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UNIVERSIDADE CATÓLICA DE PERNAMBUCO
PRÓ-REITORIA DE ENSINO, PESQUISA E EXTENSÃO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
RECUPERAÇÃO ESTRUTURAL DE BLOCOS DE FUNDAÇÃO
AFETADOS PELA REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO
- A EXPERIÊNCIA DO RECIFE.
EDUARDO ALVES DE OLIVEIRA GOMES
Recife
2008
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2
EDUARDO ALVES DE OLIVEIRA GOMES
RECUPERAÇÃO ESTRUTURAL DE BLOCOS DE FUNDAÇÃO
AFETADOS PELA REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO
- A EXPERIÊNCIA DO RECIFE.
Dissertação apresentada à Universidade Católica
de Pernambuco como requisito parcial, exigido
pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia
Civil, para obtenção do Título de Mestre em
Engenharia Civil, na área de Concentração em
Engenharia das Construções, orientado pelos
Professores Romilde Almeida de Oliveira e
Antônio Oscar Cavalcanti da Fonte.
Recife
2008
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3
RESUMO
As primeiras obras de engenharia que se tem notícia que foram afetadas pela
Reação Álcali-Agregado foram pontes e pavimentos no estado da Califórnia, EUA, nos anos
de 1920 a 1930. Este diagnóstico foi proposto por Stanton, T.E., em 1940. A partir daí, vários
estudos foram apresentados, dando suporte a essa hipótese. De 1940 até 2008 vários outros
países, inclusive o Brasil, diagnosticaram casos de RAA em diversas obras de Engenharia,
principalmente em barragens. No Recife, Pernambuco, a partir do ano 2000, várias
ocorrências foram diagnosticadas como RAA em blocos de fundação. Inicialmente foram
observadas em bases de torres de refrigeração de uma indústria e, posteriormente, nos blocos
de fundação da Ponte do Pina. No ano de 2004, houve a ruptura do Edifício Areia Branca, de
12 andares, com 27 anos de idade, na vizinha cidade de Jaboatão, por problemas de falhas
construtivas nas fundações. Este fato trouxe grande preocupação aos moradores de vários
edifícios da região, que passaram a solicitar vistorias técnicas nas fundações dos mesmos. Em
cerca de 30 prédios, onde foram observados blocos fissurados, as causas foram atribuídas à
RAA. Tendo em vista a falta de registro de casos semelhantes na literatura técnica
internacional e que a modelagem teórica do problema ainda não está resolvida
satisfatoriamente, tem-se contado com soluções intuitivas dos engenheiros estruturais. Neste
trabalho mostram-se quatro exemplos de obras no Recife afetadas pela RAA, detalhando as
fases de detecção, diagnóstico, estudos e pesquisas, que resultaram no projeto de soluções
para recuperação estrutural dos blocos de fundação, contando com procedimentos que
constam, de forma geral, de limpeza e preenchimento das trincas, reforço com armadura
suplementar e encamisamento dos blocos. Ao final, chama-se a atenção para a necessidade de
evoluir nas análises estruturais dos blocos de fundação, para comprovar se a ação da RAA é a
única responsável pelo quadro fissuratório observado nas fundações pesquisadas na Região
Metropolitana do Recife, ou se há, porventura, outras patologias associadas.
4
ABSTRACT
The first engineering works reported as being affected by Alkali-Aggregate
Reaction (AAR) were pavements and bridges in the state of California - USA, in the 1920's.
This diagnosis was proposed by Stanton, T.E., in 1940. From then on, many studies had been
presented, supporting that hypothesis. From 1940 to nowadays many other countries,
including Brazil had been diagnosing hundreds of cases of AAR in many different types of
engineering works, mainly in dams. In Recife, Pernambuco, from the year 2000, many
occurrences have been identified as AAR in pile caps. Initially they were observed in the
basis of industrial cooling towers and in the pile caps of the Pina Bridge. In 2004, occurred in
the neighbor city of Jaboatao the rupture of the Areia Branca Building, a 12 storey, 27 year-
old, concrete construction, caused by constructive imperfections in the foundation of the
columns. Many people that live in buildings worried much about this fact and asked technical
inspections in the foundations. About 30 buildings presented various cracks and the cause is
attributed to AAR. Because of the absence of registration of similar cases in the international
literature and because the theoretical modelling of the problem is not yet satisfactorily solved,
the structural engineers have been presenting intuitive solutions. In this paper four examples
of solutions for structural repair of pile caps are showed, using in all of them common
procedures, like: cleaning and fulfilling the cracks, addition of steel bars and covering the pile
caps with a concrete layer in all surfaces. At the end it is talked about the need to increase the
pile caps structural analysis, to verify if the AAR is the only responsible for the fissures in the
pile caps, or if there are other associated pathologies.
5
AGRADECIMENTOS
A Deus, pelas oportunidades que tem me concedido ao longo da minha vida.
À minha família: meus pais Josué e Conceição, in memoriam, e meus irmãos,
pelas oportunidades, através da educação, e a minha esposa, Cecília e meus filhos, Renata,
Adriana, Daniel e Carla, pela compreensão, disponibilidade e interesse em ajudar.
Aos meus orientadores, Romilde e Oscar pela orientação e acompanhamento
durante este trabalho.
Ao Prof. Dr. Paulo Helene, pela sugestão da abordagem ao tema escolhido e pela
atenção dispensada nas eventuais consultas.
Aos demais professores do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da
Universidade Católica de Pernambuco, pela dedicação, e em especial à Professora Maria da
Graça V. Xavier Ferreira, pela sua paciência em repassar conhecimentos de Geologia.
Aos funcionários dos laboratórios, da secretaria e da biblioteca da Católica pela
sua dedicação e apoio.
Aos colegas e amigos conquistados neste período, na Católica: Aliomar, Almai,
Diogo, Jason, Wellington e em especial ao colega Sergio Paiva pela grande contribuição neste
trabalho no repasse dos conhecimentos de Química e Informática.
Ao amigo Engenheiro Luis Arnaldo T. Pessoa de Melo, in memoriam, proprietário
da CONCREPOXI Engenharia Ltda., pela valiosa colaboração em ceder material técnico,
fotográfico e conhecimentos a respeito da obra de recuperação da Ponte do Pina.
Aos Engenheiros João Asfura Nassar, José do Patrocínio Figueirôa e Tibério
Andrade pelas informações valiosas a respeito de obras que prestaram consultoria e ao
Engenheiro Zoroastro Soares, proprietário da Betonpoxi pelas informações e fotografias de
uma das obras citadas neste trabalho.
À EMLURB – Empresa de Manutenção e Limpeza Urbana, da Prefeitura da
Cidade do Recife, pela liberação parcial para participar do curso de mestrado e pagamento de
parte dos custos do curso.
Aos colegas, engenheiros da EMLURB, Armando Carneiro do Rego e Ricardo
Fausto, pela cessão de material técnico e acervo fotográfico da obra da Ponte do Pina.
Ao Engenheiro Normando Perboire pela cessão de bibliografia, paciência e apoio
no repasse de conhecimentos sobre o assunto do trabalho.
6
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 11
1.1 A REAÇÃO 11
1.2 HISTÓRICO 11
1.2.1 RAA NO MUNDO 11
1.2.2 RAA NO BRASIL 13
1.2.3 RAA NO RECIFE 13
1.3 MOTIVAÇÃO DO TRABALHO 14
1.4 OBJETIVOS DO TRABALHO 16
1.5 DESCRIÇÃO DOS CAPÍTULOS SEGUINTES 16
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 18
2.1 TIPOS DE REAÇÕES ÁLCALI–AGREGADO 18
2.2 FATORES NECESSÁRIOS PARA A OCORRÊNCIA DA RAS 19
2.3 PARÂMETROS QUE INFLUENCIAM A RAS: TEMPERATURA E ESTADO DE TENSÃO 20
2.4 MECANISMO DAS REAÇÕES ÁLCALI-SÍLICA E ÁLCALI - SILICATO 20
2.5 DIAGNÓSTICO DA REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO 32
2.5.1 ENSAIOS DE LABORATÓRIOS 33
2.5.2 ENSAIOS DE CAMPO 47
2.6 PREVENÇÃO E NEUTRALIZAÇÃO DA RAA 50
2.6.1 ESCOLHA DE AGREGADOS NÃO REATIVOS 50
2.6.2 UTILIZAÇÃO DE ADIÇÕES MINERAIS 50
2.6.3 UTILIZAÇÃO DE ADIÇÕES QUÍMICAS 51
2.7 CONTROLE E INSTRUMENTAÇÃO DA RAA 51
2.8 AÇÕES RETARDADORAS E MITIGADORAS 53
2.8.1 TRATAMENTOS SUPERFICIAIS 53
2.8.2 MEMBRANAS 54
2.8.3 REFORÇOS ESTRUTURAIS 54
2.8.4 LIBERAÇÃO DAS DEFORMAÇÕES 55
2.8.5 DEMOLIÇÃO E RECONSTRUÇÃO 55
3 RAA EM BLOCOS DE FUNDAÇÃO NA REGIÃO METROPOLITANA DO RECIFE 56
3.1 PONTE PAULO GUERRA, RECIFE/PE 56
3.1.1 RELATÓRIO TÉCNICO N.01-EST/99, ELABORADO PELA FADE/UFPE 56
3.1.1.1 Introdução 56
3.1.1.2 Descrição da ponte 56
3.1.1.3 Principais danos observados na estrutura 58
3.1.1.4 Ensaios realizados 60
3.1.1.5 Causas da deterioração estrutural: 61
3.1.1.6 Solução sugerida 61
3.1.2 RELATÓRIO TÉCNICO ELABORADO PELA EMPRESA TECOMAT 62
3.1.2.1 Introdução 62
3.1.2.2 Histórico da construção 62
3.1.2.3 Agressividade ambiental 63
3.1.2.4 Inspeções – Ensaios de Campo 64
7
3.1.2.5 Inspeção – ensaios especiais em laboratório 73
3.1.2.6 Mecanismos de envelhecimento 79
3.1.2.7 Diagnóstico e prognóstico 81
3.1.2.8 Alternativas de intervenção 83
3.1.2.9 Recomendações finais 85
3.1.3 PROJETO ESTRUTURAL ELABORADO PELA B&C ENGENHEIROS CONSULTORES LTDA. 86
3.1.4 PROJETO ESTRUTURAL DA JLC ENGENHARIA DE PROJETOS LTDA. 87
3.2 EDIFÍCIO COMERCIAL NO RECIFE 90
3.2.1 DESCRIÇÃO DA OBRA 90
3.2.2 ANÁLISE DOS DANOS OBSERVADOS 90
3.2.3. DIAGNÓSTICO DO PROBLEMA DOS BLOCOS 92
3.2.4 SOLUÇÃO ADOTADA 94
3.2.5 ETAPAS DA OBRA 96
3.3 EDIFÍCIO PÚBLICO NO RECIFE 97
3.3.1 INTRODUÇÃO 97
3.3.2 CARACTERÍSTICAS DA OBRA 99
3.3.3 ANÁLISE DO PROBLEMA 100
3.3.3.1 Inspeção 100
3.3.3.2 Resultados de ensaios 102
3.3.3.3 Conclusão 104
3.3.4 RECUPERAÇÃO DOS BLOCOS – 1ª ETAPA: FECHAMENTO DAS TRINCAS 105
3.3.4.1 Introdução 105
3.3.4.2 Materiais empregados no preenchimento das trincas 105
3.3.4.3 Processo para preenchimento das trincas 106
3.3.4.4 Principais dificuldades encontradas 107
3.3.5 RECUPERAÇÃO DOS BLOCOS – 2ª ETAPA: REFORÇO ESTRUTURAL 110
3.3.5.1 Introdução 110
3.3.5.2 Estudos realizados 111
3.3.5.3 Reforço do bloco de fundação 119
3.4 EDIFÍCIO RESIDENCIAL NO RECIFE 124
3.4.1 DESCRIÇÃO DA OBRA 124
3.4.2 HISTÓRICO DOS DANOS OBSERVADOS 124
3.4.3 SOLUÇÃO ADOTADA 127
3.5 VERIFICAÇÃO DA POTENCIALIDADE REATIVA DE AGREGADOS NO ESTADO DE PERNAMBUCO
128
3.6 A NECESSIDADE DE AMPLIAÇÃO DE ESTUDOS E PESQUISAS SOBRE BLOCOS DE FUNDAÇÃO
COM MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS ATRIBUÍDAS À
RAA 128
4. CONCLUSÕES E SUGESTÕES 131
4.1 CONCLUSÕES 131
4.2 SUGESTÕES 132
5 REFERÊNCIAS 133
8
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1
Número de barragens de concreto com evidências de ataque de RAA 12
Figura 1.2
Barragem Drum After Bay, nos EUA 15
Figura 2.1
Fatores necessários para a reação 19
Figura 2.2
Influência da tensão de confinamento sobre a expansão de corpos de prova 20
Figura 2.3
Expansão das barras de argamassa em função da proporção de materiais reativos no
agregado (p)
23
Figura 2.4
Representação esquemática do mecanismo da reação álcali-sílica segundo Plum, Pouse e
Idorn
25
Figura 2.5
Neutralização das ligações do grupo silanol pelas hidroxilas 27
Figura 2.6
Ruptura das ligações do grupo siloxano pelos íons hidroxilas 28
Figura 2.7
Gel ao redor dos agregados 29
Figura 2.8
Gel exsudado em superfície de concreto pintado 30
Figura 2.9
Cristais em forma de rosácea preenchendo um poro de concreto aumento 5800X 30
Figura 2.10
Análise Macroscópica 34
Figura 2.11
Análise ao Microscópio Estereoscópico 35
Figura 2.12
Análise ao Microscópio Óptico de Luz Transmitida no Concreto,
(gel contrastado com coloração azul)
36
Figura 2.13
Análise do MEV. Gel expansivo, aumento 1000 X 37
Figura 2.14
Imagem de Espectômetro de Raio X por Energia Dispersiva (EDS) 37
Figura 2.15
Método das Barras de Argamassas Acelerado. Imersão das barras em solução fortemente
alcalina
40
Figura 2.16
Método das Barras de Argamassas Acelerado. Medição da expansão das barras 40
Figura 2.17
Expansão das barras de argamassa 41
Figura 2.18
Resultado do ensaio químico (ASTM C-289) 43
Figura 2.19
Ensaio dos Prismas de Concreto 46
Figura 2.20
Ensaio Térmico / Albert Ossipov. Material deletério 47
Figura 2.21
Spectroline – Método do Acetato de Uranila 48
Figura 2.22
Método do Cobaltonitrito de Sódio 49
Figura 3.1
Vista geral da Ponte Paulo Guerra 57
Figura 3.2
Vista dos blocos, cálices, apoios e aparelhos de apoio 58
Figura 3.3
Deterioração do concreto nos apoios extremos 59
Figura 3.4
Vista do bloco de apoio de um vão central 60
Figura 3.5
Representação esquemática da ponte 67
Figura 3.6
Recobrimento da armadura superior do bloco 69
9
Figura 3.7
Testemunho extraído através de furo horizontal no Bloco 7 74
Figura 3.8
Testemunho extraído do Bloco 7. Detalhe da fissura na superfície. 74
Figura 3.9
Detalhe das auréolas brancas nas bordas dos agregados no Bloco 12 75
Figura 3.10
Face lateral do bloco 10, lado do mar 78
Figura 3.11
Face superior do bloco 10, lado do mar 79
Figura 3.12
Lei de Sitter – Evolução dos custos de intervenção com o tempo. 85
Figura 3.13
Fechamento de fissuras 87
Figura 3.14
Ferragem frouxa e cabos de protensão dos blocos 88
Figura 3.15
Console metálico, sobre berço de regularização 89
Figura 3.16
Bloco e apoio prontos 90
Figura 3.17
Fissuras em um bloco sobre 2 estacas, com dimensão 1 x 2,5m 92
Figura 3.18
Fissuras em um bloco com 18 estacas, com dimensões 8 x 6m 92
Figura 3.19
Testemunho mostrando bordas de reação 93
Figura 3.20
Vista da face inferior de um bloco e da cabeça das estacas 94
Figura 3.21
Protensão em bloco de duas estacas 95
Figura 3.22
Protensão em bloco de várias estacas 96
Figura 3.23
Bloco com recuperação concluída 97
Figura 3.24
Vista de um bloco mostrando fissuras nas faces superior e lateral 98
Figura 3.25
Trinca horizontal com grande abertura e deslocamento relativo entre as superfícies
delimitadas pela trinca 98
Figura 3.26
Estribo rompido no encontro de duas faces laterais de um bloco 101
Figura 3.27
Colocação de purgadores nas trincas, fissuras e furos 107
Figura 3.28
Injeção e saída do microcimento pelos purgadores. 107
Figura 3.29
Face interna da trinca, impregnada de solo, aparecendo pedaço de microcimento injetado 108
Figura 3.30
Furos (testemunhos) abaixo da trinca principal para retirada do solo do fundo da trinca 109
Figura 3.31
Furo de 3”, abaixo da trinca principal, durante a lavagem da trinca, mostrando a saída da
areia
109
Figura 3.32
Influência do isolamento ao contato com água externa 112
Figura 3.33
Influência da expansão sobre as armaduras 113
Figura 3.34
A– Modelo mecânico para viga B – Modelo mecânico para bloco 115
Figura 3.35
Representação gráfica das tensões internas no bloco 117
Figura 3.36
Localização da trinca principal e sua direção (indicada pela elipse) 118
Figura 3.37
Detalhes do bloco original 120
Figura 3.38
Fissuras e trincas nas faces do bloco 120
10
Figura 3.39
A – Desenho esquemático do processo B – Medição das expansões na obra 121
Figura 3.40
Detalhamento do reforço 122
Figura 3.41
Aspecto de um bloco de fundação mostrando fissuras já preenchidas 125
Figura 3.42
Bloco já reforçado, voltando a apresentar fissuras. 126
Figura 3.43
O mesmo bloco da Figura 3.42 com a ferragem de reforço sem o devido envolvimento
com concreto.
126
Figura 3.44
Ferragem de reforço do encapsulamento do bloco em fase de colocação 127
Figura 3.45
A – Ruptura por falta de armadura de suspensão entre as estacas
B – Disposição da armadura de suspensão em blocos com grandes distâncias entre as
estacas
130
11
1 INTRODUÇÃO
1.1 A Reação
A Reação Álcali-Agregado (RAA) processa-se em argamassa ou concreto, entre os
íons hidroxila (OH)
-
gerados no processo de hidratação do cimento, associados aos álcalis,
óxido de sódio (Na
2
0) e óxido de potássio (K
2
0), provenientes do cimento ou de outras fontes
e certos tipos de agregados.
A principal conseqüência da reação é a expansão do concreto ou argamassa,
provocando fissuração na superfície com uma distribuição aleatória, na maioria das vezes
também citado como em forma de mapa ou de malha.
1.2 Histórico
As primeiras obras de que se tem notícia que foram afetadas pela RAA foram
pontes e pavimentos na Califórnia, EUA, nos anos entre 1920 e 1930. Não foi encontrada
explicação para a grande quantidade de fissuras observadas naquelas obras, pois a qualidade
das construções, dos materiais utilizados e dos projetos adotados foi considerada adequada.
Stanton, (1940) foi o primeiro a propor que tais danos fossem atribuídos ao ataque da opala e
do chert, usados como agregados, pela solução concentrada de álcalis, gerada pelo processo
de hidratação do cimento.
Ainda nos anos 40, vários trabalhos de pesquisa confirmaram esta hipótese, como
os de Meissner (1941), Berkey (1941), Stanton et al., (1942) e Hansen (1944), de acordo com
Prezzi et al., (1997).
1.2.1 RAA no Mundo
Depois dos Estados Unidos, Austrália e Nova Zelândia também constataram casos
de RAA na década de 1940 e, na seqüência, vários outros países diagnosticaram como RAA
12
casos de expansão e fissuramento em forma de malha, em várias obras de Engenharia,
principalmente em barragens. Um trabalho conjunto do Instituto Brasileiro de Concreto
(IBRACON) e do Comitê Brasileiro de Grandes Barragens (CBGB), publicado no ano de
1998, listou 132 estruturas hidráulicas (barragens), localizadas em 23 países, onde foram
observadas ocorrências de Reação Álcali-Agregado, em sua grande maioria confirmadas e
algumas em fase de estudos, na ocasião.
Este levantamento baseou-se em informações colhidas em três eventos: a)
workshop sobre RAA realizado em São Paulo, em 1995; b) simpósio sobre RAA realizado em
Goiânia, em 1997 e c) 2ª Conferência Internacional sobre RAA em Hidrelétricas e Barragens,
em Chattanooga, EUA, em 1995. (IBRACON, CBGB, 1998).
Em Andriolo, (1992), é apresentado outro levantamento de barragens de concreto
com evidências de expansão devidas à RAA, baseado nos Anais do XVIII ICOLD, em Viena,
1991 e no Bulletin-79 “Alkali Aggregate Reaction in Concrete Dams”, 1991. Nesse
levantamento são apresentadas 56 barragens, em 11 países.
A Figura 1.1 mostra o número de barragens afetadas pela RAA, por país, com um
total de 147 barragens em 23 países, até o ano de 1997, baseado nos trabalhos descritos acima.
Figura 1.1 – Número de barragens de concreto com evidências de ataque de RAA
Fontes: IBRACON / CBGB, 1998 e ANDRIOLO, 1992.
13
Nota: “Outros*” corresponde aos países com apenas uma ocorrência anotada, que
são: Argentina, Áustria, Costa do Marfim, Gana, Moçambique, Nigéria, Paquistão, Quênia,
Romênia, Suíça e Uganda (11 países).
Hoje, se estes dados forem atualizados e a eles somados outros tipos de estruturas
com ocorrência de sintomas de manifestação de RAA, deve-se chegar a várias centenas de
obras, em mais de 50 países.
1.2.2 RAA no Brasil
Segundo Andriolo, (1997b), algumas entidades e profissionais visualizaram o
perigo da reação no Brasil na década de 50, principalmente quando do estudo dos materiais e
concretos para as obras do setor elétrico, as hidrelétricas, em particular.
No Brasil, foram constatadas ocorrências do fenômeno em três barragens, nas
décadas de 60 e 70, a saber Peti, Moxotó, e Pedras. De lá pra cá, vários casos, em obras
hidráulicas, vem sendo diagnosticados como RAA.
No Nordeste, pelo menos cinco barragens do sistema hidrelétrico do Rio São
Francisco apresentaram comportamento semelhante (Moxotó, Paulo Afonso I, II, III e IV),
além de duas barragens dos sistemas de abastecimento d’água das Regiões Metropolitanas do
Recife (Tapacurá) e de Salvador (Joanes II).
Além das obras hidráulicas, são raros os exemplos de outros tipos de estruturas
com sintomas de RAA.
1.2.3 RAA no Recife
A primeira obra diagnosticada como sob a ação da RAA, na Região Metropolitana
do Recife (RMR), foi a Ponte Paulo Guerra, também conhecida com Ponte do Pina, em 1999,
nos blocos de coroamento, que também servem como elementos de apoio das vigas, conforme
os trabalhos de Fonte e Ávila,(1999) e Helene et al., (2002).
Em 2004, a fundação em sapatas isoladas de um edifício residencial na praia de
Piedade, município de Jaboatão dos Guararapes, vizinho do Recife, apresentou um quadro de
14
fissuração em que também foi encontrada a presença do mesmo fenômeno, de acordo com o
resultado de ensaios laboratoriais, conforme citado em Andrade e Silva et al.,(2006).
Em outubro de 2004, houve a ruptura do Edifício Areia Branca, de 15 andares,
com 28 anos de idade, também situado na Praia de Piedade, cuja causa principal foi
diagnosticada como sendo falhas construtivas na região de apoio dos pilares nas fundações,
em sapatas, conforme relatado por Oliveira, (2007).
Este edifício, ao ruir, afetou parcialmente o prédio vizinho. Por medida de
segurança, o condomínio mandou realizar inspeções nas fundações dos pilares, constatando,
também, a existência de algumas falhas construtivas, que foram devidamente recuperadas.
Como conseqüência, os condomínios de dezenas de edifícios, na RMR, solicitaram
vistorias nas estruturas, com ênfase nas fundações, tendo sido descobertos vários casos de
elementos de fundação, blocos de coroamento ou sapatas, com estados de fissuração
variáveis.
Esta situação gerou um movimento dos engenheiros especialistas em Estruturas,
em Tecnologia de Concreto e em Mecânica dos Solos para padronizar a elaboração de laudos
de vistoria técnica em estruturas e fundações, dando origem ao manual da Associação
Brasileira de Engenharia e Consultoria Estrutura, 2005.
Segundo Andrade e Silva, (2006), de todas as obras vistoriadas e que apresentaram
fissuras em fundações, em mais de 30 edifícios foi constatada, através da realização de
ensaios laboratoriais, a ocorrência da RAA.
De todos eles, os prédios mais conhecidos são um edifício comercial, de oito
pavimentos, no bairro da Boa Vista, no Recife, com recuperação estrutural já concluída, e um
edifício público, de 12 pavimentos, no bairro de San Martin, Recife, em fase de recuperação.
