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66 Téchne 200 | nOVeMBRO de 2013
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Resistividade elétrica do concreto na avaliação do risco de corrosão nas estruturas atmosféricas
Adriana de Araujo Pesquisadora do Laboratório de Corrosão
(LCP) e Proteção do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT)
Zehbour Panossian Diretora de Inovação do IPT
Não é raro observar a deterioração prematura das estruturas atmos-
féricas de concreto armado, como pon-tes, viadutos, píeres e prédios, devido à corrosão das armaduras. Frequente-mente, a corrosão é resultante da pre-sença de teores críticos de íons cloreto no concreto ou do abaixamento do seu pH devido a reações com compostos presentes no ar atmosférico, especial-mente o dióxido de carbono (reações de carbonatação) (Glass, 2003).
Usualmente, o risco de corrosão é avaliado quando da realização de inspe-ções visuais periódicas que verificam o estado de conservação das estruturas. Na maioria das vezes, esta inspeção consiste do exame visual detalhado da superfície do concreto. Com base na gravidade das patologias observadas, bem como no co-nhecimento da agressividade ambiental, das características e do histórico da es-trutura, outras técnicas são também aplicadas. Dentre elas, destaca-se a medi-da elétrica da resistividade do concreto que é associada à medida eletroquímica do potencial de corrosão e/ou da taxa de corrosão das armaduras para a avaliação do risco de sua corrosão.
A resistividade elétrica é o inverso da condutividade elétrica, podendo ser de-finida como uma propriedade física do concreto que indica a sua resistência à passagem de corrente elétrica (Zaccardi et al., 2009). Além disto, é um parâmetro importante para indicar o grau e a dis-tribuição de umidade no concreto, a presença de íons cloreto e a taxa de cor-rosão da armadura (Bertolini et al.,
2004; Schiessl; Weydert, 1996). Sendo assim, pode-se dizer que a resistividade do concreto está relacionada com a vida útil das estruturas. Na etapa de iniciação, a sua medição, no decorrer do tempo, pode indicar alteração da umidade do concreto e, indiretamente, a penetração de íons cloreto e, na etapa de propaga-ção, a intensidade da corrosão da arma-dura (Zaccardi et al., 2009; Polder, 2001).
As características físicas e químicas do concreto têm grande influência na resistividade elétrica do concreto. Ci-ta-se a permeabilidade do concreto que determina o transporte de dife-rentes agentes na rede de poros inter-conectados da matriz de cimento, em destaque a mencionada penetração da água (contaminada ou não com íons) (Glass, 2003; Nagi; Whiting, 2004). Quanto maior é a penetração da água, maior será o grau de umidade do con-creto (também descrito na literatura como grau de saturação). Este grau controla a resistividade elétrica do concreto de cobrimento da armadura (Enevoldsen et al., 1994). Quanto maior é o grau de umidade do concre-to, menor será a sua resistividade elé-
trica, ou seja, mais facilitado é o fluxo da corrente elétrica no mesmo.
Cita-se que as estruturas atmosféri-cas estão expostas a diferentes condições ambientais que propiciam a umidifica-ção do concreto. O transporte da água e de seus vapores sempre ocorre quando há um gradiente de umidade entre o ambiente e o concreto e com a sua expo-sição à água pluvial. Quanto maior é a duração do período de exposição à água pluvial, maior pode ser a quantidade de água que penetra para o interior do con-creto (Andrade et. al, 1999).
A intensidade da corrosão das arma-duras está diretamente relacionada com a umidade do concreto, ou seja, com a sua resistividade elétrica (Andrade et al., 1999; Gulikers, 2005). Um grau crítico de umidade é fundamental para o início da corrosão da armadura. As reações de corrosão só ocorrem quando a superfí-cie da armadura está em contato direto com a fase líquida do concreto, ou seja, com a solução aquosa eletrolítica que preenche a rede de poros e capilares. Além disto, o aumento da umidade re-sulta no aumento da área de armadura em contato com a solução aquosa e favo-rece a dispersão dos produtos de corro-são formados na superfície do aço, sendo que ambos podem acelerar a taxa de cor-rosão (Feliu et al, 1989).
