Texto traduzido do artigo> PIRES SOBRINHO, C. W. A. ; MELO, Lucyana Vieira de . THE IMPORTANCE OF
THE ANALYSIS OF AGGRESSIVENESS OF GROUNDWATER IN THE STRUCTURES OF CONCRETE
FOUNDATION IN THE METROPOLITAN AREA OF RECIFE,PERNAMBUCO,BRAZIL. In: ACI SP-207 - HIGHPERFORMANCE CONCRETE, 2002, RECIFE. THIRD INTERNATIONAL CONFERENCE, 2002
A IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE DE AGRESSIVIDADE DA ÁGUA
DO SOLO NAS ESTRUTURAS DE FUNDAÇÃO EM CONCRETO
CONSTRUIDOAS NA REGIÃO METROPOLITANA DO RECIFE.
Carlos Welligton de Azevedo Pires Sobrinho 1,2
Luciana Vieira de Melo1
1 Pesquisador ITEP- Fundação Instituto tecnológico do Estado de Pernambuco
2 Pref. Assistente Escola Politécnica da Universidade de Pernambuco
INTRODUÇÃO
A ruína do edifício Éricka, localizado no bairro de Jardim Fragoso em Olinda,
ocorrido em novembro de 1999 teve como causa o colapso da fundação decorrente
principalmente da degradação dos blocos de concreto por ataque de águas sulfatadas
aliada a outros fatores inerentes ao caso analisado ( CODECIPE-2000).
Esta constatação, desconhecida do meio técnico até então, desperta preocupações
em toda classe de engenharia ligada a construção, principalmente nos engenheiros projetas
e construtores que adotaram fundações utilizando este tipo de componentes ou elementos
em concreto de dimensões reduzidas e/ou de porosidade elevada(comum em concreto
utilizado em fundações).
Este trabalho apresenta um breve resumo sobre os mecanismos de ação deletérias
nos concretos porosos sob ação de águas consideradas agressivas, e aplicando este
conhecimento ao estudo de caso da ruína do edifício Érica e de outras edificações com
características semelhantes.
A dimensão do problema e muito grande, atinge a grande maioria das edificações já
construídas nessa região. O entendimento deste problema servirá de orientação técnica
para avaliação da capacidade resistente dos elementos/componentes em concreto e como
subsídio para o desenvolvimento de projetos de recuperação/terapias no sentido de restaurar
a durabilidade das fundações existentes.
ABORDAGEM DA PROPOSIÇÃO
Segundo ACI-91, a durabilidade do concreto de cimento portland é definida como a
sua capacidade de resistir à ação das intempéries, ataques químicos, abrasão ou qualquer
outro processo de deterioração quando exposto ao seu meio. Segundo HELENE-97,
conceituação semelhante está em discussão no CB-2 sobre a revisão da NBR 6118,.
De acordo com METHA-94, a água é o principal agente de degradação do concreto,
agindo como veículo de transporte de íons agressivos, e também fonte de processos
químicos de degradação. O grau de deterioração está associado a permeabilidade do sólido
e a velocidade de degradação está relacionada pelo tipo de concentração de íons na água e
pela composição química do concreto.
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Na prática, vários processos químicos e físicos de deterioração atuam ao mesmo
tempo e podem até reforçar-se mutuamente. Metha&Gerwick, citado por OLLIVIER-98
identificaram três tipos de reações distintas que provocam deterioração química do
concreto, são estas:
a)Reações de troca iônica entre um fluido agressivo e componentes cimentícios da pasta,
++
seguidos da remoção dos íons CA , contribuindo para o aumento da porosidade e
permeabilidade do concreto;
b)Reações envolvendo hidrólise e lixiviação dos componentes cimentícios da pasta,
seguidos pela perda de massa e aumento da porosidade e permeabilidade do concreto;
c) Reações envolvendo formação de produtos expansivos, provocando aumento nas tensões
internas no concreto.
Segundo SOBRAL-84, a degradação das argamassas e concretos nas águas
selenitosas é o resultado da interação dos sulfatos com o hidróxido de cálcio livre e os
aluminatos de cálcio hidratados, encontrados nos produtos cimentícios, esquematicamente
apresentadas na reações abaixo:
Ca(OH)2 + Na2SO4.10H2O => CaSO4.2H20 + 2 NaOH + 8 H2O .
(I)
3 CaO.Al2O3.12H2O + 3CaSO4.2H2O + 13 H2O2 => 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O
(II)
2(3CaO.AL2O3.12H2O) + 3NaSO4.10H2O =>3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O +...
