutural pode estar sujeita a diferentes
mecanismos de transporte.
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17
Figura 2 Atuao simultnea de diversos mecanismos de transporte em
umaestrutura martima (Concrete Society Working Party apud PERRATON
etal., 1992)
2.4 CORROSO DA ARMADURA NO CONCRETO
Como indicado no captulo 1, o problema de corroso das armaduras
em estruturas deconcreto armado vem sendo alvo de muitos estudos
(HELENE, 1993; BAUER, 1995; FIGUEIREDO,1994; MONTEIRO, 1996;
TEIXEIRA, 1998, dentre outros) por ser um fenmeno que, alm
deapresentar um grande ndice de ocorrncia, pode reduzir
significativamente a vida til das estruturas,ocasionando
conseqncias negativas para a estabilidade, funcionalidade e esttica
das estruturas.
MAGALHES et al., citados por HELENE (1993), estudaram 145
viadutos de concreto em SoPaulo e concluram que 58% deles
apresentavam corroso. ANDRADE (1997) constatou, atravs
delevantamento das manifestaes patolgicas, no estado de Pernambuco,
que 64% destas eramdevidas corroso da armadura. ARANHA (1994)
levantou dados apontando que a corroso dearmaduras em estruturas de
concreto armado a mais freqente manifestao patolgica,correspondendo
a aproximadamente 43% do total das manifestaes patolgicas
encontradas em 348obras inspecionadas na regio amaznica, no perodo
de 1976 a 1993.
A importncia do estudo da corroso tambm est relacionada com
aspectos econmicos, umavez que os custos com reparos so
extremamente altos. De acordo com ULLER et al., citados porTEIXEIRA
(1998), os custos de recuperao da metade das 575.000 pontes dos
Estados Unidos,afetadas pela corroso de armaduras, ultrapassam 50
bilhes de dlares. De acordo com VILLARINO
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18
et al. (1995), os problemas causados pela corroso so to severos
que as vezes prefere-se demolir aestrutura a realizar o reparo
necessrio, que normalmente tem um elevado custo econmico.
O processo de corroso das armaduras no interior do concreto
ocorre basicamente pormecanismos eletroqumicos, ou seja, h uma reao
qumica que envolve a conduo de cargas(eltrons) entre regies
diferentes de um mesmo metal. Em uma regio ocorrem as reaes de
perdade eltrons (regio andica), enquanto em outra se processam as
reaes de consumo de eltrons(regio catdica). A circulao de ons
ocorre pelo eletrlito, que no caso do concreto a soluocontida nos
seus poros. Na regio andica ocorrem as reaes de oxidao do metal,
que consiste nadissoluo do tomo metlico ou na liberao de ons
metlicos para o eletrlito e estabelecimento deum fluxo de eltrons
atravs do eletrodo (metal) para a regio catdica. Na regio catdica
ocorrem asreaes de reduo dos ons presentes no eletrlito (GONZLEZ et
al., 1993). Em outras palavras, osons de ferro (Fe++), com carga
eltrica positiva no nodo, passam para a soluo, enquanto oseltrons
livres (e-), com carga eltrica negativa, passam pelo ao para o
ctodo, onde so absorvidospelos constituintes do eletrlito e
combinam-se com a gua e o oxignio para formar os ons dehidroxila
(OH-)(GENTIL, 1996).
Na regio andica (corroda) a reao que ocorre a dissoluo do ferro
(oxidao), descritana equao 2.7 (ANDRADE, 1992).
Fe Fe+2 + 2e- (2.7)
A reao catdica, expressa pelas equaes 2.8 e 2.9, depender, para
ocorrer, dadisponibilidade de oxignio e do pH prximo superfcie do
metal (ANDRADE, 1992).
2H + 2e- H2 (2.8)H2O + 1/2O2 + 2e- 2OH- (2.9)
Em condies normais, a armadura no interior do concreto
encontra-se protegida qumica efisicamente. A proteo qumica
fornecida pela fase aquosa, contida nos poros, pois esta possui
altaalcalinidade, o que favorece a formao de uma camada de xidos de
ferro estveis, compacta eaderente sobre a superfcie do ao, chamada
de camada de passivao. A proteo fsica se deve barreira que o
concreto de cobrimento exerce penetrao de agentes agressivos
desencadeadoresda corroso, tais como os ons cloreto, o dixido de
carbono (CO2) e o oxignio (ACI 222, apudFRANCINETE JR. e
FIGUEIREDO, 1999).
