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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE GOIÁS
TECNOLOGIA DA CONSTRUÇÃO CIVIL
CURSO SUPERIOR EM PLANEJAMENTO E CONSTRUÇÃO DE EDIFÍCIOS
Elizeth Neves Cardoso
Lívia Leite de Cantuária
ANÁLISE DO PROCESSO DE PASSIVAÇÃO
DAS ARMADURAS NO CONCRETO
Goiânia-GO, Agosto/2005
CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE GOIÁS
TECNOLOGIA DA CONSTRUÇÃO CIVIL
CURSO SUPERIOR EM PLANEJAMENTO E CONSTRUÇÃO DE EDIFÍCIOS
Elizeth Neves Cardoso
Lívia Leite de Cantuária
ANÁLISE DO PROCESSO DE PASSIVAÇÃO
DAS ARMADURAS NO CONCRETO
Trabalho de Conclusão do Curso de
Planejamento e Construção de Edifícios
apresentado à Coordenação de
Construção Civil do Centro Federal de
Educação Tecnológica de Goiás.
Prof. Orientadora Giana Sousa Sena Rodrigues
Goiânia-GO, Agosto/2005
Cardoso, Elizeth Neves e Cantuária, Lívia Leite de
Análise do processo de passivação das armaduras no
concreto. Goiânia, 2005.
Orientadora: Giana Sousa Sena Rodrigues.
Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) –
Centro Federal de Educação Tecnológica de Goiás,
Planejamento e Construção de Edifícios.
1. Introdução, 2. Estrutura de concreto, 3. Corrosão
das armaduras, 4. Prevenção e reparos de estruturas de
concreto com corrosão nas armaduras, 5. Considerações
finais, I. Rodrigues, Giana Sousa Sena, II. Centro Federal de
Educação Tecnológica de Goiás, Tecnologia da Construção
Civil, Planejamento e Construção de Edifícios, III. Título.
Dedicatória
Dedicamos este trabalho à nossa família, pai, mãe e irmãos, que nos apoiaram a cada
instante de nossas vidas, pela busca constante do aprendizado e à grande amizade, que
cultivamos durante os anos de estudo nesta instituição de ensino, procurando desta
forma, finalizarmos juntas, mais uma etapa de nossas vidas.
Agradecimentos
A Deus que sempre nos iluminou dando forças para vencer os obstáculos do
dia-a-dia, aos amigos que, a cada momento, nos incentivaram com demonstração de
afeto sincero nos momentos de tristeza e alegria, a todos que nos apoiaram direta e
indiretamente para a conclusão desta pesquisa e a nossa querida orientadora, Professora
Giana Sena, pela dedicação e disciplina para conosco na convivência diária.
RESUMO
O uso do concreto como material estrutural não seria tão abrangente se não
fosse possível armá-lo com aço. Desta forma a união do concreto com o aço vem da
necessidade de uso de um material estrutural resistente aos vários tipos de esforços
gerados pela aplicação de carga em uma edificação. Isso porque o concreto – mistura de
cimento, agregados, aditivos e água – embora bastante resistente a esforços de
compressão, apresenta deficiências no combate aos esforços de tração. Dessa forma, a
armadura contribui com o desempenho estrutural do concreto, aumentando a resistência
à tração do conjunto.
No interior do concreto, o aço está protegido do fenômeno da corrosão,
devido à presença de uma capa ou película protetora de caráter passivo, que envolve o
mesmo. É a chamada proteção química, responsável pela passivação da armadura
devido à natureza alcalina do cimento.
O Brasil possui várias edificações em áreas industriais e nas proximidades
do mar, o que as torna vulneráveis aos ataques de agentes deletérios catalisadores da
corrosão. Além do mais, grande parte dos problemas estruturais no país deve-se ao
comprometimento dos projetistas e executores das edificações, principalmente no que
diz respeito a resguardar a durabilidade estrutural.
A presente pesquisa tem como objetivo a análise do processo de passivação
das armaduras no concreto, resguardando os aspectos benéficos, bem como a
identificação dos principais mecanismos, agentes agressivos e outros fatores
relacionados ao processo de corrosão.
Palavras Chaves: passivaçäo, concreto, armadura, corrosäo e reparo.
SUMÁRIO
Lista de Figuras
Lista de Tabelas
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1
1.1 JUSTIFICATIVA ............................................................................................................. 2
1.2 OBJETIVOS GERAIS ...................................................................................................... 3
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................................................. 3
2 CONCRETO: MATERIAIS E PROPRIEDADES ............................................... 4
2.1 MATERIAIS .................................................................................................................. 4
2.1.1 Cimento .................................................................................................................... 4
2.1.2 Água ......................................................................................................................... 6
2.1.3 Agregados ................................................................................................................ 7
2.1.3.1 Classificação dos agregados quanto à origem .................................................... 8
2.1.3.2 Classificação dos agregados quanto às dimensões (NBR 7211/1983) ................ 8
2.1.3.3 Classificação dos agregados quanto ao peso unitário ......................................... 8
2.1.4 Aditivos .................................................................................................................... 9
2.1.5 Adições minerais ................................................................................................... 10
2.1.6 Aço ......................................................................................................................... 11
2.2 PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO FRESCO ................................................... 12
2.3 PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO ENDURECIDO ........................................... 13
2.3.1 Retração ................................................................................................................ 13
2.3.2 Porosidade ............................................................................................................. 13
2.3.3 Permeabilidade ...................................................................................................... 14
2.3.4 Absorção capilar ................................................................................................... 14
2.3.5 Durabilidade .......................................................................................................... 15
2.4 INTERAÇÃO DOS MATERIAIS E PASSIVAÇÃO DAS ARMADURAS ................................... 16
2.4.1 Produtos de hidratação ......................................................................................... 16
2.4.2 Silicato de cálcio hidratado (C-S-H) ..................................................................... 16
2.4.3 Hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) ............................................................................. 17
2.4.4 Formação da película passivadora ....................................................................... 17
3 CORROSÃO DAS ARMADURAS ....................................................................... 20
3.1 CORROSÃO QUÍMICA .................................................................................................. 20
3.2 CORROSÃO ELETROQUÍMICA...................................................................................... 20
3.3 CLASSIFICAÇÃO DA CORROSÃO ................................................................................. 22
3.3.1 Classificação pela localização do ataque ............................................................. 22
3.3.1.1 Corrosão generalizada ....................................................................................... 22
3.3.1.2 Corrosão localizada ........................................................................................... 23
3.3.2 Classificação baseada em fatores mecânicos ....................................................... 23
3.3.2.1 Corrosão-erosão ................................................................................................. 23
3.3.2.2 Corrosão sob tensão ........................................................................................... 24
3.4 CORROSÃO DAS ARMADURAS NO CONCRETO ............................................................. 24
3.4.1 Proteção física da armadura ................................................................................. 24
3.4.1.1 Cobrimento segundo NBR 6118 ......................................................................... 25
3.4.2 Fenômeno da despassivação das armaduras ........................................................ 29
3.4.2.1 Fatores desencadeantes de corrosão ................................................................. 30
3.4.2.1.1 Lixiviação ........................................................................................................ 30
3.4.2.1.2 Carbonatação ................................................................................................... 31
3.4.2.1.3 Ácidos .............................................................................................................. 32
3.4.2.1.4 Sais .................................................................................................................. 33
3.4.2.1.4.1 Ataque por cloretos .................................................................................... 34
3.4.2.2 Fatores aceleradores de corrosão ...................................................................... 37
3.4.2.2.1 Conteúdo de umidade ...................................................................................... 37
3.4.2.2.2 Proporção de cloretos ...................................................................................... 38
3.5 PARÂMETROS DETERMINANTES DA VELOCIDADE E PROFUNDIDADE DE ALCANCE DOS
AGENTES AGRESSIVOS ........................................................................................................ 39
3.5.1 Concentração de CO2 ............................................................................................ 39
3.5.2 Umidade relativa do ambiente .............................................................................. 39
3.5.3 Tipo e quantidade de cimento ................................................................................ 40
3.5.4 Relação água/cimento ........................................................................................... 40
3.5.5 Condições de cura ................................................................................................. 40
3.5.6 Fissuras ................................................................................................................. 41
4 PREVENÇÃO E REPARO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO COM
CORROSÃO NAS ARMADURAS ................................................................................ 42
4.1 TÉCNICAS ELETROQUÍMICAS PARA AVALIAÇÃO DA CORROSÃO DAS ARMADURAS ..... 43
4.1.1 Técnicas de resistência elétrica ............................................................................. 43
4.1.2 Potencial de corrosão ............................................................................................ 44
4.1.3 Ruído eletroquímico .............................................................................................. 46
4.1.4 Curvas de polarização ........................................................................................... 47
4.1.5 Resistência de polarização .................................................................................... 48
4.2 ESTRATÉGIA DE REPARO ........................................................................................... 49
4.2.1 Reparo localizado .................................................................................................. 53
4.2.2 Proteção catódica .................................................................................................. 55
4.2.2.1 Por corrente impressa ........................................................................................ 55
4.2.2.2 Por ânodo de sacrifício (proteção galvânica) .................................................... 56
4.2.3 Extração eletroquímica de cloretos ....................................................................... 57
4.2.4 Realcalinização do concreto carbonatado ............................................................ 58
4.2.4.1 Realcalinização eletroquímica ........................................................................... 59
4.2.4.2 Realcalinização por difusão e absorção de solução alcalina ............................ 60
4.2.5 Inibidores de corrosão .......................................................................................... 61
4.3 PROTEÇÃO E COBRIMENTO DAS ARMADURAS ............................................................ 63
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................. 65
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 67
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 2.1 – Diagrama de equilíbrio termodinâmico de Pourbaix. Potencial x
pH para o sistema Fe-H2O a 25°C (NEPOMUCENO, 1992)..................................
18
FIGURA 3.1 – Formação da pilha de corrosão (HELENE, 1986).......................... 21
FIGURA 3.2 – Morfologia da corrosão (ANDRADE, 1992).................................. 22
FIGURA 3.3 – Tipos de corrosão e fatores que provocam (CASCUDO, 1997)..... 23
FIGURA 3.4 – Representação esquemática da deterioração de um cilindro de
concreto exposto à água do mar (MEHTA e MONTEIRO,
1994)........................................................................................................................
28
FIGURA 3.5 – Modelo de vida útil de (Tutti, 1982)............................................... 29
FIGURA 3.6 – Avanço do processo de carbonatação (CEB/BI 152, 1984)............ 31
FIGURA 3.7 – Corrosão com formação de pites (Araújo, 2004)............................ 35
FIGURA 3.8 – Esquema da influência de parâmetros relacionados com a
qualidade do concreto e umidade ambiental sobre o conteúdo crítico de cloretos
(CEB/BI 152, 1984).................................................................................................
36
FIGURA 3.9 – Teor de umidade dos poros em função da umidade do ambiente
(Andrade, 1992).......................................................................................................
38
FIGURA 3.10 – Corrosão em fissuras transversais e longitudinais (Andrade,
1992)........................................................................................................................
41
FIGURA 4.1 – Origem das manifestações patológicas com relação às etapas de
produção e uso das obras civis de concreto armado (HELENE e FIGUEIREDO,
2003)........................................................................................................................
42
FIGURA 4.2 – Instalação de sonda de resistência elétrica em tabuleiro de ponte
(CASCUDO, 1997)..................................................................................................
43
FIGURA 4.3 – Esquema para medida dos potenciais de corrosão (CASCUDO,
1997)........................................................................................................................
45
FIGURA 4.4 – Diagrama de blocos mostrando a instrumentação para medida dos
ruídos eletroquímicos (CASCUDO, 1997)..............................................................
46
FIGURA – 4.5 Dispositivo básico para determinação das curvas de polarizaçã
(CASCUDO, 1997)..................................................................................................
47
FIGURA 4.6 – Sistema para medidas de resistência de polarização (CASCUDO,
1997)........................................................................................................................
49
FIGURA 4.7 – Estrutura do método para resolução de problemas patológicos
(LICHTENSTEIN, 1985).........................................................................................
51
FIGURA 4.8 – Método de proteção direta da armadura (HELENE, 1997)............. 52
FIGURA 4.9 – Método de proteção indireta da armadura, aplicados no concreto
ou na sua superfície (HELENE, 1997).....................................................................
52
FIGURA 4.10 – Esquema de um sistema completo de reparo localizado
(ANDRADE et. al., 1997)........................................................................................
53
FIGURA 4.11 – Esquema simplificado de proteção catódica por corrente
impressa (TULA & HELENE, 2001)......................................................................
56
FIGURA 4.12 – Princípio da extração eletroquímica de cloretos (MIETZ, 1998).. 58
FIGURA 4.13 – Princípio da realcalinização eletroquímica................................... 59
FIGURA 4.14 – Esquema da realcalinização por absorção/difusão........................ 60
FIGURA 4.15 – Espaçamentos entre barras (mínimos) (CARVALHO e FILHO,
2004)........................................................................................................................
64
LISTA DE TABELAS
TABELA 2.1 – Efeitos de impurezas e seus limites de tolerância (ALVES,
1982)........................................................................................................................
7
TABELA 2.2 – Tipos de aditivos e suas finalidades............................................... 10
TABELA 3.1 – Classes de agressividade ambiental (NBR 6118/2003).................. 26
TABELA 3.2 – Correspondência entre classe de agressividade ambiental e
cobrimento nominal para Δc = 10mm (NBR 6118/2003)........................................
28
TABELA 3.3 – Exigências de durabilidade relacionadas à fissuração e à
proteção da armadura, em função das classes de agressividade ambiental (NBR
6118/2003)...............................................................................................................
29
TABELA 3.4 – Valores de cloretos relacionados com possibilidade de corrosão
em concreto..............................................................................................................
39
TABELA 4.1 – Critérios de avaliação dos resultados das medidas de potenciais
de acordo com a ASTM C-876. (CASCUDO, 1997)..............................................
44
TABELA 4.2 – Vantagens e desvantagens dos métodos de proteção catódica por
corrente impressa (TULA e HELENE, 2001)..........................................................
56
TABELA 4.3 – Vantagens e desvantagens dos métodos de proteção catódica por
ânodo de sacrifício (TULA e HELENE, 2001)........................................................
57
TABELA 4.3 – Ação de alguns inibidores de corrosão no concreto
(GONÇALVES et. al., 2003)...................................................................................
63
Capítulo 1 – Introdução
1
1 INTRODUÇÃO
O uso do concreto como material estrutural não seria tão abrangente se não
fosse possível armá-lo com aço. Desta forma a união do concreto com o aço vem da
necessidade de uso de um material estrutural resistente aos vários tipos de esforços
gerados pela aplicação de carga em uma edificação. Isso porque o concreto – mistura de
cimento, agregados, aditivos e água – embora bastante resistente a esforços de
compressão, apresenta deficiências no combate aos esforços de tração. Dessa forma, a
armadura contribui com o desempenho estrutural do concreto, aumentando a resistência
à tração do conjunto.
No interior do concreto, o aço está protegido do fenômeno da corrosão,
devido à presença de uma capa ou película protetora de caráter passivo, que envolve o
mesmo. É a chamada proteção química, responsável pela passivação1 da armadura
devido à natureza alcalina do cimento (LEEK & POOLE et. al., apud CASCUDO,
1997). No entanto, qualquer diferença de potencial que se produza entre dois pontos da
barra, por umidade, aeração, concentração salina ou mesmo por tensões diferenciais no
aço, é capaz de desencadear pilhas2, cadeias de pilhas conectadas em série e na maioria
das vezes micro-pilhas; podendo até mesmo alternar a posição dos pólos, ocasionando a
corrosão generalizada (VERBECK, 1975 apud HELENE, 1986).
