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LÉO SÉRGIO NASCIMENTO SILVA
AVALIAÇÃO DE CONCRETOS ESTRUTURAIS PRODUZIDOS SEGUNDO AS
PRESCRIÇÕES DA NBR 6118, QUANDO SUBMETIDOS A ENSAIO DE PENETRAÇÃO
DE CLORETOS
Monografia submetida à Coordenação do Curso de
Engenharia Civil da Universidade Federal do Ceará,
como requisito parcial para obtenção do grau de
Engenheiro Civil.
Orientador(a): Prof. Dr. Antônio Eduardo Bezerra
Cabral
FORTALEZA
2010
ii
iii
LÉO SÉRGIO NASCIMENTO SILVA
AVALIAÇÃO DE CONCRETOS ESTRUTURAIS PRODUZIDOS SEGUNDO AS
PRESCRIÇÕES DA NBR 6118, QUANDO SUBMETIDOS A ENSAIO DE PENETRAÇÃO
DE CLORETOS
Monografia submetida à Coordenação do Curso de Engenharia Civil, da Universidade Federal
do Ceará, como requisito parcial para a obtenção do grau de Engenheiro Civil
Aprovada em 03/12/2010
BANCA EXAMINADORA
_________________________________________________________
Prof. D.Sc. Antônio Eduardo Bezerra Cabral (Orientador)
Universidade Federal do Ceará – UFC
_________________________________________________________
Prof. M.Sc. Aldo de Almeida Oliveira
Universidade Federal do Ceará – UFC
_________________________________________________________
Prof. D.Sc. Teresa Denyse Pereira de Araújo
Universidade Federal do Ceará – UFC
iv
Dedico este trabalho à minha família,
José Ademir, Lucilene, Laio e Vitória.
v
AGRADECIMENTOS
A Deus, por estar sempre presente na minha vida e por me dar força para
continuar minha jornada em busca da realização de meus almejos.
Aos meus pais, José Ademir e Lucilene, pelas lições de humildade e coragem
ensinadas, pelo exemplo de vida dado, por sempre me apoiarem em minhas decisões, pelo
bem estar que me proporcionam e por todo o amor concedido.
Ao professor Antônio Eduardo Bezerra Cabral, pela orientação e dedicação na
realização deste trabalho e, em especial, pelas sugestões e alternativas encontradas para o
aprimoramento e finalização do mesmo.
Aos professores Aldo de Almeida Oliveira e Teresa Denyse por aceitarem compor
a banca examinadora desta monografia.
A todos os professores do Centro de Tecnologia da Universidade Federal do
Ceará que contribuíram para minha formação como engenheiro civil.
Ao Técnico em Edificações e graduando em Engenharia Civil, Geovanne Viana,
pela ajuda no procedimento experimental desta pesquisa.
À bolsista Monyke Medeiros, cuja ajuda na execução do procedimento
experimental foi fundamental para a realização deste trabalho.
Aos meus irmãos, Laio Maykon e Ana Vitória, pelo respeito, admiração e
verdadeira amizade.
A todos os meus amigos da graduação, em especial, Luis Fernando Néris,
Edvaldo, Luis Antônio, Pedro Ygor, Yuri Aragão, Graciano e Jhonatas, por estarem presentes
nos momentos de angústia e descontração durante os anos da graduação.
À Suelen, pela paciência, compreensão, companheirismo e amor.
E a todos aqueles que, direta ou indiretamente, contribuíram na elaboração desta
monografia.
vi
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS..........................................................................................................VIII
LISTA DE TABELAS............................................................................................................X
1.
2.
INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 1
1.1
Formulação do Tema e Justificativa ........................................................................ 1
1.2
Objetivos ..................................................................................................................... 3
1.2.1
Objetivo geral ....................................................................................................... 3
1.2.2
Objetivos específicos ............................................................................................ 3
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................................... 4
2.1
2.1.1
Relação água/cimento ........................................................................................... 6
2.1.2
Cobrimento ........................................................................................................... 7
2.1.3
Tipo de cimento .................................................................................................... 7
2.1.4
Consumo de cimento ............................................................................................ 9
2.2
Corrosão de Armaduras ............................................................................................ 9
2.2.1
Passivação da Armadura no Concreto ................................................................ 10
2.2.2
Formas e Mecanismo da Corrosão da Armadura ............................................... 12
2.2.3
Carbonatação ...................................................................................................... 15
2.3
3.
Vida Útil e Durabilidade do Concreto ..................................................................... 4
Corrosão pelos Íons Cloreto .................................................................................... 18
2.3.1
Cloretos no Concreto .......................................................................................... 18
2.3.2
Formação e Transporte do Aerosol Marinho ...................................................... 20
2.3.3
Ação dos Cloretos (Cl-) ...................................................................................... 21
2.3.4
Valor limite de cloretos para despassivar ........................................................... 23
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ........................................................................ 27
3.1
Caracterização dos Materiais ................................................................................. 27
3.1.1
Cimento .............................................................................................................. 27
3.1.2
Agregados miúdo e graúdo ................................................................................. 28
3.1.3
Água de amassamento ........................................................................................ 30
3.1.4
Adesivo Epóxi .................................................................................................... 31
3.2
Corpos-de-prova ...................................................................................................... 31
3.3
Ensaio de Penetração de Cloretos .......................................................................... 34
3.4
Procedimento da Amostragem................................................................................ 36
vii
3.5
4.
5.
Determinação da Concentração de Cloretos ......................................................... 38
APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ......................................... 43
4.1
Concreto Classe C25 ................................................................................................ 43
4.2
Concreto Classe C30 ................................................................................................ 44
4.3
Concreto Classe C40 ................................................................................................ 46
4.4
Comparação entre os concretos .............................................................................. 48
CONCLUSÕES ............................................................................................................... 52
5.1
Considerações finais ................................................................................................ 52
5.2
Sugestões para trabalhos futuros ........................................................................... 53
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................................54
viii
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1: Modelo de vida útil (TUUTTI, 1980) ...................................................................... 5
Figura 2.2: Diagrama de Pourbaix simplificado para o sistema ferro-água a 25°C ................. 10
Figura 2.3: Tipos de corrosão que acometem o aço imerso em concreto (SOUZA & RIPPER,
1998) ......................................................................................................................................... 12
Figura 2.4: Pilha eletroquímica de corrosão no concreto armado (ANDRADE, 1992) ........... 14
Figura 2.5: Processo de carbonatação (BAKKER, 1988, citado por CASCUDO, 1997) ........ 16
Figura 2.6: Grau de carbonatação em função da umidade relativa do ambiente
(ROSENBERG, 1989, citado por CASCUDO, 1997).............................................................. 17
Figura 2.7: Esquema de corrosão por pite induzida por cloretos (CASCUDO, 1991, citado por
FORTES, 1995) ........................................................................................................................ 22
Figura 2.8: Esquema de variação do conteúdo crítico de cloretos em função da qualidade do
concreto e da umidade relativa do ambiente (CEB, 1992 citado por Cabral, 2000) ................ 26
Figura 3.1: Curva granulométrica do agregado miúdo ............................................................. 29
Figura 3.2: Curva granulométrica do agregado graúdo ............................................................ 30
Figura 3.3: Forma dos corpos-de-prova ................................................................................... 31
Figura 3.4: a) Corpos-de-prova para ensaio de penetração de cloretos; b) Perspectiva com
dimensões do corpo-de-prova................................................................................................... 33
Figura 3.5: Adesivo estrutural à base de resina epóxi bi-componente ..................................... 33
Figura 3.6: Semi-ciclo de umedecimento dos corpos-de-prova em solução salina com 3,5% de
NaCl. ......................................................................................................................................... 34
Figura 3.7: Secagem dos corpos-de-prova em estufa a 50 °C .................................................. 35
Figura 3.8: Esquema das etapas do ensaio acelerado de penetração de cloretos. (Fonte:
Elaborado pelo autor) ............................................................................................................... 36
Figura 3.9: Equipamento utilizado para extração das amostras em forma de pó: a) Furadeira
de coluna com broca de 18mm; b) Extração de amostra em forma de pó. ............................... 37
Figura 3.10: Amostras coletadas após um dos ciclos de umedecimento e secagem ................ 38
Figura 3.11: Pesagem de amostra extraída de um corpo-de-prova........................................... 41
Figura 3.12: Agitação após adição de água quente .................................................................. 41
Figura 3.13: Filtração da amostra para extração de cloretos solúveis ...................................... 41
Figura 3.14: Acidificação com ácido nítrico ............................................................................ 42
Figura 3.15: Preparação da solução para determinação do SLOPE ......................................... 42
ix
Figura 3.16: Leitura dos potenciais desenvolvidos (Ei) após cada adição de 1 cm3 da solução
padrão 100 ppm de Cl- ............................................................................................................. 42
Figura 4.1: Perfil de penetração de cloretos livres para o concreto C25 .................................. 43
Figura 4.2: Perfil de penetração de cloretos livres para o concreto C30 .................................. 45
Figura 4.3: Perfil de penetração de cloretos livres para o concreto C40 .................................. 47
Figura 4.4: Porcentagem de cloretos, em relação à massa de cimento, na profundidade de 1,0
cm dos corpos-de-prova............................................................................................................ 49
Figura 4.5: Relação entre a concentração de cloretos e o número do ciclo de umedecimento e
secagem para o concreto C25, na profundidade de 3,0 cm ...................................................... 50
x
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1: Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal.
Fonte: NBR 6118 (ABNT, 2003) ............................................................................................... 7
Tabela 2.2 – Valores críticos de cloretos sugeridos por diversos autores (ALONSO et al.,
1997; GLASS & BUENFELD, 1997; citados por CABRAL, 2000). ...................................... 24
Tabela 2.3: Conteúdo de cloretos limite proposto por diversas normas (% em relação à massa
de cimento) (FELIU & ANDRADE, 1988, citados por CASCUDO, 1997) ............................ 25
Tabela 3.1: Composição do cimento CP II Z-32 RS ................................................................ 27
Tabela 3.2: Características físicas e mecânicas ........................................................................ 27
Tabela 3.3: Características químicas ........................................................................................ 28
Tabela 3.4: Análise granulométrica do agregado miúdo .......................................................... 28
Tabela 3.5: Propriedades físicas do agregado miúdo ............................................................... 29
Tabela 3.6: Distribuição granulométrica do agregado graúdo ................................................. 29
Tabela 3.7: Propriedades físicas do agregado graúdo .............................................................. 30
Tabela 3.8: Parâmetros de dosagem dos concretos utilizados no ensaio.................................. 32
Tabela 3.9: Resultados do ensaio de compressão axial ............................................................ 32
Tabela 3.10: Relação entre classe de agressividade do ambiente, qualidade do concreto e
cobrimento nominal, para concreto armado. Fonte: NBR 6118 (2003) ................................... 38
Tabela 4.1: Concentração de cloretos, em relação à massa de cimento, ao longo da
profundidade do cobrimento, por ciclo, para o concreto C25 .................................................. 43
Tabela 4.2: Concentração de cloretos, em relação à massa de cimento, ao longo da
profundidade do cobrimento, por ciclo, para o concreto C30 .................................................. 45
Tabela 4.3: Concentração de cloretos, em relação à massa de cimento, ao longo da
profundidade do cobrimento, por ciclo, para o concreto C40 .................................................. 47
Tabela 4.4: Concentração de cloretos, em relação à massa de cimento, na profundidade de 1,0
cm dos corpos-de-prova............................................................................................................ 48
Tabela 4.5: concentração de cloretos, em relação à massa de cimento, na profundidade de 3,0
cm dos corpos-de-prova............................................................................................................ 49
xi
RESUMO
A corrosão induzida por cloretos trata-se de um dos principais mecanismos de
deterioração que afeta as estruturas de concreto armado. O bom desempenho do concreto
armado frente à atuação dos diversos agentes agressivos existentes depende de sua porosidade
e permeabilidade. Mehta (2008), citado por Souza e Ripper (1998), afirma que os maiores
esforços para a obtenção de um concreto durável devem ser dirigidos para a produção de um
concreto com baixos índices de porosidade e permeabilidade. A última versão da NBR 6118
adota vários critérios de durabilidade a serem seguidos na execução de estruturas de concreto
armado. Este trabalho busca avaliar o desempenho de concretos estruturais, com diferentes
relações a/c, produzidos segundo as recomendações da NBR 6118 (2003), frente à penetração
acelerada de cloretos. Esta penetração é proporcionada pelo contato dos corpos-de-prova com
solução salina. Após o período de penetração de cloretos são retiradas amostras dos corposde-prova para a determinação da frente de cloretos. Verifica-se que os concretos produzidos
com menor relação a/c e com maior consumo de cimento apresentam maior resistência ao
ingresso do agente agressivo. A realização do experimento de penetração acelerada de
cloretos possibilita a análise do comportamento da penetração destes agentes agressivos no
concreto de cobrimento da armadura. Os resultados apontam que há redução da penetração de
cloretos da ordem de 27% no concreto de 30 MPa em relação ao de 25 MPa, 34% no concreto
de 40 MPa em relação ao de 25 MPa e de 15% no concreto de 40 MPa em relação ao de 30
MPa. Mesmo caracterizando-se como um ensaio que não retrata de maneira fiel as condições
ambientais do meio no qual a estrutura de concreto está inserida, o ensaio de penetração
acelerada de cloretos fornece resultados que possibilitam avaliar qualitativamente o concreto
produzido e que podem, futuramente, ser comparados a resultados obtidos com a realização
de ensaios naturais de penetração de cloretos.
