Avaliação de teor de íons cloro no ar atmosférico da praia do Porto das Dunas, em Aquiraz/CE

Avaliação de teor de íons cloro no ar atmosférico da praia do Porto das Dunas, em Aquiraz/CE Evaluation of chlorine ion content in the atmospheric air from the beach of Porto das Dunas, in Aquiraz/CE. Santos, Davi Valente (1); Silva, David Alisson Araujo (2) ; Cabral, Antônio Eduardo Bezerra (3) (1) Engenheiro Civil, Novaes Engenharia Ltda. (2) Graduando em Engenharia Civil, Universidade Federal do Ceará (3) Professor Doutor, Departamento de Engenharia Estrutural e Construção Civil – Universidade Federal do Ceará, Campus do Pici, Bloco 710 – Fortaleza-CE

Resumo A deterioração das estruturas de concreto armado é uma realidade cada vez mais presente e impactante em termos técnicos, econômicos e sociais nas construções brasileiras. A corrosão de armaduras em concreto armado se insere nesse contexto de sobremaneira, principalmente em razão de grande parte das grandes capitais brasileiras e, consequentemente, do elevado número de edificações construídas nesse país se localizarem em regiões litorâneas, portanto mais agressivas. Este trabalho visa à avaliação do teor de íons cloro no aerosol marinho na praia do Porto das Dunas, em Aquiraz-CE em relação à distância ao mar por meio do método da vela úmida estabelecido pela NBR 6211 (ABNT, 2001), além de uma análise comparativa dos resultados encontrados com valores obtidos em outros estudos em capitais brasileiras para avaliação de agressividade ambiental. Para isso foram selecionados quatro pontos situados a 76, 500, 650 e 1000 metros da costa, onde o teor de íons cloro foi medido mensalmente conforme as prescrições da NBR 6211 (ABNT, 2001). Medidas climatológicas também foram extraídas para avaliação de resultados e caracterização do estudo. Observou-se que o teor de cloretos decai exponencialmente com a distância em relação ao mar. Aquiraz apresentou comportamento semelhante somente ao estudo realizado em Fortaleza, obtendo elevada agressividade mesmo a 800 metros. Portanto essas cidades se apresentam bem mais agressivas do que as outras cidades litorâneas brasileiras. Palavra-Chave: Íons cloro, corrosão, vela úmida, NBR 6211 (ABNT, 2001), agressividade.

Abstract The deterioration of reinforced concrete structures is a reality more and more present and impactful on technical, economic and social terms in Brazilian buildings. Corrosion of reinforcement in reinforced concrete falls within this context of greatly, mainly because of a large part of the great Brazilian capitals and, consequently, the high number of buildings constructed in this country is located in coastal regions, so more aggressive. This work aims to evaluate the content of chlorine ions in the marine aerosol on the beach of Porto das Dunas, Aquiraz-CE in relation to the distance to the sea through the wet candle method established by NBR 6211 (ABNT, 2001), beyond a comparative analysis of the results found with values obtained in other studies in Brazilian cities to evaluate environmental aggressiveness. For it were selected four points at 76, 500, 650 and 1000 meters from the coast, when chloride ion were measured monthly according with NBR 6211 (ABNT, 2001). Climatological measures were also extracted for results evaluation and study characterization. It was observed that the content of chlorides decays exponentially with distance from the sea. Aquiraz presented similar behavior only to the study conducted at Fortaleza, obtaining high aggressiveness even at 800 meters. Therefore these cities are far more aggressive than the other Brazilian coast cities. Keywords: Chlorine ions, corrosion, wet candle, NBR 6211 (ABNT, 2001), aggressiveness.

