REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.10258265
Janaína da Paixão Ribeiro ¹
Manoel da Silva Ribeiro ²
Orientador: Me. Ronaldo Alves de Siqueira ³
RESUMO
Este trabalho acadêmico trata da formação de etringita tardia em estruturas de concreto armado por meio do estudo e conhecimento de seus agentes causadores. A etringita é o nome dado a um mineral normalmente encontrado em cimento Portland, e é formado por sulfato aluminado de cálcio. O objetivo deste artigo é o detalhamento da formação de etringita tardia (DEF) em estruturas de concreto armado, por meio do conhecimento dos seus agentes. Levando- se em conta as condições ambiente, como agressividade, umidade, reatividade dos agregados, e demais fatores externos. A metodologia adotada para exemplificar o problema, foi pesquisa de campo na ciclovia da ponte Juscelino Kubitschek, no município de Teresina, com o auxílio de ferramenta fotográfica para coleta de imagens que acrescentam em conteúdo para o tema abordado em pesquisa. Por meio desta pesquisa pode-se constatar a ocorrência de etringita tardia (DELAYNED ETRINGITE FORMATION – DEF) na ciclovia da ponte localizada na Av. Frei Serafim. Foram detalhadas imagens onde é possível observar o fenômeno citado na parte superior da ciclovia. As imagens utilizadas neste trabalho têm a função apenas de exemplificar a ocorrência do fenômeno da etringita tardia, não tendo função quantitativa para comprovação em dados. Por meio desta metodologia o artigo atende ao interesse de demonstrar de forma prática a ocorrência do fenômeno da formação deste mineral.
Palavras – chave: Etringita Tardia; Agentes Causadores.
ABSTRACT
This academic work deals with the formation of late ettringite in reinforced concrete structures through the study and knowledge of its causative agentes. Ettringite is the name given to a mineral normally found in Portland cement, and is formed by aluninated calcium sulfate. The objective of this article is to detail the formation of late ettringite (DEF), in reinforced concrete structures, thouugh knowledge of is agentes.Taking into account environmental conditions, such as aggressiveness, humidity, reactivity of the aggregates, and other external factors. The methodology adopted to exemplify the problem was field research on the bike path of the Juscelino Kubitschek bridge, in the municipality of Teresina, with the help of a photographic tool to collet images that add contente to the topic covered in research. Through this research, it was possible to verify the occurrence of late ettringite (DELAYNED ETTRINGITE FORMATION – DEF) on the bike path of the bridge located on Av. Frei Serafim. Detailed images were available where it is possible to observe the aforementioned phenomenon at the top of the cycle path. The images used in this work only serve to exemplify the occurrence of the phenomenon of late ettringite, and do not have a quantitative function for proof in data. Through this methodology, the article serves the interest of demonstrating in a practical way the way the occurrence of the phenomenon of the formation of this mineral.
Keywords: Late Ettringite, Causative Agents.
1. INTRODUÇÃO
O concreto armado é o meio mais usual para executar projetos estruturais, em razão de múltiplos fatores, como o seu baixo custo e também ao seu fácil manejo no canteiro de obras. Ademais, o concreto apresenta boa resistência a maioria das solicitações, e uma boa trabalhabilidade, dando, com isso, maiores possibilidades para o projetista. É também um material mais durável, desde que sua execução seja correta, e seja realizada, consoante a norma (CARVALHO; FIGUEIREDO FILHO, 2014).
O desenvolvimento de novas técnicas, ao longo do tempo, fez com que surgisse a necessidade de construir um material com capacidade de resistir a estas tensões. O concreto armado é constituído, tanto por aglomerantes, e seus agregados, como por uma armadura com a finalidade de resistir aos esforços solicitados. Esta armadura em conjunto com o concreto, atua como espinha dorsal da estrutura, criando peças esbeltas, capazes de resistir a elevadas tensões. Contudo, a construção civil ainda sofre com algumas degradações, podendo ser causadas por acidentes, erros em sua execução e também o tempo (GROCKOSKI, 2018).