1.3 Motivação do Trabalho
Em muitos países têm sido aplicadas vultosas somas de recursos no reparo e na
manutenção de estruturas de concreto afetadas pela RAA. Só na África do Sul, segundo
Oberholster, citado por Kuperman, (2007), gastou-se, entre a década de 70 e 1996, a quantia
de US$ 350.000.000,00.
Outras obras com grandes investimentos: demolição de uma ponte no Japão,
demolição da barragem Drum After Bay, nos EUA (Figura 1.2), substituição de 300.000
dormentes de concreto, no Canadá, ao custo de US$ 34.000.000,00.
15
Figura 1.2: Barragem Drum After Bay, nos EUA
Fonte: KUPERMAN (2007)
Os organizadores da 13
th
International Conference on Alkali-Aggregate Reactions
in Concrete (ICAAR), a se realizar neste ano de 2008, na Noruega, estimam que o custo anual
para reabilitação e substituição de obras com RAA é de 2,6 bilhões de dólares, segundo
Figueirôa e Andrade, (2007). Internacionalmente, constitui-se no segundo maior investimento
em recuperação de estruturas de concreto, ficando os efeitos da corrosão em primeiro lugar.
Em todo o mundo, a grande maioria das obras de concreto executadas com
material reativo permanecem em serviço. O risco de ruptura estrutural repentina em
componentes de concreto afetados pela RAA é quase inexistente, mas pode ocorrer, em raros
casos, como descrito por Haavik e Mielenz, (1991), referindo-se a uma tubulação em
concreto, segundo o guia A864-00, (2000).
Figueirôa e Andrade, (2007), citam esta mesma obra e ressaltam que além da
grande participação da RAA, houve uma conjugação de outras causas que contribuíram para o
acidente, como o material transportado na tubulação, altamente corrosivo e com alta
temperatura, 82ºC, que contribuiu para acelerar a reação.
Este caso, acontecido em 1991, suscita a dúvida de que outros casos de ruptura de
estruturas afetadas por RAA já possam ter acontecido ou virem a ocorrer. Além disto, mostra
também que é de suma importância conhecer todas as causas das patologias observadas na
estrutura, antes de recomendar a melhor terapia, sob pena de que algum procedimento para
combater uma determinada causa possa vir a exacerbar um outro fenômeno que esteja a afetar
a estrutura.
Na RMR várias construções foram diagnosticadas como tendo ocorrido RAA.
16
Todos estes fatos justificam a grande quantidade de pesquisas que vêm sendo
desenvolvidas no mundo todo, no Brasil, e na cidade do Recife, em particular.
1.4 Objetivos do Trabalho
Apesar do grande número de pesquisas e de publicações sobre RAA em todo o
mundo, não existe quase nada na literatura internacional sobre recuperação estrutural de
blocos de fundações de edifícios, afetados pela RAA.
O principal objetivo deste trabalho é mostrar o que tem sido realizado, em termos
de recuperação estrutural de blocos de fundação no Recife e RMR e sugerir algumas linhas de
pesquisas para detalhar melhor a armação dos blocos de fundação, em relação ao que se fazia
no final do século 20, conforme preconizado pelas normas atuais (brasileira e internacionais)
e para entender melhor o efeito da RAA sobre os blocos de fundação.
1.5 Descrição dos capítulos seguintes
Visando facilitar ao leitor da dissertação, descrevem-se, a seguir, os capítulos que
a compõem:
O primeiro capítulo consta de uma introdução, subdividida em uma breve
definição da reação, o histórico da reação no mundo, no Brasil e no Recife, a motivação e os
objetivos do trabalho.
O segundo capítulo consiste em uma revisão bibliográfica alusiva ao tema,
listando os tipos de RAA, o mecanismo da RAA, explicado através de várias teorias ao longo
do tempo e os principais fatores que afetam a reação. São abordados também os principais
métodos de ensaio para a detecção da reação e a sua identificação no campo. Este capítulo é
encerrado com a prevenção, neutralização e controle da RAA, além das ações retardadoras e
mitigadoras da reação.
No terceiro capítulo apresentam-se os casos de quatro obras cujos blocos de
fundações apresentaram patologias diagnosticadas como ação da Reação Álcali-Agregado,
que foram recuperadas ou estão em fase de recuperação, na Região Metropolitana do Recife.
Ainda neste capítulo cita-se um trabalho desenvolvido na UFPE, com uma análise da
reatividade dos agregados das jazidas do estado de Pernambuco e, ao final, discorre-se sobre
17
as dúvidas que existem sobre o assunto e a necessidade de ampliação dos estudos e pesquisas
sobre o mesmo.
No quarto capítulo são apresentadas as conclusões e as sugestões sobre futuros
trabalhos a respeito do tema.
No quinto capítulo encontram-se as referências bibliográficas.
18
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Tipos de Reações Álcali–Agregado
As publicações internacionais mais recentes, segundo o Guia Canadense A864-
00, (2000), consideram que existem apenas dois tipos de RAA (Reação Álcali-Agregado): a
Reação Álcali- Sílica (RAS) e a Reação Álcali-Carbonato (RAC), tratando a Reação Álcali-
Silicato como um caso particular da Reação Álcali-Sílica.
No entanto, parece mais didático, de acordo com a composição química reativa dos
agregados e com os mecanismos de expansão, manter os três tipos:
a) Reação Álcali-Sílica: é a que ocorre quando estão envolvidos agregados contendo
sílica na forma amorfa (calcedônia, sílex, opala, etc.), segundo Silveira, (1997).
Esta reação é a mais comum em todo o mundo e é a que se desenvolve mais
rapidamente. Caracteriza-se pela formação de um gel higroscópico, isto é, ávido
por água, absorvendo-a por osmose, e, sendo um material expansivo, ocasiona
fissuras no concreto, a partir de quando as forças de expansão forem superiores à
resistência à tração da pasta de cimento, como afirmam Figueirôa e Andrade,
(2007).
b) Reação Álcali-Silicato é a que se processa mais vagarosamente e ocorre quando os
agregados, constituídos por granitos, gnaisses, migmatitos e quartzitos,
principalmente, contém quartzo deformado ou criptocristalino, cuja reatividade foi
descoberta há cerca de 30 anos. Até então, esses materiais eram considerados
inertes, segundo Silveira, (1997). O mecanismo é o mesmo da reação álcali-sílica.
Este tipo de reação é a mais comum no Brasil e, segundo este mesmo autor,
ocorreu em todos os casos comprovados de barragens afetadas pela reação álcali-
agregado no Brasil (até 1997, data do seu artigo).
c) Reação Álcali–Carbonato (RAC): ocorre de forma totalmente diferente da reação
álcali-sílica e álcali-silicato. É mais rara e não há formação de gel. Caracteriza-se
pela expansão das rochas carbonáticas, como conseqüência da reação dos álcalis
com o calcário dolomítico ou magnesiano, gerando compostos cristalizados, como
brucita, carbonatos alcalinos, carbonato de cálcio e silicato magnesiano. Esta
expansão é denominada desdolomitização e causa fissuras devido ao
enfraquecimento da ligação pasta-agregado.
19
2.2 Fatores necessários para a ocorrência da RAS
Os fatores necessários são: álcalis, agregado reativo e água.
Álcalis: é necessária a existência de uma quantidade mínima de álcalis,
proveniente do cimento ou de outras fontes, como aditivos, adições ou os próprios agregados;
A existência de um agregado reativo. O grau de reatividade do agregado está
diretamente relacionado à velocidade da reação;
A presença de água. A RAS só se processa com a existência de água nos poros do
concreto, proveniente de alguma fonte externa (meio ambiente) ou interna (excesso de água
de amassamento que não foi absorvida na hidratação do cimento).
É importante observar que o fenômeno não ocorre apenas quando o concreto está
em contato direto com a água, podendo acontecer, por exemplo, em superestruturas de pontes
ou viadutos situadas em atmosferas que apresentam umidade relativa do ar superior a 80% por
um longo período de tempo, segundo número citado por Andrade e Silva, (2006). Outros
autores, conforme citado por Figueirôa e Andrade, (2007) consideram igual a 85% esta
umidade relativa do ar. Além disto é importante lembrar que a reação ocorre em toda a massa
de concreto, e não apenas na superfície, o que dificulta mais a solução, pois não basta evitar a
penetração de umidade do meio ambiente.
A Figura 2.1 ilustra os três fatores necessários para o processamento da reação.
Figura.2.1 - Fatores necessários para a reação.
Fonte: KUPERMAN (2007), adaptado.
20
2.3 Parâmetros que influenciam a RAS: temperatura e estado de tensão
A temperatura pode influir na velocidade de processamento da reação ao longo do
tempo. A relação é de proporcionalidade direta, ou seja, quanto maior a temperatura ambiente,
mais rapidamente aparecem os efeitos da reação.
O estado de tensão a que está submetida a peça de concreto: há uma diminuição da
expansão na direção do carregamento, em corpos de prova, em comparação com aquela
observada nos corpos de prova deixados em expansão livre, conforme citado por Lopes,
(2004).
Figura.2.2 – Influência da tensão de confinamento sobre a expansão de corpos de prova.
Fonte: FIGUEIRÔA (2007)
2.4 Mecanismo das Reações Álcali-Sílica e Álcali - Silicato
Alguns trabalhos pioneiros sobre o fenômeno da expansão do concreto em obras
como auto-estradas, pontes e barragens surgiram nas primeiras décadas do século 20,
conforme citado no artigo de Thomas M. Leps, reproduzido no Relatório Final do Simpósio
sobre Reatividade Álcali-Agregado em Estruturas de Concreto, publicado em 1999 (LEPS,
1999).
No entanto, a comunidade científica reconheceu que a maior contribuição para a
descrição da complexidade da RAA começou no início dos anos 40, através de Thomas E.
Stanton, Engenheiro Pesquisador na área de Materiais da “California Division of Highways
Materials and Research Laboratories”, chefiando uma equipe de dezenas de técnicos, que
chegou a mais de 50, só envolvidos com a RAA, entre químicos, físicos, engenheiros e
geólogos.
21
Entre inúmeros trabalhos publicados por Stanton e sua equipe, destacam-se uma
artigo publicado na “ Engineer News Record”, de 1º de fevereiro de 1940, (STANTON,
1940b) outro no “ASCE Proceedings” , em dezembro de 1940 (STANTON, 1940a) e o
terceiro no “ACI Proceedings”, em janeiro de 1942 (STANTON et al., 1942) .
Estes artigos explicavam que o alto teor de álcalis existente no cimento Portland,
juntamente com certos tipos de agregados, eram os responsáveis pelos danos causados pela
reação. Observou-se que estes dois elementos, quando interagiram, na presença de água,
surgia um gel em volta dos agregados, responsável por expandir a massa de concreto,
aumentando seu volume inicial. Foi constatado também que este processo podia ser bastante
lento, levando anos para mostrar seus resultados ou podia ser mais rápido, acontecendo em
questão de meses. Esta é considerada, realmente, a primeira visão compreensível das causas
da expansão dos concretos de cimento Portland.
De acordo com Leps, (1999), a partir dos anos 1940 e 41 várias pesquisas foram
desenvolvidas nos EUA, através das seguintes entidades: U.S. Bureau of Reclamation, Corps
of Engineers of Vicksburg, Portland Cement Association, American Concrete Institute, State
Highways Laboratories, Public Road Administration, algumas companhias de cimento e
diversas universidades.
Hansen, W.C., (apud GITAHY, 1982), em 1944, atribuiu o efeito expansivo da
reação à pressão osmótica, sugerindo que a pasta de cimento que envolve os grãos reativos
atua como membrana semipermeável, através da qual podem ser produzidos os intercâmbios
que geram elevada pressão osmótica (Teoria da Pressão Osmótica).
O processo físico da osmose ocorre quando, separadas por uma membrana
semipermeável, acham-se de um lado uma substância dissolvida (soluto) e do outro, um
solvente puro. As moléculas do solvente difundem através da membrana para o soluto, como
se buscassem diluí-lo, gerando uma pressão osmótica que pode ser considerada como o
somatório dos choques produzidos pelas moléculas do solvente no soluto.
No concreto, a reação inicia com o ataque dos hidróxidos alcalinos (de sódio ou de
potássio) aos minerais silicosos do agregado, formando um silicato alcalino nos seu bordos,
na superfície de separação agregado-pasta de cimento.
Os íons desses silicatos (sódicos ou potássicos) associam-se em íons complexos
que não são capazes de se difundirem através da pasta endurecida do cimento. Esta pasta atua
como uma membrana semipermeável que permite a passagem da água e dos íons e moléculas
dos hidróxidos alcalinos mas não permitem a passagem de íons complexos dos silicatos,
originando, assim, uma pressão osmótica. No espaço em que se formam os silicatos, limitado
22
pela pasta de cimento, “o produto da reação não pode sair e, à medida que aumenta a sua
formação, ocupando um volume maior que o original, cresce a pressão osmótica, até provocar
a ruptura da estrutura da pasta de cimento”. (SOUZA COUTINHO, apud PRISZKULNIK,
2005).
Se houver água no meio em que o concreto se encontra, as moléculas deste
solvente difundiram através da membrana para o silicato alcalino, gerando uma pressão que
pode atingir 13,3 MPa, ou seja, uma pressão interna superior à resistência à tração do
concreto. “Há, portanto, a obrigatoriedade do contato do concreto com água do meio externo,
para que ocorra o fenômeno osmótico e a pressão alcance valores perigosos” (VERONELLI,
apud PRISZKULNIK, 2005).
Vivian, H.E. (apud GITAHY, 1982), em 1950 formulou a hipótese de que as
pressões de expansão são devidas aos aumentos de volume do gel, por adsorção de água
(teoria da adsorção). O termo adsorção é definida como sendo o fenômeno da concentração de
substâncias na superfície de um sólido. Quanto maior for a carga elétrica superficial, mais
pronunciada será esta manifestação. Provavelmente a expansão devida à RAA está ligada à
força de atração entre os cátions alcalinos e a superfície dos minerais, segundo Hasparyk,
Monteiro e Carasek, (2001).
Em trabalho de Xu, Watt e Hudec, em 1995, (apud HASPARYK, 2001),
utilizando corpos de prova, mostrou-se que a água de evaporação em argamassas sem
expansão representa a água que está retida nos produtos de hidratação, enquanto a água de
evaporação presente nas argamassa afetadas pela RAA, além da água presente nos produtos
de hidratação, essa pode estar adsorvida no gel da RAA. Assim, um aumento da quantidade
da água de evaporação indica uma maior presença de gel.
Vivian, também em 1950, (apud PRISZKULNIK, 2005) introduziu o conceito de
“concentração péssima” para indicar as piores condições que podem apresentar uma
argamassa ou um concreto. Ele demonstrou que para cada agregado álcali-sílica reativo deve
haver um teor de álcalis determinado, para que ocorra a máxima expansão, e que as expansões
diminuem progressivamente quer para teores menores quer para teores maiores de álcalis no
cimento.
Sabe-se que o teor de álcalis, expresso em equivalente alcalino de óxido de sódio
pode variar entre 0,2 % e 1,8 %.
Equivalente Alcalino de Na
2
O = % Na
2
O + (0,658 x %K
2
O), (Equação 1)
23
Ainda com relação ao conceito de “concentração péssima”, Plum, N.M.; Pousen,
E. e Idorn, G. M., em 1958 (apud GITAHY, 1982) estudaram a importância da quantidade de
grãos reativos entre os grãos do agregado, relativamente ao desenvolvimento das expansões,
com base nos resultados de ensaios de vários pesquisadores, realizados pelo Método das
Barras (ASTM C-227). O resultado é mostrado na Figura 2.3.
No mecanismo da RAA, quando a quantidade de grãos reativos no agregado é
pequena, o consumo de álcalis é reduzido e a reação passa mais rapidamente da fase segura
para a expansiva. Se a argamassa fosse elástica haveria proporcionalidade entre a quantidade
de grãos reativos no agregado e as expansões das barras (reta OA da Figura 2.3). No entanto,
como a argamassa tem comportamento plástico, os grãos reativos podem expandir-se
comparativamente muito mais, sem que as barras apresentem as expansões totais
correspondentes (curva OB), devido à fluência da pasta que os envolve.
24
O ponto máximo da curva (B) corresponde à proporção de materiais reativos no
agregado além do qual, o consumo de álcalis é suficientemente grande para garantir, durante
mais tempo, a formação do gel cal-álcali-sílica, não expansivo (fase segura). A passagem para
a fase expansiva se dá mais tarde, e nessa fase intervem o que restou dos materiais reativos
consumidos na fase segura, razão pela qual se obtêm expansões iguais (por exemplo: E = F),
para diferentes proporções de materiais reativos no agregado (E’ < F’).
Finalmente, quando a proporção de materiais reativos é igual ou superior a C, o
consumo de álcalis é suficientemente grande para assegurar a formação contínua do gel não
expansivo: a reação permanece segura e cessa quando atinge o centro dos grãos reativos, ou
quando os álcalis tiverem sido inteiramente consumidos.
Nas condições convencionais do ensaio das barras de argamassa, costuma-se
denominar intervalo perigoso (E’F’) o intervalo definido pelas proporções de materiais
reativos no agregado, correspondentes ao limite máximo de 0,10% aos 6 meses de idade, para
as expansões das barras. Dentro desse intervalo perigoso, chama-se proporção péssima (B’) a
que corresponde à expansão máxima (B).
Powers, T.C. e Steinour, H.H., em 1955 (apud GITAHY, 1982), com base na
análise de resultados experimentais obtidos principalmente por Vivian, apresentaram a
hipótese de que a reação pode produzir tanto um gel expansivo como um gel não expansivo,
dependendo das quantidades relativas de álcalis e de hidróxido de cálcio (cal) na solução que
envolve o grão reativo e dos fatores que controlam as velocidades de difusão dos íons e da
água.
Baseadas na hipótese acima, de Powers e Steinour, Plum, N.M.; Pousen, E. e
Idorn, G.M., em 1958 (apud GITAHY, 1982), formularam um mecanismo que pode ser
esquematizado da maneira mostrada na Figura 2.4.
25
Grão de sílica reativa,
envolvida por pasta de
cimento.
Fase segura: formação de
gel de “cal-álcali sílica”,
não expansivo.
Fase expansiva: formação de
gel de “álcali-sílica”, que se
expande por adsorção de água.
Figura 2.4- Representação esquemática do mecanismo da reação álcali-sílica segundo Plum, Pouse e Idorn.
Fonte: GITAHY (1982).
a. A pasta de cimento contém, além de outros, íons cálcio (Ca
++
), provenientes do
hidróxido de cálcio (cal) dissolvido, liberado durante a hidratação do cimento e
íons de sódio (Na
+
) e de potássio (K
+
), dos compostos alcalinos dissolvidos,
presentes no cimento. Os íons de cálcio (Ca
++
) e sódio (Na
+
), (este representando
os álcalis, expressos pelo equivalente alcalino) reagem com o grão de sílica
reativa, em meio básico, formando-se, na superfície do grão, um gel de cal-álcali-
sílica (precipitado coloidal insolúvel, de cor branca), que não adsorve água e que,
portanto, não se expande. No seu início, o processo é, pois, inofensivo, e a reação é
considerada segura (fase segura)
b. A menos do balanço estequiométrico, a equação que representa o mecanismo em
sua fase segura é:
x
1
SiO
2
+ x
2
NaOH + x
3
Ca (OH)
2
+ x
4
H
2
O ↔ n
1
Na
2
O.n
2
CaO. n
3
SiO
2
. n
4
H
2
O
(Equação 2)
c. Na continuação do processo reativo, os íons cálcio e sódio estão separados do grão
de sílica solúvel pela camada de gel não expansivo de cal-álcali-sílica e devem,
portanto, atravessar a membrana, para que a reação prossiga.
26
d. O gel que forma a membrana tem superfície interna muito grande, sendo, portanto,
capaz de adsorver quantidades grandes de Ca
++
e Na
+
; predominantemente Na
+
,
quando a concentração de álcalis é alta e predominantemente Ca
++
, quando a
concentração de álcalis é baixa. Os íons Na
+
têm mais mobilidade que os íons
Ca
++
, pois na sua velocidade de difusão é maior.
e. Portanto, no início do processo forma-se sempre o gel não expansivo de cal-álcali-
sílica, mas, na seqüência, duas situações podem ocorrer:
1) O consumo de álcalis na reação sendo grande, a concentração de álcalis na pasta
não chega a predominar sobre a de cal, de modo que os íons Ca
++
e Na
+
agem
simultaneamente e asseguram a formação contínua do gel de cal-álcali-sílica, não
expansivo. Nesse caso, as reações continuam seguras e cessam quando atingem o
centro da partícula ou quando os álcalis tenham sido inteiramente consumidos;
2) O consumo de álcalis na reação não sendo grande, a concentração de álcalis
permanece alta, predominando sobre a de cal e garantindo a ação dos íons Na
+
,
que atravessam a película de gel não expansivo e atacam o grão de sílica solúvel,
na ausência de cal, dando origem ao gel de álcali-sílica, expansivo, que, ao
contrário do gel cal-álcali-sílica, adsorve água, aumenta de volume e exerce
forças de expansão capazes de romper o sistema, quando ultrapassam a
resistência à tração da pasta de cimento.
Diamond, S. em artigos publicados nas edições de Julho de 1975 e Julho de 1976
da Cement and Concrete Research (apud GITAHY, 1982), tendo como tema uma revisão da
reação álcali-sílica e dos mecanismos de expansão, defendeu a hipótese de que “ A reação é,
fundamentalmente , um ataque dos íons hidroxila (NaOH e KOH) ao grão reativo, e não uma
conseqüência direta da presença de cátions dos álcalis (Na
+
e K
+
) nas soluções contidas nos
poros do concreto. Todavia, a concentração dos íons hidroxila é fortemente condicionada pela
concentração dos cátions”.
Em 1990, um Grupo de Trabalho formado na França pela FNB(Féderation
Nationale du Bâtiment), FNTP (Féderation Nationale des Travaux Publics) e SNBATI
(Syndicat National du Béton Armé et des Techniques Industrialisées), (apud PRISZKULNIK,
27
2005), publicou relatório sobre a RAA, atualizando o conhecimento sobre o seu mecanismo,
detalhando fatores intervenientes e recomendações para evitar a reação.
(FNB/FNTP/SNBATI, 1990). Segundo aquele relatório o mecanismo da RAS abrange
diversas etapas, como o ataque ao agregado, a expansão do gel, a evolução da fase líquida
intersticial e as difusões iônicas.
A primeira etapa, ataque ao agregado, consta de um processo físico, em que ocorre
migração dos íons Na
+
, K
+
e OH- da fase líquida intersticial para a partícula de sílica reativa,
e um processo químico, envolvendo reações com o agregado e formação de um gel de silicato
alcalino, que se desenvolve em duas fases, a saber:
a) Reação ácidos-base, entre os grupos silanóis e os íons hidroxila, com formação
de um gel (Figura 2.5):
Si
– OH + OH
-
→ Si – O
-
+ H
2
O (Equação 3)
Si
– O
-
+ Na
+
→ Si – O – Na (Equação 4)
Figura 2.5 – Neutralização das ligações do grupo silanol pelas hidroxilas
Fonte: HASPARYK (2005)
28
b) Ataque da ponte de siloxanos (Figura 2.6):
Si
– O – Si + 2 OH
-
→ Si – O
-
+
-
O – Si + H
2
O (Equação 5)
Figura 2.6 – Ruptura das ligações do grupo siloxano pelos íons hidroxilas
Fonte: HASPARYK (2005)
Este processo químico leva à destruição da estrutura da sílica através da formação
do silicato alcalino, Si-O-Na, ou da passagem em solução de grupos H
2
SiO
4
. Os íons Na
+
, K
+
e OH
–
difundem tanto mais facilmente quanto mais permeável é a interface pasta de cimento –
agregado.
A segunda fase consta da participação dos agregados. O ataque será superficial se
as partículas reativas tiverem baixa permeabilidade. Neste caso, o tamanho da partícula tem
papel importante na fase inicial da reação. Em contrapartida, quando as partículas tem
permeabilidade alta os produtos da reação podem ser identificados no interior das partículas,
como, por exemplo nos planos de clivagem. A intensidade da reação depende, portanto, do
volume da partícula. Abaixo de um volume crítico, as partículas terão reagido totalmente,
antes que os álcalis disponíveis tenham se esgotado.
A segunda etapa, a expansão do gel, compreende a sua hidratação, expansão e
dissipação. A expansão é considerada como devida a uma adsorção física do fluido pelo gel,
gerando um efeito localizado. O embebimento de fluido é explicado como devido a um
fenômeno de osmose, quando a água intersticial embebe o gel, que contém água com energia
livre mais fraca. Não há a necessidade de se considerar uma membrana, pois a separação entre
as zonas de potencial químico diferente é obtida pelo gel, que é insolúvel no líquido. Quanto à
29
dissipação do gel, ela é função da viscosidade do silicato e principalmente da relação
álcali/sílica. O gel pode impregnar a pasta de cimento e colmatar os poros.
As reações álcali-sílica produzem géis e cristais, que, em todas as estruturas de
concreto atingidas pela RAS, são encontrados, quer circundando os agregados, quer
aparecendo sob forma de exsudação na superfície do concreto (Ver Figuras 2.7 e 2.8).