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Introdução

Souza e Ripper (1998) ressaltam que houve a necessidade, na virada de 1960 e 1970, de pesquisas de outros critérios além de esforços solicitantes e capacidade resistente das estruturas para garantir o sucesso da estrutura em razão de diversos casos de variações de desempenho estruturais, fracassos no comprimento de função da estrutura, reabilitações e reforços estruturais. Com isso introduziu-se o conceito de durabilidade. Em estudos realizados no Brasil, Pontes (2006), citando trabalhos de Carmona e Marega (1988) e de Nince e Clímaco (1996), ressalta que em São Paulo e Brasília, detectou-se que 30% dos problemas com edifícios estão relacionados à corrosão. Já em Vitória, por exemplo, estudos realizados em edificações na praia do Canto, os problemas relacionado à corrosão equivalem a 23% das manifestações patológicas das edificações (GRIJÓ; NOGUEIRA; REGIANI, 2007 apud BORBA JUNIOR, 2011). Dal Molin (1988, apud PONTES, 2006) observou em seus estudos, na região Sul, que a corrosão alcança a marca de 40%. Na região Norte, Aranha (1994) observou 46% enquanto que em Recife, Andrade (1997, apud PONTES, 2006) chegou à elevada marca de 64%. Para Meira e Padaratz (2002), os custos de manutenção das estruturas são bastante significativos, podendo chegar a ultrapassar o patamar de 40% em relação ao custo de execução de uma obra. As perdas com reabilitações de obras deterioradas, apenas através do fenômeno da corrosão de armaduras, giram em torno de 1,25% a 3,5% do PIB de países em desenvolvimento. Inserida nesse contexto, a NBR 6118 (ABNT, 2007) incorporou a classificação de agressividade ambiental dividindo-a em quatro classes, variando de agressividade fraca até muito forte, classificadas de I a IV. O ambiente marinho foi classificado na classe III e os locais sujeitos aos respingos de marés na classe IV. Para Portella e Cabral (2013), o principal agente agressor do ambiente marinho é o íon cloro, responsável pela grande velocidade e intensidade da corrosão das armaduras e da deterioração do concreto nas estruturas. Portanto a norma supracitada impõe maior rigidez quanto a exigências de projetos estruturais e especificação de materiais e serviços, com base na agressividade ambiental, mesmo que de maneira subjetiva. Inúmeros estudos de agressividade ambiental já foram realizados no Brasil e no mundo. Porém, não há avaliações dessa espécie na praia do Porto das Dunas, localizada em Aquiraz. De acordo com dados do IBGE, esse distrito evidenciou um crescimento populacional de 26,31% entre 1991 e 2000. O Porto das Dunas se apresenta como área de grande ocupação com elevada quantidade de segundas residências que motivam a flutuabilidade populacional na área. A maioria dos proprietários de imóveis reside em Fortaleza e somente se dirigem àquela área nas férias, fins de semanas e feriados, caracterizando-o como de elevado potencial econômico e produtivo no setor turístico (ANDRADE, 2008). Tendo em vista essa conjuntura, este trabalho tem por objetivo analisar o teor de íons cloro presente na atmosfera da região da praia do Porto das Dunas em Aquiraz/CE, através do método da vela úmida estabelecido pela NBR 6122 (ABNT, 2001). ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2014 – 56CBC

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Metodologia

Para quantificar o teor de íons cloretos na praia do Porto das Dunas em relação à distância da costa, realizou-se o procedimento experimental estabelecido pela NBR 6211 (ABNT, 2001). Este método tem por objetivo a determinação, através de análise química, do teor de cloretos inorgânicos existentes na atmosfera e depositados sobre a superfície de área conhecida, durante um período de tempo em torno de trinta dias. Os procedimentos dessa norma são similares aos adotados pela American Society for Testing and Materials (ASTM) sob a denominação de G140-02(2008) – Standard Test Method for Determining Atmospheric Chloride Deposition Rate by Wet Candle Method. A vela úmida, de acordo com a NBR 6211 (ABNT, 2001), consiste em um cilindro envolvido com gaze cirúrgica e fixado a um frasco coletor por meio de uma rolha. O cilindro é constituído de material inerte como vidro ou polietileno, de aproximadamente 2,5 cm de diâmetro, sobre o qual é enrolada uma camada dupla de gaze cirúrgica. A área da superfície da gaze exposta à atmosfera deve ser de aproximadamente 100 cm². O cilindro é introduzido numa rolha de borracha, ficando com uma altura aproximada de 15 cm acima dessa. A rolha deve possuir dois tubos de vidro localizados o mais próximo possível do cilindro, pelos quais passam as extremidades da gaze, que devem atingir o fundo do frasco. Estes tubos devem ter formato adequado para que o líquido que desce pela gaze seja drenado, sem perda, para o frasco coletor. O frasco coletor deve ser de vidro, polietileno ou outro material inerte, com aproximadamente 800 ml de capacidade. Fez-se também uma caracterização climatológica do local, por meio da determinação de parâmetros de velocidade e de direção do vento, umidade, precipitação, temperatura, semanalmente, com base em dados disponíveis no Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). É válido ressaltar que esse instituto estabelece três medidas de vento: direção, velocidade média e rajadas de vento, com ocorrência de até 3 segundos. No caso a diferença entre o segundo e o terceiro parâmetros é que o segundo apresenta a média das velocidades encontradas no período de uma hora, enquanto que o terceiro, ou seja, a rajada de vento, é a máxima velocidade encontrada no mesmo período.

