A REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO E SUAS CARACTERÍSTICAS (RAA)

A REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO E SUAS CARACTERÍSTICAS (RAA)

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Este artigo apresenta conteúdo acerca da reação álcali-agregado (RAA), no qual o fenômeno foi definido e classificado, acompanhado de um breve histórico sobre pesquisas, as quais resultaram em alguns métodos de ensaio. Foram abordados os principais causadores da reação e as consequências do fenômeno nas construções.A prevenção foi citada como a principal forma de se combater a reação. O texto tem como meta informar acerca da necessidade de se atentar para a possibilidade de ocorrência deste fenômeno em obras, para assim evitar danos às estruturas das construções. Foi realizada uma pesquisa bibliográfica, para colher informações que resultaram no texto apresentado. Assim, entende-se que este tema merece bastante atenção por parte de pesquisadores e profissionais da construção civil.

Palavras-chave: reação álcali-agregado; construção civil; prevenção; pesquisas.

This article presents content about alkali-aggregate reaction (ARR), in which the phenomenon was defined and classified, followed by a brief history about researches, which have resulted in some test methods. Main factors of the reaction and consequences of the phenomenon in constructions have been discussed in this text. Prevention has mentioned such as the main way to combat the reaction. The text aims to inform about the need ofalerting the possibility of occurrence of this phenomenon in works, so as to prevent damages to building structures. A bibliography research was realized to gather information that results the presented text. Thus, it is understood that this issue deserves close attention byresearchers and construction professionals

Key words: alkali-aggregate reaction; construction; prevention; researches.

A reação álcali-agregado (RAA) é um processo já bastante pesquisado atualmente. Já existe uma vasta bibliografia sobre o assunto. Segundo Costa, Lima e Silva (2009, p.1), a RAA ocorre internamente nos concretos entre os íons alcalinos presentes no cimento e minerais silicosos nos agregados, comprometendo sua estrutura. Tal fenômeno provoca expansão do concreto, pela formação de sólidos no interior da estrutura, ocorrendo fissuras na superfície deste e, posteriormente, desagregação, criando crateras na estrutura, onde escorre um gel de sílica. Uma das alternativas para evitar esse processo é a adição de pozolana no concreto, quando não é possível a utilização de cimentos com baixo teor de álcalis. Nogueira (2010, p. 5) menciona que “a reação álcali-agregado foi descoberta [...] na década de 30, causando preocupação ao meio técnico, pois nessa época foram observadas fissuras e expansões em estruturas de concreto”, dando início a uma série de pesquisas relacionadas a esse tema, pois até então acreditava-se que o concreto, após endurecer, transformava-se em “pedra”. Estas observações foram feitas em diversos países e duram até hoje. A justificativa dada para esta reação é a grande quantidade de cimento utilizada. Ela também é influenciada pela granulometria do agregado, pois as dimensões vão influenciar no tipo de reação, se miúdas aumentam as expansões, e se micrométricas, a reação termina antes que o gel se forme. O concreto também sofre influência externa, como a temperatura e a presença de água, que pode ser devido à alta umidade – acima de 80% - e também por contato desta, como em lençóis freáticos. O estudo da reação álcali-agregado está em processo de evolução, porém a prevenção deste no planejamento da obra e nos materiais envolvidos é imprescindível para evitar danos maiores. Este artigo está dividido nas seguintes partes: introdução, definição, histórico,causas, fatores influenciadores, consequências da RAA, exemplos de ocorrências, prevenção da RAA e métodos de ensaio.