Essa situao de proteo em que se encontra a armadura no interior
do concreto pode durarindefinidamente, desde que o concreto
apresente boa qualidade e no fissure, o que facilitaria oingresso
de agentes agressores, e que o mesmo no tenha suas caractersticas
fsicas ou mecnicas
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19
alteradas devido ao de agentes agressivos. Entretanto, por
apresentar uma estrutura porosa, oconcreto no funciona como uma
barreira perfeita contra a penetrao dos agentes desencadeadores
epropagadores da corroso, chegando-se concluso de que, dentro de
algum tempo, a armadura seratacada e o processo de corroso iniciar
(ANDRADE, 1992).
Iniciada a corroso da armadura, a resistividade eltrica do
concreto e o acesso de oxignioat a superfcie da armadura so os
principais fatores controladores do processo. A
resistividadecontrola a mobilidade dos ons, dificultando a sua
circulao, enquanto que a ausncia de oxignioprximo superfcie do ao
interrompe todo o processo, j que, sem oxignio, as reaes catdicasno
ocorrem (FRANCINETE JR. e FIGUEIREDO, 1999). Segundo HELENE (1993),
um maior teor decloretos, assim como uma maior mobilidade destes
por ao do campo eletroqumico gerado pela pilhade corroso, tambm
pode acelerar a velocidade de corroso. Ainda, de acordo com o
autor, ascaractersticas e propriedades do concreto de maior
interesse para o estudo da velocidade do processode corroso
eletroqumica das armaduras so a resistividade eltrica do concreto,
o coeficiente dedifuso de cloretos e os parmetros de dissoluo e
difuso do oxignio na soluo aquosa dos porosdo concreto.
A corroso conduz formao de xidos/hidrxidos de ferro, produtos de
corrosoavermelhados, pulverulentos e porosos, denominados ferrugem,
e s ocorre com a existncia de umeletrlito, uma diferena de
potencial, oxignio, podendo ainda existir agentes agressivos
(HELENE,1986).
Segundo GONZLES et al. (1996), os produtos finais da corroso
possuem um volume maiorque o ao original, o que pode acarretar
tenses internas elevadas, gerando fissurao e destacamentodo
cobrimento do concreto. Os efeitos sobre a estrutura afetam o ao,
pela reduo da seo edecrscimo da resistncia mecnica, e o concreto,
pela fissurao, aparecimento de manchas deferrugem e destacamentos
do cobrimento, resultando tambm na perda da aderncia entre
ambos.
A corroso pode ser acelerada por agentes agressivos contidos ou
absorvidos pelo concreto,entre eles pode-se citar os ons sulfetos
(S--), os cloretos (Cl-), os nitritos (NO3-), o gs sulfdrico
(H2S),o ction amnio (NH4+), os xidos de enxofre (SO2, SO3),
fuligem, dentre outros. Esses agentes nopermitem a formao ou
quebram a pelcula existente de passivao do ao, acelerando a
corroso(HELENE, 1986).
Os ons cloretos so considerados os agentes mais problemticos no
processo de corroso dearmaduras, tanto no que diz respeito ao
perodo de iniciao quanto ao de propagao. Portanto, na
-
20
seqncia, ser dado um enfoque maior questo do comportamento dos
cloretos no concretoarmado.
interessante notar porm que, uma vez que gua, oxignio e ons
cloreto desempenhampapis importantes no processo de corroso das
armaduras e de fissurao e deteriorao doconcreto, a porosidade do
concreto passa a ser um fator crtico que controlar os vrios
processosenvolvidos no fenmeno (MEHTA e MONTEIRO, 1994). Uma boa
cura tambm apresenta uma certainfluncia sobre a corroso, e seu
efeito notado principalmente na regio do cobrimento
(NEVILLE,1997).
2.5 AO DOS ONS CLORETOS
Alguns autores afirmam que a penetrao de ons cloreto a principal
causa da corroso(MANGAT e MOLLOY, 1994; SWAMY et al., 1998;
VILLARINO et al., 1995, dentre outros). Estefenmeno apontado por
DELAGRAVE et al. (1996) como a causa mais importante da degradao
de800.000 pontes de concreto armado em todo o mundo.