Entende-se por corrosão a interação destrutiva de um material com o
ambiente, seja por agentes agressivos químicos, físicos e/ou biológicos. Analisando o
processo de corrosão das armaduras no interior do concreto, o processo de
despassivação da armadura pode ser classificado como corrosão eletroquímica. Esta por
sua vez, ocorre em meio aquoso, havendo a necessidade de um eletrólito, diferença de
potencial, oxigênio e agentes agressivos. A formação do eletrólito carregado de agentes
agressivos como íons cloreto presentes na água ou no próprio concreto, permite a
propagação da reação anódica que ocasionará a dissolução do metal, conhecida como
1 Estado de certos metais que não reagem na presença de agentes oxidantes fortes por terem a superfície
recoberta por um filme inativo. 2 Fonte geradora de corrente onde se tem uma zona anódica (onde ocorrem as reações de oxidação, tendo-
se a dissolução do metal), uma zona catódica (onde ocorrem as reações de redução de espécies
eletroquímicas ou íons do eletrólito), um condutor metálico que permiti a condução do fluxo eletrônico no
sentido ânodo-cátodo e o eletrólito.
Capítulo 1 – Introdução
2
processo de oxidação3 e a reação catódica conhecida como processo de redução
4.
(HELENE, 1986 e CASCUDO, 1997).
1.1 Justificativa
Os maiores problemas de corrosão das armaduras nos EUA e países da
Europa se originaram pela aplicação de sais de degelo e pelo fenômeno do efeito de
congelamento/descongelamento levando à deterioração do concreto armado. A
realização de congressos sobre este assunto aborda, muitas vezes o alto custo do reparo
do problema em questão, onde são avaliadas as condições da estrutura, geralmente de
difícil recuperação, uma vez que já estão no seu estágio final de desenvolvimento da
corrosão. O relatório modelo para outros estudos sobre custos sociais da corrosão,
coordenado pelo Dr. T. P. Hoar (1971), a pedido do Ministério de Tecnologia da
Inglaterra, chegou à conclusão de que os gastos devidos à corrosão no Reino Unido
ascendiam a 3,5% do Produto Nacional Bruto (PNB) (FIGUEIREDO, 1994). Em estudo
apresentado por Hoar (1991), estima-se que os custos da corrosão atingem de 2% a 5%
do PNB de cada país, sendo que destes, de 15% a 25% poderiam ser evitados se os
métodos preventivos fossem aplicados (TEIXEIRA, 2002).
O Brasil, país de clima tropical, não sofre com os efeitos de congelamento.
No entanto, possui muitas edificações em áreas industriais e nas proximidades do mar, o
que as torna vulneráveis aos ataques de agentes deletérios. Além do mais, grande parte
dos problemas estruturais no país deve-se ao comprometimento dos projetistas e
executores das edificações, principalmente no que diz respeito a resguardar a
durabilidade estrutural.
Tratando-se da realidade brasileira, os profissionais da área de construção
civil devem estar sempre atentos a fim de resguardar a espessura do cobrimento das
armaduras, levando em consideração as espessuras adequadas quando as mesmas estão
inseridas em ambientes altamente corrosivos, buscando relacionar as condições
econômicas às técnicas de proteção indicadas em cada situação.
3 Processo em que ocorre o aumento do número de cargas positivas de um íon, ou processo de
combinação de substância com o oxigênio, ou seja, uma perda de elétrons. 4 Processo em que ocorre a diminuição do número de cargas positivas de um íon, ou seja, um ganho de
elétrons.
Capítulo 1 – Introdução
3
Sendo assim, com o fenômeno da corrosão que se propaga ameaçando
diversas construções no país, faz-se necessária uma análise do processo de passivação
das armaduras e sua importância protetora, contribuindo com a prevenção desse tipo de
manifestação patológica de forma a evitar possíveis gastos com recuperações e reparos.
1.2 Objetivos gerais
A presente pesquisa tem como objetivo a análise do processo de passivação
das armaduras no concreto, salientando seus aspectos benéficos, bem como a
identificação dos principais mecanismos, agentes agressivos e outros fatores
relacionados ao processo de corrosão.
1.3 Objetivos Específicos
Dissertar sobre o concreto armado e seus materiais constituintes e
principais propriedades referentes ao estado fresco e endurecido do
concreto;
Explicar como ocorre a interação aço-concreto, e o trabalho conjunto
dos dois materiais;
Dissertar sobre o mecanismo de corrosão das armaduras e os
principais agentes despassivadores, bem como, a proteção física que
impede a atuação dos agentes, salientando ainda, a NBR 6118/2003 e
sua revisão na busca de maior durabilidade das estruturas;
Dissertar sobre as estratégias disponíveis para prevenir e impedir a
propagação da corrosão e sobre os principais métodos de reparos para
correção de deterioração a fim de evitar a ruína da estrutura.
Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades
4
2 CONCRETO: MATERIAIS E PROPRIEDADES
A união do concreto com o aço vem da necessidade de uso de um material
estrutural resistente aos vários tipos de esforços gerados pela aplicação de carga em uma
edificação. Isso porque o concreto – mistura de cimento, agregados, aditivos e água –
embora bastante resistente aos esforços de compressão, apresenta deficiências no
combate aos esforços de tração. Dessa forma, a armadura contribui com o desempenho
estrutural do concreto, aumentando a resistência à tração do conjunto. Vale ressaltar que
as resistências à tração e à flexão do concreto são da ordem de 10% e 15% da
resistência à compressão. Essa grande diferença entre a resistência à tração e à
compressão deve-se à estrutura heterogênea e complexa do concreto. Por isso, um
conhecimento da estrutura e das propriedades de cada fração constituinte do concreto e
a relação entre elas é útil para se exercer certo controle sobre as propriedades do
material e sua resistência (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
O emprego do concreto armado como material estrutural data da segunda
metade do século passado. Lambot (1855) teve primeiramente a idéia de associar o ferro
ao concreto, exibindo um barco deste material, na Exposição de Paris. No entanto, a
primeira patente para obras de concreto armado foi obtida por Monier, em 1865
(CARDÃO, 1987).
Atualmente a engenharia usa concreto em campos muito diversos, em
vários casos sob ambientes extremamente agressivos (KAEFER, 1998). Para se adaptar
aos novos desafios, criou-se uma infinidade de tipos de concretos, utilizando uma
enorme gama de cimentos, agregados, adições, aditivos e formas de aplicação (concreto
armado, concreto protendido, concreto projetado etc.).
Desta forma, o grande desafio da tecnologia de concreto parece ser
aumentar a durabilidade das estruturas, recuperar estruturas danificadas e entender o
complexo mecanismo químico e mecânico dos cimentos e concretos.
2.1 Materiais
2.1.1 Cimento
Segundo Alves (1999), aglomerante é um material ativo, em geral
pulverulento, que promove a ligação entre os grãos do material inerte (agregado). O
Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades
5
aglomerante hidráulico mais conhecido é o cimento Portland, obtido através da moagem
do clínquer, resultante da calcinação até a fusão incipiente de materiais calcários e
argilosos, com gesso.
O cimento Portland é uma mistura complexa de vários óxidos minerais, tais
como cal (CaO), sílica (SiO2), alumina (Al2O3), óxido de ferro (Fe2O3), representando
componentes essenciais do cimento com 95% a 96% do total de análise de óxidos, com
presença de 2% a 3% de magnésia (MgO) e uma pequena porcentagem de anidrido
sulfúrico (SO3), que é adicionado após a calcinação para retardar o tempo de pega do
produto final.
De acordo com Bauer (1987), o cimento possui como constituintes menores
de impurezas, óxido de sódio (Na2O), óxido de potássio (K2O), óxido de titânio (TiO2) e
outras substâncias menos importantes. Os óxidos de potássio e sódio constituem os
denominados álcalis do cimento.
As misturas de matérias-primas em proporções convenientes, quando
submetidas à ação do calor no forno em temperaturas elevadas (em torno de 1500ºC)
dão origem ao clínquer Portland. Nesse processo ocorrem combinações químicas,
principalmente no estado sólido, que conduzem à formação dos principais compostos do
cimento:
Silicato tricálcico (C3S) e Silicato bicálcico (C2S) – são dois silicatos
hidráulicos encontrados nos clínqueres de cimento Portland. Ambos
contêm pequenas quantidades de íons de magnésio, alumínio, ferro,
potássio, sódio e enxofre. O C3S é responsável pela resistência
mecânica nos primeiros dias de idade, início de pega rápido e calor
de hidratação elevado enquanto o C2S confere ao cimento o aumento
da resistência após 28 dias;
Aluminato tricálcico (C3A) – principal aluminato do clínquer de
cimento contém na sua estrutura cristalina significativas quantidades
de impurezas como o magnésio, o sódio, o potássio e a sílica.
Proporciona ao concreto calor de hidratação elevado e pega
acelerada, além de contribuir para a resistência mecânica nos
primeiros dias;
Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades
6
Ferroaluminato de cálcio (C4AF) – sua atividade é de certa forma
mais lenta do que a do C3A, responsável pelo enrijecimento (perda
de consistência) e pela pega (solidificação) da pasta do cimento
Portland (SOUZA, 1998).
Assim sendo, as resistências iniciais serão altas se o cimento contiver
grande quantidade de C3S e C3A, e será baixa se o cimento contiver uma proporção
elevada de C2S. Porém a resistência final de um cimento rico em C2S deverá ser maior
do que outro com baixo teor de C2S, uma vez que o C2S também contribui para a
resistência, porém de um modo mais lento (MEHTA e MONTEIRO 1994).
Alguns cimentos são mais adequados para serem utilizados em
determinados casos, pois conseguem maior resistência à ação dos agentes
despassivadores. O cimento pozolônico, devido à reação da pozolona com o hidróxido
de cálcio liberado durante a hidratação do C3S e C2S, apresenta uma resistência química
maior, pois o hidróxido de cálcio, que é um composto facilmente solúvel, encontra-se
combinado na forma de silicato de cálcio, de difícil solubilização. Esse tipo de cimento
é muito utilizado para construção de estruturas maciças de concreto, como barragens de
gravidade (SOUZA, 1998).
2.1.2 Água
Segundo Souza (1998), a água utilizada na mistura do concreto deve ser
potável (se não for, não deve apresentar cheiro, nem sabor), não devendo conter
matérias em suspensão, impurezas químicas (cloretos e sulfatos) e resíduos industriais,
especialmente os hidratos de carbono (açucares) que, mesmo em pequenas quantidades,
podem retardar muito ou até mesmo impedir a pega do concreto.
Segundo o manual do Bureau of Reclamation, apud Alves (1982), águas
com partículas sólidas em suspensão atingindo uma turgidez máxima de 2.000 partes
por milhão, podem ser adicionadas às misturas de concreto. Desta forma, pequenas
quantidades de impurezas são toleradas sem acarretar prejuízos às propriedades do
concreto.
O efeito dos agentes agressivos provenientes das impurezas da água de
mistura é bem menor do que os efeitos do mesmo líquido em contato permanente com o
Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades
7
concreto. Isto porque, no primeiro caso, encerradas as reações dos elementos com os
compostos do cimento, paralisa-se a agressão (ALVES, 1982).
A exemplo disto cita-se as águas puras com pequeno teor de sais
dissolvidos, com pH de caráter neutro. A água pura reage com o hidróxido de cálcio que
confere pH básico ao concreto dissolvendo-o. Dessa forma, a ação dessas águas
constitui um mecanismo de deterioração do concreto. Os limites de tolerância seguem
descritos na TABELA 2.1.
TABELA 2.1 – Efeitos de impurezas e seus limites de tolerância
COMPONENTES CONCENTRAÇÃO
MÁXIMA
Águas de esgotos (matéria orgânica). 20 ppm
Sulfito de sódio. 100 ppm
Bicarbonato de cálcio e magnésio. 400 ppm
Iodato, fosfato, arseniato e borato de sódio. 500 ppm
Carbonatos, bicarbonatos de sódio e potássio. 1.000 ppm
Ácido inorgânico, tais como clorídrico, sulfídrico etc. 10.000 ppm
Sulfato de sódio e cálcio 10.000 ppm
Cloreto de sódio. 20.000 ppm
Água do mar (sais). 30.000 ppm
Cloreto de cálcio. 40.000 ppm
Sais de ferro. 40.000 ppm
A abordagem e transcrição da TABELA 2.1, mostrando os limites de
tolerância para as impurezas presentes nas águas para uso em misturas ou cura de
concreto são valores básicos que servem para determinar o tipo de água utilizado na
dosagem do concreto.
2.1.3 Agregados
Os agregados para concreto podem ser definidos como materiais de forma
granular, de origem natural ou artificial, relativamente inertes, classificados em função
das dimensões de suas partículas e que, ao serem misturados ao cimento Portland, em
presença de água, adquirem um aspecto compacto.
Os agregados constituem cerca de 70% a 80% do volume total do concreto,
sendo desta forma o maior constituinte presente na definição das características e
propriedades dos concretos podendo ser classificados conforme a origem, dimensões e
peso unitário.
Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades
8
2.1.3.1 Classificação dos agregados quanto à origem
- Agregados naturais: são aqueles encontrados na natureza sob a forma de
areias de minas, areias de rios, seixos rolados e pedregulhos etc.;
- Agregados artificiais: são obtidos por processos industriais, tais como,
escória de alto forno, argila expandida, vermiculita etc.
2.1.3.2 Classificação dos agregados quanto às dimensões (NBR 7211/1983)
- Agregados miúdos: areia de origem natural ou resultante do britamento de
rochas estáveis ou a mistura de ambos, cujos grãos passam pela peneira ABNT 4,8mm e
ficam retidos na peneira 0,075mm;
- Agregados graúdos: pedregulho ou brita proveniente de rochas estáveis ou
a mistura de ambos, cujos grãos passam pela peneira de malha quadrada com abertura
nominal de 152mm e ficam retidos na ABNT 4,8mm.
2.1.3.3 Classificação dos agregados quanto ao peso unitário
A relação entre a massa de um determinado agregado e o volume ocupado
pelos seus grãos, incluindo-se os vazios, é definido como massa unitária. Através da
massa unitária, pode-se classificar os agregados como leves, normais ou pesados.
- Agregados leves (agregados com valor de massa unitária < 1 t/m³):
vermiculita, argila expandida, escória, isopor etc.;
- Agregados normais (agregados com valor de massa unitária 1 a 1,70 t/m³):
areia quartzosa, seixo, cascalho, brita etc.;
- Agregados pesados (agregados com valor de massa unitária > 1,70 t/m³):
hematita, magnetita, barita, limonita etc. (FRANÇA, 2003 e ALVES, 1999).
Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades
9
Os agregados exercem grande influência nas principais propriedades do
concreto, a saber, trabalhabilidade, resistência mecânica, módulo de deformação, massa
específica, características térmicas, variações volumétricas, exsudação e durabilidade.
No entanto, exercem influência negativa quando existem teores de impurezas orgânicas
significativas, interferindo nas reações do cimento. Desta forma, dependendo dos teores
de agregados reativos, estes podem reagir com os álcalis do cimento, gerando expansão
e fissuras, favorecendo a penetração dos agentes agressivos responsáveis pela
despassivação das armaduras.
De modo geral, alguns preceitos básicos devem ser observados para o
emprego dos agregados no concreto. Primeiramente, sabe-se que areias muito finas
absorvem mais água do que areias de módulo de finura maior. Esta elevação no
consumo de água reduz a resistência do concreto e aumenta a probabilidade de
ocorrência de fissuras decorrentes de retração hidráulica. Por outro lado, areias grossas
resultam em concretos ásperos, com baixa mobilidade, tendência à segregação e
exsudação excessivas. Assim sendo, areias médias são as mais aconselháveis para uso
na produção do concreto, permitindo uma composição mais trabalhável com menor teor
de água, conforme prescrito pela NBR 7211/1983.
As britas variam de graduação entre 0, 1 e 2, sendo dada preferência às
britas de maior graduação (nº 2), devido ao menor consumo de água, menor
permeabilidade, menor retração e obtenção de concretos mais econômicos. (FRANÇA,
2003 e ALVES, 1999).
2.1.4 Aditivos
Aditivos são produtos químicos, líquidos ou em pó, adicionados ao concreto
antes ou durante a mistura com a finalidade de incorporar, melhorar ou modificar
determinadas propriedades do mesmo (FRANÇA, 2003).
São classificados com a finalidade de melhorar as características do
concreto, conforme TABELA 2.2.
Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades
10
TABELA 2.2 – Tipos de aditivos e suas finalidades.
TIPOS FINALIDADE
Redutores plastificantes
Os plastificantes são produtos finos que, além de
completar a granulometria da mistura tem ação física
na massa, melhorando sua estabilidade e a
homogeneidade, reduzindo a exsudação aumentando
a coesão. Esses aditivos são melhores para mistura
seca, devido à sua finura, melhorando bastante a
permeabilidade (ALVES, 1999).