Os géis, amorfos e endurecidos, são silicatos alcalinos, que contêm 56 a 86 % de
SiO
2
, 2 a 8 % de K
2
O, 0,4 a 30 % de Na
2
O, 1 a 28 % de CaO e 10 a 30 % de H
2
O. Em função
do tempo, o gel pode evoluir para uma estrutura granular, ou esponjosa ou folheada. Na figura
2.7 observa-se uma amostra de corpo de prova, extraído de uma barragem, exibindo bordas
em torno de agregados graúdos e fissuras preenchidas por gel branco, visto por Vieira, (1997).
Os cristais podem ser observados através de microscópios de alta sensibilidade,
apresentando-se sob forma de rosáceas, lamelas, fibras, filamentos ou agulhas, cujas
composições são relativamente estáveis: 56 a 63 % de SiO
2,
20 a27 %
de Al
2
O
3
, 8 a 11 % de
K
2
O e 6 a 8 % de CaO. Os cristais são, portanto, mais ricos em potássio do que os géis. Os
íons Al podem provir da pasta de cimento ou dos feldspatos e cloritas dos agregados (Figura
2.9).
O cálcio é, pois, encontrado tanto nos géis como nos cristais formados na reação,
enquanto a solução intersticial extraída dos concretos contém apenas traços de cálcio. O
hidróxido de cálcio tem grande importância na reação, pois segundo Chatterji et al.. (apud
FNB /FNTP /SNBATI, 1990) ele:
a) é necessário à reação, isto é à difusão dos íons Na
+
e K
+
e à formação do gel;
b) impede a dissolução da sílica, permitindo que os produtos da reação permaneçam
localizados ao redor do agregado e possam tornar-se expansivos.
Figura 2.7 – Gel ao redor dos agregados Fonte: VIEIRA (1997)
30
Figura 2.8 – Gel exsudado em superfície de concreto pintado
Fonte: CEB recomendações (1997)
Figura 2.9 – Cristais em forma de rosácea preenchendo um poro de concreto (aumento 5800X).
Fonte: VEIGA et al. (1997)
Em 1997 Prezzi et al. (apud PRISZKULNIK, 2005) apresentaram trabalho no
Simpósio sobre RAA em Estruturas de concreto com a interpretação do mecanismo da reação
álcali-agregado através do modelo de dupla camada, com base na química de superfícies e
colóides, já há muito usada por outras áreas de engenharia, tal como a Geotecnia e Mecânica
31
dos Solos, por exemplo, para explicar o comportamento de mudança de volume de solos
argilosos. Alguns pesquisadores estão agora reconhecendo a importância das duplas camadas
elétricas associadas às paredes dos poros e íons no processo de difusão de íons danosos no
concreto, tais como os íons de cloro,
Os géis de sílica são formados por partículas extremamente pequenas, que se
comportam como um sistema coloidal. Um colóide consiste de partículas muito pequenas,
dispersas em um meio líquido, que se aproximam, mas nunca atingem o tamanho molecular e
cujo tamanho varia entre 50 Ǻ (5 nm) a, no máximo, 0,2 mm.
Prezzi et al., (1997) citam ainda que com base em resultados de ensaios
disponíveis, propõe-se que a química de colóides pode explicar o comportamento do produto
da reação álcali-agregado no concreto. A RAA é muito mais rápida nos casos em que a sílica
amorfa está presente do que naqueles onde só as formas cristalinas de sílica ocorrem,
admitindo-se que todos os outros fatores sejam os mesmos.
Os mesmos autores explicam também que geralmente uma superfície sólida pode
desenvolver carga elétrica por substituição isomórfica de íons na estrutura do sólido, reações
químicas na superfície e adsorção de íons. Um íon pode ser adsorvido a uma superfície
formando um complexo de esfera interna, quando nenhuma molécula de água se encontra
entre o grupo funcional de superfície e o íon, ou um complexo de esfera externa, quando pelo
menos uma molécula de água existe entre a superfície e o íon. Íons podem, também, ser
adsorvidos na nuvem difusa da dupla camada, com o objetivo de neutralizar a carga da
superfície. Íons alcalinos são, inicialmente, adsorvidos, principalmente por forças
eletrostáticas, em posições onde o oxigênio tem ligações incompletas na superfície de um
vidro, de modo que a troca iônica é similar ao comportamento ácido-base da posição com
ligações incompletas. Simulações dinâmicas moleculares indicam que o potássio é adsorvido
em posições onde o oxigênio tem ligações incompletas e, quando essas posições tornam-se
saturadas, o potássio pode ser, então, adsorvido ao oxigênio com ligações completas que estão
associadas a ligações deformadas do siloxano.
Cada partícula de sílica interage com os fluidos dos poros, cria o seu próprio
campo de força e atrai contra-íons para neutralizar a sua carga eletronegativa. Os contra-íons
estão sob a influência dos seus movimentos Brownianos irregulares, próprios dos colóides,
que tendem a dispersá-los para longe da interface, e de forças de Coulomb, que os atraem à
superfície da partícula.
No Trabalho citado, Prezzi et al., (1997), o modelo de dupla camada, baseado nos
princípios da química de superfície, é introduzido para possibilitar o entendimento dos
32
mecanismos atuantes na RAA e a previsão do potencial expansivo do gel formado na reação,
quando aditivos químicos e adições minerais são adicionados à mistura da argamassa ou do
concreto.
A Reação Álcali-Sílicato é da mesma natureza da Reação Álcali-Sílica, com a
diferença de que o processo ocorre mais lentamente e envolve alguns silicatos que compõem
os fedspatos e a presença do quartzo deformado (tensionado) e minerais expansivos.
Dentre as obras conhecidas que foram afetadas pelas reações álcali-agregado,
constam várias acometidas pela reação álcali-silicato, “cujos concretos foram preparados,
entre outros, com agregados de granito, granito-biotita, gnaisse, grauvaca, argilito, quartzo-
diorito e folhelhos argilosos” (PRISZKULNIK, 2005).
No caso particular do quartzo deformado, com elevado grau de extinção ondulante,
sua presença é destacada na relação de agregados álcali-reativos do U.S. Bureau of
Reclamation, (2008) e inclui grauvaca, argilito, arenito quartzoso, quartzito, hornfels, quartzo-
biotita, gnaisse, mica e arcósia.
Rodrigues, Kihara e Sbrighi, (1997) acrescentaram que em agregados
“granitóides” e quartzíticos, a principal fase reativa, responsável pela reação álcali-silicato é o
quartzo deformado e fragmentado (com ângulo de extinção ondulante maior que 15º) e,
secundariamente, o feldspato plagioclásio deformado, produtos de esforços tectônicos
sofridos pelas rochas.
2.5 Diagnóstico da Reação Álcali-Agregado
Já são passados cerca de 80 anos da identificação dos primeiros sintomas de
fenômemos nas estruturas de concreto, que viriam a ser explicados, posteriormente, como
sendo devidos ao que se chama de Reação Álcali-Agregado.
Ao longo deste período, muito progresso foi feito no desenvolvimento de
metodologias para diagnosticar a reação em obras existentes, bem como para identificar
componentes das argamassas e dos concretos com potencialidade para desenvolverem a
reação.
A experiência brasileira no emprego das metodologias preconizadas pela ASTM
iniciou-se com o estudos dos problemas ligados ao aproveitamento de agregados para os
concretos das barragens de Jupiá e Ilha Solteira, no Rio Paraná, entre 1961 e 1963, realizado
por Gitahy, (1963).
33
As metodologias desenvolvidas contemplam vários métodos de ensaios de
laboratórios e ensaios de campo.
2.5.1 Ensaios de Laboratórios
Os ensaios de laboratório mais utilizados, internacionalmente, são:
a) Análise Petrográfica:
Deve ser a primeira etapa da caracterização de reatividade expansiva dos
agregados no concreto. É feita com a finalidade de constatar a presença de rochas e
minerais potencialmente reativos com os álcalis do cimento. Estes minerais e
rochas são, então, chamados deletérios e, ao contrário, os não-reativos são
chamados inócuos, que são inertes, relativamente aos citados álcalis.
As metodologias utilizadas são preconizadas nas normas americanas ASTM C856
(2004), para concreto e a ASTM C295 (2003), para agregado e pela brasileira
NBR7389, 1992.
No que diz respeito à reação álcali-agregado, o resultado da análise informa sobre
a presença de componentes álcali-sílica reativos, como opala, cristobalita,
tridimita, xistos, gnaisses, quartzo deformado, quartzito, arenito, entre outros.
Para rochas carbonáticas suscetíveis à reação álcali-carbonato, a análise
petrográfica objetiva identificar dolomitos ou calcários dolomíticos com resíduos
argilosos insolúveis, de acordo com Priszkulnik, (2005).
A análise petrográfica pode ser realizada em quatro etapas: análise macroscópica,
análise através do microscópio estereoscópico (aumento de 16 vezes), do
microscópio ótico (aumento de 200 a 400 vezes) e do microscópio eletrônico de
varredura (MEV) (aumento de 1500 a 2000 vezes), segundo Silva, P., (2007a).
• Etapa 1: Análise Macroscópica
É uma inspeção visual do testemunho extraído da estrutura para identificar a
presença de gel exsudado pelas fissuras ou preenchendo vazios no concreto, perda
34
de aderência da argamassa na interface com os agregados, ocorrência de bordas de
reação ao redor dos agregados que tenham reagido com os álcalis.
Figura 2.10 – Análise Macroscópica
Fonte: SILVA, P. (2007a)
• Etapa 2: Análise ao Microscópio Estereoscópico
Utilizam-se amostras do agregado ou de concreto fraturado ou semi-polido. Para o
agregado, há a caracterização petrográfica geral (exemplo: quartzo, feldspato,
anfibólio e filossilicatos). Para o concreto: análise estrutural e textural do concreto.
Aspectos observados no concreto: coloração da argamassa; distribuição dos
constituintes; aderência pasta/agregado graúdo; adensamento do concreto;
carbonatação (indicador de fenolftaleína); porosidade.
Aspectos observados referentes à RAA: borda de RAA; microfissuração no
agregado, na pasta e na interface; poros ou fissuras preenchidos por material (só há
a certeza que é gel com a observação ao microscópio eletrônico de varredura –
MEV).
35
Figura 2.11 – Análise ao Microscópio Estereoscópico
Fonte: SILVA, P. (2007a)
• Etapa 3: Análise ao Microscópio Óptico de Luz Transmitida
Utilizam-se fragmentos representativos para observação de detalhes, ao
microscópio óptico. A análise é realizada em lâmina delgada, com espessura de 30
µm. O ângulo de extinção ondulante é medido nesta etapa da análise.
A caracterização petrográfica das amostras de concreto e do agregado informam: a
natureza das rochas; principais litologias; textura e granulação; composição
mineralógica principal, enfocando a potencialidade reativa dos minerais e aspectos
relativos à RAA, para as amostras de concreto.
36
Figura 2.12 – Análise ao Microscópio Óptico de Luz Transmitida no Concreto,
(gel contrastado com coloração azul)
Fonte: SILVA, P. (2007a)
• Etapa 4: Análise ao Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV)
É o mais preciso, por permitir análise em grandes ampliações. Seu objetivo é
“confirmar as inferências feitas a partir dos outros microscópios e principalmente a
caracterização da composição química do gel, em particular com relação à
presença de álcalis, condição essencial ao seu comportamento deletério”.
(VIEIRA, 1997).
Os produtos cristalizados da reação apresentam morfologia acicular ou fibrosa,
semelhante à da etringita, cuja diferenciação se faz pelo MEV.
Ao MEV pode ser integrado um espectrômetro de raios-x por energia dispersiva
(EDS, sigla em inglês). Através desse equipamento é possível caracterizar a
morfologia de amostras, assim como identificar quais elementos químicos estão
presentes em um pequeno volume de material (1-2 mm
3
), cuja técnica é chamada
microanálise, segundo Veiga, Gonçalves e Andrade,(1997). Na Figura 2.14 é
mostrado um espectro com composição sílico-cálcico-potássica de cristais com
37
K/Ca > 1, onde se observa a composição aproximada dos cristais hidratados,
originados da reação, com alto teor de potássio (K) e de silício (Si).
Figura 2.13 – Análise do MEV. Gel expansivo, aumento 1000 X
Fonte: SILVA, P. N. (2007)
Figura 2.14 – Imagem de Espectômetro de Raio X por Energia Dispersiva (EDS)
Fonte: VEIGA et al. (1997)
38
Algumas considerações sobre a análise petrográfica:
Trata-se de um ensaio rápido; identifica potencialidade reativa de concreto e
agregado, mas não revela se um agregado irá causar expansão deletério; são
necessários outros ensaios para identificação e qualificação do RAA; deve-se
realizar a análise com todos os microscópios (integração das diversas etapas);
precisa ser realizada por um petrógrafo e é necessário que a amostra seja
representativa.
b) Ensaio das Barras de Argamassa:
Metodologias: ASTM C227 (2003) e NBR 9773 (1987).
Foi desenvolvido a partir dos estudos de Stanton, entre 1942 e 1947, tendo se
estabelecido como método em 1952. Utiliza-se uma combinação e fragmentos do
agregado com certa parte de cimento, constituindo uma argamassa com um
determinado fator água/cimento (a/c). “A observação da expansão de prismas
(“barrinhas”) moldadas com essa argamassa permite caracterizar o agregado
quanto ao comportamento com os álcalis do cimento”. (ANDRIOLO, 1997).
A expansão é considerada excessiva se ultrapassar 0,05% aos 3 meses, ou 0,10%
aos 6 meses após a moldagem e cura. Este ensaio requer um tempo mínimo de
observação de seis meses.
Alguns comentários e deficiências do método:
- a expansão aos seis meses pode não caracterizar expansão subseqüentes;
- a representatividade da mistura da argamassa, em correspondência às expansões
que podem ocorrer em concreto;
- os agregados graúdos devem ser fragmentados para serem adaptados à
granulometria requerida pelo método, o que pode causar distorções com
relação às expansões no concreto;
- em caso de expansões excessivas, a norma sugere que sejam feitos outros ensaios
para confirmação, como análise petrográfica do agregado e método químico;
- o método não é indicado para agregados de reatividade lenta, utilizados na maioria
dos casos observados no Brasil (casos de Reação Álcali-Silicato). A ASTM sugere
que para tais agregados devem ser realizados outros ensaios (ASTM C 1260 ou
ASTM C 1293);
39
- o método tem duração muito grande e está em desuso.
c) Ensaio Acelerado das Barras de Argamassa:
Metodologias: ASTM C 1260 (2005) e NBRI
Foi desenvolvido entre 1985 e 1986 no NBRI – National Building Research
Institute – África do Sul, por Oberholster utiliza as “barrinhas”de argamassa do
Método ASTM – C 227, com dimensões 25 mm x 25 mm x 285 mm.
Investiga a RAA por meio da variação de comprimento de três barras de
argamassa.
As amostras são imersas em água a 80 °C durante 24 horas e depois em solução de
NaOH a 1 N a uma temperatura de 80 °C por 16 dias. Normalmente leva-se o
ensaio até os 30 dias. A metodologia é, portanto, semelhante do ASTM C 227,
porém com as amostras sendo estocadas em ambiente mais agressivo para acelerar
o desenvolvimento da reação e tornar o ensaio mais rápido.
O traço é cimento: agregado 1:2,25 e a relação a/c = 0,45. O cimento utilizado
deve estar dentro das especificações da ASTM C150 e que apresente expansão em
autoclave inferior a 0,2 %.
São realizadas as seguintes leituras: 24 horas, 2 dias, 3 leituras intermediárias, 16
dias, 1 vez por semana.
Os resultados das leituras das expansões das barras:
- expansões inferiores a 0,10 % aos 16 dias: comportamento inócuo (ou não
reativo);
- expansões superiores a 0,20 % aos 16 dias: expansões potencialmente deletérias;
- expansões com valores entre 0,10 % e 0,20 % aos 16 dias: possibilidade dos dois
comportamentos. Neste caso, sugere-se estender o ensaio até os 30 dias e realizar
investigações adicionais para confirmação da expansão como análise petrográfica
do agregado, segundo Silva, P., (2007a).
40
Figura 2.15 – Método das Barras de Argamassas Acelerado. Imersão das barras em solução fortemente alcalina.
Fonte: SILVA, P. (2007a)
Figura 2.16 - Método das Barras de Argamassa Acelerado. Medição da expansão das barras
Fonte: SILVA, P. (2007a)
41
Figura 2.17 – Expansão das barras de argamass
a
Fonte: SILVA, P. (2007a)
As metodologias do ASTM C-1260 e do NBRI têm sido debatidas sob vários
pontos de vista, entre eles:
- ensaio muito severo – pode classificar agregados que não são reativos como tal;
- pode também classificar como não reativos agregados de reatividade lenta;
- a influência da fissura do cimento na intensidade da expansão;
- a importância da granulometria da areia obtida a partir da fragmentação do
agregado para a produção da argamassa;
- a influência do tipo de equipamento usado para fragmentar o agregado, que altera
os resultados;
- a importância do fator a/c ou do consumo de cimento na argamassa das
“barrinhas”, para potencializar a reação de forma expansiva e nociva;
- a importância dos teores de álcalis ou totais ou disponíveis para produzir a
nocividade;
42
- caso a expansão seja superior a 0,10 % o ensaio com o prisma de concreto deve ser
realizado, para confirmação.
- uma norma brasileira recém aprovada apresenta algumas mudanças em relação à
ASTM-C-1260. É a NBR 17555 – Agregados – Reação Álcali - agregado,
aprovado em Agosto de 2008.
d) Ensaio Químico:
Metodologias: NBR. 9774 (1987) e ASTM C289 (2003).
Foi desenvolvido entre 1947 e 1952, por Richard Mielenz (apud ANDRIOLO,
1997), também conhecido por “Ensaio Químico Rápido”.
Investiga a reatividade de um agregado através da relação entrea a concentracao de
sódica dissolvida (Sc) e a redução de alcalinidade (Rc). Como limite entre
materiais reativos (deletérios) e materiais não reativos (inócuos) adotou-se a curva
correspondente a relação Sc/Rc = 1.
A figura 2.16 mostra a curva Sc/Rc = 1 para análise da reatividade dos agregados
com a representação dos resultados de vários agregados já ensaiados por outros
métodos (análise petrográfica e expansão de argamassa em 1 ano).
43
Figura 2.18 – Resultado do ensaio químico (ASTM C-289)
Fonte: GITAHY, (1982)
Metodologia do ensaio: utilizam-se 3 amostras de 25 g representativas do
agregado (material moído, retido entre as peneiras ABNT 0,300 e 0,150mm). São
imersas em solução 1 N de NaOH à temperatura de 80 °C, por 24 horas e
determina-se a sílica dissolvida (Sc) e a redução da alcalinidade da solução (Rc). O
ponto determinado por essas duas coordenadas é colocado em um gráfico do tipo
mostrado na Figura 2.18, classificando o agregado em inócuo, potencialmente
deletério ou deletério.
Alguns comentários sobre o método:
- método rápido, porém não totalmente confiável;
- confiável para agregados de levada reatividade, mas o mesmo não pode ser dito
para agregados de reatividade lenta, como gnaisse, quartzito e xisto;
44
- quantidade considerável de carbonato no agregado pode alterar os resultados,
reduzindo o valor medido da sílica dissolvida;
- podem ocorrer problemas também com agregados que possuem elevada
quantidade de sílica solúvel;
- a ocorrência de valores na região inferior esquerda da curva Sc/Rc = 1 leva a
questionamento, requerendo verificações adicionais;
- o resultado deve ser avaliado em conjunto com outros ensaios
e) Ensaio dos Prismas de Concreto:
Metodologia: ASTM C 1293 (2006)
Refere-se a método de ensaio de reatividade expansiva álcali-sílica pela variação
de comprimento de três prismas de concreto de 285 mm de comprimento e seção
quadrada de 75,0 mm ± 0,7 mm de lado.
Metodologia de ensaio, segundo Silva, P., (2007a):
- para avaliar a reatividade potencial do agregado graúdo, utilizar agregado miúdo
não reativo, segundo os limites da ASTM C1260 aos 16 dias; se o objetivo é
investigar o miúdo, da mesma forma o graúdo não deve ser reativo;
- o volume do agregado graúdo seco em estufa e compactado por umidade de
volume do concreto deve ser de 0,70 ± 0,2 %;
- o agregado graúdo deve ter diâmetro máximo de 19mm com distribui;ao
granulométrica especificada na norma ASTM C, através de britagem, se
necessário;
- os primas de concreto devem ser estocados em recipiente hermeticamente fechado,
com atmosfera saturado de vapor d`água , numa sala com ambiente de
atmosfera saturada de vapor d`água, a uma temperatura de 38º C;
- consumo de cimento de 420 kg/m
3
;
- relação água/cimento entre 0,42 e 0,45 em massa;
- adição de NaOH na água de amassamento até que o teor de álcalis do concreto,
expresso em equivalente alcalino em Na
2
O seja de até 0,9 % da massa do cimento
(ou seja, 3,78 kg de álcalis por metro cúbico de concreto com consumo de cimento
de 420 kg/m
3
);
45
- leituras nas idades de 7 dias, 28 e 56 dias, 3, 6, 9 e 12 meses e posteriormente a
cada 6 meses;
- limites: expansões maiores ou iguais a 0,04 % após 1 ano indicam agregados de
comportamento deletério;
A norma canadense CSA 23.2 – 27 A (apud PRISZKULNIK, 2005) adota este
ensaio para definir três níveis de reatividade:
- não reativo, quando a expansão com 1 ano é menor que 0,04 %;
- moderadamente reativo, no caso de expansão a 1 ano ser entre 0,04 % e 0,12 %;
- muito reativo, quando a expansão com 1 ano é maior que 0,12 %.
Alguns comentários sobre o Ensaio dos Prismas de Concreto:
- avalia a reatividade do concreto e não da argamassa;
- duração: muito longo. Pesquisa-se o ensaio 1293 acelerado, visando reduzir o
tempo para 3 meses, com temperatura de 60 º C;
- os resultados são mais confiáveis que o ASTM 1260 (método das barras,
acelerado);
- críticas quanto à representatividade do ensaio, devido a usar britas só até 19mm.
46
Figura 2.19 – Ensaio dos Prismas de Concreto
Fonte: SILVA, P. (2007a)
f) Ensaio Térmico:
Conhecido no Brasil como Ensaio Ossipov, nome do Engenheiro Albert Ossipov,
que divulgou a metodologia, do Instituto Hydroproject, Moscou, segundo
Andriolo, (1997). Investiga a reatividade de um agregado graúdo através da sua
fragmentação quando submetido a elevada temperatura. Os agregados tem
dimensões em torno de 30mm e são submetidos a uma temperatura de 900°C
durante 60s.
Havendo fragmentação das peças de agregados, este é reativo com os álcalis. (ver
Figura 2.20).
Não ocorrendo fragmentação não se pode concluir que o material não é reativo,
havendo a necessidade de avaliação complementar, por outra metodologia. O
método não se aplica a agregados de dimensões inferiores a 30mm, como areia,
por exemplo.
47
Figura 2.20 – Ensaio Térmico / Albert Ossipov. Material deletério.
Fonte: ANDRIOLO, (1997)
Destes seis tipos de ensaios de laboratório descritos, apenas um está praticamente
em desuso, que é o Ensaio das Barras de Argamassa (ASTM C-227). Os outros são os mais
utilizados no Brasil e internacionalmente. Existem, no entanto, outros métodos de ensaios,
alguns também em desuso e outros em fase de testes ou de adaptação e alguns utilizados em
âmbitos locais, de alguns países, sem ainda, a credibilidade dos tipos descritos aqui.
2.5.2 Ensaios de Campo
Os dois métodos apresentados a seguir partem do princípio do contraste de
imagens, segundo Silva, P., (2007a).
a) Método do Acetato de Uranila
Foi desenvolvido pelo governo dos Estados Unidos, em 1987, no Strategic
Highway Research Program (SHRP). A área suspeita é escolhida para análise após
48
a realização de observações visuais. Aplica-se uma solução de acetato de uranila,
sobre a superfície do concreto preparada para análise.
A visualização do contraste no concreto é realizada através do aparelho
Spectroline, com utilização da incidência de raios ultravioleta (UV). Caso existam
produtos da Reação Álcali-Agregado ocorre alteração da cor do concreto para
verde e amarelo fluorescente na presença da luz ultravioleta. A mudança de
coloração ocorre por troca iônica.
Comentários sobre o método:
- há um melhor desempenho em superfícies formadas recentemente;
- o emprego do método necessita de profissional experiente;
- há possibilidade de falhas por falso positivo ou falso negativo;
- o acetato de uranila é material radioativo, o que além do risco no manuseio,
implica em necessidade de adotar destinação específica a todo o material
contaminado.
Figura . 2.21 – Spectroline – Método do Acetato de Uranila.
Fonte: SILVA, P. (2007a)
49
b) Método do Cobaltonitrito de Sódio
Foi desenvolvido pelos pesquisadores Guthrie e Carey, do Los Alamos National
Laboratory, EUA. É também conhecido como Método das Manchas ou Método
Geoquímico.
Após observações visuais, a área suspeita é definida para realização da análise.
São aplicadas duas soluções: cobaltonitrito de sódio e rodamina. Na aplicação do
cobalto-nitrito de sódio visualizam-se manchas amarelas e na rodamina, manchas
rosa. A mudança de coloração é visível a olho nu, e aparece quando existe produto
da reação, gel (Figura 2.22).