Para que o concreto apresente o seu melhor desempenho em relação às tensões solicitantes, este possui uma relação de dependência com diversos fatores como: o aglomerante utilizado em sua composição, o tipo de agregado, podendo ser tanto agregado miúdo como também, agregado graúdo. Como também, a relação água/cimento ou agregados e a utilização de demais aditivos, influenciam na qualidade desse material. Toda via, é necessário salientar que a agressividade do ambiente pode fragilizar a durabilidade e o bom desempenho da estrutura. Alguns dos íons que mais afetam esse ambiente são os sulfatos, agentes facilitadores de patologias, como a formação da etringita tardia (DEF) em estruturas de concreto armado (LUZ et al, 2022).
Quais são as causas da formação de etringita tardia em estruturas de concreto armado?
H1: Este fenômeno é causado apenas por um único elemento e sua reação química com outras substâncias.
H2: Esta patologia pode ser causada por diversos elementos químicos ou uma relação entre inúmeros fatores.
O objetivo deste artigo é detalhar as causas da formação de etringita tardia (DEF), em estruturas de concreto armado, por meio do conhecimento de seus agentes.
Os danos causados às estruturas de concreto armado são os grandes responsáveis por reduzir a vida útil da edificação. Tendo isso em vista, torna-se necessário estudar a respeito dessas patologias, desenvolver tecnologias e conhecimentos para que possa combatê-las de maneira eficiente e prática. Este artigo busca, com isso, ofertar ferramentas de estudo para que no futuro sejam úteis à prática da engenharia (ARIVABENE, 2015).
Entender melhor a respeito das doenças que danificam o concreto e afetam as estruturas trará um grande retorno econômico para os envolvidos. A maior durabilidade da estrutura em virtude de seu bom estado, proporciona menos custos com reparos, e a manutenção tornando –se cada vez menos recorrente. A obra poderá ser planejada levando-se em conta todos estes benefícios, acarretando maior satisfação para a empresa e empregador (SILVA, 2022).
Outra questão complexa é a problemática ambiental, a construção civil é uma das grandes devastadoras do meio ambiente e também uma das maiores produtoras de dejetos e restos de materiais. Anualmente toneladas de materiais são desperdiçados e logo se faz necessário repor estes estoques, com mais prejuízos ambientais. O concreto armado é um dos materiais de melhor aproveitamento, pois é fácil de ser moldado e também mais barato. Melhorar a qualidade de suas estruturas, significa reduzir a devastação ambiental com a construção de edificações mais duráveis, e menor consumo de materiais naturais para repor seus danos, com o seu bom desempenho poderá atuar como substituto de outros materiais, como metais e madeira (GASQUES, 2014).
2. REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 Estruturas
Desde os primórdios o ser humano foi percebendo a importância de buscar abrigo para proteger-se de fenômenos naturais, como tempestades, fortes ventanias e descargas elétricas, por exemplo. Com o passar do tempo, surge a percepção de que o homem poderia contornar muitos destes fenômenos. Surge assim algo que mais tarde viria a se chamar engenharia. À medida que as tecnologias evoluem o ser humano busca maneiras de melhorar a sua qualidade de vida, sendo a construção de moradias mais seguras e confortáveis um de seus maiores anseios (FERNANDES JÚNIOR; IOSHIMOTO, 2021).
As moradias evoluíram à medida que a ciência e as novas tecnologias também evoluíam. Foram descobertos novos materiais, equipamentos, tipos de estruturas, modelos de construção e execução. Em virtude disso, o planejamento tomou conta das sociedades e a construção de edificações imponentes tornou-se uma demonstração cultural e também de poder. Hodiernamente sabe-se que sem infraestrutura um país não se desenvolve, tampouco significará algo para futuras gerações. Em meados da década de 60 foram realizados vários estudos para encontrar um meio de tornar as estruturas mais resistentes às tensões e também aos agentes externos do clima. Uma delas foi a implantação de chapas de aço reforçado e fibras de carbono em estruturas de concreto armado (SILVA; ALBUQUERQUE, 2014).
