Para começar a incluir artigos no nosso blog, queríamos um texto que abordasse algo realmente importante em engenharia e, para isso, buscamos um excelente texto de autoria do eng. Fernando Recena.
Estruturas de concreto expostas ao tempo
Por Eng. Fernando Recena
Todos sabemos o que acontece com um barra de aço sem proteção exposta ao tempo. Tem início o processo de corrosão, mais ou menos intenso em função da agressividade do meio. Condição básica para que ocorra a corrosão é haver disponível água e oxigênio. E o que é a ferrugem formada pelos chamados produtos de corrosão? Óxidos e hidróxidos de ferro, os mesmos componentes do minério. O primeiro processo de beneficiamento do minério após a lavagem (lembremos o ocorrido em Mariana) é sua redução em alto forno. O metal líquido vaza pela região inferior do forno e a escória, uma mistura de calcário e argila, sobrenada na superfície do cadinho… Essa escória, formada pelas mesmas matérias primas empregadas na fabricação do cimento, posteriormente será usada como adição nos cimentos do tipo alto forno (CP III) e modificado com escória (CP II E). A segunda etapa consiste em produzir uma solução sólida do ferro e carbono para obtenção do aço, o que ocorre mediante um novo aporte de energia, novamente em um forno.
O processo de corrosão, então, faz com que o aço retorne ao estado como se encontrava na natureza, minério. Esse retorno caracteriza o que se pode chamar, grosso modo, a instabilidade termodinâmica do aço. Tão mais instável termodinamicamente será um material, quanto mais rapidamente retornar à sua condição original, como encontrado na natureza.
O cimento Portland é fabricado a partir do calcário, matéria prima que pode representar até 95% do total. Após a hidratação do cimento, aproximadamente 25% do volume de pasta hidratada é ocupado pelo hidróxido de cálcio, ou seja, por cal hidratada. A presença dessa base forte garante as principais propriedades da pasta hidratada e, consequentemente, do concreto. Sucede que, por se tratar de uma base forte, esse composto está predisposto a reagir com qualquer tipo de ácido numa reação de salificação. Quando o ácido envolvido no processo é o ácido carbônico a reação recebe o nome de carbonatação. Esta reação vai promovendo a lenta gradual e constante redução do pH da pasta hidratada, alterando suas características.
O sal proveniente dessa reação é o carbonato de cálcio, ou seja, calcário, exatamente a matéria prima do cimento. Portanto, o cimento Portland e os aglomerados com ele obtidos (concreto e argamassa) retornam à condição de minério, revelando sua instabilidade termodinâmica. Sim, qualquer aglomerado de cimento Portland apresenta instabilidade termodinâmica, envelhece.
Imaginemos uma peça de concreto recém desenformada. A cor é parelha, a própria cor do cimento, um cinza bonito, ou branco puro, caso seja usado cimento Portland branco.
A alcalinidade é elevada o pH anda em torno de 12,5. Nessas condições não há a menor possibilidade de haver o desenvolvimento de qualquer colônia de microrganismos. Mas por ser termodinamicamente instável a pasta sofre alterações por ação da água e do gás carbônico, com redução do pH pelo processo de carbonatação. O concreto vai se tornando poroso, começa a deposição de particulados sólidos (sujeira) que retém água e, assim, tem início a instalação de colônias de microrganismos fungos liquens e, se houver muita umidade, algas. O concreto vai perdendo sua cor original, substituída pela coloração das contaminações e das sujidades.
Mas o pior é a perda da capacidade de proteger a armadura o que, com o tempo, redunda em corrosão e comprometimento estrutural da peça.
O problema no aço está bem equacionado, basta impedir o acesso da água e do oxigênio à superfície da peça, basta impermeabilizá-lo com pinturas. Por que insistimos em manter o concreto aparente? Por que são despendidos esforços e recursos na busca por um concreto durável sempre à custa de mais e mais cimento para permitir a redução da relação água/cimento, na tentativa de se obter um concreto impermeável, coisa que, em tese, nunca vai ocorrer. As resistências são cada vez mais elevadas mesmo em lajes que devem ser armadas com a taxa mínima, prevista em norma. Por que uma coluna dimensionada aos efeitos de segunda ordem que define seções robustas, deve ser construída com concretos de alta resistência se a garantia da durabilidade da peça está condicionada por dois ou três centímetros da camada de cobrimento, que, muitas vezes não se consegue manter.
Não seria mais razoável usar um concreto de resistência compatível com as solicitações da peça e protegê-lo superficialmente? A elevação da resistência do concreto em peças fletidas promove, efetivamente, a redução da taxa de armadura?
E, por favor, não me falem em módulo de elasticidade. Sinto informar, mas a modelagem apresentada pela norma não se verifica na prática. Muitos calculistas elevam a resistência do concreto, imaginando que se elevará proporcionalmente o módulo de elasticidade. Ledo engano: sobre módulo ainda temos muito que aprender.
Cabe observar que as obras de arte de Porto Alegre estão pintadas. Talvez apenas para proteção de pichações, mas essa proteção fará toda a diferença com relação à durabilidade.
