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44 Téchne 204 | março de 2014 44 Téchne 210 | SeTemBro de 2014
Adriana de AraujoPesquisadora do Laboratório de Corrosão
e Proteção (LCP) do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT)
Zehbour Panossian Diretora de Inovação do IPT
Kleber J. OliveiraAssistente de Pesquisa do Laboratório de Equipamentos Elétricos e Ópticos do IPT
Mario L. Pereira FilhoPesquisador do Laboratório de
Equipamentos Elétricos e Ópticos do [email protected]
A resistividade elétrica pode ser de-finida como uma propriedade fí-
sica do concreto que indica a resistên-cia ao fluxo de corrente elétrica de na-tureza iônica na solução aquosa (fase líquida do concreto) contida na sua rede de poros comunicantes: bolhas, interstícios e canais capilares. A total saturação do concreto é a condição ideal para esse fluxo. Em concreto não saturado, o fluxo ocorre por meio de filme de água adsorvida na superfície das paredes dos poros. O fluxo dessa corrente é intensificado pela presença de íons cloreto na solução aquosa e, ainda, pelo aumento de sua tempera-tura [Glass, 1991; Polder, 2001; Nagi; Whiting, 2004; Larsen, 2006].
Como discutido em outro artigo [Araujo; Panossian, 2013], a resistivi-dade elétrica do concreto controla a corrente elétrica estabelecida entre a área anódica (oxidação do metal) e a área catódica (redução do oxigênio) de corrosão da armadura. A intensi-dade dessa corrosão é maior quando a resistividade elétrica está baixa e há disponibilidade de oxigênio dissolvi-do na solução aquosa junto à arma-dura. Desse modo, a resistividade é reconhecida como parâmetro direta-mente relacionado com a probabili-dade e a intensidade de corrosão [Cox et al., 1997]. Na prática, a medida da
Técnica de quatro eletrodos (método Wenner)
Essa técnica consiste do posicio-namento de quatro eletrodos, alinha-dos e equidistantes um do outro, na superfície do concreto. Uma corrente elétrica é aplicada entre os dois ele-trodos externos, sendo medida a di-ferença de potencial estabelecida entre os dois eletrodos internos, con-forme ilustra a figura 1. Com esses parâmetros, é determinada a resis-tência elétrica da porção do concreto contido dentro de uma semiesfera de raio igual ao espaçamento entre os eletrodos, centrada no ponto médio entre os dois eletrodos internos. Com o valor obtido, calcula-se a resistivi-dade elétrica do concreto com as equações 1 e 2.
Equação 1: R = ΔV/IEquação 2: ρ = 2π.R.aOnde:R = resistência elétrica em ΩΔV = diferença de potencial em VI = corrente elétrica em Aρ = resistividade em Ω.cma = espaçamento entre os eletrodos em cm
Essa técnica é tradicionalmente aplicada em campo com uso de equipamento que realiza a medida
resistividade é associada a outras téc-nicas de avaliação da estrutura, como a medida do potencial eletroquímico estabelecido no sistema armadura–concreto. Em geral, admite-se que a corrosão da armadura é certa e deve apresentar taxa elevada quando a re-sistividade elétrica do concreto está baixa e a medida do potencial indica a sua despassivação.
A seguir, são apresentadas técnicas de medida da resistividade elétrica do concreto e feitas considerações quanto à realização do ensaio em campo.
Artigo
técnicas de medida da resistividade elétrica em estruturas atmosféricas de concreto convencional
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automaticamente, tendo-se 5 cm de espaçamento entre eletrodos [Pro-ceq, 2014]. Esse valor foi determina-do em estudos, sendo adequado para evitar que a presença de agregados graúdos no concreto interfira nas leituras [Millard; Gowers, 1991, 1992]. Nessa técnica, podem ser in-troduzidos erros de até 25%, o que é resultante de problemas de contato entre os eletrodos e o concreto e de-vido à heterogeneidade do concreto [Polde, 2001]. Nota-se que atual-mente há equipamento que automa-ticamente identifica falhas de conta-to dos eletrodos com a superfície do concreto, podendo assim ser mini-mizados os erros de leituras.
Técnica de dois eletrodosConsiste na inserção total dos
dois eletrodos em furos executados no concreto. Uma corrente elétrica é aplicada entre eles e medida a dife-rença de potencial (figura 2). Conhe-cendo-se esses parâmetros, é deter-minada a resistência e a resistividade elétrica do concreto com a aplicação da equação 3. Nessa técnica, podem ser introduzidos erros maiores do que a técnica de quatro eletrodos [Millard; Gowers, 1999]. Além disso, essa técnica exige o uso de gel con-dutivo nos furos, que deve ser aplica-do antes da introdução dos eletro-dos. Em contrapartida, a introdução dos eletrodos no concreto diminui a
interferência na leitura decorrente da variabilidade de sua condição su-perficial. Em campo, usa-se também equipamento automatizado, com es-paçamento entre eletrodos de 5 cm [James Instrument, 2013].