Incorporadores de ar
Os aditivos incorporadores de ar têm a função de dar
origem à formação de bolhas de ar, corrigindo a
granulometria do agregado miúdo, permitindo a
redução da água de amassamento, melhorando a
qualidade do concreto, reduzindo a segregação e
aumentando a trabalhabilidade.
Retardadores e aceleradores
Retardam o tempo de pega conforme a dosagem,
prolongando, assim, a dissipação do calor de
hidratação ao longo do tempo, impedindo a perda
rápida da água do concreto lançado, devido à
elevação da temperatura. Aceleram a evolução da
resistência inicial do concreto e da pega da pasta de
cimento durante o endurecimento.
Alguns tipos de aditivos, como por exemplo os aceleradores de pega podem
prejudicar o concreto aumentando a possibilidade de retração, dependendo da
quantidade adicionada. Sendo assim, alguns cuidados devem ser tomados para utilizar a
dosagem adequada. Deverão ser realizados ensaios rigorosos para o controle de
dosagem para não haver nenhuma incompatibilidade entre o aditivo e o aglomerante
empregado.
2.1.5 Adições minerais
Adições minerais são materiais minerais inorgânicos processados, em estado
seco na forma pulverulenta, inertes ou ativos, derivados de subprodutos, rejeitos ou
processos industriais. O uso destes materiais tem efeito benéfico sobre as propriedades
do concreto, além de reduzir seu custo.
Em determinados casos, como a escória de alto forno, cinzas volantes ou a
sílica, o emprego de tais materiais como adições ao cimento Portland leva à resolução
Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades
11
do grave problema que representa a disposição destes materiais no meio ambiente
(NEVILLE, 1997 apud TEIXEIRA, 2002).
As partículas de sílica ativa são cerca de cem vezes menores que os grãos de
cimento e possuem formatos esféricos. Devido à forma das partículas e à sua extrema
finura, a sílica ativa modifica várias propriedades do concreto, ocasionando o melhor
desenvolvimento da reação de hidratação do cimento (SOUZA, 1998).
O emprego de adições como pozolonas ou cinza volante, se bem curados,
confere ao concreto um grau menor de permeabilidade, retardando a chegada da frente
corrosiva a armadura. Portanto, utilizar uma adição adequada em proporção não muito
elevada, pode resultar numa situação satisfatória (ANDRADE, 1992).
2.1.6 Aço
O aço é uma liga de ferro carbono, resultante da eliminação total ou parcial
dos elementos inconvenientes que se fazem presentes no produto obtido na primeira
redução do minério de ferro. Os processos de redução do minério de ferro são o de alto
forno e o de redução direta (ALVES, 1999).
A matéria prima passa no alto forno com uma temperatura
aproximadamente de 1.350ºC, derretendo o ferro. O ferro gusa (líquido) vai para aciaria,
transformando-se em aço, passando à próxima etapa de lingotamento contínuo. No
processo de lingotamento contínuo o aço líquido é transferido para moldes onde se
solidificará e sofrerá processo de laminação, podendo ser a quente ou a frio. Os
produtos laminados a quente podem ser chapas grossas ou barras, e laminados a frio,
chapas finas ou fios.
A classificação dos aços para armaduras de concreto armado é feita de
acordo com suas características mecânicas, sendo a mais importante, a resistência à
tração, que varia conforme o tratamento e a composição do aço. A ABNT adota para
essa classificação, as categorias designadas por números que representam o valor da
resistência de escoamento mínimo. Desta forma, as categorias dos aços para concreto
armado são: CA-25 (aço laminado a quente) com resistência ≥ 250 MPa, CA-50 (aço
laminado a quente ou com composição química especial) com resistência ≥ 500 MPa e
CA-60 (aço encruado, temperado) com resistência ≥ 600 MPa.
Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades
12
Ainda ressalta-se a presença de carepa de laminação, sendo uma camada de
óxido de ferro, com coloração cinza escura/azulada. Essa camada, dura e resistente, é
formada durante a laminação a quente de chapas de aço, barras ou perfis, ainda na
siderúrgica (TECHNE, 2001). Helene (1986) afirma que a carepa de laminação no aço
serve como proteção contra a corrosão úmida, de natureza preponderantemente
eletroquímica.
2.2 Propriedades do concreto no estado fresco
O concreto fresco ou plástico possui características e propriedades de grande
importância, pois é nessa fase, durante a preparação e execução, que pode ocorrer o
comprometimento da qualidade do concreto. A principal característica do concreto no
estado plástico passa a ser então, sua trabalhabilidade (TEIXEIRA, 2002). Alves (1999)
define trabalhabilidade, como sendo a propriedade do concreto de ser misturado,
transportado e aplicado sem perda de sua homogeneidade. Se o concreto mantém suas
características estáveis desde sua fabricação até a aplicação, é definido como
homogêneo.
Depois de misturado, o concreto é transportado, tendo o inconveniente de
ser sacudido e submetido a vibrações diversas, ocasionando a segregação. A segregação
da mistura é a perda da homogeneidade.
Após o lançamento do concreto, os sólidos da mistura começam a se
sedimentar, deslocando a água e o ar aprisionado. A água aparece na superfície
(exsudação) e a sedimentação continua até o endurecimento do concreto. Outras formas
de segregação ocorrem por deficiência do manuseio, vibração excessiva do concreto ou
excesso de água na mistura (ALVES, 1999).
Para medir a trabalhabilidade do concreto existem diversos métodos, sendo
o mais utilizado o ensaio de abatimento de tronco de cone. O ensaio consiste em medir a
capacidade do material de se manter coeso quando submetido à ação de seu próprio
peso (TEIXEIRA, 2002).
Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades
13
2.3 Propriedades do concreto no estado endurecido
O concreto dosado, misturado, colocado em fôrmas, adensado e curado,
adquire resistência aos esforços de compressão a que possa achar-se submetido. O
concreto endurecido tem propriedades específicas que devem ser conhecidas para sua
melhor utilização, quais sejam:
2.3.1 Retração
A princípio, toda estrutura executada em concreto está sujeita à ocorrência
do fenômeno da retração. Assim como todos os sólidos, o concreto se deforma quando
transportado e esta deformação prossegue durante muitos anos, fenômeno designado por
fluência ou deformação lenta.
A retração ocorre devido à evaporação da água e aproximação de seus
grãos. Durante o período inicial da hidratação, a zona de transição é fraca e vulnerável à
fissuração, ocasionada por deformações diferenciais entre a pasta de cimento e
agregados, induzida geralmente por retração de secagem, retração térmica e cargas
externas aplicadas prematuramente.
É por este motivo que existe a preocupação de se preparar um concreto com
baixa relação água/cimento, dosagem adequada de agregados miúdos (o excesso de
areia fina no concreto pode aumentar a retração) e o cuidado com a cura, evitando
secagem prematura e manutenção de saturação do concreto até que os espaços
preenchidos com a água na pasta tenham sido substancialmente reduzidos pelos
produtos de hidratação.
2.3.2 Porosidade
A água de mistura do concreto é dosada em excesso a fim de conferir certa
consistência à mistura. Depois de liberada, essa água tende a subir na vertical formando,
neste deslocamento, uma rede de poros intercomunicáveis que pode atingir a superfície
do concreto. Este fluxo, ao encontrar um grão de agregado, pode espraiar-se ou
simplesmente contorná-lo e prosseguir até chegar à superfície (ALVES, 1982).
Os tipos de poros que podem existir no concreto são os poros na pasta (gel e
capilar) e os poros de ar, sendo este segundo, em geral, de diâmetros grandes gerados
Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades
14
por deficiências na execução da estrutura. O tamanho da maioria dos íons e moléculas
de gases, danosos ao concreto são menores que os poros de gel, o que favorece a
penetração desses agentes agressivos através dos poros de gel.
2.3.3 Permeabilidade
Um sólido é permeável quando permite a passagem de líquidos através de
seus poros intercomunicáveis (ALVES, 1982). A permeabilidade está diretamente
ligada à porosidade, devido ao diâmetro dos poros, constituindo um dos principais
parâmetros de qualidade e representando a facilidade (ou dificuldade) com que dada
substância transpõe dado volume de concreto (CASCUDO, 1997).
A permeabilidade do concreto depende do tamanho, da distribuição e
continuidade dos poros da pasta, da zona de transição pasta/agregado, do lançamento,
adensamento e cura. Para que haja menor permeabilidade, é preciso seguir corretamente
certos cuidados de execução atentando-se para o emprego dos materiais e a adoção de
critérios de dosagem que evitem a formação de fissuras.
2.3.4 Absorção capilar
A absorção é o processo pelo qual a água penetra através dos poros do
concreto devido ao fenômeno de tensão superficial, que pode ser definida como a força
necessária para afastar as moléculas de água. Este fenômeno, além de depender das
características do sólido, como diâmetro, distribuição e continuidade dos poros, também
depende de fatores como a viscosidade, a densidade e a tensão superficial do líquido.
A influência da estrutura dos poros é determinante na absorção capilar, quer
seja no volume de água absorvido, na velocidade de absorção, como também na altura
de sucção (MONTEIRO, 2002 apud ARAÚJO, 2004).
Teoricamente, quanto menores os diâmetros dos poros, maior a pressão
capilar e maior a altura. Por outro lado, com poros mais largos têm-se alturas menores,
mas volumes absorvidos maiores (ARAÚJO, 2004). Sendo assim, a absorção depende
da maior porosidade e permeabilidade do concreto, que facilita a penetração de
substâncias agressivas, levando à deterioração do concreto.
Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades
15
2.3.5 Durabilidade
Um material é considerado durável quando resistir às ações do meio
ambiente no qual está inserido (ALVES, 1980). França (2003) define durabilidade como
sendo a propriedade do concreto de manter suas características ao longo do tempo,
permitindo à estrutura atender às condições previstas para sua utilização e desempenho,
sem necessidade de reparos freqüentes.
As estruturas de concreto armado devem ser projetadas, construídas e
utilizadas seguindo as exigências prescritas em norma relacionadas ao meio ambiente
em que será aplicado de forma a garantir sua durabilidade.
A vida útil do concreto armado é determinada a partir de sua exposição à
agressividade ambiental. As estruturas são dimensionadas para determinado período de
tempo correspondendo aproximadamente de 50 a 100 anos, prazo que pode ser elevado
através de adoção de práticas adequadas de manutenção. O mecanismo de deterioração
das estruturas depende dos agentes agressivos que penetram do exterior para interior do
concreto, sendo que a umidade relativa, calor e agentes químicos, representam fatores
de catalisação para as reações que diminuem a durabilidade estrutural.
Os processos que podem levar à diminuição da durabilidade do concreto
armado são vários e altamente complexos, sendo na maioria das vezes dependentes da
concepção estrutural escolhida durante o projeto, das características e composição do
concreto, da qualidade de execução, do meio ambiente, da forma de uso e da política de
conservação (FIGUEIREDO, 1994).
Conforme Souza (1998), deve-se entender que a concepção de uma
construção durável implica a adoção de um conjunto de decisões e procedimentos que
resguardem à estrutura e aos materiais que a compõem um desempenho satisfatório ao
longo da vida útil da construção. Para cada caso ou combinação de casos, as classes de
exposição indicarão níveis de risco ou parâmetro mínimos a serem observados como
primeira condição para que se consiga uma construção durável.
Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades
16
2.4 Interação dos materiais e passivação das armaduras
2.4.1 Produtos de hidratação
Em presença de água, os silicatos e os aluminatos presentes no cimento dão
origem aos produtos de hidratação do concreto. Estas reações ocorrem logo que o
cimento é disperso na água e os silicatos de cálcio entram em solução, juntamente com
os aluminatos. Pode-se dividir as reações em dois grupos principais, sendo que em uma
parte dos compostos ocorre a hidratação (incorporação direta das moléculas de água) e
na outra ocorre a hidrólise (processo em que os íons silicatos e aluminatos reagem com
água) (TEIXEIRA, 2002). Percebe-se que os produtos resultantes gerados pelo processo
de hidratação são pouco solúveis em água sendo este o principal fator que determina a
grande estabilidade da pasta hidratada. Os principais produtos obtidos são o silicato de
cálcio hidratado e o hidróxido de cálcio.
Na verdade, o enrijecimento (perda de consistência) e a pega (solidificação)
característicos da pasta de cimento Porltand são amplamente determinados por reações
de hidratação envolvendo aluminatos. Os silicatos de cálcio hidratados constituem cerca
de 50% a 60% do volume de sólidos de uma pasta de cimento Portland completamente
hidratado, tendo uma grande importância na determinação das propriedades da pasta
(MEHTA e MONTEIRO, 1994).
2.4.2 Silicato de cálcio hidratado (C-S-H)
Teixeira (2002) afirma que os silicatos de cálcio hidratados não são os
primeiros compostos a serem formados. Entretanto, são os principais responsáveis pela
resistência e durabilidade obtidas. O C3S (silicato tricálcico ou alita) é o composto
predominante no cimento. Já o C2S (silicato dicálcico ou belita) possui os mesmos
compostos, entretanto, proporcionalmente, gera uma maior quantidade de C-S-H que é o
principal componente responsável pela resistência adquirida pela pasta de cimento
hidratada.
De fato, o principal composto formado pela hidratação dos silicatos
hidratado é o C-S-H (conhecido como gel tobermorita). Mehta e Monteiro (1994),
afirmam que o termo C-S-H ser hifenizado significa que não é um composto bem
Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades
17
definido; a relação C/S varia entre 1,5% e 2,0% e o teor de água estrutural varia ainda
mais.
A hidratação de C3S produz 61% de C-S-H e 39% de hidróxido de cálcio
(Ca(OH)2), enquanto que a hidratação de C2S produz 82% de C-S-H e 18% de
hidróxido de cálcio. Sendo assim, a área específica é conseqüentemente, a propriedade
adesiva da pasta de cimento, devido principalmente à formação de silicatos de cálcio
hidratado, sendo esperado que a resistência final de um cimento Portland de alto teor de
C3S seja menor do que a de um cimento de alto teor de C2S.
2.4.3 Hidróxido de cálcio (Ca(OH)2)
O hidróxido de cálcio é o segundo composto em termos quantitativos, que
corresponde à cerca de 20% a 25% de sólidos na pasta hidratada. Ao contrário do C-S-
H, o Ca(OH)2 possui uma estequiometria definida. Desde que submetido a condições
favoráveis de cristalização, forma placas hexagonais de grandes dimensões. A
contribuição do hidróxido de cálcio na resistência é consideravelmente menor devido à
forma com que suas partículas se conectam (forças de Van der Waals), considerando
que estas estão sujeitas a uma área específica bem menor do que no caso do C-S-H. A
presença desse composto também gera um efeito desfavorável no quesito proteção
contra ataques químicos, já que sua solubilidade é bem maior do que a do C-S-H
(TEIXEIRA, 2002).
O hidróxido de cálcio é um composto com maior solubilidade do que C-S-
H, por isso possibilita a formação de um líquido de elevado pH existente nos poros, que
confere as condições necessárias para formação da película passivadora que protege a
armadura contra a corrosão.
2.4.4 Formação da película passivadora
Durante o processo de hidratação do cimento, fica em evidência que o
responsável pela alta alcalinidade do concreto é o Ca(OH)2 que tem um caráter básico e
se dissolve em água preenchendo os poros capilares do concreto, conferindo um pH
situado 12,7 e 13,8, ocasionando a formação da película de passivação da armadura.
Helene (1986) ressalta que ao concretar barras de aço com início de
corrosão, a película pode ser formada a partir da combinação da ferrugem superficial
Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades
18
(Fe(OH)3) com o hidróxido de cálcio, formando o ferrato de cálcio, um filme
transparente, fino, aderente e estável.
Conforme pode ser observado na FIGURA 2.1, que ilustra o diagrama de
Pourbaix, enquanto o concreto se mantiver com alta alcalinidade, com valor de pH
superior a 10, a armadura estará protegida da corrosão.
FIGURA 2.1 – Diagrama de equilíbrio termodinâmico de Pourbaix. Potencial x pH para o
sistema Fe-H2O a 25°C (NEPOMUCENO, 1992).