Palavras-chaves: cloretos, durabilidade do concreto, corrosão de armaduras.
1
1. INTRODUÇÃO
1.1
Formulação do Tema e Justificativa
O concreto armado é um dos mais importantes materiais estruturais usados na
construção civil. No entanto, como em toda estrutura que faz uso de componentes metálicos, é
atingindo pela corrosão, a qual, segundo Gentil (1982), pode ser entendida como a
deterioração de um material, por ação química ou eletroquímica do meio ambiente, aliada ou
não a esforços mecânicos.
As estruturas de concreto armado, quando acometidas pelo fenômeno da corrosão
das armaduras, têm sua vida útil diminuída, já que este se trata de um mecanismo de
deterioração que afeta de maneira relevante a durabilidade, ocasionando conseqüências
negativas para a estabilidade, funcionalidade e estética das construções. Os efeitos danosos
causados pela corrosão das armaduras do concreto iniciam-se com a expansão das barras de
aço, acarretando, dessa maneira, fissuração e destacamento do cobrimento, com conseqüente
perda de aderência e redução da seção da armadura (PONTES, 2006).
O concreto proporciona proteção e passivação à armadura nele contida, onde o
cobrimento atua como uma barreira física ao ingresso de agentes externos. Também confere
uma proteção química pelo pH elevado da solução aquosa presente na sua massa porosa
(FORTES, 1995). Esse tipo de proteção se dá enquanto o concreto preservar sua boa
qualidade, não fissurar e não tiver suas características físico-químicas ou mecânicas alteradas
devido à ação de agentes agressivos externos (CABRAL, 2000).
Para que haja o início da corrosão, portanto, é determinante a despassivação da
armadura, o que ocorre frente à pelo menos uma das condições básicas seguintes: presença de
quantidade suficiente de cloretos ou diminuição da alcalinidade do concreto, a qual é causada
principalmente pelas reações de carbonatação do concreto (ISAIA, 2005). A ocorrência desses
fenômenos é freqüente em ambientes com concentração elevada de poluentes industriais ou
alta incidência de névoa salina, no cobrimento da armadura (FORTES, 1995). Segundo Mehta
e Monteiro (2008), uma vez destruída a passividade das armaduras, é a resistividade elétrica e
a disponibilidade de oxigênio que controlam a taxa de corrosão.
Devido ao elevado número de estruturas afetadas, a corrosão das armaduras, em
vista dos infortúnios que causa, tem sido um grande problema enfrentado pela construção
2
civil. Muitos são os casos de relatos de reparo ou perda parcial de utilização de uma estrutura,
aumentando, muito e prematuramente, o custo de manutenção de uma obra (PONTES, 2006).
Mehta e Monteiro (2008) descrevem que, entre 1962 e 1964, foram investigadas
716 estruturas de concreto com 20 a 50 anos de idade, ao longo da costa da Noruega,
constatando-se que 20% das vigas dos tabuleiros apresentavam, prematuramente, problemas
de corrosão de armadura.
Segundo pesquisa realizada por Dal Molin (1988), citado por Cabral (2000), em
levantamento de manifestações patológicas no período compreendido entre 1977 e 1986, em
275 edificações correntes, dentre as quais se enquadraram casas, edifícios, prédios escolares e
pavilhões industriais, desconsiderando-se obras de grande porte como pontes e barragens,
verificou-se que a corrosão de armaduras foi responsável por 11,89% das fissuras presentes
nas edificações estudadas. Entretanto a corrosão de armaduras correspondeu a 40% das
manifestações patológicas, quando analisada segundo a gravidade e implicações na segurança
estrutural.
“As estruturas de concreto devem ser projetadas e construídas de modo que, sob
as condições ambientais previstas na época do projeto e quando utilizadas conforme
preconizado em projeto conservem sua segurança, estabilidade e aptidão em serviço durante o
período correspondente à sua vida útil” (ABNT, 2003). Isto significa que um concreto deverá
ser compacto, com fissuração controlada, sendo a espessura física e a composição da camada
de cobrimento das armaduras dimensionadas em função do estado de tensão da peça e da
agressividade do meio (SOUZA & RIPPER, 1998). De igual modo, são muito importantes os
aspectos da produção do concreto, a saber: mistura, transporte, lançamento, adensamento e
cura, os quais completam os requisitos para uma estrutura durável quanto à corrosão.
Diante da importância de reduzir custos futuros, é imprescindível promover a
produção de um concreto armado de qualidade, objetivando-se aumentar a vida útil da
estrutura e, conseqüentemente, evitar gastos vultosos com sua recuperação (FORTES, 1995).
Para tal, existe a necessidade de caracterização do nível de agressividade da região onde as
construções serão implantadas. O Brasil possui uma extensa costa marítima, com grandes
cidades portuárias, podendo-se presumir que a corrosão de armadura esteja ligada ao ataque
de íons cloreto. O estudo da durabilidade do concreto armado deve contribuir para a escolha
do melhor material a ser empregado, assim como uma execução mais apropriada, em função
3
do tipo e grau de agressividade, para presumir, com mais domínio o tempo de vida útil da
estrutura (PONTES, 2006).
Diante do exposto e visando contribuir para o avanço do conhecimento sobre
durabilidade de estruturas de concreto armado o presente estudo propõe-se a realizar uma
avaliação do perfil de penetração de cloretos em função da profundidade, em corpos-de-prova
de concreto, submetidos a ensaio de penetração desses agentes agressivos através de ciclos de
umedecimento com solução salina e secagem em estufa.
1.2
1.2.1
Objetivos
Objetivo geral
Como objetivo geral o estudo se propõe a estudar a durabilidade de concretos
estruturais frente à ação de íons cloreto.
1.2.2
Objetivos específicos
Como objetivos específicos a pesquisa apresenta:
• Avaliar o teor de cloretos nas profundidades de 1,0; 2,0; 2,5 e 3,0 cm para o
concreto de classe C25;
• Avaliar o teor de cloretos nas profundidades de 1,0; 2,0; 3,0; 3,5 e 4,0 cm para
o concreto de classe C30;
• Avaliar o teor de cloretos nas profundidades de 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 4,5 e 5,0 cm
para o concreto de classe C40.
4
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1
Vida Útil e Durabilidade do Concreto
De acordo com Souza e Ripper (1998), “conhecidas, ou estimadas, as
características de deterioração do material concreto e dos sistemas estruturais, entende-se
como durabilidade o parâmetro que relaciona a aplicação destas características a uma
determinada construção, individualizando-a pela avaliação da resposta que dará aos efeitos da
agressividade ambiental, e definindo, então, a vida útil da mesma”.
A NBR 6118 (ABNT, 2003) define durabilidade como a capacidade da estrutura
de resistir às influencias previstas e definidas em conjunto pelo autor do projeto estrutural e o
contratante, no início dos trabalhos de elaboração do projeto.
Pode-se definir vida útil de uma estrutura de concreto como sendo o período de
tempo no qual a mesma é capaz de desempenhar as funções para as quais foi projetada, isto é,
conserve sua segurança e sua estabilidade, além de apresentar aptidão em serviço e aparência
aceitável, sem exigir medidas extras de manutenção e reparo (HELENE, 1993).
De acordo com Neville (1997), é essencial que as estruturas de concreto
desempenhem as funções que lhe foram atribuídas, que mantenham a resistência e a utilidade
que delas se espera, durante um período de vida previsto ou, pelo menos, razoável. Dessa
forma, o concreto deve suportar o processo de deterioração ao qual venha ser submetido.
Nessas condições, o concreto é considerado durável.
Para que se obtenha uma boa qualidade do concreto deve-se assegurar uma
adequada execução dos procedimentos de mistura, transporte, lançamento, adensamento,
desmoldagem e cura. Embora se admita que um concreto de resistência mais alta seja
potencialmente mais durável do que um concreto de resistência mais baixa, desde que ambos
sejam produzidos com os mesmos materiais e sob certas circunstâncias, a resistência à
compressão não é, por si só, uma medida suficiente de durabilidade. A durabilidade de uma
estrutura de concreto está fortemente relacionada à qualidade de suas camadas superficiais.
Nessas camadas, a moldagem, o adensamento, a desmoldagem e a cura têm efeito muito
importante nas propriedades de difusividade, permeabilidade e absorção capilar de água e
gases. No entanto, ressalta-se que é sempre conveniente fazer referência à resistência à
5
compressão do concreto por esta constituir a propriedade mais consagrada nos projetos
estruturais e ser de fácil controle (HELENE, 1993).
Segundo Helene (1993), a durabilidade das estruturas de concreto requer
cooperação e esforços coordenados de pelo menos seis responsáveis:
• O proprietário, definindo suas expectativas imediatas e de longo prazo de uso
da estrutura;
• O arquiteto, definindo detalhes e especificando materiais;
• O projetista de estruturas, definindo geometrias, detalhes e especificando
materiais e manutenção preventiva;
• O responsável pela tecnologia do concreto, definindo características dos
materiais, traços, metodologia de execução;
• O construtor, definindo metodologias complementares da construção e
respeitando o projeto e as especificações definidas;
• O proprietário / usuário, obedecendo às condições de uso, de operação e de
manutenção preventiva especificadas.
Um modelo simplificado foi proposto por Tuutti (1980) no qual a vida útil de uma
estrutura de concreto armado, sob o ponto de vista da corrosão de armaduras, é dividida em
duas fases bem distintas: o período de iniciação da corrosão e o período de propagação, como
pode ser observado na Figura 2.1.
Figura 2.1: Modelo de vida útil (TUUTTI, 1980)
6
Neste modelo, o período de iniciação é definido como o tempo em que os agentes
agressivos levam para atravessar o cobrimento, atingir a armadura e provocar a sua
despassivação. O período de propagação é definido como o tempo em que a deterioração
evolui até chegar a uma condição inaceitável.
Durante a fase de iniciação, os danos apresentados pela estrutura são geralmente
imperceptíveis. Na segunda fase, ocorre a formação de óxidos devido à corrosão das
armaduras e a conseqüente redução da seção das armaduras e, em função do grau de corrosão,
pode ocorrer o aparecimento de fissuras, o que acelera ainda mais o processo de deterioração.
Helene (1993), baseando-se no modelo proposto por Tuutti (1980), propôs a
conceituação e definição objetiva de vida útil de acordo com três situações: vida útil de
projeto, que corresponde ao tempo que vai até a despassivação da armadura; vida útil de
serviço ou de utilização, que corresponde ao tempo que vai até o momento em que aparecem
as manchas na superfície, ou ocorre fissuração ou lascamento do concreto; e ainda a vida útil
total, que corresponde ao período de tempo que vai até a ruptura e colapso parcial ou total da
estrutura.
2.1.1
Relação água/cimento
Em se tratando de durabilidade das estruturas de concreto, e para além das
questões ligadas à resistência mecânica propriamente dita, a palavra chave relacionada ao
material concreto é água. Logo, é a quantidade de água no concreto e a sua relação com a
quantidade de aglomerante o elemento básico que rege características como densidade,
compacidade, porosidade, permeabilidade, capilaridade e fissuração, além de sua resistência
mecânica, que em resumo, são os indicadores de qualidade do material, passo primeiro para a
classificação de uma estrutura como durável ou não (SOUZA e RIPPER, 1998).
Segundo Cascudo (1997), a relação água/cimento é um dos parâmetros mais
importantes em todo o contexto da corrosão, pelo fato de que ela determina a qualidade do
concreto, o qual oferece maior proteção contra a corrosão de armaduras à medida que ele for
de mais alta qualidade.
Uma baixa relação água/cimento retarda a difusão de cloretos, dióxido de carbono
e oxigênio, além de dificultar a entrada de umidade e agentes agressivos para o interior do
concreto. A redução da relação a/c caracteriza-se como uma medida que visa aumentar a
7
proteção e a durabilidade da estrutura, visto que essa decisão acarreta uma redução no volume
de poros e na permeabilidade, fatores intimamente ligados ao processo de corrosão.
2.1.2
Cobrimento
O concreto de cobrimento sobre a armadura oferece proteção física. Além de agir
como uma barreira contra a atuação de agentes agressivos, oxigênio e umidade, o cobrimento
garante o meio alcalino, proporcionando proteção química à armadura. O cobrimento
caracteriza-se como um elemento de grande importância, uma vez que especificações de
projeto inadequadas, frente à agressividade ambiental, assim como desuniformidades de sua
espessura ao longo de peças estruturais, podem facilitar o início ou acelerar processos de
corrosão já existentes (CASCUDO, 1997).