A RAA é uma reação química que ocorre na parte interna do concreto, envolvendo hidróxidos alcalinos, provenientes principalmente do cimento, e minerais presentes nos agregados. Este fenômeno gera produtos (gel sílico alcalino) que, na presença de umidade, podem expandir, gerando pressões que provocam fissurações ou deslocamentos no concreto, o que resulta em perda de resistência, elasticidade e durabilidade. Segundo Nogueira (2010, p. 5), “a possibilidade de ocorrência da RAA está condicionada à interação entre a quantidade deálcalis disponíveis e a potencialidade reativa dos agregados”. Mas estes fatores não são os únicos que provocam a reação, pois influências do meio externo também contribuem para o processo, como a temperatura e a umidade (BICZOK et al., 1972apud NOGUEIRA,

Conforme explica Taylor (1997 apud HASPARYK, 2005, p. 36), os indícios da deterioração provocada pela RAA podem ser percebidos em intervalos de tempo bastante diversos, podendo ser após alguns dias ou depois de anos. Fatores como a temperatura, a umidade, a quantidade de álcalis, a composição do gel produzido pela reação e a caracterização do agregado regem este tempo (BICZOK, 1972 apud

A RAA pode ser classificada em três tipos:

• Reação álcali-sílica (RAS):

Este tipo de RAA é a “mais conhecida e relatada no meio técnico, sendo a que normalmente ocorre mais rapidamente, em função das formas minerais de sílica reativas envolvidas” (HASPARYK, 2005, p. 36).

• Reação álcali-silicato:

Ocorre da mesma maneira que a RAS, porém, mais lentamente, fato este devido ao tamanho das partículas dos minerais reativos.

• Reação álcali-carbonato:

Esta reação ocorre devido à interação entre os álcalis e as dolomitas provenientes do calcário, quando estas se encontram em grande quantidade. Este processo “gera fissurações e o enfraquecimento da zona de transição” (BICZOK, 1972 apud HASPARYK, 2005, p. 37).

Segundo Nogueira (2010) o primeiro relato de RAA foi na década de 1930 nos Estados Unidos, no estado da Califórnia, sendo observado fissuras e expansões em estruturas de concreto. Porém os primeiros estudos, realizados por ThomasEdison Stanton, só foram publicados em 1940 pela American Society ofCivil Engineers – ASCE (NBR 15577, 2008). Essa publicação supôs que a reação era originada pelos hidróxidos alcalinos do cimento e pela sílica presente nos agregados, sendo influenciados pela umidade. Posteriormente,em 1944, foiformada a primeira teoria para explicar a expansão do gel de sílica, por Hansen, nomeada de pressão osmótica. Nas décadas de1950 até meados de 1970, foram identificadas muitas construções na Europa com ocorrência de RAA, porém nesse período as pesquisas perderam “força”, e só foram retomadas na década de 1970, pela grande quantidade de ocorrências, onde vários artigos começaram a ser publicados, expandindo o conhecimento sobre a reação.

No Brasil, conforme a ABNT (2008), inicialmente o estudo da reação, teve como objetivo aperfeiçoar obras hidráulicas, e só em 1985 se teve relato de RAA no país, nas barragens de Moxotó e Joanes I, localizadas na região nordeste. Porém Kihara (1993 apud NOGUEIRA, 2010, p. 7) cita um exemplo na região sul, na década de

1960, na construção da barragem Jupiá. Hoje, as principais pesquisas de RAA no Brasil são realizadas pela ABCP (Associação Brasileira de Cimento Portland) juntamente com as universidades e centros de pesquisa privada. Apesar de muitas ocorrências, houve poucos casos de condenação das estruturas, na grande maioria, foram colocados estruturas de contensão e realização de manutenções.

Diversos fatores influenciam no desencadeamento da reação álcali-agregado, devido à complexidade do concreto, suas diferentes composições e as distintas características físicas entre esses materiais. Entre os fatores que interferem estão: propriedade dos materiais (cimento e agregado), umidade, temperatura, tempo e as influências externas (tensões de compressão). Os fatores indispensáveis para que a RAA ocorra em estruturas de concreto são: concentração de hidróxidos alcalinos suficientes na solução dos poros do concreto para reagir com o agregado, agregados reativos, e umidade suficiente. Na ausência de qualquer um desses três fatores, a reação não ocorre.