Comentários sobre o método:
- o método é pouco divulgado;
- a escolha do tipo de rodamina pode afetar o padrão de manchas do concreto;
- há a necessidade de um profissional experiente para aplicação do método.
Figura. 2.22 – Método do Cobaltonitrito de Sódio.
Fonte: SILVA, P. (2007a)
50
2.6 Prevenção e neutralização da RAA
Diante da grande dificuldade de estancar os efeitos da RAA, para as estruturas já
afetadas e levando em conta que “deve-se supor que todos os agregados são reativos com os
álcalis do cimento, até que se prove o contrário” (SILVA, P., 2007b), é necessário adotar
medidas preventivas na fabricação do concreto para minimizar os riscos da ocorrência da
RAA.
As medidas preventivas a serem adotadas são:
• escolha de agregados não reativos;
• utilização de adições minerais (material pozolânico);
• utilização de adições químicas.
2.6.1 Escolha de agregados não reativos
O ideal para evitar o RAA seria a utilização de agregados não reativos, porém nem
sempre isto é possível devido ao alto custo para fornecer agregados de outras regiões distantes
da obra. É necessário o conhecimento das características mineralógicas dos agregados e a
combinação da sua utilização com um cimento de teor de álcalis que minimize os riscos da
ocorrência da reação. É importante também não utilizar agregados com superfície específica
muito grande (ou seja, muito finos), uma vez que isto aumenta o risco da reação.
2.6.2 Utilização de adições minerais
Quando não for possível evitar o uso de agregados com reatividade potencial, uma
forma de minimizar o risco de RAA é através da substituição de uma parte do cimento por
adições minerais.
Estas adições são realizadas utilizando materiais pozolânicos, como sílica ativa ou
microssílica, cinza de casca de arroz, metacaulim, pozolana natural, cinza volante e escória de
alto-forno. Para melhora da trabalhabilidade utilizam-se aditivos plastificantes.
A microssílica, comparada ao cimento Portland comum e a cinzas volantes típicas,
apresenta uma distribuição granulométrica das partículas duas ordens de grandeza mais finas
(ou seja, seus grãos têm em torno de um centésimo dos diâmetros dos grãos do cimento e das
51
cinzas). Por isso, o material por um lado é altamente pozolâmico mas, por outro lado, cria
problemas de manuseio e aumenta consideravelmente o consumo de água do concreto, a
menos que se acrescente aditivo redutor de água, segundo Mehta e Monteiro,(2008).
É necessária, entretanto, a utilização destes materiais nas proporções corretas, o
que deve ser determinado através de investigações com o agregado a ser utilizado, sob pena
de, ao invés de reduzir as expansões, ocorrer o efeito contrário.
Segundo Gitahy, (1982) a utilização de pozolanas no concreto traz outros
benefícios, além de inibir a reação álcali-agregado: obtém-se um concreto fresco mais
trabalhável, menos segregável e com menor exsudação, apresenta menor retração e menor
calor de hidratação nas primeiras idades, maiores resistências finais, maior impermeabilidade
e maior resistência às águas puras ou sulfatadas. Os teores de pozolana, para terem efeito
sobre a reatividade álcali-agregado, dependem da reatividade da pozolana e geralmente
precisam ser acima de 30%.
2.6.3 Utilização de adições químicas
Diversos pesquisadores têm utilizado adições químicas, principalmente compostos
a base de lítio tanto para prevenir o desenvolvimento como para neutralizar a RAA em
estruturas já afetadas. Da mesma maneira que com relação às adições minerais, é necessário
promover ensaios que comprovem a eficiência do composto de lítio a ser utilizado levando
em conta os outros materiais utilizados, ou a serem utilizados na obra. A maioria dos estudos
converge para a utilização do nitrato de lítio, por ser o mais eficiente no combate à RAA. É
importante esclarecer que alguns aditivos podem ser outra fonte de álcalis, cuja presença é
mais significativa nos redutores de água e nos superplastificantes, sendo necessário
determinar o seu teor, segundo Priszkulnik, (2005).
2.7 Controle e instrumentação da RAA
O monitoramento de estrutura em processo de ataque devido à RAA é de suma
importância, e tem os seguintes objetivos básicos de acordo com Silveira, (1999):
• verificar se o concreto ainda está em fase de expansão;
52
• caracterizar a taxa de expansão com o tempo, definindo se está evoluindo de
modo decrescente, constante ou crescente;
• possibilitar a calibração dos modelos matemáticos de análise do
comportamento da estrutura;
• verificar a eficiência de obras de reparo, se realizadas;
• acompanhar o aumento da deformabilidade da estrutura, das fissuras internas e
das distorções nos estados limites de ruptura e de utilização da estrutura.
A localização desses instrumentos é da maior importância para que se possa obter
o máximo de informações. Deve-se evitar, por exemplo, instrumentos para medirem
deformações em locais onde a expansão é restringida, devido ao fato de que as forças de
compressão localizadas são maiores que as forças devidas à expansão da RAA. Da mesma
forma estes aparelhos não devem ser localizados em trechos onde há confinamento da
estrutura.
Dentre os instrumentos mais utilizados, estão, segundo Silva, P., (2007a):
• termômetros: para medir a temperatura da massa de concreto;
• piezômetros: para medição da pressão atuante;
• extensômetros de haste: mede-se deslocamentos, calcula-se deformações e taxa
de expansão do concreto (subsídio para o projetista dos reparos);
• extensômetros de fita: mede deslocamento relativo entre dois pontos fixos.
Muito utilizado em leitura de convergência de túneis.
• marco topográfico: para medição de deslocamentos verticais e horizontais;
• “Strain Gage”: mede deformações no concreto e na armadura. É o mais
adequado para estruturas de concreto armado de edifícios, inclusive fundações;
• medidor triortogonal: mede deslocamentos de abertura ou fechamento e
deslocamentos diferenciais ao longo da vertical ou da horizontal, nas juntas ou
fissuras;
• medidor de umidade: mede a umidade interna do concreto, para verificar
influência desta na RAA;
• sensores e automação: são utilizados para automatizar parte das leituras.
53
2.8 Ações retardadoras e mitigadoras
Uma vez iniciada a reação, muito pouco pode-se fazer para eliminar os seus efeitos
deletérios. Pode-se, no entanto, adotar medidas visando retardar ou mitigar (abrandar) os
efeitos sobre a estrutura.
Andriolo, F.R. (apud SILVA, P., 2007b) lista as seguintes medidas:
• tratamentos superficiais;
• utilização de membranas;
• reforços estruturais;
• liberação de deformações;
• demolição e reconstrução.
2.8.1 Tratamentos superficiais
O objetivo principal é impedir ou diminuir o ingresso de umidade no concreto. Os
materiais empregados devem ser elásticos a ponto de não fissurarem ou romperem devido à
expansão gerada pela RAA. Por isso, pinturas à base de epóxi não são aplicáveis, por seu
comportamento rígido. São recomendados:
• pinturas à base de silano e siloxanos são benéficos em reduzir expansões
devidas à RAA em elementos delgados de concreto, por evitar a passagem do
vapor d’água pelo concreto, ocasionando seca progressiva;
• compostos à base de lítio têm sido utilizados por espalhamento na superfície
ou por injeção, cujo problema principal é a pequena penetração no concreto,
entre 2,5 e 3,0 cm;
• gás carbônico (CO2): também utilizado para barrar a penetração de umidade na
massa de concreto, deve ser usado com muito cuidado por ser um dos
responsáveis pela corrosão de armaduras do concreto.
Vale ressaltar que os tratamentos superficiais não resolvem o problema da
fissuração, havendo a necessidade de tratamento prévio das mesmas. Por outro lado, a
aplicação de argamassas para fechamento das trincas traz um benefício de evitar o ingresso de
umidade externa, “mas bloqueia o caminho para escoamento do gel, aumentando
54
conseqüentemente a pressão interna no concreto, aumentando as expansões e promovendo
mais fissurações”. (SILVA, P., 2007b).
2.8.2 Membranas
Funcionam também como barreiras externas para proteger a estrutura de concreto,
principalmente contra a entrada de umidade, que alimenta o desenvolvimento do R.A.S.
Existem vários tipos, como por exemplo as mantas asfálticas, que têm o
inconveniente de terem pequeno prazo de validade e serem frágeis com relação à
possibilidade de furos. Um tipo de grandes possibilidades para se desenvolver é o uso de
mantas de PVC aplicadas sobre geotéxteis não aderidos ao concreto, utilizados em barragens.
Segundo Silveira, J.F.A., (apud ÁVILA e FONTE, 2002) a vedação de uma barragem afetada
por RAA poderia não reduzir de modo significativo a expansão futura da estrutura devido a
uma disponibilidade de água relativamente alta que permanece no interior da barragem. As
recentes experiências com vedação dos paramentos de barragens na França e em Portugal
virão, após alguns anos de observação, esclarecer melhor a matéria.
2.8.3 Reforços estruturais
Baseiam-se na imposição de restrições à livre expansão do concreto, através de
aplicação de forças externas, como protensão ou através do aumento das seções de concreto e
de armadura.
Além disto, costuma-se executar um encapsulamento das peças estruturais para
garantir a interrupção do fornecimento de unidades às peças de concreto.
Exemplos de blocos de fundação afetados pela RAA e recuperados
estruturalmente, na Região Metropolitana do Recife, são apresentados no capítulo seguinte
desta dissertação.
55
2.8.4 Liberação das deformações
É realizada através da abertura de juntas ou de vazios, com o objetivo de liberar a
expansão na direção das juntas ou vazios, aliviando a estrutura dos esforços devidos à
expansão, causada pela RAA.
Segundo (Silva, P., 2007b) esta intervenção já foi aplicada em algumas barragens
de gravidade afetadas por RAA, como, por exemplo, a Apolônio Sales (Moxotó), da CHESF,
e as canadenses Mactaquac e Beauharnois. Sua eficácia é questionável, por que é muito cara
e geralmente temporária, pois a expansão continua, fecha a junta e obriga a execução de
outras juntas novas, até que o processo de expansão cesse.
Após a abertura das juntas a taxa de evolução da abertura de fissuras desacelerou
conforme relatado por Cavalcanti et al., (apud SILVA, P., 2007b) com referência a Moxotó,
onde a taxa de evolução das deformações era de 80 – 100 με / ano e após a abertura de juntas
reduziu 50 %.
2.8.5 Demolição e Reconstrução
São muitos raros os exemplos de demolição e reconstrução na literatura
internacional. Um exemplo conhecido é o da barragem Drum Afterbay, na Califórnia.
Gitahy, (1982), comenta que as fissuras não eram provenientes só de RAA, existindo
expansões devidas à presença de sulfatos. Uma nova barragem foi construída imediatamente
a jusante da antiga, que foi posteriormente demolida.
56
3 RAA EM BLOCOS DE FUNDAÇÃO NA REGIÃO METROPOLITANA DO
RECIFE
Em vários edifícios e em uma ponte situados na RMR foram constatados quadros
de fissuração em blocos de fundação típicos das manifestações de RAA. Na grande maioria
dos casos, em mais de 30 obras, através de investigação, com a realização de diversos ensaios
em testemunhos extraídos dos blocos, dentre eles, o de petrografia, foi diagnosticada a
presença da reação álcali-agregado, segundo ANDRADE et al. (2006). Neste capítulo
apresentam-se os casos de quatro obras recuperadas ou em fase de recuperação no Recife,
cita-se um trabalho desenvolvido na UFPE com uma análise dos agregados de jazidas do
estado de Pernambuco e ao final discorre-se sobre a necessidade de ampliação de estudos e
pesquisas sobre o assunto.
3.1 Ponte Paulo Guerra, Recife/PE
3.1.1 Relatório técnico N.01-EST/99, elaborado pela FADE/UFPE
3.1.1.1 Introdução
A Ponte Paulo Guerra liga os bairros da Cabanga e do Pina e dá acesso à Zona Sul
da cidade, onde se encontra o bairro de Boa Viagem, o mais populoso da cidade. Foi
inaugurada no ano de 1979. Fica sobre a bacia do Rio Pina, em região muito próxima ao mar,
sujeita à variação das marés.
Este relatório técnico foi contratado pela EMLURB – Empresa de Manutenção e
Limpeza Urbana, pertencente à Prefeitura da Cidade do Recife, em 1999.
3.1.1.2 Descrição da ponte
Ponte em concreto protendido, com comprimento total de 453 m, faixa de
rolamento de 15m de largura, passeios laterais de 2 m e guarda rodas de 50 cm de espessura.
57
A superestrutura é formada por dois caixões unicelulares unidos pela laje superior.
A laje inferior tem altura variável e a superior, constante. Tem sete vãos contínuos de 47 m,
com dois balanços extremos de 18,50 m recebendo, em suas extremidades, em dentes Gerber,
vãos isostáticos de 10,10 m de comprimento.
Os encontros extremos são rígidos. As vigas laterais do caixão têm altura variando
de 1,30 m no centro a 6,00 m nos apoios. Sobre os apoios, há um trecho de 3,20 m com altura
de 6,00 m, constante. Cada caixão celular apóia-se diretamente sobre um bloco de apoio, não
havendo, portanto, pilares. Em cada apoio existem, pois, dois blocos iguais, com dimensões
3,20 x 5,80 m, com altura variável. A Figura 3.1 mostra uma visão geral da ponte.
As estacas utilizadas são do tipo Franki, com comprimento médio de 30 m e
diâmetros de 450 e 500 mm. No trecho onde os caixões apóiam-se nos blocos existem duas
transversinas com a mesma altura dos caixões. Os aparelhos de apoio são colocados sob essas
transversinas de apoio, diretamente sobre os blocos e são todos do tipo neoprene.
Os blocos de apoio são revestidos no fundo e parcialmente em suas faces laterais, por
camadas de concreto armado formando caixas, chamadas de “cálices”, que foram construídos
para serem utilizados como formas para a execução dos blocos (Figura 3.2).
Figura 3.1 – Vista geral da Ponte Paulo Guerra
Fonte:
Acervo da Construtora CONCREPÓXI
58
Figura 3.2 – Vista dos blocos, cálices, apoios e aparelhos de apoio
Fonte: Acervo da construtora
3.1.1.3 Principais danos observados na estrutura
a) Superestrutura
Os caixões celulares encontravam-se, de um modo geral, em estado satisfatório,
com poucos sinais de corrosão e de eflorescência. A exceção eram os trechos
sobre os apoios extremos, que são atingidos pela água quando ocorrem as marés
máximas. Nesses trechos extremos observava-se elevado grau de deterioração do
concreto e corrosão da armadura. Na foto da Figura 3.3 observa-se que o concreto
da camada de recobrimento já foi expulso, mostrando as armaduras, em alto estado
de corrosão, diretamente em contato com os aparelhos de apoio. Por outro lado, as
transversinas estão apoiadas diretamente no concreto, em pequenos trechos,
aplicando fortes concentrações de tensões, não previstas no projeto estrutural,
tanto no concreto quanto nos aparelhos de apoio.
59
Figura 3.3 – Deterioração do concreto nos apoios extremos.
Fonte: Acervo da construtora
b) Infraestrutura
• Aparelhos de apoio
Os aparelhos de apoio das vigas principais apresentavam alto grau de deterioração,
principalmente os dos apoios extremos, que ficam submersos por ocasião das
marés máximas.
• Blocos de fundação
Todos os blocos de apoios das vigas principais apresentavam patologias dignas de
atenção, principalmente fissuras. O quadro fissuratório era variável bloco a bloco,
mas em geral as fissuras tinham formato de “mapa”, ou “teia de aranha”, algumas
com grandes aberturas. As fissuras ocorriam mais no bloco propriamente dito,
mas apareciam também nos cálices e nas placas premoldadas que revestem os
cálices em suas bases. (Figura 3.4). Este formato da fissuração em peças de
concreto é característico da ocorrência da reação álcali-agregado.
Os blocos de apoio dos vãos centrais da ponte apresentavam uma incidência maior
de fissuração, apesar de que os apoios extremos encontram-se em meio mais
agressivo, em zona de variação de maré, chegando a ficar submersos, condições
favoráveis para a ocorrência da reação álcali-agregado e o ataque de cloretos e
sulfatos.
60
Em alguns blocos as fissuras chegavam a aberturas da ordem de 5 mm e
alcançavam grande profundidade.
Figura 3.4 – Vista do bloco de apoio de um vão central.
Fonte: Relatório da TECOMAT
3.1.1.4 Ensaios realizados
Para a determinação da causa dos danos observados foi necessária a realização de
ensaios de laboratórios. Foram retirados dois corpos de prova de cada bloco de apoio,
totalizando 22 corpos de prova. Eles foram coletados em faces opostas, situadas
perpendiculares às linhas de corrente do rio, que eram as faces mais deterioradas. Os ensaios
realizados foram:
a) Determinação do teor de cloretos e sulfatos
A determinação foi realizada em 12 amostras. Os ensaios foram realizados pela
SM Controle de Qualidade Ltda, no Recife, conforme relatório apresentado no
Anexo 1. Em resumo, o referido relatório conclui que todas as amostras
apresentaram teores de cloretos elevados, sendo que os pilares ímpares, que ficam
no lado sul, tiveram teores significativamente maiores, provavelmente por estarem
mais expostos ao vento, fonte carreadora dos agentes agressivos. Conclui também
que essas quantidades de cloretos encontradas favorecem à desagregação do
61
concreto, ao longo do tempo. Os teores de sulfatos encontrados também revelaram
valores significativamente elevados.
b) Determinação da ocorrência de reação álcali-agregado.
Os ensaios foram realizados no laboratório da ABCP – Associação Brasileira de
Cimento Portland, em São Paulo, SP, constando de análise petrográfica, com o
objetivo de apreciar a durabilidade do concreto, com ênfase na diagnose da reação
álcali-agregado.Foram realizadas análises utilizando microscopia estereoscópica,
ótica e eletrônica de varredura.
Como resultado foi comprovada a ocorrência de reação álcali-agregado, do tipo
álcali-silicato, tendo sido observadas macroscopicamente, várias características da
reação, como material branco preenchendo poros e definindo bordas na interface,
agregado-argamassa, posteriormente identificado no microscópio eletrônico de
varredura como gel expansivo. Além disto, nos agregados miúdos e graúdos foi
notada a deformação, materializada pela extinção ondulante, do quartzo e dos
feldspatos presentes nas rochas, o que favorece o desencadeamento de reações
expansivas do tipo álcali-silicato.
3.1.1.5 Causas da deterioração estrutural:
- dos blocos de apoio: reações álcali-agregado, causando fissuramento;
- das vigas da superestrutura: ambiente agressivo como umidade e teores de cloretos
e sulfatos elevados, favorecendo a desagregação do concreto e o ataque às
armaduras, que ocorrem só nos blocos de extremidade;
- dos aparelhos de apoio de neoprene: ocorreu o esgotamento do período de vida útil
dos aparelhos.
3.1.1.6 Solução sugerida
O Relatório Técnico N. 01-EST/99 recomendou o não aproveitamento dos blocos
existentes e a substituição dos mesmos. Recomendou também o macaqueamento das vigas
nos apoios, para proceder a substituição de todos os aparelhos de apoio e a recuperação das
62
partes das vigas onde o concreto e a armadura estavam deterioradas. Um projeto estrutural da
recuperação foi apresentado neste mesmo relatório técnico.
3.1.2 Relatório técnico elaborado pela empresa TECOMAT
3.1.2.1 Introdução
Em 2002 a EMLURB contratou um novo relatório técnico de inspeção e
diagnóstico dos apoios e dos blocos de concreto de coroamento das estacas da Ponte Paulo
Guerra. Foi contatada a empresa TECOMAT – Tecnologia da Construção e Materiais Ltda.
que mobilizou uma equipe de profissionais coordenada pelo Prof. Engº Dr. Paulo Helene, e da
qual fizeram parte, pela TECOMAT, o Prof. Engº Joaquim Correia, o Prof. Engº MSc Tibério
Andrade, o Engº José Maria da Cruz Neto e a Engª Jussara Limeira de Araújo, bem como a
Arq. Fernanda Pereira e o Engº Charles Siervi Lacerda, doutorandos do PPGEC da EPUSP.
Foram contratados também exames laboratoriais realizados pela Engª Suzana Martorelli, da
SM Qualidade e Controle Ltda. e pela Geóloga Miriam Cruxên Barros de Oliveira, do
IPT/SP. (HELENE et al., 2002).
A empresa contratada apresentou um “relatório de entendimento da natureza,
origem, mecanismo, extensão e gravidade dos problemas existentes”, visando subsidiar as
alternativas de intervenção, indispensável para a futura elaboração de um projeto de
recuperação da estrutura, de maneira econômica e confiável.
3.1.2.2 Histórico da construção
A ponte é sobre a bacia do Pina, formada pelos rios Tejipió, Jordão, Pina e pelo
braço morto do Capibaribe, ligando o centro do Recife ao bairro de Boa Viagem.
A construção foi iniciada no ano de 1977. Segundo informações do Engº
Guilherme Miguel Rossi, da empresa Estacas Franki, responsável pela execução das estacas e
dos blocos de coroamento das estacas e do Engº Valdir José de Melo, responsável pelo
projeto estrutural, a execução dos blocos foi inovadora e não seguiu o processo tradicional.
Sobre as estacas foi construída uma caixa de concreto armado, chamada de “cálice”, que
63
serviu de forma para a execução dos blocos. Os cálices foram construídos em duas etapas:
primeiro a laje de fundo e depois as paredes, similar ao que foi utilizado na execução dos
blocos da Ponte Rio Niterói, no início da década de 70.
A superestrutura da ponte foi construída pela empresa Queiroz Galvão. O fck do
concreto dos blocos foi de 17 MPa e da superestrutura, de 22 MPa.
Não há registro do início da fissuração dos blocos e apoios, que são a parte da
superestrutura que se apóia sobre os blocos, a não ser da observação de pescadores que
passam pelo local e engenheiros da Prefeitura que detectaram as fissuras, no final da década
de 90, culminando com a contratação do laudo emitido pela FADE/UFPE apresentado por
Fonte e Ávila, (1999).
A Prefeitura informou que durante os 24 anos de existência da ponte não foi
realizado nenhum serviço de recuperação, reabilitação ou proteção do concreto da ponte.
3.1.2.3 Agressividade ambiental
a) Exposição ao ambiente e agressividade da água
De acordo com os critérios da nova norma brasileira NBR 6118, referente a
projetos de estruturas de concreto, pode considerar, em princípio, que o ambiente
circundante à obra tem agressividade forte a muito forte, correspondendo a grau 3
a 4 numa escala de 4 graus de agressividade, o que implica que o risco de
deterioração da estrutura é de grande a elevado. Essa agressividade se justifica
pela elevada umidade do ambiente e a presença de sais característicos de atmosfera
marinha, além da ação de agentes agressivos, decorrentes de atmosfera urbana e
industrial.
Foram feitos também estudos sobre a agressividade da água, com duas
abordagens. Na primeira, foi feita a análise físico química de amostras de água
sob a ponte, realizada pela Engª Suzana Martorelli, da SM Controle de Qualidade.
A segunda constou da análise bacteriológica da água, realizada pelo ITEP –
Instituto Tecnológico do Estado de Pernambuco (Ensaio nº 178.206), chegando
aos seguintes resultados:
64
- os resultados enquadram a água, segundo a Norma CETESB L 1.007 como “água
de mar, salobra, de esgoto ou poluída industrialmente”;
- o grau de agressividade do meio aquoso, de acordo com a mesma norma, devido
aos elevados teores de cloretos, magnésio e sulfatos, foi enquadrado como de grau
4 (muito forte) e, como conseqüência, tende a provocar o fenômeno da expansão
por formação de gipsita ou etringita secundária, acompanhadas de lixiviação;
- o elevado teor de cloretos também coloca em risco a estrutura, pois, pode penetrar
no concreto e despassivar o aço, promovendo a corrosão nas armaduras;
- há também o risco de reações expansivas do tipo reação álcali-agregado, devido à
grande umidade do meio ambiente e o grau de saturação do concreto nas estacas e
blocos de coroamento das estacas;
- foi também constatada a contaminação por coliformes totais e termotolerantes,
com identificação de bactérias escherichia coli, que também coloca o concreto em
risco de uma ação deletéria por biodeterioração, ou seja, de natureza biológica.
b) Teor de sulfatos no concreto
Foram retiradas amostras de seis blocos da ponte e realizada a determinação de
acordo com o método ABTN NBR 9917 – Agregados para Concreto –
Determinação de Sais, Cloretos e Sulfatos solúveis, obtendo valores que variaram
de 0,357% SO
4
a 0,625% SO
4
e concluiu-se que seria razoável considerar que não
estaria havendo ingresso expressivo de sulfatos deletérios nos poros do concreto.
3.1.2.4 Inspeções – Ensaios de Campo
a) Metodologia de inspeção
A primeira iniciativa foi a inspeção preliminar, numa vistoria geral do local para
avaliar o estado geral da Ponte Paulo Guerra, observar a natureza das
manifestações patológicas presentes, avaliar o grau de incidência e estimar a
gravidades das mesmas, além de definir as regiões para estudo detalhado.