Andrade (1992) afirma que o concreto deve ser bem compactado, assegurando um
bom cobrimento e uma homogênea distribuição dos agregados. Uma cura contínua e
demorada são fatores relevantes, com grande importância para uma satisfatória capacidade
final do concreto resultante. Cura deficiente resulta em um concreto mais poroso e mais
vulnerável aos agentes agressivos.
A NBR 6118 (ABNT, 2003) estipula a espessura do cobrimento da armadura em
função do ambiente e da qualidade do concreto (relação a/c). A Tabela 2.1 apresenta os
valores propostos pela referida norma para cobrimento de estruturas de concreto armado.
Tabela 2.1: Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal. Fonte: NBR 6118
(ABNT, 2003)
Classe de agressividade ambiental
Tipo de
estrutura
Elemento
I
II
III
IV
Cobrimento nominal (mm)
Concreto
armado
2.1.3
Laje
20
25
35
45
Viga / Pilar
25
30
40
50
Tipo de cimento
Segundo Souza e Ripper (1998), a análise da durabilidade como função da
resistência mecânica, da estabilidade dimensional e da resistência química do concreto,
implica perfeito conhecimento destas suas características, as quais são diretamente
dependentes das características de seu principal componente, o cimento. A estabilidade
8
dimensional do concreto, ou seja, os fenômenos de expansão, retração e fissuração, e a
resistência química do concreto, isto é, sua capacidade de resistir aos diversos agentes
químicos, como água do mar, salinidade do ar e poluição atmosférica, estão intimamente
ligados às características físicas e químicas do cimento, tais como finura, expansibilidade,
composição potencial, presença de cal livre, de óxido de magnésio, dentre outros, e não à sua
resistência mecânica.
Muitos cimentos foram desenvolvidos para proporcionar boa durabilidade ao
concreto sob várias condições. No entanto, não foi possível encontrar na composição do
cimento uma resposta completa ao problema da durabilidade do concreto: as principais
propriedades do concreto endurecido também são influenciadas por outros fatores além da
composição do cimento (NEVILLE, 1997).
Souza e Ripper (1998) afirmam que a escolha do tipo de cimento mais adequado a
uma determinada obra ou serviço a executar requer o bom conhecimento das características
dos diversos tipos disponíveis no mercado, uma vez que, o cimento a ser utilizado deve ser
resistente ao agente agressor ao qual a estrutura de concreto estará exposta, de forma a
diminuir os riscos de que a mesma venha a se deteriorar precocemente.
Por exemplo, em se tratando de ambientes onde o principal agente agressor sejam
os sulfatos, casos em que o componente do cimento mais vulnerável a ataque é o aluminato
tricálcico (C3A), deve-se empregar cimentos que apresentem baixo teor deste componente,
como o cimento Portland de alto forno com teor de escória a 60%. Quando o problema incorre
na agressividade ao concreto por ação de sílica reativa, provindas de agregados deletérios,
deve-se empregar um cimento pozolânico com teor de pozolana entre 15% e 50%.
Em geral, concretos com adições de escória de alto-forno ou com adições de
materiais pozolânicos tais como cinza volante ou sílica ativa, apresentam estruturas de pasta
mais compactas e, portanto, os desempenhos desses concretos quanto à penetração de
líquidos, gases e íons são consideravelmente melhores se comparados aos concretos de
cimento Portland comum. Isto significa importantes benefícios quanto à ação deletéria dos
cloretos (CASCUDO, 1997).
Por outro lado, conforme Souza e Ripper (1998), é necessário considerar aspectos
da contra-indicação de alguns tipos de cimentos, diante da atuação de determinados agentes
agressores, como, por exemplo, no caso do cimento Portland de alta resistência inicial (CP V
9
– ARI) em obras de grande volume de concreto, onde são grandes as possibilidades de
ocorrência de retrações significativas ou de hipersensibilidade à ação de gradientes térmicos,
ou ainda, no caso dos cimentos de alto forno, quando a concretagem ocorrer sob baixas
temperaturas, ou em ambientes muito secos, ou mesmo quando for importante, sob o ponto de
vista estético, manter-se uma mesma tonalidade do concreto.
2.1.4
Consumo de cimento
Os produtos de hidratação do cimento oferecem proteção química às armaduras do
concreto por causa da produção de uma grande quantidade de hidróxido de cálcio, de sódio e
de potássio, os quais, ao se dissolverem na fase aquosa do concreto, proporcionam um meio
altamente alcalino.
A NBR 12655 (ABNT, 2006) estabelece que para a dosagem empírica do
concreto da classe C10, o consumo mínimo de cimento deve ser de 300 kg por metro cúbico.
2.2
Corrosão de Armaduras
A corrosão de armaduras do concreto é a causa mais comum de falhas nas
estruturas de concreto armado. Espera-se que a armadura adequadamente protegida por uma
camada suficientemente espessa de concreto de baixa permeabilidade não sofra o processo de
corrosão.
No contexto da engenharia civil, a corrosão da armadura se aplica na deterioração
do aço imerso no concreto, provocando, com o tempo, perda de aderência entre os dois
materiais e redução da seção transversal das barras de aço, podendo levar a estrutura ao
colapso (CABRAL, 2000).
Essa deterioração é caracterizada pela destruição da película passivante existente
ao redor de toda a superfície exterior das barras. Esta película é resultado do impedimento da
dissolução do ferro pela elevada alcalinidade da solução aquosa que existe no concreto. Para
se entender o fenômeno, deve-se ter em mente que a solução aquosa resulta da parcela do
excesso da água de amassamento do concreto que não é absorvida pela superfície dos furos e
normalmente vai preencher os veios capilares do concreto. Os principais agentes responsáveis
pela perda da camada passivante são: o dióxido de carbono (CO2) e os íons cloreto (SOUZA e
RIPPER, 1998).
10
2.2.1
Passivação da Armadura no Concreto
O concreto representa um meio altamente alcalino, com pH em geral variando de
12,5 a 13,5. Mesmo considerando o emprego de cimento contendo adições minerais, o pH é
pouco afetado por estes materiais. Sellevolde e Nielsen (1987), citados por Helene (1993)
destacam que, com adições em teores de até 30% para cinza volante e sílica ativa e de até
70% para a escória de alto-forno, sendo esses teores referentes à massa total do aglomerante
(cimento e adições), o pH constatado nunca resultou inferior a 11,7.
De acordo com Cascudo (1997), esta alcalinidade provém da fase líquida
constituinte dos poros do concreto, a qual, nas primeiras idades, basicamente é uma solução
saturada de hidróxido de cálcio – Ca(OH)2, sendo esta oriunda das reações de hidratação do
cimento. Em idades avançadas o concreto continua propiciando um meio alcalino, sendo que
sua fase líquida, neste caso, é uma solução composta principalmente por hidróxido de sódio
(NaOH) e hidróxido de potássio originário dos álcalis do cimento.
Pourbaix (1963), citado por Gentil (1982) avaliou as reações termodinamicamente
possíveis em função do potencial de eletrodo (em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio) e
do pH em diversos sistemas metal-solução, dentre eles, o sistema ferro-água que pode ser
utilizado para o caso das armaduras no concreto, demonstrado na Figura 2.2.
Figura 2.2: Diagrama de Pourbaix simplificado para o sistema ferro-água a 25°C
Segundo Gentil (1982), citado por Santos (2006), por meio desse diagrama é
possível prever as condições sob as quais pode-se ter corrosão, imunidade ou passivação. A
11
região de imunidade corresponde à zona onde a corrosão é termodinamicamente desfavorável,
isto é, o metal é estável e, dessa forma, será imune à corrosão. Na região de passivação, são
estáveis os óxidos ou hidróxidos do metal. Na região de corrosão têm-se as combinações de
pH e potencial que indicam que os íons de metal ou íons complexos são as fases estáveis. As
linhas tracejadas (a e b) delimitam a zona onde a água é termodinamicamente estável. Abaixo
da linha (a) ocorre redução do hidrogênio, enquanto que acima da linha (b) tem-se a evolução
de oxigênio.
Para a ordem de grandeza do pH no concreto (normalmente entre os limites de
12,5 e 13,5) e para uma faixa usual de potencial de corrosão, da ordem de +100mV a -400mV
em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio, as reações de eletrodo verificadas no ferro são
de passivação (CASCUDO, 1997).
Dessa forma, a armadura presente no interior do concreto, em meio alcalino, está
protegida do fenômeno da corrosão, devido à presença de uma capa ou película protetora de
caráter passivo, que envolve essa armadura: é a chamada proteção química.
O filme passivo é muito aderente ao aço e bastante delgado, normalmente
invisível, cuja espessura varia de 10-3 a 10-1 µm. É composto, segundo Leek & Poole (1990),
citados por Cascudo (1997), por óxido de ferro, o qual é formado rapidamente a partir das
reações de oxidação do ferro e de redução do oxigênio, inicialmente presente na fase líquida
dos poros do concreto apresentando uma variação de composição que vai do Fe3O4
(magnetita) ao γ-Fe2O3 (maghemita).
No estado de passivação a corrosão não é exatamente nula, mas é severamente
limitada pela resistência ôhmica do filme. Rosenberg et al. (1989), citados por Cascudo
(1997), alegam que a taxa de corrosão passiva do aço no concreto é equivalente à dissolução
ou oxidação de cerca de 0,1 µm/ano da superfície do aço, o que é considerada desprezível em
termos de vida útil para as estruturas de concreto. Dessa forma, afirma-se sem receios que
enquanto a armadura estiver passivada, não há corrosão, já que a película impede o acesso de
umidade, oxigênio e agentes agressivos à superfície do aço, bem como dificulta a dissolução
do ferro.
12
2.2.2
Formas e Mecanismo da Corrosão da Armadura
Souza e Ripper (1998) relacionam as formas de ocorrência do fenômeno da
corrosão, por destruição da camada óxida protetora das barras de aço no concreto, como
sendo as seguintes:
• Corrosão por tensão fraturante: caso dos aços submetidos a grandes esforços
mecânicos, como os esforços de protensão, e que, em presença de meio agressivo, podem
sofrer fratura frágil, ocasionando perda da condição necessária para a sua utilização;
• Corrosão pela presença de hidrogênio atômico: corrosão originada pela ação
do hidrogênio atômico na sua difusão pelos vergalhões da armadura, propiciando a sua
fragilização e consequentemente sua fratura;
• Corrosão localizada: os desgastes são localizados, sob a forma de pequenas
cavidades. Este tipo de corrosão é caracterizado pela ação de íons agressivos, em especial os
cloretos, sempre que haja umidade e presença de oxigênio;
• Corrosão generalizada: ocorre devido à redução do pH do concreto para
valores inferiores a 9, pela ação do CO2 existente no ar atmosférico, o qual é transportado
através dos poros e fissuras do concreto agindo sobre o cimento hidratado. É a chamada
carbonatação.
Os tipos de corrosão mencionados acima estão representados na Figura 2.3.
Figura 2.3: Tipos de corrosão que acometem o aço imerso em concreto (SOUZA & RIPPER, 1998)
13
O processo de corrosão das armaduras trata-se de uma manifestação específica da
corrosão eletroquímica em meio aquoso. Daí o mecanismo da corrosão do aço, no concreto,
só se desenvolver em presença de água ou ambiente com umidade relativa elevada (U.R. >
60%), condições necessárias para a formação do eletrólito. Este processo somente ocorre
mediante a existência de três condições básicas: a existência de um eletrólito, a existência de
uma diferença de potencial de eletrodo e a presença de oxigênio (FORTES, 1995).
Por ser um mecanismo de natureza eletroquímica, necessariamente se formarão
pilhas eletroquímicas no interior do concreto, as quais se caracterizam pela existência de uma
área de aço anódica, onde ocorre a reação de oxidação (área em que efetivamente se tem a
perda de massa ou seção), e pela presença de uma área catódica, onde se dá a reação de
redução de oxigênio. Ambas as reações eletroquímicas (reações red-oxi) ocorrem
simultaneamente e há uma relação de dependência entre elas, isto é, uma não ocorre sem a
existência da outra (ISAIA, 2005).
Segundo Fortes (1995), o mecanismo eletroquímico da corrosão da armadura,
desde que esta esteja despassivada, na sua situação mais comum, pode ser resumido como se
segue:
Primeiramente, a película passivadora da armadura é destruída por ação
combinada da umidade, do oxigênio e de outros agentes agressivos, principalmente cloretos,
que penetram no concreto. A concentração destes elementos é variável ao longo da armadura,
dando origem a uma pilha de corrosão, devido à diferença de potencial (ddp) entre trechos
diferentes (ânodo e cátodo).
Na pilha surge uma corrente elétrica que percorre a armadura, no sentido ânodocátodo, fechando-se o circuito no sentido contrário de forma iônica pelo eletrólito, ou seja,
pelo movimento de íons presentes na fase líquida existente nos poros do concreto.
