ARTIGO FORMATADO_cinpar2011[1]

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I. PATOLOGIA DAS CONSTRUÇÕES
Degradação de edificações por agressividade de águas
subterrâneas
Carlos Welligton de Azevedo Pires Sobrinho(1); Samá Tavares de Andrade(2); Célia
Gerlane Vidal Silva (3)
(1) MSc Eng., ITEP-Instituto de Tecnologia de Pernambuco
email: [email protected]
(2) MSc Eng, ITEP-Instituto de Tecnologia de Pernambuco
(2) Esp. Eng, ITEP-Instituto de Tecnologia de Pernambuco
1
RESUMO
A utilização de águas de subsolo para construção e uso em edificações sem uma
análise de seu potencial agressivo aos elementos cimentícios pode gerar danos
significativos em empreendimentos imobiliários.
Este artigo aborda a questão dos processos e dos mecanismos de ação deletérias
nos concretos sob ação de águas consideradas agressivas aos elementos
cimentícios e apresenta estudo de caso em um conjunto residencial construido em
alvenaria estrutural de blocos de concreto que utilizou água de elevada
agressividade, captada no subsolo, tanto na fase de construção quanto em na sua
utilização, sendo esta considerada como a principal responsável pela degradação de
caixas dágua e todo sistema de abastecimento e esgotamento dágua do conjunto.
Palavras-chave: Agressividade da águas, degradação blocos, águas agressivas, alvenaria
estrutural
2
INTRODUÇÃO
Em novembro de 1999 o edifício Éricka, localizado no bairro de Jardim Fragoso em
Olinda-PE, ruiu bruscamente causando a morte de cinco pessoas, a principal causa
do colapso da fundação decorreu da degradação dos blocos de concreto por ataque
de águas sulfatadas aliada a outros fatores inerentes ao caso analisado (
CODECIPE-2000).
Em 2008 laudo técnico elaborado pelo ITEP constatou a degradação de reservatórios
e caixas de gordura e de esgotamento construídos em elementos de concreto(blocos,
placas e alvenarias) decorrente a ação lixiviante de águas puras, livres de sais, que
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Edson Queiroz – Fortaleza/CE-Brasil
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tenham poucas impurezas e elevada concentração ed CO2 em um conjunto
residencial construido em alvenaria estrutural de blocos de concreto na região do
tabuleiro dos Martins em Maceió-AL.
Estas constatações desperta preocupações em toda classe de engenharia ligada a
construção, principalmente nos engenheiros projetas e construtores que adotaram
fundações utilizando este tipo de componentes ou elementos em concreto de
dimensões reduzidas e/ou de porosidade elevada(comum em concreto utilizado em
fundações).
Este trabalho apresenta um breve resumo sobre os mecanismos de ação deletérios
nos concretos porosos sob ação de águas consideradas agressivas, e aplicando
este conhecimento ao estudo de caso da ruína do edifício Érica-Olinda-PE e da
degradação dos reservatórios do Conjunto Tabuleiro dos Martins-Maceio-AL
O entendimento deste problema servirá de orientação técnica para avaliação da
capacidade resistente e durabilidade dos elementos/componentes em concreto
sujeitos a ação de águas agressivas, bem como, subsídio para o desenvolvimento
de projetos de recuperação/terapias no sentido de restaurar a durabilidade das
fundações existentes.
3
ABORDAGEM DA PROPOSIÇÃO
Segundo ACI-91, a durabilidade do concreto de cimento Portland é definida como a
sua capacidade de resistir à ação das intempéries, ataques químicos, abrasão ou
qualquer outro processo de deterioração quando exposto ao seu meio. A própria
norma NBR 6118/2003 incorporou na última revisão os conceitos e parâmetros
sobre a agressividade aos elementos cimentícios e suas conseqüências na
durabilidade, porém não existe uma norma NBR específica que aborde a
metodologia de avaliação da agressividade das águas agressivas aos componentes
cimentícios. A única referência metodológica para análise deste tipo de
agressividade foi desenvolvida pelo CETESB em 1988.
