1 a misteriosa reaÇÃo Álcali-agregado conceitos atuais prof. dr. claudio sbrighi ibracon / cpti/...
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A MISTERIOSA REAÇÃO
ÁLCALI-AGREGADO
Conceitos atuais
Prof. Dr. Claudio Sbrighi
IBRACON / CPTI/ IPT
junho/ 2009
ABECE – São Paulo
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OBRA INDUSTRIAL
Aspecto macro da estrutura
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RAA Quebec Canadá
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CONCEITOS ATUAIS
VÁRIAS AMOSTRAS DE AGREGADO VÁRIOS LABORATÓRIOS
UMA AMOSTRA VÁRIOS LABORATÓRIOS
RESULTADOS DIFíCEIS DE INTERPRETAR
?
?
??
?
Mistério
Interesses difusos
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Reações químicas entre os álcalis (sódio e potássio) do cimento e agregados com características reativas ( minerais ou texturais)
Geram produtos sílico-cálcico-alcalinos (géis expansivos ou cristais)
Causam fissuração e deslocamentos estruturais
REAÇÕES ÁLCALI-AGREGADO
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Descritas por Stanton (1940) na Califórnia
No Brasil os primeiros estudos são da década de 60, época da construção da Barragem de Jupiá
1985 foi divulgado o primeiro caso de RAA: UHE Apolônio Sales de Oliveira (Moxotó)
REAÇÕES ÁLCALI-AGREGADO: HISTÓRICO
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Historicamente a maior parte das
ocorrências de RAA são verificadas
em barragens mas hoje já há
registros em pontes, pavimentos,
dormentes e edifícios.
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Reação álcali-sílica
Reação álcali-silicato
Reação álcali-carbonato
TIPOS DE REAÇÕES ÁLCALI-AGREGADO
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Agregado Reativo
Álcalis Água
RAA
Condições para a ocorrência da RAA
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Condições Agregado reativo
para Álcalis solúveis (sódio e potássio)
ocorrência Umidade
Temperatura
REATIVIDADE ÁLCALI-AGREGADO
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AGREGADOSAGREGADOSREATIVOSREATIVOS
TIPOS DE REAÇÃO
RochasQuartzo
MilonitizadasTensionado
Álcali-silicato
Álcali-Silica
Cálcários Dolomíticos
Calcários Argilosos
Álcali-Carbonato
Opala
Calcedônia
Cristobalita
Tridimita
Vidros Vulcânicos
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vidro vulcânico
TIPOS DE AGREGADOS REATIVOS
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Minerais finos
TIPOS DE AGREGADOS REATIVOS
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O grão é uniformente “brilhante” (A) e totalmente escuro (B) sob microscópio de luz polarizada quando se gira a platina
(A) (B)
Quartzo não reativo
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exibe extinção ondulante, isto é, áreas claras (A) e escuras (B) num mesmo grão, quando se rotaciona a platina do microscópio sob luz polarizada.
(A)(B)
Quartzo reativo ou tensionado
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Sílica criptocristalina constituída por calcedônia reativa
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Agregado Álcalis Gel de silicato
+ do cálcico alcalino
silicoso cimento
MECANISMO DA REAÇÃO
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Reação mais rápida
Álcalis do cimento + sílica
Na+ e K+
opala, calcedônia, vidro vulcânico
MECANISMO DA REAÇÃO ÁLCALI-SÍLICA
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Álcalis do cimento + rochas carbonáticas compostas por calcita, dolomita e argilominerais
Não há formação de gel
Deterioração ocorre em função da decomposição da dolomita (desdolomitização)
Os argilominerais parecem ser os responsáveis pela expansão
MECANISMO DA REAÇÃO ÁLCALI-CARBONATO
É o tipo de reação mais rara no Brasil
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Reação mais lenta que a álcali-sílica
Álcalis do cimento + sílica
Na+ e K+
quartzo, argilominerais
MECANISMO DA REAÇÃO ÁLCALI-SILICATO
É o tipo de reação mais importante no Brasil
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Gel expansivo nas bordas do agregado e preenchendo os poros
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ESTUDOS DE PREVENÇÃO DA REAÇÃO ÁLCALI - AGREGADO
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O princípio da prevenção se baseia na escolha adequada dos constituintes do concreto (cimentos, agregados e adições) e de seu traço, através da realização de ensaios de caracterização e ensaios específicos de desempenho.