No ânodo há a transformação de Fe em Fe2+ que é transportado através do
eletrólito em direção ao cátodo. Enquanto isso, os elétrons livres, e-, com carga elétrica
negativa, passam pelo aço para o cátodo, onde se combinam com a água e o oxigênio para
formar íons de hidroxila, OH-. Estes íons migram pelo eletrólito em direção ao ânodo e
combinam-se com os íons Fe2+, que estavam sendo atraídos pelo cátodo, formando Fe(OH)2
que é o hidróxido ferroso, o qual apresenta cor marrom e é fracamente solúvel. Por meio de
outra oxidação o hidróxido ferroso é transformado em hidróxido férrico, Fe(OH)3. A Figura
14
2.4 ilustra uma pilha eletroquímica no concreto, destacando o mecanismo de corrosão. As
Equações 2.1 a 2.4 representam, de modo simplificado, as reações que regem o mecanismo
eletroquímico de corrosão.
Figura 2.4: Pilha eletroquímica de corrosão no concreto armado (ANDRADE, 1992)
Reações anódicas:
Fe → Fe2+ + 2e2+
-
(2.1)
Fe + 2 (OH ) → Fe(OH)2
(2.2)
4 Fe(OH)2 + 2 H2O + O2 → 4 Fe(OH)3
(2.3)
Reações catódicas:
4 e- + O2 + 2 H2O → 4 (OH-)
(2.4)
Nota-se que o oxigênio é consumido e a água é regenerada, mas é necessária para
que o processo tenha continuidade. Dessa maneira, não há corrosão em concretos secos
(ausência de eletrólito) e tampouco em concreto totalmente saturado, devido não haver
suficiente acesso de oxigênio. A umidade relativa ótima para a corrosão é entre 70 e 80 por
cento A heterogeneidade na superfície do ferro/aço ou no concreto, na vizinhança das
armaduras, pode justificar a diferença de potencial entre regiões distintas, muito próximas ou
distantes, formando as chamadas micro ou macropilhas, respectivamente (NEVILLE, 1997).
15
2.2.3
Carbonatação
Nas superfícies expostas das estruturas de concreto, a alta alcalinidade, obtida
principalmente graças à presença do Ca(OH)2 liberado das reações de hidratação do cimento,
pode ser reduzida com o tempo. Este processo de redução do pH da solução existente nos
poros do concreto ocorre pela ação do CO2 do ar, além de outros gases ácidos tais como o
dióxido de enxofre (SO2) e o gás sulfídrico (H2S) e é chamado de carbonatação (CASCUDO,
1997).
Segundo Feliu e Andrade (1988), esse processo ocorre sob velocidade lenta,
atenuando-se com o tempo, fato este que pode, de acordo com Helene (1986), ser atribuído
aos próprios produtos da reação de carbonatação (CaCO3), os quais colmatam os poros
superficiais, dificultando o acesso de mais CO2 presente no ar ao interior do concreto.
O processo de carbonatação em concretos com cimento Portland ocorre devido à
reação do dióxido de carbono dissolvido em um filme de água no interior dos poros, com os
hidróxidos presentes no concreto. Esta reação ocorre principalmente com o hidróxido de
cálcio, resultando no carbonato de cálcio, de acordo com reação apresentada na Equação 2.5
(CABRAL, 2000).
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O
(2.5)
Segundo Helene (1993), o pH de precipitação do CaCO3, em temperatura
ambiente, é de 8,3 a 9,0, alterando, dessa forma, as condições de estabilidade da película de
passivação do aço.
Uma característica do processo de carbonatação é a existência de uma “frente” de
avanço do processo, que separa duas zonas com pH muito diferentes: uma com pH menor que
9 (carbonatada) e outra com pH maior que 12 (não carbonatada), ou seja, passivada. Ela é
comumente conhecida por frente de carbonatação e deve sempre ser mensurada com relação à
espessura do concreto de cobrimento da armadura. É importante que essa frente não atinja a
armadura, sob pena de despassivá-la (CASCUDO, 1997). A Figura 2.5 ilustra um esquema do
avanço do processo de carbonatação.
16
Figura 2.5: Processo de carbonatação (BAKKER, 1988, citado por CASCUDO, 1997)
Segundo Tuutti (1980) e Parker (1997), citados por Cabral (2000), os fatores que
influenciam a taxa de carbonatação são a concentração de CO2 no ambiente, a umidade
relativa do ambiente, que está relacionada com a possível absorção de CO2 pelo concreto
devido à saturação dos poros, e a resistência do concreto à penetração do CO2 que é função da
qualidade do concreto e do nível de deterioração do mesmo.
A concentração normal de CO2 na atmosfera é de 0,032%, sendo que nos grandes
centros urbanos, esta pode chegar a valores de 0,1% e excepcionalmente até 1%. Um exemplo
de concreto exposto a concentrações muito altas de CO2 é o de revestimento de túneis para
veículos (NEVILLE, 1997).
A penetração de CO2 depende do volume e da estrutura dos poros, e ainda, do
grau de saturação dos mesmos, pois quando estes estão saturados, a carbonatação é reduzida
devido à diminuição da difusão do CO2, que é quatro ordens de grandeza mais lenta na água
que no ar. Por outro lado, se os poros estiverem secos, não haverá água para dissolver o CO2,
não havendo, portanto, reação com o cimento hidratado. Tem-se, portanto, que a velocidade
máxima de carbonatação ocorre para umidades relativas entre 50 e 70%, como pode ser visto
na Figura 2.6.
17
Figura 2.6: Grau de carbonatação em função da umidade relativa do ambiente (ROSENBERG, 1989, citado por
CASCUDO, 1997)
A evolução do processo de carbonatação no tempo depende de certos parâmetros
de dosagem do concreto, assim como da espessura do cobrimento, da composição química e
mineralógica do cimento e as relações água/cimento e agregado/cimento do concreto, os quais
determinam a qualidade do mesmo. Depende também de certos fatores ambientais onde o
concreto se encontra, tais como concentração de CO2, umidade relativa, e para o concreto
aparente, dos ciclos de sol e chuva (PAPADAKIS, 1992 citado por CABRAL, 2000). Embora
não válida para todos os casos, o avanço da frente de carbonatação em geral pode ser
modelada por uma lei parabólica, de acordo com a Equação 2.6 (ROSENBERG, 1989 citado
por CASCUDO, 1997).
= ∙ √
(2.6)
Onde:
e = espessura ou profundidade carbonatada, geralmente em mm;
k = coeficiente de carbonatação, geralmente em mm/ano0,5;
t = tempo de exposição, geralmente em anos
Feliu e Andrade (1988) afirmam que diante da propagação da carbonatação,
destruída a capa de passivação, o aço é corroído de forma generalizada, tal como se estivesse
exposto à atmosfera sem qualquer proteção, porém com o agravante de que a umidade
18
permanece no interior do concreto e, portanto, em contato com a armadura muito mais tempo
do que se esta estivesse exposta ao ar, já que o concreto absorve umidade muito rapidamente,
mas seca bem mais lentamente.
Conforme Parker (1997), citado por Cabral (2000), a carbonatação pode ser
evitada se o dióxido de carbono for impedido de entrar no concreto ou se sua taxa de entrada
for limitada, o que pode ser conseguido por meio da produção de um concreto de boa
qualidade, bem compactado, que atue como uma boa barreira contra o CO2. O efeito de
barreira pode ser aumentado mais ainda com o uso de pinturas de baixa permeabilidade ao
gás. Outros meios de limitar a carbonatação seriam a saturação ou a secagem do concreto.
2.3
2.3.1
Corrosão pelos Íons Cloreto
Cloretos no Concreto
A penetração de cloretos é influenciada por variáveis presentes no concreto, que
são a relação a/c, idade, temperatura de cura, interação do tipo de cimento com a temperatura.
Para um mesmo material cimentício, quanto maior a relação a/c maior é a penetração de
cloretos.
Neville (1997) afirma que os cloretos podem estar presentes no concreto por
terem sido incorporados na mistura por agregados contaminados, por água do mar ou água
salobra. Segundo o autor, não deve ser permitido o uso de nenhum desses materiais no
concreto armado, e as normas geralmente estabelecem limites rigorosos para o teor total de
cloretos no concreto, qualquer que seja a origem. Outra forma de os cloretos ingressarem no
concreto é por penetração, quando o mesmo já se encontra endurecido. Nesse caso os cloretos
são provenientes de fontes externas, como sais descongelantes, água do mar e por meio da
lavagem de pisos e fachadas com ácido muriático.
Os cloretos podem também ser depositados sobre a superfície do concreto na
forma de gotículas de água do mar, retiradas do mar por turbulência e levadas pelo vento, ou
poeira transportada pelo ar que depois se molha pelo orvalho. De acordo com Neville (1997),
os cloretos que se deslocam pelo ar podem percorrer grandes distâncias, já se tendo observado
casos de percursos de até 2 km, mas também é possível o transporte a distâncias ainda
maiores, dependendo do vento e da topografia.
19
Segundo Cabral (2000), os cloretos, na forma de cristal sólido, não oferecem
elevado risco à durabilidade das estruturas devido à dificuldade de penetração, pois a
dimensão dos poros de concreto é bem menor que a dos cristais. No entanto, quando estes
cristais são dissolvidos pela água das chuvas podem ser carreados para o interior do concreto.
Qualquer que seja a origem, os cloretos penetram no concreto pela movimentação
da água que os contêm, bem como por difusão dos íons na água e por absorção. Helene (1993)
afirma que, em estruturas existentes, os cloretos dissolvidos presentes no ambiente podem
penetrar no concreto através dos mecanismos clássicos de penetração de água e transporte de
íons, os quais são relacionados como segue:
• Absorção capilar: é dependente da porosidade, isto é, dos poros capilares
interconectados entre si. A penetração é função do diâmetro dos poros e apresenta forças de
sucção capilar tão mais intensas quanto menores forem os diâmetros dos capilares;
• Difusão iônica: ocorre devido a gradientes de concentração iônica, seja entre o
meio externo e o interior do concreto, seja dentro do próprio concreto. As diferenças nas
concentrações de cloretos provocam o movimento desses íons em busca do equilíbrio;
• Permeabilidade: é um dos principais parâmetros de qualidade do concreto e
representa a facilidade com que um fluido pode escoar através de um sólido poroso sob uma
diferença de pressão.
•
Migração iônica: a ação de campos elétricos promove a migração de íons
cloreto.
Cascudo (1997) afirma que na grande maioria dos casos, os mecanismos de
transporte dos cloretos no concreto são a absorção capilar e a difusão iônica. De acordo com
Andrade (1993), citado por Cabral (2000), quando o concreto está completamente saturado
d’água, os cloretos penetram puramente por difusão, devido às diferenças de concentração.
Quando o concreto está parcialmente saturado, os cloretos podem penetrar por absorção e por
força de capilaridade.
As adições minerais justificam a menor penetração de cloretos no concreto
devido à modificação da estrutura dos poros. A penetração de cloretos é reduzida quando
20
adições minerais são introduzidas no concreto, reduzindo, dessa forma, o teor de cloretos
retidos (HELENE, 1993).
A principal forma de fixação dos íons cloreto é pela reação com o aluminato
tricálcico (C3A), formando cloroaluminato de cálcio, 3CaO.Al2O3.CaCl2.10H2O, também
conhecido como sal de Friedel. Portanto, se pode afirmar que mais íons cloreto ficam retidos
quanto mais alto for o teor de C3A do cimento, bem como, também quanto mais alto o teor de
cimento da mistura. Por esse motivo se acredita que cimentos com alto teor de C3A levam à
boa resistência à corrosão (NEVILLE, 1997).
Segundo Glass e Buenfeld (1997), citados por Cabral (2000), os cloretos também
podem se apresentar adsorvidos na superfície dos poros do concreto e sob a forma de íons
livres. Quando o concreto não consegue mais fixar os cloretos, uma maior quantidade de
cloretos totais implica em maior quantidade de cloretos livres, os quais são os que
efetivamente causam preocupação.
2.3.2
Formação e Transporte do Aerosol Marinho
Os cloretos presentes nas regiões de atmosfera marinha provém da água do mar,
podendo estar na forma de íon ou combinado na forma de cloreto de sódio. A forma como
esse agente é transportado tem origem na formação do aerosol marinho (MEIRA e
PADARATZ, 2002).
Conforme Fitzgerald (1991), a formação do aerosol marinho tem origem na
agitação da superfície do mar causada pelo vento. Este efeito gera bolhas de ar que, em
seguida, explodem produzindo gotículas em forma de jorro, película ou espuma. O
mecanismo é mais efetivo na borda, na zona de quebra das ondas, onde partículas maiores e
em maior número são geradas. Embora o efeito de quebra das ondas seja responsável pela
geração de um maior volume de aerosol, este também se origina a partir da pressão que o
vento exerce sobre a superfície do mar. Assim, as áreas de mar aberto também colaboram para
a produção do aerosol, ainda que de forma menos expressiva.
De acordo com Morcillo (1998), uma vez formado o aerosol marinho, o mesmo
caminha na direção do continente e tem a sua relação com a salinidade atmosférica fortemente
influenciada por variáveis como direção e velocidade dos ventos predominantes, distância da
costa, topografia da zona, altitude, entre outros fatores. Todas essas variáveis definem uma
21
taxa de deposição, que faz com que os cloretos cheguem em maior ou menor quantidade a
uma determinada distância do mar.