Gentil (1996) explica que as duas linhas paralelas a e b representam as
condições de equilíbrio das reações eletroquímicas. Assim, abaixo da linha a, com pH2 =
1 atm, a água tende a se decompor por redução segundo demonstra a EQUAÇÃO 2.1.
EQUAÇÃO 2.1 2H+ + 2e → H2 ou 2H2O + 2e → H2 + 2OH
–
Acima da linha b, correspondente a pO2 = 1 atm, a água tende a se decompor
por oxidação, como demonstra a EQUAÇÃO 2.2.
EQUAÇÃO 2.2 2H2O → O2 + 4H+
+ 4e–
Assim, a região compreendida entre as linhas a e b é o domínio da
estabilidade termodinâmica da água.
Helene (1993) explica de forma clara as três distintas regiões do diagrama
de Pourbaix, segundo três conceitos:
Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades
19
1. Imunidade: É a região onde o potencial de eletrodo é menor que -0,6 V
em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio. Quando a armadura permanece nestas
condições, ela não reagirá com o meio qualquer que seja a natureza deste (ácido, neutro
ou alcalino).
2. Passividade: É a região pontilhada do diagrama e representa as condições
em que são formadas as películas de passivação. As duas retas tracejadas paralelas e
oblíquas representam a região de estabilidade da água, sendo que acima delas é o
domínio do oxigênio e abaixo o do hidrogênio.
3. Corrosão: É a terceira região do diagrama e representa as situações onde
pode ocorrer corrosão do aço.
Desta forma, pode-se afirmar que a película de passivação impede o acesso
de umidade, oxigênio e agentes agressivos à superfície do aço, protegendo a armadura
contra corrosão.
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
20
3 CORROSÃO DAS ARMADURAS
Define-se por corrosão das armaduras a interação destrutiva de um material
com o ambiente, seja por reação química ou eletroquímica. A corrosão é, em geral, um
processo espontâneo, que culmina com a destruição completa dos materiais metálicos.
3.1 Corrosão química
A corrosão química no metal ocorre de forma homogênea, em toda a sua
superfície, não havendo reações de oxidação-redução e, portanto, não havendo geração
de corrente elétrica (CÁNOVAS, 1988). Em geral esse tipo de corrosão é o que menos
afeta o concreto armado, por se tratar de corrosão seca, ou seja, não ocorre em meio
aquoso.
3.2 Corrosão eletroquímica
A corrosão eletroquímica é a principal responsável pela despassivação das
armaduras e só ocorre na presença de um eletrólito, diferença de potencial, oxigênio e
agentes agressivos. O eletrólito pode ser considerado como sendo a fase líquida presente
nos poros do concreto, e juntamente com os íons agressivos, é responsável pela geração
de corrente elétrica, ocasionando a diferença de potencial nas barras. Assim ocorre a
formação de pilha de corrosão, com conseqüente reação de oxidação do metal (ânodo),
e simultaneamente reação de redução dos íons do eletrólito (cátodo).
A reação anódica expressa pela EQUAÇÃO 3.1 é responsável pela
dissolução do metal no eletrólito, e recebe o nome de oxidação, ou seja, dissolução do
metal considerando-se a área do ânodo a região deteriorada e desgastada da armadura.
EQUAÇÃO 3.1 Fe → Fe2+
+ 2e–
A reação catódica expressa na EQUAÇÃO 3.2 é responsável pelo consumo
e redução dos íons do eletrólito, que foram produzidos pela reação anódica, ou seja, a
neutralização dos íons carregados negativamente (RAMANATHAN, 1978).
EQUAÇÃO 3.2 O2 + 2H2O + 4e–→ 4OH
–
Oxigênio Água
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
21
A referida diferença de potencial entre as áreas anódica e catódica pode ter
origem a partir de solicitações mecânicas distintas no aço e no concreto de regiões
próximas do mesmo componente estrutural, das diferenças na composição química e
superfície do aço, incluindo a heterogeneidade da fase metálica, da aeração diferencial
devida a maior ou menor compacidade e qualidade do concreto e da concentração salina
diferencial (FERNANDEZ (1984), apud CASCUDO, 1997).
A FIGURA 3.1 mostra um exemplo de penetração dos íons cloreto através
da parte superior de uma estrutura de concreto armado, atingindo a armadura superior,
que encontra-se conectada às armaduras inferiores através dos estribos. A armadura
superior sofre o processo corrosivo (região anódica), e a armadura inferior (região
catódica) se manterá passiva, até que os íons cloreto cheguem à profundidade em que se
encontra a armadura inferior possibilitando a formação de pilhas de corrosão e
possivelmente do processo de deterioração do concreto armado.
FIGURA 3.1 – Formação da pilha de corrosão (HELENE, 1986).
O concreto necessita ser compacto, sendo assegurado um bom cobrimento
da armadura e uma distribuição homogênea dos agregados, impedindo a penetração de
agentes agressivos. Deve-se também, evitar a utilização de aditivos à base de cloretos de
sódio no concreto, pois eles podem reagir com a armadura.
Quanto às armaduras, o estado supreficial do aço também influi na sua
passivação. Quando o aço se encontra recoberto de produto de corrosão de cor parda,
sua passivação será mais difícil e incompleta e a quantidade de agentes agressivos
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
22
necessários para despassiva-lo será comparativamente menor do que se sua superfície
estiver isenta de corrosão e outras impurezas (ANDRADE 1992).
3.3 Classificação da Corrosão
3.3.1 Classificação pela localização do ataque
A corrosão pode se apresentar de formas diversas. Os tipos de corrosão
geralmente são classificados pela extensão da área atingida, em quatro tipos principais,
a saber, generalizada uniforme, generalizada irregular, localizada puntiforme e
localizada fissurante, conforme FIGURA 3.2.
FIGURA 3.2 – Morfologia da corrosão (ANDRADE, 1992).
3.3.1.1 Corrosão generalizada
A corrosão generalizada acontece devido às reações físicas e químicas no
concreto, que através da penetração de agentes agressivos afeta as barras de aço em toda
sua extensão. A forma de corrosão generalizada pode ser uniforme ou irregular (não
uniforme).
A corrosão generalizada uniforme ocorre em toda a extensão da armadura,
podendo ter a tendência à superfície lisa e regular. Já a corrosão generalizada irregular
(não uniforme), ocorre em toda extensão da armadura e se apresenta na superfície de
forma rugosa e irregular, conforme pode ser visualizado na FIGURA 3.3.
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
23
FIGURA 3.3 – Tipos de corrosão e fatores que provocam (CASCUDO, 1997).
3.3.1.2 Corrosão localizada
A corrosão de forma localizada ocorre devido à atuação de íons
despassivantes que apresentam tipos diferentes, sendo os mais comuns no concreto
armado, os tipos puntiformes (pite) e fissurantes.
A corrosão localizada sob a forma de pites, isto é, pontos de desgaste
definidos na barra de aço, causa a ruptura pontual da barra. Essa cratera se forma na
região dos ânodos da pilha de corrosão, podendo ocorrer em altas taxas de dissolução
chegando a produzir a destruição das barras. Em geral a corrosão localizada por pites
ocorre em ambientes marinhos ou quando aditivos à base de cloretos encontram-se
presentes na mistura de concreto, podendo ser causado também pela utilização de sais
de degelo em estruturas de concreto armado localizadas em países de clima tipicamente
frio.
A corrosão localizada fissurante acontece devido aos poros existentes na
microestrutura do concreto, que constituem caminho livre para penetração de agentes
agressivos até as armaduras. As fissuras formadas acompanham o comprimento da
armadura.
3.3.2 Classificação baseada em fatores mecânicos
3.3.2.1 Corrosão-erosão
É o aumento na velocidade de ataque do metal devido ao movimento
relativo entre um fluido corrosivo e a superfície metálica. Na corrosão-erosão, os
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
24
produtos sólidos que se formam sobre a superfície são arrastados e/ou o metal removido
como íons. Freqüentemente, a película sobre a superfície metálica é removida devido à
ação abrasiva de fluidos (ou gases) movendo-se rapidamente, e o ataque localizado
ocorre em regiões onde a película foi removida (GENTIL, 1982).
3.3.2.2 Corrosão sob tensão
É uma forma de corrosão bastante grave, pois quanto maior a tensão, mais
rápida é a corrosão. Sempre que há protensão o aço é esticado; dessa forma, a diferença
de potencial elétrico é maior, o que leva as corrosões extremamente rápidas em
condições favoráveis (VERÇOZA, 1991).
3.4 Corrosão das armaduras no concreto
No concreto a corrosão se inicia quando a armadura é despassivada pela
penetração de agentes agressivos através da rede de poros existente no concreto.
Segundo Mehta e Monteiro (1994), a corrosão das armaduras é a transformação de aço
metálico em ferrugem acompanhado por um aumento no volume o qual, dependendo do
estado de oxidação, pode ser de até 600 por cento do volume original do metal.
Acredita-se que este aumento de volume seja a causa principal da expansão e fissuração
do concreto.
3.4.1 Proteção física da armadura
O concreto armado, além de apresentar características mecânicas muito
amplas, demonstra possuir uma durabilidade adequada para a maioria dos usos a que se
destina desde que resguardados certos cuidados na dosagem, mistura e aplicação. A
durabilidade das estruturas de concreto armado é resultado da dupla natureza que o
concreto exerce sobre o aço. Por uma parte, o cobrimento do concreto é uma proteção
física, e por outra, a elevada alcalinidade do concreto constitui uma camada passiva que
o mantém inalterado por um tempo indefinido, constituindo a chamada proteção
química (ANDRADE, 1992). Assim, o elevado pH do concreto proporciona o
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
25
recobrimento do mesmo com uma capa de óxido transparente, compacta e contínua, que
o mantém protegido mesmo em presença de umidade elevada.
Segundo Helene (1986), o papel do cobrimento do concreto é uma de suas
grandes vantagens uma vez que o cobrimento pode, por natureza e desde que bem
executado, proteger a armadura da corrosão. Desta forma, a garantia da espessura do
cobrimento das armaduras, com um concreto de alta compacidade, sem ninhos de
concretagem com teor de argamassa adequado e homogêneo, garante a maior proteção
do aço ao ataque de agentes agressivos externos.
De acordo com Silva (1991), a espessura do cobrimento não pode ser igual
para todos os concretos, sendo dependente da permeabilidade da camada superficial de
concreto, do meio a que a armadura está submetido, do diâmetro das barras de aço, da
dimensão máxima do agregado e também do micro-clima. Por outro lado, o cobrimento
excessivo torna-se antieconômico e pode conduzir ao aumento de fissuras, pois nem
sempre o aumento da espessura é adequado para atender a determinada estrutura.
Assim, a espessura vai variar de acordo com a agressividade do ambiente no qual a
estrutura está inserida.
3.4.1.1 Cobrimento segundo NBR 6118
A NBR 6118 (1978) foi revisada tendo como um de seus objetivos alcançar
e resguardar a maior durabilidade das estruturas de concreto armado. Embora a norma
de 1978 abordasse sobre durabilidade, não havia um capítulo exclusivo para tratar sobre
o assunto. A principal inovação foi a introdução de quatro classes de agressividade
ambiental (CAA), relacionada às ações físicas e químicas que atuam sobre os elementos
de concreto inseridas em cada tipo de ambiente, independentemente das ações
mecânicas, das variações térmicas e de retração hidráulica previstas no
dimensionamento das estruturas.
Na concepção dos projetos, a definição da CAA, conforme demonstra a
TABELA 3.1, passa a ser o ponto de partida, pois determinará o cobrimento da
armadura e abertura máxima de fissuras permitida, baseando-se no meio ambiente onde
será aplicado.
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
26
TABELA 3.1 – Classes de agressividade ambiental (NBR 6118/2003).
1. Atmosfera rural: São consideradas as regiões ao ar livre, com baixo teor
de poluentes. Esses ambientes são fracos na ação de agentes agressivos às armaduras,
sendo bastante lento o processo de corrosão. Não há gases ácidos em quantidades
suficientes para se depositarem sobre as estruturas, e conseqüentemente acelerar o
processo de corrosão.
Somente na existência de uma fonte natural, como, por exemplo, esterco
e/ou estrume, que possa liberar NH3 e SO2 na sua fermentação, ou rios poluídos que
liberem partículas de agentes agressivos, tais agentes podem desencadear a iniciação da
corrosão. No entanto, a atmosfera rural é considerada como livre ou de pouco risco no
que diz respeito ao processo corrosivo, devido aos baixos teores de partículas suspensas.
2. Atmosferas urbana e industrial: A quantidade de vapor d’água na
atmosfera constitui a umidade do ar, e quando essa umidade aumenta muito devido à
evaporação ou ao aumento de temperatura, diz-se que o ar está saturado de umidade. A
relação entre o valor de conteúdo de vapor de água na atmosfera e o valor de saturação
para uma dada temperatura é denominada umidade relativa (U.R.). De acordo com a
umidade relativa, caracteriza-se o ar seco com U.R. até 30%, ar normal com U.R. entre
50% e 60%, ar úmido com U.R. entre 80% e 90% e ar saturado com U.R. de 100%.
A umidade do ar é um dos fatores aceleradores mais importante que afeta a
velocidade de corrosão atmosférica. A presença de chuva ácida e agentes agressivos
também é responsável por reagir com os componentes do cimento acelerando a
despassivação das armaduras.
Classe de
agressividade
ambiental
Agressividade
Classificação geral do
tipo de ambiente para
efeito de projeto.
Risco de deterioração da
estrutura
I Fraca Rural
Insignificante Submersa
II Moderada Urbana Pequeno
III Forte Marinha
Grande Industrial
IV Muito forte Industrial*
Elevado Respingos de maré
*Ambientes quimicamente agressivos.
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
27
Nas grandes cidades, o ar atmosférico poluído é um dos responsáveis pelo
lançamento diário de partículas de agentes agressivos sobre as estruturas de concreto
armado. A presença desses agentes irá provocar a deterioração do concreto de má-
qualidade, permeável e poroso, permitindo a penetração dos íons agressivos, levando à
destruição da camada passivadora, e conseqüentemente o desencadeamento do processo
corrosivo. Ademais, as atmosferas urbana e industrial contêm, normalmente, impurezas
na forma de óxidos de enxofre (SO2), fuligem ácida e outros agentes agressivos, tais
como CO2, NO2, H2S, SO4 etc.
3. Atmosfera marinha: A atmosfera marinha contém cloretos de sódio e de
magnésio e íons sulfato que em processo de cristalização ou em forma de gotículas de
água salgada podem atuar para catalisar a reação de corrosão das armaduras de
estruturas de concreto armado próximas ao mar.
O concreto exposto ao ambiente marinho pode se deteriorar como resultado
de efeitos combinados da ação química dos constituintes da água do mar sobre os
produtos de hidratação do cimento, da expansão álcali-agregado (quando agregados
reativos estão presentes na mistura de concreto), da pressão de cristalização dos sais
dentro do concreto (se a estrutura está exposta a condições de molhagem / secagem), da
ação do congelamento em climas frios, da corrosão da armadura em elementos armados
e da erosão física devida à ação das ondas e objetos flutuantes (MEHTA e MONTEIRO,
1994).
A FIGURA 3.4 demonstra que os ataques da água do mar ocorrem
principalmente na zona de ação das marés. Quando o nível do mar está alto, o concreto
encontra-se saturado de água e quando o nível do mar desce, ocorre a evaporação da
água no interior dos poros do concreto, promovendo a cristalização de alguns sais que
se encontravam dissolvidos no meio aquoso. Desta forma, as estruturas estão
submetidas às oscilações de nível da água do mar sofrendo os fenômenos físicos e
mecânicos provocados pela influência alternada de molhagem e secagem.
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
28
FIGURA 3.4 – Representação esquemática da deterioração de um cilindro de concreto exposto
à água do mar (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
Assim, no caso do ambiente mais agressivo previsto pela NBR 6118/2003, o
cobrimento nominal de 45mm de espessura para lajes e 50mm para pilares / vigas de
concreto armado na classe de agressividade nível IV. De forma inversa, para classe
ambiental menos agressiva, o cobrimento nominal é de 20mm de espessura para lajes e
25mm para pilares / vigas de concreto armado na classe de agressividade nível I, como
mostra a TABELA 3.2.