Para a corrosão, também é funda-mental a presença de oxigênio dissolvido na solução eletrolítica. Em geral, assu-me-se que o oxigênio controla o proces-so de corrosão em concreto, devido ao seu acesso lento até a superfície da arma-
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Figura 1 – Esquema de célula de corrosão eletroquímica
dura. No entanto, em estruturas atmos-féricas nem sempre isto é válido, podendo o processo de corrosão ser controlado pela resistividade elétrica do concreto (Alonso et al., 1988).
Como exemplo prático da influência da água e do oxigênio, cita-se que a taxa de corrosão da armadura é insignificante quando o concreto está muito seco (pouco eletrólito), mesmo havendo o livre acesso do oxigênio na sua superfície. No caso de um concreto saturado (máxi-mo volume de umidade), a taxa de corro-são também é muito lenta, devido à res-trição do acesso de oxigênio dissolvido no eletrólito. No entanto, caso o concreto es-teja úmido, mas não saturado, espera-se um processo intenso de corrosão (Schies-sl; Weydert, 1996; Polder, 2001).
Uma célula de corrosão eletroquími-ca é esquematizada na figura 1. Nela, são apresentadas, simplificadamente, as rea-ções indicadas na literatura como repre-sentativas do processo de corrosão do aço-carbono em concreto. Na região anó-dica, ocorre oxidação do metal (Fe → Fe2+ + 2e) e, na catódica, redução do oxigênio dissolvido no eletrólito (O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-). Entre estas regiões, há forma-ção de um circuito elétrico: no metal há condução de corrente elétrica de natureza eletrônica e, na solução de água de poro (eletrólito), condução de corrente elétrica de natureza iônica e, na interface metal/meio, corrente elétrica decorrente das re-ações de transferência de cargas.
Conforme mostra a figura, na solu-ção, a condução de corrente elétrica iônica é função da movimentação de íons livres (partículas com carga elétrica). A medida da resistividade elétrica indica exatamente a resistência do concreto ao fluxo da corrente elétrica iônica gerada por esta movimentação. Quanto menor é a resistividade elétrica do concreto, mais facilitado será este fluxo e, assim, mais propensas as armaduras estão à corrosão (Sadowshi, 2010). Na prática, diz-se que a corrosão é quase certa quando a resistivi-dade elétrica do concreto é baixa e a ar-madura está despassivada.
Diferentes fatores interferem no fluxo da corrente elétrica iônica. Como exemplo, cita-se a temperatura da solu-ção de água de poro. O seu aumento fa-cilita a mobilidade dos íons (Polder,
2001; Nagi; Whiting, 2004). Segundo estudo de Schiessl e Weydert (1996), um aumento em torno de 10 °C é suficiente para reduzir a resistividade elétrica do concreto em 50 %, enquanto uma dimi-nuição da mesma ordem de grandeza (-10 °C) dobra a resistividade (100 %).
O tipo de íon presente na solução também interfere no fluxo de corrente elétrica no concreto. Os íons de alta mo-bilidade, como é o caso dos íons cloreto, intensifica a corrente iônica, acelerando a corrosão do aço-carbono (Broomfield; Millard, 2002). Por outro lado, a carbo-natação do concreto tem efeito inverso ao dos íons cloreto, pois as suas reações resultam na formação de sais de carbo-nato de cálcio insolúveis que aumentam a densidade do concreto e tornam a água de poro mais diluída (Bertolini et al., 2004). Consequentemente, a resistivida-de elétrica do concreto aumenta.
Resistividade elétrica do concreto e medidas eletroquímicas de corrosão
Alonso e colaboradores (1988, 1989) mostraram, há décadas, que a re-sistividade elétrica do concreto está re-lacionada com a taxa de corrosão da armadura. Uma série de ensaios apon-tou um aumento expressivo da taxa de corrosão quando a resistividade elétrica do concreto era baixa. Outros estudos (González et al., 2004; Glass et al., 1991; Schiessl; Weydert, 1996, Enevoldsen et al., 1994, Hunkeler, 1996) apontaram a mesma correlação.