E tem a emissão de carbono na fabricação de cimento e cal. Mas essa já é outra história.
Todos sabemos o que acontece com um barra de aço sem proteção exposta ao tempo. Tem início o processo de corrosão, mais ou menos intenso em função da agressividade do meio. Condição básica para que ocorra a corrosão é haver disponível água e oxigênio. E o que é a ferrugem formada pelos chamados produtos de corrosão? Óxidos e hidróxidos de ferro, os mesmos componentes do minério. O primeiro processo de beneficiamento do minério após a lavagem (lembremos o ocorrido em Mariana) é sua redução em alto forno. O metal líquido vaza pela região inferior do forno e a escória, uma mistura de calcário e argila, sobrenada na superfície do cadinho… Essa escória, formada pelas mesmas matérias primas empregadas na fabricação do cimento, posteriormente será usada como adição nos cimentos do tipo alto forno (CP III) e modificado com escória (CP II E). A segunda etapa consiste em produzir uma solução sólida do ferro e carbono para obtenção do aço, o que ocorre mediante um novo aporte de energia, novamente em um forno.
O processo de corrosão, então, faz com que o aço retorne ao estado como se encontrava na natureza, minério. Esse retorno caracteriza o que se pode chamar, grosso modo, a instabilidade termodinâmica do aço. Tão mais instável termodinamicamente será um material, quanto mais rapidamente retornar à sua condição original, como encontrado na natureza.
O cimento Portland é fabricado a partir do calcário, matéria prima que pode representar até 95% do total. Após a hidratação do cimento, aproximadamente 25% do volume de pasta hidratada é ocupado pelo hidróxido de cálcio, ou seja, por cal hidratada. A presença dessa base forte garante as principais propriedades da pasta hidratada e, consequentemente, do concreto. Sucede que, por se tratar de uma base forte, esse composto está predisposto a reagir com qualquer tipo de ácido numa reação de salificação. Quando o ácido envolvido no processo é o ácido carbônico a reação recebe o nome de carbonatação. Esta reação vai promovendo a lenta gradual e constante redução do pH da pasta hidratada, alterando suas características.
O sal proveniente dessa reação é o carbonato de cálcio, ou seja, calcário, exatamente a matéria prima do cimento. Portanto, o cimento Portland e os aglomerados com ele obtidos (concreto e argamassa) retornam à condição de minério, revelando sua instabilidade termodinâmica. Sim, qualquer aglomerado de cimento Portland apresenta instabilidade termodinâmica, envelhece.
Imaginemos uma peça de concreto recém desenformada. A cor é parelha, a própria cor do cimento, um cinza bonito, ou branco puro, caso seja usado cimento Portland branco.
A alcalinidade é elevada o pH anda em torno de 12,5. Nessas condições não há a menor possibilidade de haver o desenvolvimento de qualquer colônia de microrganismos. Mas por ser termodinamicamente instável a pasta sofre alterações por ação da água e do gás carbônico, com redução do pH pelo processo de carbonatação. O concreto vai se tornando poroso, começa a deposição de particulados sólidos (sujeira) que retém água e, assim, tem início a instalação de colônias de microrganismos fungos liquens e, se houver muita umidade, algas. O concreto vai perdendo sua cor original, substituída pela coloração das contaminações e das sujidades.
Mas o pior é a perda da capacidade de proteger a armadura o que, com o tempo, redunda em corrosão e comprometimento estrutural da peça.
O problema no aço está bem equacionado, basta impedir o acesso da água e do oxigênio à superfície da peça, basta impermeabilizá-lo com pinturas. Por que insistimos em manter o concreto aparente? Por que são despendidos esforços e recursos na busca por um concreto durável sempre à custa de mais e mais cimento para permitir a redução da relação água/cimento, na tentativa de se obter um concreto impermeável, coisa que, em tese, nunca vai ocorrer. As resistências são cada vez mais elevadas mesmo em lajes que devem ser armadas com a taxa mínima, prevista em norma. Por que uma coluna dimensionada aos efeitos de segunda ordem que define seções robustas, deve ser construída com concretos de alta resistência se a garantia da durabilidade da peça está condicionada por dois ou três centímetros da camada de cobrimento, que, muitas vezes não se consegue manter.
Não seria mais razoável usar um concreto de resistência compatível com as solicitações da peça e protegê-lo superficialmente? A elevação da resistência do concreto em peças fletidas promove, efetivamente, a redução da taxa de armadura?
E, por favor, não me falem em módulo de elasticidade. Sinto informar, mas a modelagem apresentada pela norma não se verifica na prática. Muitos calculistas elevam a resistência do concreto, imaginando que se elevará proporcionalmente o módulo de elasticidade. Ledo engano: sobre módulo ainda temos muito que aprender.
Cabe observar que as obras de arte de Porto Alegre estão pintadas. Talvez apenas para proteção de pichações, mas essa proteção fará toda a diferença com relação à durabilidade.
E tem a emissão de carbono na fabricação de cimento e cal. Mas essa já é outra história.