TABELA 3.2 – Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal
para Δc5 = 10mm (NBR 6118/2003).
TIPO DE
ESTRUTURA
COMPONENTE
OU ELEMENTO
CLASSE DE AGRESSIVIDADE
AMBIENTAL
I II III IV
Cobrimento nominal (mm)
Concreto armado Laje 20 25 35 45
Viga/Pilar 25 30 40 50
Concreto protendido Todos 30 35 45 55
Desta forma, o cobrimento mínimo para proteção da armadura é definido em
função das condições de exposição da estrutura ao ambiente. Por isso, nas regiões de
5 Tolerância de execução
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
29
orla marítima o cobrimento deverá ter espessuras maiores, devido aos fortes impactos
sofridos pelos sais e demais agentes agressivos.
Outro ponto modificado na norma é o controle de fissuras. Por exemplo, na
norma de 1978, a abertura máxima de fissuras era da ordem de 0,2mm para peças não
protegidas em meios não agressivos e 0,3mm para peças protegidas. A NBR 6118/2003
permite aberturas de até 0,4mm em casos de baixa agressividade (CAA I), conforme
pode ser visualizado na TABELA 3.3. De maneira geral, a presença de fissuras, desde
que não exceda valores da ordem de 0,2mm a 0,4mm, sob a ação das combinações
freqüentes, não tem importância significativa na corrosão das armaduras passivas.
TABELA 3.3 – Exigências de durabilidade relacionadas à fissuração e à proteção da
armadura, em função das classes de agressividade ambiental (NBR 6118/2003).
Tipo de concreto
estrutural
Classe de agressividade
ambiental (CAA)
Exigências relativas à
fissuração
Combinação de
ações em serviço
a utilizar
Concreto simples CAA I a CAA IV Não há –
Concreto armado
CAA I ELS-W wk ≤ 0,4mm Combinação
freqüente CAA II a CAA III ELS-W wk ≤ 0,3mm
CAA IV ELS-W wk ≤ 0,2mm
3.4.2 Fenômeno da despassivação das armaduras
O conceito de vida útil pode ser definido como sendo a duração de
conservação da estrutura, ou seja, o período no qual a estrutura conserve características
mínimas de funcionalidade, diante das condições ambientais e de exposição a que esteja
submetida.
O fenômeno da despassivação das armaduras pode ser exposto através do
modelo de corrosão proposto por Tutti (1982), que subdivide a corrosão em dois
processos ou períodos (iniciação e propagação) conforme mostrado na FIGURA 3.5.
FIGURA 3.5 – Modelo de vida útil de (Tutti, 1982).
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
30
Segundo Andrade (1992), define-se como período de iniciação o tempo que
o agente agressivo demora para atravessar o cobrimento, alcançar a armadura e
provocar a despassivação. Define-se por período de propagação o período que
compreende uma acumulação progressiva da deterioração, até que se alcance um nível
inaceitável da mesma.
Com base em Andrade (1992), a presença de íons cloreto e dióxido de
carbono são considerados fatores desencadeantes que atuam durante o período de
iniciação, sendo que estes penetrarão no concreto até atingir a armadura, provocando de
acordo com o seu teor, a despassivação da mesma. Uma vez despassivada a armadura,
dá-se início ao período de propagação, onde o processo de corrosão é intensificado pela
presença do oxigênio e da umidade, considerados como fatores acelerantes.
3.4.2.1 Fatores desencadeantes de corrosão
3.4.2.1.1 Lixiviação
O hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), originado pela hidratação do cimento,
apresenta uma solubilidade em água da ordem de 1,18 g/l. Assim sendo, a água,
principalmente de baixa dureza, isto é, contendo pequenas concentrações de sais de
cálcio e magnésio, pode solubilizar o Ca(OH)2, favorecendo a deterioração do concreto
(GENTIL, 1982).
O hidróxido de cálcio é transportado através do concreto pela ação da água
de chuvas ou infiltração de umidade e reage com o componente dióxido de carbono
(CO2), formando o carbonato de cálcio (CaCO3), segundo a EQUAÇÃO 3.3.
EQUAÇÃO 3.3 Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O
De acordo com Gentil (1982) a lixiviação do hidróxido de cálcio com a
formação do carbonato de cálcio insolúvel é responsável pelo aparecimento de
eflorescências caracterizadas por depósitos na superfície do concreto.
A difusão do hidróxido de cálcio no concreto prossegue aumentando sua
porosidade, diminuindo sua resistência e criando um canal aberto para o ataque de
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
31
outros agentes agressivos com a formação de sais provenientes da lixiviação na
superfície do concreto, favorecendo o envelhecimento precoce da estrutura.
3.4.2.1.2 Carbonatação
Conforme Gentil (1992), o dióxido de carbono (CO2), existente no ar ou em
águas agressivas, pode se combinar com o Ca(OH)2, formando o carbonato de cálcio
(CaCO3), insolúvel como observado na EQUAÇÃO 3.3.
Helene (1986) afirma que a diminuição da alcalinidade durante o processo
de carbonatação se dá devido à precipitação do carbonato de cálcio (CaCO3), possuidor
de pH da ordem de 9,4, o que altera substancialmente a condição de estabilidade
química da película passivadora do aço.
De acordo com Araújo (2004), com a perda da película de passivação
devido à carbonatação, em presença de umidade e oxigênio, a armadura começa a se
corroer. Na FIGURA 3.6, é possível observar a representação esquemática do processo
de carbonatação.
FIGURA 3.6 – Avanço do processo de carbonatação (CEB/BI 152, 1984).
Teixeira (2002) afirma que os principais fatores influentes sobre a
carbonatação são a qualidade do concreto e as condições a que este concreto está
submetido. Um concreto de boa qualidade, com baixa permeabilidade dificultará a
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
32
difusão dos gases e um cobrimento adequado não permitirá que a frente de carbonatação
atinja a armadura.
Os principais efeitos da carbonatação, decorrentes da precipitação do
carbonato de cálcio são, além da mencionada redução do pH, a redução da
permeabilidade, o aumento da resistência superficial, e um grande incremento na
resistividade elétrica, como efeito da neutralização da solução nos poros do concreto.
Com a continuação do processo de carbonatação, percebe-se que o CO2
dissolvido continua reagindo com a estrutura de concreto. Com a continuidade do
processo, tendo a solução dos poros sido neutralizada, uma série de compostos do
concreto começa a ser desestabilizada produzindo em muitos casos estágios amorfos de
CaCO3, CaSO4, Al(OH), SiO2 e H2O (TEIXEIRA, 2002).
3.4.2.1.3 Ácidos
O contato direto do concreto com soluções de ácidos (clorídrico, fluorídrico,
nítrico, sulfuroso e sulfúrico), ocasiona deterioração do concreto, uma vez que tais
compostos reagem com os componentes do concreto, diminuindo seu pH (GENTIL,
1982).
Os ácidos sulfúrico e sulfuroso são fortemente corrosivos, quando em
contato com o concreto armado. O ataque dos ácidos ao concreto pode ocorrer na
presença de produtos de combustão ou em áreas industriais. Quando se queima carvão
ou óleo combustível contendo enxofre ou seus compostos, essas substâncias (SO2 e
SO3) são expelidas para a atmosfera formando, em presença de umidade, ácido
sulfuroso (H2SO3) e sulfúrico (H2SO4), responsáveis pela constituição das chuvas
ácidas. Esses ácidos, sob forma de uma névoa, são depositados sobre a estrutura de
concreto, causando sérios inconvenientes devido à ação química sobre a pasta de
cimento e sobre a armadura.
Gentil (1982), afirma que em muitos casos o ataque ácido no concreto,
provoca a destruição da pasta de cimento, podendo-se observar o aspecto típico dos
agregados.
Os principais sulfatos, tais como os de magnésio, amônia, sódio, cálcio e
potássio, são encontrados principalmente nas águas do mar, em muitas águas
subterrâneas, em águas residuais e industriais e em águas de chuva (ANDRADE, 1997).
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
33
O mecanismo de ataque do sulfato pode ocorrer de acordo com exposto nas
EQUAÇÕES 3.4 e 3.5.
EQUAÇÃO 3.4 Ca(OH) + SO4²–
+ 2H2O CaSO4 . 2H2O + 2OH–
EQUAÇÃO 3.5 Ca(OH) + H2SO4 CaSO4 . 2H2O
O ataque dos sulfatos ocorre devido à reação de íons sulfato com o
hidróxido de cálcio, produto de hidratação presente na pasta de cimento ou com o
aluminato tricálcico (C3A), composto constituinte do cimento, de acordo com a
EQUAÇÃO 3.6.
EQUAÇÃO 3.6
3CaSO4 + 3CaO . Al2O3 . 6H2O + 19H2O 3CaO . Al2O3 . 3CaSO4 . 31H2O
Segundo Gentil (1987), a formação dos cristais de sulfoaluminato de cálcio
é acompanhada de considerável aumento de volume, desenvolvendo uma alta pressão
interna, que pode gerar fissuras e desagregação do concreto. O aumento de volume vai
ocasionar a expansão e desagregação, onde se verifica o grande volume molecular do
sulfoaluminato de cálcio em relação aos de sulfato de cálcio e aluminato tricalcico.
Vários fatores influenciam a durabilidade do concreto mediante ataque dos
sulfatos podendo ser devido a causas externas ou internas do próprio concreto. A causa
externa é o meio sulfatado e a interna é a permeabilidade do concreto, fator
determinante da difusão dos íons sulfatados até o interior do concreto. Geralmente, a
taxa de difusão de íons sulfato através dos poros do concreto é controlada por sua
permeabilidade. Porém, com o aparecimento de fissuras, o coeficiente de
permeabilidade tende a aumentar, acelerando o ataque (ANDRADE, 1997).
3.4.2.1.4 Sais
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
34
Alguns sais são bastante agressivos ao concreto, podendo a sua ação ocorrer
na pasta de cimento ou na armadura, uma vez que os sais possibilitam a formação de
pilhas que facilitam a corrosão do aço das armaduras (GENTIL, 1982).
Os sais podem ser encontrados nas indústrias, em águas agressivas e no
próprio ar atmosférico, sendo as soluções mais importantes e responsáveis pela corrosão
os sulfatos e cloretos.
3.4.2.1.4.1 Ataque por cloretos
A corrosão da armadura provocada pela ação dos íons cloreto é
frequentemente relatada como sendo uma das mais graves manifestações patológicas
sofrida por este material. Isto acontece devido à grande capacidade dos íons cloreto em
destruir a película passivadora que protege o aço no concreto, mesmo em ambiente de
elevada alcalinidade.
Helene (1986), afirma que pequenas quantidades de íons cloreto são o
bastante para desencadear o processo de corrosão, podendo chegar até o concreto
através do uso de aceleradores de pega que contêm CaCl2, impurezas indesejadas
contidas nos agregados e na água de amassamento, ação da atmosfera marinha
(maresia), uso de sais de degelo etc.
Os íons cloreto podem ser encontrados quimicamente combinados
(cloroaluminatos), fisicamente adsorvidos na superfície dos poros de hidratação e/ou
livres na solução dos poros do concreto.
É importante ressaltar que entre as três formas encontradas, os íons cloreto
livres em solução aquosa nos poros de concreto são prejudiciais, pois em certa
quantidade estão livres para atacar o filme passivante. Andrade (1992), afirma que o
cloroaluminato (C3A) ao reagir com os cloretos, forma um sal insolúvel ficando
incorporado às fases sólidas do cimento hidratado reduzindo a concentração dos íons Cl-
na solução.
Também deve ser considerada a ação dos sais de degelo lançados na
superfície do concreto, que podem ser adsorvidos pelos poros de hidratação,
desencadeando o processo de corrosão. A destruição da película passivadora, devido ao
ataque por cloretos, ocorre de forma pontual, provocando a chamada corrosão por pite,
conforme demonstrado na FIGURA 3.7.
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
35
FIGURA 3.7 – Corrosão com formação de pites (Araújo, 2004).
Segundo ACI 222 (1991), apud Araújo (2004), existem várias teorias para
explicar o efeito catalisador dos cloretos sobre a corrosão do aço:
1. Teoria do filme de óxido: de acordo com esta teoria, os íons cloreto
penetram nos defeitos do filme de óxido passivante, mais facilmente que outros íons
agressivos, além de poderem dispersar coloidalmente esse filme catalisando o ataque à
armadura.
2. Teoria da adsorção: segundo esta teoria, os íons cloreto são adsorvidos na
superfície do aço com as hidroxilas e o oxigênio dissolvido, promovendo a hidratação
do ferro e viabilizando sua dissolução em cátions.
3. Teoria do complexo transitório: conforme esta teoria, os íons cloreto
competem com os ânions hidroxila para a produção de compostos ferrosos de corrosão,
denominados complexos transitórios, os quais se difundem a partir do ânodo em direção
ao cátodo permitindo que o desenvolvimento da corrosão continue.
O transporte de íons cloreto só ocorre em presença de água. Nas situações
em que a água que contém os cloretos se encontra estagnada, a penetração no interior do
concreto ocorre por mecanismo de difusão, o qual é extremamente lento. Segundo as
leis de FICK, o fenômeno da difusão é direcionado pelas diferenças de concentração. Os
íons cloreto também podem penetrar por sucção capilar da água que os contém. Esta
última situação ocorre quando a estrutura do concreto está submetida a ciclos de
umedecimento com água que contém os íons cloreto, e posterior secagem (ARAÚJO,
2004).
O mecanismo de penetração dos íons cloreto através do concreto, para que
uma certa quantidade chegue até a armadura na forma de cloretos livres e consiga
desencadear o processo de corrosão, depende de uma série de fatores relacionados ao
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
36
tipo de cátion associado aos cloretos, ao tipo de acesso ao concreto (antes ou depois de
endurecido), à presença de outro ânion como o sulfato, ao tipo de cimento empregado
na produção do concreto, à relação a/c, ao estado de carbonatação do concreto, à
umidade ambiental, às condições de saturação dos poros e à quantidade por m³ de
cimento (FIGUEIREDO, 1994). A FIGURA 3.8 mostra a influência de alguns
parâmetros como umidade relativa, qualidade do concreto (cura e relação
água/cimento), saturação dos poros e carbonatação, no estabelecimento de um conteúdo
crítico de íons cloreto capaz de despassivar as armaduras do concreto.
FIGURA 3.8 – Esquema da influência de parâmetros relacionados com a qualidade do
concreto e umidade ambiental sobre o conteúdo crítico de cloretos (CEB/BI 152, 1984).
Segundo Figueiredo et. al. (1993), a quantidade de C3A do cimento
determina a capacidade de combinação com os íons cloreto. Cimentos com baixa
quantidade de aluminato tricálcico possuem baixa capacidade de imobilizar os íons
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
37
cloreto, através da formação de um sal complexo insolúvel denominado cloroaluminato
de cálcio hidratado (sal de Friedel), que reduz a concentração de íons cloreto livres na
solução aquosa dos poros do concreto.
Ademais, a introdução de microssílica em pastas de cimento reduz a
difusibilidade dos íons cloreto devido à diminuição da porosidade total e à distribuição
dos poros da argamassa com microssílica. Figueiredo et. al. (1993), afirma que a adição
de escória e cinza volante leva a uma diminuição da difusibilidade dos cloretos, em
relação ao cimento Portland puro e que um cimento resistente a sulfatos (com baixo
conteúdo de C3A) apresenta um significativo aumento de difusão.
Os cimentos com adições, quando submetidos à ação dos cloretos,
apresentam comportamento contrário àquele apresentado quando submetido a
carbonatação. Enquanto na carbonatação as adições parecem influir de forma negativa
na capacidade de retardar o ingresso de CO2 na iniciação pelos cloretos, as adições
agem de forma a frear a penetração dos íons cloreto.
Mangat et. al. (1992), apud Figueiredo (1993), estudando os fatores que
influenciam a corrosão das armaduras devido à ação dos cloretos, concluíram que a
quantidade de cimento possui uma insignificante influência sobre a despassivação.