2Al(OH)3 + 6NaOH + 17H2O .........................................................................................(III)
Como se pode ver, os resultados do ataque dos sulfatos é a formação do gesso e do
trisulfoaluminato tricálcico hidratado (etringita). Esses dois compostos cristalizam com a
água, num processo que é acompanhado de um aumento de volume e consequentemente
expansão e fissuração, que sob exposição continuada poderá provocar deterioração
completa da pasta .
Com base nos volumes molares, o hidróxido de cálcio apresenta 33,2 cm3 e quando
se transforma em gesso este volume passa para 74,2 cm3, mais que o doblo de volume. Já a
relação entre aluminato tricálcico hidratado e a etringita e da ordem de 2,5 vezes.
Além da questão específica dos sulfatos, a ação combinada de outras substâncias
como: CO2 livre, ions Cl-, redução do PH e presença de outras íons, podem ser
considerados fatores agravantes ou atenuantes ao processo de degradação.
Em águas selenitosas(águas com sais), com alta concentração de cloretos, há uma
tendência a dissolução desses compostos formados e a conseqüente lixiviação, diminuindo
de certa forma a pressão interna, porém acarretando perda de massa no produto e aumento
da permeabilidade. É também possível que a presença de altas concentrações de cloretos
nesta água venham a minimizar a expansão através da dissolução e lixiviação dos
compostos formados (Mehta e Monteiro-94, Neville-81).
Também pela mesma Norma, a constatação de teores elevados de magnésio
encontrados superior à 150 mg/l s também indica um grau de agressividade considerado
forte aos produtos cimentícios. Estes altos teores de Magnésio, associados aos altos teores
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de Cloretos potencializa uma reação lenta como o Hidróxido de Cálcio Segunda a reação
abaixo:
Mg.Cl2
+
Ca(OH)2
-->
Mg.(OH)2
+
Ca.Cl2
(IV)
Este Cloreto de Cálcio resultante desta reação é altamente solúvel e facilmente
removível por lixiviação. Esta ação porém é minimizada pela baixa permeabilidade do
produto.
Nesta filosofia de raciocínio o CETESB-88 publicou norma sobre a determinação
do grau de agressividade de meio aquoso ao concreto, onde avalia o grau de agressividade
em função do PH, das concentrações iônicas e de tipos de resíduos encontrados.
CINCOTO-91 apresenta comentários sobre a aplicação desta norma e conclui que o grau de
agressividade é atribuído à água por confrontação dos valores dos parâmetros normativos
com a os resultados das análises químicas.
Com base na concentração de ions, do PH e sólidos dissolvidos é possível
identificar, segundo a norma, o fenômeno de degradação preponderante que atua no
material . Análise complementares como caracterização por difratometria de raio X ou por
microscopia eletrônica poderá ser um auxílio para completa identificaçào e quantificaçào
da degardaçào no material. Outros métodos para avaliação do grau de agressividade ao
concreto pode ser encontrado na CEB/FIP-90.
ESTUDO DE CASO
Dos estudos e análises realizadas, relatados no Laudo Técnico Sobre as Causas do
Desabamento do Edifício Éricka (CODECIPE-2000), foto 01. Constatou-se que as
combinações de íons determinadas na água do solo em contato com o concreto, foram
caracterizadas como grau de agressividade forte, conduzindo a formação de etringita
acompanhada por lixiviação. A tabela 01 abaixo mostra os resultados dos ensaios em
amostras de água e a classificação de agressividade segundo Norma CETESB-88..
Tabela 01- Resultados das análises das amostras de águas coletadas
DETERMINAÇÕES
Amostra 01
Amostra 02
pH
8,7
8,3
Dióxido de carbono livre(CO
mg/l
0,0
0,0
Cloretos (Cl)
mg/l
92,2
193,2
Sulfatos (SO3)
mg/l
460,5
815,0
Alcalinidade de bicarbonato(CaCO3) mg/l
74,1
51,5
Magnésio(Mg)
mg/l
9,51
2,16
Cálcio (Ca)
mg/l
92,5
63,4
Amostra 03
7,7
7,7
65,6
758,5
121,9
21,94
282,2
Para melhor caracterizar o fenômeno foi
também realizada ensaios de
reconstituição de traço em amostra de blocos e argamassas de assentamento utilizados. Dos
ensaios de reconstituição de traço realizado em amostras de blocos retirados da fundação
uma proporção de 1:24 em massa o que corresponde a 1:20 em volume, quando usualmente
esses blocos são confeccionados na proporção de 1:10 em volume, constatando-se uma
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perda de mais de 50% dos aglomerantes, Já nas amostras de argamassa constatou-se uma
proporção de 1:6,5 em massa ou 1:5 em volume, quando o usual é traço na proporção de
1:6 em volume, mostrando uma menor redução. Estes resultados comprovam os efeitos da
lixiviação.