De acordo com METHA-94, a água é o principal agente de degradação do concreto,
agindo como veículo de transporte de íons agressivos, e também fonte de processos
químicos de degradação. O grau de deterioração está associado a permeabilidade do
sólido e a velocidade de degradação está relacionada pelo tipo de concentração de
íons na água e pela composição química do concreto.
Na prática, vários processos químicos e físicos de deterioração atuam ao mesmo
tempo e podem até reforçar-se mutuamente. Metha&Gerwick, citado por OLLIVIER98 identificaram três tipos de reações distintas que provocam deterioração química
do concreto, são estas:
a)Reações de troca iônica entre um fluido agressivo e componentes cimentícios da
pasta, seguidos da remoção dos íons CA++ , contribuindo para o aumento da
porosidade e permeabilidade do concreto;
b)Reações envolvendo hidrólise e lixiviação dos componentes cimentícios da pasta,
seguidos pela perda de massa e aumento da porosidade e permeabilidade do
concreto;
c) Reações envolvendo formação de produtos expansivos, provocando aumento nas
tensões internas no concreto.
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Segundo SOBRAL-84, a degradação das argamassas e concretos nas águas
selenitosas é o resultado da interação dos sulfatos com o hidróxido de cálcio livre e
os aluminatos de cálcio hidratados, encontrados nos produtos cimentícios,
esquematicamente apresentadas na reações abaixo:
Ca(OH)2 + Na2SO4.10H2O => CaSO4.2H20 + 2 NaOH + 8 H2O .
3CaO.Al2O3.12H2O + 3CaSO4.2H2O + 13 H2O2 => 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O
(I)
(II)
2(3CaO.AL2O3.12H2O) + 3NaSO4.10H2O =>3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O +
2Al(OH)3 + 6NaOH + 17H2O
(III)
Como se pode ver, os resultados do ataque dos sulfatos é a formação do gesso e do
trisulfoaluminato tricálcico hidratado (etringita). Esses dois compostos cristalizam com
a água, num processo que é acompanhado de um aumento de volume e
consequentemente expansão e fissuração, que sob exposição continuada poderá
provocar deterioração completa da pasta .
Com base nos volumes molares, o hidróxido de cálcio apresenta 33,2 cm3 e quando
se transforma em gesso este volume passa para 74,2 cm3, mais que o doblo de
volume. Já a relação entre aluminato tricálcico hidratado e a etringita e da ordem de
2,5 vezes.
Além da questão específica dos sulfatos, a ação combinada de outras substâncias
como: CO2 livre, ions Cl-, redução do PH e presença de outras íons, podem ser
considerados fatores agravantes ou atenuantes ao processo de degradação.
Em águas selenitosas(águas com sais), com alta concentração de cloretos, há uma
tendência a dissolução desses compostos formados e a conseqüente lixiviação,
diminuindo de certa forma a pressão interna, porém acarretando perda de massa no
produto e aumento da permeabilidade. É também possível que a presença de altas
concentrações de cloretos nesta água venham a minimizar a expansão através da
dissolução e lixiviação dos compostos formados (Mehta e Monteiro-94, Neville-81).
Também pela mesma Norma, a constatação de teores elevados de magnésio
encontrados superior à 150 mg/l s também indica um grau de agressividade
considerado forte aos produtos cimentícios. Estes altos teores de Magnésio,
associados aos altos teores de Cloretos potencializa uma reação lenta como o
Hidróxido de Cálcio Segunda a reação abaixo:
Mg.Cl2 + Ca(OH)2 --> Mg.(OH)2 + Ca.Cl2
(IV)
Este Cloreto de Cálcio resultante desta reação é altamente solúvel e facilmente
removível por lixiviação. Esta ação porém é minimizada pela baixa permeabilidade do
produto.
Nesta filosofia de raciocínio o CETESB-88 publicou norma sobre a determinação do
grau de agressividade de meio aquoso ao concreto, onde avalia o grau de
agressividade em função do PH, das concentrações iônicas e de tipos de resíduos
encontrados. CINCOTO-91 apresenta comentários sobre a aplicação desta norma e
conclui que o grau de agressividade é atribuído à água por confrontação dos valores
dos parâmetros normativos com a os resultados das análises químicas.