65
Naquela vistoria geral preliminar foi constatado:
- manchas típicas de corrosão de armaduras nos apoios, armaduras expostas e, em
alguns casos, destruídas em toda a seção;
- manchas típicas de lixiviação dos componentes do concreto, principalmente na
face externa dos blocos de fundação;
- fissuras nos blocos de fundação com forma de “mapa”, provavelmente de
expansão dos produtos de corrosão de armaduras e de outras reações expansivas
tipo álcali-agregado ou expansão por sulfatos ou ainda por hidratação tardia dos
óxidos de magnésio e de cálcio;
- sinais evidentes de deterioração precoce nos blocos de fundação e nos apoios
extremos, junto aos encontros;
- deterioração no tabuleiro, deterioração em juntas de dilatação, buzinotes,
drenagens e guarda corpos.
Uma vistoria realizada no interior do caixão das longarinas da ponte indicou não
haver problemas significativos neste local. Por isso, a segunda etapa da inspeção,
que foi a inspeção detalhada, foi realizada apenas na região mais crítica, os blocos
de fundação e os apoios (meso-estrutura).
Os ensaios realizados “in loco” durante a inspeção detalhada foram:
- Observação visual minuciosa;
- Esclerometria;
- Cobrimento horizontal;
- Cobrimento vertical;
- Carbonatação;
- Resistividade Seca;
- Resistividade úmida;
- Potencial de corrosão;
- Corrente de corrosão;
- Bitola horizontal;
- Bitola vertical;
- Velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas.
66
b) Descrição da ponte
A extensão total da ponte é 453 m, com nove vãos de 47 m e dois vãos extremos
de 15 m cada. Esses dois vãos constituem apoios enterrados, formando um
conjunto de encontro, cortinas de contenção de aterros e contrapeso de balanço. O
primeiro e o último vãos de 47 m contém um trecho, de 10,10 m de extensão, do
tabuleiro, apoiado sobre dois dentes Gerber com juntas de dilatação, em dois
balanços, um saindo do encontro e o outro do primeiro (ou do último) apoios.
A estrutura da ponte é formada por duas seções caixão ligadas pela laje superior,
compondo a superestrutura, com altura variável de 6,00 m a 1,30 m e 20 apoios,
ou pilares (a meso-estrutura), com 3,20 m de extensão com altura constante de
6,00 m. Neste trecho dos apoios existem duas transversinas, em cada caixão, com
0,70 m de espessura, que ocupam toda a seção transversal do caixão. Nessa
vistoria foram analisados só os 16 apoios centrais, descartando-se os quatro apoios
extremos que estavam enterrados e de difícil acesso. (Ver Figura 3.5)
O sistema de fundação é composto de:
- 12 estacas tipo Franki (ou dez, em alguns blocos), com diâmetro de 0,60 m e
capacidade de carga de 170 tf;
- caixa de concreto, denominada cálice, que serviu de forma para execução dos
blocos;
- os 16 blocos de fundação objeto dessa inspeção estão expostos à variação da maré.
Eles estão alinhados dois a dois, formando oito fileiras de apoio. (Ver Figura 3.5).
As cotas inferiores dos blocos estão aproximadamente no mesmo nível. De acordo
com as cotas de projeto, o nível de maré máxima coincide com a cota superior do
cálice dos blocos 3, 4, 13 e 14, Na prática, devido a ondas provocadas por barcos
e, eventualmente, por enchentes no estuário, as águas lavam a face superior dos
blocos. Já para os blocos 1, 2, 15 e 16, os mais extremos da ponte, sem contar os
encontros, observa-se que a maré freqüentemente cobre os mesmos, lavando
também a parte inferior dos apoios, que se encontram em estado avançado de
deterioração por corrosão de armadura.
Figura 3.5 – Representação esquemática da ponte. Fonte: HELENE, et al., (2002), adaptado pelo autor
c) Identificação das áreas inspecionadas e resultados dos ensaios
Dos 16 apoios e blocos analisados, foram escolhidos quatro apoios e cinco blocos
para inspeção, de acordo com a representatividade em relação aos problemas
patológicos manifestados.
Os resultados obtidos nas inspeções e ensaios realizados “in loco” nesses apoios e
blocos foram subdivididos em dez áreas de ensaios e os valores apresentados em
quadros, uma para cada área, cujo resumo será apresentado adiante.
Na etapa da vistoria detalhada, com extração de testemunhos e ensaios em
laboratórios, outros blocos e apoios e áreas de ensaio também foram escolhidos de
modo a assegurar uma representatividade confiável dos resultados e do
diagnóstico.
Como a área de interesse para esta dissertação é a reação álcali-agregado, que teria
acontecido nos blocos de fundação, a partir daqui vamos nos restringir à análise
destes elementos (blocos).
• Posição, diâmetro e recobrimento da armadura
Para avaliação da posição, diâmetro e recobrimento da armadura empregou-se um
detetor eletromagnético, conhecido como “pacômetro”. A técnica permite
localizar a posição da armadura e depois, conhecendo o diâmetro da armadura,
permite conhecer o cobrimento e vice-versa.
Todos os blocos de fundação apresentam a mesma disposição e bitolas de
armaduras, variando apenas a quantidade e comprimento de algumas posições
devido à variação de altura dos blocos.
De acordo com o projeto, o aço utilizado foi o CA-5O, com o diâmetro de 12,5
mm na malha superior e 20 mm e 22 mm na malha inferior. Nas paredes foi
empregada a bitola de 12,5 mm horizontalmente e as de 20 mm e 22 mm
verticalmente, nas superfícies laterais do tronco de pirâmide.
O recobrimento adotado no projeto foi muito elevado, tendo sido de 10 cm na face
superior do bloco, 15 cm na face inferior, 12,5 cm na superfície lateral do tronco
de pirâmide e 10 cm no trecho de parede vertical do bloco (trecho superior).
69
Estes valores de projeto foram confirmados na inspeção, encontrando-se
cobrimentos médios de até 79 mm (Figura 3.6). A pior situação ocorria junto à
borda do cálice, que tem forma trapezoidal. Nesses locais, o cobrimento médio
chegou a ser de 25 mm, enquanto que 5 % das armaduras estavam com apenas 14
mm de cobrimento.
Figura 3.6 – Recobrimento da armadura superior do bloco
Fonte: acervo da construtora
• Profundidade de carbonatação
Trata-se de um ensaio semi destrutivo, com o emprego de indicadores químicos,
do tipo fenolftaleína ou timolftaleína, que permitem avaliar o pH da solução dos
poros do concreto.
Nesses ensaios foi utilizada a fenolftaleína, coletando-se, em cada medida, a
profundidade mínima e máxima da frente de carbonatação, bem como a média
visual do avanço da frente.
Os resultados da profundidade de carbonatação encontrados foram pouco
expressivos e pode se concluir que não são o agente principal de despassivação das
armaduras dos blocos, por serem bem menores que o cobrimento das armaduras.
70
Essa constatação era esperada, pois o fenômeno da carbonatação do concreto em
regiões muito úmidas é inexpressivo. A difusão do gás CO
2
nos poros saturados do
concreto é muito dificultada, quando estes poros estão saturados de água.
• Potencial de corrosão (Ecorr)
A medição do potencial de corrosão permite analisar o estado termodinâmico da
corrosão, ou seja, se a armadura está ou não despassivada e sendo corroída.
O potencial de corrosão variou dentro de uma faixa que vai de +60 mV a -150 mV,
induzindo, aparentemente, que não há corrosão ativa nos blocos.
A maioria dos cobrimentos dos blocos são altos, em torno de 10 cm, o que
dificulta a medida de potencial de corrosão.
• Resistividade elétrica
Trata-se de um método de ensaio para determinação da resistividade elétrica do
concreto, considerada um dos parâmetros decisivos no controle da velocidade da
reação. A resistividade elétrica controla o fluxo de íons que difundem no concreto,
através da solução aquosa presente nos seus poros, sendo altamente sensível ao
teor de umidade de equilíbrio e à temperatura do concreto, reduzindo-se com o
aumento desta.
O concreto saturado de água comporta-se como um semicondutor, com
resistividade elétrica da ordem de 10
2
Ωm, que indica probabilidade de corrosão
alta, enquanto que seco em estufa ventilada, pode ser considerado isolante elétrico,
com resistividade da ordem de 10
6
Ωm, com probabilidade de corrosão
desprezível, segundo classificação proposta por Browne et al, apud HELENE et
al., 2002.
No caso dos blocos da ponte, a resistividade não foi medida, pois eles ficam
saturados de água salobra permanentemente e a resistividade superficial do
concreto, nesses casos, não tem significado prático.
71
• Esclerometria
O “esclerômetro de reflexão”, ou martelo suíço, é o aparelho usado para
determinar a dureza superficial. Dependendo da dureza da superfície ensaiada, será
menor ou maior a parcela da energia do impacto do martelo que se dissipa na
deformação permanente da área ensaiada, sendo o resto conservada elasticamente,
propiciando, ao fim do impacto, o retorno do martelo, que marca o valor
conhecido como índice esclerométrico (IE).
Esse índice guarda uma relação com a resistência à compressão do concreto,
propriedade de muita importância para avaliação do material do ponto de vista do
comportamento mecânico e da durabilidade.
Quando as medições com o esclerômetro são realizadas nas proximidades dos
pontos de extração de testemunhos de concreto para ensaios de resistência à
compressão, fica mais fácil de estabelecer uma melhor correlação para extrapolar
para outros pontos medidos na estrutura.
Os resultados obtidos demonstram que o concreto apresenta resistência à
compressão adequada, do ponto de vista da segurança estrutural, neste caso acima
de 20 MPa (o fck de cálculo, para os blocos, foi de 17 MPa).
Porém, do ponto de vista da durabilidade, o concreto utilizado deveria ter
resistência à compressão em torno de 50 MPa para resistir bem às condições
desfavoráveis da exposição do local. Pode-se concluir que a resistência
encontrada, de 20 MPa foi insuficiente para assegurar a longa vida útil.
• Corrente de corrosão
Trata-se de metodologia de ensaio aplicada regularmente, a partir do começo da
década de 70 por Carmem Andrade et al., apud HELENE et al., 2002, que
adaptaram e desenvolveram as técnicas originalmente empregadas no fim da
década de 50 por Kaesche et al., para armaduras envolvidas por argamassa e
concreto. É também conhecida por polarização linear.
A resistência de polarização pode ser entendida como a inércia que o sistema
possui em desenvolver um processo eletroquímico de corrosão, frente a uma
polarização imposta. Utiliza o estímulo de uma diferença de potencial aplicada à
72
armadura, exercendo uma polarização ao redor do potencial de eletrodo original.
Esse potencial deve ser medido antes da aplicação da polarização externa, por
exemplo pelo método ASTM 876.
Foram obtidos resultados da corrente de corrosão para os apoios que eram fortes
indícios de processo corrosivo ativo e significativo.
No entanto, a corrente de corrosão não foi medida nos blocos porque estes ficavam
saturados de água salobra permanentemente e a corrente de corrosão, nesses casos,
não tem significado prático, com o equipamento utilizado.
• Velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas
As regiões dos blocos onde foram realizados os ensaios foi acima dos cálices, no
trecho dos blocos onde as paredes laterais são verticais.
Os ensaios de velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas têm o objetivo de
analisar o estado do concreto no interior dos blocos.
As medições foram feitas na direção paralela à menor dimensão dos blocos, ou
seja, no sentido longitudinal da ponte, tendo sido escolhidos locais próximos à face
interna, embaixo da ponte, mais protegidos da ação direta das intempéries, onde se
observa um menor grau de fissuração e expansão e também próximos à face
externa, exposta à insolação e aquecimento, tendo sido verificada nessas regiões
uma incidência bem maior de fissuração e expansão.
No sentido vertical, os pontos foram fixados em três posições, A, B e C, sendo A a
mais alta, a 6 cm da face superior dos blocos, ou seja, na camada de recobrimento
da armadura, e as posições B e C mais abaixo, a distâncias variáveis, dependendo
da altura do trecho do bloco que fica acima do cálice.
Os resultados obtidos mostraram que:
- a velocidade de propagação da onda nas regiões acima da armadura apresentaram,
em todos os blocos, valores bem inferiores e maior dispersão em relação aos
outros pontos, evidenciando que as fissuras observadas externamente estão
fortemente concentradas na zona de recobrimento, sendo estes resultados
confirmados pelos testemunhos extraídos;
73
- os resultados dos pontos B e C, medidos nos blocos de maior altura, não
apresentaram diferenças significativas, evidenciando a uniformidade do concreto
após a camada de recobrimento, com relação ao grau de fissuração;
- valores de velocidade de propagação de ondas abaixo de 2.500 m/s denotam
concretos muitos deteriorados e de baixa resistência. Foram observados valores
abaixo de 1.500m/s, evidenciando que as regiões externas dos blocos estão
praticamente destruídas pelas reações deletérias;
- foram medidos, também, valores acima de 4.000 m/s, demonstrando que ainda há
concretos nos núcleos desses blocos de resistência elevada e em bom estado de
conservação.
3.1.2.5 Inspeção – ensaios especiais em laboratório
a) Extração de testemunhos de concreto
Foram extraídos 11 testemunhos traspassantes em seis blocos da Ponte Paulo
Guerra. Os testemunhos foram extraídos de acordo com as recomendações gerais
da NBR 7680. Destes testemunhos foram retirados corpos de prova para ensaios
de resistência à compressão, segundo a NBR 5739 e para ensaios de absorção de
água e volume de vazios, segundo a NBR 9778.
O objetivo destes ensaios é verificar se ocorreram alterações na estrutura interna
dos concretos de modo a comprometer as propriedades físicas, tais como o módulo
de elasticidade e a resistência à penetração de agentes agressivos, esta última
correlacionada com a absorção de água, índice de vazios e massa específica, que
refletem a compacidade e a porosidade dos concretos.
Os testemunhos foram extraídos com furos ora horizontais, ora verticais, em locais
escolhidos de acordo com a menor ou maior incidência de fissuração e ataques de
agentes agressivos. As Figuras seguintes, 3.7 e 3.8. referem-se a testemunho
extraído do Bloco 7, através de furo horizontal localizado na parte externa do
bloco, extraído na menor direção do bloco, em cima da fissura lateral de maior
abertura (6 mm), com comprimento de 3,20m, ou seja, houve o traspasse total do
bloco (Figura 3.7). Na Figura 3.8 é mostrado o detalhe da fissura na superfície
lateral do bloco.
74
Figura 3.7 – Testemunho extraído através de furo horizontal no Bloco 7.
Fonte: HELENE et al., 2002
Figura 3.8 – Testemunho extraído do Bloco 7. Detalhe da fissura na superfície.
Fonte: HELENE et al., 2002.
Análise dos testemunhos:
- Todos os testemunhos extraídos dos blocos apresentaram a formação da
eflorescência esbranquiçada. Não ficou caracterizada uma maior incidência
próxima às superfícies dos blocos;
75
- Alguns testemunhos apresentaram nítido depósito dessa substância na interface
entre o agregado e a pasta, como mostrado na Figura 3.9, cuja foto foi tirada de
uma seção do testemunho a 5 cm do início, ou seja, da face do bloco, referente a
um furo horizontal no Bloco 12, na menor direção do bloco, mais próximo da face
interna e a uma distância de 50 cm do topo do bloco;
Figura 3.9 – Detalhe das auréolas brancas nas bordas dos agregados no Bloco 12.
Fonte: HELENE et al., 2002.
- Alguns agregados dos testemunhos apresentam aspecto friável, ou seja, que pode
reduzir-se a fragmentos como se tivessem sofrido alguma alteração, sendo visível
a interface deteriorada, entre o agregado e a pasta;
- Apesar da grande intensidade de fissuras nos blocos, situadas principalmente no
lado externo sul da ponte, os testemunhos indicaram que, em sua grande maioria,
as fissuras não ultrapassaram a camada de recobrimento;
- No Bloco 7, onde os testemunhos foram extraídos em cima das fissuras de maior
abertura, entre todos os blocos observados, as fissuras ultrapassaram a camada de
recobrimento.
- Foi confirmado nos testemunhos o que foi detectado no ensaio do pacômetro, o
recobrimento extremamente alto das armaduras dos blocos, maior do que estava
determinado no projeto estrutural, entre 10 e 15 cm, chegando, em alguns blocos,
o recobrimento na faixa de 20 cm.
76
b) Extração de testemunhos de aço
Os testemunhos de aço foram extraídos junto com os testemunhos de concreto.
Foram, portanto, de pequenas dimensões e utilizados apenas para observação
visual de evidências de corrosão. O aço é do tipo CA-50, laminado e quente.
c) Perfil de cloretos
Os cloretos podem ser encontrados no concreto de duas formas: como cloretos
livres, ou seja, na forma de íons na água dos poros, conhecido como solução
intersticial, ou como cloretos combinados, formando parte das fases hidratadas do
cimento. Os cloretos do primeiro tipo são os realmente perigosos e agressivos à
armadura e os do segundo tipo geralmente se encontram combinados na forma de
cloroaluminatos.
A soma dos livres e dos combinados é denominada cloretos totais. Ainda que os
cloretos solúveis em água sejam os únicos que podem provocar a corrosão, é
conveniente determinar os cloretos totais, pois parte dos combinados podem vir a
ficar disponíveis para reações deletérias devido a fenômenos tais como
carbonatação ou elevação de temperatura. Praticamente todas as normas
estabelecem o limite de cloretos em termos de cloretos totais.
Normalmente interessa conhecer o teor de cloretos no concreto que circunda ou
envolve a armadura, pois essa é a contaminação que realmente atacará a armadura,
despassivando-a.
Não existe um consenso sobre o limite de cloretos abaixo do qual seja possível
afirmar que não haverá despassivação e ataque à armadura, pois isto depende de
inúmeras variáveis, como o tipo de cimento, da sua finura, da proporção de
aluminato tricálcico, do consumo de cimento por m
3
de concreto, do estado da
superfície do aço, das condições ambientais, da relação água/cimento e outros.
Como limite muito geral, considera-se que 0,3 % a 0,4 % em relação à massa de
cimento, ou cerca de 0,05 % a 0,10 % em relação à massa do concreto, são
quantidades suficientes de cloretos totais para despassivar o aço. No entanto, são
conhecidos casos de armaduras corroídas em concretos com teores inferiores a
esses limites, assim como armaduras não corroídas em concretos com teores de
cloretos superiores a esses limites.
77
Para os blocos da Ponte Paulo Guerra os resultados indicaram teores elevados. Na
superfície foram encontrados teores totais de cloretos variando de 0,20 % a 0,67 %
em relação à massa de concreto, cujo limite máximo seria 0,10 %, estando,
portanto, muito acima do limite recomendável. No interior dos blocos a
contaminação cai a teores inferiores a 0,4 %.
d) Módulo de elasticidade e resistência à compressão e à tração
Dos testemunhos extraídos foram preparados cinco corpos de prova cilúdricos,
para cada bloco, com as dimensões 7,3 cm x 14,6 cm. Com esses corpos de prova
foram realizados os ensaios mecânicos de resistência à compressão e resistência à
tração na compressão diametral.
O concreto das partes mais externas dos blocos apresentou resistências à
compressão e à tração inferior ao concreto do núcleo dos blocos.
Foi verificada visualmente a influência negativa da alteração da auréola de
deterioração observada nas bordas dos agregados.
Também observou-se que houve grande dispersão dos resultados, com coeficiente
de variação superando os 20 % máximos admitidos numa produção de uma obra
de concreto. O módulo de elasticidade também apresentou resultados muito
baixos.
Estes resultados das dispersões elevadas e dos módulos de elasticidade baixos são
fortes indicativos de reações químicas e físico químicas intensas e deletérias.
Ficou claramente evidenciada a diferença entre os concretos da parte superficial
dos blocos, muito mais deteriorado e o concreto do núcleo dos blocos, que ainda
apresente índices convincentes de concreto em bom estado de conservação.
e) Absorção de água
O ensaio de absorção de água e de cálculo de volume de vazios é importante para
conhecer a microestrutura do concreto e avaliar a sua interatividade com o meio
ambiente, pois é através dos poros capilares que se processa a penetração dos
agentes agressivos.
78
Foram selecionados os testemunhos de três blocos, B1, B4 e B10 e retirados
corpos de prova para realização dos ensaios, alcançando índices de vazios com
valores compreendidos entre 15,41 % e 15,86 %.
Considera-se que os valores de volume de vazios superiores a 15 % denotam
concretos muito porosos e inadequados a ambientes agressivos, confirmando, mais
uma vez, a inadequabilidade do concreto à agressividade do ambiente. Concretos
com volume de vazios abaixo de 10 % são considerados duráveis.
f) Estudo petrográfico
Os estudos petrográficos, realizados no IPT/SP, confirmaram a auréola
degenerativa ao redor dos bordos dos agregados graúdos, evidenciando a reação
álcali-agregado.
A reação de formação de etringita também foi observada, porém não com uma
intensidade que evidenciasse uma reação degenerativa de expansão por sulfatos,
causada pelo íon (SO
4
)
--
. O cátion pode ser Ca, K, Mg, Na.
g) Mapeamento de fissuras
Foi realizado um mapeamento das fissuras bloco a bloco. Nas Figuras 3.10 e 3.11
são mostradas as faces lateral e superior de um bloco, com fissuramento intenso.
Figura 3.10 – Face lateral do bloco 10, lado do mar
Fonte: HELENE et al., 2002.
79
Figura 3.11 – Face superior do bloco 10, lado do mar
Fonte: HELENE et al., 2002
Observa-se que há fissuras de duas naturezas. A maioria tem forma de mapa ou de
“pé de galinha”, típicas de um fenômeno expansivo, neste caso a reação álcali-
agregado. “A outra, de natureza estrutural, vertical, no centro do bloco e com
abertura maior no bordo superior, ou seja, de flexão, indicando um provável início
de falha da armadura dos blocos de fundação.” (HELENE et al., 2002 p. 57).
3.1.2.6 Mecanismos de envelhecimento
a) Considerações iniciais
Do ponto de vista estrutural, o concreto utilizado atende perfeitamente às
exigências de estabilidade e desempenho estrutural. No entanto, para o ambiente
agressivo onde a obra foi construída, deveria ter sido utilizado um concreto de
qualidade muito superior, para evitar o envelhecimento precoce.
Considerando os resultados obtidos, as informações levantadas e as análises
realizadas, pode-se afirmar que os dois principais problemas patológicos de
envelhecimento acelerado e precoce dessa ponte são: corrosão das armaduras nos
apoios e reação álcali-agregado nos blocos de fundação.
80
b) Corrosão de armaduras
Apesar da grande importância da agressão por cloretos nessa obra, considerando
que sua maior ocorrência é nos apoios e que o objetivo deste trabalho é o estudo da
existência da reação álcali-agregado nos blocos de fundação, não será detalhado
aqui o mecanismo de corrosão das armaduras.
c) Reação álcali-agregado
Essa reação também é conhecida por reação álcali-sílica e álcali-silicato, pois se
refere a um conjunto de reações possíveis entre os álcalis do cimento, NaOH e
KOH, com certos minerais amorfos que contêm sílica na sua estrutura molecular.
Fissuras, pipocamento e exsudação de um fluido viscoso álcali-silicoso são
manifestações típicas do fenômeno, que em geral reduzem a resistência à
compressão e tração do concreto e diminuem drasticamente seu módulo de
elasticidade.
A presença dos íons hidroxila (OH)
-
e íons metálico-alcalinos (Na
+
e K
+
) parece
ser necessária para a reação de expansão e pode ser fornecida por fontes externas,
como água do mar, ou estar disponível nos materiais constituintes do concreto.
Constata-se que opala, obsidiana, cristobalita, tridimita, calcedônia, rochas
vulcânicas e outras mais raras, são potencialmente reativas.
Do ponto de vista de observação visual e em microscópio de natureza petrográfica,
as evidências da reação podem ser comprovadas por: gel na borda dos agregados,
gel no interior de vazios, eflorescências brancas, fissuras na interface agregado-
pasta e, às vezes, fissuras nos próprios agregados.
Os agregados graúdos utilizados na composição do concreto dos blocos de
fundações da Ponte Paulo Guerra apresentam características que facilitam a reação
álcali-agregado, quais sejam: cristais de quartzo microgranulados (grãos < 0,15
mm) e cristais de quartzo com forte extinção ondulante. Estes aspectos são
observados especialmente nos agregados de milonito possivelmente granítico, e de
hornblenda-biotita monzogranito a granodiorito gnáissico.
81
d) Outras reações deletérias
A temperatura tem grande influência no desenvolvimento das reações químicas e
deve ser considerada na análise de durabilidade das estruturas de concreto. Devido
a isto é que nas estruturas situadas em países de clima equatorial e tropical, a
deterioração química é mais grave que nos países de clima temperado.
Em regiões urbanas densamente povoadas, como no Recife, os gases ácidos
presentes na atmosfera são dissolvidos pela água de chuva e precipitam sobre as
estruturas de concreto impregnando-as e contribuindo para a redução da
alcalinidade original, favorecendo a aceleração do processo de carbonatação.
Por outro lado, partículas em suspensão típicas de atmosfera marinha, urbana e
industrial são depositadas por impactação nas superfícies das estruturas de
concreto, contribuindo para a retenção de água, penetração por difusão e absorção
capilar, acidificando ou neutralizando a superfície, originalmente alcalina, do
concreto. É assim que estruturas similares, projetadas e construídas de forma
semelhante, apresentam diversidade na vida útil, dependendo do ambiente em que
se encontram, especialmente no que se refere a carbonatação e penetração de
cloretos.