Segundo PREZZI (1996), diversos fatores podem desencadear a
corroso das armaduras,entre eles a exposio a ambientes cidos,
comuns em estruturas industriais, a carbonatao, a aode bactrias e a
penetrao de cloretos. Com exceo do ltimo fator, todos os demais
atuamreduzindo a alcalinidade natural do concreto, causando a
dissoluo da camada passivante queprotege a armadura da corroso.
Entretanto, os ons cloreto so especialmente agressivos, pois
socapazes de despassivar a armadura mesmo em condies de pH
extremamente elevado (TEIXEIRA,1998).
O carter bsico do concreto dado pela soluo, altamente alcalina,
presente nos poros domesmo, a qual possui um pH que varia de 12 a
14. Esta soluo alcalina juntamente com uma certaquantidade de
oxignio protege o ao contra agentes agressivos. De acordo com MEHTA
eMONTEIRO (1994), essa alcalinidade da soluo dos poros devida
existncia de grandesconcentraes de ons Na, K e OH- no fluido dos
poros da pasta de cimento e, tambm, formao dohidrxido de clcio
durante a hidratao do cimento.
As armaduras nas estruturas de concreto armado encontram-se
protegidas pela elevadaalcalinidade do meio em que esto inseridas e
por uma barreira fsica que o cobrimento. De acordocom GENTIL
(1996), observa-se no Diagrama de Pourbaix (Figura 3), para o
ferro, que este material,por estar em um meio com um pH da ordem de
12, fica passivado por uma pelcula de Fe3O4 ou Fe2O3ou pela mistura
desses dois xidos, dependendo do potencial de corroso das
armaduras. Porm, este
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21
equilbrio pode romper-se quando o pH do concreto aumenta (>
13) ou reduzido (< 8)(NEPOMUCENO, 1992).
Figura 3 Diagrama simplificado de Pourbaix para o sistema Fe-H2O
(GENTIL, 1996)
Essa ruptura da capa passiva, formada de xidos, pela ao dos ons
cloreto, se dlocalmente, ou seja, a presena destes ons provoca uma
dissoluo pontual desta pelcula e, dada apresena de gua e oxignio,
facilita o incio do processo corrosivo. Esta ruptura da camada
protetorade passivao pelos cloretos gera pequenas reas ativas, com
um pH muito baixo, em torno de 3, quefuncionam como nodo e nas
quais, o metal dissolvido. Nas proximidades h a zona catdica,
deelevado pH, em torno de 13,5, onde ocorre a reduo do oxignio
(NEPOMUCENO, 1992). Valeressaltar que os ons cloreto no so
consumidos nas reaes de corroso, permanecendo semprepresentes.
De acordo com NEVILLE (1997), o on cloreto um destruidor de
filme passivante sem igual,pois no se observou comportamento to
agressivo para outros ons. HELENE (1993) mostra trsteorias
apresentadas pelo comit 222 do ACI para explicar o comportamento
dos ons cloreto no quediz respeito corroso das armaduras no
concreto, descritas a seguir:
a) Teoria do filme xido: esta teoria postula que o on cloreto se
infiltra nas falhas do filmexido passivante com maior facilidade
que outros ons, em funo do seu pequeno raioatmico, e capaz de
dispersar coloidalmente o filme passivante, permitindo o ataque
daarmadura.
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22
b) Teoria da adsorso: nesta teoria admite-se que o on cloreto
est adsorvido na superfciedo metal, competindo com ons hidroxila e
com oxignio dissolvido. Ento o cloretopromove a hidratao e
subsequente dissoluo do ferro em ctions.
c) Teoria do complexo transitrio: segundo esta teoria os ons
cloreto competem com ashidroxilas para produo de ons ferrosos pela
corroso. Forma-se, ento, um complexosolvel de cloreto de ferro
(complexo transitrio). Este composto difunde-se permitindo
acontinuao da corroso. A certa distncia do eletrodo, o complexo
transitrio rompido,havendo precipitao de hidrxido de ferro e o on
cloro fica livre para transportar mais onsferro. Assim, o cloreto
no consumido durante a corroso e por este motivo atua
comocatalisador do processo. Pode, tambm, ocorrer combinao do
cloreto com onshidrognio, produzindo acidificao localizada, o que
tambm promove o processocorrosivo. As reaes qumicas aqui envolvidas
so apresentadas nas equaes 2.10, 2.11e 2.12.