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Com base na concentração de ions, do PH e sólidos dissolvidos é possível identificar,
segundo a norma, o fenômeno de degradação preponderante que atua no material .
Análise complementares como caracterização por difratometria de raio X ou por
microscopia eletrônica poderá ser um auxílio para identificação da degardação no
material. Outros métodos para avaliação do grau de agressividade ao concreto pode
ser encontrado na CEB/FIP-90.
4
ESTUDOS DE CASO
A seguir estão apresentados dois estudos de caso que apresentaram como principal
causa de degradação a ação de águas agressivas de subsolo aos componentes de
concreto das edificações.
4.1 Ruína do edifício Éricka (Olinda-PE)
Dos estudos e análises realizadas, relatados no laudo técnico sobre as causas do
desabamento do edifício Éricka (CODECIPE-2000), constatou-se que as
combinações de íons determinadas na água do solo em contato com o concreto,
foram caracterizadas como grau de agressividade forte, conduzindo a formação de
etringita acompanhada por lixiviação.
A tabela 01 abaixo mostra os resultados dos ensaios em amostras de água e a
classificação de agressividade segundo Norma CETESB-88.
Tabela 01- Resultados das análises das amostras de águas coletadas
DETERMINAÇÕES
Amostra 01 Amostra 02 Amostra 03
pH
8,7
8,3
7,7
Dióxido de carbono livre(CO2)
mg/l
0,0
0,0
7,7
Cloretos(Cl)
mg/l
92,2
193,2
65,6
Sulfatos(SO3)
mg/l
460,5
815,0
758,5
Alcalinidade de bicarbonato(CaCO3) mg/l
74,1
51,5
121,9
Magnésio(Mg)
mg/l
9,51
2,16
21,94
Cálcio(Ca)
mg/l
92,5
63,4
282,2
Para melhor caracterizar o fenômeno foi também realizada ensaios de reconstituição
de traço em amostra de blocos e argamassas de assentamento utilizados. Dos
ensaios de reconstituição de traço realizado em amostras de blocos retirados da
fundação uma proporção de 1:24 em massa o que corresponde a 1:20 em volume,
quando usualmente esses blocos são confeccionados na proporção de 1:10 em
volume, constatando-se uma perda de mais de 50% dos aglomerantes, Já nas
amostras de argamassa constatou-se uma proporção de 1:6,5 em massa ou 1:5 em
volume, quando o usual é traço na proporção de 1:6 em volume, mostrando uma
menor redução. Estes resultados comprovam os efeitos da lixiviação.
A foto 01 mostra imagem do edifício após ruína, a foto2 apresentada o estado da
fundação de um edifício, com caixão vazio, em blocos de concreto, sob ação de
águas servidas, e a foto 03 mostra um comparativo visual entre blocos situados na
região sob variação de nível dágua e região seca, foto retirada da fundação de
edifício próximo e sob as mesmas condições do edifício em apreço.
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Foto2-Vista interior de um embasamento de
uma edificação em caixão vazio
Foto1- Ruínas do Edf. Èricka
Foto3- Comparativo de amostras retiradas de
zonas diferentes do embasamento
Dos resultados das análises de difratometria de raios X mostra a presença da
etringita, resultado da lixiviação ocorrida nos blocos de fundação provocada pela
percolação das águas do solo .
A fundação em caixão perdido, isto é alvenaria singelas sem aterrro interno apoiando
laje de piso, é muito comumente utilizada na produção de edifícios em alvenaria
portante em áreas alagadas ou em declive. Este tipo de fundação favorece de sobre
maneira o potencial de lixiviação das águas.
A literatura internacional caracteriza que elementos de concreto com menos de 20 cm
de espessura apresentam potencial de lixiviação . No caso de blocos premoldados
em concreto este potencial é extremamente forte, além do concreto utilizado
apresentar porosidade elevada, característica do processo de produção de
premoldados, as duplas paredes que definem o blocos tem aproximadamente 2,5cm
de espessura, separadas por uma região de vazio interno.
Com estas características dos blocos e considerando que a fundação em arrimo está
inserida numa região onde a variação do nível dágua é constante, obedecendo o
movimento de maré, existe um potencial de percolação extremamente elevado.