3.4.2.2 Fatores aceleradores de corrosão
Segundo Andrade (1992), uma vez iniciada a corrosão e despassivado o aço,
a velocidade da deterioração é significativa, em termos de vida útil, para uma presença
suficiente de oxigênio e acima de um mínimo de umidade.
De acordo com Figueiredo et al. (1993) existe uma série de fatores que por
si só não representam risco de corrosão da armadura, mas que depois de desencadeado o
fenômeno, são responsáveis pela propagação da corrosão.
3.4.2.2.1 Conteúdo de umidade
O conteúdo de umidade no interior do concreto exerce importante papel
sobre a corrosão, quer seja porque a água é necessária para que ocorra a reação catódica
da redução do oxigênio, ou porque influi na resistividade do concreto e na
permeabilidade do oxigênio (FIGUEIREDO, 1994).
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
38
Cascudo (1997) define a resistividade elétrica do concreto, como sendo um
parâmetro que depende do teor de umidade, da permeabilidade e do grau de ionização
do eletrólito do concreto. Quando os poros contêm pouquíssima umidade, a
resistividade é muito elevada e o processo de corrosão fica dificultado. Assim, mesmo
que o concreto esteja carbonatado e contaminado de cloretos, a velocidade da corrosão é
baixa. Ademais, se os poros estiverem com alto teor de umidade, abaixo da saturação, a
velocidade é considerada máxima e o oxigênio chega livremente à armadura, sendo sua
resistividade suficientemente baixa para permitir a corrosão, conforme ilustrado na
FIGURA 3.9.
FIGURA 3.9 – Teor de umidade dos poros em função da umidade do ambiente (Andrade,
1992).
3.4.2.2.2 Proporção de cloretos
Segundo Mehta e Monteiro (1994), dependendo da relação Cl–/OH
–, relata-
se que o filme protetor pode ser destruído mesmo para valores de pH consideravelmente
acima de 11,5. Quando os valores Cl–/OH
– são maiores de 0,6, o aço parece não estar
mais protegido contra corrosão, provavelmente porque o filme de óxido de ferro se
torna permeável ou instável sob estas condições.
De acordo com CEB (1982) apud Gentil (1987), o teor máximo de cloretos,
que pode reagir com o C3A do cimento é de 0,4% em relação à massa de cimento, o que
possibilita a existência de cloretos livre para desencadear o processo de corrosão. Desta
forma, com teores de cloretos entre 0,4% a 1,0%, o risco de corrosão é considerado
médio podendo provocar a despassivação da armadura. Como exemplo, alguns valores
são apresentados por Gentil (1982), conforme TABELA 3.4.
TABELA 3.4 – Valores de cloretos relacionados com possibilidade de corrosão em concreto.
Cloretos em relação à massa de cimento (%)
Adicionado à mistura Proveniente do meio externo Risco de corrosão
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
39
< 0,6
0,6 a 1,0
> 1,0
< 0,4
0,4 a 1,0
> 1,0
Baixo
Médio
Alto
3.5 Parâmetros determinantes da velocidade e profundidade de alcance dos
agentes agressivos
A velocidade com que a reação de carbonatação e penetração dos íons
cloreto ocorre depende de fatores como o meio ambiente e das características finais do
concreto endurecido.
3.5.1 Concentração de CO2
A velocidade de carbonatação aumenta quando o ambiente possui uma
concentração maior de CO2, principalmente para concretos de elevada relação
água/cimento (SHRBERT et. al. (1974) apud FIGUEIREDO, 1994).
3.5.2 Umidade relativa do ambiente
A umidade relativa do ambiente exerce influência sobre a quantidade de
água contida nos poros do concreto, o que por sua vez, condiciona a velocidade de
difusão do CO2 através desses poros.
Se os poros estiverem secos, o CO2 se difundirá para o interior do concreto,
mas a carbonatação não ocorrerá pela ausência de água. No entanto, se os poros
estiverem preenchidos com água, quase não haverá carbonatação, devido à baixa taxa de
difusão de CO2 através da água. Quando os poros estiverem parcialmente preenchidos
com água, a frente de carbonatação avança devido à existência de água e à maior
possibilidade de difusão de CO2.
De acordo com Figueiredo (1994), observa-se que os maiores graus de
carbonatação ocorrem quando a umidade relativa situa-se entre 50% a 65%. Por outro
lado, com umidades inferiores a 20% ou superiores a 95% a carbonatação ocorre
lentamente ou simplesmente não ocorre.
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
40
3.5.3 Tipo e quantidade de cimento
O tipo e a quantidade de cimento por metro cúbico são alguns dos fatores
que determinam a ocorrência de corrosão no concreto armado.
Mehta e Monteiro (1994) citam que a deterioração do concreto, devido ao
ataque por sulfatos, pode ser afetada pelo consumo e tipo de cimento e de adições
minerais. Os resultados de um estudo de longa duração realizado em corpos-de-prova de
concreto expostos a um solo sulfatado (contendo 10% de NaSO4) em Sacramento,
Califórnia, mostraram que a baixa permeabilidade do concreto foi mais importante na
redução da taxa de deterioração que o conteúdo de C3A do cimento.
Em relação ao alto teor de C3A do cimento Portland, as adições minerais
oferecem uma forma de controle sobre o ataque dos sulfatos, reduzindo o conteúdo de
C3A no material cimentício total.
3.5.4 Relação água/cimento
Cascudo (1997) afirma que a relação água/cimento é um dos parâmetros
mais importantes em todo contexto da corrosão, pelo fato de que ela determina a
qualidade do concreto, ou seja, define as características de porosidade da pasta de
cimento endurecida. Quanto menor o valor da relação água / cimento maior a resistência
do concreto, menor sua permeabilidade e maior a durabilidade.
Figueiredo (1994) ainda ressalta que, quanto maior a relação água/cimento,
maior a porosidade e a permeabilidade de um concreto. Quanto maior a porosidade,
mais facilmente o CO2 pode se difundir através do concreto.
3.5.5 Condições de cura
As condições de cura exercem efeito sobre as propriedades de transporte na
pasta de cimento endurecido e, por conseguinte, sobre a difusão efetiva de íons
agressivos (cloretos, sulfatos, nitratos etc.).
Desta forma, quanto maior o tempo de cura, maior será o grau de hidratação
do cimento. Conseqüentemente, menor será a porosidade e a permeabilidade do
concreto e menores serão os efeitos da carbonatação (FIGUEIREDO, 1994).
Capítulo 3 – Corrosão das armaduras
41
3.5.6 Fissuras
Fissuras são fatores desencadeantes e acelerantes, pois os agentes agressivos
penetram através delas e desta forma rompem localizadamente a passividade da
armadura do concreto. No caso de fissuras transversais à armadura, as regiões próximas
à fissura atuarão como ânodo, enquanto que as regiões laterais atuarão como cátodo. No
caso de fissuras longitudinais à armadura, a região adjacente atuará como ânodo e a
região inferior da armadura, como cátodo.
De acordo com Andrade (1992), as aberturas inerentes ao concreto armado
constituem um caminho rápido de penetração dos agentes agressivos até a armadura. É
possível verificar na FIGURA 3.10, o fenômeno de despassivação das armaduras
quando agentes agressivos penetram no concreto através de fissuras.
FIGURA 3.10 – Corrosão em fissuras transversais e longitudinais (Andrade, 1992).
Devido ao elevado número de fatores que influenciam a carbonatação e
principalmente quando, uma estrutura de concreto está exposta à água, gases ou solo
que contêm cloretos e CO2, a quantidade necessária de íons Cl– e CO2 para que se inicie
o processo de corrosão será primeiramente atingida nas regiões fissuradas.
De acordo com Figueiredo (1994), a velocidade com que a corrosão se
desenvolve depende da abertura da fissura, da qualidade do concreto e da relação área
catódica / área anódica.
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
42
4 PREVENÇÃO E REPARO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO
COM CORROSÃO NAS ARMADURAS
De acordo com Cascudo (1997), em estruturas debilitadas, o processo de
recuperação objetiva a devolução do seu estado original, seja do ponto de vista de
capacidade portante seja sob a ótica da durabilidade.
Normalmente, as manifestações patológicas se originam na etapa de
concepção dos projetos e execução e são, em geral, mais graves do que as falhas de
qualidade nos materiais ou de mau planejamento, conforme ilustração da FIGURA 4.1,
sendo possível observar a elevada porcentagem destas manifestações.
4%10%
18%
28%
40%Planejamento
Uso
Materiais
Execução
Projeto
FIGURA 4.1 – Origem das manifestações patológicas com relação às etapas de produção e uso
das obras civis de concreto armado (HELENE e FIGUEIREDO, 2003).
Várias são as técnicas atualmente empregadas para proteger e reparar as
estruturas de concreto armado atacadas pela corrosão (FIGUEIREDO, 1994). É evidente
que a manutenção preventiva pode tornar desnecessária a execução de manutenção
corretiva, reduzindo custos. A manutenção preventiva pode ser direcionada, por
exemplo, para a limpeza das estruturas, eliminação de áreas de estagnação de água e
fluidos agressivos, aplicação de revestimento protetor, recuperação de defeitos logo que
os mesmos apareçam etc. (GENTIL, 1996).
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
43
4.1 Técnicas eletroquímicas para avaliação da corrosão das armaduras
4.1.1 Técnicas de resistência elétrica
A preocupação em estudar e mensurar a resistividade elétrica do concreto
reside no fato de que esta propriedade, juntamente com o acesso de oxigênio às barras,
constitui um dos elementos principais controladores do processo eletroquímico
responsável pela corrosão da armadura. Dessa forma, a velocidade de corrosão do aço
no concreto é em muito dependente da resistividade elétrica ou por outro lado, da
condutividade iônica do eletrólito (fase líquida do concreto) (CASCUDO, 1997).
A técnica de determinação da resistência elétrica está baseada no princípio
de que a área da seção transversal da armadura é o inverso da sua resistência elétrica,
que por sua vez, é diretamente proporcional à temperatura. As velocidades de corrosão
máximas ocorrem em concretos com altos teores de umidade (os quais apresentam baixa
resistividade), porém sem saturação dos poros (para não dificultar o acesso de oxigênio)
(CASCUDO, 1997).
Assim, admite-se que a corrosão do aço é causada pelo decréscimo na sua
seção transversal, podendo ser monitorada periodicamente pela medida de sua
resistência elétrica. É importante salientar que a proporcionalidade existente entre a
mudança na resistência elétrica e o incremento na corrosão só existe se o metal estiver
sofrendo corrosão de maneira uniforme.
A aplicação da técnica para medida de resistência elétrica consiste no uso de
sondas metálicas que são embutidas no interior do concreto, conforme ilustra a
FIGURA 4.2. Depois que as sondas são conectadas à armadura, serão formadas pontes
de corrente alternada. A relação da resistência das sondas fornece a taxa de corrosão da
armadura que está sendo corroída.
FIGURA 4.2 – Instalação de sonda de resistência elétrica em tabuleiro de ponte (CASCUDO,
1997).
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
44
Segundo Cascudo (1997), a técnica de resistência elétrica é útil na avaliação
de desempenho de proteção catódica e materiais de reparo, tendo ainda como vantagem
o fato de que a técnica não exige o uso de mão de obra especializada. No entanto, a
sonda apenas produz dados de corrosão confinados ao seu local particular de instalação
e sua aplicação se limita apenas à corrosão generalizada.
4.1.2 Potencial de corrosão
O potencial de corrosão, também chamado de potencial eletroquímico de
corrosão das armaduras imersas no concreto, é uma grandeza que indica com certa
aproximação a situação de corrosão ou passividade das armaduras, conforme indicado
na TABELA 4.1 (ANDRADE, 1992).
TABELA 4.1 – Critérios de avaliação dos resultados das medidas de potenciais de acordo com
a ASTM C-876. (CASCUDO, 1997)
Potencial de corrosão relativo ao eletrodo de
referência de cobre-sulfato de cobre – ESC (mV)
Probabilidade
de corrosão (%)
mais negativo que -350 95
mais positivo que -200 5
de -200 a -350 incerta
O potencial eletroquímico do aço no concreto depende de inúmeras
variáveis, tais como umidade, disponibilidade de oxigênio, presença de fissuras do
concreto etc. Segundo Andrade (1992), zonas secas e úmidas em uma mesma estrutura
podem resultar em diferenças de potencial que não podem ser atribuídas a um maior
risco de corrosão e sim a um diferente conteúdo de umidade em contato com armadura.
A falta de oxigênio junto à armadura também resulta em valores de potencial muito
mais negativos que regiões mais aeradas. A presença de fissuras e imperfeições, além de
induzir corrosão localizada sobre a armadura, ainda provoca variação na resistividade
do concreto, falseando as medidas de potencial.
A técnica de potencial de corrosão consiste na determinação da diferença de
potencial elétrico entre o aço das armaduras e um eletrodo de referência colocado em
contato com a superfície do concreto.
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
45
Conforme Cascudo (1997), a aplicação da técnica utiliza um voltímetro de
alta impedância de entrada (não inferior a 10 MOhms) e com resolução a nível de
milivolts, eletrodo de referência, sendo que os mais utilizados são os de calomelano
saturado (ECS) e o de cobre/sulfato de cobre (ESC), esponja de alta condutividade e
conexões elétricas.
A FIGURA 4.3 mostra como é possível a obtenção dos potenciais
eletroquímicos no concreto. Para aplicação da técnica deve-se conectar o pólo negativo
do milivoltímetro ao eletrodo de referência e o pólo positivo a um ponto da armadura.
Vale ressaltar que a esponja de alta condutividade é utilizada para estabelecer um meio
condutor entre a extremidade do eletrodo de referência (placa porosa) e a superfície do
concreto. Com o uso da técnica é possível obter a indicação de quando uma armadura
passa do estado passivo para ativo de corrosão, ou vice-versa, pela súbita mudança dos
valores de potencial, através de monitoramento (CASCUDO, 1997).
FIGURA 4.3 – Esquema para medida dos potenciais de corrosão (CASCUDO, 1997).
A utilização da técnica para obtenção de um mapa de linhas equipotenciais
pode ser bastante útil na identificação de regiões de caráter anódico de uma estrutura de
grandes dimensões. Esses mapas têm sido utilizados para planejamento dos trabalhos de
reparo em estruturas de concreto.
A técnica tem a vantagem de ser não-destrutiva, de fácil aplicação e baixo
custo e a desvantagem da dificuldade para identificar a morfologia do ataque e de
apenas fornecer uma idéia relativa e aproximada do processo de corrosão instalado
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
46
sobre a armadura, ou seja, do seu registro não se obtém nenhum dado quantitativo da
cinética de corrosão.
4.1.3 Ruído eletroquímico
De acordo com MACKENZIE (1987), apud FIQUEIREDO (1994), na
interface aço-concreto, o ruído gerado está relacionado com a atividade do filme de
óxido passivador na superfície das armaduras. Este filme, estando em um estado de
“equilíbrio dinâmico”, produz correntes e potenciais transitórios associados com sua
quebra (formação do pite) e com o seu restabelecimento (repassivação).
O ruído eletroquímico tem sido identificado com as flutuações aleatórias do
potencial ou da corrente de um metal que está sendo corroído (HLADKY, DAWSON,
1981, apud FIQUEIREDO, 1994).
A aplicação da técnica de ruído eletroquímico é similar à utilizada para a
técnica de potencial de corrosão, porém com algumas peculiaridades, como a utilização
de voltímetro de alta impedância (maior que 10 MOhms) e um microcomputador, como
verificado na FIGURA 4.4.
FIGURA 4.4 – Diagrama de blocos mostrando a instrumentação para medida dos ruídos
eletroquímicos (CASCUDO, 1997).
A técnica de ruído eletroquímico apresenta vantagens como a obtenção de
informações do início da corrosão localizada, morfologia do ataque e estado superficial
do aço e de ser uma técnica não-destrutiva com aplicação “in loco” e a desvantagem da
demora para obtenção dos dados e o fato de que estruturas de grande porte apresentam
várias fontes de ruídos, o que pode influenciar sobremaneira os resultados.
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
47
4.1.4 Curvas de polarização
As curvas de polarização podem ser entendidas como o meio pelo qual, sob
condições controladas, registra-se as relações corrente-potencial de um sistema de
corrosão. Essas relações podem produzir informações sobre as taxas de corrosão,
película de passividade, tendência à corrosão por pites e outros dados importantes
(PRINCITON 1977, apud CASCUDO, 1997).