Equação 3: ρ = 0,1π.R.aOnde:ρ = resistividade em Ω.cmR = resistência elétrica em Ωa = espaçamento entre os eletrodos em cm
Técnica similar, também denomi-nada de técnica de um eletrodo, é a medição da corrente e do potencial entre a armadura, utilizada como um
Figura 1 – Desenho esquemático da técnica de quatro eletrodos posicionados na superfície do concreto e sua realização em campo
Figura 2 – Desenho esquemático da técnica de dois eletrodos introduzidos no concreto e sua realização em campo
Eletrodo
Linhas de corrente (A)Linhas de potencial (V)
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A
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dos eletrodos, e um disco de 2 cm de diâmetro, posicionado sobre a super-fície do concreto (figura 3) [James Instrument, 2014]. Nessa técnica, a equação 4 é aplicada na determina-ção da resistividade do concreto, li-mitada à camada de cobrimento da armadura. A introdução de erros nas leituras é similar à de quatro eletro-dos [Feliu et al., 1996].
Equação 4: ρ = 2.R.DOnde:ρ = resistividade em Ω.cmR = resistência elétrica em ΩD = diâmetro do eletrodo em cm
Medida da resistividade elétrica em campo
A condição superficial do con-creto é um importante intervenien-te na realização das medidas. Para
evitar que a sua variabilidade inter-fira significativamente nas leituras, deve-se evitar a realização do ensaio em períodos de intenso calor ou frio e quando a superfície do con-creto está muito úmida, como ocor-re em período de chuva e após a molhagem intencional da superfí-cie antes da realização do ensaio [Millard, 1991; Gowers; Millard, 1999; Polder, 2001]. Como exem-plo, cita-se que a presença de uma lâmina de um milímetro de água, com resistividade de 0,1 Ω.cm, sobre o concreto diminui o valor de sua resistividade (100 kΩ.cm) em quase 50% (45 kΩ.cm). Erro similar pode ocorrer quando a camada su-perficial do concreto está impreg-nada com íons cloreto de fonte ex-terna de contaminação [Millard; Gowers, 1991, 1992].
tabela 1 – CritÉrioS DE AVALiAÇÃo DA rESiStiViDADE ELÉtriCA Do CoNCrEtoValores de resistividade elétrica do concreto (kΩ.cm)
Risco de corrosão
González et al.
[2004]
Smith et al.
[2004]
Morris et al.
[2002]
Polder [2001], Cox et al. [1997],
Broomfi eld et al. 1993 apud
Broomfi eld [1997]
Feliú et al.
[1996]
Browne; Geohegan apud
CEB 192 [1989]; Browne [1982]
Langford e Broomfi eld 1987 apud Broomfi eld
[1997]
< 20 < 8 < 10 _ < 10 < 5 < 5Muito alto
(taxa severa)20 a 50 8 a 12 10 a 300 < 10
10 a 100
5 a 10 5 a 10 Alto10 a 50 _ 10 a 20 Moderado
50 a 100 > 12 > 300 50 a 100 10 a 20 > 20 Baixo
A umidificação da superfície do concreto previamente à realização do ensaio pode ser necessária [Polder, 2001], especialmente quando há difi-culdade da obtenção de resultados. O ideal é somente umidificar a área de contato dos eletrodos com o concreto, o que em geral é feito com o uso de gel condutivo ou de esponja úmida na ex-tremidade dos eletrodos. Cita-se que atualmente há equipamentos que pos-suem pequenos recipientes com água acoplados aos eletrodos, o que limita a necessidade de constante umidifica-ção da esponja.
Outro importante interveniente nas medidas é a ocorrência de reações químicas no concreto, como a preci-pitação de carbonato de cálcio decor-rente de sua reação com o dióxido de carbono presente na atmosfera. Esse fenômeno, denominado de carbona-
Figura 3 – Desenho esquemático da técnica de dois eletrodos, sendo um deles a armadura, e sua realização em campo
Eletrodo (disco)
Linhas de corrente (A) Eletrodo (armadura)Linha de potencial (V)
A V
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tação, aumenta a resistividade elétri-ca do concreto, introduzindo erros nas leituras, conforme o avanço de sua frente. No uso da técnica de qua-tro eletrodos, a carbonatação só não introduz erros significativos quando o valor de sua profundidade é, no má-ximo, 0,2 vezes o valor do espaça-mento entre eletrodos. Cabe mencio-nar que a umidificação prévia da su-perfície de concreto carbonatado deve ser evitada, pois resulta no au-mento do valor da resistividade da ordem de duas até dez vezes [Millard; Gowers, 1991].