A deposição das partículas salinas à medida em que há um distanciamento da
costa ocorre de modo acentuado nas primeiras centenas de metros a partir da interface com o
mar. Este comportamento deve-se a um processo de deposição que ocorre, principalmente,
pelo efeito gravitacional e pelo choque das partículas com o solo e os obstáculos sobre o
mesmo (FELIU et al., 1999). Dessa forma, este comportamento é característico de cada
região, com flutuações ao longo do tempo.
2.3.3
Ação dos Cloretos (Cl-)
As armaduras no concreto permanecem em condições normais, em um meio
alcalino que permite que elas trabalhem na região de passividade do diagrama de Pourbaix,
Figura 2.2. Entretanto, essa passividade pode ser alterada pela presença de íons cloreto em
quantidade suficiente para romper pontualmente a película passiva sobre a armadura,
caracterizando, dessa forma, a corrosão por pite. Conforme Fortes (1995), estes pontos
formam o anodo da pilha de corrosão e, devido à sua progressão em profundidade, podem
provocar a ruptura da barra de aço. O restante da superfície metálica torna-se o catodo e como
se sabe, a relação área anódica/área catódica, sendo muito pequena poderá dar motivo a uma
intensa corrosão.
Existem três teorias para explicar os efeitos dos íons cloreto sobre a corrosão do
aço imerso no concreto (ACI Committe 222, 1991):
a) Teoria do filme óxido: nesta teoria, os íons cloreto conseguem penetrar através
dos poros e defeitos do filme óxido passivante muito mais facilmente que outros agentes
agressivos, tais como SO42-, em função do seu pequeno raio atômico, e conseguem dispersar
coloidalmente este filme, facilitando a penetração de outros íons.
b) Teoria da adsorção: os íons cloreto são adsorvidos na superfície do metal em
competição com o oxigênio dissolvido e com os íons hidroxila. Os íons cloreto promovem a
hidratação do metal, facilitando, assim, a sua dissolução em íons.
c) Teoria do Complexo Transitório: para a produção de compostos de corrosão,
denominados complexos transitórios, os íons cloreto (Cl-) competem com os íons hidroxila
(OH-) pelos íons de ferro. É então formado o complexo solúvel de cloreto de ferro que, ao
22
difundir-se, partindo das áreas anódicas em direção ao cátodo provoca a destruição da camada
protetora de Fe(OH)2 promovendo a manutenção da corrosão. A certa distância do anodo, o
complexo de cloreto de ferro é rompido e, pela precipitação do hidróxido de ferro, o Cl- fica
livre para transportar mais íons ferrosos da área anódica. Como não há estanqueidade do
processo corrosivo, mais íons ferrosos migram no concreto, partindo do ponto de corrosão e
reagindo, também, com o oxigênio, formando óxidos que provocam aumento de volume da
armadura de aço, cerca de quatro vezes maior do que o inicial, acarretando, dessa forma,
fissuras no concreto, devido às tensões internas de tração. A Figura 2.7 ilustra o processo
descrito.
Figura 2.7: Esquema de corrosão por pite induzida por cloretos (CASCUDO, 1991, citado por FORTES, 1995)
Os íons cloreto ativam a superfície do aço formando o ânodo, sendo o cátodo a
superfície passivada. As Equações 2.7 e 2.8 resumem simplificadamente o fenômeno.
Fe2+ + 2Cl- → FeCl2
(2.7)
FeCl2 + 2H2O → Fe(OH)2 + 2HCl
(2.8)
Pelas reações percebe-se que o Cl- é regenerado de modo que a ferrugem não
contém cloreto, embora se forme cloreto ferroso no estágio intermediário (NEVILLE, 1997).
Portanto, a corrosão das armaduras induzida por cloretos é ainda mais preocupante do que a
corrosão devido à carbonatação, já que os cloretos não são consumidos, ficando livres para
novas reações (THANGAVEL & RENGASWAMY, 1998).
23
O aumento da concentração de cloretos acarreta o aumento da destruição do
metal. Se a armadura já está acometida pelo processo de corrosão, os íons aceleram o
processo, aumentando a taxa de corrosão. De acordo com Helene (1993), proceder-se à
limpeza das cavidades dos pites é importante, pois caso não seja efetuada, o novo material
envolvente, mesmo com pH elevado, não será suficiente para repassivar a armadura.
2.3.4
Valor limite de cloretos para despassivar
Conforme Cascudo (1997), um ponto bastante polêmico em relação aos cloretos
seria sua concentração crítica máxima, abaixo da qual não houvesse despassivação da
armadura.
Alonso et al. (1997), citados por Cabral (2000), afirmam que a quantidade de
cloretos para despassivar o aço imerso no concreto não é um valor único, uma vez que
depende de inúmeras variáveis tais como a dosagem, o tipo de adensamento e cura do
concreto, a presença de adições no concreto, características ambientais (temperatura e
umidade), o pH da solução dos poros, a proporção de cloretos solúveis, a quantidade de
aluminato tricálcico (C3A) no cimento, a fonte dos cloretos e também das condições
superficiais e metalúrgicas do aço atacado.
No concreto, a quantidade de cloretos para despassivar o aço pode ser diferente da
quantidade exigida nas argamassas devido à sua capacidade de fixar os cloretos, à
alcalinidade da solução de seus poros e à sua propriedade de barreira. Segundo Neville
(1997), não existe um limite universalmente aceito da concentração de íons cloreto junto à
superfície do aço para que se inicie a corrosão.
Em qualquer caso, não é o teor total de cloretos que é importante para a corrosão.
Como já citado neste capítulo, uma parte dos cloretos está quimicamente retida, sendo
incorporada aos produtos da hidratação do cimento; outra parte está fisicamente retida por
adsorção à superfície dos poros de gel; somente os cloretos livres estão disponíveis para a
reação agressiva com o aço. No entanto, a distribuição dos íons cloreto entre as três formas
não é fixa, pois existe uma situação de equilíbrio tal que sempre alguns íons cloreto livres
estão presentes na água dos poros. Portanto, somente podem ficar vinculados os íons cloreto
que excedem a quantidade necessária para esse equilíbrio (NEVILLE, 1997).
24
A relação Cl-/OH- é o parâmetro mais aceito para se predizer o início do processo
de corrosão das armaduras, embora alguns autores afirmem que não se podem fazer
afirmativas generalizadas acerca da influência dessa relação na evolução da corrosão. Como
há certa dificuldade em medir proporções de OH- no concreto, também são utilizados outros
parâmetros para expressar o risco da corrosão, como a quantidade de cloretos totais ou livres
em relação à massa de cimento ou concreto, ou ainda em relação à água de amassamento,
devido à grande vantagem e facilidade destes métodos, sendo que algumas normas já
expressam seus valores limites em função destes parâmetros (GLASS & BUENFELD, 1997
citados por CABRAL, 2000).
Segundo Glass e Buenfeld (1997), citados por Cabral (2000), das representações
correntes, a que melhor apresenta o nível limite de cloretos para que não haja corrosão é o
conteúdo total de cloretos expresso em relação à massa de cimento, pois esta representação
pode ser vista como o conteúdo potencial total do íon agressivo expresso relativamente ao
conteúdo potencial total inibidor. Para ambos os autores, a melhor maneira de se representar o
risco de corrosão seria expressar o conteúdo total de cloretos em relação à alcalinidade total
do concreto. Trabalhos produzidos pelos autores citados abordaram o teor crítico de cloretos
determinados por diversos autores. Esses valores estão compilados na Tabela 2.2.
Tabela 2.2 – Valores críticos de cloretos sugeridos por diversos autores (ALONSO et al., 1997; GLASS &
BUENFELD, 1997; citados por CABRAL, 2000).
Valores ou intervalos
Cloretos totais (%
Cloretos livres
massa cim.)
(% massa cim.)
0,17-1,4
0,2-1,5
0,5-0,7
0,25-0,5
0,3-0,7
0,32-1,9
Referência
Condições de
exposição
Amostra
Stratful et al.
Vassie
M. Thomas
Elsener e Böhni
Henriksen
Treadway et al.
ao ar livre
ao ar livre
ao ar livre
laboratório
ao ar livre
ao ar livre
estrutura
estrutura
concreto
argamassa
estrutura
concreto
Page et al.
laboratório
ao ar livre
pasta
concreto
laboratório
concreto
laboratório
argamassa
0,4-1,6
laboratório
concreto
0,5-2
ao ar livre
laboratório
laboratório
laboratório
concreto
concreto
concreto
concreto
0,5
0,5-1,4
0,6
1,6-2,5
Kayyali
Hansson e
Sorensen
Schiessl e
Raupach
Thomas et al.
Tuutti
Locke e Siman
Labert et al.
Cl-/OH-
0,22
3,0
0,4
0,45-1,15
3-20
25
As normas de diversos países possuem os mais variados valores para o conteúdo
de cloretos limite, expressados das mais variadas formas. Conforme Andrade (1992), um
valor médio aceito, geralmente, para o teor de cloreto é de 0,40% em relação à massa de
cimento ou 0,05% a 0,1% em relação à massa de concreto. A norma brasileira NBR 7211
(2009), por exemplo, limita o teor máximo de cloretos, em relação à massa de cimento, em
0,06% para concreto protendido, 0,15% para concreto armado exposto a cloreto na condição
de serviço da estrutura e 0,40% para concreto armado em condições de exposição não severas
(seco ou protegido da umidade nas condições de serviço da estrutura). A maioria das normas
estrangeiras fixa os teores de Cl- em relação à massa de cimento, conforme a Tabela 2.3.
Tabela 2.3: Conteúdo de cloretos limite proposto por diversas normas (% em relação à massa de cimento)
(FELIU & ANDRADE, 1988, citados por CASCUDO, 1997)
Normas
Teor de Cl- para concreto
armado (%)
EH - 88 (espanhola)
pr EN - 206 (espanhola)
BS - 8110/85 (inglesa)
ACI - 318/83 (norte americana)
0,40
0,40
0,20 - 0,40 *
0,15 - 0,30 - 1,00 **
*O limite varia em função do tipo de cimento;
**O limite varia em função da agressividade ambiental.
Os teores limites mostrados na Tabela 2.3 apresentam-se de uma forma
controversa, uma vez que, como já citado, eles dependem de inúmeras variáveis tais como
tipo de cimento e relação água/cimento, entre outras. Uma idéia um tanto quanto equivocada
poderia surgir, qual seja a de que pelo aumento da quantidade de água ou pelo aumento do
consumo de cimento, seria possível aumentar o teor de cloretos na massa de concreto sem
danos à armadura, o que é bastante incoerente. A Figura 2.8 expressa de maneira mais
satisfatória o teor crítico de cloretos em função da qualidade do concreto e da umidade
ambiental.
26
Figura 2.8: Esquema de variação do conteúdo crítico de cloretos em função da qualidade do concreto e da
umidade relativa do ambiente (CEB, 1992 citado por Cabral, 2000)
27
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Este capítulo apresenta o procedimento utilizado na execução do principal ensaio
realizado, o ensaio de penetração de cloretos. O objetivo do ensaio é submeter o concreto ao
ingresso “forçado” de íons cloreto, através de ciclos de umedecimento com solução salina e
secagem em estufa, para se proceder, após cada ciclo, à análise dos teores desses íons ao
longo da profundidade do cobrimento. É abordado também o procedimento da NBR 14832
(ABNT, 2002), o qual foi utilizado para a determinação desses teores nas amostras na forma
de pó, extraídas dos corpos-de-prova em profundidades preestabelecidas.
3.1
Caracterização dos Materiais
3.1.1
Cimento
Utilizou-se o cimento Portland composto, com adição de pozolana, resistente a
sulfatos (CP II Z-32 RS), o qual é comumente utilizado na produção dos concretos
empregados nas obras de Fortaleza.
As Tabelas 3.1, 3.2 e 3.3 apresentam, respectivamente, a composição,
características físicas e mecânicas e características químicas do cimento utilizado. Todas as
informações apresentadas foram obtidas a partir do website da fabricante.
Tabela 3.1: Composição do cimento CP II Z-32 RS
Tipo
Sigla
Classe
Norma
Clínquer
+Gesso (%)
Calcário
(%)
Pozolana
(%)
II
CP II Z
CP II Z RS
32
NBR
11578
76 – 94
0 – 10
6 – 14
Tabela 3.2: Características físicas e mecânicas
Finura
Resíduo
na
Área
peneira específica
75mm
(m2/Kg)
(%)
≤ 12,0
≥ 260
Tempo de Pega
Expansibilidade
Resistência à Compressão
(MPa)
Início
(h)
Término
(h)
A frio
(mm)
A quente
(mm)
1
dia
3
dias
7
dias
28
dias
≥1
≤ 10
≤5
≤5
-
≥ 10
≥ 20
≥ 32
28
Tabela 3.3: Características químicas
Resíduo
insolúvel (%)
Perda ao
fogo (%)
MgO (%)
SO3 (%)
CO2 (%)
S (%)
≤ 16,0
≤ 6,5
≤ 6,5
≤ 4,0
≤ 5,0
-
3.1.2
Agregados miúdo e graúdo
A areia utilizada constituiu-se de areia lavada e peneirada proveniente da
dragagem do leito de rios. A composição granulométrica do agregado miúdo foi determinada
seguindo-se a NM 248 (ABNT, 2001). O material apresentou distribuição granulométrica com
frações que atenderam aos limites da Tabela 1 da NBR 7211 (2009).