2.1 Localização das velas úmidas O estudo foi feito por meio da instalação de quatro velas úmidas, sendo a primeira instalada em cima da laje da guarita de acesso da praia de um condomínio localizado em frente ao mar, distante 76m deste. A segunda, na coberta do bloco 59, distante 500m do mar, e a terceira na coberta do bloco 40, distante 650m do mar, sendo ambos os blocos do mesmo condomínio. A quarta vela úmida foi disposta em um outro condomínio a 1000m de distância do mar. Utilizou-se ainda uma quinta vela úmida, a qual foi instalada no Laboratório de Materiais de Construção Civil (LMCC) da UFC para servir de ensaio branco, sendo essa utilizada a título de comparação com as velas expostas às condições ambientais. A Figura 1 apresenta esquematicamente a localização das velas úmidas em relação ao mar.

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Figura 1 - Disposição das velas úmidas.

As velas ficaram expostas durante os meses de agosto, setembro e outubro de 2013, totalizando três coletas para cada vela instalada. Em cada mês elas foram retiradas, para se fazer a determinação de íons cloro no ar atmosférico conforme estabelecido na NBR 6211 (ABNT, 2001), sendo substituídas por novas velas úmidas para nova exposição nos mesmos locais pré-fixados para o mês subsequente. É válido ressaltar que todo o procedimento de preparo das velas úmidas foi realizado conforme a NBR 6211 (ABNT, 2001).

2.2 Procedimento de amostragem Conforme recomendações da NBR 6211 (ABNT, 2001), o procedimento de amostragem abaixo foi realizado tanto para as velas instaladas na praia como para a vela do ensaio branco: a) Foi instalada a vela conforme descrito no item 3.3.4 da norma supracitada e deixando-a exposta por um período de 30 dias; b) Terminado o tempo de exposição, a gaze foi retirada com uma pinça e colocada em um recipiente com cerca de 200 mL de água destilada; c) Para que todos os íons cloro fossem dissolvidos, a solução foi bem agitada; d) A gaze, então, foi retirada da solução e lavada com água, sendo esta reservada; e) As soluções do frasco coletor e as águas de lavagem foram misturadas, usando-se água destilada até completar um volume conhecido (VT); f) Por fim, a amostra foi identificada, anotando-se a área da superfície exposta, em metros quadrados (S), o volume total da amostra em mililitros após diluição com água (VT), o local e o tempo de exposição em dias (t). ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2014 – 56CBC

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2.3 Determinação do teor de íons cloro Segundo a NBR 6211 (ABNT, 2001), o íon cloro resultante da absorção em água contendo glicerol é titulado com solução diluída de nitrato de mercúrio na presença do indicador misto difenilcarbazona e azul-de-bromofenol. O ponto final da titulação é a formação do composto mercúrio-difenilcarbazona, de cor azul-violeta, em uma faixa de valores de pH de 2,3 a 2,8. Os reagentes utilizados na determinação foram os seguintes: a) Ácido nítrico ( d=1,42); b) Nitrato mercúrico ( ); c) Indicadores mistos: difenilcarbazona e azul-de-bromofenol; d) Etanol ( ) a 95%; e) Hidróxido de sódio (NaOH). A NBR 6211 (ABNT, 2001) expressa os resultados obtidos com a análise da vela úmida em massa de cloreto por unidade de área e tempo, através da equação 1:

(Equação 1)

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Resultados

3.1 Análise climatológica Observou-se que a direção do vento teve uma variação de 109º a 119º. A velocidade média dos ventos sempre se manteve acima de 3 m/s, mas sem ultrapassar a marca de 4 m/s. Contudo ressalta-se que se observou, no período analisado, rajadas com velocidades de até 9,77 m/s, bem acima da média. A umidade relativa, no período do estudo, apresentou variação entre 60% e 75%. Tendo em vista que a umidade relativa esteve consideravelmente abaixo de 95% e acima de 50%, pode-se inferir que esse parâmetro atmosférico, nessas condições, gera um ambiente propício para corrosão. O período em estudo coincidiu com o período de baixa pluviometria. Contudo vale ressaltar que o primeiro mês analisado apresentou precipitação significativamente superior aos outros meses em estudo, influenciando nos resultados de deposição de cloretos. Em se tratando de temperatura, pôde-se observar uma diminuta variação no período de estudo, sendo esse parâmetro praticamente constante, influenciando pouco na variabilidade de deposição de cloretos nos meses avaliados. Todos os dados discutidos acima estão apresentados no quadro 1.