A aplicação da técnica pode ser obtida através dos equipamentos, tais como
potenciostato / galvanostato, registrador x-y (onde as curvas são traçadas), eletrodos de
trabalho (armadura), eletrodo auxiliar (contra-eletrodo) e eletrodo de referência (de
sulfato de cobre e calomelano saturado) e conexões elétricas.
Conforme Cascudo (1997), o equipamento é composto por um sistema de
três eletrodos, regidos pelo potenciostato. O eletrodo de referência é responsável pela
medição do potencial, a partir do qual são exercidas as polarizações, tanto no sentido
anódico quanto no catódico. O eletrodo de trabalho (eletrodo de análise) constitui-se da
própria armadura e o elemento que será efetivamente polarizado a partir do seu
potencial de corrosão. O contra-eletrodo (eletrodo auxiliar) completa a célula
eletroquímica, conforme mostrado na FIGURA 4.5.
FIGURA – 4.5 Dispositivo básico para determinação das curvas de polarização (CASCUDO,
1997).
O potenciostato dispõe da opção de compensação da queda ôhmica, ou seja,
a técnica verifica a queda no potencial aplicado, quando de uma polarização devida a
alta resistividade elétrica do meio (no caso em questão da camada de concreto), entre os
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
48
eletrodos de trabalho e de referência. Essa queda altera as relações corrente-potencial,
gerando curvas de polarização distorcidas. A técnica obtém informações sobre a taxa de
corrosão, morfologia do ataque corrosão localizada e generalizada e efeitos de
inibidores.
A técnica apresenta vantagens como o estabelecimento das regiões de
ativação e passivação e a indicação de capacidade de proteção da amostra, tendo o
inconveniente de ser destrutiva. Além disso, conforme Figueiredo (1994), devido à
elevada resistência ôhmica do concreto, faz-se necessário compensar essa resistência a
cada momento de traçado da curva.
4.1.5 Resistência de polarização
A resistência de polarização (Rp) representa a inércia que um sistema possui
em desenvolver um processo eletroquímico de corrosão, isto é, um processo de
transferência de carga elétrica no metal, ante uma polarização imposta. Para estudo
particular da corrosão de armaduras, o referido sistema é o conjunto
aço/eletrólito/concreto (CASCUDO, 1997).
Sendo assim, quanto maior for a resistência de polarização, menos intensas
serão as velocidades de corrosão encontradas. No caso de sistemas com altos valores de
resistência de polarização, como armaduras passivadas em concreto por exemplo, os
índices de corrosão são desprezíveis.
A FIGURA 4.6, mostra que a técnica baseia-se no princípio de resistência
de polarização e utiliza o estímulo de uma corrente contínua aplicada à armadura,
exercendo uma polarização ao redor do potencial de corrosão livre (Ecorr). Este
potencial é medido com o auxílio de um eletrodo de conferência conveniente, que faz
parte do dispositivo para medição da resistência de polarização. O equipamento básico
para medição consiste de um potenciostato / galvanostatos; eletrodos de trabalho
(armadura), auxílio (contra-eletrodo) e referência (sulfato de cobre e calomelano
saturado) e conexões adequadas.
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
49
FIGURA 4.6 – Sistema para medidas de resistência de polarização (CASCUDO, 1997).
A técnica tem a vantagem de não causar danos aos elementos estruturais,
além de fornecer a taxa de corrosão e medidas relativamente rápidas. O inconveniente
consiste no alto custo do equipamento e na necessidade de mão-de-obra especializada
para operação do aparelho além do que a técnica apresenta deficiências para análise de
corrosão do tipo localizada.
4.2 Estratégia de Reparo
Como visto anteriormente sobre técnicas eletroquímicas potencialmente
utilizáveis para detecção das manifestações patológicas, cabe ressaltar que as técnicas
também são utilizadas para avaliar os reparos a serem adotados. Figueiredo (1994)
avaliou o desempenho dos revestimentos para proteção da armadura contra corrosão
através de técnicas eletroquímicas.
Antes de qualquer intervenção sobre uma estrutura afetada por um
fenômeno de degradação de seus materiais, é fundamental definir o método de reparo
mais adequado. As técnicas de reparo tradicionais são aquelas que se baseiam na
eliminação do concreto contaminado e sua reconstituição geométrica mediante materiais
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
50
de reparo. Estas técnicas apresentam como principais inconvenientes à necessidade de
mão-de-obra especializada, bem como custos geralmente elevados (TEIXEIRA, 2002).
Como guia de orientação em relação ao custo, Gonçalves et. al., (2003),
apud Araújo (2004), estimou os seguintes valores expressos a seguir, em reais por metro
quadrado, para cada técnica de reparo:
Reparo localizado → entre 155,00 R$/m² e 1.550 R$/m²;
Realcalinização eletroquímica → em torno de 310,00 R$/m²;
Extração eletroquímica de cloretos → em torno de 465,00 R$/m²;
Proteção catódica → entre 310,00 R$/m² e 930,00 R$/m².
Devido ao crescimento da necessidade de intervenções em estruturas de
concreto armado para restabelecer as características e o comportamento inicialmente
previsto na etapa de concepção, planejamento e projeto, sem o respaldo de um
diagnóstico preciso, tem-se observado um grande número de falhas nas intervenções,
principalmente quando se trata de corrosão das armaduras. Os materiais e os
procedimentos adotados para o reparo e a reconstrução nem sempre conferem à
estrutura as características de durabilidade compatíveis com a importância da obra e
com os elevados gastos com reparos e reconstrução das estruturas (HELENE, 1997
apud ARAÚJO, 2004).
Na FIGURA 4.7, apresenta-se um fluxograma elaborado por Lichtenstein
(1985), apud Araújo (2004) onde, inicialmente é realizado o levantamento de subsídios,
seguido do diagnóstico da situação e de definição da conduta a ser adotada.
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
51
FIGURA 4.7 – Estrutura do método para resolução de problemas patológicos
(LICHTENSTEIN, 1985).
O fluxograma está dividido em três partes principais:
1. Levantamento de subsídios, onde são obtidas informações no local para o
entendimento do problema e possível diagnóstico;
2. Informações que podem ser conseguidas com vistoria no local ou em
laboratório de pesquisa e diagnóstico da situação para identificação das causas efeitos
do fenômeno analisado;
3. Definição de conduta e da terapia adequada para o problema em questão.
Realizada a intervenção de melhor aplicação, deve-se selecionar a melhor alternativa
para proteger a armadura e o concreto da estrutura reabilitada.
As FIGURAS 4.8 e 4.9 exibem, de acordo com as características específicas
da estrutura avaliada e diagnosticada, os vários critérios de proteção existentes, podendo
ser uma proteção direta (sobre armadura) ou indireta (sobre a superfície do concreto)
(ARAÚJO, 2004).
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
52
FIGURA 4.8 – Método de proteção direta da armadura (HELENE, 1997).
FIGURA 4.9 – Método de proteção indireta da armadura, aplicados no concreto ou na sua
superfície (HELENE, 1997).
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
53
4.2.1 Reparo localizado
Das técnicas de reparo existentes, o reparo localizado é a mais empregada,
devido à facilidade tecnológica. Este tipo de reparo consiste em recompor ou reparar
uma determinada estrutura apenas em pontos ou regiões que apresentem problemas, não
necessitando fazer intervenções na estrutura como um todo, somente em partes dela,
objetivando proteger a armadura na região reparada (ARAÚJO, 2004).
A inconveniência do reparo localizado é o de alterar as características
elétricas das armaduras, produzindo a formação de novas ocorrências do fenômeno da
corrosão em áreas adjacentes às zonas recuperadas, dependendo das condições de
exposição e das características do sistema de reparo (FIGUEIREDO, 1994).
O reparo localizado completo normalmente envolve a delimitação, corte e
remoção do concreto deteriorado e contaminado, a limpeza ou substituição das
armaduras, a aplicação de um revestimento de proteção para a armadura, a aplicação de
uma ponte de aderência entre o concreto velho e o novo material de reparo, a
reconstituição da seção de concreto com o material de reparo e a proteção da superfície
de concreto com um revestimento apropriado (TINÔCO, 2001 apud ARAÚJO, 2004).
A FIGURA. 4.10 ilustra, esquematicamente, os materiais que fazem parte de
um sistema completo de reparo localizado.
FIGURA 4.10 – Esquema de um sistema completo de reparo localizado (ANDRADE et. al.,
1997).
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
54
A etapa de retirada do concreto deverá garantir a remoção integral do
concreto contaminado e deteriorado, e a imersão das barras em meio alcalino com a
colocação do novo substrato. Esta atividade pode ser feita através de ponteiros e
marretas ou com a utilização de maquitas e martelos rompedores pneumáticos.
Araújo (2004) afirma ainda, que a utilização destes equipamentos deve ser
feita com o maior cuidado possível, já que eles provocam micro-fissuras na matriz do
concreto. A seguir deve ser realizada a limpeza da armadura para remover todos os
produtos de corrosão, agentes despassivadores e restos de concreto antigo aderido à
superfície da armadura.
A limpeza deve ser realizada de acordo com o tipo de agente iniciador da
corrosão. Se por carbonatação, a limpeza pode ser realizada com escovas de cerdas de
aço ou, para uma limpeza mais eficaz, recomenda-se um jateamento abrasivo com areia.
Quando o concreto estiver contaminado por cloretos, a limpeza deve ser feita por
jateamento com água fria, seguida de um jateamento com água quente para facilitar a
remoção dos cloretos nas profundidades mais difíceis de serem alcançadas.
Depois de completamente limpas, é possível observar o estágio de
deterioração das armaduras, devendo ser realizada a medida da perda de seção com um
paquímetro. Andrade (1993), apud Figueiredo (1994), afirma que o Comitê Europeu de
Normalização (CEN) estuda a proposta de exigir a substituição da armadura caso o
limite de perda de seção da armadura seja de 5% ou surjam fissuras, adjacentes à
armadura, superiores a 0,3mm.
É fundamental que exista uma perfeita união entre o material já existente e o
material de reparo. Este agente de união ou ponte de aderência deve ser compatível com
o material de reparo e com as condições de umidade do substrato (ARAÚJO, 2004).
No que se refere à reconstituição da seção do concreto com material de
reparo apropriado e selecionado, geralmente faz-se uso de argamassas modificadas por
polímeros e aditivos, grautes, micro-concretos e concretos com características especiais.
Ressalta-se que a técnica de reparo localizado deve ser vista com muita
cautela, devido à formação de diferenças de potencial entre as regiões reparadas e as
não reparadas. Segundo Araújo (2004), outras medidas, tal como a redução de
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
55
agressividade do ambiente, proteção superficial através de barreiras, realcalinização do
concreto, remoção eletroquímica de cloretos e proteção catódica, poderiam ser
utilizadas depois da realização do reparo localizado.
4.2.2 Proteção catódica
Consiste em situar o aço na zona de imunidade dos diagramas de Pourbaix.
Isso pode ser conseguido aplicando uma corrente e transformando toda a armadura em
um grande cátodo (ANDRADE, 1992).
Conforme Tula & Oliveira (2001), apud Araújo (2004), a técnica consiste na
autopolarização dos metais do par galvânico através do contato elétrico, tendendo a
assumir um mesmo potencial. O potencial do metal mais nobre diminui enquanto o do
metal menos nobre aumenta. Em meios menos condutores, como o concreto, os
potenciais nunca se igualam, gerando uma diferença de potencial. Assim, se a
polarização for suficiente para fazer reduzir o potencial do metal mais nobre a valores
abaixo do potencial de “proteção”, a proteção catódica estará funcionando.
Teoricamente esse potencial poderia ser o potencial de imunidade do ferro, condição
que não irá ocorrer de forma natural.
A proteção ou reparo pode ser aplicado de duas formas: com o método por
corrente impressa ou com o método galvânico (com ânodo de sacrifício).
4.2.2.1 Por corrente impressa
O funcionamento de proteção catódica por corrente impressa consiste na
utilização de uma malha fixada na superfície da estrutura (ânodo), que posteriormente é
coberta por uma camada cimentícia e conectada à armadura (cátodo), por uma fonte
retificadora externa, conforme mostra a FIGURA 4.11. Na fonte retificadora, o ânodo é
conectado ao pólo positivo da fonte e o cátodo ao pólo negativo, dando assim, início ao
sistema de reabilitação da armadura com a dissolução do metal anódico (ARAÚJO,
2004). Ocorre a reação de redução onde os elétrons são arrancados do pólo positivo
(ânodo) e cedidos ao cátodo (armadura). O fluxo iônico estabelecido no concreto fecha
o circuito entre o cátodo e o ânodo, polarizados artificialmente.
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
56
FIGURA 4.11 – Esquema simplificado de proteção catódica por corrente impressa (TULA &
HELENE, 2001).
Para a técnica por corrente impressa são utilizados metais mais nobres, pois
estes metais são consumidos lentamente e os produtos de corrosão são menos
expansivos (GONÇALVES et. al., 2003 apud ARAUJO, 2004). Como exemplo pode-se
citar o titânio, que tem de 25 a 100 anos de serviço e proporciona uma densidade de
corrente máxima de 100 A/m². Na TABELA 4.1, é possível visualizar algumas
vantagens e desvantagens do método de proteção catódica por corrente impressa.
TABELA 4.2 – Vantagens e desvantagens do método de proteção catódica por corrente
impressa (TULA e HELENE, 2001).
CORRENTE IMPRESSA
Vantagens Desvantagens
- Não há limitação de tensão ou intensidade de
corrente;
- Ajustável em uma ampla faixa;
- Ânodos de grande vida útil;
- Possibilidade de controle imediato de
funcionamento.
- Alto custo de instalação;
- Alto custo de manutenção;
- Requer fonte externa de corrente direta;
- Possibilidade de desprendimento de hidrogênio
junto à armadura – necessidade de controle de
tensão;
- Sistema relativamente complexo.
4.2.2.2 Por ânodo de sacrifício (proteção galvânica)
Segundo Figueiredo (1998), apud Araújo (2004), a proteção por ânodo de
sacrifício se faz mediante a utilização de metais com menor potencial de redução que o
ferro, como por exemplo, o zinco e o alumínio. Estes metais são conectados à estrutura
para que ocorra a formação de macro-pilhas de corrosão, onde a oxidação se dará no
metal de sacrifício. Após o reparo, a armadura é revestida com concreto.
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
57
A função do ânodo de sacrifício nos reparos localizados é de evitar a
inversão da polaridade das armaduras após o reparo, eliminando a possibilidade de a
corrosão voltar a se manifestar nos locais adjacentes à área recém-reparada (TULA &
OLIVEIRA, 2001, apud ARAÚJO, 2004). A TABELA 4.2, demonstra algumas
vantagens e desvantagens do método de proteção catódica por ânodo de sacrifício.
TABELA 4.3 – Vantagens e desvantagens do método de proteção catódica por ânodo de
sacrifício (TULA e HELENE, 2001).
ÂNODO DE SACRIFÍCIO
Vantagens Desvantagens
- Baixo custo de instalação;
- Baixo custo de manutenção;
- Não requer fonte externa;
- Ajustável à técnica da estrutura;
- Sistema relativamente simples e viável;
- Possibilidade de controle imediato de
funcionamento;
- Pode ser prevista adaptabilidade para técnicas de
corrente impressa;
- Sistema auto-regulável;
- Compatibilidade com armaduras galvanizadas ou
tratadas com primer rico em zinco.
- Limitada capacidade de corrente;
- Limitada capacidade de polarização;
- Área de atuação limitada.
4.2.3 Extração eletroquímica de cloretos
Esta técnica não destrutiva consiste em retirar os íons cloreto do concreto
mediante processo eletroquímico, pela utilização de um ânodo de metal nobre, resinas
de troca iônica e uma fonte de corrente contínua. A resina de troca iônica (que pode ser
uma argamassa condutora, por exemplo) é aplicada sobre a superfície do concreto e
sobre ele é posto o metal nobre que atuará como ânodo (carga positiva), enquanto que a
própria armadura será o cátodo (carga negativa). A fonte conecta-se eletricamente ao
metal nobre e também à armadura, aplicando uma diferença de potencial entre dois
metais, promovendo correntes contínuas elevadas, conforme ilustra a FIGURA 4.12.
