Cap30 - Ações de agentes biológicos no concreto

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Capítulo 30
Ações de Agentes Biológicos no Concreto
Sayonara M. M. Pinheiro – UNIVASF
Moema Ribas Silva – UFES
•Livro Concreto: Ciência e Tecnologia
•Editor: Geraldo C. Isaia
I t d ãIntrodução
•CONCRETO
 Edificações
 Obras de arteCONCRETO Obras de arte
 Barragens
 Monumentos históricos
•Expostos à ação meio ambiente
•Durabilidade e bom desempenho
•Livro Concreto: Ciência e Tecnologia
•Editor: Geraldo C. Isaia
I t d ãIntrodução
•Durabilidade
•Capacidade estrutural
•Aspecto estético
 fissuras
 eflorescências 
 manchas
•estado de falência
 manchas
•Inaceitáveis pelo mercado consumidor
•Livro Concreto: Ciência e Tecnologia
•Editor: Geraldo C. Isaia
I t d ãIntrodução
•Pesquisas desenvolvidas  prevenir
 identificar o mecanismo
 tratar
M i d•Mecanismos de 
deterioração 
recentementerecentemente 
observado •BIODETERIORAÇÃO
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•Editor: Geraldo C. Isaia
I t d ãIntrodução
•Mudança indesejável nas
•Biodeterioração 
•Mudança indesejável nas 
propriedades de um material causada 
pela atividade vital de um p
microrganismo
• complexo • condições ambientais
• multidisciplinar
• interação
• comunidade microbiológica
natureza do materialinteração • natureza do material
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M i d Bi d t i ãMecanismos de Biodeterioração
Figura 1 – Condições de Desenvolvimento do Mecanismo de Biodeterioração
•Livro Concreto: Ciência e Tecnologia
•Editor: Geraldo C. Isaia
Figura 1 Condições de Desenvolvimento do Mecanismo de Biodeterioração.
M i d Bi d t i ãMecanismos de Biodeterioração
•fungos
•Microrganismos
g
•bactérias
•algas
presença de água
•leveduras
•liquens
presença de água
presença de nutrientes
fontes de carbono
•protozoários
fontes de carbono
temperatura
pHCondições ambientais p
concentração de 
oxigênio
ç
•Material condições, oferecidas pelo material, de ser 
colonizado e ter a sua Bioreceptividade
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colonizado e ter a sua 
estrutura alterada.
Bioreceptividade
M i d Bi d t i ãMecanismos de Biodeterioração
Bioreceptividade do concreto
é a capacidade oferecida por um material de ser colonizado por 
um ou mais grupos de organismos vivos, sem ser 
i t d t i dnecessariamente deteriorado
P t i l Bi ti•Potencial Bioreceptivo
•(i) pela rugosidade superficial
•(ii) pelas porosidades inicial e capilar e 
•(iii) pela natureza mineralógica do material
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M i d Bi d t i ãMecanismos de Biodeterioração
Bioreceptividade do concreto
•(i) pela rugosidade superficial
•alto potencial bioreceptivo•alto potencial bioreceptivo
•(ii) pelas porosidades inicial e capilar
(iii) pela natureza mineralógica do material
•alto potencial bioreceptivo
 baixo potencial bioreceptivo → alcalinidade
 alterações microambientes → condições ambientais
 aumento do potencial bioreceptivo
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M i d Bi d t i ãMecanismos de Biodeterioração
Atividade metabólica dos microrganismos 
Figura 2 – Atividade metabólica de um microrganismo sobre um substrato
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M i d Bi d t i ãMecanismos de Biodeterioração
Atividade metabólica dos microrganismos 
•microrganismo ↔ concreto
(i) ancoragem do agente biológico sobre o material(i) ancoragem do agente biológico sobre o material
 alteração das características superficiais
(ii) alteração da microestrutura do concreto
d ã d l t t b li d t doação de elementos para o metabolismo dos agentes 
biológicos
 reação dos componentes com os produtos metabólitos reação dos componentes com os produtos metabólitos
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M i d Bi d t i ãMecanismos de Biodeterioração
Desenvolvimento do mecanismo sobre o concreto
Figura 3 – Formação do biofilme sobre o concreto
• ataque ácido • tensão de sais • complexação
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M i d Bi d t i ãMecanismos de Biodeterioração
Tipos de biodeterioração
(i) biodeterioração física ou mecânica
 rompimento do material, devido à pressão exercida, na p , p ,
sua superfície, pelo micro-organismo
(ii) biodeterioração estética(ii) biodeterioração estética
 mudança de coloração e surgimento de pátinas biológicas 
e manchas escuras
(iii) biodeterioração química
 assimilatória→ constituintes do material→ fonte de assimilatória → constituintes do material → fonte de 
nutriente → altera a microestrutura do concreto
 não assimilatória→ reação constituintes com os
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não assimilatória → reação constituintes com os 
metabólitos → altera a microestrutura do concreto
Impacto dos Microrganismos sobre o 
C tConcreto
Fases do concreto
•superfície concreto
•matriz cimento + agregado miúdo
•agregado graúdo
•armadura
Figura 4 – Fases do concreto suscetíveis à ação de microrganismos
 a matriz de cimento a matriz de cimento
 os agregados e 
 a armadura
•Biodeterioração
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 a armadura
Impacto dos Microrganismos sobre o 
C tConcreto
Matriz de cimento
•ancoragem → biofilme → pátinas 
biológicas biodeterioração estética
Figura 5 – Instalação da biodeterioração sobre o 
concreto biodeterioração estéticaconcreto – biodeterioração estética 
pátinas 
biológicas
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Figura 6 – Biodeterioração estética 