Concentração de hidróxidos alcalinos:

O cimento Portland constitui o principal elemento para formação dos álcalis no concreto, sendo os álcalis por sua vez expressos na forma de óxido de potássio (K2O) e óxido do sódio (Na2O). Eles são encontrados no cimento de duas formas: Álcalis Solúveis: presentes nos sulfatos alcalinos, e Álcalis Insolúveis: provenientes das soluções sólidas das fases presentes no Clínquer.

Os autores Mehrta e Monteiro (2008apudLIMA, 2009, p.05) afirmam que, se o conteúdo alcalino do cimento for menor que 0,6%, não ocorrem danos provenientes de RAA, independentemente dos agregados reativos. Entretanto, em concretos contendo um consumo muito alto de cimento há possibilidade de ocorrência de danos até para conteúdo de álcalis menor que 0,6%.

Além do cimento, existem outras fontes que contribuem na alcalinidade do concreto, como a água de amassamento, adições, alguns agregados e agentes externos. Desta maneira, é questionada a atitude de se limitar somente o índice dos álcalis do cimento Portland por não ser uma maneira eficaz, tendo se adotado como parâmetro o teor de álcalis totais por metro cúbico de concreto.

Os valores limites dos álcalis do concreto estão relacionados com a intensidade da ação preventiva, classificada em função do tipo de estrutura e das condições de exposição, de acordo com a NBR 15577-1 (2008) que recomenda limitar o teor de álcalis do concreto, considerando-se uma intensidade de ação preventiva mínima, a valores menores que 3,0 kg/m3 de concreto, expresso em equivalente alcalino, bem como limitar o teor de álcalis do concreto a valores menores que 2,4 kg/m3 de concreto, considerando-se uma intensidade de ação preventiva moderada.

É necessário enfatizar, contudo que nem todos os álcalis noconcreto participam da RAA, mas apenas, aqueles que não ficamfixos na estrutura cristalina dos silicatos de cálcio hidratados ounos próprios agregados.

Alguns fatores físicos e químicos podem auxiliar no desencadeamento da reação, tais como:

• Agregados Reativos:

Os agregados utilizados em concreto são normalmente constituídos de rochas, sendo estas formadas por aglomerados de minerais diferindo entre si, basicamente, pela composição mineralógica e pela textura (forma dos grãos minerais e o modo como estes estão dispostos). Os agregados reativos são aqueles que, na sua composição, possuem fases mineralógicas silicosas susceptíveis à reação com os álcalis solúveis do concreto. Características como tipo, forma, tamanho, composição dos agregados e área específica dos grãos, exibem comportamentos que afetam a magnitude da reação.

As dimensões das partículas influem nas RAA,que podem acontecer de modo diferente. Sendo um agregado na ordem micrométrica, a reação ocorre e termina antes que o gel possa atingir os grãos maiores, isto é,

Grandes quantidades de materiais finos, devido a sua grande superfície específica, provocam redução rápida na concentração de álcalis de tal forma que os agregados maiores não tenham oportunidade de sofrer as reações secundárias que provocam a formação do gel expansivo (PAULON, 1981 apud LIMA; SILVA; COSTA, 2009, p.6).

Já em agregados macrométricos, ocorre o inverso: causa expansão da peça de concreto, fissurando e comprometendo suas propriedades mecânicas.

Outro fator que aumenta o poder de reação dos agregados são as deformações na microestrutura do agregado, resultantes de deformações tectônicas. Quanto mais desestruturado for o agregado mais este poderá ser reativo com os álcalis do cimento.

• Umidade:

Segundo Mehtae Monteiro (2008 apudNOGUEIRA, 2010, p.30), a água é o agente principal de deterioração física e química do concreto, por ser um excelente solvente, com capacidade de dissolver muitos elementos químicos, além de ter grande facilidade em se mover através dos poros do concreto. A presença de umidade é um fator essencial para ocorrência de reação álcali-agregado. Sem ela a RAA pode não ocorrer, mesmo na presença de agregados reativos e álcalis.