Broomfield e Millard (2002) ressal-tam que a correlação da taxa de corrosão com a resistividade elétrica do concreto somente é valida se a medida desta última for feita com exatidão. Outra ressalva é
para o caso de concreto muito úmido ou muito seco, condição em que a correlação entre as técnicas não se aplica. Enevoldsen et al. (1994) mostraram, por meio do em-butimento no concreto de aparato espe-cífico de medição do grau de sua umida-de, que a taxa de corrosão diminui quan-do a umidade do concreto é muito eleva-da, maior do que 80%. A partir deste valor, Hunkeler (1996) observou uma drástica queda da resistividade elétrica do concreto. Nesta condição, a taxa de corro-são é governada pela já mencionada con-centração do oxigênio dissolvido que é menor em concreto muito úmido. No caso do concreto muito seco, a taxa de corrosão cai drasticamente devido à mencionada ausência de água.
Broomfield e Millard (2002) tam-bém descrevem que é possível identificar locais de possível corrosão intensa (taxa elevada) e, também, avaliar a severidade da situação constatada em campo com a associação da medida da resistividade com a do potencial de corrosão. Segun-do estes autores, isto é válido tanto para medições pontuais de potencial de cor-rosão como para aquelas que abrangem áreas maiores (mapeamento de poten-cial). Além disto, ressalta-se que esta as-sociação é importante devido à conheci-da influência do grau de umidade do concreto nos valores de potencial, con-forme critérios da ASTM C876. Segun-do estudos de González e colaboradores (2004) múltiplos fa tores condicionam os valores de potencial, sendo a sua asso-ciação com outras medidas, como a da resistividade elétrica do concreto, neces-sária para a total credibilidade dos resul-tados obtidos em cam po.
O exposto está de acordo com a vi-
Ca2+
Ca2+
Fe2+
Fe2+Fe
O2
O2
O2
O2
O2
H2O
2H2O + O2 + 4e-
2e-
4OH-
H2O
H2O
H2O
H+
H+
H+
OH-OH-
H+K+
K+
K+
Na+Na+
SO2-4
Anodo
Catodo
Conduçãoelétrica
Conduçãoiônica
Metal: aço carbono Eletrólito: face líquida do concreto
Interface: reações de transferência de cargas
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a R t i G O
vência em campo das autoras. A medida da resistividade elétrica do concreto é usualmente realizada para complemen-tar a do potencial de corrosão das arma-duras na avaliação do risco de corrosão. Com o conhecimento da resistividade do concreto é facilitada tanto a análise dos resultados, como também a identificação das regiões com corrosão em curso e po-tencialmente propensas à corrosão seve-ra (taxa de corrosão elevada). Com base nos resultados obtidos e no exame visual da armadura, outros ensaios são realiza-dos em campo e em laboratório. Com base nestes ensaios e nos obtidos na ins-peção visual dos elementos da estrutura é possível não somente avaliar o risco de corrosão, como também determinar o seu estado de conservação.
Outras aplicações da medida da resistividade
Além da avaliação do risco corrosão, outros processos de degradação, em que o grau de umidade do concreto tem im-pacto significativo, como na reação álca-lis-agregado e no ataque de sulfatos ao concreto, também podem fazer uso da técnica de medição da resistividade elé-trica do concreto (ACI, 2010).
Além disso, esta técnica pode ser aplicada para avaliar o desempenho de estruturas recuperadas (Hunkeler, 1996), a eficiência da proteção catódica ou do processo de dessalinização ou da realcalinização do concreto (Nagi; Whi-ting, 2004; Polder, 2001). Além disto, ci-ta-se o seu uso na caracterização do con-creto, inclusive na avaliação do ingresso de íons cloreto (Nagi; Whiting, 2004; Andrade; D´Andrea, 2011).
NormalizaçãoConforme a literatura consultada,
há normalização (AASHTO TP95, 2011) para avaliar o ingresso de íons clo-reto no concreto com uso da técnica de medição da resistividade do concreto. Quanto ao seu uso na avaliação do risco de corrosão das armaduras, somente foi recuperada a recomendação técnica Rilem TC 154-EMC (Polder, 2000).
Sabendo-se da limitação de norma-lizações, é importante que as medidas de resistividade elétrica sejam feitas com base nessa recomendação e em estudos
disponíveis na literatura. Cita-se que as principais técnicas e os critérios de ava-liação dos resultados obtidos em medi-ções em campo na avaliação do risco de corrosão são temas de artigo posterior.
AgradecimentoAndreza Milham e Ana Lúcia A. de
Souza pela recuperação de artigos e Andrezza P. Correa pela elaboração de desenho.
LEia MaiS
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