Uma das formas de aumentar a resistência da edificação a ação de cargas atuantes é a utilização do aço em sua composição. O aço é produzido em siderúrgica e tem grande resistência a tensões, como tração, por exemplo. Ele foi implantado tardiamente no Brasil em razão da dificuldade de trabalhar com o material à época. Este material pode ser utilizado com função estrutural para a execução de grandes edificações, pois resiste bem aos esforços solicitantes, como também a altas temperaturas. Ademais, o mesmo pode atuar auxiliando outras matérias, para aumentarem a sua resistência, e com isso, compor uma resistência ainda mais eficiente e barata, como barras de aço em meio ao concreto, formando assim, as populares estruturas de concreto armado (FERRAZ, 2003).
O fogo também é um dos agentes que causam maiores danos às edificações, em virtude disso, o homem tem estudado meios de produzir matérias com maior resistência às ações das chamas. Foram feitos estudos para se entender o comportamento do concreto às altas temperaturas, por exemplo, e com isso, identificados os pontos negativos desse agente sobre as estruturas de concreto armado, e discutidas maneiras de aumentar sua resistência e eficiência (BRITEZ et al., 2022).
2.2 Estruturas de Concreto Armado
Dentre todas as demandas de materiais utilizados pelo homem o concreto é inegavelmente aquele que tem maior uso. O crescimento tecnológico tem acarretado avanços significativos na construção civil e por consequência evolução na melhoria e preparo deste material para a construção de edificações mais seguras e resistentes. Ademais, o crescimento das tecnologias também facilita a detecção de patologias, prejudiciais às estruturas, e facilita o seu tratamento (ANDRADE, 1997).
Devido aos altos custos de pesquisa relacionados ao estudo do comportamento do concreto armado pelo aquecimento destas estruturas, encontrou –se uma forma de simular estes comportamentos por meio de computadores, em razão da sua complexa estrutura e equipamentos utilizados, torna-se muito caro para ser realizada com frequência. Esta tecnologia vem para trazer avanços para a engenharia, principalmente em questão de planejamento e gestão de obras, estudo e tratamento de patologias, entre outros. Todavia, esta tecnologia ainda não está presente no Brasil com a força necessária para este uso (RUSCHEL, 2011).
Incidentes do cotidiano, como explosões, por exemplo, podem acarretar graves consequências às edificações, como o seu colapso parcial. Já o colapso progressivo ocorre geralmente em virtude de falhas originais. Estas vulnerabilidades resultantes de erros no projeto, na execução ou até mesmo de incidentes comuns, pode ocasionar colapso total da estrutura resultando por muitas vezes em várias mortes. O cuidado na leitura e execução do projeto, bem como o cuidado com a manutenção da estrutura são necessários para que não ocorre tais fatalidades (SESSA, 2017).
A NBR 6118: 2007 traz mecanismos tidos como preponderantes na deterioração das estruturas de concreto armado, como: lixiviação por águas, expansão e solos que possam estar contaminados de alguma forma com sulfatos, resultando em ações expansivas e deletérias. Em relação aos mecanismos preponderantes por deterioração a essa armadura, é destacada sua despassivação tanto por alto teor de cloreto quanto por carbonatação. A realização de pesquisa dividida em: montagem de bancos de dados, análise de resultados, levantamento bibliográfico; teve como meta levantar quais as principais patologias que costumam aparecer nestas estruturas (SILVA; CABRAL, 2014).
2.3 Patologias em Estruturas de Concreto Armado
Quando se analise uma obra de construção civil, deve-se levar em conta sua segurança, seja qual for a natureza de composição de seus materiais. Em estruturas de concreto armado não é diferente. Para tanto, é necessário conhecer além de suas propriedades, as patologias mais recorrentes. Sua análise é feita a partir dos dados que são obtidos por meio de procedimentos testados, permitindo identificar e localizar quais os problemas que estão relacionados com o comportamento sobre a estrutura. Diante disso, foi realizado procedimento que forneceu os resultados sobre as zonas eletroquímicamente com maior ativação, e portanto, seu potencial corrosivo. Permitindo, desta maneira, levantar ou monitorar estes estados em que está havendo corrosão, e sua evolução (CARVALHO, 2009).