ESTUDOS DE PREVENÇÃO DA REAÇÃO ALCALI – AGREGADO EM LABORATÓRIO
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AGREGADOS
ESTUDOS DE PREVENÇÃO DA REAÇÃO ÁLCALI - AGREGADO
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ENSAIO PETROGRÁFICO ( NBR 15 577- Parte 3/ NBR 7389)
Princípio : Observação por microscopia e detecção de fases reativas
Status: Ensaio de avaliação potencial
Principais fases reativas : Opala, calcedônia, vidro vulcânico, silex,
quartzo com extinção ondulante, silicatos com granulação fina tridimita, cristobalita, calcários dolomíticos argilosos.
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ENSAIO NBR 15 577 – Parte 4
Princípio: Variação dimensional de barras de argamassa utilizando o agregado e cimento padronizado com alto teor de álcalis e curadas a 80ºC.
Limites: Máx. 0,19% ( 30 dias )
Status: Ensaio de curta duração
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NBR 15 577 – Parte 6
Principio : Medição da expansão em prismas de concreto à temperatura de 38 oC (75 X 75 X 275 mm)
Status : Avaliação potencial
Limite : 0,04% em 1 ano
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OUTROS ENSAIOS MENOS USADOS (Limitações)
Método OSIPOV
Ensaio químico (ASTM C-289 )
ASTM C-586/Normas canadenses (Rochas carbonáticas)
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ROTEIRO DE ESTUDOS DE PREVENÇÃO DA REAÇÃO ALCALI - AGREGADO
AGREGADOSAGREGADOS
CIMENTOSCIMENTOS
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Conceitos: Causador da reação quando contiver álcalis solúveis e usado com agregado reativo
Conceito antigo: Eq. Alcalino < 0,6%
Conceito novo: Máx. 3kg/m3 (álcalis de todos os componentes do concreto)
Conceito inibidor: Evita expansão com agregado reativo
CIMENTO
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A hidratação do cimento gera Ca(OH)2 e C-S-H
Ca(OH)2 é catalisador da reação álcali-agregado
Escórias, silica ativa e pozolanas reagem com o Ca(OH)2 impedindo a reação
C-S-H absorve os álcalis
Expansão não ocorre mesmo com agregados reativos
MATERIAIS INIBIDORES
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MÉTODO NBR 15 577 – Parte 5: ESCOLHA DO CIMENTO ADEQUADO E OUTRAS AVALIAÇÕES
Princípio:Medir a expansão aos 16 dias Barras de Argamassa
Agregado reativo 80ºC Cimento a ser testado
expansão >0,10% cimento não inibidor ( não deve ser usado com agregados reativos)
expansão < 0,10% cimento inibidor (pode ser usado com agregado reativo)
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ESTUDOS DE DETECÇÃO DA REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO
INVESTIGAÇÕES DE CAMPO
Observação de fissuração (padrão em mapa)
Observação de gel exsudado esbranquiçado na superfície
do concreto
Extração de testemunhos
Uso de instrumentação deslocamento da estrutura
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INVESTIGAÇÃO NO LABORATÓRIO
Nos testemunhos de concreto extraídos:
Análises petrográficas ASTM C-856 (concreto) Microscopia estereoscópica Microscopia eletrônica de varredura
Agregados com fases reativasBordas de reação nos agregados
Feições indicativas MicrofissuraçãoGel nos porosFissuração radialProdutos cristalizados
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Macroscópica a olho nu
Microscópica por meio de microscopia estereoscópica e óptica de luz transmitida
Microscopia eletrônica de varredura
DIAGNÓSTICO NO LABORATÓRIO DA REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO EM CONCRETO POR ANÁLISES PETROGRÁFICAS E MICROSCÓPICAS
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Gel expansivo preenchendo poros e no contorno dos agregados
MICROSCOPIA ESTEREOSCÓPICA
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MICROSCOPIA ESTEREOSCÓPICA
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Gel expansivo em concreto
MICROSCOPIA ESTEREOSCÓPICA
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Microfissura em agregados
MICROSCOPIA ÓPTICA DE LUZ TRANSMITIDA
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Gel gretado em concreto
MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA
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Medidas de Reparo
Tratamento com lítio
- mecanismo de ação não totalmente conhecido
Confinamento mecânico (gaiolas, cinta-mento etc.) + injeções estabilizadoras
- resultados essencialmente físicos
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CONCEITOS ATUAISANÁLISE FINAL - NBR 15577/08
GUIA PARA AVALIAÇÃO
•Avaliação crítica dos ensaios históricos
•Exame cuidadoso da frente de lavra do agregado especialmente quanto a sua homogeneidade
•Coleta de amostras da frente de lavra atual e ensaios de caracterização quanto a RAA
•Vistoria de obras com idades diferentes produzidas com o agregado com vários cimentos e submetidas a condicões de exposição diversas
•Ensaios em argamassa e concreto simulando traços de concretos correntes
•Parecer/Laudo considerando todos estes aspectos