Os resultados dos ensaios realizados com uma amostra da areia utilizada
encontram-se nas Tabelas 3.4 e 3.5. A curva granulométrica do agregado miúdo é mostrada na
Figura 3.1. Todos os ensaios foram realizados no Laboratório de Materiais de Construção
Civil, da Universidade Federal do Ceará (UFC).
Tabela 3.4: Análise granulométrica do agregado miúdo
Peneira (mm)
% Retida
% Acumulada
4,8
2,4
1,2
0,6
0,3
0,15
Fundo
0
4
12
26
38
18
2
0
4
16
42
80
98
100
Limites NBR
7211/2009 - Zona 3
Inferior Superior
0
11
0
25
10
45
41
65
70
92
90
100
-
29
%acumulada
limites inferior e superior
% Retida Acumulada
0
20
40
60
80
100
0,15
0,3
0,6
1,2
2,4
4,8
Abertura da peneira (mm)
Figura 3.1: Curva granulométrica do agregado miúdo
Tabela 3.5: Propriedades físicas do agregado miúdo
Ensaio realizado
Teor de material pulverulento
Resultados Norma consultada
1,51%
NBR NM 46/2001
Massa específica
2,61 g/cm³
NBR 9776/1987
Massa unitária
1,46 g/cm³
NBR 7810/1983
Dimensão máxima característica
2,40 mm
NM 248/2001
Os resultados dos ensaios realizados para a caracterização do agregado graúdo
utilizado encontram-se nas Tabelas 3.6 e 3.7. A curva granulométrica da brita encontra-se na
Figura 3.2.
Tabela 3.6: Distribuição granulométrica do agregado graúdo
Limites NBR 7211/2009 - Brita 1
Peneira (mm)
% Retida
% Acumulada
Inferior
Superior
19,1
12,5
9,5
6,3
4,8
Fundo
0
6
24
48
12
9
0
6
30
78
90
100
0
70
80
92
95
-
10
95
100
100
100
-
30
% Retida Acumulada
0
20
40
60
80
100
4,8
6,3
9,5
12,5
19,1
Abertura da peneira (mm)
Figura 3.2: Curva granulométrica do agregado graúdo
Tabela 3.7: Propriedades físicas do agregado graúdo
Ensaio realizado
Modulo de finura
Resultados Norma consultada
6,21
NM 248/2001
Dimensão máxima característica
19,1 mm
NM 248/2001
Massa específica
2,51 g/cm³
NBR 9776/1987
Massa unitária
1,43 g/cm³
NBR 7810/1983
Como é possível observar na Figura 3.2 o agregado graúdo utilizado não atendeu
à especificação da NBR 7211 (2009), pois sua curva granulométrica encontra-se fora dos
limites granulométricos da graduação 1 propostos pela mesma, no entanto, tal fato não
resultou na reprovação do mesmo para a produção do concreto, visto que aquela brita era a
comercialmente utilizada no mercado e no Laboratório de Materiais de Construção Civil da
UFC.
3.1.3
Água de amassamento
A água de amassamento utilizada na produção do concreto foi água proveniente
da rede pública de suprimento e não se procedeu a realização de ensaios para a caracterização
de amostra da mesma.
31
3.1.4
Adesivo Epóxi
Utilizou-se de um adesivo estrutural à base de resina epóxi bi-componente para a
impermeabilização das faces superior e inferior dos corpos-de-prova, com o objetivo de fazer
com que os cloretos penetrassem apenas pelas laterais dos mesmos. Este mesmo adesivo
epóxi foi utilizado para vedar os orifícios deixados nos corpos-de-prova após a perfuração
destes para extração das amostras.
3.2
Corpos-de-prova
Para se proceder à realização do ensaio, foram moldados corpos-de-prova de
formato cúbico, com arestas iguais a 15cm. A escolha por tal formato foi justificada pelo fato
de o Laboratório de Materiais da Universidade Federal do Ceará dispor de formas com essas
dimensões, as quais foram consideradas adequadas à finalidade do experimento,
caracterizando-se, portanto, como uma escolha sensata e conveniente.
A Figura 3.3 mostra a forma utilizada na confecção dos corpos-de-prova. Como se
pode ver, a mesma é composta por quatro chapas de aço parafusadas entre si, as quais formam
a superfície lateral da forma, e uma chapa de fundo, parafusada a duas chapas laterais através
de um perfil metálico. Para a desmoldagem dos corpos-de-prova bastava retirar uma de suas
faces laterais, o que era conseguido com a retirada de quatro parafusos.
Figura 3.3: Forma dos corpos-de-prova
Foram produzidos concretos de três classes distintas (Classificação por grupos de
resistência – ABNT NBR 8953): C25, C30 e C40, os quais apresentam resistência
característica à compressão (fck) de 25 MPa, 30 MPa e 40 MPa, respectivamente. A proporção
32
de cada material para a produção dos três tipos de concreto foi determinada através da
utilização de planilhas eletrônicas, que utilizam a metodologia da ABCP e são empregadas
pelos laboratoristas do Laboratório de Materiais de Construção Civil, da Universidade Federal
do Ceará (UFC). A Tabela 3.8 resume alguns dos parâmetros da dosagem dos concretos
produzidos.
Tabela 3.8: Parâmetros de dosagem dos concretos utilizados no ensaio
Resistência característica
à compressão (MPa)
Relação a/c
Traço em
massa
Consumo de
cimento (kg/m3)
25
0,52
1 : 1,71 : 2,50
401,07
30
0,51
1 : 1,69 : 2,24
421,57
40
0,42
1 : 1,25 : 1,80
515,60
Para cada classe de concreto foi confeccionado um corpo-de-prova cúbico e seis
corpos-de-prova cilíndricos, aqueles para o ensaio acelerado de corrosão induzida por íons
cloreto e estes para a determinação da resistência à compressão simples aos 7 e 28 dias (3
corpos-de-prova para cada idade). Os resultados obtidos no ensaio de compressão axial
encontram-se na Tabela 3.9. Para a determinação da resistência característica à compressão
(fck), utilizou-se a seguinte fórmula:
fck = fcm – 1,65s
onde s é o desvio-padrão.
Tabela 3.9: Resultados do ensaio de compressão axial
Classe do
Concreto
C25
C30
C40
Resistência à
Resistência
Resistêcia Média à
Compressão
Característica à
Simples aos 28 dias Compressão (fcm)
Compressão (fck)
(fc)
34,2
29,5
31,17
26,83
29,8
32,9
32,7
32,30
30,86
31,3
39,9
43,2
41,33
38,54
40,9
(3.1)
33
A mistura do concreto se deu em betoneira de eixo inclinado até que se atingisse a
perfeita homogeneização do mesmo. O concreto foi então despejado nas formas e em seguida
foi adensado com o auxílio de um vibrador mecânico.
Os corpos-de-prova não passaram por nenhum processo de cura após serem
retirados das formas, ficando expostos ao ar, em ambiente de laboratório. Com a adoção dessa
medida objetivou-se simular a realidade da concretagem dos elementos estruturais nas
construções de Fortaleza, onde a prática de cura do concreto é, na maioria das vezes, realizada
de forma deficiente e inadequada.
Os corpos-de-prova tiveram suas faces superior e inferior seladas com material
impermeável (adesivo à base de resina epóxi), de forma que a penetração de cloretos
ocorresse somente pelas laterais. As Figuras 3.4 e 3.5 mostram, respectivamente, os corposde-prova confeccionados e o adesivo estrutural à base de resina epóxi.
(a)
(b)
Figura 3.4: a) Corpos-de-prova para ensaio de penetração de cloretos; b) Perspectiva com dimensões do corpode-prova
Figura 3.5: Adesivo estrutural à base de resina epóxi bi-componente
34
3.3
Ensaio de Penetração de Cloretos
A penetração de cloretos nos corpos-de-prova foi proporcionada pela execução de
cinco ciclos de imersão parcial em solução salina e secagem em estufa. Segundo Santos
(2006), este método é semelhante ao empregado por Bauer (1995) e Costa Filho (2005), os
quais obtiveram resultados satisfatórios em suas respectivas pesquisas.
Antes de serem submetidos aos ciclos de umedecimento e secagem, os corpos-deprova foram saturados em água até a constância de massa e em seguida foram deixados
durante 5 dias em estufa a 50 °C para secagem. Este processo caracterizou o que se
convencionou chamar de ciclo zero do ensaio. A realização desta etapa objetivou
homogeneizar a quantidade de água contida nos poros do concreto dos corpos-de-prova.
Os corpos-de-prova foram submetidos à semi-ciclos de imersão parcial (até meia
altura) em solução de 3,5% de cloreto de sódio (NaCl), com duração de 2 dias e semi-ciclos
de secagem em estufa a 50 °C, com duração de 5 dias. As figuras 3.6 e 3.7 mostram,
respectivamente, os corpos-de-prova imersos até meia altura na solução de NaCl e durante a
secagem em estufa. Após a finalização de cada ciclo era efetuada a retirada de amostras dos
corpos-de-prova para a determinação do teor de cloretos.
Figura 3.6: Semi-ciclo de umedecimento dos corpos-de-prova em solução salina com 3,5% de NaCl.
35
Figura 3.7: Secagem dos corpos-de-prova em estufa a 50 °C
Durante a molhagem, devido à absorção capilar, a saturação é rapidamente
atingida, já que a água absorvida pelo concreto através deste mecanismo de transporte de água
possui uma velocidade consideravelmente maior que a evaporação da mesma (CEB, 1992,
citado por CABRAL, 2000). Portanto, quando se utiliza ciclos de umedecimento e secagem, o
tempo de secagem deve ser maior que o de umedecimento, objetivando-se uma efetiva
aceleração do ataque.
De acordo com Monteiro (1996), citado por Cabral (2000), a condição de imersão
parcial em solução de 3,5% de NaCl propicia uma maior penetração destes agentes agressivos
(tanto por absorção capilar como por difusão). Nesta condição o ingresso de cloretos ocorre
inicialmente por absorção capilar, já que os corpos-de-prova apresentam-se inicialmente
secos, e por difusão, após saturação dos poros, e é acelerado devido à evaporação da água
através da parte exposta do concreto. De acordo com McCarter et al. (1992), citado por Santos
(2006), em um material poroso, há uma relação entre a força de sucção capilar e o grau de
saturação. Dessa forma, quando existe uma região exposta e seca, as forças de sucção serão
maiores e irão resultar em um mais rápido movimento da água no interior do concreto.
Em resumo, o ensaio acelerado de penetração de cloretos foi realizado de acordo
com a seguinte seqüência:
a) Saturação em água até a constância de massa;
36
b) Secagem em estufa a 50 °C durante 5 dias;
c) Imersão parcial dos corpos de prova em solução com 3,5% de NaCl por 2 dias;
d) Secagem em estufa a 50 °C durante 5 dias.
A Figura 3.8 ilustra de maneira esquemática as etapas que constituíram o ensaio
realizado.
Figura 3.8: Esquema das etapas do ensaio acelerado de penetração de cloretos. (Fonte: Elaborado pelo autor)
3.4
Procedimento da Amostragem
Como mencionado no item anterior, após cada ciclo do ensaio era efetuada a
extração de amostras dos corpos de prova para a determinação do teor de cloretos presentes
nas mesmas.
A extração das amostras na forma de pó foi realizada com o emprego de furadeira
de coluna e broca com diâmetro de 18mm (Figura 3.8). A extração destas amostras mediante
furadeira é desejável, pois evita problemas com o corte do concreto através de dispositivos de
corte diamantados, que geralmente empregam água para refrigeração, a qual pode solubilizar
os sais presentes e lixiviar soluções do concreto, alterando, dessa forma, as concentrações de
cloretos. Além disso, a extração por furadeira permite facilmente uma análise dos teores em
37
profundidades preestabelecidas, possibilitando traçarem-se perfis de concentração dos
cloretos ao longo da profundidade do cobrimento (ISAIA, 2005).
(b)
(a)
Figura 3.9: Equipamento utilizado para extração das amostras em forma de pó: a) Furadeira de coluna com broca
de 18mm; b) Extração de amostra em forma de pó.
Os furos foram feitos na altura do nível da solução de NaCl do semi-ciclo de
umedecimento, isto é, a meia altura do corpo-de-prova, atingindo-se as profundidades
desejadas, as quais foram de 1,0; 2,0; 2,5 e 3,0 cm, para o corpo-de-prova de 25 MPa; 1,0;
2,0; 3,0; 3,5 e 4,0 cm, para o de 30 MPa e 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 4,5 e 5,0 cm, para o de 40 MPa. O
estabelecimento destas profundidades seguiu o prescrito nas Tabelas 7.1 e 7.2 da NBR 6118
(ABNT, 2003). A primeira relaciona a classe de agressividade ambiental com a qualidade do
concreto e a segunda faz uma correspondência entre a classe de agressividade ambiental e o
cobrimento nominal da armadura do concreto. Estas informações encontram-se resumidas na
Tabela 3.10.