3.1.2.7 Diagnóstico e prognóstico
A ausência de manutenção preventiva adequada permitiu o livre desenvolvimento
do processo corrosivo das armaduras nos apoios, assim como a não substituição periódica dos
aparelhos de apoio acarretou esforços excessivos no concreto dessa região, não previstos no
projeto original, e que acabaram por destruir grande parte do concreto, localmente, por
fissuração e destacamento, devido às forças de expansão dos produtos da corrosão com o
natural risco de esmagamento do concreto.
No caso dos blocos de fundação, além da corrosão das armaduras de alguns
cálices, há, principalmente, intensa deterioração do concreto por reações expansivas álcali-
agregado.
Com base nas informações e resultados disponíveis e anteriormente discutidos, o
diagnóstico dos problemas da Ponte Paulo Guerra pode ser assim formulado:
82
a) Mecanismo
Reação álcali-agregado entre os álcalis do cimento e os agregados utilizados nos
concretos dos blocos de fundação, comprovada por redução do módulo de
elasticidade, da resistência à compressão e tração do concreto e por reduzida
velocidade de propagação de ondas ultra sonoras, além da análise petrográfica, que
registrou auréola reativa. Ficou evidenciado que o fenômeno está mais intenso na
periferia dos blocos até uns 15 a 20 cm, sendo que no núcleo o fenômeno existe
mas ainda não destruiu o concreto.
Outros mecanismos, como corrosão eletroquímica das armaduras nos apoios, e
outros de menor importância não serão tratados neste item, por fugirem ao escopo
do trabalho.
b) Agentes causadores
Reatividade intrínseca dos constituintes do concreto: por um lado excesso de
álcalis no cimento e por outro agregados reativos, que, em presença de água
reagem de forma intensa e generalizada.
c) Sintoma e origem do problema e agentes agravantes
Fissuras, destacamento leve e expansão da superfície do concreto são os sintomas
da reação álcali-agregado.
A origem dessa reação, expansiva e deletéria, está na fase da escolha dos
materiais, durante a etapa de execução da obra, onde não foram realizados os
ensaios exploratórios de reação álcali-agregado potencial, com o cimento e com os
agregados empregados no concreto utilizado nos blocos de fundação.
Caso os ensaios tivessem sido realizados, seria constatada a reatividade potencial e
haveria condições para substituir algum dos materiais envolvidos ou adotar
medidas para mitigação da reação.
O ambiente agressivo, úmido e quente, de alguma forma acelerou ou facilitou a
ocorrência desses problemas patológicos.
83
d) Prognóstico
Por prognóstico entendem-se as conjecturas técnicas que se podem fazer, a partir
das informações e resultados disponíveis e obtidos. Essas conjecturas são
normalmente, realizadas dentro de dois cenários: um de não realizar nenhuma
intervenção e outro de realizar uma intervenção adequada.
Inicialmente discute-se a extensão e gravidade dos problemas atuais, para, em
seguida, discutir o prognóstico propriamente dito.
- Extensão e gravidade do problema: o concreto atacado por reações expansivas e
deletérias concentrou-se nos 20 blocos, afetando o comportamento dos mesmos,
sendo que alguns deles já apresentavam, além das fissuras de expansão, fissuras
com aspecto de decorrentes de limite de capacidade portante em serviço. Apesar
de se tratar de um fenômeno generalizado e grave, os estudos mostraram que as
partes externas dos blocos é que haviam sido mais atingidas, e que foi possível
encontrar concretos afetados, porém ainda resistentes, nos núcleos dos blocos de
fundação.
- Cenário de não intervenção: risco de curto e médio prazo de os blocos entrarem
em colapso, pois o fenômeno deletério já está muito avançado e em alguns blocos
já atingiu e superou o limite de serviço da estrutura.
- Cenário de intervenção corretiva adequada: qualquer que seja a solução a ser
implementada, deve ser definitiva e segura e sempre haverá necessidade de
inspeção periódica a cada quatro anos.
3.1.2.8 Alternativas de intervenção
Os principais elementos afetados da estrutura são as laterais e os fundos das vigas
longarinas e o fundo das vigas transversinas, chamados até aqui de apoios, os blocos de
fundação e outras partes, tais como muretas laterais da laje, aparelhos de apoio, dispositivos
de drenagem e encontros (extremidades).
84
Para os blocos de fundação apresentam-se alternativas de intervenção, a seguir.
Quanto aos demais elementos, não serão detalhados, em respeito ao escopo deste trabalho.
a) Blocos de fundação
Demolição da parte externa mais afetada; cintamento com concreto armado ou
protendido com pressão de confinamento de pelo menos a metade das pressões de
expansão dos produtos de corrosão; alteamento, com macaco hidráulico tórico, da
superestrutura, para recuperação do fundo dos apoios e substituição de aparelhos
de apoio. Deve ser usado concreto adequado, com inibidores de reação, à base de
lítio, por exemplo, com resistência à compressão mínima de 50 MPa (fck ≥ 50
MPa).
b) Projeto de reabilitação
Deve ser elaborado um projeto detalhado de recuperação em que se indique a
seqüência dos procedimentos e as etapas de trabalho para correção do problema da
reação álcali-agregado nos blocos de fundação (terapia).
O projeto em questão deverá definir:
• Serviços: descrição detalhada dos serviços de recuperação e proteção, definindo
procedimentos e controle;
• Materiais: seleção e especificação de materiais para recuperação, reforço e
proteção, definindo a natureza dos produtos, os procedimentos de utilização, os
controles de preparação e manuseio;
• Equipamentos: descrição dos equipamentos e ferramentas necessárias em cada
etapa dos serviços;
• Mão-de-obra: descrição das incumbências, cargos e responsabilidades dos
profissionais envolvidos em cada etapa dos serviços;
• O procedimento técnico completa-se com o plano de proteção ambiental e de
segurança no trabalho;
85
Periodo de tempo
Custo relativo da intervençã
o
Pro
j
eto
Execu
ç
ão
Manutenção
preventiva
Manutenção
corretiva
1
5
25
125
• Recomenda-se, também, o acompanhamento e o controle da intervenção, uma
avaliação técnica da solução adotada, por meio de ensaios de desempenho ‘’in
loco’’ ou em laboratório e o registro do caso.
3.1.2.9 Recomendações finais
Os problemas patológicos existentes e diagnosticados atingem uma porção
significativa da estrutura e requerem intervenção corretiva imediata (recuperação e proteção
adicional) para interromper o rápido e grave processo de deterioração observado e para
aumentar a vida útil da obra.
Há que se considerar também a evolução dos custos de intervenção em estruturas,
ao longo do tempo. Quanto maior for a demora para se tratar uma obra que está em processo
de deterioração, maior o custo da correção dos problemas, variando em progressão geométrica
de razão 5, conforme mostrado na Figura 3.12, o gráfico conhecido como Lei de Sitter.
Figura 3.12 – Lei de Sitter – Evolução dos custos de intervenção com o tempo.
Fonte: HELENE et al., 2002 adaptado pelo autor.
86
Como se observa na figura 3.12, o custo de intervenção tende a elevar-se
rapidamente caso esta tarefa seja postergada. Compara-se os custos se a atuação de
construção de uma obra durável for prevista na fase de projeto, ou durante a construção, ou se
for feita uma manutenção preventiva, posteriormente, ou, finalmente, se for feita apenas a
manutenção corretiva, após o aparecimento dos problemas. Em outras palavras, mesmo
reabilitações normais ficam muito mais caras, quanto mais tempo se demore a intervir.
Tal tendência aplica-se bem ao caso de recuperação das estruturas de concreto da
Ponte Paulo Guerra, pois trata-se de mecanismos de deterioração severos.
No estágio em que encontrava a ponte por ocasião dessa inspeção ainda era
possível a recuperação dos blocos e apoios, sem que houvesse a necessidade de demolição e
reconstrução das peças danificadas e sem que precisasse ocorrer interferência no tráfego
intenso de veículos sobre a ponte.
Portanto, não só do ponto de vista técnico era necessário e conveniente agir
imediatamente, mas também do ponto de vista econômico era recomendável a intervenção
corretiva imediata sobre essa estrutura.
3.1.3 Projeto estrutural elaborado pela B&C Engenheiros Consultores Ltda.
No mesmo ano de 2002 a EMLURB contratou a empresa B & C Engenheiros
Consultores Ltda, do Recife, que apresentou um novo projeto estrutural para recuperação da
Ponte Paulo Guerra. (B & C, Eng. Cons. Ltda., 2002)
Este projeto estrutural baseia-se no Relatório Técnico desenvolvido pela empresa
TECOMAT, descrito no item 3.1.2 (HELENE et al., 2002).
É proposto para cada bloco de fundação o reforço com dois anéis de concreto nas
quatro faces. Nas duas faces maiores é realizada uma protensão com um total de oito cabos
por bloco com 12 cordoalhas de 15.2 mm. Cada cabo tem uma ancoragem ativa e uma
passiva. Além disto, entre cada dois blocos é projetada a construção de um “bloco de
ligação” sobre quatro estacas raiz pressurizadas, com diâmetro de 25cm e capacidade de
suporte de 25tf. A função destes blocos adicionais é redistribuir as cargas entre os dois
blocos, na ocasião do macaqueamento dos apoios.
87
3.1.4 Projeto Estrutural da JLC Engenharia de Projetos Ltda.
Em 2004 a EMLURB realizou a licitação da obra e a empresa vencedora, a
CONCREPÓXI ENGENHARIA LTDA., contratou a empresa J.L.C. Engenharia de Projetos
Ltda., do Rio de Janeiro, que apresentou mais um projeto para a recuperação da ponte. Trata-
se de um projeto estrutural que optou por aproveitar os blocos existentes, recuperando-os e
reforçando-os. (J. L. C. Engenharia de Projetos, 2005)
A obra só foi iniciada em 2005 e concluída em 2006. Este projeto é o que foi
efetivamente utilizado na execução dos serviços de recuperação estrutural.
Quanto à recuperação dos blocos, inicialmente foi feito um fechamento exterior
das fissuras (colmatação) com epóxi, para possibilitar a injeção das fissuras no interior dos
blocos, com microcimento, conforme mostrado na Figura 3.13. Posteriormente, foi executada
uma camada de concreto em cada face lateral, ao longo de toda a altura. Nas duas faces
laterais maiores foram colocados 3 cabos de protensão, em cada lado, cada um com 12
cordoalhas de 15.2 mm (6 x 12 ø 15,2 mm), com aço CP-190RB, conforme mostrado na
Figura 3.14. Cada cabo tem uma ancoragem ativa e uma passiva. Além da protensão, todas as
faces são armadas com armadura frouxa, com aço CA-50. (Figura 3.14).
Figura 3.13 – Fechamento de fissuras
Fonte: acervo da construtora
88
Neste projeto foi especificada a execução de consoles metálicos nas laterais das
longarinas, acima dos blocos (ou seja, nos apoios), para promover o macaqueamento dos
apoios e a troca dos aparelhos de apoio (ver Figura 3.15).
Figura 3.14 – Ferragem frouxa e cabos de protensão dos blocos
Fonte: acervo da EMLURB
89
Figura 3.15 – Console metálico, sobre berço de regularização
Fonte: Acervo da EMLURB
Estes consoles apóiam-se sobre um berço de regularização de concreto e são
posicionados nas laterais das longarinas, em número de quatro por apoio, fixados dois a dois
nas longarinas com 12 tirantes Dywidag, diâmetro 32 mm, não aderentes, de aço ST 85-105.
Após o macaqueamento dos apoios, foi retirada uma camada de 10 cm de concreto do fundo
do apoio para recuperar este concreto e a ferragem, deteriorados pela corrosão e finalmente,
feita a substituição dos aparelhos de apoio.
O aspecto final do bloco e do apoio é mostrado na Figura 3.16, faltando apenas o corte das
pontas dos cabos de protensão.
90
Figura 3.16 – Bloco e apoio prontos.
Fonte: Acervo da EMLURB
3.2 Edifício comercial no Recife
3.2.1 Descrição da obra
Trata-se de um edifício comercial, construído na década de 1980, com 11
pavimentos e área de construção em torno de 15.000 m². A estrutura é em concreto armado e
a fundação em blocos de concreto armado sobre estacas tipo Franki.
3.2.2 Análise dos danos observados
Segundo (comentário verbal)
1
aquele profissional foi contratado em agosto de
2004 para realizar uma vistoria nesse edifício. O problema reclamado e que chamava mais
atenção era um vidro que estava flambado, no pavimento térreo da edificação, próximo a uma
pilar da estrutura.
1
Comentário verbal de Ávila, J.I.S.L, em 2007, emitido ao participar de uma banca examinadora do Mestrado da
Universidade Católica de Pernambuco.
91
Desconfiado de tratar-se de recalque da fundação, o engenheiro citado sugeriu um
monitoramento do pilar. Em janeiro de 2005 foi fornecido o resultado e foi pedida uma
ampliação das observações.
Nessa ocasião já havia ocorrido a ruptura do Edifício Areia Branca, em outubro de
2004, na cidade de Jaboatão dos Guararapes, vizinha ao Recife, devido a problemas de falhas
construtivas na fundação. O condomínio de um prédio vizinho ao Areia Branca, resolveu
vistoriar suas próprias fundações e constatou falhas semelhantes ao Areia Branca, como
deficiência de concretagem nos pilares, na saída da fundação, evidenciando ferragem exposta,
alguns ferros flambados e concreto desagregado em alguns pilares. Essas fundações foram
recuperadas e ficou a preocupação com as fundações dos prédios, tanto por parte dos
moradores de edifícios, como por parte dos engenheiros projetistas de estruturas e fundações,
tecnologistas e construtores.
Nesta mesma época um outro prédio, também em Jaboatão, a menos de 1 km do
Areia Branca apresentou um quadro fissuratório na fundação, em sapatas isoladas, que
ensejou aos engenheiros envolvidos na análise desconfiarem de alguma reação química,
segundo (comentário verbal)
2
. Foram realizados ensaios de laboratório, que confirmaram a
existência de reatividade álcali-agregado no concreto da fundação, que foi o primeiro caso de
fundação de edifício diagnosticado como sob efeito da RAA, na Região Metropolitana do
Recife.
Diante destes três exemplos de obras com problemas em fundações, o consultor
contratado resolveu vistoriar as fundações do edifício comercial no Recife e visualizou um
quadro fissuratório bastante grave, tanto pela quantidade de fissuras como pela magnitude das
aberturas das fissuras, como pode ser visto nas figuras 3.17 e 3.18. De acordo com
(comentário verbal)
3
muitas fissuras tinham aberturas maiores que 20 mm e um caso extremo
de mais de 60 mm.
2
Comentário verbal de Nassar, J. J. A., em 2006, autor de projeto de recuperação do edifício em Jaboatão, PE.
3
Comentário verbal de Soares, Z. M., em 2007, da Betonpoxi, responsável pelos serviços de recuperação do
edifício comercial.
92
Figura 3.17 – Fissuras em um bloco sobre duas estacas, com dimensões 1 x 2,5 m
Fonte: Acervo dos proprietários do edifício.
Figura 3.18 – Fissuras em um bloco com 18 estacas, com dimensões 8 x 6 m
Fonte: Acervo dos proprietários do edifício
3.2.3. Diagnóstico do problema dos blocos
Foram extraídos testemunhos dos blocos de fundação e realizados ensaios no
laboratório da ABCP/SP, que confirmaram o que o formato das fissuras fazia acreditar: a
presença da reatividade álcali-agregado.
Este é o primeiro edifício na cidade do Recife que foi diagnosticado como tendo
acontecido a reação álcali-agregado nas fundações. Na figura 3.19 é visto um testemunho
93
extraído da fundação do pilar P13-A onde observa-se a auréola ao redor do agregado,
denotando a presença do gel expansivo, que caracteriza a presença da reação álcali-agregado.
Figura 3.19 – Testemunho mostrando bordas de reação. Fonte: Acervo da Construtora BETONPOXI
Foi verificado o estado físico de cada bloco. Os que deram maior preocupação
foram os blocos sobre duas estacas, que são blocos de apoio de pilares periféricos, ou seja,
fora da projeção dos andares mais altos. A preocupação maior com estes blocos deve-se a
que, por só contar com duas estacas e pelo formato das fissuras, haver a hipótese das mesmas
atingirem as bielas de compressão, sem a possibilidade de redistribuição de cargas para outras
estacas, como no caso dos blocos com mais estacas.
Além dos blocos de duas estacas, com dimensões variando de 1,00 x 2,50 m a 1,20
x 3,00 m, havia outros tamanhos, chegando aos maiores, de 6,00 x 8,00 m, com 18 estacas
Franki de 600 mm e carga de 2300 tf.
Havia alguns blocos submersos, sendo necessário esgotamento para realizar a
vistoria e a posterior recuperação. Todos tinham contato com água.
A primeira medida de recuperação da integridade dos blocos foi o fechamento das
fissuras com injeção de microcimento. Segundo relato do engenheiro proprietário da
construtora que realizou os serviços de recuperação (SOARES, 2007), depois dessas injeções
é que foram escavadas as laterais dos blocos e retirados testemunhos, que mostraram que
algumas fissuras não haviam sido preenchidas.
Foi feita escavação até 80 cm abaixo dos blocos, e retirados testemunhos das
estacas, concluindo que as cabeças das estacas estavam íntegras e o fundo dos blocos estava
94
sem fissuras ou com muito poucas fissuras com pequenas aberturas, conforme mostra a Figura
3.20.
Figura 3.20 – Vista da face inferior de um bloco e da cabeça das estacas. Fonte: Acervo dos proprietários
3.2.4 Solução adotada
A empresa JLC Engenharia de Projetos Ltda., do Rio de Janeiro, foi contratada
pelos proprietários da obra para elaborar o projeto de recuperação estrutural do edifício.
De acordo com (comentário verbal)
4
as fissuras verticais nos blocos sobre duas
estacas ultrapassaram as bielas, em alguns casos. Em dois casos, no fundo do prédio, a RAA
teria debilitado os blocos a tal ponto, que houve redistribuição de cargas para outros blocos.
Por isso foi necessário buscar um mecanismo para recompor a seção, introduzindo tensões de
compressão no bloco, através da protensão, com utilização de barras Dywidag.
Era importante vedar também o bloco, após a protensão, para evitar que a água do
subsolo pudesse chegar ao interior do bloco, inclusive por capilaridade e realimentar o
processo da reação álcali-agregado.
4
Comentário verbal de Cardoso, L. E., em 2006, autor do projeto de recuperação do edifício, em palestra
proferida na Universidade Católica de Pernambuco.
95
Esta vedação seria obtida pela execução de camada de concreto armado, em todas
as faces dos blocos, com adição de microssílica, usando aditivo superplastificante para
facilitar a concretagem mantendo um fator água/cimento baixo (a/c = 0,36).
A protensão seria obtida utilizando barras Dywidag nas laterias dos blocos. Nos
blocos de duas estacas, a protensão é feita nas duas faces laterais maiores, utilizando cabos ST
85-105, e distribuindo as forças de protensão para o concreto através de perfis metálicos
(duplos U12”) em três linhas, conforme mostrado na Figura 3.21.
Figura 3.21 – Protensão em bloco de duas estacas. Fonte: Acervo do proprietário
Nos blocos maiores a protensão é feita nas duas direções, conforme mostrado na
figura 3.21, usando cinco linhas de perfis, com cargas aplicadas nos cabos da ordem de 50 tf,
gerando tensões no concreto da ordem de 15 a 20 MPa.
96
Figura 3.22 – Protensão em bloco de várias estacas.
Fonte: Acervo do proprietário
3.2.5 Etapas da obra
Resumindo, a ordem de execução dos serviços foi:
- Injeção com microcimento por cima dos blocos;
- Escavação lateral, retirada de testemunhos de concreto para observação do
fechamento de fissuras e ensaios de laboratórios;
- Injeção também nas laterais;
- Escavação para verificação dos fundos dos blocos e retirada de testemunhos das
estacas;
- Colmatação das ligações estaca-blocos para evitar penetração de água, usando
material tipo mastique e execução de camada de concreto com microssílica e
revestimento impermeabilizante (tipo Xypex) no fundo dos blocos;
- Protensão com tirantes Dywidag e perfis metálicos U12” para distribuição de
esforços de compressão nos blocos;
- Concretagem das paredes de reforço, laterais às faces dos blocos, deixando os
tirantes e perfis embutidos. Concreto com fck ≥ 40 MPa com utilização de
microssílica adicionada ao cimento e uso de agregados não reativos, para evitar a
RAA;
- Revestimento impermeabilizante tipo Xypex;
97
Um bloco concluído pode ser visto na Figura 3.23.
Figura 3.23 – Bloco com recuperação concluída. Fonte: Acervo do proprietário
3.3 Edifício público no Recife
3.3.1 Introdução
Trata-se de um edifício público no Recife, com 13 pavimentos. Em 2005, com
12 anos de idade, sofreu uma pequena reforma, para adequação do projeto arquitetônico e, ao
serem feitas escavações próximas a um pilar, descobriu-se que o bloco de fundação
apresentava fissuras em uma face lateral.
Prospecções efetuadas mostraram que os blocos de maior porte da edificação, os
de 8 e 9 estacas, apresentaram quadros fissuratórios intensos e variados enquanto os blocos
secundários, de uma estaca, estavam intactos. Todos estes blocos tinham sua face superior
imediatamente abaixo da laje de concreto armado do térreo.
A Figura 3.24 mostra o quadro fissuratório de um bloco, com as fissuras pintadas
em cores, para facilitar a visualização.
A Figura 3.25 mostra a maior trinca encontrada na obra. Trata-se de fissura
horizontal em uma face lateral de um bloco.
98
Figura 3.24 – Vista de um bloco mostrando fissuras nas faces superior e lateral Fonte: ANDRADE, 2007
Figura 3.25 – Trinca horizontal com grande abertura e deslocamento relativo entre as superfícies delimitadas
pela trinca Fonte: : ANDRADE, 2007
Só não foram inspecionados os quatro blocos das caixas de elevadores e escadas,
que ficam a 3,70m abaixo do nível do térreo.
Foi contratada consultoria coordenada pelos Engenheiros José do Patrocínio
Figueirôa e Romilde Almeida de Oliveira e posteriormente realizadas inspeções e ensaios
coordenados pelo Engenheiro Tibério Andrade, que possibilitaram a elaboração do
diagnóstico dos problemas e o projeto de recuperação dos blocos de fundação.
99
Estes estudos geraram três trabalhos para o 48º Congresso Brasileiro do Concreto
– IBRACON, em setembro de 2006. Foram os trabalhos citados nas referências
bibliográficas: (Silva e Oliveira, (2006); Andrade et al., (2006) e Figueirôa, (2006).
Além destes, os estudos para elaborar uma solução do problema estrutural dos
blocos devido à quase inexistente bibliografia nacional e internacional sobre o assunto,
levaram os Engenheiros José do Patrocínio Figueiroa e Tibério Andrade a redigirem um livro,
editado pela Editora Universitária, da UFPE, (Figueirôa e Andrade, 2007).
O acompanhamento de parte dos serviços de recuperação dos blocos gerou
também uma dissertação de mestrado, orientada pelo Prof. Dr. Romilde Almeida de Oliveira
(Silva, G., 2007).
Outro trabalho que também foi motivado por essa obra foi um estudo experimental
sobre reforço em blocos de estaca afetados por RAA, realizado no Laboratório de Engenharia
Civil da UFPE, com apoio do SINDUSCON/PE e financiamento do SEBRAE (Araújo e
Régis, 2007)
3.3.2 Características da obra
A resistência característica do concreto utilizado na construção do edifício foi de
18 MPa. Todos os blocos maiores possuem detalhamento de armaduras semelhantes. São
armados com uma malha densa na superfície inferior dos blocos, funcionando como tirantes.
Essa ferragem sobe nas paredes laterais do bloco até uma altura de 1m, servindo como
ancoragem. A face superior dos blocos também possui uma malha de armadura, porém com
densidade bem menor que a da face inferior, descendo 30 cm nas paredes do bloco, para
ancoragem. Como os blocos possuem uma altura de 1,75 m, existe uma faixa de 40 cm de
altura, sem armadura nas paredes, segundo Andrade et al., (2006).
O edifício tem forma retangular, com dimensões aproximadas de 80 m de
comprimento e largura variável de 24 a 34 m. A estrutura é em concreto armado aparente,
com duas juntas de dilatação, formando três módulos: o módulo 1, central, com 30 m de
comprimento por 34 m de largura, onde localizam-se as caixas de elevadores e escadas, e dois
módulos laterais, idênticos, com comprimento de 25 m e largura de 24 m, segundo Silva e
Oliveira (2006).
Os blocos de fundação são em número de 48, com formas e dimensões variadas,
desde blocos quadrados de uma estaca aos blocos maiores, com formato trapézio + retângulo,
100
com nove estacas. As estacas são de concreto centrifugado, com diâmetros de 400 a 700 mm.
O solo onde os blocos estão localizados é areno/argiloso, muito saturado, necessitando de
esgotamento de água, através de bombeamento, para realização das inspeções e futuros
reparos.