A variação de temperatura é um dos principais agentes causadores de doenças no concreto. Havendo contrações e expansões com maior restrição, como também as tensões resultantes de tração forem maiores do que essa resistência do concreto poderão ocorrer problemas como fissuras. Outrossim, variações bruscas na temperatura também acarretam danos às edificações montadas em concreto armado, pois a temperatura superficial se adapta rapidamente, enquanto a temperatura interior leva um tempo muito maior. Estes efeitos correspondem a deslocamentos do concreto, e são causados por estes choques térmicos. A reação do concreto a altas temperaturas é um dos principais causadores de etringite tardia em estruturas de concreto armado (LAPA, 2008).
Dando continuidade ao tema, estruturas como pontes e viadutos são conhecidas popularmente como obras-de-arte especiais. Sendo assim, estão sujeitas à ação recorrente de várias patologias, em razão do seu repetitivo uso e falta de planejamento preventivo. Estes procedimentos são necessários para que seja garantido o seu melhor desempenho ao decorrer do tempo. Os ataques de sulfatos causam deterioração do concreto, em virtude, às ações expansivas. Podem ser encontrados tanto no solo, como no mar, e de igual forma, no concreto. Sulfatos de sódio, cálcio e magnésio são os mais comuns, e podem ser danosos, para o concreto, uma vez que reagem com a pasta de cimento que está hidratada (MASCARENHAS et al, 2019).
A patologia dentro das estruturas de construção civil é uma área de preocupação muito grande, pois a manifestação destes problemas traz consequências para a edificação e os prejuízos futuros podem ser enormes, tanto financeiramente, quanto, de segurança. A preocupação em preservar a longevidade destas estruturas está relacionada a estes fatores, além dos fatores patrimoniais, culturais e também históricos. A segurança e o conforto destas obras, devem ser englobados para o bom aproveitamento das mesmas (MOLINA, 2019).
3. METODOLOGIA
Em virtude do ascendente número de estruturas que passam por deterioração precocemente, e outros tipos de manifestações danosas, somadas a diversos outros problemas, tem- se aumentado a preocupação em relação às questões de segurança envolvendo essas estruturas. Há muitas incertezas relacionadas à imprecisão envolvendo estes sistemas construtivos, a sua viabilidade e também resistência. O ascendente interesse por essas estruturas têm tido grande importância, levando em consideração a necessidade de aprofundar os conceitos relacionados à segurança das estruturas existentes (GASPARETTO et al, 2021). Inúmeros estudos vêm sendo conduzidos nos últimos tempos, com o objetivo de desenvolver técnicas inovadoras para determinar as características das estruturas de concreto armado, muito importantes para uma avaliação mais consistente do seu desempenho ao longo da vida útil. Entre essas inúmeras técnicas inovadoras para determinar as características destes materiais, podem ser encontrados diversos tipos de ensaios, alguns são destrutivos e outros não destrutivos. Uma de suas características mais importantes para avaliar este desempenho é a sua rigidez, ela depende da integridade física (CANDIAN, 2017).
Em relação aos ensaios acelerados, mesmo os afastando das condições reais em relação a exposição, em que muitas dessas ações ocorrem de forma aleatória e simultânea, este caminho é necessário, pois para obter estes resultados nos ensaios em condições naturais de exposição, podem ser muito demoradas, e com isso, inviabilizam o seu emprego regular. O que importa neste cenário é a definição das estratégias dos ensaios acelerados que aproxima tanto de forma direta quanto por meio de fatores de correção das condições para aplicar estes materiais. Outro fator importante é a ponderação em relação a estes ensaios acelerados, que demandam menor tempo para obtenção dos resultados, e também menor custo de operação (MEIRA; FERREIRA, 2019).
Para obter, os resultados, necessários sobre a análise da situação problema abordada houve pesquisa de campo à ponte Juscelino Kubitschek no município de Teresina, com o objetivo de coletar de amostras concretas e palpáveis sobre o estado atual da estrutura, analisando se ocorre etringita tardia na obra arte de concreto. Essa foi a metodologia adotada, em virtude da necessidade de estudo e conhecimento das estruturas de concreto armado expostas a agentes agressivos e nocivos, no meio ambiente, no município de Teresina.