A foto 02, apresentada o estado da fundação de um edifício, com caixão vazio, em
blocos de concreto, sob ação de águas servidas, e a foto 03 mostra um comparativo visual
entre blocos situados na região sob variação de nível dágua e região seca, foto retirada da
fundação de edifício próximo e sob as mesmas condições do edifício em apreço.
Dos resultados das análises de difratometria de raios X mostra a presença da
etringita, resultado da lixiviação ocorrida nos blocos de fundação provocada pela
percolação das águas do solo .
A fundação em caixão perdido, isto é alvenaria singelas sem aterrro interno
apoiando laje de piso, é muito comumente utilizada na produção de edifícios em alvenaria
portante em áreas alagadas ou em declive. Este tipo de fundação favorece de sobre maneira
o potencial de lixiviação das águas.
A literatura internacional caracteriza que elementos de concreto com menos de 20
cm de espessura apresentam potencial de lixiviação . No caso de blocos premoldados em
concreto este potencial é extremamente forte, além do concreto utilizado apresentar
porosidade elevada, característica do processo de produção de premoldados, as duplas
paredes que definem o blocos tem aproximadamente 2,5cm de espessura, separadas por
uma região de vazio interno.
Com estas características dos blocos e considerando que a fundação em arrimo está
inserida numa região onde a variação do nível dágua é constante, obedecendo o movimento
de maré, existe um potencial de percolação extremamente elevado.
Quando o nível da maré, se eleva proporciona uma elevação do lençol freático na
região com isso a água tende a percolar de fora para dentro da fundação. Quando o lencol
freático baixa a água tem caminho inverso, provocando uma faixa de variação constante de
um ciclo de molhagem e secagem acompanhado de lixiviação constante do material
aglomerante.
CONCUSÕES
Das informações levantadas e dos fatos evidenciados pode-se concluir que embora
seja de alta relevância e de grande abrangência o processo de degradação apresentado,
poucos profissionais da área conheciam o assunto.
As normas que abordam esse assunto foram desenvolvidas em um âmbito específico
e não estão incorporadas ou referendadas às normas técnicas de materiais e procedimentos
da área de engenharia civil.
Muitas edificações construídas na Região e no País apresentam características
semelhantes e necessitam de avaliações e possivelmente intervenções urgentes, sob risco de
vir a ruir.
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Ë importante que sejam desenvolvidos estudos mais aprofundados às características
regionais de forma a subsidiar e melhor adequar a Norma CETESB, possibilitando a esta
uma maior abrangência.
Referências bibliogáficas citadas
ACI-AMERICAN CONCRETE INSTITUTE: Guide to Durable Concrete: reported by ACI
Commtte 201. 2R, In:_ACI Manual of Concrete Pratice. Detroit, 1991.Part 1
CEB/FIP- COMITE EURO-INTERNATIONAL DU BETON- Model Code 1990
CETESB- COMPANHIA DE TECNOLOGIA DE SANEAMENTO AMBIENTALl1.007-Dterminação do Gráu de agressividade de Meio Aquoso ao Concreto- 1988
CODECIPE- COORDENADORIA DE DEFESA CIVIL DO ESTADO DE
PERNAMBUCO- Laudo Técnico Sobre as Causas do Desabamento do Edifício Éricka2000
HELENE, P.R.L- Vida útil das estruturas de concreto. Anais do IV Seminário
Iberoamericano de Patologia das Construções, pp 01-30 Porto Alegra 1997
ITEP- Relatório Técnico Nº171.179- Determinação das causas de degradação da
estrutura de contenção de solo sob arrecifes da entrada no porto interno de SUAPE.maio
2000
METHA, P. K e MONTEIRO, P.J.M – Concreto- Estrutura, Propriedades e Materiais,
editora PINI 1994
OLLIVIER, J.P – Durability of Concrete- BT/PCC/192, USP-1998
CINCOTO, M A – Agressividade do Meio ao Concreto, revista do IBRACON nº03 ano II
pp 52-58, São Paulo 1992
SOBRAL, H.S- Proteção das Estruturas de Concreto Armado e Protendido contra as ações
agressivas dos ions CL- e SO4-- IBRACON Reunião anual 1984
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Fotos Ilustrativas
Foto 01- Escombros do edifício Érika após ruína parcial
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Foto 02- aspecto de uma fundação de um outro edifício, em caixão vazio, com
água servida no seu interior
Foto 03- Amostras de blocos retirados da região de fundação
(bloco superior) e da região de superestrutura(bloco inferior