3.3.3 Análise do problema
3.3.3.1 Inspeção
Na inspeção realizada foram observadas características gerais em todos os blocos e
escolhidos os quatro blocos das quinas, para verificação mais acurada. As observações mais
importantes foram, segundo Andrade et al., (2006):
- esses blocos apresentavam intensa fissuração, sem orientação preferencial na face
superior, com aberturas máximas de 0,6 mm e, se propagavam em menor número,
nas faces laterais, na direção vertical, com aberturas um pouco maiores, como
pode ser visto na figura 3.24;
- nas faces laterais de todos os blocos observavam-se fissuras horizontais de grandes
aberturas, ou trincas, podendo serem observados deslocamentos relativos, entre as
superfícies delimitadas pelas trincas que chegaram, em alguns casos, a 20 mm,
como pode ser visto na figura 3.25. Essas trincas estavam sempre situadas na faixa
horizontal, entres as ancoragens da malha superior e da malha inferior;
- algumas fissuras dos blocos propagavam-se pelo pilar, preferencialmente na
vertical.
Foram extraídos testemunhos de concreto nas direções vertical e horizontal. A
localização dos testemunhos teve como objetivo avaliar a profundidade e o caminhamento das
trincas horizontais das faces laterais, obtendo-se as seguintes informações:
- a profundidade das fissuras existentes, na face superior do bloco não ultrapassa o
cobrimento da armadura, em torno de 70 mm;
101
- as trincas horizontais das faces laterais, de maior intensidade, penetram no bloco
com um ângulo descendente de aproximadamente 45° até cerca de 40 cm a 50 cm,
antes de desaparecerem;
- as trincas horizontais de menor intensidade (com aberturas menores que 10mm),
sem a ocorrência de deslocamentos relativos, propagam-se quase horizontalmente,
entrando para o interior do bloco cerca de 40 cm.
Outro fato digno de nota que aconteceu foi a fratura do aço na dobra do estribo da
ancoragem da armadura principal do bloco (tirante), conforme pode ser visto na figura 3.26. A
ruptura deu-se no encontro de duas faces laterais de um bloco de fundação. Sobre este fato
três trabalhos citados por Andrade et al., (2006), publicados nos anais do 12º ICAAR
(International Conference on Alkali – Aggregate Reaction in Concrete), em Pequim, 2004,
relataram acontecimentos semelhantes. Foram três obras diferentes de concreto armado
afetadas pela RAA no Japão onde aconteceu a fratura de armadura de vigas de viadutos e
blocos de fundação tendo sido creditados esses danos à expansão induzida pela RAA.
Figura 3.26 – Estribo rompido no encontro de duas faces laterais de um bloco. Fonte: ANDRADE , 2007.
102
Em todos esses casos desenvolveu-se na superfície das barras de aço uma ruptura
frágil, diferente da ruptura clássica de barras de aço, que ocorre com estricção.
Segundo Figueirôa e Andrade, (2007), analisando os mesmos trabalhos japoneses,
este tipo de rompimento está associado ao aumento progressivo das fissuras formadas na parte
interna da curva, provenientes da operação de dobramento, e relacionadas com a deficiência
de aderência, por conta da perda da ajuda da ancoragem através das barras dobradas,
induzidos, provavelmente, pela excessiva expansão do concreto, ainda de acordo com os
pesquisadores citados, especialmente em peças com relativamente baixa taxa de armadura.
3.3.3.2 Resultados de ensaios
Segundo Andrade et al., (2006), foram realizados os seguintes ensaios: Petrografia,
Resistência à compressão, Resistência à tração na compressão diametral, Módulo de
deformação, Expansão do agregado graúdo, Teor de álcalis solúveis e Análise do solo e do
lençol freático. Resumo dos resultados:
a) Petrografia
Ensaio realizado na ABCP, em São Paulo.
A rocha que originou o agregado graúdo foi classificada como milonito, ou seja,
uma rocha de origem ígnea que sofreu um processo de metamorfismo dinâmico,
transformando-se em rocha metamórfica. Este tipo de metamorfismo ocorre em
zonas de falha, que afeta a textura da rocha, encurvando, quebrando e moendo os
grãos. Esta falha é devida a um esforço tectônico, de movimentação de placas
geológicas e existe no Nordeste na altura do estado de Pernambuco, no sentido
leste-oeste, acompanhando aproximadamente o traçado da BR-232, segundo
Ferreira, (2004).
A textura milonítica é originada deste tipo de metamorfismo, que gera o
aparecimento do quartzo deformado, microcristalino, recristalizado e fino. A
presença de quartzo com extinção ondulante, de massas de quartzo fino e
recristalizado conferem ao agregado o caráter reativo.
103
A análise através dos microscópios estereoscópico e ótico confirma a existência de
bordas de reação ao redor dos agregados e o preenchimento por gel expansivo nos
macroporos do concreto, típico da RAA.
O microscópio eletrônico de varredura (MEV) também foi utilizado e depois
acoplado ao EDS, Espectômetro de Raio X por Energia Dispersiva, para
complementar a análise, concluindo que o concreto dos blocos tem todas as
características da instauração da RAA, do tipo álcali-silicato. Os agregados
mostram bordas bem definidas de reação e o microscópio eletrônico caracterizou
os produtos da reação, materializados principalmente por cristais foliares ou
lancetados, dispostos na interface pasta/agregado e pela presença do gel gretado,
preenchendo poros e vazios;
b) Resistência à compressão, resistência à tração na compressão diametral e
módulo de deformação
A resistência à compressão do concreto é pouco afetada pela RAA, em relação à
sua resistência à tração e ao seu módulo de deformação.
A resistência à tração na compressão diametral dá valores bem mais baixos, da
ordem de 60 a 70 %, em relação aos valores teóricos da resistência à tração,
calculados em relação à resistência à compressão. Estes resultados refletem a
influência negativa da RAA na resistência à tração, devido ao enfraquecimento da
interface agregado/pasta e do estado de microfissuração do concreto dos blocos.
Quanto ao módulo de deformação, um dos fatores que possui grande influência
negativa nessa propriedade é o estado de micro fissuração da interface entre o
agregado e a matriz da pasta e da própria matriz da pasta.
O módulo de deformação estimado a partir do fck, pelo critério recomendado pela
NBR 6188/03, no caso desta obra, é 23, 8 GPa (para fck ≥ 18 MPa).
O valor médio obtido no ensaio, de 13, 6 GPa, representa 57% do valor estimado
pela NBR 6118/03 para o concreto dos blocos, indicando que a microfissuração,
devida à RAA, já é bastante acentuada;
104
c) Expansão do agregado graúdo
Para avaliar a reatividade do agregado graúdo utilizado no concreto da fundação
foi utilizado o método ASTM C 1260 (2005). A expansão aos 16 dias foi de
0,29%, ou seja, superior à expansão de 0,20%, limite superior para o agregado ser
considerado como deletério. Pode-se observar no resultado do ensaio que o
agregado mantém a taxa elevada, mesmo aos 30 dias do ensaio, alcançando uma
expansão de 0,50% nessa idade. Esta é uma das características da reação álcali-
silicato, cujos minerais deletérios presentes são o quartzo deformado e o quartzo
microcristalino;
d) Teor de álcalis solúveis
O teor de álcalis equivalentes solúveis disponíveis para a formação do gel
responsável pela expansão do concreto é um parâmetro importantes para a análise.
O teor individual de Na
2
O e K
2
O solúvel foi de 0,04 % e 0,12 %, em massa, em
relação à massa do concreto. Com estes valores encontra-se o teor de álcalis
solúveis equivalente de 0,12 %, ou seja, um total de 2,8 Kg de álcalis por m
3
de
concreto de 2300 kgf/m
3
.
Segundo a ACI 221.1R-98 essa quantidade já é suficiente para o desencadeamento
da RAA, se os agregados forem potencialmente reativos;
e) Análise do solo e do lençol freático
As análises de duas amostras do solo e de duas do lençol freático em contato com
dois blocos estudados não indicaram a presença de agentes agressivos (sulfatos e
álcalis) que pudessem estar contribuindo para as expansões observadas no
concreto dos blocos.
3.3.3.3 Conclusão
Neste caso estudado não há dúvida de que há um forte desenvolvimento da RAA
no concreto das fundações, que deve ter induzido valores de expansões elevadas nos blocos,
105
em função das condições favoráveis ao seu desenvolvimento, como a disponibilidade de
álcalis, a presença de agregado de elevada reatividade e a umidade no solo.
3.3.4 Recuperação dos blocos – 1ª etapa: Fechamento das trincas
3.3.4.1 Introdução
Uma vez comprovada a ação da RAA sobre os blocos dessa edificação partiu-se
para as ações de recuperação estrutural desses elementos. Em uma primeira etapa é
necessário providenciar o fechamento das fissuras e trincas com material apropriado, com o
objetivo principal de proteger os blocos contra a entrada de algum eventual produto deletério,
bem como proteger contra a entrada de umidade, um dos três fatores imprescindíveis para a
ocorrência da reação álcali-agregado.
A complementação da recuperação dos blocos é feita em uma segunda etapa,
através da utilização de procedimentos que visem reconstituir a rigidez dos mesmos e
eventualmente, reforçar a armadura que combate os esforços de tração e finalmente promover
uma vedação dos mesmos com material que os impermeabilize, evitando a entrada de
umidade para o interior dos blocos, inclusive por capilaridade, para não realimentar o
processo da RAA.
3.3.4.2 Materiais empregados no preenchimento das trincas
Segundo Silva e Oliveira, (2006) e Silva G., (2007), os materiais usados para as
injeções de trincas e fissuras foram:
• Resina epóxi, para calafetar as fissuras e trincas de até 10 mm de abertura;
• Caulin, material argiloso ultrafino, usado em mistura com a resina epóxi,
proporção 1 de caulim para 5 de epóxi, em massa, para deixar a mistura mais
consistente, viabilizando a aplicação em superfície vertical;
• Graute, para calafetar as trincas com abertura superior a 10 mm;
106
• Microcimento, material cimentício ultrafino, usado para preenchimento das
fissuras e trincas;
• Superplastificante apropriado para adicionar à calda de microcimento, aumentando
sua fluidez, na proporção de 2% em relação à massa de microcimento;
• Água, para a mistura do graute, até ficar trabalhável, e mistura ao microcimento,
com relação água/microcimento igual a 0,50.
3.3.4.3 Processo para preenchimento das trincas
Segundo as mesmas referências citadas no item anterior, as etapas do processo
foram as seguintes:
• Escavação do bloco afetado;
• Limpeza e extração de testemunhos para análise em laboratórios;
• Furação das trincas de menor abertura e colocação de purgadores. Os purgadores
são mangueiras transparentes com diâmetro 10 mm e comprimento 200 mm. Os
purgadores penetram 100 mm no concreto e são espaçados de 250 mm;
• Abertura de furos com diâmetro de 2” abaixo da trinca principal, horizontal, com
espaçamento aproximado de 500 mm, para retirada de solo que se encontrava no
interior das trincas. Esse material penetrou facilmente nas trincas porque elas
partem das faces laterais do bloco com inclinação descendente de 45º;
• Injeção de ar comprimido nas trincas e furos efetuados para a colocação dos
purgadores, para livrá-los do pó proveniente da furação;
• Colocação dos purgadores nos furos e trincas;
• Colmatação superficial das trincas de maior espessura com graute, para redução do
consumo de epóxi;
• Colmatação superficial de todas as trincas e fissuras com argamassa de epóxi e
caulim, exceto os furos de 2”;
• Lavagem do interior das trincas e fissuras, com injeção de água sob pressão, pelos
purgadores superiores, com o objetivo de retirar todo o solo;
• Injeção de ar comprimido pelos purgadores, logo após a lavagem das trincas e
fissuras, para retirada do excesso de água;
107
• Fechamento dos furos de 2” com graute e epóxi, deixando um purgador em cada
furo;
• Injeção de microcimento pelos purgadores, iniciando a injeção sempre pelos furos
inferiores. (Ver Figura 3.28)
Figura 3.27 – Colocação de purgadores nas trincas, fissuras e furos
Fonte: SILVA, G., (2007)
Figura 3.28 – Injeção e saída do microcimento pelos purgadores
Fonte: SILVA, G., (2007)
3.3.4.4 Principais dificuldades encontradas
Muitos procedimentos são realizados de forma empírica e, se não houver um
acompanhamento criterioso e eficiente, fica difícil garantir que as etapas foram realizadas de
108
forma correta. No caso do preenchimento das trincas é preciso muito cuidado nas seguintes
etapas:
a) Assegurar uma eficiente lavagem nas faces internas das trincas e retirar todo o
material ali depositado ao longo do tempo. Esta etapa é muito importante porque
só assim é possível garantir o preenchimento das trincas com o microcimento e
que o mesmo tenha perfeita aderência com as paredes das trincas. A Figura 3.29
mostra um exemplo de falha no preenchimento do microcimento, devida à
presença do solo aderido às paredes da trinca: o microcimento só preencheu
parcialmente a trinca.
Figura 3.29 – Face interna da trinca impregnada de solo, aparecendo pedaço de microcimento injetado.
Fonte: SILVA e OLIVEIRA , (2006)
No caso dessa obra, foi iniciada a operação com lavagem apenas pelos purgadores
colocados nas trincas, o que demonstrou, através de exame de testemunhos
retirados, que não funcionou a contento, porque na parte inferior da trinca (fundo)
o material não saía. Surgiu a idéia de fazer furos com 2” de diâmetro, para
visualizar as trincas e delimitá-la, descobrindo onde elas terminavam. Assim foi
possível fazer a operação de limpeza e ter uma garantia muito maior da eficiência
do processo. (Ver Figuras 3.30 e 3.31)
109
Figura 3.30 – Furos (testemunhos) abaixo da trinca principal para retirada de solo do fundo da trinca.
Fonte: SILVA e OLIVEIRA , (2006)
Figura 3.31 – Furo de 3” abaixo da trinca principal, durante a lavagem da trinca, mostrando a saída da
areia. Fonte: SILVA e OLIVEIRA , (2006)
Em média foram feitos sete furos por face, com espaçamento de 500 mm e
comprimento de 350 mm, totalizando 28 furos por bloco. A realização desses furos
não é um procedimento corriqueiro, tendo sido usado nesta obra com ótimos
resultados, mas não é possível garantir 100% de eficiência;
b) Garantir que o material injetado, no caso o microcimento, esteja com fluidez
adequada para preencher trincas e fissuras, inclusive as de menor abertura. É
imprescindível o peneiramento da calda de microcimento já pronta para a injeção,
110
sendo necessário definir com o fabricante a malha da peneira (no caso, a utilizada
foi a #200) e a pressão da injeção da calda. É necessário também definir com o
fabricante o superplastificante a ser usado, sua proporção e a quantidade de água,
conforme detalhados no item 3.3.4.2, referente aos materiais empregados;
c) Deve-se assegurar que a resistência à compressão da calda de microcimento
injetada seja maior ou igual à do bloco de concreto. Este controle deve ser feito
através da moldagem de corpos de prova, tendo, no caso dessa obra, apresentado
resultados satisfatórios.
3.3.5 Recuperação dos blocos – 2ª etapa: reforço estrutural
3.3.5.1 Introdução
A grande dificuldade encontrada pela equipe responsável pelo projeto de
recuperação estrutural dos blocos foi a falta de bibliografia, nacional e internacional, sobre o
assunto, que fornecesse subsídios para entender até onde a reação álcali-agregado poderia
prejudicar o funcionamento do mecanismo de resistência de um bloco de coroamento de
estacas e, a partir daí, definir os procedimentos de intervenção e reforço.
Com efeito uma pesquisa nos livros existentes e nos artigos publicados em
revistas, jornais ou congressos técnicos, mostra que a absoluta maioria trata mais de explicar o
processamento da reação do ponto de vista da Química, da Geologia, da Mecânica, etc e
também de como evitar que a reação venha a se manifestar em obras novas. Muitas pesquisas
recentes têm estudado o uso de produtos químicos ou proteções mecânicas (como
membranas) visando minorar os efeitos ou estancar o prosseguimento da reação.
O uso de equipamentos para monitoração do funcionamento das estruturas também
tem se desenvolvido muito. Porém, o uso maior de todo esse aparato tem sido dirigido para as
obras hidráulicas, principalmente barragens, onde historicamente é maior a ocorrência da
reação.
Muitas pesquisas recentes têm desenvolvido modelos teóricos para simular o
comportamento do concreto sob a ação da RAA, porém mais dirigidos para o estudo de
111
barragens. Vários desses trabalhos saíram da COPPE/UFRJ, conforme citados em Lopes,
(2004).
A questão dos blocos de concreto armado utilizados para fundações de edifícios,
recentemente diagnosticados na Região Metropolitana do Recife como sendo afetados pela
RAA, que o meio técnico entende que pode acontecer em várias outras partes do Brasil,
originou uma demanda urgente por estudos e pesquisas para remediar as obras afetadas.
3.3.5.2 Estudos realizados
No caso particular deste edifício público na cidade do Recife, a equipe de
consultores utilizou ou realizou vários estudos, que serão resumidos aqui, visando chegar,
finalmente, ao detalhamento de um reforço dos blocos de fundação:
a) Resultados citados por FIGUEIRÔA (2006), obtidos por diversos
pesquisadores, visando interpretar um modelo de comportamento de uma
estrutura afetada por RAA:
• A contribuição dos estudos de Catherine Larive (apud FIGUEIRÔA, 2006) para o
entendimento do modelo:
Foram utilizados estudos da pesquisadora com referência à presença da umidade
em peças afetadas por RAA, que pode atuar através da água interna que não
participou do processo de hidratação do cimento (ou seja, fator água/cimento
maior que o teoricamente necessário) ou através de entrada de água externa,
proveniente do meio ambiente. O primeiro estudo mostrado refere-se exatamente à
influência dessa água não consumida na hidratação do cimento. Foram realizados
experimentos usando um corpo de prova mantido a peso praticamente constante,
protegido por alumínio (1) e outro em recinto úmido (2), ambos a 80º C. Como
resultados importantes, o primeiro é que no corpo de prova com isolamento, as
expansões caem pela metade, e o segundo é que, no corpo de prova 1, que só
dispõe da água residual para alimentar o processo da RAA, as expansões
ultrapassaram os limites da norma francesa, para os seis meses da experiência,
como mostrado na Figura 3.32.
112
Figura 3.32 – Influência do isolamento ao contato com água externa
Fonte: FIGUEIRÔA, (2006)
O segundo estudo dessa pesquisadora refere-se à questão da anisotropia da reação.
Comparando a expansão longitudinal com a transversal em corpos de prova de
concreto sob o efeito do RAA, concluíram que as deformações longitudinais são
praticamente o dobro das transversais. Este fato explica, em parte, a grande perda
de características de resistência em corpos de prova contaminados;
• Experiências realizadas por R. N. Swamy, em 1989, na Inglaterra (apud,
FIGUEIRÔA, 2006), com relação a perdas de características mecânicas em corpos
de prova, chegaram aos seguintes valores: perda de 40 a 60 % na resistência à
compressão; perda de 65 a 80 % no módulo de deformação. Os valores exagerados
nas perdas encontradas podem ser atribuídos, em parte, à escolha de agregados
altamente reativos, usados nas experiências, com a finalidade de acelerar as
expansões;
• O efeito das tensões confinantes é um dos conhecimentos mais úteis para o
engenheiro que precisa analisar, do ponto de vista estrutural, uma obra afetada pela
RAA. É a influência das tensões de confinamento aplicadas à estrutura e sua
influência nos valores das expansões. Dois estudos importantes são citados: o
113
primeiro, conduzido por A. Le Roux, em 1992, (apud FIGUEIRÔA, 2006), que
aplicou tensões de compressão de 1 MPa, 3 MPa e 5 MPa, em corpos de prova
contaminados, na direção longitudinal, mediu os valores de expansão e concluiu
que para 5 MPa as expansões foram praticamente nulas, conforme pode ser visto
na Figura 2.2. O segundo trabalho, de J.F.A. Silveira, (apud FIGUEIRÔA, 2006),
cita o caso da Barragem de Kariba, na África, (em arco), que teve deformações
acompanhadas por deformímetros, que mostraram que, para tensões confinantes da
ordem de 3 a 4 MPa, a expansão é praticamente nula. Nesse mesmo trabalho de
Silveira são citados exemplos de deformações em barragens onde as restrições à
expansão, representados por apoios, por exemplo, determinam expansões bem
menores na direção horizontal que na vertical, na parte superior das barragens,
onde não há restrição;
• A influência das armaduras: uma barra de aço dentro de uma massa de concreto,
em processo de expansão por RAA, sofre alongamento, devido à aderência entre
os dois materiais, ou seja, fica tracionada. A reação contra o concreto é um esforço
de compressão, semelhante a uma protensão, chamado por alguns autores de
“protensão química”, Segundo Figueirôa e Andrade, (2007). Ainda sobre a
presença da armadura, dois comentários importantes: primeiro: com as expansões,
as armaduras sofrem, ao longo do tempo, deformações adicionais, em relação
àquelas produzidas pelo carregamento pré-existente; segundo: a presença das
armaduras constitui uma restrição às deformações da peça no plano das mesmas;
(Ver Figura 3.33)
Figura 3.33 – Influência da expansão sobre as armaduras Fonte: FIGUEIRÔA, (2006)
114
• Trabalho importante sobre aderência. Trata-se de um trabalho canadense,
apresentado no 12º ICAAR, realizado na China, em 2004, pelos pesquisadores, N.
Smaoui, M-A Berubé, B. Fournier e B. Bissonette (apud FIGUEIRÔA, 2006).
Foram utilizados três tipos de agregados altamente reativos e preparados 15 corpos
de prova prismáticos (23 x 23 x 81 cm) com diversas taxas de armaduras. Foi
usado um processo de aceleração da reação e realizadas medições de expansão no
concreto e nas barras de aço, por diferentes métodos de medição, concluindo-se o
seguinte: para 9 dos 15 blocos com armação, onde as expansões máximas
longitudinais no concreto não ultrapassaram 0,137 % (1370 με), as deformações
nas barras longitudinais e no concreto são praticamente as mesmas, ou seja, não há
perda de aderência. Entretanto, para os outros 6 blocos armados, com expansões
maiores, até 0,151 %, as deformações medidas nas barras longitudinais foram
menores que no concreto, sugerindo perda de aderência, ou seja, acima destes
níveis de expansão haveria o perigo de escorregamento. Apesar de a pesquisa
deixar algumas dúvidas, os autores acham que a perda de aderência não deve ser
descartada para concretos sujeitos a ciclos de molhagem/secagem ou gelo/degelo;
• Conclusões sobre um modelo de comportamento de uma estrutura afetada por
RAA. Seja a estrutura em análise uma viga de concreto armado, afetada pela RAA
(Figura 3.34A). Dos estudos analisados até agora pode-se tirar as seguintes
conclusões: primeira: na região comprimida as tensões atuantes, normalmente, são
superiores àquelas mínimas necessárias para impedir a expansão, conforme visto
nas considerações sobre o efeito das tensões confinantes; segunda
: a armadura
sofre aumento de deformação e de tensão e, ao mesmo tempo, produz protensão
química no concreto. Até certos limites, estes aumentos de deformação não afetam
a segurança, mas, para agregados muito expansivos, poderia haver perda de
aderência, o que não está rigorosamente comprovado.
115
Figura 3.34 A – Modelo mecânico para viga Figura 3.34 B – Modelo mecânico para bloco
Fonte: Figueirôa, (2006)
Portanto, não havendo perda de aderência e levando em conta que o modelo
teórico de ruptura se baseia na resistência da zona comprimida, pelo concreto, e no
limite de resistência do aço na tração, a atuação da RAA terá pouca influência na
segurança à ruptura da viga. O mesmo raciocínio poderia ser aplicado a um bloco
de fundação, analisado pelo sistema biela-tirante, onde as bielas estão sujeitas,
também, a tensões de compressão maiores que aquelas mínimas para impedir a
expansão na sua direção longitudinal (Figura 3.34B).
Assim, entende-se que os principais pontos a serem considerados na análise da
estrutura são: primeiro: levar em conta que os resultados encontrados para as
características mecânicas dos corpos de prova não são 100% representativos da
capacidade portante da estrutura; segundo: deve-se verificar se o processo de
deterioração, já instalado, compromete a estrutura, em relação à corrosão; terceiro
:
deve-se avaliar os níveis de deformações totais, da construção até a data do estudo,
no plano da armadura, para avaliar a possibilidade de perda de aderência ou da
plastificação da armadura e tomar cuidados em relação à fissuração; quarto
: deve-
se adotar um envelopamento ou tratamento de proteção superficial, visando reduzir
a taxa de expansão futura;
• Estas conclusões teóricas estão comprovadas através de provas de carga, cujos
resultados serão mostrados a seguir. Trata-se de pesquisa realizada por S. Fan e
J.M. Hanson (apud FIGUEIRÔA, 2006), que desenvolveram um estudo
experimental com seis vigas de concreto, com 15 cm x 25 cm x 150 cm, utilizando
concretos com mesma composição, mas metade com agregado reativo e a outra
116
não, e com variação de armação. Foram ensaiados também 80 corpos de prova
cilíndricos de 10 x 20, metade com agregado reativo. A reação foi acelerada e as
observações e ensaios, realizados durante um ano;
• Os resultados do teste de expansão ao longo do tempo e a observação das fissuras
nas vigas na face superior e na face lateral levaram às seguintes conclusões: na
face superior da viga as tensões de compressão devidas ao carregamento
impediram a formação de fissuras transversais; sem essas tensões de compressão,
ou seja, sem carregamento, a expansão provoca fissuras nas duas direções.