O procedimento adotado foi pesquisa qualitativa à estrutura, com o auxílio de recurso visual para comprovação de amostras. O produto obtido em campo, foi analisado e comparado ao conhecimento adquirido por meio de recursos bibliográficos e, com isso, conclui se sobre a ocorrência dessa manifestação patológica no objeto de pesquisa almejado. Não houve pesquisa a profissionais da área ou entrevista. Todas as informações contidas neste artigo foram coletadas por meio de elaboração própria, com o recurso de imagens que permitem analisar o estado atual em que a estrutura em questão encontra-se atualmente.
O paralelo dos resultados obtidos em campo com o recurso literário englobado no artigo elucida sobre como essa patologia ocorre normalmente em estruturas de concreto armado. Após encerrado esse procedimento torna-se palpável ter maiores conhecimentos sobre essa manifestação patológica, que apesar de bastante comum, ainda é pouco divulgada e pouco se sabe-se sobre como evitar com precisão eventuais manifestações desse problema.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 Resistência do concreto
Em relação à durabilidade do concreto armado, uma de suas primeiras linhas de avaliação é em relação a durabilidade é sua exposição à água do mar, sendo comum observar sinais de deterioração sob essas circunstâncias. Contudo, além das águas do mar, os sulfatos estão presentes em rios, pântanos, lençóis freáticos, decomposição de matéria orgânica, ambientes industriais etc. A deterioração do concreto ocorre, principalmente por esses fenômenos físicos – químicos, sendo que os efeitos químicos são o produto da interação com ambientes agressivos, como a presença de sulfato (MAZER et al, 2014).
Para os profissionais que trabalham com cimento Portland, o termo etringita é bastante familiar, mesmo que pouco aprofundado. A formação do mineral ocorre na mistura de cimento com água. A etringita é o resultado de uma reação que se forma já no início do período de hidratação. A disponibilidade de sulfatos e sua combinação com o aluminato de cálcio ou também ferro aluminato cálcio, não causa qualquer problema ao concreto. Essa reação quando ocorre de forma imediata, proporcionando a formação das horas e dias adequados, e de forma homogênea em sua distribuição na argamassa ou concreto, é chamada de etringita primária, e não provoca nenhuma ruptura no concreto ou argamassa (CENTURIONE et al, 2003).
Figura 1. Ciclovia em ponte Juscelino Kubitschek Av. Frei Serafim.
Fonte: elaboração própria (2023)
O sulfato quando está presente na água penetra pelos poros da pasta de cimento já com processo de endurecimento completo, e com isso, provoca uma reação com os compostos hidratados do cimento, formando a etringita gipsita. Na hidratação do cimento forma-se a etringita primária. Ao entrar em contato com o sulfato externo, ocorre a etringita tardia. O resultado desta reação é a expansão do concreto e possivelmente a desagregação (VISCALDI; SILVA, 2014).
4.2 Variação de temperatura no interior do concreto.
A etringita em seu estado primário é um fenômeno que ocorre por meio da ocorrência de aluminatos e íons sulfato do clínquer ao longo do processo de hidratação. Toda via, torna-se um grande problema quando a temperatura no interior do concreto ultrapassa os 60 – 65 °C após sua moldagem. Esse problema pode ocorrer em função do excesso de calor que é gerado pela hidratação do cimento ou também pelo processo de cura térmica, após resfriar-se pode ocorrer etringita tardia no concreto. Ademais, os materiais utilizados na produção do concreto e as condições de exposição da estrutura também podem ocasionar etringita tardia (DEF). As condições de umidade, a duração do pico de temperatura são outros fatores que influenciam na cristalização (TIECHER et al, 2022).
Figura 2. Expansão por concreto em ciclovia da ponte.
Fonte: elaboração própria (2023)
O nome Etringita vem do cristal formado por sulfato aluminato de cálcio, esse mineral é comumente encontrado no cimento Portland. Essa cristalização é um tipo de ataque por sulfato que ocorre no interior do concreto formando a DEF (Delayed Etringite Formation). Esse procedimento está envolvido a temperaturas de cura do concreto com valores superiores a 70 °C, e exposição à umidade, sendo o cimento a própria fonte de sulfatos. Esse fenômeno ainda é pouco relatado na literatura, não há normatização ou guias nacionais de prevenção que estejam relacionados a etringita tardia, ademais, é possível observar que trata-se de um fenômeno com mecanismos de formação complexos se comparado a outras patologias do concreto (SILVA et al, 2017).