Figueirôa e Andrade (2007 apudSILVA, 2010, p.41) afirmam que “a umidade relativa necessária para ocorrer a RAA em um elemento de concreto deve ser superior a 80%. Uma umidade relativa acima desse valor tende a ocasionar expansão, embora o gel possa ser formado em umidades mais baixa”. Por isso estruturas com sistema de drenagem deficiente, obras hidráulicas - como barragens e concreto - em contato com umidade são mais susceptíveis à reação álcali-agregado.

A umidade do ambiente tem um importante papel no desencadeamento da reação. Em geral, o gel da RAA contendo baixos teores de cálcio tem grande aumento de absorção de água com o aumento da umidade. No entanto é importante garantir que o teor de umidade seja constante, pois ciclos de molhagem e secagem podem provocar a concentração de álcalis em regiões localizadas do concreto.

• Temperatura:

O nível elevado de calor no ambiente provoca aceleração das reações químicas nas estruturas de concreto, constatando-se que na medida em que se eleva a temperatura, aumentam as expansões provenientes da reação álcali-agregado. Funcionando assim como um catalisador da RAA.

• Tensão de confinamento:

Segundo Bulletin (1992 apudSILVA, p.43), a reação álcali-agregado causa tensões de tração nos elementos de concreto da ordem de 2 a 8,6 MPa, numa média em torno de 5 MPa. Dessa forma, as expansões e os danos ocasionados pela RAA são bastante influenciados pelo confinamento e pela presença de tensões aplicadas à massa de concreto.

Caso as tensões de compressão estejam bem distribuídas, podem ocasionar redução da expansão na direção dos esforços da compressão, evitando-se, assim, a abertura de fissuras e reduzindo-se a circulação de água no interior do concreto. Porém, as tensões de confinamento, não bloqueiam a atuação da reação, apenas a pressão exercida pelo gel pode não ser suficiente para vencer a pressão aplicada.

• Tempo:

O surgimento de fissuras não ocorre em um determinado tempo específico. As expansões podem eventualmente parar quando todos os minerais reativos presentes no agregado tiverem sido consumidos, isto conforme Hasparik (1999 apud NOGUEIRA, 2010, p. 32).Em alguns casos de barragens dos Estados Unidos da América, este fenômeno foi observado somente após 30 anos, através de análises de microscopia eletrônica de varredura.

A RAA ocasiona diversas patologias no concreto, mas ainda é difícil perceber quando esta começa a ocorrer. Logo as patologias que as estruturas apresentam podem não ter sido causadas diretamente pela RAA, mas por outras consequências causadas pela reação.

Está entre as principais consequências a alteração das características mecânicas, onde há redução das resistências de tração, de 40% a 60%, e compressão, de 60% a 80%, e elasticidade do concreto. Entretanto, como o concreto é um composto de diferentes materiais, a reação pode ocorrer de diferentes formas, dificultando uma caracterização exata.

As principais detecções podem ser divididas em dois tipos: consequências de pequena escala e grande escala:

• As consequências de pequena escala geralmente são fissuras micrométricas ou descolamentos na superfície dos agregados, reações alcalinas. Com isso, há perda de aderência, “esfarelamento” e, assim, desprotege-se a armação;

• As consequências de grande escala ocorrem geralmente na presença do gel de sílica; podem ser grandes fissuras, estas podendo abrir juntas na estrutura ou até esfarelar, interromper comportas, turbinas, eixos, etc. e ainda deformar as estruturas.

Segundo Taylor (1997 apud HASPARYK, 2005, p. 38), podem ser citados como os tipos de manifestações de RAA mais comuns os seguintes:

• Fissurações tipo mapa; • Exsudação de gel na superfície do concreto;

• Bordas ao redor dos agregados;

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