As pesquisas [Millard; Gowers, 1991, 1992; Presuel-Moreno et al.,2013; Salehi, 2013] mostram que o posicionamento e a profundidade da armadura devem ser conhecidos previamente à realização do ensaio, pois esta pode introduzir grandes erros nas leituras. Com isso, as medi-das devem ser feitas em área livre de armadura, sendo recomendado o posicionamento dos eletrodos em paralelo às mesmas e, quando inevi-tável, no sentido perpendicular e centralizado a uma delas para o caso do uso da técnica de quatro eletro-dos. Estudos [Millard; Gowers, 1992, 1999] mostram que nessa técnica os erros são pouco significativos (menor que 10%) quando há um es-paçamento mínimo entre barras de 15 cm, tendo estas diâmetro menor ou igual a 4 cm e cobrimento maior ou igual a 2 cm. A medida sobre as armaduras só é válida quando a sua profundidade é maior, na ordem de duas a três vezes a de espaçamento entre eletrodos. Segundo estudo de Presuel-Moreno e colaboradores (2013), armadura em profundidade maior ou igual a 7,5 cm tem pouco efeito na medida para o mencionado espaçamento de 5 cm entre eletro-dos. No caso de uso da armadura como um dos eletrodos, a distância entre esta e o disco deve ser maior do que duas vezes o diâmetro deste disco [James Instrument, 2014].
Erros nas leituras também ocor-rem na proximidade de quinas e em elementos muito esbeltos. Para o uso da técnica de quatro eletrodos, reco-
menda-se manter uma distância mí-nima das quinas de duas vezes o es-paçamento entre eletrodos. A di-mensão do elemento deve ser maior do que quatro vezes o espaçamento entre eletrodos [Millard; Gowers, 1992]. A figura 4 mostra desenho es-quemático de Gowers e Millard [1999] com parâmetros geométricos mínimos referentes ao uso da técni-ca de quatro eletrodos.
Finalmente, recomenda-se que as medidas sejam feitas na parte ín-tegra da estrutura exposta à atmos-fera, sendo a quantidade e a localiza-ção das mesmas dependentes das informações desejadas e das caracte-rísticas do concreto e, ainda, das condições de exposição. No caso da presença de anomalias, medidas devem ser feitas em região próxima às mesmas, bem como de locais de extração de amostras, o que possibi-lita a posterior correlação de resulta-dos. As leituras devem ser repetidas no mínimo cinco vezes em uma mesma região. Isso é importante para verificar a variação e a reprodu-tibilidade das leituras [Polder, 2001; Nace SP0308, 2008].
Critérios de avaliação do risco de corrosão
Os critérios foram definidos com base em estudos em laboratório e em campo, sendo sua grande maioria rea-lizada em concreto contaminado com íons cloreto. Nessas estruturas, é de grande valia o monitoramento da re-sistividade elétrica do concreto, pois a diminuição de seu valor ao longo do tempo indica o aumento do ingresso de água contaminada com cloretos e, deste modo, o aumento de risco de corrosão das armaduras.
A tabela 1 apresenta alguns dos cri-térios referenciados na literatura pes-quisada quanto à avaliação do risco de corrosão das armaduras. Dentre eles, o critério apresentado por Polder [2001] é o usualmente adotado pelos autores na avaliação de estruturas atmosféri-cas de concreto convencional. Em al-guns casos, é adotado o critério, mais conservador, de González e colabora-dores [2004].