38
Tabela 3.10: Relação entre classe de agressividade do ambiente, qualidade do concreto e cobrimento nominal,
para concreto armado. Fonte: NBR 6118 (2003)
Parâmetros
Classe de agressividade ambiental
I
II
III
IV
Relação a/c
≤ 0,65
≤ 0,60
≤ 0,55
≤ 0,45
Classe de concreto
≥ C20
≥ C25
≥ C30
≥ C40
Cobrimento (mm)
25
30
40
50
Após o término da extração das amostras nas profundidades preestabelecidas os
furos eram preenchidos com o mesmo adesivo estrutural à base de resina epóxi utilizado para
a impermeabilização das faces superior e inferior dos corpos-de-prova.
Extraídas as amostras as mesmas eram armazenadas em sacos plásticos, como se
pode ver na Figura 3.10, para posteriormente proceder-se à determinação do teor de cloretos
livres, através do método do íon seletivo.
Figura 3.10: Amostras coletadas após um dos ciclos de umedecimento e secagem
3.5
Determinação da Concentração de Cloretos
A determinação da concentração de cloretos presente nas amostras extraídas dos
corpos-de-prova foi regida pela ABNT-NBR 14832 (2002), a qual descreve três
procedimentos para a determinação de cloreto pelo método do íon seletivo em cimento
Portland e clínquer:
39
• Procedimento A: método de decomposição por fusão Na2CO3/ZnO, utilizado
quando se deseja determinar cloreto total;
• Procedimento B: método de decomposição por fusão Na2O2, um método
opcional para a determinação de cloreto total;
• Procedimento C: método de extração de cloretos em água destilada ou
deionizada, utilizado quando se deseja determinar o teor de cloreto solúvel em água, ou seja, o
teor de cloretos livres.
Embora Andrade (1992) ressalte que é conveniente determinar os cloretos totais,
já que parte dos cloretos combinados pode vir a ficar disponível para reações deletérias
devido a fenômenos como carbonatação do concreto ou elevação da temperatura, não é
escopo deste trabalho a determinação de cloretos totais. Dessa forma, realizou-se a
determinação de cloretos livres, pois são os que efetivamente causam corrosão nas armaduras.
Os passos para a determinação do teor de cloreto solúvel em água, conforme o
procedimento C da ABNT-NBR 14832 (2002) estão descritos a seguir:
• Procedimento C – NBR 14832: extração com água
a) Pesar (5,000 ± 0,001) g de amostra e transferir para um béquer de 400cm3;
b) Adicionar aproximadamente 100cm3 de água quente e agitar por cerca de
10min, manualmente ou através de agitador magnético ou mecânico;
c) Filtrar em papel de filtração média para um balão volumétrico de 250 cm3 (V).
Lavar com água quente;
d) Adicionar lentamente ao balão cerca de 3 cm3 de HNO3, esfriar à temperatura
ambiente, completar o volume com água e homogeneizar.
• Leitura da amostra
e) Com o auxílio de uma pipeta, transferir para um béquer de 150 cm3, 50 cm3 da
solução reservada no procedimento C e adicionar 50 cm3 da solução de KNO3 (Vo);
f) Imergir os eletrodos na solução e anotar o potencial desenvolvido (Ei) após a
estabilização da leitura. Com o auxílio de uma bureta ou multibureta, adicionar
sucessivamente de 1 cm3 em 1 cm3 (Vi) da solução padrão 100 ppm em Cl- e anotar o valor do
potencial (Ei) e a somatória do volume (Vo + Vi) obtido após cada adição (mínimo de oito
adições);
40
g) Calcular para cada adição o potencial P, através da equação:
= 10⁄ ( + )
(3.2)
onde:
P é o potencial calculado, em milivolts;
Ei representa os potenciais obtidos após cada adição;
Vo é o volume inicial da amostra (amostra + KNO3), em cm3;
Vi é o volume da solução-padrão adicionado, em cm3;
S é o SLOPE, em milivolts.
h) Plotar em papel milimetrado ou em uma planilha eletrônica os valores
calculados P em relação ao volume de solução padrão adicionada. Prolongar a reta até que
esta intercepte o eixo horizontal e anotar o valor (L, em módulo). Calcular o teor de cloreto
conforme a equação a seguir e expressar o resultado aproximado ao milésimo:
#=
0,01 ∙ $ ∙ %∙&
(3.3)
onde:
C é a concentração de cloretos, em porcentagem;
L é a leitura onde a reta intercepta o eixo horizontal, em módulo;
V é o volume do balão utilizado no ensaio, em dm3;
A é a alíquota da amostra utilizada na leitura, em dm3;
m é a massa da amostra, em g.
Salienta-se que o valor da concentração de cloretos, obtido através deste
procedimento, é dado em função da massa da amostra, portanto, massa de concreto. Como
citado no item 2.3.4, dos diversos valores existentes na literatura para o teor crítico da
concentração de cloretos, tem-se como um valor de consenso na maioria das normas o valor
de 0,4 % em relação à massa de cimento. Portanto foi realizada uma manipulação algébrica,
considerando a massa específica do concreto como sendo igual a 2300 kg/m3, o consumo de
cimento do respectivo traço, a massa da amostra de concreto e o teor de cloretos existente na
mesma para a obtenção do teor de cloretos em relação à massa de cimento.
Nas Figuras 3.11 a 3.16, estão representados os passos para a determinação do
teor de cloretos.
41
Figura 3.11: Pesagem de amostra extraída de um corpo-de-prova
Figura 3.12: Agitação após adição de água quente
Figura 3.13: Filtração da amostra para extração de cloretos solúveis
42
Figura 3.14: Acidificação com ácido nítrico
Figura 3.15: Preparação da solução para determinação do SLOPE
Figura 3.16: Leitura dos potenciais desenvolvidos (Ei) após cada adição de 1 cm3 da solução
de Cl-
padrão 100 ppm
43
4. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Os resultados obtidos mostram-se
mostra se coerentes com o esperado. Os perfis da
deposição de cloretos apresentam a influência típica das características do concreto
relacionadas ao transporte desses agentes no mesmo, como a relação a/c e o consumo de
cimento.
4.1
Concreto Classe C25
A Tabela 4.1 apresenta a porcentagem de cloretos solúveis em água, em relação à
massa de cimento das amostras,
amostras determinada conforme o procedimento descrito no Anexo A,
A
para o concreto de classe C25. A Figura 4.1 apresenta
presenta o gráfico dos perfis da concentração de
cloretos encontrada ao longo do concreto de cobrimento.
Tabela 4.1: Concentração
oncentração de cloretos,
cloretos em relação à massa de cimento, ao longo da profundidade do cobrimento,
por ciclo, para o concreto C25
Profundidade (cm)
Concentração de cloretos (% em relação à massa de cimento)
1º ciclo
2º ciclo
3º ciclo
4º ciclo
5ºciclo
0,315
0,058
0,079
0,073
1,199
0,274
0,126
0,072
1,373
0,504
0,164
0,109
1,566
0,470
0,257
0,187
1,719
0,736
0,272
0,175
0,0 a 1,0
1,0 a 2,0
2,0 a 2,5
2,5 a 3,0
25 MPa (a/c = 0,52)
2,0
1º ciclo
1,8
2º ciclo
% Cl / massa de cimento
1,6
3º ciclo
1,4
4º ciclo
1,2
5º ciclo
1,0
Ccr = 0,40%
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8
Profundidade (cm)
Figura 4.1:: Perfil de penetração de cloretos livres para o concreto C25
3,0
44
Para o concreto de classe C25, moldado com relação a/c igual a 0,52, os
resultados obtidos comportam-se de maneira evidente, isto é, observa-se que o teor de cloretos
retidos aumenta com a sucessão da execução dos ciclos e diminui com o aumento da
profundidade.
A presença de resultados que contradizem a afirmação acima, como, por exemplo,
a concentração de cloretos obtida na profundidade de 2,0 cm, a qual, quando da realização do
4º ciclo de umedecimento e secagem, mostra-se inferior àquela determinada para a mesma
profundidade quando da realização do 3º ciclo, é um tipo de comportamento que é inerente à
própria execução do experimento. Este mesmo comportamento foi encontrado no experimento
de Kulakowski (1994), ao avaliar a eficiência de argamassa de traço 1:3 com adição de 10%
de sílica ativa, no de Cabral (2000), ao realizar ensaios em quatro argamassas de reparo, e no
trabalho de Guimarães et al. (2003), os quais analisaram a influência da distância em relação
ao mar sobre a intensidade de ataque de íons cloreto, em duas estruturas localizadas em zona
de névoa marinha.
A variação da quantidade de cloretos de um ciclo para outro se apresenta mais
significativa na profundidade de 1,0 cm. Após a realização do 5º ciclo, a concentração de
cloretos verificada para essa profundidade é cerca de 5,5 vezes maior que a concentração
obtida quando da realização do 1º ciclo. Na profundidade de 3,0 cm, que é o cobrimento
nominal proposto pela NBR 6118 para este concreto, o aumento da quantidade de cloretos,
entre o 1º e o 5º ciclo, é de 2,4 vezes. Para esta profundidade, o maior teor de cloretos livres
em relação à massa de cimento verificado é de 0,187%, no 4º ciclo, o qual caracteriza-se
como um valor inferior ao conteúdo limite para o concreto armado. Dessa forma afirma-se
que a condição de despassivação da armadura não foi atingida após a realização de cinco
ciclos do ensaio de penetração acelerada de cloretos.
4.2
Concreto Classe C30
A Tabela 4.2 e a Figura 4.2 apresentam, respectivamente, os valores da
concentração de cloretos solúveis, em relação à massa de cimento das amostras, e o perfil de
penetração dos mesmos para o concreto de classe C30.
45
Tabela 4.2: Concentração
oncentração de cloretos, em relação à massa de cimento, ao longo da profundidade do cobrimento,
por ciclo, para o concreto C30
Profundidade (cm)
0,0 a 1,0
1,0 a 2,0
2,0 a 3,0
3,0 a 3,5
3,5 a 4,0
Concentração de cloretos (% em relação à massa de cimento)
cimento
1º ciclo
2º ciclo
3º ciclo
4º ciclo
5ºciclo
0,723
0,084
0,061
0,066
0,058
0,711
0,166
0,052
0,042
0,033
0,915
0,175
0,031
0,049
0,034
1,229
0,572
0,103
0,040
0,035
1,491
0,382
0,054
0,022
0,028
30 MPa (a/c = 0,51)
2,0
1º ciclo
1,8
2º ciclo
% Cl / massa de cimento
1,6
3º ciclo
1,4
4º ciclo
1,2
5º ciclo
1,0
Ccr = 0,40%
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
Profundidade (cm)
Figura 4.2:: Perfil de penetração de cloretos livres para o concreto C30
Para o concreto de classe C30 a penetração
penetração de cloretos
clor
apresenta um
comportamento semelhante ao apresentado pelo concreto de classe C25,
C25 devendo-se salientar
a existência de algumas
gumas particularidades. Os resultados mais representativos da frente de
ataque por cloretos são observados nas profundidades superficiais de 1,0 cm e 2,0 cm. Ao se
analisar os teores de cloretos obtidos nessas profundidades, após os cinco ciclos realizados,
realizados
observa-se claramente a manifestação do comportamento esperado, que é o aumento do teor
de cloretos com o aumento dos ciclos e a diminuição do mesmo à medida que se aumenta a
profundidade.
Para o primeiro
eiro centímetro do cobrimento,
cobrimento o aumento do teor de cloretos
cloreto livres,
do 1º ao 5º ciclo, é igual a 2 vezes. Para a profundidade de 2,0 cm, os valores da concentração
46
de cloretos obtidos são os seguintes: 0,08% no 1º ciclo, um pico de 0,57%, no 4º ciclo e, no 5º
e último ciclo realizado 0,38%.
Outro acontecimento observado é que, após a realização dos cinco ciclos, os
teores de cloretos livres, em relação à massa de cimento, nas profundidades de 3,0 cm, 3,5 cm
e 4,0 cm, ficam consideravelmente abaixo do valor crítico e a evolução da realização dos
ciclos não acarreta incrementos perceptíveis nos mesmos. Na verdade, os resultados obtidos
para essas profundidades indicam que não há frente de ataque por cloretos. Os valores da
contaminação por cloretos são tão pequenos que podem ser considerados desprezíveis, ou
seja, praticamente não há cloretos naquelas profundidades. As contradições observadas, como
o fato de se obter para uma mesma profundidade menores concentrações de cloretos com o
passar dos ciclos, podem ser atribuídas aos erros inerentes ao processo, como os erros do
operador durante o ensaio químico para a determinação do teor de cloretos da amostra.