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
58
FIGURA 4.12 – Princípio da extração eletroquímica de cloretos (MIETZ, 1998).
De acordo com o Comitê 222 ACI, apud Cascudo (1997), os íons Cl–,
carregados negativamente, são atraídos para o ânodo, os quais apresentam carga elétrica
positiva, aprisionados pelas resinas de troca iônica.
Antes do tratamento deve-se remover qualquer tipo de pintura ou
revestimento da superfície do concreto. Áreas com concreto de cobrimento danificado
ou destacado, fissuras e ninhos de concretagem, devem ser prévia e adequadamente
reparadas, para garantir que a corrente seja impressa no concreto uniformemente e que
não haja fuga de corrente (ARAÚJO, 2004).
Com a extração dos cloretos do interior do concreto a propriedade de
proteção contra a corrosão é restabelecida recuperando a vida útil da estrutura.
Andrade et. al. (1997), apud Araújo (2004), comentam que os custos para se
executar este tipo de recuperação ainda são muito elevados, enfatizando a necessidade
de realizar a impermeabilização da superfície, tão logo seja efetuada a operação.
4.2.4 Realcalinização do concreto carbonatado
A técnica de realcalinização, além de ser empregada para restabelecer a
passivação da armadura através da elevação do pH do concreto carbonatado, também
pode ser usada como uma técnica preventiva, realcalinizando camadas carbonatadas
antes que a carbonatação atinja a armadura.
Existem dois mecanismos de realcalinização do concreto carbonatado: por
processo eletroquímico ou por difusão e absorção de uma solução alcalina por ação
capilar e de forças hidráulicas.
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
59
4.2.4.1 Realcalinização eletroquímica
O mecanismo de realcalinização eletroquímica envolve a aplicação de um
campo elétrico entre um ânodo, que é colocado externamente ao concreto e envolvido
em eletrólito rico em álcalis e a armadura do concreto.
A metodologia consiste em colocar uma malha de aço ou de titânio inerte
em contato com a superfície do concreto sendo então envolvida pelo eletrólito
(TEIXEIRA, 2002). A FIGURA 4.13 mostra que esta malha é conectada a um
transformador / retificador que também se conecta a armadura do concreto. Esta
armadura é exposta em alguns pontos de forma a propiciar esta conexão e gerar a
formação do cátodo. No processo de realcalinização, a corrente usualmente utilizada é
de 1 A/m2, aplicada de três a sete dias, sendo o carbonato de sódio comumente usado
como eletrólito. Alguns estudos confirmaram que o hidróxido de lítio também pode ser
usado como eletrólito, obtendo resultados satisfatórios. A aplicação de corrente elétrica
continua até que os álcalis cheguem a profundidades que se igualem à espessura do
cobrimento da armadura. Dessa forma, o restabelecimento do pH propiciará uma nova
formação da película passivadora sobre a armadura (BANFILL, 1997; IHEKWABA et.
al., 1996; MIETZ, 1992, apud TEIXEIRA, 2002).
FIGURA 4.13 – Princípio da realcalinização eletroquímica.
Como vantagem, este processo oferece o restabelecimento do pH através da
penetração de substância alcalina, elevação do período de vida útil e a diminuição de
futuros riscos de corrosão.
Alguns pesquisadores vêm estudando as desvantagens do uso deste
mecanismo, tais como a diminuição da resistência, um aumento no risco da reação
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
60
álcali-agregado (pelo aumento das concentrações de sódio e potássio no concreto) e as
mudanças nas características micro-estruturais do concreto, que podem modificar tanto
sua resistência quanto sua durabilidade (BANFILL, 1997, apud TEIXEIRA, 2002).
Entretanto Mietz (1992), apud Teixeira (2002), qualifica a realcalinização eletroquímica
como o método mais eficaz para a restauração da película passivadora, sendo
extremamente benéfica por não gerar grandes alterações estruturais.
4.2.4.2 Realcalinização por difusão e absorção de solução alcalina
A realcalinização com aplicação de solução rica em álcalis sobre a
superfície do concreto carbonatado consiste na absorção e difusão da solução alcalina
por ação capilar e de forças hidráulicas para o interior do concreto carbonatado, não
dependendo de aplicação de campo elétrico e de fluxo de corrente, como é o caso da
realcalinização eletroquímica.
O reparo utiliza solução rica em álcalis, sendo ela o carbonato de sódio
(Na2CO3), que irá penetrar no concreto por difusão, fazendo com que este readquira sua
condição alcalina. A FIGURA 4.14 ilustra o processo de realcalinização por
absorção/difusão.
FIGURA 4.14 – Esquema da realcalinização por absorção/difusão.
O grande atrativo da realcalinização por difusão/absorção é a não utilização
de corrente que proporciona a redução dos custos e a facilidade de aplicação.
Segundo Teixeira (2002), o emprego da técnica de realcalinização implica,
obrigatoriamente, sua manutenção, quer seja na observação da corrente, quer seja na
execução de pinturas na superfície do concreto tratado que impeçam a reincidência do
fenômeno da carbonatação. A técnica de realcalinização do concreto consegue elevar o
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
61
pH do concreto, mas não confere à estrutura condições de se tornar resistente aos
agentes agressivos. Desta forma é necessário que se promova mecanismos que impeçam
a “recarbonatação” ou a acidificação da estrutura. É usual efetuar a aplicação de
películas que protejam a estrutura após o tratamento.
4.2.5 Inibidores de corrosão
Segundo Gentil (1982), inibidor é uma substância ou mistura de substâncias
que, quando presentes em concentrações adequadas no meio corrosivo, reduzem ou
eliminam a corrosão.
Aos inibidores é possível atribuir, algumas vezes, a função de manutenção
da capa passiva, impedindo a dissolução dos íons metálicos na água intersticial do
concreto. Neste caso, diz-se que os inibidores se adsorvem na superfície da armadura,
reagindo e formando uma capa protetora de óxidos. Logo, acredita-se que o mecanismo
de ação dos inibidores é mais atribuído à adsorção de seus íons sobre o metal do que à
influência dos compostos provenientes das reações (PAZINI et. al., 1998, apud
ARAÚJO, 2004).
O uso dos inibidores está fundamentado nas vantagens fornecidas por estas
substâncias, como a relativa facilidade de utilização, podendo ser empregados tanto na
água de amassamento quanto diretamente na superfície do concreto e a manutenção
ínfima, quando comparados a outras técnicas de reparo, ou em alguns casos nenhuma
manutenção (ARAÚJO, 2004).
A utilização do inibidor tanto pode ser empregada para reparo, quanto para
prevenção, que consiste na adição na água de amassamento no momento da dosagem do
concreto e tem como função formar uma camada protetora sobre a armadura ou reforçar
uma camada pré-existente, dificultando o acesso de agentes agressivos até à armadura.
HOPE & IP, (1989), apud Araújo (2004), avaliaram o desempenho dos
inibidores de nitrito de cálcio e cloreto de estanho para proteger a armadura contra a
corrosão induzida por cloretos. Para análise do desempenho, foram realizadas medidas
de impedância, resistência de polarização e potencial de corrosão. Nos resultados
obtidos, o nitrito de cálcio apresentou um excelente desempenho como medida
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
62
preventiva. A eficiência dos inibidores como método de reparo foi avaliada por Herrera
et. al., (1999) e Lima et. al., (1999), apud Araújo (2004), observando que o desempenho
dos inibidores (nitrito de sódio, molibdato de sódio e benzoato de sódio) foram
satisfatórios. O monitoramento foi realizado através de técnicas eletroquímicas.
De acordo com sua composição e comportamento, os inibidores podem ser
classificados como orgânicos, inorgânicos, catódicos e anódicos. Os inibidores
inorgânicos atuam reprimindo reações anódicas, ou seja, retardam ou impedem a reação
do ânodo, tendo como função oxidar o ferro, formando uma película aderente e
protetora.
Os inibidores inorgânicos utilizados são o nitrito de sódio, o nitrito de cálcio
e o monofluorfosfato de sódio (Na2PO3F). A ação desses inibidores adicionados em
proporções adequadas à água de amassamento do concreto tem como função reduzir o
fenômeno da corrosão no aço.
Os inibidores orgânicos de base amina e ésteres são conhecidos como
inibidores de fase vapor ou inibidores voláteis, pois têm a capacidade de difundir-se no
concreto endurecido, devido à sua elevada pressão de vapor, principalmente em
condições normais de temperatura e pressão. A facilidade com que penetram vai
depender da porosidade do concreto e da constituição da fase volátil (GONÇALVES et.
al., 2003, apud ARAÚJO, 2004).
Conforme Araújo (2004), os inibidores catódicos evitam a ocorrência das
reações catódicas pelo fornecimento de íons metálicos, reagindo com a alcalinidade
catódica, produzindo compostos insolúveis. Os inibidores anódicos permitem a redução
da velocidade da reação anódica, reagindo com os produtos de corrosão, formando um
revestimento protetor na superfície da armadura.
Na TABELA 4.3 Gonçalves et. al. (2003), apud Araújo (2004),
consideraram alguns aspectos com relação à ação dos inibidores inorgânicos e
orgânicos.
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
63
TABELA 4.4 – Ação de alguns inibidores de corrosão no concreto (GONÇALVES et. al., 2003).
Características Inibidores inorgânicos
Inibidores
orgânicos
Nitritos MFP6 Voláteis
Resistência à
compressão
Aumenta Diminui Não significativo
Porosidade do concreto Não significativo Reduz pela
precipitação
do fosfato de sódio
Não foi estudado
Compatibilidade
química com o concreto
Boa Reage com o meio
alcalino e precipitando
fosfato de sódio
Boa
Concentração crítica
junto à armadura
[NO2]/[Cl-]=1,5
(razão molar)
[MFP]/ [Cl-]=1,0
(razão molar)
Não é conhecido e
existem dificuldades na
medição
Mecanismo da ação
inibidora
Inibidor anódico Inibidor misto
(adsorção)
Não está bem definido,
ainda que pareça ser
misto, dependendo dos
constituintes
Comportamento a longo
Prazo
Existem alguns
resultados, mas em
concretos fissurados
existem algumas
controvérsias. Podem
ocorrer problemas
devido ao consumo de
inibidor
Não existem
experiências
Não existem
experiências
Compatibilidade
ambiental
Problemas de toxidade
(situações de
lixiviação)
Nas demolições as
estruturas criam
resíduos perigosos.
Não existem
inconvenientes
conhecidos
As aminas são produtos
irritantes
Método de aplicação
No concreto fresco ou
endurecido, é feito por
projeção e injeção.
Em concreto
endurecido por
impregnação
Em concreto fresco e
endurecido por
impregnação
4.3 Proteção e cobrimento das armaduras
Segundo Carvalho e Filho (2004), ao efetuar o detalhamento da armadura na
seção transversal é preciso, primeiramente, escolher a partir da área do aço calculada, a
quantidade de barras longitudinais necessárias, em função da área da seção transversal
de uma barra, devendo atender às prescrições da NBR 6118/2003.
Além dessas prescrições, os projetistas devem ter em mente as operações de
lançamento e adensamento, de modo a permitir que o concreto penetre com facilidade
6 Monofluorfosfato de sódio
Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras
64
em todos os vazios, bem como assegurar que haja espaço para que as agulhas de
vibradores possam ser introduzidas entre as barras, evitando que ocorram vazios e
segregação dos agregados. O projetista deve ainda, assegurar durante a concretagem, as
propriedades essenciais, tais como, homogeneidade (sem ninhos de concretagem) e
aderência entre aço e concreto.
Carvalho e Filho (2004), afirmam que as armaduras mínimas devem ser
colocadas a fim de evitar rupturas bruscas (frágeis) da seção, pois o aço faz com que ela
apresente deformação razoável antes de entrar em ruína. Ressalta-se que o espaçamento
entre as barras é um dos critérios para manter a espessura de cobrimento, sendo que o
arranjo das armaduras propiciará o cumprimento da função estrutural (aderência,
manutenção da altura útil etc.).
A NBR 6118/2003 prescreve que o espaçamento mínimo livre entre as faces
das barras, medido horizontalmente (ah) e verticalmente (av) no plano da seção
transversal, deve ser em cada direção, o maior entre os três valores seguintes, como
indica a FIGURA 4.15.
FIGURA 4.15 – Espaçamentos entre barras (mínimos) (CARVALHO e FILHO, 2004).
Depois de realizado todo o detalhamento da armadura, adota-se o
cobrimento mínimo que é a menor distância entre uma face da peça e a camada de
barras mais próximas dessa face (inclusive estribos), de acordo com os valores
expressos na TABELA 3.2.
Capítulo 5 – Considerações finais
65
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Diante do estudo realizado sobre o processo de passivação das armaduras
pôde-se verificar que o mecanismo de corrosão é um dos responsáveis por sua
despassivação.
O processo de corrosão das armaduras no interior do concreto pode ser
classificado como corrosão eletroquímica, que por sua vez ocorre em meio aquoso,
havendo a necessidade de um eletrólito, diferença de potencial, oxigênio e agentes
agressivos.
A fim de conservar e proteger a estrutura de possíveis ataques de agentes
agressivos, ressalta-se a importância da seleção de materiais a serem usados desde a
água de amassamento, cimento, aditivo e agregados, assegurando o andamento da
reação que ocorre para formação da película passivadora de proteção.
Tendo em vista que o processo de fabricação e execução é a etapa
responsável pela qualidade do concreto, bem como assegurar suas principais
propriedades no estado endurecido ressalta-se que, o concreto dosado, misturado,
colocado em fôrmas, adensado e curado nas condições recomendadas pela boa técnica,
adquire propriedades importantes, tais como menor porosidade e permeabilidade e
maior durabilidade.
Desta forma, é possível assegurar a interação dos materiais para formação
da película passivadora. Os principais produtos de hidratação obtidos são os silicatos de
cálcio hidratado e o hidróxido de cálcio. O hidróxido de cálcio constitui um composto
com maior solubilidade do que os silicatos de cálcio hidratado, possibilitando a
formação de um líquido de elevado pH existente nos poros, que confere as condições
necessárias para formação da película passivadora que protege a armadura da corrosão.
A NBR 6118/2003, revisada recentemente, lançou mão de alguns
dispositivos com o intuito de alcançar maior durabilidade e um adequado
dimensionamento das estruturas, atentando-se para quatro classes de agressividade
ambiental, relacionadas às ações físicas e químicas que atuam sobre os elementos
estruturais inseridos em cada tipo de ambiente, a saber, rurais, urbanos, industriais e
marinhos.
Capítulo 5 – Considerações finais
66
De acordo com a NBR 6118/2003, a definição da classe de agressividade
ambiental passa a ser o ponto de partida que determinará o cobrimento da armadura e
abertura máxima de fissuras permitidas.
Desta forma, tratando-se da realidade brasileira, os profissionais da área de
construção civil devem estar sempre atentos a fim de resguardar a espessura do
cobrimento das armaduras, levando em consideração as espessuras adequadas quando as
mesmas estão inseridas em ambientes altamente corrosivos.
Uma vez instalado o fenômeno de corrosão das armaduras ou quando se
deseja verificar a presença desse tipo de manifestação patológico em determinado
elemento estrutural, o uso de técnicas eletroquímicas pode ser realizado a fim de
identificar o fenômeno de degradação instalado nas armaduras, possibilitando indicar o
método de reparo mais adequado à situação.
As técnicas de reparo tradicionais são aquelas que se baseiam na eliminação
do concreto contaminado e sua reconstituição geométrica mediante materiais de reparo.
Estas técnicas apresentam como principais inconvenientes a necessidade de mão-de-
obra especializada, bem como custos geralmente elevados.
Finalmente, deve-se atentar para a seriedade dos efeitos de corrosão sobre os
elementos estruturais de concreto armado, com vistas à produção e moldagem de
concretos que possuam características de durabilidade satisfatórias frente à atmosfera
em que esteja inserido, além de proceder inspeções de manutenção periódicas a fim de
evitar a propagação do fenômeno, minimizando custos e maximizando a segurança e
funcionalidade das estruturas.
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