Diagnostic of concrete samples extracted from pile caps affected by internal swelling reactions.

Abstract

Devido à deterioração precoce dos blocos de fundação em edifícios residenciais e pontes na Região Metropolitana do Recife, vários estudos têm sido realizados na última década para diagnosticar o problema e descobrir as razões para este processo e para estabilizar medidas aplicadas que possam proporcionar um nível de desempenho aceitável de tais elementos. Nesta pesquisa de mestrado, foram estudadas amostras extraídas de um bloco de fundação de um edifício residencial construído há cerca de dez anos. Foram realizados ensaios laboratoriais para avaliar as propriedades mecânicas e de transporte das amostras de concreto, bem como sua composição físico-química utilizando análises avançadas. Os ensaios realizados foram os seguintes: resistência à compressão, módulo estático e dinâmico de elasticidade do concreto, porosidade aparente, permeabilidade a gases, microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X e espectroscopia raman. Visualmente foi possível identificar algumas evidências, tais como: fissura em mapa na superfície da fundação, manchas brancas nos agregados, bordas de gel sílico-alcalino, fissura no agregado, lixiviação, manchas ao redor dos agregados, material branco depositado nos vazios e poros completamente preenchidos com cristais de etringita. O problema do extenso quadro de fissuração nas fundações teve sua origem na formação de etringita tardia, proveniente possivelmente de um elevado calor de hidratação oriundo da concretagem do grande volume de concreto. Os mecanismos que causaram danos aos blocos de fundações investigados foram as reações de expansão interna, principalmente a reação álcalis agregado e a formação de etringita tardia. Ficou comprovada a presença de produtos cristalinos da reação álcali-agregado através das análises físico-químicas, como espectroscopia Raman e EDS. Assim como os cristais de etringita encontrados nos padrões XRD, nas imagens do SEM e na composição química do EDS. Os valores das propriedades mecânicas do concreto foram influenciados de maneiras diferentes pelas reações, a saber: a resistência à compressão do concreto não foi prejudicada pelas reações. Já os valores do módulo estático e dinâmico de elasticidade do concreto tendem a diminuir, cerca de 74% e 53%, respectivamente. A porosidade apresentou valor elevado (entre 9 e 10%), assim como a permeabilidade do concreto (​10​-16 e 10​-15​), determinando a influência negativa das ISR nas propriedades de transporte. Portanto, os métodos utilizados provaram ser eficazes na compreensão do problema encontrado e têm potencial para serem utilizados no projeto e execução de blocos de fundações.

En raison de la détérioration précoce des fondations sur pieux dans les bâtiments résidentiels et les ponts de la région métropolitaine de Recife, plusieurs études ont été menées au cours de la dernière décennie pour diagnostiquer le problème et découvrir les raisons de ce processus et pour stabiliser les mesures mises en œuvre qui peuvent fournir un niveau acceptable de performance de ces éléments. Dans le cadre de cette recherche de master, des échantillons prélevés sur un bloc de pieux d'un immeuble résidentiel construit il y a une dizaine d'années ont été étudiés. Des tests en laboratoire ont été effectués pour évaluer les propriétés mécaniques et de transport des échantillons de béton, ainsi que leur composition physique et chimique à l'aide d'analyses avancées. Les tests effectués étaient les suivants : résistance à la compression, module d'élasticité statique et dynamique du béton, porosité apparente, perméabilité aux gaz, microscopie électronique à balayage, diffraction des rayons X et spectroscopie Raman. Visuellement, il a été possible d'identifier certaines preuves, telles que : des fissures dans la carte à la surface des fondations, des taches blanches dans les agrégats, des bords de gel silico-alcalin, des fissures dans les agrégats, des lixiviats, des taches autour des agrégats, de la matière blanche déposée dans les vides et des pores complètement remplis de cristaux d'ettringrite. Le problème des fissures étendues dans les fondations des chapeaux de pieux trouve son origine dans la formation tardive de l'ettringite, peut-être due à une forte chaleur d'hydratation provenant du bétonnage du grand volume de béton. Les mécanismes qui ont causé des dommages aux blocs de pieux étudiés sont les réactions d'expansion interne, principalement la réaction alcali-agrégats et la formation retardée d'ettringite. La présence de produits cristallins de la réaction alcali-agrégats a été prouvée par des analyses physico-chimiques, telles que la spectroscopie Raman et l'EDS. De même que les cristaux d'ettringite trouvés dans les étalons XRD, les images MEB et la composition chimique des SDE. Les valeurs des propriétés mécaniques du béton ont été influencées de différentes manières par les réactions, à savoir : la résistance à la compression du béton n'a pas été affectée par les réactions. D'autre part, les valeurs des modules d'élasticité statique et dynamique du béton ont tendance à diminuer, respectivement d'environ 74% et 53%. La porosité a montré une valeur élevée (entre 9 et 10%), ainsi que la perméabilité du béton (​10​-16 et 10​-15​), déterminant l'influence négative de l'ISR sur les propriétés de transport. Par conséquent, les méthodes utilisées se sont avérées efficaces pour comprendre le problème rencontré et peuvent être utilisées dans la conception et l'exécution des blocs de fondation.