Também nas faces laterais as tensões de compressão, ou seja, na zona comprimida,
da viga com carregamento, impedem a formação das fissuras verticais, que
existem na viga não carregada;
• Foram realizados testes de resistência à compressão, à tração e módulo de
deformação, acompanhados de ensaios de expansão dos corpos de prova
cilíndricos, concluindo-se que até os 90 dias, os valores variaram muito pouco,
mas após os primeiros estágios de fissuração, as propriedades caem bastante;
• Ensaios de flexão nas vigas. Após 1 ano de condicionamento para acelerar a RAA,
foram realizados testes para avaliar a capacidade portante das vigas. O esquema de
carregamento para todas as vigas foi o mesmo. Os resultados foram os seguintes:
primeiro: apesar da grande perda de resistência nos corpos de prova, as
capacidades das vigas com e sem RAA são semelhantes; segundo: duas vigas que
tinham fissuração prévia, devida ao carregamento, sendo uma com RAA e outra
não, tiveram comportamento semelhante; terceiro: foi observado nos testes que as
fissuras pré-existentes, devidas à RAA, não aumentaram a abertura nem o
comprimento durante o ensaio e que as fissuras devidas ao carregamento não se
conectam com fissuras da RAA; quarto: pode-se concluir que o efeito da RAA é
muito mais negativo nas propriedades mecânicas dos corpos de prova do que na
capacidade portante das vigas.
117
b) Processamento de um bloco de fundação por elementos finitos:
Com o objetivo de estudar o comportamento das tensões no interior de um bloco,
foi escolhido um bloco da obra com formato retangular com oito estacas e
realizado o processamento, através de um programa computacional de elementos
finitos, o ANSYS. O trabalho foi desenvolvido por Marcelo Pitanga, doutorando
da UFPE e seu orientador, Romilde A. Oliveira (apud SILVA, G., 2007), e nesse
estudo levou-se em consideração a expansão causada pela RAA através da
aplicação de um gradiente de temperatura.
Devido à simetria geométrica e de carregamento do bloco foi processado um
quarto da peça. Aplicado o carregamento vertical do pilar a representação da
tensão segundo o eixo vertical,
3
σ
, aparece na Figura 3.35. Na escala mostrada no
desenho, as maiores tensões de compressão são representadas pelas cores verde e
azul e estão localizadas no ponto de aplicação das cargas (pilar) e nos pontos de
apoio do bloco nas estacas, (paredes). As regiões em cor amarela representam a
área de compressão das bielas e a cor marrom mostra as áreas de menores tensões
verticais, próximo de zero. A seta da figura mostra o arco que se forma entre as
paredes da estaca. Nesta figura as duas faces visíveis estão no interior do bloco
(faces internas).
Figura 3.35 – Representação gráfica das tensões internas no bloco. (unidade: MPa)
Fonte: SILVA, G., (2007)
118
Da análise dos resultados mostrados na Figura 3.36, pode-se entender porque
abrem-se grandes trincas horizontais nas paredes laterais do bloco: é a região onde
as tensões verticais são mínimas, não oferecendo, portanto, restrição à expansão
vertical causada pela RAA. Por outro lado, na mesma figura pode-se entender
porque as fissuras se expandem no sentido descendente com uma inclinação de
45
o
: é devido ao impedimento de prosseguimento a um ângulo de 90
o
com a face,
ao encontrar a biela de compressão.
Além disto, as trincas horizontais das paredes laterais surgem exatamente na
região onde não há armadura para restringir a expansão vertical. Era praxe, na
época da elaboração desse projeto estrutural o detalhamento dessa forma.
Figura 3.36 – Localização da trinca principal e sua direção (indicada pela elipse)
Nota: F.E. = face externa; F.I. = face interna do bloco
Fonte: SILVA, G., (2007)
c) Uso de um modelo computacional considerando a RAA. Segundo Figueirôa e
Andrade, (2007), visando uma avaliação de alguns comportamentos do bloco, para
a condição de serviço e na fase de atuação de RAA, foi feita uma aplicação do
trabalho “Discussão de um modelo paramétrico para a expansão no concreto
devido à RAA”, desenvolvido por R. Carrazedo e L. Alkimin de Lacerda, (apud
119
FIGUEIRÔA, 2007). Para a aplicação do programa nesse problema, foram feitas
duas análises distintas: primeira: utilização do programa de elementos finitos,
ainda numa fase sem RAA, para avaliar tensões de serviço no bloco. A conclusão
mais importante foi a de que nas faces externas as tensões verticais máximas de
tração são da ordem de 0,5 MPa, não justificando as grandes aberturas horizontais
existentes nas faces dos blocos; segunda: avaliação do comportamento do bloco
com RAA. Para esta análise o modelo foi calibrado com as informações das
medidas das expansões ocorridas até aquela idade (12 anos), obtidas com a
metodologia reomendada pelo ISTRUCTE (Institution of Structural Engineers), da
Inglaterra, dos autores A. Jones e L. Clark (apud FIGUEIRÔA, 2007) e com as
informações de expansão ocorridas no ensaio de laboratório recomendado pela
ASTM 1260.
O gráfico das tensões no bloco mostrou máximos da tração vertical nas faces, de 5
a 10 MPa, resultados coerentes com o quadro fissuratório. Foi feita também uma
análise do comportamento para uma projeção de mais 10 anos (a partir dos 12
anos), caso fosse feito um encamisamento colado ao bloco, com paredes de 30 cm
de espessura só nas faces laterais. Foram introduzidos no modelo quatro
extensômetros, dois nas faces externas e dois nas faces de simetria, concluindo-se
que, mesmo com a presença do reforço, o bloco continua a se expandir, porém
com menor intensidade. Ao mesmo tempo que a redução das expansões do bloco
acontecem, a estrutura de reforço passa a apresentar tensões de tração horizontal,
no centro da parede do encamisamento, com valores da ordem de 25 MPa, o que
mostra a necessidade de permitir a expansão livre horizontal, utilizando uma
espécie de junta de alívio às expansões, através de uma placa de isopor, usando a
parede apenas como impermeabilização. Pode-se chegar a uma conclusão
semelhante usando um processo aproximado, através de um modelo elástico,
desenvolvido em Figueirôa e Andrade, (2007).
3.3.5.3 Reforço do bloco de fundação
Com base em vários estudos, detalhados em Figueirôa e Andrade, (2007) e
resumidos no subtópico 3.3.5.2, Figueirôa, (2006) propôs um reforço para o bloco de
120
fundação mostrado a seguir: (o detalhamento do bloco original está mostrado na Figura 3.37 e
a fissuração nas faces laterais e na superior estão na Figura 3.38).
Figura 3.37 – Detalhes do bloco original
Fonte: FIGUEIRÔA, (2006)
a) Comentários sobre a fissuração: as aberturas das fissuras horizontais mostram
que a expansão vertical é bem maior que a horizontal; a maior fissura horizontal
situa-se um pouco acima da extremidade do ferro inferior, ferros números 1 e 2 do
detalhe da Figura 3.37, não havia fissura visível na face inferior; as aberturas das
fissuras da face superior são pequenas, devido à presença da malha da armadura
(ferros números 7 e 8 do detalhe da Figura 3.37).
Figura 3.38 – Fissuras e trincas nas faces do bloco Fonte: FIGUEIRÔA, (2006)
121
b) Metodologia para intervenção e reforço: foi adotada a seguinte seqüência de
trabalhos:
• Verificação do cálculo: o cálculo atendeu aos critérios da Norma vigente. A
armadura do tirante (face inferior) foi distribuída em malha; foi usada uma outra
malha na face superior; não foi usada armadura em forma de tela nas faces
verticais;
• Ensaios de laboratórios ASTM 1260 e ensaio petrográfico confirmaram a
existência da reação. Foi feito um rastreamento do tipo de agregado utilizado na
obra, que confirmou a origem como sendo o mais reativo identificado em estudo
de reatividade realizado para as principais pedreiras da Região Metropolitana do
Recife, por Andrade e Silva, (2005);
• Uso do processo aproximado, descrito no guia do Reino Unido para avaliar a
expansão ocorrida durante a vida da obra, segundo A. Torres e L. Clark, (apud
FIGUEIRÔA, 2006). Em cada face do bloco é desenhada uma malha com várias
linhas e medidas as aberturas das fissuras nos encontros com essas linhas. A soma
de todas as fissuras em cada linha dá o total da expansão naquela linha, podendo
ser desenhado um gráfico para a abertura das fissuras em toda a face, que pode ser
extrapolado para encontrar em qualquer ponto (como ao nível da armadura, por
exemplo). As Figuras 3.39 A e 3.39 B ilustram o processo;
Figura 3.39 A – Desenho esquemático do processo Figura 3.39 B – Medição das expansões na obra
Fonte: FIGUEIRÔA, (2006)
122
• Utilização de um modelo computacional para avaliar alguns comportamentos do
bloco. Esta etapa foi descrita com mais detalhe no item “c”do subtópico 3.3.5.2;
• Consolidação com injeção de microcimento. Esta etapa foi detalhada no tópico
3.3.4;
• Reforço propriamente dito. Utilizou-se em processo aproximado, desenvolvido por
Figueirôa e Andrade, (2007), para quantificar a armadura a ser adicionada à
existente, na face inferior. Com os valores das expansões horizontais medidas ao
longo da altura do bloco extrapolou-se para encontrar a deformação ao nível da
armadura, através da curva obtida. A partir daí encontrou-se uma ferragem de
reforço de 12 barras Dywidag de 32 mm (aço ST 85/105) em cada direção,
conforme detalhado na Figura 3.40;
Figura 3.40 – Detalhamento do reforço
Fonte: FIGUEIRÔA, 2006
.
• Comentários sobre o detalhamento: primeiro: a tela soldada incorporada dentro de
uma capa de graute de 7 cm aderida às faces verticais, corresponde à armadura de
pele que não foi usada no detalhamento inicial e tem como função principal tentar
123
impedir, ou, ao menos, disciplinar a fissuração futura; segundo: a junta de alívio
(isopor) tem dimensão suficiente para evitar que as expansões horizontais futuras
transmitam tensões elevadas contra a parede, que servirá apenas como
impermeabilização; terceiro: as placas laterais de apoio das barras Dywidag
funcionam como um dispositivo de apoio para um possível espraiamento das
bielas, em caso de enfraquecimento por fissuração longitudinal das mesmas,
constituindo, assim, um aumento da capacidade portante do bloco pelo lado do
concreto, que está atacado pela reação; quarto: além destas considerações
intuitivas sobre o comportamento deste modelo, estudos posteriores reazliados por
Araújo e Regis, (2007), com ensaios de blocos de 2 estacas, em laboratório,
comprovaram a eficácia deste tipo de reforço. Como principal conclusão desse
trabalho experimental os resultados mostraram que é possível, com este modelo,
aumentar a capacidade resistente dos blocos em pelo menos 35% e que a armadura
adicional externa é capaz, também, de suprir alguma eventual deficiência
constatada na análise da armação principal existente.
c) Mudança no detalhamento da armadura de reforço: conforme relatado pelo
projetista do reforço estrutural dos blocos (comentário verbal)
5
foi recalculada a
ferragem projetada para o fundo do bloco, com barras Dywidag e ao invés dessa
solução, foi projetado um anel de concreto armado, circundando o bloco, com
altura aproximada de 60 cm. Essa solução foi possível devido a ter sido adotada a
expansão ao nível da ferragem, obtida do gráfico das expansões, e extrapolando
para o nível da ferragem da face inferior.
Essa solução representa uma grande melhora em relação à facilidade de execução,
em relação à anterior. Atualmente, outubro de 2008, esta 2ª fase da recuperação
dos blocos, correspondente ao reforço estrutural, encontra-se em fase de licitação.
Está previsto nas especificações desta fase de reforço dos blocos a utilização de
monitoramento das peças que serão recuperadas, com os objetivos citados no item
2.7, quais sejam, de verificar se o concreto ainda está em fase de expansão e
quantificá-la, possibilitando a calibração dos modelos matemáticos de análise do
comportamento da estrutura.
5
Comentário verbal de Figueirôa, J.P., em 2008
124
3.4 Edifício residencial no Recife
3.4.1 Descrição da obra
Trata-se de um edifício residencial, construído no ano de 1980, com 19
pavimentos e área de construção em torno de 13.000 m². Estrutura em concreto armado, com
fck ≥ 18 MPa e fundação em blocos de concreto armado sobre estacas tipo Franki.
3.4.2 Histórico dos danos observados
Segundo (comentário verbal)
6
este profissional foi contratado no início deste ano
de 2008 para vistoriar e elaborar projeto de recuperação estrutural para os blocos de fundação,
que apresentavam intenso quadro fissuratório, com algumas fissuras com abertura em torno de
1 cm. Ele ainda se lembrava que esta obra já havia mostrado fissuras em alguns blocos, em
torno do ano de 1983, com 3 anos de concluído, portanto.
Na ocasião, o citado engenheiro trabalhava no escritório responsável pelo projeto
estrutural do prédio e o responsável pelo projeto original de fundações do prédio foi
consultado e projetou um reforço na ferragem de tração, nas faces inferiores dos blocos e nas
faces laterais e superiores dos blocos, apesar de ter verificado que o projeto original atendeu
aos critérios da Norma vigente.
Na vistoria realizada, neste ano de 2008, foi constatado que alguns blocos que não
foram reforçados em 1983 apresentam, agora, muitas fissuras nas faces laterais e superior,
com aspecto semelhante aos de vários edifícios em que já foi constatada a existência da RAA,
na Região Metropolitana do Recife, como pode ser visto na Figura 3.41, onde as fissuras já
foram preenchidas com microcimento
6
Comentário verbal de Nassar, J.J.A., em 2008
125
Figura 3.41 – Aspecto de um bloco de fundação mostrando fissuras já preenchidas
Fonte: o autor
Nessa mesma vistoria foi observado que alguns blocos, que foram reforçados na
reforma de 1983, apresentam novas fissuras nas paredes laterais, porém com muito menor
intensidade, conforme mostrado na Figura 3.42, além de falhas na concretagem anterior,
deixando a ferragem de reforço praticamente sem concreto em alguns trechos, o que pode ser
visto na Figura 3.43.
126
Figura 3.42 – Bloco já reforçado, voltando a apresentar fissuras.
Fonte: o autor
Figura 3.43 – O mesmo bloco da Figura 3.42 com a ferragem do reforço anterior sem o devido envolvimento
com concreto. Fonte: o autor
127
3.4.3 Solução adotada
Diante da evidência da presença da RAA nos blocos e considerando que a maior
parte da expansão já deve ter ocorrido, devido à idade do prédio, de quase 30 anos, o
consultor recomendou o preenchimento das fissuras com microcimento e posterior
encapsulamento do bloco com camada de concreto nas faces laterais e superior. Para tal, foi
recomendado um concreto com fck ≥ 40 MPa com adição de metacaulim, visando evitar a
incidência da RAA no concreto novo.
Para o encapsulamento foi projetada uma malha, solidarizada com o concreto
antigo através de ferros em forma de U, fixados no concreto através de furos preenchidos com
cola epóxica. A Figura 3.44 mostra a ferragem, em fase de colocação. A espessura dessas
camadas é de 15 cm.
Figura 3.44 – Ferragem de reforço do encapsulamento do bloco, em fase de colocação
Fonte: o autor
Em virtude da presença de água em alguns blocos, é prevista a proteção superficial
desse concreto a ser empregado com a utilização do material de revestimento Xypex, para
melhorar a impermeabilidade das camadas de concreto, diminuindo assim a entrada de
umidade, proveniente do meio ambiente, no bloco e, com isso, diminuindo a fonte de
fornecimento de água para o processamento da reação no bloco existente.
128
3.5 Verificação da potencialidade reativa de agregados no estado de Pernambuco
Após a constatação dos primeiros casos de ocorrências de RAA em blocos de
fundação na RMR, o Sindicato da Indústria da Construção Civil no Estado de Pernambuco –
SINDUSCON-PE tomou a iniciativa de contratar o Departamento de Engenharia Civil da
UFPE para investigar o potencial de reatividade álcali-agregado das principais jazidas de
agregados graúdos e miúdos comercializados na RMR, além de estudar o potencial de
inibição de adições minerais disponíveis na região, para prevenção do fenômeno.
Esse trabalho, desenvolvido por Andrade e Silva, (2005), constatou realmente a existência de
agregados reativos em jazidas do estado, algumas das quais já nem mais operam no mercado.
3.6 A necessidade de ampliação de estudos e pesquisas sobre blocos de fundação com
manifestações patológicas atribuídas à RAA
Ainda há muitas incertezas sobre o processo da RAA, sobre as medidas
necessárias para evitá-la, sobre as técnicas a serem utilizadas para mitigação, ou
abrandamento, dos efeitos da reação e finalmente sobre a recuperação estrutural das peças
afetadas pela reação. No dizer de Kuperman, (2007), alguns pesquisadores consideram que
com relação à RAA, a única certeza é que “não se tem certeza de absolutamente nada”. Na
opinião de E. D. Hill, (apud NEVILLE, 2005) “há uma diversidade tão grande de agregados
naturais que não há um número mágico para evitar a reação álcali-sílica”.
Na verdade não se pode garantir que uma obra afetada por RAA não possa
colapsar, pois está submetida a um estado tensional complexo e há de se analisar a que
distância se encontra da ruptura. Em outras palavras, o nível de risco a que uma determinada
obra está submetida é um problema estrutural complexo e os estudos que conduzem ao
diagnóstico da RAA em blocos constituem um tema multidisciplinar, que envolve conceitos
de Física, Química dos Materiais e, principalmente de Estruturas. Estes conceitos estruturais
são fundamentais, tanto na fase de diagnóstico, quanto de detalhe, que é, afinal, quem vai
garantir ou não a estabilidade da obra.
Apesar da seriedade e competência com que foram realizados os trabalhos de
inspeção e análises laboratoriais para identificação da presença do fenômeno da RAA nas
obras citadas, não foram, ainda, de forma convincente, efetuadas análises estruturais que, de
129
fato, comprovem se a ação da RAA é a única responsável pelo quadro fissuratório observado
em todas as fundações pesquisadas na Região Metropolitana do Recife, ou se há algumas das
obras onde a causa principal é de origem da mecânica estrutural.
Esta dúvida justifica-se porque há casos mostrados na bibliografia especializada,
de blocos de fundação sobre estacas que apresentam fissuras que conduzem à ruptura
prematura, das seções nas faces laterais, entre as estacas, como pode ser visto na Figura
3.45A. Este caso é detalhado por Leonhardt e Mönnig, (1978), p. 260-263. Outra publicação
que mostra este tipo de patologia é Thomaz, (1999), cujo autor é Eduardo Christo S. Thomaz,
do IME/RJ. Segundo Leonhardt e Mönnig, (1978), quando a armadura do tirante for
distribuída ao longo de toda a largura do bloco ocorre a ruptura porque a zona é comprimida
para baixo e para fora e necessitaria de uma armadura vertical, de suspensão, conforme
mostrado na Figura 3.45B. A Figura 3.25 mostra uma ruptura desse tipo. Essa configuração
de trincas foi observada experimentalmente em ensaios no Instituto da Construção, em
Stuttgart, Alemanha.
Nos detalhes de armação de blocos que eram recomendados na maioria dos livros,
ou nos manuais dos fabricantes de estacas, ou até mesmo nas normas utilizadas até o final dos
anos 80, não havia a orientação para utilização dessa armadura de suspensão, quer através de
estribos, quer pela ancoragem da armadura dos tirantes subindo nas paredes verticais, até a
face superior (a ancoragem utilizada era curta). Atualmente as armaduras recomendadas
utilizam essa armadura de suspensão. Este fato comprova que realmente havia uma falha no
detalhamento utilizado por alguns projetistas de estruturas e fundações e que depois foi
corrigido, mas várias obras foram construídas com o detalhamento anteriormente usado.
Outro pesquisador que levantou a possibilidade de alguns blocos de fundação e
sapatas apresentarem fissuras devidas ao comportamento mecânico foi Perboire, (2005), que
também listou uma série de argumentos que inviabilizariam a possibilidade da ocorrência da
RAA com freqüência tão grande, e com a magnitude das manifestações que ocorrem aqui na
região.
Nos últimos tempos evoluiu-se muito no conhecimento do comportamento
mecânico dos blocos de fundação, em geral, e dos blocos de coroamento de estacas, em
particular, sendo motivo de muitos estudos, na atualidade, que têm modificado a forma de
projetar e detalhar os blocos de fundação. Como exemplo, citamos recente estudo de Franco,
(2007), sobre tubulões de concreto, baseado em análise tridimensional, através de elementos
finitos sólidos, onde revê critérios consagrados na Engenharia nacional, propondo mudança
130
no cálculo da tensão máxima de tração nos tubulões, e preconizando o uso de armação na
base, em casos que antigamente e ainda hoje não se usa.
Além dos pesquisadores citados, existe outro que tem trabalhado em estudos sobre
blocos de fundação, José Samuel Giongo, da EESC/USP.
131
4. CONCLUSÕES E SUGESTÕES
4.1 Conclusões
Nos quatro casos apresentados neste trabalho, em dois deles a recuperação já foi
executada e constou do preenchimento das fissuras, protensão nas faces laterais e uma camada
de concreto armado na face superior. No terceiro, ainda não concluído, foi realizado o
fechamento das fissuras e projetado um reforço utilizando um anel de concreto armado, com
60 cm de altura, próximo à face inferior do bloco e encapsulamento do bloco, com concreto
armado, em suas faces laterais e superior. No quarto caso, ainda em fase de execução, além do
preenchimento das fissuras, está sendo colocado um encapsulamento nas faces laterais e
superior com concreto armado.
Da observação das quatro obras citadas, em duas delas as trincas horizontais, nas
paredes laterais, foram de grande magnitude, chegando a alcançar aberturas de 50 a 60 mm
em alguns blocos, enquanto nas outras duas obras as aberturas das trincas nas paredes
chegaram a no máximo 6 mm. O que há de comum entre elas, é que nas de menores aberturas
de fissuras existe armadura vertical nas paredes, que funcionam como armadura de suspensão
para os esforços verticais entre as estacas, concluindo-se que além da RAA houve também
uma deficiência na armação das paredes, que pode ter ajudado a potencializar os efeitos da
RAA.
A citada deficiência da armadura vertical das paredes laterais dos blocos,
conforme relatado em LEONHARDT, et al., 1978, pode ser observada nos detalhes de
armação dos blocos que eram recomendados na maioria dos livros, ou nos manuais dos
fabricantes de estacas, ou até mesmo nas normas utilizadas até o final dos anos 80, onde não
havia a orientação para utilização dessa armadura de suspensão, quer através de estribos, quer
pela ancoragem da armadura dos tirantes subindo nas paredes verticais, até a face superior (a
ancoragem utilizada era curta). Atualmente as armaduras recomendadas utilizam essa
armadura de suspensão. Este fato comprova que realmente havia uma falha no detalhamento
utilizado por alguns projetistas de estruturas e fundações e que depois foi corrigido, mas
várias obras foram construídas com o detalhamento anteriormente usado.
Muito embora em grande número de casos tenha sido constatada a RAA, através
dos ensaios, não se tem estudos conclusivos sobre a quantificação dos efeitos da RAA no
quadro fissuratório. Verifica-se uma precária modelagem analítica ou computacional do
132
comportamento dos blocos de coroamento de estacas para as manifestações patológicas
observadas.
Fica claro, por tudo que foi mostrado, que há necessidade de muitas pesquisas
ainda, tanto sobre o conhecimento da RAA, em geral, como especificamente sobre o domínio
do funcionamento mecânico estrutural dos elementos de fundação, de como a RAA pode
danificá-los e se o seu efeito pode chegar a levá-los ao colapso.
4.2 Sugestões
Diante das incertezas sobre o funcionamento dos elementos de fundação sob a
ação da RAA, sugere-se investir em pesquisas e estudos com utilização de modelos numéricos
e experimentais.
É importante também o domínio total das técnicas de detalhamento dos elementos
de fundação através da fundamentação teórica e critérios das normas brasileira e
internacionais.
Para isso é necessário que as universidade invistam na compra de equipamentos
para testes de reatividade, em laboratórios, além de dar ênfase nesse assunto em seus cursos
de Engenharia, Química e Geologia.
Sugere-se também que outros estados brasileiros promovam pesquisas de
verificação da potencialidade reativa dos agregados utilizados na construção civil.
É importante que as obras de recuperação de estruturas afetadas pela RAA exijam
o monitoramento das peças a serem recuperadas com o intuito de verificar se o concreto ainda
se encontra em fase de expansão e quantificá-la, possibilitando a calibração dos modelos
matemáticos de análise do comportamento da estrutura.
No estado de Pernambuco já foi promulgada e regulamentada uma lei estadual
tornando obrigatórias as inspeções nos edifícios, incluindo as fundações. A uniformização
dessas inspeções está organizada através da publicação ABECE, 2005. É importante que
outros estados adotem providências semelhantes e que todos as façam cumprir, com o intuito
de minimizar os riscos e preservar a integridade dos edifícios.
133
5 REFERÊNCIAS
ABECE (Associação Brasileira de Engenharia e Consultoria Estrutural-Regional do
Recife/PE.). Checklist para Vistoria de Edificações em Concreto Armado. Recife, 2005
ANDRADE, T. W.; SILVA, J. J. R. Análise dos agregados de jazidas do estado de
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