Fe3+ + Fe2+ + 5Cl- FeCl3 + FeCl2 (2.10)FeCl3 + FeCl2 + 5OH- 5Cl-
+ Fe(OH)2 + Fe(OH)3 (2.11)Fe2+ + 2H2O + 2Cl- Fe(OH)2 + 2HCl
(2.12)
De acordo com CASCUDO (1997), a primeira teoria parece estar
relacionada iniciao dacorroso e as outras duas sua propagao.
Portanto, o on cloreto, alm de despassivar a armadura,ainda acelera
o processo corrosivo medida que participa das reaes de formao dos
produtos dacorroso. Ainda, segundo GENTIL (1996), a corroso por ons
cloreto do tipo por pite, induzindo formao de falhas de pequena
extenso, porm de grande profundidade, sendo de alta gravidade.
De acordo com LIMA (1990), o on cloreto, por apresentar um
pequeno raio atmico (3,6),penetra com maior facilidade do que os
outros ons na pelcula passiva atravs dos pontos fracos,dissolvendo
coloidalmente este pelcula, aumentando sua permeabilidade, rompendo
a passividade empequenas regies, originando os pites. Alm disso, o
cloreto bom condutor de corrente eltrica, poistende a conservar
mais umidade, tornando a soluo dos poros menos resistiva, o que
ajuda a acelerara corroso (HELENE, 1986; MEHTA e MONTEIRO, 1994).
Na Figura 4 apresenta-se um esquema daatuao do cloreto na corroso
das armaduras do concreto.
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23
Figura 4 Esquema da corroso por pites com atuao dos ons cloreto
(THOMPSON et al.,1988)
O tempo que os cloretos levam para chegar at a armadura,
denominado perodo de iniciaono modelo de Tuutti (descrito no item
2.2), depender, principalmente, da concentrao de cloretos nomeio
externo, da natureza do ction que acompanha o cloreto, da qualidade
do concreto (tipo decimento, proporo de aluminato triclcico, relao
gua/cimento, dentre outros), da temperatura, daabertura e da
quantidade das fissuras (ANDRADE, 1992). E a destruio do metal
aumentar com oaumento da concentrao de cloretos porm, esta elevao
at um determinado limite onde h aestabilizao. Entretanto, apenas a
presena de cloretos no suficiente para iniciar o processo
decorroso. Para que este processo se inicie necessrio tambm a
presena de oxignio e do eletrlito.Como estes normalmente esto
disponveis, a presena do cloreto determinante. Abaixo
discute-sequais as possveis fontes do mesmo.
2.5.1 Fontes de cloretos para o concreto
Os cloretos podem ingressar no concreto atravs dos materiais
utilizados na sua confeco.Pode-se encontrar cloretos em agregados
contaminados, principalmente em regies litorneas, emguas salobras
ou excessivamente cloradas, e at mesmo em cimentos, uma vez que os
cloretoscontribuem para o aumento das resistncias iniciais. Os
mesmos podem tambm ser adicionadosinvoluntariamente ao concreto a
partir de alguns aditivos aceleradores de pega, que possuem na
sua
Cl H2O
O2
H2O
Fe(OH)2
FeCl2O2 + H2OO2 + H2O
OH-
H+ + +
OH-
Cl-
2e- CtodoCtodo
Armadura
Concreto
Filme dexido de
ferropassivante
nodo
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24
composio cloreto de clcio (CaCl2). Quando este aditivo entrar em
contato com a gua, a suadissoluo provocar a liberao de ons cloreto
que permanecero na mistura (FIGUEIREDO et al.,1993).
As normas brasileiras no estabelecem um valor limite de cloretos
nos agregados para que osmesmos possam ser utilizados na produo de
concretos. Porm, a NBR 6118 (1978) estipula um teorlimite de 500mg
de cloreto por litro de gua de amassamento, incluindo neste valor o
eventualcontedo de cloretos nos agregados.
Os cloretos tambm podem ser provenientes do contato do concreto
com o meio externo, taiscomo atmosferas marinhas, industriais,
lquidos contaminados com cloretos, solos salinos, ou ainda,oriundos
do uso de sais de degelo (HUSSAIN et al., 1996; HAQUE e KAYYALI,
1995;RASHEEDUZZAFAR, 1992).