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Quando o nível da maré, se eleva proporciona uma elevação do lençol freático na
região com isso a água tende a percolar de fora para dentro da fundação. Quando o
lencol freático baixa a água tem caminho inverso, provocando uma faixa de variação
constante de um ciclo de molhagem e secagem acompanhado de lixiviação
constante do material aglomerante.
4.2 Degradação dos reservatórios do Cj Tabuleiro dos Martins (Maceió-AL)
O principal sinistro que provocou a solicitação de vistoria e investigação teve como
causa a perda de capacidade de retenção d’água da caixa d’água superior (foto 4) .
A principal causa de degradação desses elementos decorreu da forte agressividade
das águas coletadas em dois poços artesianos que abastecem todo o Conjunto
através de cisterna e reservatório elevado central.
Como consequência as caixas de gordura (foto 6) também sofrem com a
agressividade dessas águas e se degradaram, igualmente ao reservatório superior
do bloco em apreço e possivelmente no reservatório central.
A água que abastece o Conjunto é captada do subsolo por meio de dois poços
artesianos que armazenam estas águas em uma cisterna(fotos 5). A cisterna, na
forma de canal triangular, tem sua superfície revestida em concreto e nas
investigações foi detectado indicativo de degradação do concreto.
Foto5- Reservatório inferior, degradação
nas paredes laterais molhadas
Foto4-Degradação por lixiviação na caixa
d’água superior
Foto6- spectos de degradação das caixas
de gordura
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Amostras desta água foram coletadas em dois momentos distintos, segundo
recomenda a Norma CETESB L1.007/88. Os resultados apresentados na tabela 02
são muito consistentes e indicam que a água analisada se enquadra como de
agressividade forte a muito forte em todos os parâmetros analisados tendo como
fenômeno preponderante a lixiviação incluindo hidrolise dos componentes
cimentícios e aglomerante a base de cimento.
A ação lixiviante de águas puras, livres de sais, que tenham poucas impurezas e
elevada concentração de CO2, tais como as águas analisadas atacam inicialmente a
superfície dos concretos. Consiste na dissolução e conseqüente lixiviação do
Ca(OH)2, liberado na formação dos produtos de hidratação do cimento.
A lixiviação se produz rapidamente a princípio e logo com velocidade
progressivamente menor. À medida que há uma redução da cal hidratada por
lixiviação, destroem-se as restantes combinações hidratadas, que só são estáveis
numa solução de hidróxido de cálcio e com um pH elevado. A lixiviação do hidróxido
de cálcio do concreto endurecido, conduz à destruição lenta dos compostos
hidratados restantes como os silicatos, aluminatos e ferroaluminatos hidratados.
Como conseqüência, o concreto perde sua resistência mecânica devido a um
fenômeno químico.
Os aspectos de degradação do concreto observados no lastro de concreto das
caixas de passagem do sistema de esgotamento e das manchas de eflorescência,
são indicativos das características de agressividade da água.
Esta ação explica a grande ocorrência de eflorescência nos reservatórios superiores,
justamente os mais afetados encontram-se hoje em desuso por vazamento e sinais
de ruína.
As placas de concreto de separação das caixas de passagens e os lastros de fundo
em concreto estão quase todas deterioradas, sendo inclusive detectado que as
caixas cujas alvenarias foram construídas em blocos de concreto, também
apresentam degradação em suas paredes.
5
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Das informações levantadas e dos fatos evidenciados pode-se concluir que embora
seja de alta relevância e de grande abrangência o processo de degradação
apresentado, poucos profissionais da área conheciam o assunto.
As normas que abordam esse assunto foram desenvolvidas em um âmbito específico
e não estão incorporadas ou referendadas às normas técnicas de materiais e
procedimentos da área de engenharia civil.
Muitas edificações construídas na Região e no País apresentam características
semelhantes e necessitam de avaliações e possivelmente intervenções urgentes, sob
risco perder sua função ou em caoso mais graves vir a ruir.
Ë importante que sejam desenvolvidos estudos mais aprofundados às
características regionais de forma a subsidiar e melhor adequar a Norma CETESB,
possibilitando a esta uma maior abrangência.
6
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Fone: (85) 3257.7779
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