Impacto dos Microrganismos sobre o 
C tConcreto
Matriz de cimento
•ação na matriz pasta cimento → alteração 
mineralógica → alteração física 
Figura 7 – Instalação da biodeterioração sobre o 
concreto biodeterioração química e física
biodeterioração química e física
concreto – biodeterioração química e física
produtos metabólicos ↔ pasta de cimento •CH
•microrganismos
solubilização e lixiviação de 
compostos como o hidróxido
de cálcio→ redução da propriedadede cálcio → redução da propriedade 
coesiva da pasta
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Figura 8 – CH solubilizado na presença de 
microrganismo
Impacto dos Microrganismos sobre o 
C tConcreto
Matriz de cimento
Figura 9 – Avanço do microrganismo 
interior do concretointerior do concreto 
avanço ao interior do concreto
•CH
•microrganismos
 a redução progressiva da coesão 
do material 
 o ingresso de substânciaso ingresso de substâncias 
agressivas ao concreto
 a corrosão microbiológica da 
d
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Figura 10 – CH solubilizado na presença de 
microrganismo
armadura
Impacto dos Microrganismos sobre o 
Concreto mica biotitaConcreto
Agregado
mica biotita[a] microrganismos
 agregado calcáreo – solubilização 
dos produtos cálcicos→ ação dos •micados produtos cálcicos ação dos 
metabólitos ácidos
 mica - solubilização → ação de 
metabólitos como os ácidos cítrico e
•mica 
muscovita
metabólitos como os ácidos cítrico e 
oxálico – fungos e bactérias
 sílica – solubilização → ação de 
[b]
metabólitos básicos - bactérias
agregados 
solubilizados
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Figura 11 – Mica (a) e agregado solubilizado 
Impacto dos Microrganismos sobre o 
ConcretoConcreto
Armadura
 ação na modificação do ambiente
•corrosão 
microbiológicaação na modificação do ambiente 
da interface concreto/armadura
 desestabilização da camada 
t t d d
g
protetora da armadura•Corrosão 
Microbiológica
Figura 12 – Corrosão microbiológica 
Microbiológica
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Impacto dos Microrganismos sobre o 
ConcretoConcreto
Ação das algas diatomáceas
 utilizam a sílica como nutrientes 
para o seu metabolismo
 concretos deteriorados → análise 
microestrutural → redução do teor de ç
sílica
 presença de algas diatomáceas → 
bi d t i ã í i i il tó ibiodeterioração química assimilatória
Figura 13 – Presença de alga diatomácea em 
concreto deteriorado – Fonte: Ribas Silva 1991
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concreto deteriorado Fonte: Ribas Silva 1991
Impacto dos Microrganismos sobre o 
ConcretoConcreto
Ambiente de esgoto
•bactériasbactérias 
sulfo-oxidantes
•H2S
•tubulação 
 produção do H2S pelas bactérias 
sulfo-redutoras
•lama
•água 
esgoto
•bactérias 
sulfo-redutoras
ç
concreto
sulfo redutoras
 produção do ácido sulfúrico pelas 
f
Figura 14 – Biodeterioração do concreto em 
ambientes de esgoto– Fonte: Helene, 1986  ataque do ácido sulfúrico aos 
bactérias sulfo-oxidantes
constituintes do concreto
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Métodos e Técnicas para o Estudo da 
BiodeterioraçãoBiodeterioração
Iniciais
 observação visual com documentação fotográfica
 coleta de amostras – documentação
 condições ambientais produção e tempo de exposição condições ambientais – produção e tempo de exposição
 tipos de materiais utilizados
 verificação da sanidade da estrutura
DRX áli té i áli í i ál l i ló i
Técnicas microestruturais
 DRX, análises térmicas, análises químicas, cálculo mineralógico, 
porosidade
Técnicas microbiológicas
 identificação do microrganismo
Técnicas microbiológicas
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•Editor: Geraldo C. Isaia
Métodos e Técnicas para o Estudo da 
BiodeterioraçãoBiodeterioração
Métodos acelerados
 utilizados na simulação, em laboratório, do desenvolvimento da 
biodeterioração
d t
Etapas
 preparo da amostra
 envelhecimento acelerado do material
 seleção do microrganismoseleção do microrganismo
 incubação em condições ambientes desejadas
 avaliação da biodeterioração – magnitude - modelagem
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•Editor: Geraldo C. Isaia
Prevenção e Tratamento para s 
Biodeterioração do ConcretoBiodeterioração do Concreto
Medidas preventivas projetoMedidas preventivas - projeto
 superfícies lisas
 utilização de detalhes arquitetônicos que evitem o acúmulo deutilização de detalhes arquitetônicos que evitem o acúmulo de 
água
Tratamentos - condições
 baixo custo
 facilidade de aplicação
 durabilidade
 manutenção estética
 inocuidade substrato ser humano ambiente inocuidade – substrato, ser humano, ambiente
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Prevenção e Tratamento para s 
Biodeterioração do ConcretoBiodeterioração do Concreto
Tratamentos métodosTratamentos - métodos
 limpeza – raspagem, escovação, lavagem sob pressão ou vapor
 químico – materiais hidrófugos ou biocidasquímico materiais hidrófugos ou biocidas
organo-silanes, silicones, acrílicos, resinas epóxi e acetato de 
polivinil
•Cuidado – podem ser 
nutrientes para outros 
Adoção do método adequado de 
tratamento depende da 
identificação do microrganismo pmicrorganismos
Estudos preventivos
identificação do microrganismo
Estudos preventivos
 redução da bioreceptividade do material
•Livro Concreto: Ciência e Tecnologia
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