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Quadro 1 – Caracterização climatológica

Período 05/ago a 07/set 10/set a 09/out 09/out a 06/nov

RESUMO Direção Velocidad Rajada predominant e média de e do vento do vento vento 8,22 119º 3,40 m/s m/s 8,73 112º 3,66 m/s m/s 8,79 109º 3,66 m/s m/s

Umidad Temperatur Precipitaçã e a média o do mês relativa 68,48 %

27,16 ºC

22,6 mm

66,46 %

27,50 ºC

7,8 mm

66,56 %

27,76 ºC

9,8 mm

3.2 Deposição de íons cloro Os resultados da determinação do teor de cloretos pelo método da vela úmida nos meses analisados estão apresentados no quadro 2. Quadro 2 – Concentração de cloreto no período estudado

Estação 1 2 3 4

Concentração de cloretos (mg/m².dia) 05/ago a 10/set a 09/out a Distância 07/set 09/out 06/nov 76 783,57 1670,93 1837,44 500 271,93 115,60 122,58 650 131,98 111,05 258,29 1000 185,72 103,14 116,23

Média 1430,65 170,04 167,11 135,03

Observou-se claramente o decréscimo de deposição de cloretos com o aumento da distância em relação ao mar. É possível também perceber uma significativa diferença na deposição de cloretos a 76 metros do mar do primeiro mês em relação aos dois meses seguintes, ultrapassando o dobro daquela deposição. Os dados de deposição média de íons cloro permitiram gerar curva exponencial (equação 2), com coeficiente de determinação R² = 0,7805, significando de 78,05% da variância de y (teor de cloretos) é explicada pela variância de x (distância do mar), conforme pode ser visto na figura 2. y = 1134,4e-0,003x

(Equação 2)

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Figura 2 - Deposição média de íons cloro

A função exponencial tipo y = aebx pode ser linearizada aplicando-se logaritmo natural em ambos os lados da equação, obtendo assim uma equação linear do tipo y = A + b.x. Com isso, obtém-se o resultado apresentado na figura 3, com a equação 3 e coeficiente de determinação R² = 1.

Figura 3 - Modelo linearizado de deposição média de íons cloro

y = -0,003x + 7,0339

(Equação 3)

Alguns pesquisadores realizaram medições em outras cidades brasileiras, tais como Portella e Cabral (2013) na Praia do Futuro, em Fortaleza; Oliveira (2013) na praia de Iracema, em Fortaleza; Costa (2001) em Salvador, Meira e Padaratz (2002) em João ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2014 – 56CBC

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Pessoa, Pontes (2006) em Recife e Borba Junior (2011) em Vitória. O quadro 3 e a figura 4 apresentam os resultados obtidos nesses estudos e o quadro 4 mostra uma análise comparativa desses resultados.

Y=664,99e-0,0095x

Y=131,38e-0,0033x

Y=9e-0,0004x

Y=571,25e-0,013x

976,39

730,62

149,27

413,55

111,40

8,82

298,22

100

840,38

677,15

144,14

257,18

94,45

8,65

155,68

200

622,57

581,66

134,39

99,46

67,90

8,31

42,43

300

461,21

499,64

125,31

38,47

48,82

7,98

11,56

400

341,67

429,19

116,84

14,88

35,10

7,67

3,15

500

253,12

368,67

108,94

5,75

25,23

7,37

0,86

600

187,52

316,68

101,57

2,23

18,14

7,08

0,23

700

138,91

272,02

94,71

0,86

13,04

6,80

0,06

800

102,91

233,67

88,30

0,33

9,38

6,54

0,02

900

76,24

200,72

82,33

0,13

6,74

6,28

0,00

1000

56,48

172,41

76,77

0,05

4,85

6,03

0,00

0,00152x

50

Y= 788,31128e-

Distância em relação ao mar (m)