4.3 Patologia
A DEF é um tipo de reação álcali – agregado (RAA) que ocorre em diversas estruturas de concreto armado. Este fenômeno expansivo é o resultado da frequente exposição à umidade por parte dessas estruturas. Essa reação fundamenta-se na interação química entre os álcalis presentes no concreto, na presença de umidade e a sílica constituinte do agregado. Ocorre a formação de um gel expansivo que provoca processos de fissuração e também deslocamentos diferenciais no concreto. Hodiernamente, inúmeros centros de pesquisa buscam diversas formas de diagnosticar a ocorrência dessas reações e avaliar de forma prévia o seu potencial de reação aos agregados utilizados na construção do concreto (MIZUMOTO, 2009).
Figura 3. Fissuras aparentes em proteção da ciclovia
Fonte: elaboração própria (2023)
As reações álcali – agregado são definidas como um tipo de degradação do concreto por meio de um fenômeno expansivo. Seus efeitos são diversos, e a fissuração ocorre apenas se houver o efeito expansivo. O tempo e a magnitude em que esse processo ocorre depende de inúmeros fatores, como os níveis de álcalis no cimento, a quantidade de agregados disponíveis reativos, a presença de umidade, a temperatura ambiente e algum tipo de restrição ao processo expansivo, podendo ser tanto um fator interno quanto externo. Alguns de seus principais sintomas são: microfissuras no concreto, preenchimento de vazios, fissuração característica na superfície, fissuras de grande abertura, entre outros problemas. Essas fissuras podem ocasionar a penetração de água e o transporte de possíveis elementos agressivos, além da perda da estanqueidade (VALDUGA, 2002).
5. CONCLUSÃO
Este trabalho trouxe à tona indagações sobre o que é a etringita tardia ou DEF, levando em conta a importância da análise das estruturas de concreto armado no município de Teresina. Apesar de ser uma patologia bastante comum, em estruturas de concreto armado, o conhecimento social ou até mesmo de alguns profissionais a respeito dessa manifestação patológica ainda encontra-se bastante deficitário e insuficiente, bem como a falta de prevenção de suas causas e métodos resolutivos.
A temática traz para a engenharia um alerta sobre a importância de não negligenciar fissuras ou quaisquer danos nas estruturas de concreto armado, sempre buscando conhecer suas causas e os possíveis riscos. Por meio de pesquisa de campo, foi possível mostrar que apesar de não estar em ruína iminente uma estrutura pode apresentar sinais de problemas que devem ser reparados futuramente.
Esta pesquisa traz consigo uma reflexão sobre a importância do conhecimento a respeito da etringita tardia ou DEF em estruturas de concreto armado. Ter conhecimento sobre essa manifestação patológica leva ao cuidado, conservação e reparação de eventuais danos que venham a ocorrer, evitando, com isso, que algumas dessas estruturas futuramente possam vir à ruína em virtude de negligência.
A metodologia de pesquisa adotada, apesar de relatar a ocorrência do problema estudado na ciclovia da ponte Juscelino Kubitschek, não é esclarecedora sobre como esse fenômeno ocorreu na estrutura, assim como propor possíveis soluções para essa patologia. Para uma melhor avaliação será necessário estudos laboratoriais, com a utilização de amostras de corpos de prova, para entender profundamente como ocorre o processo de cristalização do concreto em seu processo natural (etringita primária), e após submetido às circunstâncias que foram mencionadas ao longo do trabalho (etringita tardia). Recurso fotográfico torna-se insuficiente para maiores detalhes a respeito da complexidade e importância do tema abordado.
Para futuros trabalhos é interesse trabalhar com a análise de diversas estruturas de concreto armado, para com isso, fazer um paralelo entre essas estruturas, não mantendo-se limitado a somente uma amostra de campo. Com essa metodologia, será possível desenvolver uma visão mais ampla e esclarecedora sobre o estado das obras de arte de concreto armado, e formular hipóteses sobre quais fatores foram determinantes para a formação de etringita tardia em cada contexto. Outrossim, o auxílio laboratorial será de suma importância para elucidar os resultados finais.
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