Embora o concreto de classe C30 tenha sido dosado com praticamente a mesma
relação a/c do concreto de classe C25, e produzido sob as mesmas condições de mistura,
adensamento e cura, quando se compara os teores de cloretos obtidos nas profundidades de
1,0 cm, 2,0 cm e 3,0 cm do concreto C30 com os teores obtidos nas mesmas profundidades no
concreto C25, nota-se que a maioria dos teores observados naquele é inferior aos teores
observados neste. Tal fato pode ser atribuído ao consumo de cimento, que é maior no concreto
C30 (ver Tabela 3.8). Como citado no Item 2.3.1, o aluminato tricálcico (C3A) e o ferroaluminato tetracálcico (C4AF), presentes na composição química dos cimentos, combinam-se
com os cloretos livres, formando cloroaluminatos e, dessa forma, diminuindo o fluxo de
penetração de cloretos na solução aquosa dos poros do concreto. Logo, mais íons cloreto
ficam retidos quanto mais alto for o teor de C3A e C4AF do cimento, bem como quanto mais
alto o teor de cimento da mistura. Além disso, por apresentar maior resistência, o concreto de
30 MPa possivelmente apresenta menor porosidade e permeabilidade.
4.3
Concreto Classe C40
A Tabela 4.3 e a Figura 4.3 apresentam, respectivamente, os valores da
concentração de cloretos solúveis, em relação à massa de cimento das amostras, e o perfil de
penetração dos mesmos para o concreto de classe C40.
47
Tabela 4.3: Concentração de cloretos, em relação à massa de cimento, ao longo da profundidade do cobrimento,
por ciclo, para o concreto C40
Profundidade (cm)
0,0 a 1,0
1,0 a 2,0
2,0 a 3,0
3,0 a 4,0
4,0 a 4,5
4,5 a 5,0
Concentração de cloretos (% em relação à massa de cimento)
1º ciclo
2º ciclo
3º ciclo
4º ciclo
5ºciclo
0,558
0,066
0,023
0,042
0,085
0,070
0,612
0,115
0,039
0,030
0,029
0,033
0,943
0,220
0,057
0,020
0,047
0,043
1,168
0,339
0,053
0,057
0,060
0,068
1,219
0,469
0,112
0,054
0,081
0,048
40 MPa (a/c = 0,42)
2,0
1º ciclo
1,8
2º ciclo
% Cl / massa de cimento
1,6
3º ciclo
1,4
4º ciclo
1,2
5º ciclo
1,0
Ccr = 0,40%
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
Profundidade (cm)
Figura 4.3: Perfil de penetração de cloretos livres para o concreto C40
Para o concreto de classe C40, moldado com relação a/c igual a 0,42, os
resultados mais representativos são verificados nas profundidades de 1,0 cm e 2,0 cm, onde o
comportamento observado da penetração de cloretos trata-se do esperado. O aumento da
concentração de cloretos entre 1º e 5º ciclos é de aproximadamente 2 vezes no primeiro
centímetro e de 7 vezes no segundo centímetro.
A baixa porosidade desse concreto praticamente não permite o ingresso de
cloretos para as profundidades maiores que 2,0 cm após a execução dos ciclos de molhagem e
secagem. Observa-se que os valores da concentração de cloretos nas profundidades de 3,0 cm,
48
4,0 cm e 5,0 cm ficam na segunda casa decimal, ou seja, são pequenos o suficiente para dar
subsídio à afirmação de que os cloretos não atingiram de forma alguma essas profundidades.
4.4
Comparação entre os concretos
A análise dos teores de cloretos livres retidos ao longo do concreto de cobrimento
dos corpos-de-prova, após a realização dos cinco ciclos de umedecimento com solução 3,5%
de NaCl e secagem em estufa a 50 °C, apresenta resultados satisfatórios. Verifica-se que para
profundidades superficiais, de 0,0 cm a 1,0 cm, a concentração de cloretos livres determinada
apresenta-se superior ao valor admitido pela NBR 7211 logo nos primeiros ciclos, para todas
as relações a/c. No entanto, quando se analisa a concentração de cloretos presente nas
profundidades de interesse, isto é, onde se localizam as armaduras (ver Tabela 3.9), nota-se
valores consideravelmente abaixo do teor crítico de cloretos livres em relação à massa de
cimento.
Quando as três classes de concreto são comparadas com relação à porosidade da
pasta de cimento percebe-se claramente o efeito benéfico da diminuição da relação a/c no
retardamento da difusão dos agentes agressivos. Esse comportamento pode ser verificado na
Tabela 4.4, que apresenta as concentrações de cloretos obtidas na profundidade de 1,0 cm dos
corpos-de-prova, e na Figura 4.4, que expões esses valores em forma de gráfico.
Tabela 4.4: Concentração de cloretos, em relação à massa de cimento, na profundidade de 1,0 cm dos corpos-deprova
Concreto
C25
C30
C40
Concentração de cloretos (% em relação à massa de cimento)
1º ciclo
2º ciclo
3º ciclo
4º ciclo
5º ciclo
0,315
0,723
0,558
1,199
0,711
0,612
1,373
0,915
0,943
1,566
1,229
1,168
1,719
1,491
1,219
49
Quantidade de cloretos na profundidade de 1,0 cm
2,0
Concreto C25
1,8
Concreto C30
% Cl / massa de cimento
1,6
Concreto C40
1,4
Ccr = 0,40%
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
1
2
3
4
5
Ciclos
Figura 4.4: Porcentagem de cloretos, em relação à massa de cimento, na profundidade de 1,0 cm dos corpos-deprova
Ao se analisar esses resultados (Tabela 4.4 e Figura 4.4), observa-se que quando a
relação a/c é diminuída, a concentração de cloretos também diminui, exceto pela comparação
entre os concretos no 1º ciclo. Os resultados do 4º ciclo mostram que a quantidade de cloretos
presente no concreto C40 é 5,0% inferior à quantidade no concreto C30 e 25,4% inferior à
concentração de cloretos encontrada no concreto C25. Ao se analisar o 5º ciclo a redução da
concentração de cloretos é de 18,3% na comparação do concreto C40 com o C30 e de 29,1%
entre C40 e C25.
Já a Tabela 4.5 expõe os valores das concentrações de cloretos livres
determinados para a profundidade de 3,0 cm dos corpos-de-prova.
Tabela 4.5: concentração de cloretos, em relação à massa de cimento, na profundidade de 3,0 cm dos corpos-deprova
Concreto
C25
C30
C40
Concentração de cloretos (% em relação à massa de cimento)
1º ciclo
2º ciclo
3º ciclo
4º ciclo
5º ciclo
0,073
0,061
0,023
0,072
0,052
0,039
0,109
0,031
0,057
0,187
0,103
0,053
0,175
0,054
0,112
Conforme os dados da Tabela 4.5, para o concreto C25, a concentração de
cloretos livres em relação à massa de cimento encontrada no 4º ciclo, na profundidade de 3,0
50
cm, ou seja, onde se encontra a armadura, é de 0,187%, quase a metade do valor limite de
0,4%, acima do qual a concentração de cloretos atinge a condição necessária para a
despassivação da barra de aço. Para a profundidade considerada, observa-se que o aumento da
concentração de cloretos comporta-se como o esperado, exceto no 5º ciclo, onde a quantidade
de cloretos foi menor que no 4º.
Como já comentado neste capítulo, a quantidade de ciclos de umedecimento e
secagem realizados é insuficiente para se obter uma conclusão satisfatória acerca do
comportamento da penetração dos cloretos nas profundidades maiores que 2,0 cm, nos
corpos-de-prova dos concretos C30 e C40. Os valores das concentrações de cloretos
encontrados na profundidade de 3,0 cm, como pode ser visto na Tabela 4.5, assim como para
as profundidades de 4,0 cm e 5,0 cm são tão pequenos que se considera que não há cloretos
nesta profundidade.
Para o concreto C25, os resultados obtidos com a realização dos ciclos
possibilitam a utilização da regressão linear para se estimar em qual ciclo do ensaio de
penetração acelerada de cloretos o valor crítico de 0,40%, na profundidade de 3,0 cm seria
alcançado. A função que representa o comportamento da reta é do tipo f(x) = ax + b, onde f(x)
é a concentração de cloretos presente na amostra, em relação à massa de cimento, e x
representa o número do ciclo de umedecimento de secagem.
Na Figura 4.5 é mostrada, por meio de diagrama de dispersão com linha de
tendência linear, a relação entre a concentração de cloretos determinada nas amostras e o
número do ciclo de umedecimento e secagem.
25 MPa (c = 30mm)
% Cl / massa de cimento
0,5
0,4
0,3
y = 0,0319x + 0,0275
R² = 0,8436
0,2
0,1
0,0
0
1
2
3
4
5
6
Ciclos
Figura 4.5: Relação entre a concentração de cloretos e o número do ciclo de umedecimento e secagem para o
concreto C25, na profundidade de 3,0 cm
51
Ao se utilizar o modelo de regressão linear para correlacionar a porcentagem de
cloretos nas amostras retiradas da profundidade de 3,0 cm do corpo-de-prova do concreto de
25 MPa, após a realização dos cinco ciclos, obtém-se um coeficiente de determinação R2 de
0,8436. Este valor significa que 84,36% da variabilidade em f(x) é explicada pela equação f(x)
= 0,0319x + 0,0275. Dessa forma, pela resolução da equação, estima-se que o teor crítico de
0,4% seria atingido quando da realização do 12º ciclo.
Para efetuar uma análise semelhante para os concretos de 30 MPa e 40 MPa,
deve-se proceder à realização de mais ciclos de umedecimento e secagem até que se atinjam
valores significativos da concentração de cloretos nas profundidades das armaduras.
52
5. CONCLUSÕES
5.1
Considerações finais
Diante dos resultados obtidos no ensaio de penetração acelerada de cloretos, com
a realização de cinco ciclos de umedecimento e secagem, conclui-se que a quantidade de
ciclos de umedecimento e secagem executada não é suficiente para contemplar o fim do
período de iniciação da corrosão, isto é, os cloretos não chegam a atravessar o cobrimento e
atingir a quantidade suficiente para despassivar a armadura, em nenhum dos concretos
avaliados.
Conforme os resultados verificados para a profundidade de 1,0 cm, pode-se
concluir que:
− houve redução de, em média, 27% da penetração de cloretos no concreto de
resistência característica à compressão (fck) igual a 30 MPa, em relação ao concreto de 25
MPa;
− houve redução de, em média, 34% da penetração de cloretos no concreto de 40
MPa, em relação ao concreto de 25 MPa;
− houve redução de, em média, 15% da penetração de cloretos no concreto de 40
MPa, em relação ao concreto de 30 MPa;
Conforme os resultados verificados para a profundidade de 2,0 cm, pode-se
concluir que:
− houve redução de, em média, 50% da penetração de cloretos no concreto de 30
MPa, em relação ao concreto de 25 MPa;
− houve redução de, em média, 45% da penetração de cloretos no concreto de 40
MPa, em relação ao concreto de 25 MPa;
− houve redução de, em média, 31% da penetração de cloretos no concreto de 40
MPa, em relação ao concreto de 30 MPa;
Por meio da realização do ensaio de penetração de cloretos é possível verificar
efetivamente a influência da relação a/c na qualidade do concreto, isto é, na sua
permeabilidade ao ingresso de agentes agressivos.
53
Pode-se afirmar que o método de penetração de cloretos empregado é satisfatório
para avaliar qualitativamente o desempenho das classes de concreto caracterizadas pela NBR
8953 (ABNT, 2009), através de comparações, além de proporcionar uma vantagem, que é a
de oferecer respostas rápidas. Entretanto o ensaio de penetração de cloretos realizado constitui
um método de penetração acelerada e, portanto, não retrata de maneira fiel as condições de
exposição a ambientes agressivos às quais as estruturas de concreto armado estão submetidas.
As análises realizadas servem para avaliar o material apenas de forma qualitativa. Para se
modelar como se dá o comportamento da penetração de cloretos em função do tempo nessas
estruturas, de forma a se analisar a real capacidade de proteção que o concreto de cobrimento
oferece à armadura, deve-se proceder à realização de ensaios não acelerados, isto é, ensaios de
difusão pura ou absorção.
Cabe salientar que com os resultados dos ensaios acelerados e dos ensaios naturais
(não acelerados) é possível a determinação de um coeficiente (k) que pode simplificar a
previsão do comportamento de determinada classe de concreto frente à ação dos cloretos, em
determinado local.
5.2
Sugestões para trabalhos futuros
A seguir são apresentadas algumas sugestões para que haja a continuidade do
estudo sobre o assunto aqui abordado:
• Submeter os concretos analisados a mais ciclos do ensaio de penetração
acelerada de cloretos, até que se atinja o valor limite desses agentes agressivos nas
profundidades de localização das armaduras;
• Submeter esses concretos a ensaios de penetração de cloretos não acelerados,
ou seja, que empregue um método de difusão pura, em regiões com potencial para lançamento
de empreendimentos imobiliários;
• Comparar os resultados obtidos nos ensaios acelerados e não acelerados.
54
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