Nos casos em que as estruturas j esto prontas, os cloretos do
ambiente podem penetrar noconcreto atravs da estrutura de poros
capilares contnuos, da zona de interface, caso existam, defissuras
e pelos mecanismos clssicos de ingresso de gua e transporte de ons,
citados e descritos noitem 2.3. Geralmente, a maioria dos problemas
gerados pelos ons cloretos so provocados peloingresso destes ons
provenientes do meio ambiente (HELENE, 1993). J que os cloretos
incorporadospodem ser evitados atravs de um controle tecnolgico dos
insumos.
Cabe ressaltar ainda que, quando os ons cloretos so adicionados
no concreto durante a suaconfeco, a reao destes ons com os
componentes anidros do cimento se torna mais fcil. Porm,se o
cloreto penetrar no concreto aps o incio de suas reaes, restar
pouco aluminato triclcicoanidro para reagir com estes ons, podendo
ocorrer a despassivao com teores mais baixos de cloretodo que no
primeiro caso (BROWNE citado por LIMA, 1990).
Segundo HELENE (1993), o ataque dos cloretos em ambiente
martimo, normalmente, maiorna zona de respingos que na zona de nvoa
e maior na zona de mar do que em zona submersa.Em regies litorneas,
a proximidade do mar faz com que a atmosfera contenha ons cloreto.
Aspartculas de gua do mar contendo sais dissolvidos, quando em
suspenso na atmosfera, soarrastadas pelo vento e podem depositar-se
nas estruturas, podendo o cloreto penetrar por absoroou difuso.
Este fenmeno fortemente influenciado pelo vento, sendo a regio da
estrutura voltadapara a direo predominante de vento a que apresenta
teores mais elevados de cloretos. Os cloretostransportados pelo ar
podem percorrer grandes distncias. J foram observados casos de
transporte deat 2km ou distncias ainda maiores, dependendo da
topografia e do vento (NEVILLE, 1997).
-
25
Onde ocorrem invernos rigorosos, como nos pases do hemisfrio
norte, utilizam-se sais (CaCl2e NaCl) como agentes descongelantes
de pavimentos, pontes, estacionamentos e caladas. E medida que o
gelo ou neve derrete produz-se uma soluo salina que penetra no
concreto. Conforme asoluo vai secando, o cloreto vai ficando na
camada superficial do concreto e, de acordo com aseveridade da
secagem, pode ir se formando sal cristalino sobre a superfcie.
Quando logo aps hchuva tem-se uma soluo salina que ir ingressar na
estrutura. Observa-se ento uma exposio aciclos de molhagem e
secagem e a solues de concentraes diferentes de sal, sendo
predominanteo fenmeno da absoro capilar. Contudo, de acordo com as
condies de umidade, pode haverpenetrao de cloretos a camadas mais
profundas da estrutura pelo processo de difuso inica(KROPP,
1995).
importante ressaltar que outras estruturas que no sofreram a
deposio direta dos saispodem ser contaminadas por estes, pois os
veculos, ao passarem na estrutura onde ocorreu aaplicao de sais de
degelo, carregam em suas rodas a soluo salina, podendo virem a
deposit-laem outro local. Estruturas adjacentes tambm podem ser
contaminadas com respingos da soluosalina quando da passagem de
veculos (KROPP, 1995).
No Brasil, a limpeza de fachadas e pisos cermicos com cido
muritico, composto por cidoclordrico, prtica incentivada pelos
produtores de peas cermicas de revestimento, uma dasprincipais
causas da contaminao do concreto com cloretos em regies distantes
do mar (HELENE,1993).
Outra forma de ingresso de cloretos no concreto quando h
decomposio do PVC(policloreto de vinila), provocando a formao de
cido clordrico gasoso. Esta decomposio tem incioem temperaturas
entre 80 a 90C e a formao deste cido cresce com o aumento da
temperatura,chegando decomposio total em 300C. Quando o gs entra em
contato com superfcies detemperatura inferior ele se condensa e se
a superfcie for de concreto este cido pode combinar-secom os
componentes do concreto formando o CaCl2, que entrando em contato
com gua se dissolve epode penetrar no concreto por absoro capilar
ou difuso (KROPP, 1995).