Há possibilidade do critério de avaliação do risco de corrosão ser es-tabelecido na própria estrutura, por meio do seu monitoramento ao longo dos anos com a aplicação de uma das
Figura 4 – Desenho esquemático com parâmetros geométricos mínimos recomendados na técnica de quatro eletrodos. Fonte: Gowers e Millard [1999]
Camada de baixa resistividade
Barra de aço
a > 40 mm, a ≤ 2/3 c, a ≤ h/4, a ≤ b/4, a ≥ 8 t (camada superficial de baixa resistividade, devido ao umedecimento com água com ou sem contaminação com cloretos), a ≥ 5 t (no caso da camada de alta resistividade, devido à carbonatação do concreto), x (distância da quina) ≥ 2a e y (comprimento da peça) sem limite
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Artigo
LEiA MAiS
A New Method for in situ Measurement of Electrical Resistivity of Reinforced Concrete. Feliú, S. et al. Materials and Structures, v. 22, 1996.Considerations on Reproducibility of Potential and Corrosion Rate Measurements in Reinforced Concrete. González et al. Corrosion Science, v. 46, 2004.Corrosion and Protection of Metals in Contact with Concrete: Final Report (COST 509). Cox, R.N. et al. European Commission. EUR 17608, 1997.Corrosion of Reinforcing Steel Evaluated by Means of Concrete Resistivity Measurements. Morris et al. Corrosion Science. V. 44, 2002.Corrosion of Steel in Concrete: Understanding, Investigation and Repair. Broomfield, J.P., 1997Diagnosis and Assessment of Concrete Structures: State of the Art Report (CEB 192), Comite Euro-International du Beton, 1989.Electrical Resistivity of Concrete. Part II: Influence of Moisture Content and Temperature. Larsen, C.K. et al. 2nd International Symposium on Advances in Concrete Trough Science and Engineering. 2006.Factors Affecting Steel Corrosion in Carbonated Mortars. Glass, G. K. et al. Corrosion Science, v. 32. 1991.Gecor-8-Manual. James Instruments. Disponível em:
<http://www.ndtjames.com/ Gecor-8-Manual-p/c-cs-8-manual.htm>. Acesso em jun 2014.Inspection Methods for Corrosion Evaluation of Conventionally Reinforced Concrete Structures. Nace SP0308, 2008.Measurement of Concrete Resistivity for Assessment of Corrosion Severity of Steel Using Wenner Technique. Gowers, K. R.; Millard, S. G. ACI Materials Journal, n. 96. 1999.Numerical Investigation of the Effects of Cracking and Embedded Reinforcement on Surface Concrete Resistivity Measurements Using Wenner Probe. Salehi, M. 2013 (Tese).Numerical Modeling of the Effects of Rebar Presence and/or Multilayered Concrete Resistivity on the Apparent Resistivity Measured via the Wenner Method. Presuel-Moreno, F. et al. Construction and Building Materials. v. 48, 2013.Ohmcorr Manual. James Instruments. Disponível em: <http://www.ndtjames.com/ SearchResults.asp?Extensive_Search= Y&Search=RM+ 8000&Submit.x=34&Submit.y=8.> Acesso em: dez 2013.Operating Instructions. Proceq. Disponível em: <http://concreteresistivity.com/ RESIPOD%20-%20OPERATING%
20INSTRUCTIONS.pdf>. Acesso em: jul 2014.Performance of Supplementary Cementitious Materials in Concrete Resistivity and Corrosion Monitoring Evaluations. Smith et al. ACI materials Journal, 2004.Reinforced Concrete Resistivity Measurement Techniques. Millard, S.G. Proc. Inst. Civil Engineers, Part 2, v. 91, 1991.Resistividade Elétrica do Concreto na Avaliação do Risco de Corrosão nas Estruturas Atmosféricas. Araujo, A; Panossian, Z. Téchne 200, 2013.Resistivity Assessment of in-situ Concrete: the Influence of Conductive and Resistive Surface Layers. Millard S.G.; Gowers K.R. Structures and Buildings. 1992.Resistivity of Concrete: State of the Art. Nagi, M.; Whiting, D. Corrosion 2004. 2004.Test Methods for on-site Measurement of Resistivity of Concrete – Rilem TC-154 Technical Recommendation. Polder, R. D. Construction and Building Materials, v. 15, 2001.The Influence of Surface Layers upon the Measurement of Concrete Resistivity. Millard S.G.; Gowers K.R. ACI SP- 126: 2nd Canmet/ACI International Conference on Durability of Concrete. 1991.
técnicas mencionadas associada à do potencial eletroquímico de corrosão. Com o estabelecimento de processo corrosivo de armadura de parte dos elementos, pode ser determinada uma faixa indicativa de risco de cor-rosão. Tal faixa é uma referência va-liosa para a avaliação de outras partes preservadas da estrutura (armadura em estado passivo).
ConclusõesO valor da resistividade elétrica
do concreto reflete a dificuldade do fluxo de corrente de natureza iônica
inerente ao processo corrosivo da ar-madura. Sendo assim, é um parâme-tro importante na avaliação de risco de corrosão em estruturas de concre-to atmosféricas, especialmente da-quelas expostas ao ataque por íons cloreto. Normalmente, durante a ins-peção das estruturas, a medida de re-sistividade é associada com os resul-tados de ensaios eletroquímicos e de exame visual de armadura recém--exposta e, ainda, de ensaios de ava-liação do concreto de cobrimento. Essa associação é necessária devido à interferência de diferentes fatores em
sua determinação. A experiência em campo dos autores mostra que a me-dida da resistividade é dificultada, es-pecialmente pela concentração de armaduras, a maioria com baixo co-brimento, e condição superficial do concreto (carbonatação, umidade, porosidade etc.).
Agradecimento Horácio Oliveira Santos Junior pela
execução dos desenhos, Ana Lúcia A. de Souza pela recuperação de artigos e Giovanni Tambelini (Proceq) por in-formações de novos equipamentos.
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