Degradação de edificações por agressividade de águas subterrâneas

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1 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 (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

2 tenham poucas impurezas e elevada concentração ed CO 2 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 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 OLLIVIER- 98 identificaram três tipos de reações distintas que provocam deterioração química do concreto, são estas: a)reações de troca iônica entre um fluido agressivo e componentes cimentícios da pasta, seguidos da remoção dos íons CA ++, contribuindo para o aumento da porosidade e permeabilidade do concreto; b)reações envolvendo hidrólise e lixiviação dos componentes cimentícios da pasta, seguidos pela perda de massa e aumento da porosidade e permeabilidade do concreto; c) Reações envolvendo formação de produtos expansivos, provocando aumento nas tensões internas no concreto.

3 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 + Na 2 SO 4.10H 2 O => CaSO 4.2H NaOH + 8 H 2 O. ( I ) 3CaO.Al 2 O 3.12H 2 O + 3CaSO 4.2H 2 O + 13 H 2 O 2 => 3CaO.Al 2 O 3.3CaSO 4.31H 2 O 2(3CaO.AL 2 O 3.12H 2 O) + 3NaSO 4.10H 2 O =>3CaO.Al 2 O 3.3CaSO 4.31H 2 O + 2Al(OH) 3 + 6NaOH + 17H 2 O (II) (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: CO 2 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.Cl 2 + Ca(OH) 2 --> Mg.(OH) 2 + Ca.Cl 2 (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.

4 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 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(co 2 ) mg/l 0,0 0,0 7,7 Cloretos(Cl) mg/l 92,2 193,2 65,6 Sulfatos(SO 3 ) mg/l 460,5 815,0 758,5 Alcalinidade de bicarbonato(caco 3 ) 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.

5 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.

6 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

7 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 CO 2, 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 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ACI-AMERICAN CONCRETE INSTITUTE: Guide to Durable Concrete: reported by

8 ACI Commtte R, In:_ACI Manual of Concrete Pratice. Detroit, 1991.Part 1 CEB/FIP- COMITE EURO-INTERNATIONAL DU BETON- Model Code 1990 CETESB- COMPANHIA DE TECNOLOGIA DE SANEAMENTO AMBIENTAL- l Dterminação do Gráu de agressividade de Meio Aquoso ao Concreto CODECIPE- COORDENADORIA DE DEFESA CIVIL DO ESTADO DE PERNAMBUCO- Laudo Técnico Sobre as Causas do Desabamento do Edifício Éricka HELENE, P.R.L- Vida útil das estruturas de concreto. Anais do IV Seminário Iberoamericano de Patologia das Construções, pp Porto Alegra 1997 ITEP- Relatório Técnico Nº Determinação das causas de degradação da estrutura de contenção de solo sob arrecifes da entrada no porto interno de SUAPE.maio 2000 ITEP- Relatórios Técnicos Nº e Avaliação das condições de estabilidade e habitabilidade dos edificios do Cj Residencial Tabuleito dos Martins METHA, P. K e MONTEIRO, P.J.M Concreto- Estrutura, Propriedades e Materiais, editora PINI 1994 OLLIVIER, J.P Durability of Concrete- BT/PCC/192, USP-1998 PIRES SOBRINHO, C.W.A- Degradação dos blocos de concreto submetidos a ação de águas agressivas- necessidade de normalização. 48CBC,Rio de janeiro PIRES SOBRINHO, C.W.A, Melo, L.V- The aggressiveness of the groundwater in the structures with foundation in concrete building in the Metropolitan Region of Recife- VII International Seminar on Structural Masonry for Developing Countries, Belo Horizonte CINCOTO, M A Agressividade do Meio ao Concreto, revista do IBRACON nº03 ano II pp 52-58, São Paulo 1992 SOBRAL, H.S- Proteção das Estruturas de Concreto Armado e Protendido contra as ações agressivas dos ions CL - e SO 4 -- IBRACON Reunião anual 1984

9 LICENÇA PARA UTILIZAÇÃO DE OBRA INTELECTUAL (Autor) Por este instrumento particular Carlos Welligton de Azevedo Pires Sobrinho abaixo assinado autoriza o INSTITUTO DE ESTUDOS DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO - IEMAC, a utilizar o artigo de sua autoria, em caráter de exclusividade, em publicação digital, no formato PDF ou HTML, através da confecção de Publicação Impressa e Eletrônica e divulgação na Internet ou qualquer outra mídia com tecnologia similar, com prazo de vigência ilimitado, a contar da data de sua assinatura. O artigo objeto desta licença passará a fazer parte integrante do acervo técnico e cientifico do Instituto Brasileiro do Concreto. Os autores são responsáveis pela obtenção da permissão de reprodução de figuras ou textos que estejam incorporados ao seu artigo e que estejam protegidos por direitos autorais.