Portanto, diversas fontes de cloretos podem ser responsveis pela
contaminao de estruturasde concreto armado.
2.5.2 Tipos de cloreto no concreto
Os cloretos presentes no concreto podem ser encontrados fixos
aos produtos de hidratao,seja por adsorso fsica ou por combinao
qumica, ou livres, dissolvidos na soluo dos poros do
-
26
concreto. Os ons que efetivamente contribuem para a corroso, bem
como para o transporte decloretos no concreto, so os ons
livres.
Os cloretos encontrados na forma de cristal slido (ou fixos) no
representam riscos elevadospara as estruturas, pois no podem
penetrar na porosidade do concreto, por terem dimenses muitomaiores
que a dos poros. Os mesmos podem depositar-se por impactao na
superfcie do concreto ea permanecerem at que a gua os dissolvam,
tornando-o livre, podendo ento ocorrer o transportepara o interior
da estrutura (HELENE, 1993).
De acordo com ALONSO e ANDRADE, citados por ISAIA (1995), os
maiores responsveis pelafixao dos cloretos so as fases aluminato do
material cimentante, em particular o aluminato de clciohidratado,
embora para formao do sal de Friedel (ou monocloroaluminato de
clcio hidratado) at0,4% do teor total possa tambm se combinar com o
C3A da fase no hidratada do cimento(SCHIESSL citado por ISAIA,
1995). Para HELENE (1993), a gerao do Sal de Friedel,
compostoformado da combinao qumica de ons cloreto com o aluminato
triclcico (C3A), e a adsoro dosmesmos ao C-S-H retardam a difuso
destes no concreto, alm de reduzir a quantidade de cloretoslivres,
contribuindo para a manuteno da passivao do ao. RASHEEDUZZAFAR
(1992) encontrouuma reduo da quantidade de cloretos livres de 41%
para 12% quando o teor de C3A do cimentoaumentou de 2% para 12%.
Por outro lado, deve-se entretanto chamar ateno para o fato de
queteores elevados de C3A tornam o concreto mais vulnervel ao
ataque por sulfatos.
No se pode afirmar que o nico parmetro a influenciar na
capacidade de reteno decloretos seja o contedo de C3A, pois outros
produtos de hidratao parecem ser capazes de fixar umdeterminado
valor de cloretos. Segundo TUUTI (1982), a soma das fases C3A +
C4AF a que melhorse correlaciona com a capacidade de fixao de
cloretos. Tambm os silicatos de clcio so capazesde fixar ons
cloreto. O mecanismo neste caso diferente do que acontece com o
C3A, ocorrendo poradsorso fsica atravs de foras da superfcie
(NEVILLE, 1997).
Cabe ressaltar, quanto ao possvel uso de cimento com elevado
teor de C3A, a grandequantidade inicial de calor de hidratao
desprendido e conseqente elevao da temperatura, destetipo de
mistura, o que pode ser prejudicial em obras com grandes massa de
concreto, como o casode muitas estruturas expostas ao mar (NEVILLE,
1997).
Outro ponto importante que deve ser levado em considerao o tipo
de ction queacompanha o on cloreto. De acordo com PREZZI et al.
(1996), a quantidade de cloretos livres maiorquando proveniente da
dissociao do NaCl do que do CaCl2.
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As pozolanas, em particular as cinzas volantes e as escrias de
alto forno, so adies queapresentam boa capacidade de fixao de
cloretos, por apresentarem teores elevados de alumina emsua
composio (ISAIA, 1995). Em geral, as adies minerais que possuem
teores de aluminatos emsua composio, quando substituem parte do
cimento, promovem alteraes na estrutura de poros, nacomposio da
soluo aquosa e na capacidade de fixao dos ons cloreto, reduzindo o
teor decloreto livre. Resultados experimentais tm comprovado a
reduo na penetrao de cloretos, emconcretos contendo cinza volante
(HAQUE e KAYYALI, 1995), cinza de casca de arroz (FERREIRA,1999),
slica ativa (HOFFMANN, 2001) e escria granulada de alto forno
(OLLIVIER, 1998).
Entretanto, alguns pesquisadores (PAGE et al., 1991a; PAGE et
al., 1991b; HAQUE eKAYYALI, 1995; RASHEEDUZZAFAR, 1992, dentre
outros) constataram que h uma capacidademxima de fixao de cloretos
pelos com