Y= 154,59e-0,0007x

Vitória

Y=1134,4e-0,003x

Quadro 3 – Comparação de resultados com outras cidades brasileiras Concentração de cloretos (mg/m².dia) Aquiraz Fortaleza Fortaleza (Praia (Porto das (Praia de Recife João Pessoa Salvador do Futuro) Dunas) Iracema)

Figura 4 - Comparação de deposição média de íons cloro em várias cidades brasileiras (Próprio autor; Portella e Cabral (2013); Oliveira (2013); Pontes (2006); Meira e Padaratz (2002); Costa (2001); Borba Junior (2011))

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Distância em relação ao mar (m)

Quadro 4 – Comparativo de agressividade Comparativo de agressividade Fortaleza Fortaleza Aquiraz (Porto das João (Praia do (Praia de Recife Dunas) Pessoa Futuro) Iracema)

Salvador

Vitória

Cloreto(mg/m².dia)

% mais agressivo

% mais agressivo

% mais agressivo

% mais agressivo

% mais agressivo

% mais agressivo

100

840,38

24%

483%

227%

790%

9619%

440%

200

622,57

7%

363%

526%

817%

7394%

1367%

300

461,21

-8%

268%

1099%

845%

5678%

3889%

400

341,67

-20%

192%

2197%

874%

4355%

10742%

500

253,12

-31%

132%

4300%

903%

3335%

29372%

600

187,52

-41%

85%

8328%

934%

2549%

80014%

700

138,91

-49%

47%

16043%

965%

1942%

217672%

800

102,91

-56%

17%

30823%

998%

1475%

591865%

900

76,24

-62%

-7%

59134%

1031%

1114%

1609027%

1000

56,48

-67%

-26%

113366%

1066%

836%

4373961%

Comparando-se o resultado obtido no Porto das Dunas em Aquiraz com os de outras cidades brasileiras, pode-se inferir algumas relações. Assim como verificado nos outros estudos, a deposição de íons cloro decresce exponencialmente à medida que se afasta do mar em direção ao continente. Todavia, têm-se elevadas concentrações de cloretos mesmo a 800 metros da costa, caso observado somente na praia do Futuro em Fortaleza. Notadamente essas duas cidades litorâneas apresentam características ambientais bem mais agressivas do que as outras cidades. Assim, só pelo motivo de a Praia do Porto das Dunas apresentar elevadas concentrações de cloretos em seu ar atmosférico, já é possível considerar qualitativamente esta região como agressiva, merecendo cuidados especiais com cobrimento, resistência do concreto, dentre outros.

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Conclusões

Os resultados desse estudo confirmaram o alto teor de íons cloro e portanto a alta agressividade da praia do Porto das Dunas, quando comparados com outros resultados obtidos em cidades brasileiras. O estudo aponta que as condições meteorológicas da região se mostram bastantes favoráveis à formação da névoa salina de origem marinha, principalmente em se tratando de vento e precipitação. O método da vela úmida mostrou-se ser uma boa técnica na determinação de íons cloro de uma região de atmosfera marinha, independente das características climatológicas do meio ambiente. Foi verificado, conforme diversos trabalhos publicados, que a taxa de deposição de íons cloro decresce exponencialmente na medida em que se afasta do mar e adentra o continente. No caso da região da praia do Porto das Dunas, semelhante somente à praia do Futuro em Fortaleza, a névoa salina é ainda bastante elevada aos 800 metros de ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2014 – 56CBC

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distância do mar, indicando que, embora decrescendo exponencialmente, deve se estender um pouco mais além deste limite. Com isso, com o aumento número de novos empreendimentos nesse local, faz-se necessário uma análise mais crítica na confecção de projetos nessa área uma vez que essa zona possui significativa agressividade. Por fim, é importante ressaltar que os dados obtidos nesta pesquisa se referem, exclusivamente, a um trecho específico da Praia do Porto das Dunas (Aquiraz/CE), pois, como foi observado, existem discrepâncias no comportamento de outras regiões brasileiras. Contudo desse trabalho pode-se inferir o quão agressivo é a região estudada, sendo, portanto, necessária uma melhor avaliação de critérios de projeto para a confecção de estruturas mais econômicas no médio e longo prazos e duráveis.

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Referencias

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